JPS614920A

JPS614920A - 微小変位量測定装置

Info

Publication number: JPS614920A
Application number: JP12616084A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Nakagawa; 義之中川
Original assignee: Nikon Corp; Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1984-06-19
Filing date: 1984-06-19
Publication date: 1986-01-10

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】（発明の技術分野）本発明は微小傾斜量、微小移動量等の微小変位量を測定
する装置に関する。

（発明の背景〕従来、等幅の透明部と不透明部の繰返しからなり、垂れ
下がった部材に取付けられたスリット板と、そのスリッ
ト板金照明する光源部と、ラインセンサと、スリット板
のスリット幅をラインセンサ受光部上にラインセンサ受
光部ピッチとほぼ等しくなるように投影する投影レンズ
と、２インセンサ出力から本体部の傾き角を算出する処
理回路とを含み、スリット幅に相当する角度以下の角度
まで検出する傾き角検出装置が特開昭５７−１０８６１
６号公報にて公知である。

ところがこのような構造では、ラインセンナとして受光
部と非受光部とが等幅のものを用いる必要があり、また
、このように選択したラインセンサの受光部ピッチとほ
ぼ等しくなるように、スリット板のスリット幅を投影レ
ンズによって投影するために、スリット板のスリット幅
、投影レンズの投影倍率を定める必要があり、その結果
、既存のラインセンサを用いようとする限り設計の自由
度の小さいものとなってしまうという欠点があった。

（発明の目的）本発明は微小変位量を精度良く測定するに際し、設計の
自由度の大きい微小変位量測定装置を得ることを目的と
する。

（発明の概要）本発明は、装置本体に対して移動する可動スリット板に
、その移動方向に複数のスリットを等ピッチで形成する
と共に、前記可動スリット板に対峙せしめて前記スリッ
トと等幅でかつピッチの異なる複数のスリラミー有する
固定スリット板を、そのスリットの方向が前記可動スリ
ット板のスリットの方向に一致するように装置本体に固
設して設け、前記可動スリット板のスリットと前記固定
スリット板のスリットの重なり具合を光電的に測定する
ことによって可動スリット板の移動量を拡大して読み取
るように成したものである。

（実施例）第１図は本発明の一実施例の側面図である。

不図示の装置本体に固定された回転中心軸１には回転環
２が嵌合しており、回転環２には一対の吊りひも３ａ、
３ｂによって可動スリット板４が左右方向に移動するよ
うに懸垂されている。可動スリット板４の上方には固定
スリット板５が可動スリット板４に対峙する如く装置本
体に固定して設けられている。可動スリット板４と固定
スリット板５には後述の如き所定の関係にて複数のスリ
ットが紙面に垂直な方向へ形成されている。固定スリッ
ト板５の上方にはコンデンサレンズ６と発光ダイオード
等の光源７が各々装置本体に固定されて設けられている
。可動スリット板４の下方には投影レンズ８が配設され
、可動スリット板４と固定スリット板５の重なった状態
での開口［−ＣＯＤ（電荷結合素子２等のイメージセン
サ９上に形成する。イメージセンサ９の各受光部の配列
方向は可動スリット板４の移動方向と同じである。

投影レンズ８とイメージセンサ９も装置本体に固定であ
る。

第２図（、）　、　（ｂ）は可動スリット板４と固定ス
リット板５の断面図であって、可動スリット板４と固定
スリット板５とは、スリットの巾が等しく、スリットの
数が前者ではｍ（実施例ではｍ＝５）＋後者ではｍ＋２
（実施例では７）、で異なり、ま、　た、各々のスリッ
トのピッチは前者がＰ、で後者がｐｔ　＜　”＝＜　Ｐ
、　）で互いに異なるように構成されている。

第２図（、）は、装置本体が水平状態にあるときの可動
スリット板４と固定スリット板５との関係金示しており
、両スリット板のスリットは、光軸ｔを挾んで左右対称
になっている。前述のイメージセンｖ９の受光部の中心
はほぼ光軸ｔに一致するように配設される。第２図（ｂ
）は装置本体が傾斜し、可動スリット板４のスリットが
右方（矢印Ｘ）へスリット中門だけ移動した場合を示し
ている。

