변위 검출 장치(DISPLACEMENT DETECTION APPARATUS)

(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(45) 공고일자 2012년03월15일
(11) 등록번호 10-1117241
(24) 등록일자 2012년02월09일
(51) 국제특허분류(Int. Cl.)
G01D 5/245 (2006.01) G01B 7/00 (2006.01)
(21) 출원번호 10-2005-0032325
(22) 출원일자 2005년04월19일
심사청구일자 2010년04월16일
(65) 공개번호 10-2006-0047223
(43) 공개일자 2006년05월18일
(30) 우선권주장
JP-P-2004-00127205 2004년04월22일 일본(JP)
(56) 선행기술조사문헌
JP07333004 A
JP2000213924 A
JP10239105 A
JP58191906 A
(73) 특허권자
가부시키가이샤 마그네스케일
일본 도쿄도 미나토쿠 코난 2-15-1, 시나가와 인
터시티 A-18
(72) 발명자
나베시마 노부오
일본국 사이타마켄 구키시 기요쿠쵸 1-10 소니매
뉴팩쳐링시스템즈 가부시키가이샤내
다니구치 가요코
일본국 사이타마켄 구키시 기요쿠쵸 1-10 소니매
뉴팩쳐링시스템즈 가부시키가이샤내
간바라 에이코
일본국 사이타마켄 구키시 기요쿠쵸 1-10 소니매
뉴팩쳐링시스템즈 가부시키가이샤내
(74) 대리인
김학수, 문경진
전체 청구항 수 : 총 10 항 심사관 : 김혜원
(54) 발명의 명칭 변위 검출 장치
(57) 요 약
짧은 스케일을 사용하면서도, 1개의 긴 스케일과 동일 정도의 측정길이 범위를 확보할 수 있고 또한 베드의 길이
를 짧게 할 수 있는 변위 검출 장치를 제공하기 위해, 헤드(1) 및 (2)가 스케일(4)로부터 검출한 복수 종류의 아
날로그 주기성 신호는 처리 회로(8) 및 (9)에 공급되고, 처리 회로(8) 및 처리 회로(9)는 클럭 단자(10)로부터
공급되는 고속의 클럭에 동기해서 아날로그 주기성 신호를 샘플링하고 나서, 현재의 위치 데이터와 1회 전{前}
의 위치 데이터와의 차분 데이터 Δ1 및 Δ2를 검출하고, 전환 스위치(11)는 처리 회로(8) 및 처리 회로(9)가 검
출한 차분 데이터 Δ1 또는 차분 데이터 Δ2를 선택적으로 전환하고, 전환 스위치(11)는 전환 제어기(12)의 제어
에 의거해서 차분 데이터 Δ1 또는 차분 데이터 Δ2의 전환을 선택적으로 행하며, 전환 제어기(12)는 스케일 위
치 검출기(7)로부터의 검출 출력에 따라서 전환 스위치(11)의 전환을 제어한다.
대 표 도 - 도1
등록특허 10-1117241
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특허청구의 범위
청구항 1
소정 피치의 눈금을 기록한 스케일과,
상기 스케일에 대해서 상대 변위 가능하고 상기 소정 피치에 따른 아날로그의 주기성신호를 복수 종류 검출하는
제1의 헤드와,
상기 스케일에 대해서 상대 변위 가능하고 상기 소정 피치에 따른 아날로그의 주기성신호를 복수 종류 검출하는
제2의 헤드와,
상기 제1의 헤드가 검출한 복수 종류의 아날로그 주기성 신호를 소정 클럭에 동기해서 샘플링하여 얻은 1회 전
의 위치 데이터와 현재의 위치 데이터와의 제1의 차분값을 검출하는 제1의 처리 수단과,
상기 제2의 헤드가 검출한 복수 종류의 아날로그 주기성 신호를 상기 소정 클럭에 동기해서 샘플링하여 얻은 1
회 전(前)의 위치 데이터와 현재의 위치 데이터와의 제2의 차분값을 검출하는 제2의 처리 수단과,
상기 제1의 처리 수단이 검출한 제1의 차분값 또는 상기 제2의 처리 수단이 검출한 차분값을 선택적으로 전환하
는 전환 수단과,
상기 제1의 헤드 및 제2의 헤드에 대해서 상기 스케일이 소정 위치에 도달한 것을 검출하는 스케일 위치 검출
수단과,
상기 스케일 위치 검출 수단에 의해서 상기 스케일이 상기 제1의 헤드 및 제2의 헤드에 대해서 소정 위치에 도
달한 것이 검출되었을 때에는 상기 전환 수단에 차분값의 전환을 선택적으로 행하게 하는 전환 제어 수단과,
상기 전환 제어 수단에 의해서 선택적으로 전환되어 출력되는 제1의 차분값 또는 제2의 차분값을 가산해서 위치
정보를 출력하는 가산 수단
을 구비하는 것을 특징으로 하는 변위 검출 장치.
청구항 2
제1항에 있어서,
상기 제1의 헤드와 상기 제2의 헤드는 상기 스케일의 길이보다도 짧은 간격으로 이간(離間)되어 있는 것을 특징
으로 하는 변위 검출 장치.
청구항 3
제2항에 있어서,
상기 스케일 위치 검출 수단이 상기 제1의 헤드 및 제2의 헤드에 대해서 상기 스케일이 소정의 위치에 도달한
것을 검출했을 때, 상기 제1의 처리 수단 및 제2의 처리 수단은 제1의 차분값 및 제2의 차분값을 검출하고 있는
것을 특징으로 하는 변위 검출 장치.
청구항 4
소정 피치의 눈금을 기록한 스케일과,
상기 스케일에 대해서 상대 변위 가능하고 상기 소정 피치에 따른 아날로그의 주기성신호를 복수 종류 검출하는
3개 이상의 헤드와,
상기 3개 이상의 헤드에 각각 접속하고, 이 3개 이상의 헤드가 검출한 복수 종류의 아나로그 주기성 신호를 소
정 클럭에 동기해서 샘플링하여 얻은 1회 전의 위치 데이터와 현재의 위치 데이터와의 각 차분값을 검출하는 3
개 이상의 처리 수단과,
상기 3개 이상의 처리 수단이 검출한 각 차분값을 선택적으로 전환하는 전환 수단과,
상기 3개 이상의 헤드 중의 서로 인접(隣合)하는 2개의 헤드에 대해서 상기 스케일이 소정 위치에 도달한 것을
검출하는 스케일 위치 검출 수단과,
등록특허 10-1117241
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상기 스케일 위치 검출 수단에 의해서 상기 스케일이 상기 서로 인접하는 2개의 헤드에 대해서 소정 위치에 도
달한 것이 검출되었을 때에는 상기 전환 수단에 차분값의 전환을 선택적으로 행하게 하는 전환 제어 수단과,
상기 전환 제어 수단에 의해서 선택적으로 전환되어 출력되는 차분값을 가산해서 위치정보를 출력하는 가산 수
단
을 구비하는 것을 특징으로 하는 변위 검출 장치.
청구항 5
제4항에 있어서,
상기 3개 이상의 헤드 중의 서로 인접하는 2개의 헤드는, 상기 스케일의 길이보다도 짧은 간격으로 이간되어 있
는 것을 특징으로 하는 변위 검출 장치.
청구항 6
제5항에 있어서,
상기 스케일 위치 검출 수단이 상기 서로 인접하는 2개의 헤드에 대해서 상기 스케일이 소정의 위치에 도달한
것을 검출했을 때, 상기 서로 인접하는 2개의 헤드에 접속하고 있는 2개의 처리 수단은 차분값을 검출하고 있는
것을 특징으로 하는 변위 검출 장치.
