(57)【要約】【課題】電子制御部における負担が少なく、光源の発熱を抑えることが可能な測長器を提供する。【解決手段】本願の測定器は、液晶窓が１列に配列された第１の画素列と、第１の画素列に対し液晶窓が千鳥状にずれて１列に配列された第２の画素列とを含む液晶スケール７と、液晶スケール７に密着して配置されたＥＬ光源アレイ８と、ＥＬ光源アレイ８の発光を制御するＥＬ光源制御回路１７と、移動ステージとともに移動し、第１および第２の画素列の液晶窓を通過した光束を第１の電気信号Ａａおよび第２の電気信号Ｂａにそれぞれ変換する受光部５，６と、第１の電気信号Ａａのピーク信号Ａｐおよびエッジ信号Ａｅならびに第２の電気信号Ｂａのピーク信号Ｂｐに基づいて、被測定物の移動距離および移動方向を演算する演算処理回路３０とを備える。【選択図】図４
2010204062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動ステージに取付けられた被測定物を測長する測定器であって、
液晶窓が１列に配列された第１の画素列と、前記第１の画素列に対し液晶窓が千鳥状にずれて１列に配列された第２の画素列とを含む液晶スケールと、
前記液晶スケールに密着して配置されたＥＬ光源アレイと、
前記ＥＬ光源アレイの発光を制御するＥＬ光源制御回路と、
前記移動ステージとともに移動し、前記第１および第２の画素列の液晶窓を通過した光束を第１の電気信号および第２の電気信号にそれぞれ変換する受光部と、
前記第１の電気信号のピーク信号およびエッジ信号ならびに前記第２の電気信号のピーク信号に基づいて、前記被測定物の移動距離および移動方向を演算する演算処理部とを備える、測長器。
【請求項２】
前記演算処理部は、
前記第１の電気信号のピーク信号を検出する第１のピーク検出回路と、
前記第１の電気信号のエッジ信号を検出するエッジ検出回路と、
前記第２の電気信号のピーク信号を検出する第２のピーク検出回路と、
前記エッジ信号の出力時にだけ前記第２の電気信号を受けてアナログスイッチ信号を生成するアナログスイッチ回路と、
前記第１の電気信号と前記アナログスイッチ信号とを加算して加算信号を出力する加算回路と、
前記エッジ信号の出力波形をカウントするカウンター回路とを含み、
前記受光部は、前記液晶スケールの前記液晶窓と同じ大きさの受光領域を有する、請求項１に記載の測長器。
【請求項３】
前記演算処理部は、前記エッジ信号の出力波形のカウント数および前記移動ステージの停止位置での前記加算信号から、前記被測定物の移動距離を演算する、請求項２に記載の測長器。
【請求項４】
前記演算処理部は、前記移動ステージの少なくとも１つの停止位置における前記第１の電気信号および前記第１の電気信号のピーク信号の値から、前記被測定物の移動方向を演算する、請求項１または２に記載の測長器。
【請求項５】
前記ＥＬ光源アレイは、複数のＸ軸制御線と複数のＹ軸制御線との交差部分に格子状に配置された複数のＥＬ光源を含み、
前記ＥＬ光源制御回路は、
前記複数のＸ軸制御線のオンオフを制御するＸ軸ドライバーと、
前記複数のＹ軸制御線のオンオフを制御するＹ軸ドライバーとを含む、請求項１に記載の測長器。
【請求項６】
前記第１および第２の画素列は、液晶窓がいずれも５〜５００μｍ角であり、かつ、ピッチがいずれも５〜５００μｍである、請求項１〜５のいずれかに記載の測長器。
【請求項７】
前記ＥＬ光源アレイは、有機ＥＬ光源または無機ＥＬ光源から構成され、可視光帯で発光する、請求項１〜６のいずれかに記載の測長器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、測長器に関し、より特定的には、半導体や液晶の微細加工、検査、移動等における高精度位置決めに用いられる超精密測長器に関する。
【背景技術】
【０００２】
超精密機械の分野では、主軸の位置制御のために高精度な位置センサが必要とされる。このような分野での最小分解能は、少なくとも１０ｎｍが要求され、最近では１ｎｍ以下が要求されている。従来の超精密機械の計測原理は、レーザ干渉計方式、レーザ回折式リニアエンコーダ方式、２周波レーザによるドップラー方式、マイケルソン型レーザ干渉計方式などが主流である（たとえば、特許文献１および非特許文献１参照）。
