JPH11118422A - Dimension measuring device using moire fringe - Google Patents

Dimension measuring device using moire fringe

Info

Publication number
JPH11118422A
JPH11118422A JP27702897A JP27702897A JPH11118422A JP H11118422 A JPH11118422 A JP H11118422A JP 27702897 A JP27702897 A JP 27702897A JP 27702897 A JP27702897 A JP 27702897A JP H11118422 A JPH11118422 A JP H11118422A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
grating
moving
grid
light
pitch
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.)
Pending
Application number
JP27702897A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroo Fujita
宏夫 藤田
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.)
Citizen Watch Co Ltd
Original Assignee
Citizen Watch Co Ltd
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 Citizen Watch Co Ltd filed Critical Citizen Watch Co Ltd
Priority to JP27702897A priority Critical patent/JPH11118422A/en
Publication of JPH11118422A publication Critical patent/JPH11118422A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To determine the moving direction of a grid easily with the simple structure and high speed when measuring a dimension using moire fringes formed by the grid having two different grid pitches and to realize a highly accurate dimension measuring device by improving detecting accuracy of the grid position. SOLUTION: Moire fringes are generated by a moving grid 11 and a fixed grid 13 with different grid pitches, and a moving direction determining grid 12 is provided with the grid pitch equal to the moving grid 11 and a different intensity distribution. When the moving direction determining grid 12 is moving, a light having passed through it is received by a light receiver with a single light receiving face, and the moving direction and the number of moving grids are detected from change in the light intensity. When the moving grid 11 is stopped, the moire fringes formed by permeation through the moving grid 11 and the fixed grid 13 are detected by a line sensor, and a moving distance less than the grid pitch of the moving grid 11 is detected from the movement of the moire fringes at a reference position. A dimension is measured from the above detected number of movement of the grids and the moving distance less than the grid pitch.

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】本発明はモアレ干渉法を応用
した寸法測定装置に関し、特に、格子ピッチの異なる二
つの格子を重ね合わせたときに生じるモアレ縞を用いた
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 to which moire interferometry is applied, and more particularly to a configuration of a dimension measuring apparatus using moire fringes generated when two gratings having different grating pitches are superposed.

【0002】[0002]

【従来の技術】微細加工を要する生産ラインでは、被加
工物(ワーク)の寸法、形状などを、その場でサブミク
ロン領域の精度で測定するニーズがある。小型で簡易型
の寸法測定器として、光学スケール(リニアーエンコー
ダ)を用いたものが多く用いられている。これはガラス
基板上に白黒の二値強度からなる格子パターンを形成し
た光学スケールを用いるもので、触針に取り付けられた
光学スケールが移動するときに格子で反射、あるいは格
子を透過した光強度の変化を測定し、格子の移動距離を
検出して寸法を測定する装置である。光学スケール方式
の測定分解能は、格子の1ピッチの長さ、及び格子の1
ピッチ内を細かく分割して格子位置を検出するときの分
割数によって決まる。通常は格子の1ピッチ長は10μ
m程度で、それを10分割して検出すれば測定分解能は
1μmである。
2. Description of the Related Art In a production line that requires fine processing, there is a need to measure the size, shape, and the like of a workpiece (work) on the spot with accuracy in a submicron range. As a small and simple dimension measuring device, a device using an optical scale (linear encoder) is widely used. This uses an optical scale in which a grid pattern consisting of black and white binary intensity is formed on a glass substrate.When the optical scale attached to the stylus moves, the light intensity reflected by the grating or transmitted through the grating This is a device that measures the change and detects the moving distance of the grating to measure the dimensions. The measurement resolution of the optical scale method is one pitch length of the grating and one resolution of the grating.
It is determined by the number of divisions when the pitch is finely divided to detect the grid position. Normally one pitch length of the grating is 10μ
If it is about m, and it is divided into 10 and detected, the measurement resolution is 1 μm.

【0003】光学スケール法以外の例として、前述の白
黒格子が多数形成された格子を2枚重ね合わせたときに
生じるモアレ縞を検出する装置も提案されている。従来
の一般的なモアレ干渉法の原理を図5に示す。図5
(a)と(b)に示した格子51と52は共に同一の格
子幅と格子ピッチをもつ。なお、二つの格子51と52
を構成する白のパターンの幅と黒のパターンの幅はそれ
ぞれ等しい。格子51は水平方向に設置した状態、格子
52は水平方向から角度θ傾かせて設置した状態を示
す。図5(c)に示したモアレ縞53は格子51と52
を重ね合わせたときに発生し、二つの格子の光透過強度
の積でその強度分布が決まる。格子52の傾き角度θが
小さいときのモアレ縞は、幅の広い黒パターンがほぼ垂
直方向に周期的に形成され、その間に菱形の白パターン
が生じている形状である。幅の広い黒パターンの垂直方
向へのピッチwは、w=P/θである。ただし、Pは格
子の一周期の長さである。ピッチwは格子52の傾き角
度θに応じて変化し、θが大きいほどピッチwは短くな
り、モアレ縞の幅の広い黒パターンの幅も短くなる。
[0003] As an example other than the optical scale method, there has been proposed an apparatus for detecting moire fringes generated when two lattices each having a large number of the above-mentioned black and white lattices are superposed. FIG. 5 shows the principle of a conventional general moiré interferometry. FIG.
The gratings 51 and 52 shown in (a) and (b) have the same grating width and grating pitch. Note that the two gratings 51 and 52
, The width of the white pattern is equal to the width of the black pattern. The grating 51 shows a state where it is installed in the horizontal direction, and the grating 52 shows a state where it is installed at an angle θ from the horizontal direction. The moiré fringes 53 shown in FIG.
Are generated when they are superimposed, and the intensity distribution is determined by the product of the light transmission intensities of the two gratings. When the inclination angle θ of the grating 52 is small, the moire fringes have a shape in which a wide black pattern is periodically formed in a substantially vertical direction, and a rhombic white pattern is generated therebetween. The pitch w of the wide black pattern in the vertical direction is w = P / θ. Here, P is the length of one period of the grating. The pitch w changes in accordance with the inclination angle θ of the grating 52. The larger the θ, the shorter the pitch w, and the shorter the width of the black pattern having a wide moire fringe.

【0004】格子52の傾き角度θを一定に保持したま
まで固定しておき、格子51を水平方向に移動すると、
モアレ縞は格子の移動方向と直角方向(図の上下方向)
に移動する。このとき、格子を1ピッチPだけ移動させ
ると、モアレ縞は1ピッチwだけ移動する。すなわち、
格子の動きが拡大検出されることになり、その拡大率が
1/θである。例えばθが5度のときは、格子の1ピッ
チの移動が11倍程度に拡大される。例えば、格子の1
ピッチが10μmの場合、モアレ縞の一周期はほぼ11
0μmになる。したがって、モアレ縞の移動を1μmの
精度で検出すれば、格子51の0.1μm程度の動きが
検出できる。このように、モアレ縞を用いれば格子の微
小な移動をモアレ縞の大きな動きに拡大して検出でき、
高分解能の寸法測定ができるという特徴がある。
When the grating 52 is fixed while keeping the inclination angle θ of the grating 52 constant, and the grating 51 is moved in the horizontal direction,
Moiré fringes are perpendicular to the direction of grid movement (vertical direction in the figure)
Go to At this time, if the grating is moved by one pitch P, the moire fringes move by one pitch w. That is,
The movement of the lattice is detected to be enlarged, and the magnification is 1 / θ. For example, when θ is 5 degrees, the movement of one pitch of the grating is enlarged to about 11 times. For example, one of the grid
When the pitch is 10 μm, one cycle of the moire fringes is approximately 11
0 μm. Therefore, if the movement of the moire fringes is detected with an accuracy of 1 μm, the movement of the grating 51 by about 0.1 μm can be detected. As described above, if the moiré fringes are used, it is possible to detect a minute movement of the lattice by enlarging it into a large movement of the moiré fringes,
The feature is that high-resolution dimension measurement can be performed.

