JPS5952706A - 変位測定方法 - Google Patents
変位測定方法Info
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- JPS5952706A JPS5952706A JP16357582A JP16357582A JPS5952706A JP S5952706 A JPS5952706 A JP S5952706A JP 16357582 A JP16357582 A JP 16357582A JP 16357582 A JP16357582 A JP 16357582A JP S5952706 A JPS5952706 A JP S5952706A
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- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 14
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 21
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 25
- 238000007476 Maximum Likelihood Methods 0.000 claims description 5
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 claims description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/36—Forming the light into pulses
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Optical Transform (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は微小変位の測定に適した変位測定方法に関する
。
。
例えば応力ひすみ等の微小変位の測定方法として、モア
ル縞法やし〜ザ干渉法等の種々の方法か提案実施されて
いる。
ル縞法やし〜ザ干渉法等の種々の方法か提案実施されて
いる。
本発明は、かかる微小変位を測定するためになされた新
規な変位測定方法であり、その目的は比較的簡単に、し
かも高精度に微小変位を測定しうる変位測定方法を提供
することを目的としている。
規な変位測定方法であり、その目的は比較的簡単に、し
かも高精度に微小変位を測定しうる変位測定方法を提供
することを目的としている。
そして、そのために本発明は、標点間をｎ等分（ｎは任
意整数）する位置に素子Ａを配列させた基板と、前記標
点間と同一距離の標点間をｎ±ｍ等分（ｍはｎより充分
小さい整数）する位置に素子Ｂを配列させた移動板とを
平行に配置し、素子Ａと素子Ｂとの相互作用により素子
Ａ又は素子Ｂに生ずる情報量の配列順逐次変化の波の位
相を求め、前記位相の変化より基板と移動板との相対的
な変位を測定することを特徴としている。
意整数）する位置に素子Ａを配列させた基板と、前記標
点間と同一距離の標点間をｎ±ｍ等分（ｍはｎより充分
小さい整数）する位置に素子Ｂを配列させた移動板とを
平行に配置し、素子Ａと素子Ｂとの相互作用により素子
Ａ又は素子Ｂに生ずる情報量の配列順逐次変化の波の位
相を求め、前記位相の変化より基板と移動板との相対的
な変位を測定することを特徴としている。
以下に本発明の実施例を図面をもとに説明する。
第１図は本発明に係る変位測定方法に用いられる基板と
移動板の一実施例を略示する斜視図、第２図は第１図に
示した実施例の動作波形図である、第２図において、１
０は素子Ａとして例えば２４９個の光センサ１１が２−
の標点間に等間隔で配列された基板、２０は前記光セン
サ１１の配列する標点間と同じ距離の標点間に素子Ｂと
して例えは２５０個の小孔２１を第間隔に配設した移動
板である。
移動板の一実施例を略示する斜視図、第２図は第１図に
示した実施例の動作波形図である、第２図において、１
０は素子Ａとして例えば２４９個の光センサ１１が２−
の標点間に等間隔で配列された基板、２０は前記光セン
サ１１の配列する標点間と同じ距離の標点間に素子Ｂと
して例えは２５０個の小孔２１を第間隔に配設した移動
板である。
基板１０は例えば、固定されて設けられる一方、移動板
２０は例えば、図示しない移動体に取り付けられる。
２０は例えば、図示しない移動体に取り付けられる。
そして、移動板２０の上面側から一様な光を照射すれば
、移動板２０の小孔２１を通して、基板】０の各光セン
サ１１が受光し、その出力は例えば、第２図の黒丸印で
表わされる様に配列順に変化する。すなわち、基板１０
に配列された光センサ１１の配列順逐次変化は、両端に