【０００３】
上記の計測方式では、変位等の光情報をフォトダイオード（Photo Diode：ＰＤ）などの光センサで受けて、アナログの電気信号に変換する。この電気信号は、移動方向および移動距離の演算の際、Ａ相（ｓｉｎ波）またはＢ相（ｃｏｓ波）のアナログ信号に変換されるのが一般的である。移動距離は、演算回路等により合成されたＡ相およびＢ相のアナログ信号におけるベクトルの角度の大きさから求められる。移動方向は、そのベクトルが正／逆のどちらに動くかによって求められる。
【０００４】
特許文献１および非特許文献１に記載の計測方式では、移動方向および移動距離の演算の際、Ａ相およびＢ相の他に、原点を示すためのＺ相（原点信号）が一般に必要となる。一方、特許文献２に記載の計測方式では、第１および第２の画素列を有する液晶スケールと、液晶スケールの画素を透過する光を読み取る読取装置と、読取装置からの信号を処理する演算装置とを用いている。これにより、Ｚ相を必要としない比較的簡単な光学系からなる測長器を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２４７７９１号公報
【特許文献２】特開２００５−２４２７６号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「超精密生産技術大系  第１巻  基本技術」第２０９〜２１１頁（１９９５年１０月２２日フジテクノシステム発行）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２に記載の計測方式では、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）光源を点灯させ、液晶画素の制御により測長を行なっている。しかしながら、液晶制御の場合、画素の階調等に複雑な制御が必要となるため、電子制御部の負担が大きい。このため、信号にノイズが発生しやすかった。また、液晶制御に際して、応答遅れの問題もあった。また、最大の問題の一つとして、ＬＥＤが発熱するという問題があった。
【０００８】
それゆえに、この発明の目的は、電子制御部の負担が少なく、光源の発熱を抑えることが可能な測長器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明のある局面によれば、移動ステージに取付けられた被測定物を測長する測定器であって、液晶窓が１列に配列された第１の画素列と、第１の画素列に対し液晶窓が千鳥状にずれて１列に配列された第２の画素列とを含む液晶スケールと、液晶スケールに密着して配置されたＥＬ光源アレイと、ＥＬ光源アレイの発光を制御するＥＬ光源制御回路と、移動ステージとともに移動し、第１および第２の画素列の液晶窓を通過した光束を第１の電気信号および第２の電気信号にそれぞれ変換する受光部と、第１の電気信号のピーク信号およびエッジ信号ならびに第２の電気信号のピーク信号に基づいて、被測定物の移動距離および移動方向を演算する演算処理部とを備える。
【００１０】
好ましくは、演算処理部は、第１の電気信号のピーク信号を検出する第１のピーク検出回路と、第１の電気信号のエッジ信号を検出するエッジ検出回路と、第２の電気信号のピーク信号を検出する第２のピーク検出回路と、エッジ信号の出力時にだけ第２の電気信号を受けてアナログスイッチ信号を生成するアナログスイッチ回路と、第１の電気信号とアナログスイッチ信号とを加算して加算信号を出力する加算回路と、エッジ信号の出力波形をカウントするカウンター回路とを含み、受光部は、液晶スケールの液晶窓と同じ大きさの受光領域を有する。
【００１１】
好ましくは、演算処理部は、エッジ信号の出力波形のカウント数および移動ステージの停止位置での加算信号から、被測定物の移動距離を演算する。
【００１２】
好ましくは、演算処理部は、移動ステージの少なくとも１つの停止位置における第１の電気信号および第１の電気信号のピーク信号の値から、被測定物の移動方向を演算する。