청구항 7
소정 피치의 눈금을 기록한 복수 m(m은 자연수)의 스케일과,
상기 복수 m의 스케일에 대해서 상대 변위 가능하고 상기 소정 피치에 따른 아날로그의 주기성 신호를 복수 종
류 검출하는 복수 n(n은 자연수)의 헤드와,
상기 복수 n의 헤드에 각각 접속하고, 이 n의 헤드가 검출한 복수 종류의 아날로그 주기성 신호를 소정 클럭에
동기해서 샘플링하여 얻은 1회 전의 위치 데이터와 현재의 위치데이터와의 각 차분값을 검출하는 복수 n의 처리
수단과,
상기 복수 n의 처리 수단이 검출한 각 차분값을 선택적으로 전환하는 전환 수단과,
상기 복수 n의 헤드 중의 서로 인접하는 2개의 헤드에 대해서 상기 복수 m 중의 어느 하나의 스케일이 소정의
위치에 도달한 것을 검출하는 스케일 위치 검출 수단과,
상기 스케일 위치 검출 수단에 의해서 상기 어느 하나의 스케일이 상기 서로 인접하는 2개의 헤드에 대해서 소
정의 위치에 도달한 것이 검출되었을 때에는 상기 전환 수단에 차분값의 전환을 선택적으로 행하게 하는 전환
제어 수단과,
상기 전환 제어 수단에 의해서 선택적으로 전환되어 출력되는 차분값을 가산하여 위치정보를 출력하는 가산 수
단
을 구비하는 것을 특징으로 하는 변위 검출 장치.
청구항 8
제7항에 있어서,
상기 복수 m의 스케일은 같은 측정길이를 갖고, 상기 복수 n의 헤드 중의 서로 인접하는 2개의 헤드의 간격은,
상기 스케일의 측정길이보다도 짧은 간격으로 이간되어 있는 것을 특징으로 하는 변위 검출 장치.
청구항 9
제8항에 있어서,
상기 스케일 위치 검출 수단이 상기 서로 인접하는 2개의 헤드에 대해서 상기 어느 것인가의 스케일이 소정의
위치에 도달한 것을 검출했을 때, 상기 서로 인접하는 2개의 헤드에 접속되어 있는 2개의 처리 수단은 차분값을
검출하고 있는 것을 특징으로 하는 변위 검출 장치.
등록특허 10-1117241
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청구항 10
제8항에 있어서,
상기 복수 m의 스케일 중의 서로 인접하는 2개의 스케일은, 상기 서로 인접하는 2개의 헤드의 간격보다도 짧은
간격으로 이간되어 있는 것을 특징으로 하는 변위 검출 장치.
명 세 서
발명의 상세한 설명
발명의 목적
발명이 속하는 기술 및 그 분야의 종래기술
본 발명은 공작기계나 검사 장치, 더 나아가서는 반도체 제조장치 등에 있어서의 상대 이동 위치를 검출하기 위[0030]
한 변위 검출 장치에 관한 것이다.
종래부터, 공작기계나 반도체 제조장치 등의 가동 부분에 있어서의 상대 이동 위치를 검출하는 장치로서 변위[0031]
검출 장치가 알려져 있다. 이 변위 검출 장치는 일정의 파장으로 신호 레벨이 변동하는 주기 신호가 일정 방향
을 따라 기록된 스케일과, 이 스케일에 기록된 주기 신호를 검출하는 헤드부와, 헤드부로부터 검출된 주기 신호
의 신호 처리를 해서 위치정보를 출력하는 연산 처리부를 구비해서 구성된다. 스케일 및 헤드부는 상대 이동
하는 2부재인 가동부와 기준부에 장착된다. 변위 검출 장치에서는, 헤드부가 2부재의 상대 이동에 따라서, 신
호 레벨이 변동하는 주기 신호를 스케일 검출하고, 이 검출한 주기 신호를 연산 처리부로 공급한다. 연산 처
리부는, 헤드부가 검출한 주기 신호에 의거해서, 2부재의 상대 이동 위치를 나타내는 위치 정보를 출력한다.
종래, 변위 검출 장치로서는, 스케일과 헤드부가 1개씩인 것이 있다. 도 24는 직선 이동을 하는 공작기계에 설[0032]
치된 변위 검출 장치의 구체예이다. 공작기계에 있어서, 변위 검출 장치의 1개의 헤드(100)는 고정부인 베드
(101)의 중앙부에 후술하는 스케일(102)에 대향해서 설치되어 있다. 또, 스케일(102)은 좌측L에서 우측R로의
화살표 A, 혹은 우측R에서 좌측L로의 화살표 B로 나타내는 방향으로 직선 이동하는 가동부인 테이블(103)의 긴
쪽 방향으로, 헤드(100)에 대향해서 장착되어 있다. 또한, 스케일(102)과 헤드(100)에는, 자기(磁氣) 스케일
과 자기 변조형 자기 헤드, 혹은 광학식의 스케일과 헤드가 이용된다.
도 24(a)는 테이블(103)이 베드(101)에 대해 화살표 B로 나타내는 방향으로 이동하고, 스케일(102)이 좌측 한계[0033]
에 위치해 있는 상태를 도시하고 있다. 헤드(100)는 스케일(102)의 우단부에 대향하고 있다. 도 24(b)는 테이
블(103)이 화살표 A로 나타내는 방향으로 이동하고 있는 도중에, 베드(101)에 대해서 중앙부에 위치하고, 스케
일(102)도 중앙부에 위치해 있는 상태를 도시하고 있다. 헤드(100)는 스케일(102)의 중앙부에 대향하고 있다.
도 24(c)는 테이블(103)이 베드(101)에 대해서 더욱 화살표 A로 나타내는 방향으로 이동하고, 스케일(102)이 우
측 한계에 위치해 있는 상태를 도시하고 있다. 헤드(100)는 스케일(102)의 좌단부에 대향하고 있다. 도
24(d)는 스케일(102)이 헤드(100)에 대해 좌측 한계에 위치해 있는 상태와 스케일(102)이 우측 한계에 위치해
있는 상태를 중첩해서 도시하고 있다. 측정길이 ML에 대해 베드(101)의 길이(베드길이：BL)는 2배로 되어
있다.
또, 변위 검출 장치로서는, 일본국 특개평 10－239105호 공보에 개시되어 있는 바와 같은, 복수의 자기 스케일[0034]
을 연결하고, 일체구조로 실장(組入; incorporate)된 2개의 자기 트랜스듀서(변환기)를 이용하여 위상 변조 신
호를 취출(取出; take out)하는 구성의 자기 스케일 장치도 있다.
도 25는 상기 특허 문헌 1에 기재된 자기 스케일 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다. 자기 스케일 기판[0035]
(110)은 띠형상(帶狀)의 판체(plate) 위에 형성된 자기매체로 이루어지는 자기 스케일(111)에 일정파장 λ의 신
호가 기록되어 이루어진다. 자기 스케일(111)에 대향해서 한쌍의 자기 변조형 자기 헤드로 구성한 자기 트랜
스듀서(112)가 베드에 장착되어 있다.
자기 스케일 기판(113)도 마찬가지의 구성이며, 이 자기 스케일 기판(113)에 대향해서 한쌍의 자기 변조형 자기[0036]
헤드로 구성한 자기 트랜스듀서(114)가 베드에 장착되어 있다. 2개의 자기 스케일 기판(110 및 113)은 서로 연
결되어 긴 스케일로서 이용된다. 또, 2개의 자기 트랜스듀서(112 및 114)도 일체구조로 되어, 헤드부(115)를
구성하고 있다.
등록특허 10-1117241
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2개의 자기 트랜스듀서(112 및 114)를 구성하는 각 한쌍의 자기 헤드에는, 여자(勵磁; excitation) 회로(116)로[0037]
부터 여자 신호가 공급된다. 또, 2개의 자기 트랜스듀서(112 및 114)를 구성하는 각 한쌍의 자기 헤드는, 제1
검출 회로(117), 제2 검출 회로(118)에 접속되어 있다. 제1 검출 회로(117) 및 제2 검출 회로(118)는, 각 자
기 트랜스듀서가 각 자기 스케일과의 상대 위치 변화에 따라서 취출한 위상 변조 신호를 검출하고, 이 신호에
내삽(內揷; interpolation) 처리를 실시하여 출력한다. 출력 회로(119)는 한쪽의 검출 회로로부터의 출력을
선별하여 출력하는 것에 의해서 위치 정보를 얻을 수 있다.