装置本体が水平状態にあるときは、第２図（、）に示し
た如く、両スリット板のスリットの重なり部分が最大に
なる位置は中央であり、イメージセンサ９の出力信号か
ら第３図（ａ）の如き信号を得ることができ、その基準
中入、のイメージセンサ９上での中心位置を測定するこ
とによって装置本体が水平状態にあることを知ることが
できる。なお、第３図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）
は、固定スリット板５に対し可動スリット板４が移動し
ていない（ａ）、右方にスリット巾の門移動しｆｃ（ｂ
）、ある量移動した（Ｃ）、の各場合？固定スリット板
５（ｄ）に対応させて記載したものである。可動スリッ
ト板４が固定スリット板５に対し、可動スリット板４の
スリット巾の表だけ移動する如く装置本体が時計回りに
回転したとすれば、イメージセンサ９の出力信号はその
基準中入の位置を変化させた信号となる。装置本体が水
平状態にあるときの基準巾視の中心位置と、装置本体が
上述の量だけ傾いたときの基準中入の中心位置との距＃
ＩＢは装置本体の傾きに対応している。逆に、可動スリ
ット板４のスリット巾の門だけ移動する如く装置本体が
反時計回りに回転したとすれば、可動スリット板４と固
定スリット板５は全く左右対称であるから、装置本体が
水平状態にあるときの基準中＾の中心位置と、装置本体
が上述の量だけ傾いたときの基準中Ａ。の中心位置との
距離は上述の場合と絶対量は等しく方向は反対になる。

これらの例でもわかるように、固定スリット板５のスリ
ット巾の門の移動距離Ｘ。（距離Ｘ。は固定スリット板
５のピッチＰ、の＋である）が、基準巾視の位置を検出
することによって距離Ｂ。（距離Ｂ０はピッチＰ、の整
数倍であって、第３図では２Ｐである）に拡大されてい
る。すなわち拡大量ＭはＢ。／Ｘｏとなる。ここで−例
としてＸ、　＝０．２５門、　Ｂｏ　＝　２．００　ｍ
ｍとすれば、拡大量Ｍ＝８となる。

以上の説明は、可動スリット板４がスリット巾の門移動
した特殊な場合であったが、一般的にはイメージセンサ
９の出力信号の各々の巾を測定して最大中Ａ、と次に大
きな巾Ａ、と金求め、最大中Ａ、の発生に寄与している
固定スリット板５のスリットの中心位置と装置本体が水
平位置にあると、きの固定スリット板５の中央のスリッ
トの中心位置との距離をＤを求めれば、なる関係によって、移動距離Ｘに対応する拡大距離Ｂｉ
求めることができる。ただし、Ｘ≦（スリット巾の支）
である。

次に第４図に示した電気ブロック図と第５図に示したフ
ローチャートによって、移動スリット板４の移動距離を
求める実施例を説明する。

イメージセンサの一例としてのＣＣＤ　（ｃｈａｒｇｅ
ｃｏｕｐｌｅｄ　ｄｅｖｉｃｅ　）　　４２は、マイク
ロコンピュータ４０からの指令により作動する駆動回路
４１によって周知の如く駆動される。Ｃ０Ｄ４２の出力
信号（映慮信号）はローパスフィルタ４３を通った後、
波形整形回路４４によって第３図（、）　、　（ｂ）　
、　（ｃ）の如き信号となり、エツジ検出器４５．第１
カウンタ４６、第２カウンタ４７に入力される。エツジ
検出器４５は入力信号の立ち上りと立ち下りに同期した
パルス信号全エツジ信号としてマイクロコンピュータ４
０に入力せしめる。第１カウンタ４６は入力信号の立ち
上りでパルス発生器４８のパルスの計数全開始し、入力
信号の立ち下りでパルス発生器４８のパルスの計数全停
止する。第２カウンタ４７は入力信号の立ち下りでパル
ス発生器４８のパルスの計数を開始し、入力信号の立ち
上りでパルス発生器４８のパルスの計数全停止する。