【００１３】
好ましくは、ＥＬ光源アレイは、複数のＸ軸制御線と複数のＹ軸制御線との交差部分に格子状に配置された複数のＥＬ光源を含み、ＥＬ光源制御回路は、複数のＸ軸制御線のオンオフを制御するＸ軸ドライバーと、複数のＹ軸制御線のオンオフを制御するＹ軸ドライバーとを含む。
【００１４】
好ましくは、第１および第２の画素列は、液晶窓がいずれも５〜５００μｍ角であり、かつ、ピッチがいずれも５〜５００μｍである。
【００１５】
好ましくは、ＥＬ光源アレイは、有機ＥＬ光源または無機ＥＬ光源から構成され、可視光帯で発光する。
【発明の効果】
【００１６】
この発明の実施の形態によれば、電子制御部の負担が少なく、光源の発熱を抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明の実施の形態による測長器１の構成を示した上面図である。
【図２】この発明の実施の形態による測長器１のＢ１−Ｂ２断面から見た構成を示した側面図である。
【図３】この発明の実施の形態による測長器１のＣ１−Ｃ２断面から見た構成を示した前面図である。
【図４】図３で示した光源信号処理部５０の具体的な構成を示したブロック図である。
【図５】図４で示した光源制御部７０の具体的構成の一部を示した図である。
【図６】図５に示したＥＬ光源アレイ８の具体的な構成を示した図である。
【図７】図５に示したＥＬ光源制御回路１７の周辺の構成を示したブロック図である。
【図８】図５に示した液晶スケール７の具体的な構成を示した図である。
【図９】図４で説明した光源信号処理部５０における各種信号の波形を示したタイミング図である。
【図１０】移動ステージ４の原点からの移動方向がＣＷ信号の方向となる場合の検出方法を示したタイミング図である。
【図１１】移動ステージ４の原点からの移動方向がＣＣＷ信号の方向となる場合の検出方法を示したタイミング図である。
【図１２】従来の測長器の移動ステージを往復させた際の時間経過に対する移動ステージの距離を示した波形図である。
【図１３】この発明の実施の形態による測長器１の移動ステージ４を往復させた際の時間経過に対する移動ステージ４の距離を示した波形図である。
【図１４】従来の測長器の移動ステージが０ｍｍの位置の際の時間経過に対する移動ステージの距離を示した波形図である。
【図１５】この発明の実施の形態による測長器１の移動ステージ４が０ｍｍの位置の際の時間経過に対する移動ステージ４の距離を示した波形図である。
【図１６】従来の測長器の移動ステージが２８０ｍｍの位置の際の時間経過に対する移動ステージの距離を示した波形図である。
【図１７】この発明の実施の形態による測長器１の移動ステージ４が２８０ｍｍの位置の際の時間経過に対する移動ステージ４の距離を示した波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００１９】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態による測長器１の構成を示した上面図である。
【００２０】
図１を参照して、測長器１は、上面から見て、移動ステージ４と、筐体９と、磁性流体シールド１０ａ，１０ｂと、ボールガイド１１ａ〜１１ｄと、高精度シャフト１２と、蓋１３と、パッキン１４ａ，１４ｂとを備える。なお、図１〜３では、説明の便宜のため、一部の構成を透過的に描いている。
【００２１】
図１では、高精度シャフト１２の方向に一点鎖線Ｂ１−Ｂ２が描かれている。また、移動ステージ４の方向に一点鎖線Ｃ１−Ｃ２が描かれている。これらの一点鎖線での断面における測長器１の構成については、図２，３で説明する。移動ステージ４は、高精度シャフト１２に固定されている。そのため、移動ステージ４は、高精度シャフト１２の長さ方向への移動（摺動）にともなって一緒に移動する。移動ステージ４に被測定物を取り付けることによって測長が行なわれる。
【００２２】