도 26은 상기 자기 스케일 장치의 스케일 기판(110 및 113)의 배열과, 헤드부(115)를 구성하는 자기 트랜스듀서[0038]
(114 및 112)의 배치 관계를 도시하는 도면이다. 지금, 헤드부(115)가 스케일 기판(110)에 대해서 상대적으로
우측을 향해 이동하고 있는 것으로 하면, 도시한 위치에서는 자기 트랜스듀서(114와 112)의 양쪽의 출력이 사용
가능하다. 따라서, 예를 들면 자기 트랜스듀서(112)의 출력을 사용하도록 설정해 둔다.
자기 트랜스듀서(112)가 2개의 스케일 기판(110, 113)의 이음부(link section)(120)에 접어들면(다다르면, 당도[0039]
하면), 이 자기 트랜스듀서(112)로부터의 출력이 저하하므로, 출력 회로(118)에 의해 자기 트랜스듀서(114)로부
터의 출력을 전환한다.
더 나아가서, 이번에는 자기 트랜스듀서(114)가 이음부(120)에 접어들면, 이 자기 트랜스듀서(114)로부터의 출[0040]
력이 저하하지만, 자기 트랜스듀서(112)는 이미 이음부(120)를 통과하고, 출력이 회복되어 있으므로, 출력 회로
(118)는 자기 트랜스듀서(112)로부터의 출력을 사용하도록 전환한다. 　
이와 같이, 상기 자기 스케일 장치는 양호한 출력을 제공하고 있는 쪽의 트랜스듀서로부터 출력을 얻는 것에 의[0041]
해, 이음부(120)에 있어서의 신호의 열화(劣化)를 회피하고 있다.
[특허 문헌 1] 일본국 특개평 10－239105호[0042]
발명이 이루고자 하는 기술적 과제
그런데, 상기 도 24에 도시한 스케일과 헤드부가 1개씩인 변위 검출 장치에서는 스케일이 길기 때문에, 스케일[0043]
자체의 제작이 곤란하게 된다. 스케일에 새기는 눈금의 피치는 ㎛, 또 ㎚, 혹은 pm에까지 미친다. 따라서, 긴
스케일에 있어서는 정밀도 좋게 1개의 스케일에 눈금을 매기는(새기는) 것은 곤란하였다. 또, 스케일은 기온
이나 습도 등의 주위 환경의 영향을 받기 어려운 소재에 의해 형성될 필요가 있으므로, 재질에 따라서는 긴 스
케일이면 취급이 곤란하고, 테이블에 설치하는 것이 곤란하였다. 또, 1개의 긴 스케일을 이용했을 때에는, 베
드의 길이를 측정길이의 2배로 하지 않으면 안 되므로, 변위 검출 장치를 장착하는 공작기계 등이 대형화되어
버리게 된다.
또, 상기 도 25에 구성을 도시한 상기 특허 문헌 1에 기재된 자기 스케일 장치는, 헤드부(115)를 자기 트랜스듀[0044]
서(112 및 114)로 일체구조로 해서 형성하고 있으므로, 반드시 스케일을 복수 이용하게 된다. 즉, 스케일이 1
개이고 헤드가 복수라는 구성은 불가능했다.
또, 위상 변조 방식이고, 일체 구조의 헤드부(115)에서 정현파 sin, 여현파 cos를 읽어내는 구성이며, 차분값의[0045]
샘플링 주기를 올릴 수 없다. 즉, 변조 신호를 형성하고, 그 중의 위상의 어긋남(shift)에 클럭이 몇 개 들어
가는지를 보고 이동량을 읽어내고 있으므로, 클럭의 주파수를 매우 빠르게 하지 않으면 높은 분해능이 얻어지지
않는다. 높은 분해능을 얻기 위해서는 매우 높은 클럭 주파수가 필요하게 되지만, 자기 스케일 장치에서는 그
정도로 클럭 주파수를 올릴 수 없다. 상기 위상의 어긋남에 들어가는 클럭 주파수를 올릴 수 없다는 것은, 위
상 어긋남의 진폭을 샘플링하는 주기를 좁게 할 수 없다는 것이므로, 신호의 왜곡(歪; distortion)의 영향을 받
기 쉽다.
또, 도 26에 도시한 바와 같이 자기 트랜스듀서에 의해 검출한 신호 레벨에 의거해서 출력을 이용하는 자기 트[0046]
랜스듀서를 전환하고 있으므로, 신호 레벨의 판정시에 예를 들면 비교 레벨의 편차에 의해, 전환했을 때에 위치
어긋남이 발생한다. 스케일의 눈금은 이상적으로는 고정밀도로 완전히 선형으로 새겨져 있는 것이 바람직하
다. 또, 오차가 있는 경우에도 오차가 눈금의 위치에 따라서도 균일한 것이 바람직하다. 그러나, 실제로는
눈금의 위치에 따라서 도 27(a)에 도시하는 바와 같이 눈금의 오차에는 편차가 있다. 이와 같은 상황에서, 자
기 트랜스듀서를 전환했을 때에 위치 어긋남이 발생하면, 도 27(b)에 도시하는 바와 같이 헤드의 상대적인 이동
방향이 반대(逆)로 되었을 때에는, 신호 레벨에 Δ라는 차가 생겨 버려, 재현성을 내기 어렵고 오차로 되기 쉽
다.
본 발명은 상기 실정을 감안해서 이루어진 것으로서, 짧은 스케일을 사용하면서도, 1개의 긴 스케일과 같은 정[0047]
등록특허 10-1117241
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도의 측정길이 범위를 확보할 수 있고 또한 베드의 길이를 짧게 할 수 있는 변위 검출 장치의 제공을 목적으로
한다.
또, 신호의 왜곡의 영향을 잘 받지 않으면서도, 스케일 1개로 긴 측정길이를 얻고 또한 전환 오차를 억제할 수[0048]
있는 변위 검출 장치의 제공을 목적으로 한다.
발명의 구성 및 작용
[발명을 실시하기 위한 최량의 형태][0049]
이하, 본 발명의 몇개의 실시 형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. [0050]
도 1은 제1 실시 형태의 구성을 도시하는 도면이다. 도 2는 제1 실시 형태에 있어서의 1개의 스케일과 2개의[0051]
헤드와의 상대 위치 관계를 도시하는 상태도이다. 제1 실시 형태는 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 1개
의 스케일(4)과, 2개의 헤드(1 및 2)와, 전환 센서(7)를 이용해서 리니어 스테이지(5) 등의 이동량을 검출하고
피드백 서보를 거는 장치에 적용된다. 예를 들면, 나노 미터 ㎚단위(order}의 이동량을 측정하는 반도체 제조,
혹은 액정제조 등의 분야에서 사용되는 변위 검출 장치이다.
변위 검출 장치의 2개의 헤드(1 및 2)는 고정부(기준부)인 베드{도 2에 도시하는 베드(3)}에 소정의 간격 D를[0052]
두고 스케일(4)에 대향해서 설치되어 있다. 또, 스케일(4)은 좌측L에서 우측R로의 화살표 A, 혹은 우측R에서
좌측L로의 화살표 B로 나타내는 방향으로 직선 이동하는 가동부인 테이블(5)의 긴쪽 방향으로, 헤드(1 및 2)에
대향해서 장착되어 있다.
이 변위 검출 장치는 예를 들면 고정밀도, 고분해능의 검출을 가능하게 하기 위해, 회절광의 간섭을 이용해서[0053]
변위를 검출한다. 스케일(4)로서는, 예를 들면 반사형 혹은 투과형의 회절격자를 홀로그램 등으로 작성하고,
또한 얻어진 정현파를 분해함으로써 ㎚ 단위의 분해를 가능하게 한다. 스케일(4)로서 이용하는 회절 격자는,
예를 들면 박판(薄板) 형상을 갖고 있으며, 그 표면에 좁은 슬릿이나 홈 등, 또는 굴절률이 분포된 격자가 눈금
으로서 소정 간격마다, 즉 소정 피치로 새겨져 있다. 물론, 스케일(4)로서 이용하는 회절 격자의 종류는 한정
되는 것은 아니고, 기계적으로 홈 등이 형성된 것 뿐만 아니라, 예를 들면, 감광성 수지에 간섭 줄무늬(縞;
fringe)를 소결(燒付: baking)해서 작성한 것이어도 좋다.