【0005】図6にモアレ縞を用いた従来の寸法測定装
置の構成例を示す。ハロゲンランプなどの光源60から
発せられた光はコリメートレンズ61を介して移動格子
62を照射する。移動格子62は図5(a)に示した格
子51から構成され、図示していないが触針に取り付け
られ、触針の動きに応じて移動する。固定格子63は図
5(b)の格子52から構成され、移動格子62の近く
に固定して設置する。このとき、移動格子62と固定格
子63の格子ピッチは等しく、固定格子63は水平方向
から角度θ傾けて設置する。移動格子62と固定格子6
3の両方を透過した光は固定格子63の後方にモアレ縞
を作り、このモアレ縞を集光レンズ64を介して受光器
65で検出する。
FIG. 6 shows a configuration example of a conventional dimension measuring apparatus using moiré fringes. Light emitted from a light source 60 such as a halogen lamp irradiates a moving grating 62 via a collimating lens 61. The moving grid 62 is composed of the grid 51 shown in FIG. 5A, and is attached to a stylus, not shown, and moves according to the movement of the stylus. The fixed grid 63 is composed of the grid 52 shown in FIG. 5B, and is fixedly installed near the moving grid 62. At this time, the moving grating 62 and the fixed grating 63 have the same grating pitch, and the fixed grating 63 is installed at an angle θ from the horizontal direction. Moving grating 62 and fixed grating 6
The light that has passed through both 3 forms moire fringes behind the fixed grating 63, and the moire fringes are detected by the light receiver 65 via the condenser lens 64.

【0006】モアレ縞を検出する受光器65は複数の受
光面からなり、個々の受光面で検出した光強度信号を各
々が出力する。例えば、受光器65を二つの受光面から
構成した場合、その受光面の中心間距離をモアレ縞ピッ
チwの1/4に相当する距離だけ離して、モアレ縞の光
強度を個別に検出して2つの光強度信号を出力する。他
の方法として、モアレ縞のピッチを4分割したそれぞれ
の位置に4個の受光器を設置し、4つの光強度信号を出
力する方法も用いられている。信号処理部66は、受光
器65から出力された複数の光強度信号から移動格子6
2の動きを検出して寸法を測定する。寸法測定のために
は、移動格子62の移動方向の検出と格子の移動個数の
検出、及び測定開始時と測定終了時に移動格子62が停
止していた位置の検出が必要である。格子移動方向の検
出は複数の光強度信号の相互の位相の進み遅れで判定す
る。格子位置の検出では、格子62が停止中の光強度信
号がモアレ縞の一周期のどの位相状態にあるかを判定す
る。
The light receiver 65 for detecting moire fringes has a plurality of light receiving surfaces, and each outputs a light intensity signal detected on each light receiving surface. For example, when the light receiver 65 is composed of two light receiving surfaces, the center distance between the light receiving surfaces is separated by a distance corresponding to 1 / of the moire fringe pitch w, and the light intensity of the moire fringes is individually detected. It outputs two light intensity signals. As another method, a method is also used in which four light receivers are provided at respective positions obtained by dividing the pitch of the moiré fringe into four, and four light intensity signals are output. The signal processor 66 converts the plurality of light intensity signals output from the
The movement is detected to measure the size. In order to measure the dimensions, it is necessary to detect the moving direction of the moving grid 62 and the number of moving grids, and to detect the position where the moving grid 62 has stopped at the start and end of the measurement. The detection of the grating moving direction is determined based on the lead / lag of the mutual phase of the plurality of light intensity signals. In the detection of the grating position, it is determined which phase state of the light intensity signal in which the grating 62 is stopped in one cycle of the moire fringes.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】一つの光学スケールを
用いる場合は、格子位置検出における格子1ピッチ幅の
分割数が10程度であるため、格子の1ピッチが10μ
mの場合は1μmの分解能となる。そのためにサブミク
ロンの測定精度が得られないという精度上の問題点があ
る。従来のモアレ縞法の場合は、移動格子の移動方向を
検出するために複数の受光器を必要とし、その各々の受
光面の位置をモアレ縞の一周期内の特定の位置に合わせ
て設定する必要があった。そのため、受光器の位置調整
が複雑になるという調整上の課題がある。また、得られ
た複数の光強度信号から移動方向を判定するとき、信号
相互の位相の進み遅れを判定する信号処理回路が複雑に
なるという回路構成上の課題もある。
When one optical scale is used, the number of divisions of one pitch width of the grating in the detection of the grating position is about 10, so that one pitch of the grating is 10 μm.
In the case of m, the resolution is 1 μm. For this reason, there is a problem in accuracy that submicron measurement accuracy cannot be obtained. In the case of the conventional moiré fringe method, a plurality of light receivers are required to detect the moving direction of the moving grating, and the position of each light receiving surface is set to a specific position within one cycle of the moiré fringe. Needed. Therefore, there is an adjustment problem that the position adjustment of the light receiver becomes complicated. Further, there is another problem in the circuit configuration that when determining the moving direction from the plurality of obtained light intensity signals, the signal processing circuit for determining the lead / lag of the phases of the signals becomes complicated.

【0008】モアレ縞の作成では一方の固定格子を角度
θだけ傾ける必要があり、その設定角度への取り付け、
調整が困難であるという問題もある。角度θが数度とい
う小さい値の場合は、取り付け角度のわずかのズレでも
モアレ縞のピッチの変動が大きくなる。そのため、モア
レ縞のピッチを寸法へ変換するときの変換係数が変わっ
てしまい、寸法測定に誤差が発生するという問題が生じ
る。さらには、移動格子が停止しているときの格子位置
の検出精度が低いという問題もある。モアレ縞の幅の広
い黒パターンとその間にある幅の狭い黒と白の菱形パタ
ーンは、菱形パターン部を画像処理により幅の広い白パ
ターンに変換すれば、近似的にはピッチwで方形波的に
変化する強度パターンと見なせる。そのため、二つ、あ
るいは四つ程度の受光面をもった受光器で光強度を検出
したのでは方形波の位相検出、すなわち格子位置の検出
精度が低くなり、寸法測定精度が悪い。
In the formation of moire fringes, it is necessary to incline one of the fixed gratings by an angle θ.
There is also a problem that adjustment is difficult. When the angle θ is a small value of several degrees, a slight shift in the mounting angle causes a large variation in the pitch of the moire fringes. For this reason, the conversion factor when converting the pitch of the moiré fringes into a dimension changes, which causes a problem that an error occurs in the dimension measurement. Furthermore, there is a problem that the detection accuracy of the grid position when the moving grid is stopped is low. A wide black pattern of moiré fringes and a narrow black and white rhombus pattern between them can be obtained by converting the rhombic pattern portion into a wide white pattern by image processing, which is approximately square wave at a pitch w. It can be considered that the intensity pattern changes. Therefore, if the light intensity is detected by a photodetector having two or four light-receiving surfaces, the phase detection of the square wave, that is, the detection accuracy of the lattice position is reduced, and the dimension measurement accuracy is poor.

【0009】以上の諸課題の主原因は、移動格子と固定
格子の格子ピッチが等しいためである。格子ピッチが等
しいため、モアレ縞を発生させるのに一方の格子を傾け
る必要があり、発生したモアレ縞はそのピッチ方向に対
称な強度分布となっていた。そのために複数の受光面を
もつ受光器を使用して複数の光強度信号を検出し、移動
方向を判定したり、格子の停止位置を検出していた。本
発明は格子ピッチの異なる二つの格子と共に、特殊な強
度分布を有する第3の格子を新たに採用することで上記
の諸課題を解決し、簡素な構成の高精度な寸法測定装置
を実現することを目的とする。
The main cause of the above problems is that the grating pitch of the moving grating and that of the fixed grating are equal. Since the grating pitches are equal, it is necessary to tilt one of the gratings to generate moiré fringes, and the generated moiré fringes have an intensity distribution symmetrical in the pitch direction. For this purpose, a plurality of light intensity signals are detected using a light receiving device having a plurality of light receiving surfaces to determine a moving direction or to detect a grating stop position. The present invention solves the above-described problems by newly adopting a third grating having a special intensity distribution together with two gratings having different grating pitches, and realizes a highly accurate dimension measuring device having a simple configuration. The purpose is to:

【0010】[0010]