高精度シャフト１２の一方端は、筐体９を貫いてボールガイド１１ａ，１１ｂで支持されている。ボールガイド１１ａ，１１ｂの間には、磁性流体シール１０ａが設けられている。高精度シャフト１２の他方端についても同様に、筐体９を貫いてボールガイド１１ｃ，１１ｄで支持されている。ボールガイド１１ｃ，１１ｄの間には、磁性流体シール１０ｂが設けられている。磁性流体シール１０ａ，１０ｂは、完全シール構造を形成している。筐体９上には、蓋１３が配置されている。筐体９と蓋１３との間には、パッキン１４ａ，１４ｂが配置されており、防水構造となっている。
【００２３】
図２は、この発明の実施の形態による測長器１のＢ１−Ｂ２断面から見た構成を示した側面図である。
【００２４】
図２を参照して、測長器１は、側面から見て、受光部５，６と、液晶スケール７と、筐体９と、磁性流体シールド１０ａ，１０ｂと、ボールガイド１１ａ〜１１ｄと、高精度シャフト１２と、液晶スケール固定台１６と、ＰＤ保持板５６とを備える。液晶スケール７は、画素列７Ａ，７Ｂを含む。
【００２５】
ＰＤ保持板５６には、受光部５，６が取付けられている。受光部５，６は、たとえば、フォトダイオード、フォトマルチプレクサ、固体受光センサ、焦電センサ、サーモパイル等から構成される。液晶スケール７は、液晶スケール固定台１６によって筐体９に固定されている。液晶スケール７は、たとえば、複屈折型液晶素子、透過散乱型液晶素子、ＴＮ（ツイステッド・ネマチック）液晶素子、ＳＴＮ（スーパーＴＮ）液晶素子、強誘電性液晶素子、反強誘電性液晶素子、高分子分散型液晶素子などから構成される。液晶スケール７の具体的構成については、図５，８で説明する。
【００２６】
図３は、この発明の実施の形態による測長器１のＣ１−Ｃ２断面から見た構成を示した前面図である。
【００２７】
図３を参照して、測長器１は、前面から見て、移動ステージ４と、筐体９と、高精度シャフト１２と、蓋１３と、パッキン１４ａ，１４ｂと、液晶スケール押え１５と、液晶スケール固定台１６と、光源信号処理部５０と、ＰＤ保持板５６とを備える。光源信号処理部５０は、受光部５，６と、液晶スケール７と、ＥＬ（Electroluminescence）光源アレイ８とを含む。
【００２８】
高精度シャフト１２に固定された移動ステージ４に、ＰＤ保持板５６が取付けられている。ＰＤ保持板５６には、受光部５，６が設けられている。液晶スケール７は、液晶スケール押え１５および液晶スケール固定台１６によって筐体９に固定されている。液晶スケール７には、ＥＬ光源アレイ８が付加されている。
【００２９】
図１〜３に示すように、測長器１において、液晶スケール７と受光部５，６等の光学系とを一体化することができる。よって、取り付け誤差による製品の個体差がなくなり、被測定物への取り付けも容易となる。また、液晶スケール７の各画素にアドレスを付加することで、電源がオフされても移動ステージ４の停止位置を記憶させることができる。よって、電源を再度オンしても移動ステージ４を原点に復帰させる必要がなく、オフ時の位置からの測長が可能となる。さらに、測長器１を一種のアブソリュトタイプの測長器として使用することも可能となる。
【００３０】
図４は、図３で示した光源信号処理部５０の具体的な構成を示したブロック図である。
図４を参照して、光源信号処理部５０は、光源制御部７０と、信号処理回路１８，１９と、ピーク検出回路２０，２２と、エッジ検出回路２１と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２３と、アナログスイッチ回路２６と、Ａ／Ｄ（Analog/Digital）変換回路２８と、カウンター回路２９と、演算処理回路３０と、Ｉ／Ｏ（Input/Output）回路３１と、加算回路３５と備える。光源制御部７０は、受光部５，６と、液晶スケール７と、ＥＬ光源アレイ８と、ＥＬ光源制御回路１７とを含む。
【００３１】
ＥＬ光源アレイ８は、ＥＬ光源制御回路１７によって制御されている。ＥＬ光源制御回路１７は、ＣＰＵ２３からの指令を受けて動作する。ＥＬ光源アレイ８からの光束は、液晶スケール７の液晶窓を通過して、受光部５，６で検出される。液晶電気光学効果により、液晶窓を通過する光束の直進性および透過強度が低電圧で制御可能である。受光部５，６は、光入射部が液晶スケール７の液晶窓と同じ大きさのスリット等で構成されている。光源制御部７０のより詳細な構成については、図５，８で説明する。