단, 이 스케일(4)은 예를 들면 박판 형상의 유리에 상기 회절 격자를 눈금을 예를 들면 4㎛, 혹은 138㎚라는 피[0054]
치로 새겨 작성된다. 물론, 138㎚에서 4㎛ 이외의 값으로 새겨 작성되는 경우도 있다. 이 때문에, 스케일의
길이가 긴 것보다는 짧은 것 쪽이 작성이 용이하고, 취급이 용이하다. 또한, 긴 것은 고가로 된다. 또, 긴
것보다는 짧은 것 쪽이 오염이나 먼지 부착(付着)의 가능성이 작다. 이 때문에 가능하면, 스케일(4)은 긴 것
보다는 짧은 것을 이용하는 쪽이 바람직하다. 물론, 장치의 소형화도 달성할 수 있다.
이러한 스케일(4)은 좌측L로부터 우측R로의 화살표 A, 혹은 우측R에서 좌측L로의 화살표 B로 나타내는 방향으로[0055]
직선 이동하는 테이블(5)의 긴쪽방향에, 헤드(1 및 2)에 대향해서 장착되어 있으므로, 헤드(1)와 헤드(2)는 스
케일(4)에 대해 상대 변위 가능하게 되어 있다.
도 3은 스케일(4)과 헤드(1) 및 헤드(2)의 상대 위치를 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 3(a)는 스케일(4)[0056]
의 좌측 한계를 나타내고, 도 3(c)는 스케일(4)의 우측 한계를 나타낸다. 도 3(b)는 각각의 헤드(1) 및 헤드
(2)로부터의 신호가 유효한 위치를 나타낸다. 도 3(a), 도 3(b), 도 3(c)는 각각, 도 2(a), 도 2(b), 도
2(c)의 상태를 간략화해서 나타내는 도면이다.
도 3(b) 일 때에 후술하는 차분값 Δ1 또는 차분값 Δ2의 전환을 행하기 위해 2개의 헤드(1) 및 헤드(2)의 간격[0057]
은 스케일(4)의 길이 L보다 짧게 하고 있다. 헤드(1) 및 헤드(2)는 스케일(4)에 대해 상대 변위 가능하게 되는
것에 의해, 스케일(4)에 소정 피치로 새겨진 눈금에 따른 아날로그의 주기성 신호를 복수 종류 검출한다.
여기서 말하는 아날로그의 주기성 신호란, 예를 들면 정현파 sin, 여현파 cos는 물론, 위상이 어긋난 복수의 정[0058]
현파 sin, 여현파 cos를 나타낸다. 본 실시예에서는 헤드(1) 및 헤드(2)로서 광학식의 헤드를 이용하고 있다.
광학식의 헤드는, 상세한 설명을 후술하겠지만, 광을 출사(出射; emit)하는 광원과, 광원으로부터 출사된 광을[0059]
2개의 빔으로 분할함과 동시에 스케일(4)로부터의 2개의 회절광을 서로 겹쳐서(重合; 오버랩해서) 간섭시킴과
동시에, 스케일(4)의 회절 격자에 의해 회절된 회절광을 반사하는 광학계와, 간섭한 2개의 회절광을 광전 변환
해서 간섭 신호를 생성하는 포토디텍터(photo-detector)를 구비해서 이루어진다.
도 1에 있어서, 헤드(1)가 스케일(4)로부터 검출한 복수 종류의 아날로그 주기성 신호는 처리회로(8)로 공급된[0060]
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다. 헤드(2)가 스케일(4)로부터 검출한 복수 종류의 아날로그 주기성 신호는 처리 회로(9)로 공급된다.
처리 회로(8)는, 클럭 단자(10)에서 공급되는 클럭에 동기해서 상기 아날로그 주기성 신호를 샘플링한다. 이[0061]
클럭 단자(10)에서 공급되는 클럭은, 후술하는 전환 제어기(12)나 가산 회로(13)에 공급되는 클럭에 동기한 클
럭으로서, A/D변환기의 분해능 즉 A/D변환의 양자화 단위만큼, 위치 검출 대상으로 되는 공작기계의 가동부가
이동하는데 필요한 시간보다도 충분히 높은 주파수의 클럭으로 한다. 예를 들면, 위치검출 대상으로 되는 공
작기계가 A/D변환의 양자화 단위만큼 이동하는데, 최저 1μ초 필요하다는 사양(仕樣; specification)이 정해져
있으면, 그것보다도 충분히 높은 10㎒～20㎒ 빠르기(速)의 샘플링 클럭으로 한다.
그리고, 처리 회로(8)는 현재의 샘플링 데이터로 되는 현재의 위치 데이터와 1회 전(前回)의 샘플링 데이터로[0062]
되는 1회 전(前)의 위치 데이터와의 차분 데이터 Δ1을 검출한다. 처리 회로(9)도 마찬가지로 해서, 상기 아
날로그 주기성 신호를 샘플링하고 나서, 현재의 위치데이터와 1회 전(전회)의 샘플링 데이터로 되는 1회 전의
위치 데이터와의 차분 데이터Δ2를 검출한다. 차분 데이터Δ1과 차분 데이터Δ2는 전환 스위치(11)에 공급된
다.
처리 회로(8) 및 처리 회로(9)에서 상기 아날로그 주기성 신호를 샘플링하는데 이용하는 클럭을 고속의 동일 클[0063]
럭으로 한다. 이 때문에, 각각의 위치 데이터 및 각각의 차분값은 같은 시각의 것으로 된다. 따라서, 후술하
는 바와 같은 외부의 전환 검출기의 상태에 의해 선택되는 헤드의 차분값을 더해서 인크리멘탈의(incremental)
위치 정보 Dink로 한 경우에는 전환 오차가 잘 생기지 않는다.
전환 스위치(11)는 처리 회로(8)가 검출한 차분 데이터 Δ1 또는 처리 회로(9)가 검출한 차분 데이터 Δ2를 선[0064]
택적으로 전환한다. 전환 스위치(11)는 전환 제어기(12)의 제어에 의거해서 차분 데이터 Δ1 또는 차분 데이
터 Δ2의 전환을 선택적으로 행한다. 전환 제어기(12)는 스케일 위치 검출기(7)로부터의 검출 출력에 따라서
전환 스위치(11)의 전환을 제어한다.
스케일 위치 검출기(7)는 예를 들면 광전 스위치로 이루어지고, 발광측이 발한 광이 수광측에 닿는 것이 차단되[0065]
었을 때에, 예를 들면“L”을 출력하고, 차단되어 있지 않을 때에는“H”를 출력한다. 도 1에 도시한 테이블
(5)상에 스케일(4)의 길이와 같은 길이로 설치된 차광판(6)이 테이블(5)의 이동에 수반해서, 상기 광을 차단하
게 된다.
스케일 위치 검출기(7)로서는 상기 광전 스위치 이외에, 예를 들면 스케일 위에 기준 위치를 나타내는 특정 홀[0066]
로그램을 기록하고, 이것을 헤드(1) 및/또는 헤드(2)에 의해 검출하여 스케일 위치 검출을 행해도 좋고, 또 스
케일 위에 인크리멘탈용의 홀로그램 파장λ와는 다른 파장λ2의 홀로그램을 기록하고, 이것을 헤드(1) 및/또는
헤드(2)로 검출하고, λ와 λ2의 차분값에서 스케일 위치 검출을 행해도 좋다. 이하에서는 광전 스위치를 이
용하는 것으로서 설명을 계속한다.