【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。触
針と共に移動する第1の格子ピッチを有する移動格子と
前記第1の格子ピッチとは異なる第2の格子ピッチを有
する固定格子を有し、該固定格子を前記移動格子の近傍
に固定して設置して前記移動格子と固定格子を光源から
の光で照明し、発生するモアレ縞を検出して寸法を測定
するモアレ縞を用いた寸法測定装置であって、前記移動
格子と、前記第1の格子ピッチと同じピッチを有して前
記移動格子とは異なる強度分布を有する移動方向判定格
子とから構成され、光源から光を照射される移動光学ス
ケールと、該移動光学スケールが移動しているときに前
記移動方向判定格子を透過した光を検出する第1の受光
器と、該第1の受光器で検出された第1の光強度信号か
ら前記移動方向判定格子の移動方向を検出する移動方向
判定部と、前記移動方向判定格子の移動によって生じる
前記第1の光強度信号のパルス数を検出する移動格子カ
ウント部と、前記移動光学スケールが停止しているとき
に前記移動格子と前記固定格子を透過した光により形成
されるモアレ縞を検出する第2の受光器と、該第2の受
光器で検出された第2の光強度信号から前記移動格子の
移動の前後についてモアレ縞の予め設定された位置を検
出するモアレ縞位置検出部と、前記移動格子カウント部
で検出した前記移動方向判定格子の移動格子数に対応す
る格子移動距離情報と前記モアレ縞位置検出部で検出し
た前記移動格子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
移動方向判定格子と移動格子の移動によって生じる光強
度変化とモアレ縞の移動とから寸法を測定することを特
徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, a dimension measuring apparatus according to the present invention has the following arrangement. A moving grating having a first grating pitch that moves together with the stylus; and a fixed grating having a second grating pitch different from the first grating pitch, wherein the fixed grating is fixed near the moving grating. A size measuring device that uses a moiré fringe for illuminating the moving grating and the fixed grating with light from a light source and detecting a generated moiré fringe to measure a dimension, wherein the moving grating and the first grating are arranged. A moving optical scale having the same pitch as the moving grating and having a different intensity distribution from the moving grating, and a moving optical scale irradiated with light from a light source, and the moving optical scale is moving. A first light receiver for detecting light transmitted through the movement direction determination grating, and a movement for detecting a movement direction of the movement direction determination grating from a first light intensity signal detected by the first light receiver. A direction determining unit, A moving grating counting unit for detecting the number of pulses of the first light intensity signal generated by the movement of the moving direction determination grating, and a light transmitted through the moving grating and the fixed grating when the moving optical scale is stopped. A second light receiver for detecting a moiré fringe to be formed, and a preset position of the moiré fringe before and after the movement of the moving grating is detected from a second light intensity signal detected by the second light receiver. A moiré fringe position detecting section, grid moving distance information corresponding to the number of moving grids of the moving direction determination grid detected by the moving grid counting section, and a grid before and after movement of the moving grid detected by the moiré fringe position detecting section. And a dimension calculation unit for calculating a dimension value to be measured from the position information of the moving direction determination grating and the movement of the moire fringes caused by the change in the light intensity and the movement of the moire fringes caused by the movement of the movement grating. And measuring a.

【0011】以上の構成の移動方向判定格子は、該格子
を構成する光透過率の低い黒のパターン幅と光透過率の
高い白のパターン幅の比率を少なくとも3種類の比率に
設定するとともに、該比率に応じて黒のパターン幅を広
い幅から狭い幅まで順次同じ方向に変化させ、該パター
ン幅の変化を一つの単位として周期的に繰り返した構成
とし、格子が形成された方向に関して非対称な強度パタ
ーンとする。さらには、第1の受光器は単一の受光面を
有し、該受光面には前記移動方向判定格子の第1の格子
ピッチのほぼ半分の幅の格子部分からの光強度を検出す
るためのスリットを取り付け、該スリットを透過した前
記移動方向判定格子からの光強度を検出して単一の前記
第1の光強度信号を出力する構成とする。また、第2の
受光器は多分割された複数の受光面を有するラインセン
サーであって、モアレ縞の強度分布を検出して第2の光
強度信号を出力する構成である。
In the moving direction determination grating having the above structure, the ratio of the width of a black pattern having a low light transmittance to the width of a white pattern having a high light transmittance constituting the grating is set to at least three types. The black pattern width is sequentially changed in the same direction from a wide width to a narrow width in accordance with the ratio, and the change in the pattern width is periodically repeated as one unit, which is asymmetric with respect to the direction in which the lattice is formed. The intensity pattern is used. Further, the first light receiver has a single light receiving surface, and the light receiving surface detects light intensity from a grating portion having a width approximately half the first grating pitch of the moving direction determination grating. And outputs the single first light intensity signal by detecting the light intensity from the movement direction determination grating transmitted through the slit. Further, the second light receiver is a line sensor having a plurality of light receiving surfaces divided into a large number, and is configured to detect the intensity distribution of the moire fringes and output a second light intensity signal.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】本発明は、格子ピッチの異なる二
つの格子を重ね合わせたときに生じるモアレ縞から寸法
を測定する装置の構成に関する。等間隔で直線状の白黒
パターン(明暗パターン)から構成される格子(白のパ
ターン幅と黒のパターン幅は等しい)において、格子ピ
ッチが異なる二つの格子を互いに平行に保持した状態で
重ね合わせたときに発生するモアレ縞は、二つの格子ピ
ッチの差に応じた周期を持ち、二つの格子のピッチ差が
小さいほどモアレ縞の周期が長くなる特性をもつ。モア
レ縞の強度は二つの格子の光透過強度の積となり、黒パ
ターンと白パターンが交互に現れ、黒のパターン幅と白
のパターン幅が周期的に増減を繰り返すパターンとな
る。全体としては黒パターンの幅が広がった強度分布と
なり、幅の広い黒パターンの近くでは白パターンの幅が
小さくなる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention relates to a configuration of an apparatus for measuring a size from moiré fringes generated when two gratings having different grating pitches are superimposed. In a grid composed of linear black-and-white patterns (light and dark patterns) at equal intervals (white pattern width and black pattern width are equal), two grids with different grid pitches are superimposed while being held parallel to each other. The moiré fringe that occurs sometimes has a cycle corresponding to the difference between the two grating pitches, and has a characteristic that the smaller the pitch difference between the two gratings, the longer the cycle of the moiré fringe. The intensity of the moiré fringes is the product of the light transmission intensities of the two gratings, and a black pattern and a white pattern appear alternately, and the pattern width of the black pattern and the white pattern repeatedly increases and decreases periodically. As a whole, the intensity distribution is such that the width of the black pattern is widened, and the width of the white pattern is small near the wide black pattern.

【0013】一方の格子を固定しておいて他方の格子を
移動させれば、モアレ縞が格子の移動方向に移動する。
このとき、格子が1ピッチ移動すればモアレ縞の1周期
分の長さが移動する。二つの格子のピッチ差が小さいと
き、モアレ縞の1周期は格子ピッチの数10倍程度ある
ため、移動する格子の微小な動きを数10倍にまで拡大
して検出できる。すなわち、格子ピッチの異なる格子に
よるモアレ縞には格子の動きの拡大作用があり、寸法測
定に応用すれば測定感度と分解能が向上する。このと
き、二つの格子は平行に設置すればよいため、両者を設
定するときの位置関係の調整などが簡単になるという利
点がある。
If one of the gratings is fixed and the other is moved, the moire fringes move in the moving direction of the grating.
At this time, if the grating moves by one pitch, the length of one period of the moire fringes moves. When the pitch difference between the two gratings is small, one cycle of the moiré fringes is about several tens times the grating pitch, so that a minute movement of the moving grating can be detected by being enlarged to several tens times. That is, moire fringes formed by gratings having different grating pitches have an effect of enlarging the movement of the grating, and when applied to dimension measurement, measurement sensitivity and resolution are improved. At this time, since the two gratings may be installed in parallel, there is an advantage that adjustment of the positional relationship when setting both of them is simplified.

【0014】上記のモアレ縞を発生させる各々の格子
は、格子が形成される方向には対称的な強度分布をもっ
ている。そのため、このような格子パターンから格子の
移動方向を検出するのは従来例と同様の不都合がある。
また、モアレ縞から格子の移動方向を検出するのも信号
処理が複雑になって不都合が生じる。そこで、モアレ縞
発生用の格子とは別の形状をした移動方向判定用の専用
の格子を新たに設ける。この移動方向判定格子は、モア
レ縞発生用の移動格子の格子ピッチと同じピッチをも
ち、その1ピッチ内の黒のパターン部の幅を少なくとも
3種類以上に変化させた構成とする。格子ピッチが一定
のため、白のパターン部の幅も同様な変化をする。この
とき、黒のパターン幅が広い幅から狭い幅まで、例えば
幅が狭くなる方向に順次変化させ、それを周期的に繰り
返したパターンとする。すなわち、移動方向判定格子は
格子が形成される方向に非対称な強度分布とする。
Each grating for generating the above-described moiré fringes has a symmetrical intensity distribution in the direction in which the grating is formed. Therefore, detecting the moving direction of the grid from such a grid pattern has the same disadvantage as the conventional example.
Also, detecting the moving direction of the grating from the moiré fringes complicates the signal processing and causes inconvenience. Therefore, a dedicated grating for determining the moving direction, which has a different shape from the grating for generating moiré fringes, is newly provided. The moving direction determination grating has the same pitch as the grating pitch of the moving grating for generating moiré fringes, and the width of the black pattern portion in one pitch is changed to at least three or more types. Since the lattice pitch is constant, the width of the white pattern portion changes in a similar manner. At this time, the black pattern width is sequentially changed from a wide width to a narrow width, for example, in a direction in which the width becomes narrower, and the pattern is periodically repeated. That is, the moving direction determination grid has an intensity distribution that is asymmetric in the direction in which the grid is formed.