【００３２】
受光部５で検出された光束は、信号処理回路１８に送られる。信号処理回路１８は、受光部５で検出された光束を処理してアナログ信号Ａａを生成する。ピーク検出回路２０は、アナログ信号Ａａを受けて、そのピーク信号Ａｐを検出する。エッジ検出回路２１は、アナログ信号Ａａを受けて、そのエッジ信号Ａｅを検出する。なお、受光部５と信号処理回路１８とを一体化することも可能である。
【００３３】
受光部６で検出された光束は、信号処理回路１９に送られる。信号処理回路１９は、受光部６で検出された光束を処理してアナログ信号Ｂａを生成する。ピーク検出回路２２は、アナログ信号Ｂａを受けて、そのピーク信号Ｂｐを検出する。なお、受光部６と信号処理回路１９とを一体化することも可能である。
【００３４】
アナログスイッチ回路２６は、エッジ信号Ａｅの出力時にだけアナログ信号Ｂａを受けて、アナログスイッチ信号Ｂａｅを出力する。加算回路３５は、アナログ信号Ａａとアナログスイッチ信号Ｂａｅとを加算して、加算信号ＡＢを出力する。Ａ／Ｄ変換回路２８は、加算信号ＡＢをアナログ信号からデジタル信号に変換する。カウンター回路２９は、エッジ信号Ａｅの出力波形をカウントする。
【００３５】
演算処理回路３０は、エッジ信号Ａｅの出力波形のカウント数および移動ステージ４の停止位置での加算信号ＡＢを演算する。これにより、移動ステージ４の原点からの移動距離を高精度に検出することができる。移動ステージ４の原点からの移動方向の検出方法については、図１０，１１を参照して後に説明する。演算処理回路３０は、移動距離および移動方向の演算内容をＣＰＵ２３に出力する。ＣＰＵ２３は、必要に応じて演算処理回路３０での演算方法を制御することができる。
【００３６】
Ｉ／Ｏ回路３１は、演算処理回路３０で演算された移動距離をたとえば１０ｎｍ／パルスのパルス信号で外部機器に出力する。また、Ｉ／Ｏ回路３１は、演算処理回路３０で演算された移動方向をたとえばＣＷ（Clockwise）／ＣＣＷ（Counterclockwise）信号により外部機器に出力する。ＣＷ／ＣＣＷ信号によって移動方向を表わすのは、図１〜３の高精度シャフト１２が回転によって進行／後退する場合もあるからである。なお、Ｉ／Ｏ回路３１は、演算処理回路３０で演算された移動距離および移動方向をバイナリコード化して信号通信処理により出力することも可能である。
【００３７】
上記のように、光源信号処理部５０は、エッジ信号Ａｅのカウント数および移動ステージ４の停止位置での加算信号ＡＢを演算することにより、移動ステージ４の停止位置を直接読み取ることができる。そのため、従来のように、停止時のチャタリング、バウンド現象、正転／逆転時に必ず発生していた１パルスカウントミス等がなくなる。また、停止時のチャタリングやバウンド現象などのノイズ対策のためのフィルタ回路が不要となる。よって、移動ステージ４の高速移動が可能となる。
【００３８】
図５は、図４で示した光源制御部７０の具体的構成の一部を示した図である。
図５を参照して、光源制御部７０は、液晶スケール７と、ＥＬ光源アレイ８と、ＥＬ光源制御回路１７と、フレキシブル基板２４とを含む。なお、図５の光源制御部７０では、受光部５，６は図示していない。
【００３９】
液晶スケール７は、２列の液晶窓７ｑが千鳥状にずれて配列された画素列７Ａ，７Ｂを含む。液晶スケール７は、１対のガラス基板を対向させ、スペーサーによって保持された間隔に液晶を封入することによって作製される。ガラス基板の片面には、透明な導電性材料のＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜により液晶窓７ｑが千鳥状に２列形成される。
【００４０】