도 4는 스케일 위치 검출기(7)로부터의 검출 출력에 의거해서 전환 제어기(12)가 차분 데이터 Δ1 또는 차분 데[0067]
이터 Δ2의 어느 쪽을 유효로 할지를 결정하는 처리를 설명하기 위한 도면이다. 스케일 위치 검출기(7)가 “H
”를 출력하는 것은 차광판(6)에 의해서 발광측으로부터 수광측을 향하는 광이 차단되어 있지 않을 때, 즉 도
2(a)에 도시하는 상태일 때이다. 스케일 위치 검출기(7)가 “L”을 출력하는 것은 차광판(6)에 의해서 발광측으
로부터 수광측을 향하는 광이 차단되었을 때, 즉 도 2(b)에 도시하는 상태일 때이다.
스케일 위치 검출기(7)는 스케일(4)이 도 2(b)의 위치일 때에, 차광판(6)에 의해 상기 광이 차단되도록 장치의[0068]
고정부에 고정되어 있다. 이 때문에, 스케일 위치 검출기(7)는 스케일(4)의 길이보다도 짧은 간격으로 이간(離
間)된 헤드(1) 및 헤드(2)가 도 2(b)에 도시하는 바와 같은 위치로 되었을 때를 기계적으로 정확하게 검출한다.
즉, 도 4에 도시한 스케일 위치 검출기 출력이“H”에서 “L”로 변화하는 타이밍 변화점 P를 재현성을 높게
해서 검출할 수 있다. 물론, 이 타이밍 변화점 P는 전환 제어기(12)에 의해서 정확하게 검지된다.
이 때 전환 제어기(12)는 전환 스위치(11)에 도 4에 도시하는 전환 신호를 공급한다. 이것에 의해, 전환 스위[0069]
치(11)는 처리 회로(8)가 검출한 차분 데이터Δ1 또는 처리 회로(9)가 검출한 차분 데이터 Δ2를 스케일 위치
검출기(7)의 검출 출력에 의거해서 선택적으로 전환할 수 있다.
이하, 제1 실시 형태의 동작을 상세히 설명한다. 도 2(b)는 헤드(1) 및 헤드(2)가 모두 처리 회로(8) 및 처리[0070]
회로(9)로 아날로그의 주기성 신호를 출력하고 있는 상태를 도시하고 있다. 이 때, 처리 회로(8) 및 처리 회
로(9)는 모두 상기 차분 데이터 Δ1 및 차분 데이터 Δ2를 전환 스위치(11)로 출력하고 있다.
상술한 바와 같이, 스케일 위치 검출기(7)는 차광판(6)에 의해서 상기 발광측으로부터의 광이 차단되지 않고[0071]
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수광측에서 수광되었을 때에는“H”를 전환 제어기(12)로 공급한다. 이 때문에 스케일 위치 검출기(7)는 예를
들면 스케일(4)이 화살표 A방향으로 이동하고, 도 2(a)의 상태에서 도 2(b)의 상태로 이동했을 때에는, 도 4에
도시한 바와 같이 소정 시간만큼 “H”를 출력하고 나서 “L”을 출력한다.
도 2(b)의 상태로부터 스케일이 또한 화살표 A방향으로 도 2(c)의 상태로 될 때까지 이동했을 때에는, 스케일[0072]
위치 검출기(7)는 도 4에 도시하는 바와 같이 소정 시간만큼 “L”을 계속해서 출력한다. 여기서의 소정 시간
은 스케일(4)의 길이와 이동 속도에 의해 정해지는 시간이다. 이 때문에, 전환 제어기(12)는 스케일(4)이 도
2(a)에 도시하는 바와 같이 화살표 A방향으로 이동하기 시작하고, 도 2(b)의 상태가 되었을 때, 더 나아가서는
도 2(c)의 상태로 된 것을 검출할 수 있다. 또한, 스케일 위치 검출기(7)가 소정 시간 출력하는“H”및“L”
의 순번을 검지하는 것에 의해 스케일(4)의 이동 방향을 알 수도 있다.
스케일(4)이 화살표 B방향으로, 도 2(c)의 상태로부터 도 2(a)의 상태로 이동했을 때에는 스케일 위치 검출기[0073]
(7)는 전환 제어기(12)에 소정 시간의“L”에서 소정 시간의“H”로 변화하는 출력을 공급한다. 이 때문에,
전환 제어기(12)는“L”에서“H”로 전환되는 도 2(b)의 상태를 검지할 수 있다. 물론, 스케일(4)의 이동 방
향도 알 수 있다.
스케일(4)이 화살표 A방향으로 이동하기 시작하는 도 2(a)의 상태에 있을 때에는 헤드(1)만이 상기 아날로그의[0074]
주기성 신호를 복수 종류 검출한다. 이 때문에, 처리 회로(8)만이 상기 차분값 Δ1을 검출해서 전환 스위치
(11)로 공급한다. 이 때, 전환 제어기(12)는 스케일 위치 검출기(7)가 도 4에 도시하는 바와 같이 출력하는“
H”에 의거해서 전환 신호를 생성해서 전환 스위치(11)로 공급한다. 전환 스위치(11)는 처리 회로(8)로부터의
상기차분값 Δ1을 선택해서 후단의 가산 회로(13)로 공급한다.
스케일(4)이 더욱더 화살표 A방향으로 이동하여 도 2(b)의 상태로 되면, 헤드(1) 및 헤드(2)는 모두 처리 회로[0075]
(8) 및 처리 회로(9)로 아날로그의 주기성 신호를 출력하게 된다. 그러면, 처리 회로(8) 및 처리 회로(9)는
모두 상기 차분 데이터 Δ1 및 차분 데이터 Δ2를 전환 스위치(11)로 출력한다. 이 때, 스케일 위치 검출기
(7)는 상기 소정 시간의“H” 후에“L”을 출력한다. 이“H”로부터“L”로의 타이밍 변화점 P(도 4에
도시함)를 전환 제어기(12)가 검지하면, 전환 제어기(12)는“H”에서 “L”로 변화하는 전환 신호를 전환 스위
치(11)로 공급한다. 그러면, 전환 스위치(11)는 처리회로(9)로부터의 상기 차분값 Δ2를 선택하고, 가산 회로
(13)로 공급한다.
그 후, 스케일(4)이 더욱더 화살표 A방향으로 이동하여 도 2(c)의 상태로 될 때까지, 헤드(2)만이 상기 아날로[0076]
그의 주기성 신호를 복수 종류 검출한다. 이 때문에, 처리 회로(9)만이 상기 차분값 Δ2를 검출하여 전환 스위
치(11)로 공급한다. 전환 스위치(11)는 상기 도 2(b)의 상태에서 이미 처리 회로(9)측으로 전환되어 있으므로,
가산회로(13)에는 상기 차분값 Δ2가 계속해서 공급되게 된다.
이와 같이 스케일(4)이 화살표 A방향으로 이동했을 때에는 도 2(a)의 상태에서 도 2(b)의 상태까지 헤드(1)를[0077]
유효로 하고, 따라서 처리 회로(8)에서 차분값 Δ1을 가산회로(13)에 공급하고, 도 2(b)의 상태로 되면 헤드
(2)를 유효하게 하고, 따라서 처리 회로(9)로부터 차분값 Δ2를 가산회로(13)에 공급한다.
가산회로(13)는 전환 제어기(12)에 의해서 선택적으로 변환되어 출력된 차분값 Δ1 또는 차분값 Δ2를 앞(先)의[0078]
차분값에 더하여 인크리멘탈의 위치 정보 Dink를 출력한다.
다음에, 도 1에 도시한 구성의 변위 검출 장치의 1실시예에 대해서 도 5～도 17을 참조해서 설명한다. 도 5는[0079]
헤드(1) 및 헤드(2)에 이용되는 광학 헤드의 구성을 도시하는 도면으로서, 회절격자에 의해 얻어진 회절광의 간
섭을 이용한 것이다.