【0015】モアレ縞を発生させる一方の格子である移
動格子と移動方向判定格子は触針と共に移動する移動光
学スケールの別々の位置に形成し、光源からの光で両者
を照明する。このとき、移動格子を透過した光と移動方
向判定格子を透過した光は、別々の位置に設けた別個の
受光器で検出して、別の信号処理を行う。移動光学スケ
ールが移動中は、移動方向判定格子からの光強度信号を
検出し、移動方向の判定とともに移動した格子数を計測
する。このとき、移動格子を透過した光については計測
を行わない。移動光学スケールが停止しているときは、
移動格子と固定されている他方の格子(固定格子)で形
成されたモアレ縞を検出し、移動格子が停止していたと
きの格子位置情報を計測する。このように、格子の移動
中と停止中では測定モードを変えて、異なる信号処理を
行う。
A moving grating and a moving direction judging grating, which are one of the gratings for generating moiré fringes, are formed at separate positions on a moving optical scale that moves together with a stylus, and both are illuminated with light from a light source. At this time, the light transmitted through the moving grating and the light transmitted through the moving direction determination grating are detected by separate light receivers provided at different positions, and another signal processing is performed. While the moving optical scale is moving, the light intensity signal from the moving direction determination grid is detected, and the moving direction is determined and the number of moved grids is measured. At this time, the light transmitted through the moving grating is not measured. When the moving optical scale is stopped,
Moire fringes formed by the moving grid and the other grid (fixed grid) fixed are detected, and grid position information when the moving grid is stopped is measured. As described above, different signal processing is performed by changing the measurement mode during the movement and the stop of the grating.

【0016】移動光学スケールが触針と共に移動すると
き、移動方向判定格子を透過した光強度は、黒パターン
の幅に応じて光強度が低レベルとなる信号幅が変化す
る。この信号幅が変化する方向、例えば信号幅が大→
小、あるいは小→大へと変化する方向を検出することで
移動光学スケールの移動方向が判別できる。これは、移
動方向判定格子の強度分布を非対称にすることで可能と
なる。さらには、移動方向判定格子が移動しているとき
は、格子の1ピッチの移動毎に光強度信号から1パルス
を発生させる回路を用いて、光強度信号のパルス数も同
時に測定して移動格子数Nを検出する。この移動格子数
検出により、移動格子の1ピッチのN倍の移動距離が測
定される。
When the moving optical scale moves together with the stylus, the light intensity transmitted through the moving direction determination grating changes in signal width at which the light intensity becomes low according to the width of the black pattern. The direction in which the signal width changes, for example, the signal width is large →
The direction of movement of the movable optical scale can be determined by detecting the direction of change from small to small to large. This can be achieved by making the intensity distribution of the moving direction determination grid asymmetric. Further, when the moving direction determination grating is moving, the number of pulses of the light intensity signal is measured simultaneously by using a circuit for generating one pulse from the light intensity signal every time the grating moves by one pitch, and Detect number N. By detecting the number of moving grids, a moving distance of N times one pitch of the moving grid is measured.

【0017】以上の検出は1つだけの光強度信号でよい
ため、単一の受光面をもった受光器で光強度を検出して
単一の光強度信号を出力する。受光器による光強度の検
出では、移動方向判定格子の格子1ピッチの半分程度の
幅から透過した光強度だけを選択して検出する必要があ
る。そこで、受光器の受光面には前記の幅に相当するス
リットを張り付け、そのスリットを通して光強度を検出
する。
Since only one light intensity signal needs to be detected, the light intensity is detected by a light receiver having a single light receiving surface and a single light intensity signal is output. In the light intensity detection by the light receiver, it is necessary to select and detect only the transmitted light intensity from a width of about half of one pitch of the moving direction determination grating. Therefore, a slit corresponding to the above width is attached to the light receiving surface of the light receiver, and the light intensity is detected through the slit.

【0018】移動光学スケールが停止しているときはモ
アレ縞の強度パターンを計測して、移動格子の停止位置
を検出する。この検出は測定開始時点と測定終了時点の
2回行う。モアレ縞の強度分布は黒パターンの幅が周期
的に増減を繰り返すパターンで、一定の倍率に拡大した
モアレ縞をラインセンサーなどの多分割受光面からなる
受光器で検出する。固定格子に対する移動格子の格子位
置に応じてモアレ縞の位置がシフトするため、モアレ縞
位置変化から格子の停止位置が検出できる。そこで、モ
アレ縞の特定の位置、例えば幅の広い黒パターンの近く
にある白パターンのパターン幅が最小になる位置を基準
位置とし、この基準位置が移動の前後でどれだけ変化し
たかを検出する。この位置の検出は移動格子の1ピッチ
幅以下の検出である。この位置検出感度で寸法測定の分
解能が決まる。そこで、測定開始の前後における格子位
置情報と格子が移動中に検出した格子移動数による距離
情報とから寸法を測定する。
When the moving optical scale is stopped, the stop position of the moving grating is detected by measuring the intensity pattern of the moire fringes. This detection is performed twice, at the start of measurement and at the end of measurement. The intensity distribution of the moiré fringes is a pattern in which the width of the black pattern repeats periodically increasing and decreasing, and the moiré fringes enlarged to a certain magnification are detected by a light receiver such as a line sensor having a multi-divided light receiving surface. Since the position of the moiré fringes shifts according to the lattice position of the moving lattice with respect to the fixed lattice, the stop position of the lattice can be detected from the change in the moiré fringe position. Therefore, a specific position of the moiré fringe, for example, a position where the pattern width of a white pattern near a wide black pattern is minimized is set as a reference position, and how much the reference position changes before and after movement is detected. . The detection of this position is the detection of one pitch width or less of the moving grating. The resolution of the dimension measurement is determined by the position detection sensitivity. Therefore, the dimension is measured from the grid position information before and after the start of the measurement and the distance information based on the number of grid movements detected while the grid is moving.

【0019】[0019]

【実施例】図1に本発明の寸法測定装置に用いる格子パ
ターンの例を示す。図1(a)は移動光学スケール10
に形成した移動格子11(下側)と移動方向判定格子1
2(上側)の格子パターン例で、両者は同じ移動光学ス
ケール10の別々の位置に形成する。移動格子11は第
1の格子ピッチを有し、モアレ縞を発生させるための格
子である。移動方向判定格子12は第1の格子ピッチと
同じ格子ピッチで移動格子11の格子パターンとは異な
る強度分布を有し、移動光学スケール10が触針ととも
に移動するときの移動方向の判定とともに移動した格子
数を検出するための格子である。移動格子11は格子1
ピッチ幅がP1で、格子を構成する黒いパターン部と白
いパターン部の幅が等しく、格子が形成された方向には
対称な強度分布である。
FIG. 1 shows an example of a grid pattern used in a dimension measuring apparatus according to the present invention. FIG. 1A shows a moving optical scale 10.
Moving grid 11 (lower side) and moving direction determination grid 1
In the example of the 2 (upper) grating pattern, both are formed at different positions on the same moving optical scale 10. The moving grating 11 has a first grating pitch and is a grating for generating moiré fringes. The moving direction determination grating 12 has the same grating pitch as the first grating pitch, has a different intensity distribution from the grating pattern of the moving grating 11, and moves with the determination of the moving direction when the moving optical scale 10 moves with the stylus. This is a grid for detecting the number of grids. Moving grid 11 is grid 1
A pitch width P 1, equal the width of a black pattern portions and white pattern portion constituting the grid, in the direction in which the grating is formed is a symmetrical intensity distribution.