液晶窓７ｑの１辺は、５〜５００μｍ、好ましくは２０〜１００μｍである。液晶窓７ｑの大きさが５μｍ角よりも小さいと、回折光の干渉の影響が無視できず、これが散乱光となって精密な位置が特定できないからである。また、液晶窓７ｑの大きさが５００μｍ角よりも大きいと、移動位置に対する出力の直線性が歪んでくるからである。
【００４１】
ＥＬ光源アレイ８は、フィルム部分８ｆと、複数のＥＬ光源８ｇとを含む。ＥＬ光源アレイ８は、熱蒸着や印刷技術により、液晶スケール７上に密着している。ＥＬ光源アレイ８は、有機ＥＬ光源または無機ＥＬ光源から構成される。ＥＬ光源アレイ８は、可視光帯で発光し、好ましくは４００ｎｍ〜６２０ｎｍの波長で発光する。
【００４２】
フレキシブル基板２４は、液晶スケール７およびＥＬ光源アレイ８とＥＬ光源制御回路１７とを接着して安定化する。ＥＬ光源制御回路１７は、ＥＬ光源アレイ８に含まれる複数のＥＬ光源８ｇの発光を制御する。
【００４３】
図６は、図５に示したＥＬ光源アレイ８の具体的な構成を示した図である。
図６に示すように、ＥＬ光源アレイ８は、Ｘ軸制御線Ｘ０〜ＸｎとＹ軸制御線Ｙ０〜Ｙｎとの交差部分に（ｎ＋１）×（ｎ＋１）個のＥＬ光源８ｇが格子状に配置されている。これらのＥＬ光源８ｇはすべて同一であり、各々がＸ軸制御線ＸｋとＹ軸制御線Ｙｋ（ｋ＝０〜ｎ：ｎは自然数）との間に接続されている。
【００４４】
図７は、図５に示したＥＬ光源制御回路１７の周辺の構成を示したブロック図である。
図７を参照して、ＥＬ光源制御回路１７は、Ｘ軸ドライバー１７Ｘと、Ｙ軸ドライバー１７Ｙとを含む。ＣＰＵ２３は、Ｘ軸ドライバー１７ＸおよびＹ軸ドライバー１７Ｙを制御する。Ｘ軸ドライバー１７Ｘは、Ｘ軸制御線Ｘ０〜ＸｎのオンオフによりＥＬ光源アレイ８のＸ方向の発光を制御する。Ｙ軸ドライバー１７Ｙは、Ｙ軸制御線Ｙ０〜ＹｎのオンオフによりＥＬ光源アレイ８のＹ方向の発光を制御する。
【００４５】
ＥＬ光源アレイ８は、液晶スケール７の液晶窓の１辺が５〜２０μｍの場合、周波数１０Ｈｚ〜１ｋＨｚ、好ましくは１００〜７００Ｈｚで駆動される。駆動電圧は、たとえば、５〜５０Ｖ、好ましくは１０〜２５Ｖの矩形波が望ましい。ＥＬ光源アレイ８から照射された光は、液晶スケール７の画素窓７ｑのいずれか１つ以上に照射される。
【００４６】
図８は、図５に示した液晶スケール７の具体的な構成を示した図である。
図８に示すように、液晶スケール７は、パターンａ１〜ａｎの液晶窓７ｑがピッチがｂ１〜ｂｎ−１の間隔で配列された画素列７Ａと、同じくパターンａ１〜ａｎの液晶窓７ｑがピッチがｂ１〜ｂｎ−１の間隔で配列された画素列７Ｂとの２列により構成されている。画素列７Ａ，７Ｂは、パターンおよびピッチは同じであるが、互いに千鳥状にずれて配列されている点に特徴がある。ピッチｂｋ（ｋ＝１〜ｎ−１）も、液晶窓７ｑと同じく、５〜５００μｍ、好ましくは２０〜１００μｍである。
【００４７】
図９は、図４で説明した光源信号処理部５０における各種信号の波形を示したタイミング図である。
【００４８】
図９を参照して、アナログ信号Ａａは、時刻ｔ１において電圧ゼロから直線的に増大し、時刻ｔ２において最大となる。その後、アナログ信号Ａａは、直線的に減少し、時刻ｔ４において再び電圧ゼロとなる。アナログ信号Ａａは、時刻ｔ１，ｔ６，・・・ごとにこのような三角波形を繰り返す。これは、受光部５の光入射部が液晶スケール７の液晶窓と同じ大きさのスリット等で構成されていることによる。
【００４９】
アナログ信号Ｂａは、時刻ｔ３において電圧ゼロから直線的に増大し、時刻ｔ５において最大となる。その後、アナログ信号Ｂａは、直線的に減少し、時刻ｔ７において再び電圧ゼロとなる。アナログ信号Ｂａは、時刻ｔ３，ｔ９，・・・ごとにこのような三角波形を繰り返す。これは、受光部６の光入射部が液晶スケール７の液晶窓と同じ大きさのスリット等で構成されていることによる。
【００５０】
エッジ信号Ａｅは、時刻ｔ４において、アナログ信号Ａａがゼロ電圧になったのを検知して立ち上がる。その後、エッジ信号Ａｅは、そのまま一定の電圧値を維持し、時刻ｔ６において、アナログ信号Ａａの次の三角波形の開始時に立ち下がる。エッジ信号Ａｅは、時刻ｔ４，ｔ１０，・・・ごとにこのような方形波形を繰り返す。