구성을 크게 나누면, 광조사부(光照射部) b, 광로 제어 및 피검부 c, 수광부 d의 3개의 부분으로 이루어져[0080]
있고, 각 부의 구성 요소를 열거하면, 이하와 같이 된다. 광조사부 반도체 레이저(LS)와, 수속렌즈(L1)와, 편
광 빔 스플리터(BS1)와, 광로 제어 및 피검부 반사 미러(R1a, R1b)와, 반사형 회절 격자(RG)와, 수속 렌즈(L2a,
L2b)와, λ／4 파장판(WP1a, WP1b)과, 반사 미러(R2a, R2b)와, 수광부 반투과 미러(HM)와, 편광 빔 스플리터
(BS2, BS3)와, λ／4 파장판(WP2)과, 광검출기(PD1～4)로 이루어진다.
광원인 반도체 레이저 LS로부터 출사한 광은 수속 렌즈 L1에 의해 수속광으로 된 후, 편광 빔 스플리터 BS1에[0081]
의해 편광 분리되어 2개의 광(광속 LFa, LFb 참조)으로 되고, 그 한쪽이 반사 미러 R1a에 의해 광로 변경을 받
아 반사형 회절 격자 RG에 도달하고, 다른쪽이 반사 미러 R1b에 의해 광로 변경을 받아 반사형 회절 격자 RG에
도달한다. 또한, 여기서 「편광 분리」라는 것은 입사 광속을 P편광 성분과 S편광 성분으로 분리하는 것을 의
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미한다.
피검부(리니어 스케일 등)에 부설된 반사형 회절 격자 RG에 있어서, 차수가 동일 부호(정부(正負)가 같음)로 되[0082]
는 적어도 1차보다 고차의 회절을 한 각각의 광속(光束)에 대해서는 수속 렌즈 L2a, L2b를 각각 경유하고 나서,
회절각에 대응한 각도 위치에 배치된 λ／4 파장판 WP1a, WP1b에 의해 각각의 편광 방향이 90번 회전된 후에,
반사 미러 R2a, R2b에 의해 반사되고, 왕로(往路)와 같은 광로를 역방향으로 더듬어가서(찾아가서) 편광 빔 스
플리터 BS1에 도달한다.
편광 빔 스플리터 BS1에 도달한 광은 각각이 그 편광 방향을 원래의 방향에 대해서 90도 회전한 상태로 되어 있[0083]
기 때문에, 왕로에서의 입사 방향과는 다른 방향으로 출사되고 반투과 미러 HM을 향한다. 그리고, 반투과 미러
HM에 도달한 광속에 대해서는 광량이 2분(分)되고, 나뉘어진 광의 한쪽이 편광 빔 스플리터 BS3에 도달하고, 다
른쪽의 광이 λ／4 파장판 WP2를 통과한 후에 편광 빔 스플리터 BS2에 도달한다.
또한, 편광 빔 스플리터 BS3의 장착 자세에 관해서는 그의 광축을 중심으로, 도달한 광속의 편광 방향에 대해[0084]
약 45도의 각도를 갖고 광축 둘레로(광축을 중심으로) 회전된 배치로 되어 있다.
편광 빔 스플리터 BS2로 편광 분리된 광속에 대해서는 광검출기 PD1이나 PD2에 각각 도달하고, 광강도가 전기량[0085]
으로 변환된다. 또, 편광 빔 스플리터 BS3에 의해 편광 분리된 광속에 대해서는 광검출기 PD3이나 PD4에 각각
도달하고, 광강도가 전기량으로 변환된다.
이 헤드 (1) 및 헤드 (2)는 이하와 같이 동작한다. 먼저, 편광 빔 스플리터 BS1로 분리된, 다른 편광 방향(혹[0086]
은 편광 상태)을 갖는 2개의 광속 LFa, LFb에 대해, 반사형 회절 격자 RG로 반사회절하는 것에 의해서 동일 부
호의 회절광으로 됨과 동시에, λ／4 파장판 WP1a, WP1b 및 반사 미러 R2a, R2b에 의해서, 왕로와는 편광 방향
이 대략 90도 회전한 광속으로서 편광 빔 스플리터 BS1에 되돌려져 혼합된다. 그 때, 혼합된 2개의 광속은 동
일한 편광 성분을 갖는 광원 LS로부터 2분된 것이므로, 양자(兩者)의 광은 다른 편광 방향이어도 간섭을 일으킨
다.
또, 헤드(1) 및 헤드(2)에는, 도 6에 도시하는 구성의 수발광(受發光) 복합 유닛을 이용해도 좋다. 이 수발광[0087]
복합 유닛은 일본국 특개 2002－228412에 개시되어 있는 바와 같이 격자 간섭형 변위 검출 장치에 적용된다.
도 6으로부터도 알 수 있는 바와 같이, 광학계의 구성부품의 대부분이 수발광 복합 유닛(200)내에 수납되어 있[0088]
으며, 해당 유닛내에서 편광 분리되고 나서 외부로 출사된 2개의 광속 LFa, LFb에 대해서는, 외부 광학계 ET를
구성하는 제1 반사 부재(반사경 R1a, R1b)에 각각 도달해서 광로 변경을 받는다. 또한, 이들 반사 부재는, 수
발광 복합 유닛(200)으로부터 출사된 광을 스케일(4)로서 이용되는 반사형 회절 격자 RG, 예를 들면 회절 효율
이 높은 홀로그램 격자(체적형 위상 홀로그램 등)를 향해 반사시키기 위해 필요한 것이다.
스케일(4)로서 이용되는 반사형 회절 격자 RG에 도달하는 각 광은, 가까운 거리에서 해당 격자에 투입되고(격자[0089]
내의 광로길이의 차를 작게 해서, 원(原)신호의 파장에 오차가 잘 생기지 않게 하기 위해), 여기서 1차 이상의
차수로 회절한 후, 수속 렌즈 L2a, L2b를 각각 거쳐서 편광 부재(λ／4 파장판 WP1a, WP1b) 및 제2의 반사 부재
(반사경 R2a, R2b)에 도달한다. 즉, 광속 LFa에 대해서는 반사형 회절 격자 RG에서의 회절 후에, λ／4 파장판
WP1a를 경유해서 반사경 R2a에 도달하고, 또 광속 LFb에 대해서는 반사형 회절 격자 RG에서의 회절 후에, λ／4
파장판 WP1b를 경유해서 반사경 R2b에 도달한다. 또한, 이들 λ／4 파장판 WP1a, WP1b에 대해서는, 반사형 회
절 격자 RG에 의한 회절광을 받아서 편광 상태를 바꾸는 역할을 갖고 있으며, 편광 방향을 90도 회전시키는 것
이다. 또, 반사경 R2a, R2b는 편광 상태가 바뀌어진 광에 대해서, 이것을 반사시켜 역방향으로 되돌려보내는
역할을 갖고 있으며, 반사된 각 광은 왕로를 반대로 더듬어가서 수발광 복합 유닛(200)에 각각 도달한다(유닛으
로의 리턴광으로 된다). 수발광 복합 유닛(200)은 광원, 광분기부, 편광부, 수광부를 일괄해서 동일 부재(수
용 부재(201)를 참조)에 배치함으로써 일체화한 구조로 형성되어 있다.
도 7은 처리 회로(8) 및 처리 회로(9)에 적용가능한 구체예를 도시하는 구성도이다. 예를 들면, 헤드(1)에서[0090]
출력되는 상기 아날로그 신호는 90°위상이 다른 주기성 신호이며, 그들의 주기성 신호는 sin(정현파)과 cos(여
현파)의 관계로 되어 있다. 처리 회로(8)는 입력 단자(61) 및 입력 단자 (62)에서 입력되는 헤드(1)로부터의
상기 아날로그 신호의 진폭값을 A/D변환기(63) 및 A/D변환기(64)로 고속의 클럭으로 샘플링해서 디지탈화하고,
그들의 디지탈화된 신호를 상한(象限) 변환기(65)로 공급한다. 상한 변환기(65)는 디지탈화한 신호값의 최상위
비트로부터 그 신호의 1주기를 4상한(象限)으로 분할해서 어느 상한으로 대응할지를 식별하고, 그 이외의 비트
로 어드레스 지정해서, 룩업 테이블(66)로부터 1상한분의 내삽데이터를 읽어내고, 이것을 보정 회로(67)에
의해, 각 상한에 맞도록 데이터값의 교체, 반전을 행하고, 보정된 출력을 차분 산출기(68)로 보낸다. 차분 산
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출기(68)는 상기 보정된 출력을 이용해서 현재의 위치 데이터와 1회 전(전회)의 샘플링 데이터로 되는 1회 전의
위치 데이터와의 차분 데이터Δ1을 검출한다.