最大値、中央に最小値をもった１サイクルの波となる。
、移動板２０の小孔２１を通して、基板】０の各光セン
サ１１が受光し、その出力は例えば、第２図の黒丸印で
表わされる様に配列順に変化する。すなわち、基板１０
に配列された光センサ１１の配列順逐次変化は、両端に
最大値、中央に最小値をもった１サイクルの波となる。
次に、移動板２０を小孔２１の配列する方向に沿って、
若干移動させると、基板１０の光センサ１１の受光量が
変化し、前記波は例えは、第２図の白丸印で表わしたよ
うになる。すなわち、同図より明らかなように移動板２
０の僅かな変位により、光センサ１１の出力の配列順逐
次変化の波の位相が大きく変化する。本実施例の場合、
移動板２０の小孔２１と基板１０の光センサ１１との数
の差は１個であるから、移動板２０か小孔２１の配列の
１ピッチ分（０，］ｍｍ）変位すれば、前記波の位相は
１波長、すなわち２５圏進む。それ故、移動板２０の変
位に対し、波の位相はその２５０倍進むことになる。
若干移動させると、基板１０の光センサ１１の受光量が
変化し、前記波は例えは、第２図の白丸印で表わしたよ
うになる。すなわち、同図より明らかなように移動板２
０の僅かな変位により、光センサ１１の出力の配列順逐
次変化の波の位相が大きく変化する。本実施例の場合、
移動板２０の小孔２１と基板１０の光センサ１１との数
の差は１個であるから、移動板２０か小孔２１の配列の
１ピッチ分（０，］ｍｍ）変位すれば、前記波の位相は
１波長、すなわち２５圏進む。それ故、移動板２０の変
位に対し、波の位相はその２５０倍進むことになる。
さらに、光センサ１１の配列順逐次変化の波の位相は、
各光センサ１１の出力を統計的に処理してその最尤度位
置を求めることにより、光センサ１１の配列ピッチの１
０分の１以上の精度で算出することかできる。
各光センサ１１の出力を統計的に処理してその最尤度位
置を求めることにより、光センサ１１の配列ピッチの１
０分の１以上の精度で算出することかできる。
第３図は波の位相の最尤度位置を求める方法を示す説明
図である。すなわち、光センサ１１の配列順次変化の最
も確率高く表われるパターン（例えば第３図に鎖線で示
した波形）を予め求めておく。
図である。すなわち、光センサ１１の配列順次変化の最
も確率高く表われるパターン（例えば第３図に鎖線で示
した波形）を予め求めておく。
そして、位相を測定すべき光センサ１１の配列順逐次変
化の波に前記予め求めておいたパターンを適合すると各
光センサ１１間の波の形や、正しい波の形を推定するこ
とができる。例えば、波のピークが光センサの配列ｉと
ｉ＋］（ｉは整数）との間に表われる場合であっても、
鎖線で示した前記予め求められたパターンを適合するこ
とにより、ピークの表われる位置を光センサ１１のピン
チの１０分の１以上の精度で推定できるので、結局、配
列順逐次変化の波の位相は光センサ１１のピッチの１０
分の１以上の精度で算出することができることになる。
化の波に前記予め求めておいたパターンを適合すると各
光センサ１１間の波の形や、正しい波の形を推定するこ
とができる。例えば、波のピークが光センサの配列ｉと
ｉ＋］（ｉは整数）との間に表われる場合であっても、
鎖線で示した前記予め求められたパターンを適合するこ
とにより、ピークの表われる位置を光センサ１１のピン
チの１０分の１以上の精度で推定できるので、結局、配
列順逐次変化の波の位相は光センサ１１のピッチの１０
分の１以上の精度で算出することができることになる。
また、前述した如く光センサ１１の出力を統計処理する
ことにより、例えば、第３図において示すように、配列
がｉ−２の光センサの位置が機械的誤差のためにずれた
ため、その出力か正常値より大きくなっても、該正常値
を推定し得るから、機械的誤差に基つく位相の算出値の
誤差を少くできる。
ことにより、例えば、第３図において示すように、配列
がｉ−２の光センサの位置が機械的誤差のためにずれた
ため、その出力か正常値より大きくなっても、該正常値
を推定し得るから、機械的誤差に基つく位相の算出値の
誤差を少くできる。
以下に具体的数値例をあげて変位の読み取り精度を説明
すると、上述した如く基板１０に２４９個の光センサ、
移動板２０に２５０個の小孔を設けた場合、波の位相の
移動は、移動板２０の変位の２５０倍に拡大されており
、しかも基板１０における位相の正確な位置は２４９個
の光センサ月の出力から統計的に最尤度位置を求めるの
で、２５ｍｍ／（２４’ｊ ｘ １０ ）以上の精度と
なる。従って、基板］Ｏと移動板２０の相対的な変位は
、 より判るように、０．０４Ｉｚｍ以上の精度で得ること
ができる。
すると、上述した如く基板１０に２４９個の光センサ、
移動板２０に２５０個の小孔を設けた場合、波の位相の
移動は、移動板２０の変位の２５０倍に拡大されており
、しかも基板１０における位相の正確な位置は２４９個
の光センサ月の出力から統計的に最尤度位置を求めるの