【００５１】
加算信号ＡＢは、アナログ信号Ａａとアナログスイッチ信号Ｂａｅとの加算により生成される。前述したように、アナログスイッチ信号Ｂａｅとは、アナログ信号Ｂａをエッジ信号Ａｅの出力時にだけ切り取った信号のことである。
【００５２】
ピーク信号Ａｐは、時刻ｔ２において、アナログ信号Ａａのピーク値を検出して立ち上がる。その後、ピーク信号Ａｐは、そのまま一定の電圧値を維持し、時刻ｔ６において、アナログ信号Ａａの次の三角波形の開始時に立ち下がる。ピーク信号Ａｐは、時刻ｔ２，ｔ８，・・・ごとにこのような方形波形を繰り返す。
【００５３】
ピーク信号Ｂｐは、時刻ｔ５において、アナログ信号Ｂａのピーク値を検出して立ち上がる。その後、ピーク信号Ｂｐは、そのまま一定の電圧値を維持し、時刻ｔ９において、アナログ信号Ｂａの次の三角波形の開始時に立ち下がる。ピーク信号Ｂｐは、時刻ｔ５，ｔ１１，・・・ごとにこのような方形波形を繰り返す。
【００５４】
なお、以上の各種信号波形の説明は、原点からの移動方向がＣＷ信号の方向となる場合に対応する。原点からの移動方向がＣＣＷ信号の方向となる場合、ピーク信号Ａｐは、アナログ信号Ａａのピーク値を検出して立ち下がり、アナログ信号Ａａがゼロ電圧になったのを検出して立ち上がる（図４参照）。これは、ピーク信号Ｂｐについても同様である。この特性を利用すれば、移動ステージ４の原点からの移動方向を容易に検出することが可能である。このことを次の図１０，１１を参照して説明する。
【００５５】
図１０は、移動ステージ４の原点からの移動方向がＣＷ信号の方向となる場合の検出方法を示したタイミング図である。
【００５６】
図１０を参照して、停止位置ｔａにおいて、アナログ信号Ａａは減少しており、ピーク信号Ａｐは立ち上がった状態である。一方、停止位置ｔｂでは、アナログ信号Ａａは増大しており、ピーク信号Ａｐは立ち下がった状態である。これは、原点からの移動方向がＣＷ信号の方向となる場合の波形である。
【００５７】
図１１は、移動ステージ４の原点からの移動方向がＣＣＷ信号の方向となる場合の検出方法を示したタイミング図である。
【００５８】
図１１を参照して、停止位置ｔａにおいて、アナログ信号Ａａは減少しており、ピーク信号Ａｐは立ち下がった状態である。一方、停止位置ｔｂでは、アナログ信号Ａａは増大しており、ピーク信号Ａｐは立ち上がった状態である。これは、原点からの移動方向がＣＣＷ信号の方向となる場合の波形である。
【００５９】
以上のように、停止位置ｔａ，ｔｂの少なくとも一方におけるアナログ信号Ａａおよびピーク信号Ａｐの値を検出することで、移動ステージ４の原点からの移動方向を容易かつ瞬時に検出することができる。次に、特許文献２等に記載された従来の測長器と本願の実施の形態に係る測長器１との特性を比較して説明する。
【００６０】
図１２は、従来の測長器の移動ステージを往復させた際の時間経過に対する移動ステージの距離を示した波形図である。
【００６１】
図１２に示すように、従来の測長器は、２５００秒の間に液晶スケールの全長を約８回往復して測長する。なお、従来の液晶スケールは２８０ｍｍであり、往復時間のほとんどは移動ステージが停止している時間である。
【００６２】
図１３は、この発明の実施の形態による測長器１の移動ステージ４を往復させた際の時間経過に対する移動ステージ４の距離を示した波形図である。
【００６３】
図１３に示すように、この発明の実施の形態の測長器１は、２５００秒の間に液晶スケール７の全長を約１２回往復して測長する。なお、液晶スケール７もまた２８０ｍｍであり、往復時間のほとんどは移動ステージ４が停止している時間である。
【００６４】
上記のように、この発明の実施の形態における測長器１は、発光部としてＥＬ光源アレイ８を用いる等により、２５００秒の間に移動ステージ４の往復回数を約４回多くすることができる。これにより、測長時間を短くすることができる。
【００６５】
図１４は、従来の測長器の移動ステージが０ｍｍの位置の際の時間経過に対する移動ステージの距離を示した波形図である。
【００６６】