【0020】移動方向判定格子12は黒いパターン部の
幅と白いパターン部の幅の比率を少なくとも3種類以上
に変化させ、その比率に応じて黒のパターン幅を広い幅
から狭い幅まで順次変化させた形状とする。図の例は黒
いパターン幅を格子1ピッチの75%、50%、25%
の3種類に設定したもので、この3種類のパターンを周
期的に繰り返して格子を形成する。格子ピッチが一定で
あるため、白いパターン部の幅も狭い幅から広い幅まで
周期的に変化する。したがって、格子が形成された方向
に非対称な強度分布をもったパターンとなる。非対称な
強度分布とすることで、後述する移動方向の判定が容易
になる。
The moving direction determination grid 12 changes the ratio of the width of the black pattern portion to the width of the white pattern portion to at least three types, and sequentially changes the width of the black pattern from a wide width to a narrow width according to the ratio. Shape. In the example shown in the figure, the black pattern width is 75%, 50%, and 25% of one grid pitch.
These three types of patterns are periodically repeated to form a lattice. Since the lattice pitch is constant, the width of the white pattern portion also changes periodically from a narrow width to a wide width. Therefore, the pattern has an intensity distribution that is asymmetric in the direction in which the grating is formed. By making the intensity distribution asymmetric, it is easy to determine a moving direction described later.

【0021】図1(b)はモアレ縞を発生させるための
他方の格子である固定格子13の格子パターンである。
固定格子13は移動格子11と同様に黒いパターン部と
白いパターン部の幅が等しく、格子が形成された方向に
は対称な強度分布である。固定格子13は移動格子11
とは異なった第2の格子ピッチP2を有する。移動格子
11と固定格子13を互いに平行状態に設置すると、両
者を透過した光によりモアレ縞が発生する。このとき、
移動格子11と固定格子13の間をフーリエイメージ条
件が成り立つ距離Lに設定する。移動格子11のピッチ
をd、照明光の波長をλとしたとき、L=nd2/λが
成り立つ距離Lがフーリエイメージ条件である。ここで
nは整数1、2などの次数である。d=20μm、λ=
0.5μmの場合のLは、0.8mm(n=1)、1.
6mm(n=2)である。すなわち、移動格子11を透
過した光の強度分布が移動格子11の本来の光透過強度
分布に比例する位置がLである。そこで、固定格子13
を移動格子11の後方Lの位置に置けば、コントラスト
のよいモアレ縞を作成できる。
FIG. 1B shows a grid pattern of a fixed grid 13 which is the other grid for generating moire fringes.
Similar to the moving grating 11, the fixed grating 13 has the same width of the black pattern portion and the white pattern portion, and has a symmetric intensity distribution in the direction in which the grating is formed. The fixed grid 13 is a moving grid 11
A second grating pitch P 2 which is different from the. When the moving grating 11 and the fixed grating 13 are installed in parallel with each other, Moire fringes are generated by light transmitted through both. At this time,
The distance L between the moving grating 11 and the fixed grating 13 is set to satisfy the Fourier image condition. When the pitch of the moving grating 11 is d and the wavelength of the illumination light is λ, the distance L where L = nd 2 / λ is the Fourier image condition. Here, n is an order such as an integer 1 or 2. d = 20 μm, λ =
L in the case of 0.5 μm is 0.8 mm (n = 1);
6 mm (n = 2). That is, the position where the intensity distribution of the light transmitted through the moving grating 11 is proportional to the original light transmission intensity distribution of the moving grating 11 is L. Therefore, the fixed grid 13
Is placed at a position L behind the moving grid 11, moire fringes with good contrast can be created.

【0022】図2にモアレ縞の例を示す。モアレ縞のパ
ターン20は移動格子11と固定格子13の格子ピッチ
の差に応じた周期をもつ。二つのピッチP1、P2の関係
を、P1=P2(1+ε)で表す。ここでεは1より小さ
い微小な値で、ピッチの比に相当する。このとき生じる
モアレ縞の1周期の長さは〜P1/εであり、モアレ縞
の周期がもとの格子ピッチの1/εに拡大される。した
がって、二つの格子ピッチの差が小さいときはモアレ縞
の周期は長く、ピッチ差が大きくなるとモアレ縞の周期
は短くなる。図2の例はε=0.1の場合で、モアレ縞
の二周期分を示しており、モアレ縞の一周期は点21と
22の間の距離に相当する。モアレ縞は格子パターンが
形成される方向に形成され、黒のパターンと白のパター
ンが交互に現れ、そのパターン幅がそれぞれ周期的に変
化する形状である。
FIG. 2 shows an example of moire fringes. The moire fringe pattern 20 has a period corresponding to the difference between the grating pitches of the moving grating 11 and the fixed grating 13. The relationship between the two pitches P 1 and P 2 is represented by P 1 = P 2 (1 + ε). Here, ε is a minute value smaller than 1, and corresponds to a pitch ratio. The length of one cycle of the moiré fringes generated at this time is ~ P 1 / ε, and the cycle of the moiré fringes is expanded to 1 / ε of the original grating pitch. Therefore, when the difference between the two grating pitches is small, the period of the moire fringes is long, and when the difference in pitch is large, the period of the moire fringes is short. The example in FIG. 2 shows the case where ε = 0.1 and shows two periods of the moiré fringe. One period of the moiré fringe corresponds to the distance between points 21 and 22. Moiré fringes are formed in the direction in which the lattice pattern is formed, and have a shape in which black patterns and white patterns appear alternately, and their pattern widths change periodically.

【0023】モアレ縞で特徴的なことは、本来の黒の格
子パターンの幅よりも広い幅を持った黒パターン領域2
3が現れることで、その黒パターンの近傍に幅の狭い白
パターン24が生じる。後述するモアレ縞の位置計測に
おいて、この最小幅の白パターン24をモアレ縞の基準
位置とし、この基準位置を検出する。移動格子11が移
動すると固定格子13との位置関係が変わってモアレ縞
が図の左右方向に移動する。移動格子11が1ピッチだ
け移動すればモアレ縞の一周期分の長さがシフトし、P
1/εだけ移動する。すなわち、ε=0.1の場合は移
動格子11の微小な動きが10倍に拡大される。例え
ば、二つの格子パターンの1ピッチ長が20μm、22
μmのとき、モアレ縞の一周期は〜200μmで、格子
が20μm移動すれば、モアレ縞は〜200μm移動す
る。したがって、モアレ縞の1μmの移動を検出すれ
ば、格子の0.1μmの移動が検出できる。
The characteristic feature of the moire fringes is that the black pattern area 2 having a width wider than the width of the original black lattice pattern.
With the appearance of 3, a white pattern 24 having a small width is generated near the black pattern. In the moiré fringe position measurement described later, the white pattern 24 having the minimum width is used as a moiré fringe reference position, and the reference position is detected. When the moving grating 11 moves, the positional relationship with the fixed grating 13 changes, and the moire fringes move in the left-right direction in the figure. If the moving grating 11 moves by one pitch, the length of one cycle of the moire fringes shifts, and P
Move by 1 / ε. That is, when ε = 0.1, the minute movement of the moving grating 11 is magnified ten times. For example, one pitch length of two lattice patterns is 20 μm, 22
At μm, one cycle of the moiré fringes is up to 200 μm, and if the grating moves 20 μm, the moiré fringes move up to 200 μm. Therefore, if the movement of the moiré fringes is detected by 1 μm, the movement of the grating by 0.1 μm can be detected.