도 8은 상술한 정현파 및 여현파로 주어지는 주기성 신호의 성질을 설명한 것으로서, 횡축을 x축으로 하고, 종[0091]
축을 y축으로 해서, xy좌표의 원점의 주위에 원을 그리고, 그 원의 반경을 r로 하고, 회전각을 ω로 하면,
y=rsinωt[0092]
x=rcosωt[0093]
의 관계가 있으므로, 종축에 sin, 횡축에 cos의 값을 취하고 있다. [0094]
동일 도면에 있어서, I, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ는 제1～제4 상한을 나타내고 있으며, Ⅰ상한, II상한은 각각 Ⅳ상한, Ⅲ 상[0095]
한과 x축에 관해서 대칭이기 때문에 그들 조는 동일한 x의 값을 갖는다. 마찬가지로 해서, I상한, Ⅳ상한은
각각 Ⅱ상한, Ⅲ 상한과 y축에 관해서 대칭이고, 각각 동일한 y의 값을 갖는다.
그래서, 도시한 바와 같이, Ⅱ 및 Ⅲ 상한의 x의 값을 000에서 1FF(000～1FF)로 정하고, Ⅰ 및 Ⅳ상한의 x의 값[0096]
을 200에서 3FF(200～3FF)로 취하고, Ⅳ 및 Ⅲ 상한의 y의 값을 000에서 1FF로 정하고, I 및 Ⅱ상한의 y의 값을
200에서 3FF로 정할 수 있다.
Ⅰ상한의 x, y의 값과 Ⅱ상한의 x, y의 값을 비교하면, y에 관해서는 Ⅰ상한, Ⅱ상한 모두 200～3FF이며, x에[0097]
관해서는 Ⅰ상한이 200～3FF이고, Ⅱ상한이 000～1FF이다. 따라서, 최상위 비트를 제외하고, 모든 비트가 동일
(000～1FF)하게 되어 있고, Ⅱ상한은 Ⅰ상한으로 치환할 수 있는 것을 나타내고 있다.
마찬가지로 해서, Ⅲ상한, Ⅳ상한에 대해서도 각각, x의 값이 000～1FF, y의 값이 000～1FF, x의 값이 200～[0098]
3FF, y의 값이 000～1FF로 되어 있으므로, Ⅰ상한으로 치환할 수 있는 것을 나타내고 있다. 도 9는 이들을 대
표하는 1개의 상한을 디지탈 부호에 대응시켜 나타낸 것이다.
도 10, 도 11은 도 9에 도시하는 1상한(1象限)의 내삽 데이터의 구체적 수치예를 도시한 것으로서, 도 10은 A/B[0099]
상(相)의 경우, 도 11은 2비트 그레이 코드의 경우를 나타내고 있다. 이들 구체적인 수치는 본 발명의 요부는
아니므로, 이 이상의 설명은 생략하고 도 9의 약식도를 사용해서 설명한다.
도 9에 도시하는 1/4원은 어드레스값이 좌측에서 우측으로, 하측에서 상측으로 크게 되는 바와 같은[0100]
배열이므로, Ⅰ상한에 대해서는 그대로 적용할 수 있지만, Ⅱ상한에 대해서는 ROM에 기억된 값을 그대로 사용할
수는 없고, 도 12에 도시하는 바와 같은 변환을 행할 필요가 있다.
도 12에 있어서, (a)는 ROM에 기억된 기본 데이터로서, 이것을 Ⅰ상한으로 하면, Ⅱ상한을 시계방향으로 90°[0101]
회전한 것은 Ⅰ상한과 등가이기 때문에, 도 12의 (b)와 같이 나타낼 수 있지만, 이 때 종축은 위에서 아래로 수
치가 커지는 순서로 수치가 배열되어 있으므로, 이것을 반전시키지 않으면 안된다. 또, (a)에서는 횡축이
COS, 종축이 SIN이지만, (b)에서는 횡축이 SIN, 종축이 COS로 되므로, 이것도 교체하지 않으면 안된다. 또,
Ⅲ 상한을 180°회전시킨 것은 Ⅰ상한과 등가이기 때문에, 도 12의 (c)와 같이 나타낼 수 있지만, 종축도 횡축
도 수치의 증가 방향이 도 12의 (a)와 반대로 되어 있으므로, 그들을 반전시키지 않으면 안된다.
Ⅳ상한을 270°회전시킨 것은 Ⅰ상한과 등가이기 때문에 도 12의 (d)와 같이 나타낼 수 있지만, 횡축의 수치의[0102]
증가 방향이 도 12(a)의 경우와 반대로 되어 있으므로 이것을 반전시킬 필요가 있다. 또, (a)에서는 횡축이
COS, 종축이 SIN이지만, (d)에서는 횡축이 SIN, 종축이 COS로 되므로, 이것도 교체하지 않으면 안된다. 이상
은 각 상한에 있어서의 수치의 절대값에 대한 설명이지만, 이들 4개의 상한을 구별하기 위한 부호비트로서 최상
위 비트가 주어진다.
도 13은 이 상태를 도시한 것이다. 같은 도표 중, sc는 sin과 cos의 최상위 비트를 나타내고, Ⅰ～Ⅳ상한에 대[0103]
응해서 11～01로 되어 있다. 또, 하위 어드레스, 상위 어드레스의 란에 윗바(上橫線; ?)를 그은 값은 보수값
(반전값)을 나타내고 있다.
도 7에 도시한 처리 회로(8)의 구체예는 sin, cos의 1 주기분(360°)의 내삽 데이터를 1/4 주기(90°)의 데이터[0104]
로 대행시키는 것이 목적이다. 예로서, sin과 cos의 데이터 길이가 부호 없는 10비트이고, 이 데이터를 xy평면
에 배치했을 때에 생기는 리사주(Lissajous figure)(도 8 참조)의 경우에 대해서 고려하면, 이 리사주상의 제1
상한(도 9 참조)만으로 다른 상한을 대행시키기 위해, sin과 cos의 데이터의 최상위 비트를 사용하여 각 상한마
다 sin과 cos의 데이터의 최상위 비트를 제외한 데이터를 각각 최상위 비트가 0일 때 반전을 행하고,
짝수(偶數)의 상한에서는 sin과 cos의 데이터를 교체하고, 제1 상한의 데이터의 증감 방향과 일치하도록 변환해
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서 제1 상한의 룩업 테이블 ROM의 하위 어드레스와 상위 어드레스로 배분한다.
이 예에서는 데이터 길이가 10비트(000～3FF)이므로 하위 9비트(000～1FF)를 반전하고, 교체를 최상위 비트의[0105]
상태에 따라 행한다(도 12 참조). 또, 이 예의 진리(眞理)값표를 도 14에 도시한다. 또한, 룩업 테이블 ROM의
내삽 데이터와 하위 어드레스, 상위 어드레스와의 관계는 다음식에 의한다. 단, 본 예에서는 X축을 상위 어드
레스, Y축을 하위 어드레스로 하고 있지만, 반대이어도 좋다.
내삽데이터=arctan(하위 어드레스/상위 어드레스)? 내삽수/2π[0106]
단, 하위 어드레스≥상위 어드레스 또는[0107]
내삽데이터= 내삽수/4－arctan(상위 어드레스/하위 어드레스)?내삽수/2π[0108]
삭제[0109]
단, 하위 어드레스＜상위 어드레스[0110]
이 상태에서 얻어지는 내삽 데이터는 예를 들면, 1주기 이동했다고 해도, 0～1/4 주기의 데이터가 4회 출력될[0111]
뿐이므로, 1주기분의 데이터를 얻기 위해서는 오프셋을 상한마다 가산하면 좋다.