図１４に示すように、従来の測長器は、移動ステージが０ｍｍの位置にある場合、最大±２０ｎｍの範囲で距離が変動する。なお、従来の液晶スケールは２８０ｍｍであり、０ｍｍの位置はその原点位置に当たる。
【００６７】
図１５は、この発明の実施の形態による測長器１の移動ステージ４が０ｍｍの位置の際の時間経過に対する移動ステージ４の距離を示した波形図である。
【００６８】
図１５に示すように、この発明の実施の形態の測長器１は、移動ステージ４が０ｍｍの位置にある場合、最大±５ｎｍの範囲で距離が変動する。なお、液晶スケール７もまた２８０ｍｍであり、０ｍｍの位置はその原点位置に当たる。
【００６９】
上記のように、この発明の実施の形態における測長器１は、発光部としてＥＬ光源アレイ８を用いる等により、０ｍｍの位置における移動ステージ４の距離の変動を約１５ｎｍ小さくすることができる。
【００７０】
図１６は、従来の測長器の移動ステージが２８０ｍｍの位置の際の時間経過に対する移動ステージの距離を示した波形図である。
【００７１】
図１６に示すように、従来の測長器は、移動ステージが２８０ｍｍの位置にある場合、最大±２０ｎｍの範囲で距離が変動する。なお、従来の液晶スケールは２８０ｍｍであり、２８０ｍｍの位置は原点位置と反対側の端部に当たる。
【００７２】
図１７は、この発明の実施の形態による測長器１の移動ステージ４が２８０ｍｍの位置の際の時間経過に対する移動ステージ４の距離を示した波形図である。
【００７３】
図１７に示すように、この発明の実施の形態の測長器１は、移動ステージ４が２８０ｍｍの位置にある場合、最大±５ｎｍの範囲で距離が変動する。なお、液晶スケール７もまた２８０ｍｍであり、２８０ｍｍの位置は原点位置と反対側の端部に当たる。
【００７４】
上記のように、この発明の実施の形態における測長器１は、発光部としてＥＬ光源アレイ８を用いる等により、２８０ｍｍの位置における移動ステージ４の距離の変動を０ｍｍの位置の場合と同じく約１５ｎｍ小さくすることができる。
【００７５】
従来の測長器は、ＬＥＤ光源を用いていたため、液晶部分の動作速度や応答性などに問題があり、液晶駆動部の負担が大きかった。これに対し、この発明の実施の形態による測長器は、ＥＬ光源アレイのフィルムを液晶ガラス上に密着させて、ＥＬ光源アレイの発光を直接制御している。そのため、光束のオンオフはＥＬ光源で行なえばよく、動作速度や応答性に問題がある液晶部分を駆動させる必要がなくなる。
【００７６】
以上のように、測長器において、従来のＬＥＤ光源の代わりにＥＬ光源アレイを用いることによって、測長の高速化および高精度化を実現することができる。また、複雑な液晶駆動部が不要になることから、電子制御部の負担を少なくすることができるとともに、測長器の小型化および軽量化を実現することができる。さらに、ＥＬ光源の特性により、光源の発熱も抑えることができる。
【００７７】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７８】
１  測長器、４  移動ステージ、５，６  受光部、７  液晶スケール、７Ａ，７Ｂ  画素列、７ｑ  液晶窓、８  ＥＬ光源アレイ、８ｆ  フィルム部分、８ｇ  ＥＬ光源、９  筐体、１０ａ，１０ｂ  磁性流体シールド、１１ａ〜１１ｄ  ボールガイド、１２  高精度シャフト、１３  蓋、１４ａ，１４ｂ  パッキン、１５  液晶スケール押え、１６  液晶スケール固定台、１７  ＥＬ光源制御回路、１８，１９  信号処理回路、２０，２２  ピーク検出回路、２１  エッジ検出回路、２３  ＣＰＵ、２４  フレキシブル基板、２６  アナログスイッチ回路、２８  Ａ／Ｄ変換回路、２９  カウンター回路、３０  演算処理回路、３１  Ｉ／Ｏ回路、３５  加算回路、５０  光源信号処理部、５６  ＰＤ保持板、７０  光源制御部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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