【0024】図3に本発明のモアレ縞を用いた寸法測定
装置の構成ブロック図を示す。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
して移動光学スケール10を照明する。移動光学スケー
ル10は図1(a)に示した移動格子11と移動方向判
定格子12が別々の位置に形成されたもので、図示して
いないが触針の動きに応じて移動する。移動格子11を
透過した光は固定格子13に入射する。なお、固定格子
13は移動格子11の後方のフーリエイメージ条件が成
り立つ位置に固定して設置する。移動方向判定格子12
を透過した光は固定格子13には入射せず、直接に第1
の受光器32で検出する。移動格子11と固定格子13
を透過した光は第2の受光器33で検出する。移動光学
スケール10が移動しているときは、第1の受光器32
で透過光を検出して第1の光強度信号320を出力す
る。移動光学スケール10が停止しているときは、第2
の受光器33でモアレ縞を検出してその強度パターンを
表す第2の光強度信号330を出力する。
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of a dimension measuring apparatus using moire fringes according to the present invention. The illumination light source 30 includes a light emitting diode or the like, and illuminates the movable optical scale 10 via a collimating lens 31. The moving optical scale 10 has the moving grating 11 and the moving direction judging grating 12 shown in FIG. 1A formed at different positions, and moves in accordance with the movement of the stylus, not shown. The light transmitted through the moving grating 11 enters the fixed grating 13. Note that the fixed grating 13 is fixedly installed at a position behind the moving grating 11 where the Fourier image condition is satisfied. Moving direction determination grid 12
Is not incident on the fixed grating 13 but directly
Is detected by the photodetector 32. Moving grating 11 and fixed grating 13
Is detected by the second light receiver 33. When the movable optical scale 10 is moving, the first optical receiver 32
Detects the transmitted light and outputs a first light intensity signal 320. When the moving optical scale 10 is stopped, the second
The second light intensity signal 330 representing the intensity pattern is output by detecting the moiré fringes by the light receiver 33.

【0025】移動光学スケール10が移動中は、その移
動する方向を移動方向判定部34で検出する。移動方向
判定格子12を透過した光強度は格子の光透過強度分布
に応じて変化する。移動方向判定格子12は図1(a)
に示したように非対称な強度分布を持つため、格子の移
動に応じて第1の光強度信号320が非対称に変化す
る。その信号の非対称性が現れる方向から移動方向を判
定する。移動光学スケール10が移動中は、さらに移動
格子カウント部35により移動方向判定格子12の移動
格子数Nをカウントし、信号350でカウント数Nを出
力する。このNにより、移動方向判定格子12の格子の
1ピッチの長さを単位とした整数倍の長さである移動距
離NP1が求められる。
While the moving optical scale 10 is moving, the moving direction is detected by the moving direction judging section 34. The light intensity transmitted through the moving direction determination grating 12 changes according to the light transmission intensity distribution of the grating. The moving direction determination grid 12 is shown in FIG.
Has an asymmetrical intensity distribution as shown in (1), the first light intensity signal 320 changes asymmetrically according to the movement of the grating. The moving direction is determined from the direction in which the asymmetry of the signal appears. While the moving optical scale 10 is moving, the moving grid counting unit 35 further counts the moving grid number N of the moving direction determination grid 12, and outputs the count number N with a signal 350. With this N, the moving distance NP 1, which is an integral multiple of the length of one pitch of the moving direction determination grid 12 as a unit, is obtained.

【0026】移動方向の判定と移動格子数のカウントは
一つの光強度信号320だけで行えるため、第1の受光
器32は単一の受光面をもつ構成でよい。一般には、照
明用光源30は広がりをもち、第1の受光器32も広い
面積を有するため、移動方向判定格子12を透過して受
光される光には多くの格子からの光透過強度が含まれて
いる。そこで、受光器32の直前にある特定の1つの格
子からの光透過強度だけを選択的に検出するために、受
光面にスリットを張り付け、そのスリットを通して光強
度を検出する。このときのスリット幅は移動方向判定格
子12の格子ピッチの半分程度の幅からの光強度を検出
できる幅に設定する。このように、スリットによるマス
キング効果を利用し、測定対象でない格子からの光強度
を検出しない構成とし、移動方向の判定と移動格子数の
カウントの精度を向上させる。
Since the determination of the moving direction and the counting of the number of moving grids can be performed with only one light intensity signal 320, the first light receiver 32 may have a single light receiving surface. In general, since the illumination light source 30 has a spread and the first light receiver 32 has a large area, the light transmitted through the moving direction determination grating 12 and received includes the light transmission intensity from many gratings. Have been. Therefore, in order to selectively detect only the light transmission intensity from one specific grating immediately before the light receiver 32, a slit is attached to the light receiving surface, and the light intensity is detected through the slit. The slit width at this time is set to a width that can detect the light intensity from a width of about half the grating pitch of the movement direction determination grating 12. As described above, the masking effect of the slit is used to detect the light intensity from the grating that is not the measurement target, thereby improving the accuracy of determining the moving direction and counting the number of moving gratings.

【0027】前述の動作を説明するために、図4に移動
方向判定格子12が移動するときに検出される光強度信
号の例を示す。波形41は第1の受光器32で検出され
る光強度信号である。光強度が低い領域42は黒のパタ
ーン部を透過した光による。光強度が高い領域43は白
のパターン部を透過した光による。波形41は光強度が
低い領域の幅が右側方向に、大→中→小→大→中→の方
向に変化する。この場合は移動方向判定格子12が左側
に移動していると判定する。逆に右側に移動すれば、大
→小→中→大→小→の方向に変化する。この変化の仕方
から移動方向を判定する。図4の波形44は光強度信号
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
する回路により得た波形で、移動方向判定格子12の移
動する格子の個数をカウントする。なお、測定の開始位
置45と最初のパルス46との間の距離Laと、測定の
終了位置47と最後のパルス48との間の距離Lbはと
もに格子1ピッチ幅以下の距離であるため、La、Lb
は後述するモアレ縞から検出する。
FIG. 4 shows an example of a light intensity signal detected when the movement direction judging grid 12 moves in order to explain the above-mentioned operation. A waveform 41 is a light intensity signal detected by the first light receiver 32. The region 42 with low light intensity is due to light transmitted through the black pattern portion. The region 43 with high light intensity is due to the light transmitted through the white pattern portion. In the waveform 41, the width of the region where the light intensity is low changes in the right direction, that is, in the direction of large → middle → small → large → middle →. In this case, it is determined that the movement direction determination grid 12 is moving to the left. Conversely, if it moves to the right, it changes in the direction of large → small → middle → large → small →. The direction of movement is determined from the manner of this change. A waveform 44 in FIG. 4 is a waveform obtained by a circuit that generates a pulse when the light intensity signal changes from the H level to the L level, and counts the number of moving grids of the moving direction determination grid 12. Since the distance La between the measurement start position 45 and the first pulse 46 and the distance Lb between the measurement end position 47 and the last pulse 48 are both distances equal to or less than one pitch width of the grating, La , Lb
Is detected from moiré fringes described later.

【0028】次に、図3を用いて移動光学スケール10
が停止しているときの測定動作を説明する。寸法測定に
おいては移動格子11のパターンピッチが測定の基準目
盛りである。高精度で寸法を測定するためには基準目盛
りの間を細かく分割し、格子ピッチの幅以下の位置検出
精度で格子の停止位置を検出する必要がある。この分割
精度で全体の測定精度が決定される。モアレ縞位置検出
部36は、測定開始時と測定終了時の2回にわたって、
移動格子11が停止しているときの格子位置をモアレ縞
から検出する。移動格子11が1ピッチ以内の距離を移
動したとき、モアレ縞が1周期以内の長さだけシフト
し、モアレ縞の位置が変化する。そこで、モアレ縞の基
準位置を設定しておき、その基準位置がどのように変化
したかを測定することで、移動格子11の1ピッチ以下
の格子移動を検出する。モアレ縞の基準位置として、図
2に示した幅の広い黒のパターンの間にある最小幅の白
パターン24の位置を採用する。
Next, referring to FIG.
The measurement operation when is stopped will be described. In dimension measurement, the pattern pitch of the moving grating 11 is a reference scale for measurement. In order to measure the dimension with high accuracy, it is necessary to finely divide the interval between the reference graduations and detect the stop position of the grating with a position detection accuracy equal to or less than the width of the grating pitch. The overall measurement accuracy is determined by the division accuracy. The moiré fringe position detection unit 36 performs the measurement twice at the start of measurement and at the end of measurement.
The grid position when the moving grid 11 is stopped is detected from the moire fringes. When the moving grating 11 moves within a distance of one pitch, the moire fringes shift by a length within one cycle, and the position of the moire fringes changes. Therefore, a reference position of the moiré fringe is set, and how the reference position has changed is measured, thereby detecting a movement of the moving grating 11 of less than one pitch. As the reference position of the moire fringes, the position of the white pattern 24 having the minimum width between the wide black patterns shown in FIG. 2 is employed.