で、２５ｍｍ／（２４’ｊ ｘ １０ ）以上の精度と
なる。従って、基板］Ｏと移動板２０の相対的な変位は
、 より判るように、０．０４Ｉｚｍ以上の精度で得ること
ができる。
上述した如き実施例の光センサ１１を有する基板１０は
例えば、半導体集積技術によってホトタイ」−ドを並設
したホトダイオードアレイを用いる。
例えば、半導体集積技術によってホトタイ」−ドを並設
したホトダイオードアレイを用いる。
そして、その場合の移動板２０は例えば、薄いガラス板
に形成した非透過性の薄膜にポトエソチングにより小孔
を多数形成すればよい。
に形成した非透過性の薄膜にポトエソチングにより小孔
を多数形成すればよい。
以上の実施例の説明より明らかなように、本発明に係る
変位測定方法によれは、移動体の微小な変位を比較的簡
単に、しかも精度よく測定することができる。
変位測定方法によれは、移動体の微小な変位を比較的簡
単に、しかも精度よく測定することができる。
また、基板と移動板の熱膨張係数を等しくなるようにす
れは、温度変化に基づく変位の測定誤差を少くできるの
で、さらに精度を上げることもできる１、 さらに、光センサ等の素子の情報量の配列順逐次変化は
各素子の情報量を統計処理して、例えば回帰直線を用い
ることにより、各素子の位置的バラツキ等の機械的精度
の悪さや各素子の感度のバラツキをデータ処理で補うこ
とができるのでたいへん合理的である。
れは、温度変化に基づく変位の測定誤差を少くできるの
で、さらに精度を上げることもできる１、 さらに、光センサ等の素子の情報量の配列順逐次変化は
各素子の情報量を統計処理して、例えば回帰直線を用い
ることにより、各素子の位置的バラツキ等の機械的精度
の悪さや各素子の感度のバラツキをデータ処理で補うこ
とができるのでたいへん合理的である。
尚、実施例において、基板に配列される素子Ａは光セン
サであり、また移動板に配列される素子Ｂは小孔である
として説明したが、本発明はこれに限られるものではな
い。例えは、素子Ａ及びＢとして電極を形成し、これら
の間の静電容量を計測するものであってもよい。また、
素子Ａをホール素子等の磁気センサとし、素子ＢをＮ極
又はＳ極とするものであっても実施例で説明したと同様
の効果を奏する。このように、本発明に用゛いられる素
子Ａ及び素子Ｂは相互作用の及ぼし合う組み合せであれ
ばよいから、種々の鼓形を採り得るものである。
サであり、また移動板に配列される素子Ｂは小孔である
として説明したが、本発明はこれに限られるものではな
い。例えは、素子Ａ及びＢとして電極を形成し、これら
の間の静電容量を計測するものであってもよい。また、
素子Ａをホール素子等の磁気センサとし、素子ＢをＮ極
又はＳ極とするものであっても実施例で説明したと同様
の効果を奏する。このように、本発明に用゛いられる素
子Ａ及び素子Ｂは相互作用の及ぼし合う組み合せであれ
ばよいから、種々の鼓形を採り得るものである。
また、実施例において、光センサと小孔の数の差は１個
であるとしているか、これに限られるものではなく、例
えは２個以上であってもよい。そして、この差の採り方
によって、変位の計測倍率を変えることができる。
であるとしているか、これに限られるものではなく、例
えは２個以上であってもよい。そして、この差の採り方
によって、変位の計測倍率を変えることができる。
第１図は本発明に係る変位測定方法に用いられる基板と
移動板の一実施例を略示する斜視図、第２図は第１図に
示した実施例の動作波形図、第３図は波の位相の最尤度
位置を求める方法を示す説明図であろう １０・・・基板、１１・・・光センサ、２０・・・移動
板、２］・・・小孔。 特許出願人 株式会社島津製作所 代理人弁理士大西孝治 第３図 ｉ＋２ ｉ＋３ ｉ＋４手続手続補正臼
発） 昭和５８年 ９月２４日 特許庁長官 若 杉 和 夫 殿 １、事件の表示 昭和５７年特許願第１６３５７５号 ２、発明の名称 変位測定方法 ６、 補正により増加する発明の数 ０７、補正の対
象 第２図 肋邊血州Ｌ ″′伺
移動板の一実施例を略示する斜視図、第２図は第１図に
示した実施例の動作波形図、第３図は波の位相の最尤度
位置を求める方法を示す説明図であろう １０・・・基板、１１・・・光センサ、２０・・・移動
板、２］・・・小孔。 特許出願人 株式会社島津製作所 代理人弁理士大西孝治 第３図 ｉ＋２ ｉ＋３ ｉ＋４手続手続補正臼
発） 昭和５８年 ９月２４日 特許庁長官 若 杉 和 夫 殿 １、事件の表示 昭和５７年特許願第１６３５７５号 ２、発明の名称 変位測定方法 ６、 補正により増加する発明の数 ０７、補正の対
象 第２図 肋邊血州Ｌ ″′伺
Claims (3)
- （１）標点間をｎ等分（ｎは任意整数）する位置に素子
Ａを配列させた基板と、前記標点間と同一距離の標点間
をｎ ±、 ｍ等分（ｍはｎより充分小さい整数）する
位置に素子Ｂを配列させた移動板とを平行に配置し、素
