JPS60260813A - 変位測定方法及びその装置 - Google Patents

変位測定方法及びその装置

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JPS60260813A
JPS60260813A JP60115526A JP11552685A JPS60260813A JP S60260813 A JPS60260813 A JP S60260813A JP 60115526 A JP60115526 A JP 60115526A JP 11552685 A JP11552685 A JP 11552685A JP S60260813 A JPS60260813 A JP S60260813A
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grating
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    • 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
    • G01D5/38—Forming the light into pulses by diffraction gratings

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は長さ変位又は角度変位を測定することができる
、いわゆるモアレエンコーダを使用する変位測定装置及
び変位測定方法に関する。
（従来の技術） ：本発明は英国特許明細書１４７４０４９（ライン）及
び０ｐｔｉｃａ１日ｐθｃｔｒｏｅｃｏｐｙ　１４　、
２１５（１９６３）として発行されたＲａｅｓｕａｏｖ
ａ及び（）ｅｒａｓ　ｉｍｏｖによる記載から公知であ
る。
この技術は実際の形が格子の一つを反射型とすることに
よって二つの格子構造に減少される三格子干渉構造を示
す。モアレ縞が発生し、モアレ縞の試験は得られるべき
二つの格子の間の相対運動の大きさと方向の測定を可能
にする。
本発明は代表的なピッチとしては４０μｍのピッチを有
する精密格子を使用する非常に高分解能から整列公差の
ゆるやかなものを提供することを目的とする。
モアレ縞は精密測定のために同一走査フィールドを見る
べき光電検出器によって試験される。
従って焦平面検出器及び０次＋１次−１次の回折を使用
することが望ましい。従って検出器によって検出された
回折次数の間の位相分離を得ることが必要である。
ラインの明細書中において、一つの格子は格子の間の間
隔相違を形成するために他方の格子に対して傾けられる
。
このシステムの主要な利点状位相分離又はオフセットの
大きさが殆んど二つの格子の間のギャップに依存するこ
とである。精密ピッチ格子（例えば８μｍ）のためには
このギャップはμｍオーダであるのがよく、分離の小さ
い変化は相対的位相の許容できない変化に導かれる。
本発明はライフの欠点を伴わない位相オフセット又は分
離を得るための装置及びその方法を提供することを目的
とする。“ （本発明） 本発明の一つによれば二つの対象物の間の相対的変位を
測定するための変位測定装置は一方の対象物上に取付け
られたインデックス格子、他方の対象物上に取付けられ
た反対スケール格−子、スケール格子の像か干渉像を形
成するためにインデックス格子と干渉させるためにイン
デックス格子とスケール格子を照明するための光源と、
干渉像の相異なる回折次数を検出しかつ二つの対象物の
間の相対運動を表わす相応した出力信号を出すための複
数の検出器とから成り、その際インデックス格子は検出
器で検出される相異なる次数の間の所望の位相ずれを与
えるために選択された特性を有する。
インデックス格子の前記特性はインデックス格子がつく
られている材質の表面輪郭及び又は光吸収率を含む。イ
ンデックス格子の表面特性はどんな形態でもよいが、好
適な形態は華坦又はドーム型頂面を備えた環状物である
。
位相分離（検出器によって検出される相異なる次数の波
面の間の）は各環状物の巾と隣接した環状物の間のギャ
ップの巾との比に依存し、その比は反復する電気的波形
を有するアナログによるマーク／スペース比で表わされ
る。
検出器は相異なる次数を検出するが、好適々配列は０次
と上第−次のもの−を各々検出する三つの検出器であり
うる。
位相分離はある程度までは各環状物゛め高さに依存する
。経験によって０．５μのオーダの高さは三つの信号の
間の１２０°の最適の位相ずれを生ずるのみならず、最
大の信号比を与える。スケール格子は理想的には１００
％の反射率を有し、好ましくは丈夫で耐久力のある材料
からつくられ、かつ矩形の溝を有する。格子紘紫外線処
理ポリマーによってつくられ、このポリマーは正確かつ
信頼性のあるレプリカを提供する。
紫外線処理ポリマーはスクリーン印刷においてベースと
して広く使用されている。インクを塗ると、これらの材
料はプラスチック又は金属上にコーテングされることが
できる。紫外線をあてると、材料の重合が生じてベース
に接着された安定した化合物が生ずる。
本発明の他の面としてのインデックス格子と反射スケー
ル格子とを各担持する二つの部材の間の相対変位の測定
方法はスケールの像をインデックススケールと干渉させ
て干渉像をつくるためにインデックス格子とスケール格
子を光で照明し、干渉像の相異なる回折次数を検出し、
かつ二つの部材の間の相対的運動を表わす相応した出力
信号を出し、その際インデックス格子は検出器によって
検出された回折次数の間の所望の位相分離を付与するよ
うに選ばれた特性を有する。
上記測定方法に関して、好ましくは位相分離はゼロ次数
と上第−次の間の１２０°でアリ、肌５μのオーダの各
段の高さで城状形態と所望の１２０゜の位相分離をつく
るように選ばれたマーク／スペース比を有するインデッ
クス格子によって行われる。本発明を図示の廣基会実施
例に基いて詳しく説明する。
（実施例） 第１図によれば、装置は光源１０、レンズ１２、インデ
ックス格子１４、反射スケール格子１６、及び光源１０
のゼロ次及び上第−次の回折像に相応した位置にある三
つの焦平面検出器１８から成る。実施形態において成分
１０，１２．１４及び１８は反射スケール格子１６に関
して運動可能な読取りヘッド上に取付けられる。光電検
出器１８からの電気的出力信号は静止したスケール格子
１６に対する読取りヘッドの位相の方向と大きさを与え
る。部材間の直線運動又は角運動が測定されることがで
きる。第２図は第１図の展開されたダイヤグラムである
。第２図中反射スケール格子は光学的波面及びそれもの
相対的位相によって定まる光路を表わすために透明外格
子として示されている。
第２図ウニつのインデックス格子１４ａと１４１）は実
際には第１図に示されているように一つのインデックス
格子１４によって構成されている。
第２図の光学系によれば入為ビームはインデックス格子
１４ａによってゼロ次の回折及びゼロ次に対して４ラジ
アンだけ遅れた第一次の回折に分けられる。スケール格
子１６では第一次はΩラジアン遅れている。その結果ゼ
ロ次波面２０は位相Ｏ１十第−次波面２２は位相２ψ、
そして−第一次波面２４は位相−２ψを有する。即ちス
ケール格子１６によって導かれた位相ずれは光線が最終
的なインデックス格子１４ｂで分解された時に相殺され
、そして波面２０．２２及び２４０間の合成位相関係は
スケール格子１６のパラメータとは無関係である。
三つの検出器１１ＮＣよってみられる三つの波面２０．
２２及び２４の間の１２０°の位相分離を有することが
望ましい。試験は城状形態（第３図）を有するインデッ
クス１４を使用して行われた。
インデックス格子１４とスケール１６との間のギャップ
によって位相分離は１ｍに保持され、そして検出器から
の信号の変調の深さは０．２７と０．５７２μの間の段
差として測定された。０．５μの段差は所望の１２０°
の位相分離を与えるのみならず、ゼロ次における変調の
最大深さを与えた。第３図に示された格子１４のマーク
／スペース比はａ対すである。例えばａ対すが１対６で
あれば理論的には各段の高さｈは１２０°の位相分離の
ためには０．５１μであるべきである。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による変位測定装置の光学的ダイヤグラ
ム、 第２図線光学的ダイヤグラムそして 第３図は第１図及び第２図のインデツ夛ス格子の部分を
示す拡大図である。 代理人江崎光好 代理人江崎光史 Ｆｌ″ｇ、３