【0029】第2の受光器33はラインセンサーなどの
多分割受光面からなり、一定の倍率で拡大したモアレ縞
を検出する。モアレ縞を発生させる移動格子11と固定
格子13の格子ピッチが20μm、22μmのとき、固
定格子13の直後の位置でのモアレ縞の一周期は〜20
0μmである。このモアレ縞を、固定格子13と第2の
受光器33との間にレンズを置いて、ラインセンサーの
検出面の幅に合わせた倍率までに拡大してモアレ縞の強
度分布を測定し、モアレ縞の基準位置を検出する。この
とき、ラインセンサーの中央部の画素位置を検出基準点
とし、モアレ縞の基準位置との差の画素数から格子停止
位置を検出する。測定開始時に検出した格子位置情報を
信号360で出力し、測定終了時に検出した格子位置情
報を信号365で出力する。なお、測定分解能について
は、例えばラインセンサーの画素が512の素子を用
い、モアレ縞の一周期を1ピクセルの精度で検出した場
合、20/512≒0.04μmの分解能で格子位置が
検出できる。
The second light receiver 33 is composed of a multi-divided light receiving surface such as a line sensor, and detects moire fringes enlarged at a fixed magnification. When the grating pitch between the moving grating 11 and the fixed grating 13 for generating moiré fringes is 20 μm and 22 μm, one cycle of the moiré fringes immediately after the fixed grating 13 is 2020.
0 μm. The moiré fringes are enlarged to a magnification corresponding to the width of the detection surface of the line sensor by placing a lens between the fixed grating 13 and the second light receiver 33, and the intensity distribution of the moiré fringes is measured. The reference position of the stripe is detected. At this time, the pixel position at the center of the line sensor is used as a detection reference point, and the grid stop position is detected from the number of pixels having a difference from the reference position of the moiré fringe. The grid position information detected at the start of the measurement is output as a signal 360, and the grid position information detected at the end of the measurement is output as a signal 365. Regarding the measurement resolution, for example, when one line sensor has 512 pixels and one cycle of the moire fringes is detected with an accuracy of one pixel, the grid position can be detected with a resolution of 20/512 ≒ 0.04 μm.

【0030】寸法算出部37は、移動格子カウント部3
5から出力される格子移動距離情報信号350と、モア
レ縞位置検出部36から出力される格子位置情報信号3
60及び365から測定すべき寸法を算出する。モアレ
縞位置検出部36で検出された格子位置情報は格子位置
の絶対位置を検出しているのではなく、相対位置の検出
である。そこで、寸法が予め既知の試料を用いて、信号
360と365で検出した格子位置情報と実際の寸法の
相関を測定して変換係数を算出しておき、その変換係数
を用いて実際の寸法値を算出する。以上述べた構成によ
り、簡素な構成でサブミクロン精度をもった寸法測定装
置が実現できる。
The dimension calculating section 37 includes a moving grid counting section 3
5 and the grid position information signal 3 output from the moiré fringe position detector 36.
The dimensions to be measured are calculated from 60 and 365. The grid position information detected by the moiré fringe position detection unit 36 is not a detection of the absolute position of the grid position but a detection of a relative position. Therefore, using a sample whose dimensions are known in advance, the correlation between the lattice position information detected by the signals 360 and 365 and the actual dimensions is measured to calculate the conversion factor, and the actual dimension value is calculated using the conversion factor. Is calculated. With the above-described configuration, it is possible to realize a dimension measuring device having a submicron accuracy with a simple configuration.

【0031】[0031]

【発明の効果】上記のごとく本発明によるモアレ縞を用
いた寸法測定装置は、格子ピッチの異なる移動格子と固
定格子、及び移動格子と同じ格子ピッチを有して強度分
布の異なる移動方向判定格子の3つの格子を用いた構成
である。移動方向判定格子は格子が形成される方向に非
対称な強度分布をもたせたことにより、光強度信号の変
化が非対称となって直接に移動方向の判定ができる。そ
のため、光強度を単一の受光面からなる受光器で検出す
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、移動方向の判定のための受光器と判定回
路の構成が簡素化されると共に、受光器位置設定の調整
も簡素化できる。
As described above, the dimension measuring apparatus using the moiré fringes according to the present invention comprises a moving grating and a fixed grating having different grating pitches, and a moving direction judging grating having the same grating pitch as the moving grating and having a different intensity distribution. This is a configuration using the three gratings. Since the moving direction determination grating has an asymmetric intensity distribution in the direction in which the grating is formed, the change in the light intensity signal is asymmetric and the moving direction can be directly determined. Therefore, the light intensity 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, the configurations of the light receiver and the determination circuit for determining the moving direction can be simplified, and the adjustment of the light receiver position setting can be simplified.

【0032】本発明では格子が移動中と停止中では測定
モードを変える。格子が移動中は第1の受光器による光
強度のみを検出する。この検出は高速で行われるため、
格子の移動が高速でも十分に追従でき、高速な測定が可
能になって測定の信頼性が向上する。また、格子が停止
中は第2の受光器でモアレ縞を計測する。この計測をラ
インセンサーで行えば、モアレ縞の1周期を500程度
に分割できるため、格子の1ピッチの1/500程度の
分解能で格子位置が検出でき、サブミクロン精度での寸
法測定が可能である。また、モアレ縞の計測は測定開始
前と後の2回だけでよいため、全体としては測定の高速
化が計れる。
In the present invention, the measurement mode is changed while the grating is moving and stopped. While the grating is moving, only the light intensity from the first light receiver is detected. Because this detection is fast,
The movement of the grating can be sufficiently followed even at a high speed, and a high-speed measurement can be performed, thereby improving the reliability of the measurement. While the grating is stopped, the second light receiver measures moire fringes. If this measurement is performed with a line sensor, one cycle of moiré fringes can be divided into about 500, so that the grating position can be detected with a resolution of about 1/500 of one pitch of the grating, and dimension measurement with submicron accuracy is possible. is there. Further, since the measurement of the moiré fringes only needs to be performed twice before and after the start of the measurement, the measurement can be speeded up as a whole.

【0033】以上のモアレ縞は格子ピッチがわずかに異
なる二つの格子を互いに平行に設置すれば得られる。そ
のため、従来のモアレ縞作成のように一方の格子を数度
という微小な角度に傾けて設定する必要がなく、格子設
定が簡素化できる。
The above moire fringes can be obtained by installing two gratings having slightly different grating pitches in parallel with each other. Therefore, unlike the conventional moire fringe creation, it is not necessary to set one of the gratings at a slight angle of several degrees, so that the grating setting can be simplified.

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

【図1】本発明による格子の光透過強度パターンを説明
する図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a light transmission intensity pattern of a grating according to the present invention.

【図2】本発明による格子によって得られるモアレ縞の
パターンを示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a pattern of moire fringes obtained by a grating according to the present invention.

【図3】本発明によるモアレ縞を用いた寸法測定装置の
構成を示すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a dimension measuring device using moire fringes according to the present invention.

【図4】正弦波の強度を説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating the intensity of a sine wave.

【図5】従来のモアレ縞の発生を説明する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating the generation of moire fringes in the related art.

【図6】従来のモアレ縞を用いた寸法測定装置の構成を
示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a conventional dimension measuring device using moiré fringes.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 移動光学スケール 11 移動格子 12 移動方向判定格子 13 固定格子 20 モアレ縞 32 第1の受光器 33 第2の受光器 34 移動方向判定部 35 移動格子カウント部 36 モアレ縞位置検出部 37 寸法算出部 Reference Signs List 10 moving optical scale 11 moving grating 12 moving direction judging grating 13 fixed grating 20 moiré fringe 32 first light receiver 33 second light receiver 34 moving direction judging unit 35 moving grating counting unit 36 moiré fringe position detecting unit 37 dimension calculating unit