子Ａと素子Ｂとの相互作用により素子へ又は素子Ｂに生
ずる情報量の配列順逐次変化の波の位相を求め、前記位
相の変化より基板と移動板との相対的な変位を測定する
ことを特徴とする変位測定方法。 - （２）前記情報量の配列順逐次変化の波の位相は素子の
情報量を統計処理することにより、その最尤度位置が求
められるものであることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の変位測定方法。 - （３）前記素子Ａは光センサであり、素子Ｂは小孔であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の変位測
定方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16357582A JPS5952706A (ja) | 1982-09-20 | 1982-09-20 | 変位測定方法 |
| US06/533,779 US4654524A (en) | 1982-09-20 | 1983-09-19 | Method and apparatus for measuring a displacement of one member relative to another using a vernier with an even numbered difference of elements |
| EP83109286A EP0111642B1 (en) | 1982-09-20 | 1983-09-19 | Method and apparatus for measuring a displacement of one member relative to another |
| DE83109286T DE3382706T2 (de) | 1982-09-20 | 1983-09-19 | Verfahren und Vorrichtung zur Relativwegmessung. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16357582A JPS5952706A (ja) | 1982-09-20 | 1982-09-20 | 変位測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5952706A true JPS5952706A (ja) | 1984-03-27 |
Family
ID=15776513
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16357582A Pending JPS5952706A (ja) | 1982-09-20 | 1982-09-20 | 変位測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5952706A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008216086A (ja) * | 2007-03-06 | 2008-09-18 | Microdent:Kk | 定量化規格化（位相差）顕微鏡装置 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5582918A (en) * | 1978-12-19 | 1980-06-23 | Toshiba Corp | Encoder |
| JPS57104815A (en) * | 1980-12-20 | 1982-06-30 | Asahi Optical Co Ltd | Angle measuring apparatus employing line sensor |
-
1982
- 1982-09-20 JP JP16357582A patent/JPS5952706A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5582918A (en) * | 1978-12-19 | 1980-06-23 | Toshiba Corp | Encoder |
| JPS57104815A (en) * | 1980-12-20 | 1982-06-30 | Asahi Optical Co Ltd | Angle measuring apparatus employing line sensor |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008216086A (ja) * | 2007-03-06 | 2008-09-18 | Microdent:Kk | 定量化規格化（位相差）顕微鏡装置 |
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