マイクロコンピュータ４０は駆動回路４１．ｍｌカウン
タ４６．第２カウンタ４７９表示装置４８に信号全入力
すると共に、エツジ検出器４５．第１カウンタ４６．第
２カウンタ４７から信号全入力する。

マイクロコンピュータ４０は第５図のフローチャートに
よって動作する。すなわち、マイクロコンピュータ４０
は第１カウンタ４６をリセットしくステップ５’Ｏ）、
駆動回路４１に作動開始信号を出力すると共に第１カウ
ンタ４６に計数開始信号を入力する（ステップ５１）。

エツジ検出器４５からのエツジ信号が入力されると、第
１カウンタ４６の計数値を読み込むと共に自身のＲＡＭ
（ｒａｎｄｏｍ　ａｃｃｅｓｓ　ｍｅｍｏｒｙ　）へ記
憶する（ステップ５２）。その後、第１カウンタ４６を
リセットする（ステップ５３）。再びエツジ信号が入力
されると第２カウンタ４７の計数値を読み込むと共に自
身のＲＡＭへ記憶する（ステップ５４）。その後、第２
カウンタ４７をリセットする（ステップ５５）。所定数
のデータがＲＡＭに記憶されると（ステップ５６）、駆
動回路４１に作動停止信号を出力して駆動回路４１を不
作動にする（ステップ５７）。その後、ＲＡＭのデータ
から最大中Ａ！と次に大きな巾Ａ１とを求め、最大中Ａ
、が基準中ムに等しければ、可動スリット板４の移動距
離Ｘは固定スリット板５のスリット巾の門の移動距離為
に等しいことがわかり、最大中Ａ１が基準中＾に等しく
なければ（１）式に従って演算全行なって拡大距離Ｂｉ
求め、移動距離Ｘに対応させ、移動距離ｘｌ角度に変換
しくステップ５８）１表示装置４９に表示信号を人、力
せしめる。

（発明の効果）以上述べた如く本発明によれば、可動スリット板と固定
スリット板のスリットの関係が所定の条件を満足すれば
良いだけであるので、設計の自由度が大きく、シかも、
測定範囲は微小範囲に限られるものの微小変位の拡大測
定ができるので、測定精度が高いという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の側面図、第２図は第１図の
可動スリット板４と固定スリット板５の詳細を説明する
ための両スリット板の断面図、第３図は本発明の一実施
例による移動量を測定する原理を説明するための図、第
４図は本発明の一実施例として用いられる電気ブロック
図、第５図は第４図のマイクロコンピュータの動作を説
明するフローチャトである。（主要部分の符号の説明）４・・・可動スリット板、５・・・固定スリット板。６・・・コンデンサレンズ、′７・・・光源、８・・・
投影レンズ、９・・・イメージセンサ、４０・・・マイ
クロコンピュータ、４１・・・駆動回路、４２・・・Ｃ
ＣＤ　、４３・・・ローパスフィルタ、４４・・・波形
整形回路、４５・・・、エツジ検出器、４６・・・第１
カウンタ、４７・・・第２カウンタ、４８・・・パルス
発生器。

Claims

【特許請求の範囲】

装置本体に対して移動する可動スリット板に、その移動
方向に複数のスリットを等ピッチで形成すると共に、前
記可動スリット板に対峙せしめて前記スリットと等幅で
かつピッチの異なる複数のスリットを有する固定スリッ
ト板を、そのスリットの方向が前記可動スリット板のス
リットの方向に一致するように装置本体に固設して設け
、前記可動スリット板と前記固定スリット板を挾んで一
方の装置本体に前記両スリット板の照明手段を固設する
と共に、他方の装置本体に、前記可動スリット板のスリ
ットと前記固定スリット板のスリットの重なり像を形成
する投影光学系と、該光学系による像面に前記重なり像
の巾と間隔と、各々の像位置を示す電気信号を出力する
受光手段とを固設し、該受光手段の出力から得られる重
なり像の幅と間隔と各々の像位置とから装置本体の変位
量を演算する演算手段を設けたことを特徴とする微小変
位量測定装置。