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 触針と共に移動する第1の格子ピッチを
有する移動格子と前記第1の格子ピッチとは異なる第2
の格子ピッチを有する固定格子を有し、該固定格子を前
記移動格子の近傍に固定して設置して前記移動格子と固
定格子を光源からの光で照明し、発生するモアレ縞を検
出して寸法を測定するモアレ縞を用いた寸法測定装置で
あって、 前記移動格子と、前記第1の格子ピッチと同じピッチを
有して前記移動格子とは異なる強度分布を有する移動方
向判定格子とから構成され、光源から光を照射される移
動光学スケールと、 該移動光学スケールが移動しているときに前記移動方向
判定格子を透過した光を検出する第1の受光器と、該第
1の受光器で検出された第1の光強度信号から前記移動
方向判定格子の移動方向を検出する移動方向判定部と、
前記移動方向判定格子の移動によって生じる前記第1の
光強度信号のパルス数を検出する移動格子カウント部
と、 前記移動光学スケールが停止しているときに前記移動格
子と前記固定格子を透過した光により形成されるモアレ
縞を検出する第2の受光器と、該第2の受光器で検出さ
れた第2の光強度信号から前記移動格子の移動の前後に
ついてモアレ縞の予め設定された位置を検出するモアレ
縞位置検出部と、 前記移動格子カウント部で検出した前記移動方向判定格
子の移動格子数に対応する格子移動距離情報と前記モア
レ縞位置検出部で検出した前記移動格子の移動前後にお
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、前記移動方向判定格子と移動格子の
移動によって生じる光強度変化とモアレ縞の移動とから
寸法を測定することを特徴とするモアレ縞を用いた寸法
測定装置。
1. A moving grating having a first grating pitch that moves with a stylus and a second grating different from the first grating pitch.
Having a fixed grating having a grating pitch, illuminating the fixed grating with the fixed grating in the vicinity of the moving grating, illuminating the moving grating and the fixed grating with light from a light source, and detecting the generated moiré fringes. A size measuring apparatus using a moiré fringe for measuring a size, wherein the moving grating and a moving direction determination grating having the same pitch as the first grating pitch and having a different intensity distribution from the moving grating. A moving optical scale configured to be irradiated with light from a light source, a first light receiving device for detecting light transmitted through the moving direction determination grating when the moving optical scale is moving, and a first light receiving device A moving direction determining unit that detects a moving direction of the moving direction determining grid from the first light intensity signal detected by the detector;
A moving grating counting unit that detects the number of pulses of the first light intensity signal generated by the movement of the moving direction determination grating; and light transmitted through the moving grating and the fixed grating when the moving optical scale is stopped. A second light receiver for detecting moiré fringes formed by the following method, and a predetermined position of the moiré fringes before and after the movement of the moving grating from the second light intensity signal detected by the second light receiver. A moiré fringe position detecting unit to detect, grid moving distance information corresponding to a moving grid number of the moving direction determination grid detected by the moving grid counting unit, and before and after the movement of the moving grid detected by the moiré fringe position detecting unit. A dimension calculation unit that calculates a dimension value to be measured from the position information of the grating, and a change in light intensity and a movement of the moiré fringes caused by the movement of the movement direction determination grating and the movement grating. Dimension measuring apparatus using the moiré fringes and measuring the Luo dimensions.
【請求項2】 請求項1に記載の移動方向判定格子にお
いて、該格子を構成する光透過率の低い黒のパターン幅
と光透過率の高い白のパターン幅の比率を少なくとも3
種類の比率に設定するとともに、該比率に応じて黒のパ
ターン幅を広い幅から狭い幅まで順次同じ方向に変化さ
せ、該パターン幅の変化を一つの単位として周期的に繰
り返した構成とし、格子が形成された方向に関して非対
称な強度パターンとすることを特徴とするモアレ縞を用
いた寸法測定装置。
2. The moving direction determination grid according to claim 1, wherein a ratio of a width of a black pattern having a low light transmittance to a width of a white pattern having a high light transmittance constituting the grid is at least three.
In addition to setting the type ratio, the black pattern width is sequentially changed from the wide width to the narrow width in the same direction according to the ratio, and the change in the pattern width is periodically repeated as one unit, and the lattice is formed. A dimension measuring apparatus using moiré fringes, wherein the intensity pattern is an asymmetrical intensity pattern with respect to the direction in which is formed.
【請求項3】 請求項1に記載の第1の受光器は単一の
受光面を有し、該受光面は前記移動方向判定格子の第1
の格子ピッチのほぼ半分の幅の格子部分からの光強度を
検出するためのスリットを有し、該スリットを透過した
前記移動方向判定格子からの光強度を検出して単一の前
記第1の光強度信号を出力するように構成したことを特
徴とするモアレ縞を用いた寸法測定装置。
3. The first light receiving device according to claim 1, wherein the first light receiving device has a single light receiving surface, and the light receiving surface is a first light receiving surface of the moving direction determination grating.
A slit for detecting the light intensity from a grating portion having a width approximately half the grating pitch of the grating, and detecting the light intensity from the moving direction determination grating transmitted through the slit to obtain a single first A dimension measuring apparatus using moire fringes, wherein the dimension measuring apparatus is configured to output a light intensity signal.
【請求項4】 請求項1に記載の第2の受光器は多分割
された複数の受光面を有するラインセンサーであって、
モアレ縞の強度分布を検出して第2の光強度信号を出力
するように構成したことを特徴とするモアレ縞を用いた
寸法測定装置。
4. The line receiver according to claim 1, wherein the second light receiver is a line sensor having a plurality of light-receiving surfaces divided into multiple parts.
A dimension measuring apparatus using moiré fringes, wherein the apparatus is configured to detect an intensity distribution of moiré fringes and output a second light intensity signal.
JP27702897A 1997-10-09 1997-10-09 Dimension measuring device using moire fringe Pending JPH11118422A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP27702897A JPH11118422A (en) 1997-10-09 1997-10-09 Dimension measuring device using moire fringe

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP27702897A JPH11118422A (en) 1997-10-09 1997-10-09 Dimension measuring device using moire fringe

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH11118422A true JPH11118422A (en) 1999-04-30

Family

ID=17577775

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP27702897A Pending JPH11118422A (en) 1997-10-09 1997-10-09 Dimension measuring device using moire fringe

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH11118422A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006192883A (en) * 2004-12-17 2006-07-27 Konica Minolta Holdings Inc Detection method of recorded position interval and recording apparatus
JP2006267022A (en) * 2005-03-25 2006-10-05 Kurabo Ind Ltd Defect inspection device and method
JP2007083635A (en) * 2005-09-26 2007-04-05 Seiko Epson Corp Position detecting device and liquid delivering apparatus
JP2007083636A (en) * 2005-09-26 2007-04-05 Seiko Epson Corp Position detecting device and liquid delivering apparatus
JP2007090610A (en) * 2005-09-28 2007-04-12 Seiko Epson Corp Position detecting apparatus and liquid ejecting apparatus

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006192883A (en) * 2004-12-17 2006-07-27 Konica Minolta Holdings Inc Detection method of recorded position interval and recording apparatus
JP4655887B2 (en) * 2004-12-17 2011-03-23 コニカミノルタホールディングス株式会社 Recording position interval detection method and recording apparatus
JP2006267022A (en) * 2005-03-25 2006-10-05 Kurabo Ind Ltd Defect inspection device and method
JP4613086B2 (en) * 2005-03-25 2011-01-12 倉敷紡績株式会社 Defect inspection equipment
JP2007083635A (en) * 2005-09-26 2007-04-05 Seiko Epson Corp Position detecting device and liquid delivering apparatus
JP2007083636A (en) * 2005-09-26 2007-04-05 Seiko Epson Corp Position detecting device and liquid delivering apparatus
JP2007090610A (en) * 2005-09-28 2007-04-12 Seiko Epson Corp Position detecting apparatus and liquid ejecting apparatus
JP4661498B2 (en) * 2005-09-28 2011-03-30 セイコーエプソン株式会社 Liquid ejection device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100516780C (en) Absolute encoder employing concatenated, multi-bit, interpolated sub-encoders
US4988886A (en) Moire distance measurement method and apparatus
JP2546823B2 (en) Position detection method and device
JP4266834B2 (en) Optical encoder
JPH0245126B2 (en)
JP7107857B2 (en) encoder
JP2001082984A (en) Optical position measuring apparatus
US3856400A (en) Apparatus for no-contact measurement having a multi-colored grating
US6914235B2 (en) Position measuring system and method for operating a position measuring system
US4025197A (en) Novel technique for spot position measurement
US6492637B1 (en) Dimension measuring device
JPS6023282B2 (en) Relative displacement measuring device
JPH07167678A (en) Device for generating periodic signal that does not include higher harmic wave
GB2430250A (en) Optical encoder and method therefor
JP2000230803A (en) Optical location measuring device
JPH11118422A (en) Dimension measuring device using moire fringe
JPH08178613A (en) Photodetector for interferometer
US10859374B2 (en) Optical angle sensor
US5184014A (en) Opto-electronic scale reading apparatus
JP2000321097A (en) Optical encoder
EP3850310B1 (en) Measurement device
JPH11101614A (en) Dimension measuring device using optical scale
RU2116618C1 (en) Angle meter
JP2861804B2 (en) Length measuring device
JP2001041730A (en) Linear scale