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）　二つの対象物の間の相対的変位を測定するだめ
    の変位測定装置において、該装置は一方の対象物の上に
    取付けられたインデックス格子と、他方の部材の上に取
    付けられた反射スケール格子と、インデックス格子及び
    スケール格子を照明し、干渉像を珍成するためにスケー
    ル格子の像とインデックス格子の像とを干渉させるため
    の光源と、干渉像の相異なる回折次数を検出しかつ二つ
    の対象物の間の相対的運動を示す相応した出力信号を出
    すための複数の検出器とから成シ、インデックス格子は
    検出器で検出された回折次数の間の所望の位相分離を与
    えるように選択された特性を有することを特徴とする変
    位測定装置。
  2. （２）　インデックス格子の特性はインデックス格子が
    つくられている材料の表面輪郭及び又は光吸収率を含む
    特許請求の範囲第１項記載の変位測定装置〇
  3. （３）インデックス格子の表面輪郭は板状突起物から成
    る特許請求の範囲第２項記載の変位測定装置。
  4. （４）　各城秋物は平らな頂面を有する特許請求の範囲
    第３項記載の変位測定装置。
  5. （５）各城秋物がドーム形頂部を有する、特許請求の範
    囲第３項記載の変位測定装置。
  6. （６）０次及び正負の一次の回折像をそれぞれ検出する
    ための三つの検出器が設けられている、特許請求の範囲
    第３項から第５項までのうちのいずれか一つに記載の変
    位測定装置。
  7. （７）　城状物のマーク／スペース比及び各城秋物の高
    さは三つの信号の間で１２０°の位相ずれを与える、特
    許請求の範囲第６項記載の変位測定装置。
  8. （８）　城状物の高さが０．５μのオーダである、特許
    請求の範囲第７項記載の変位測定装置。
  9. （９）格子が正確かつ信頼性のあるレプリカをつくる紫
    外線処理ポリマーを使用することによってつくられてい
    る、特許請求の範囲第１項から第８項までのうちのいず
    れか一つに記載　。 の変位測定装置。
  10. （１０）インデックス格子と反射スケール格子を担持す
    る二つの対象物の間の相対的変位を測定する方法におい
    て、インデックス格子及ヒスケール格子を照明して、ス
    ケール格子の像をインデックス格子と干渉させて干渉像
    をつくり、干渉像の相異なる回折次数を検出し、二つの
    対象物の間の相対運動を表わす相当した出力信号を出し
    、その際インデックス格子は検出器によって検出される
    回折次数の間の所望の位相分離を与えるように選択され
    た特性を有することを特徴とする変位測定方法。
JP60115526A 1984-05-31 1985-05-30 変位測定装置 Expired - Lifetime JPH0697171B2 (ja)

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EP (1) EP0163362B1 (ja)
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DE (1) DE3563266D1 (ja)
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GB (1) GB8413955D0 (ja)
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