도 15는 상기 차분값 Δ1을 산출하기 위한 차분 산출기(68)의 구성을 도시하는 회로도이다. 1주기분의 데이터[0112]
를 샘플마다 보존 유지하고, 1샘플 전의 데이터와 비교하고 감산함으로써, 차분값을 얻고 있다. 동일 도면의
회로에 있어서, 입력 위치 데이터는 단자(71)에 공급되고, 단자(72)에 공급되는 샘플링 클럭에 의해서, 플립 플
롭 F/F(73)에 취입(取入; take into)된다. 따라서, F/F(73)의 출력은 1샘플전의 데이터를 나타내고 있다.
현재의 데이터값과 전회의 데이터값이 감산기(74)에 의해 감산되고, 그 출력에 리사주 위의 이동 방향의 반시계[0113]
방향의 차(差)를 출력하고, 마찬가지로 해서 감산기(75)에 의해 현재 데이터와 전회 데이터가 감산되어 시계 방
향의 차신호를 출력한다. 감산기(74)의 출력은 비교기(76)의 1입력에 인가되어, 다른 입력에 인가되는 최대
차분값과 비교되고, 최대 차분값보다 크면 하이레벨 출력을 내보내어, AND 회로(84)의 한쪽의 입력을 온(ON)으
로 한다.
마찬가지로 해서, 감산기(75)의 출력은 비교기(82)의 1입력에 인가되어, 다른 입력에 인가되는 최대 차분값과[0114]
비교된다. 감산기(75)로부터의 차신호가 최대 차분값보다 크면 비교기(82)의 출력은 하이레벨로 되고, AND 회
로(84)의 다른 하나의 입력이 온으로 되므로, AND 회로(84)의 출력으로 에러 신호가 출력된다.
상기 차신호가 최대 차분값을 넘지 않는 범위이면, 비교기(76, 82)의 출력은 로우레벨에 있으므로, AND 회로[0115]
(78, 79)의 출력이 온으로 되어 OR회로(80)의 출력 단자(81)로부터는 차분값이 출력된다. 이 때, 비교기(82)의
출력은 시계 방향의 차분을 나타내고 있으므로, 그것을 출력 단자(83)로부터 출력함으로써, 방향의 지시를 할
수 있다.
다음에, 도 1에 있어서의 가산 회로(13)의 구체예에 대해서 설명한다. 도 16은 가산 회로(13)의 구체예의 구성[0116]
을 도시하는 도면이다. 도시한 바와 같이, 입력 단자(91)에 입력하는 방향 신호에 따라서, 차분 산출기의 출력
으로부터 공급되어 단자(92)에 입력하는 차분값을 가산기(93)에 입력하고, 플립플롭(94)에 세트된 전회값과 누
적 가산하면, 출력 단자(95)에는 인크리멘탈의 위치정보 Dink가 나온다.
또한, 처리 회로(9)에 대해서도 마찬가지의 구성을 취할 수 있다. 또, 처리 회로(8) 및 처리 회로(9)로서는,[0117]
도 7～도 16을 이용해서 설명한 룩업테이블을 이용하는 구성에 한정되는 것은 아니고, 아크탄젠트 tan
-1
θ로 연
산하는 구성을 적용할 수도 있다.
또, 도 7에 도시한 구성에 있어서, 상한 변환기(65)의 앞에 보정 회로를, 또 차분 산출기(68)의 앞에 디지털 필[0118]
터를 넣어도 좋다. 이러한 구성으로 하는 것에 의해, 처리 회로(8) 및 처리 회로(9)는 차분값의 검출 정확도
를 높일 수 있다.
이와 같이, 제1 실시 형태의 변위 검출 장치는 스케일(4)로서 반사형 혹은 투과형의 회절 격자를 홀로그램 등으[0119]
로 작성한 것을 이용하고 있다. 회절 격자는 예를 들면 박판 형상을 갖고 있으며, 그 표면에 좁은 슬릿이나 홈
등, 또는 굴절률이 분포한 격자가 눈금으로서 소정간격 마다, 즉 소정 피치로 새겨져 있다.
또, 헤드(1) 및 헤드(2)로서는 도 5 또는 도 6에 도시하는 구성의 수발광부를 갖는 광학 헤드를 이용하고 있다. [0120]
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도 17(a) 및 도 17(b)에 도시하는 바와 같이, 종래의 스케일(102)의 길이 L1에 대해, 본 실시 형태에서 이용하[0121]
고 있는 스케일(4)의 길이는 절반(半分) 정도이며, L2=1/2?L1이라는 관계로 되지만, 2개의 헤드(1) 및 헤드(2)
를 이용하는 것에 의해, 측정길이 ML1 및 ML2는 동일하고, 베드길이는 BL1보다도 짧은 BL2로 할 수 있다. 본
실시예의 고정부인 베드의 길이 BL2는, 종래의 스케일(102)을 이용한 변위 검출 장치의 베드길이 BL1이 측정길
이 ML1의 2배인데 반해, 측정길이 ML2＋(측정길이 ML2/2)로 족하다(해결된다).
따라서, 도 1에 구성을 나타낸 변위 검출 장치는 동일한 측정길이 범위인 경우에는 스케일 1개와 헤드 1개를 이[0122]
용하고 있던 종래의 장치보다, 헤드를 2개로 늘리기는 하지만, 종래의 스케일보다 짧은 스케일(4)을 이용할 수
있으므로, 스케일을 경량화할 수 있다. 또, 코스트를 억제할 수 있다. 또, 오염, 먼지가 부착할 확률이 작아
지므로 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또, 스케일의 취급이 용이하게 되고 또한 스케일의 제작이 용이해진다.
또, 베드의 길이도 짧게 할 수 있다.
또, 처리 회로(8) 및 처리 회로(9)에서는 고속의 동일 클럭을 이용하고 있으므로, 각각의 위치 데이터 및 각각[0123]
의 차분값은 같은 시각의 것으로 되어, 인크리멘탈의 위치 정보 Dink를 생성했을 때에는 전환 오차가 잘 생기지
않는다. 또, 위치 데이터 및 차분값의 분해능을 인크릴멘탈 데이타의 변위량 분해능보다 충분히 높게 하므로,
더욱 전환 오차를 줄이는 것도 가능하다.
도 18은 제2 실시 형태의 구성을 도시하는 도면이다. 도 19는 제2 실시 형태에 있어서의 1개의 스케일과 3개[0124]
의 헤드와의 상대 위치 관계를 도시하는 도면이다. 제2 실시 형태는, 도 18 및 도 19에 도시하는 바와 같이, 1
개의 스케일(24)과, 3개의 헤드(21), 헤드(22) 및 헤드(23)와, 전환 센서(27 및 28)를 이용해서 리니어 스테이
지(25) 등의 이동량을 검출하여 피드백 서보를 거는 장치에 적용된다. 제1 실시 형태와 마찬가지로, 나노미터
㎚ 단위의 이동량을 측정하는 반도체 제조, 혹은 액정 제조 등의 분야에서 사용되는 변위 검출 장치이다.
변위 검출 장치의 3개의 헤드(21), 헤드(22) 및 헤드(23)는 고정부인 베드(도 19에 도시하는 베드(29))에 소정[0125]
의 간격 D1, D2를 두고 스케일(24)에 대향해서 설치되어 있다. 또, 스케일(24)은 좌측L로부터 우측R로의 화살
표 A, 혹은 우측R로부터 좌측L로의 화살표 B로 나타내는 방향으로 직선 이동하는 가동부인 테이블(25)의 긴쪽방
향에, 헤드(21), 헤드(22) 및 헤드(23)에 대향해서 장착되어 있다.
스케일(24)은 제1 실시 형태에서 이용한 스케일(4)과 마찬가지로, 예를 들면 반사형 혹은 투과형의 회절 격자를[0126]
홀로그램 등으로 작성하고, 또한 얻어진 정현파를 분해함으로써 ㎚ 단위의 분해를 가능하게 한다. 따라서, 스
케일(24)로서 이용하는 회절 격자도, 예를 들면 박판형상(薄板狀)의 형상을 가지고 있고, 그의 표면에 좁은 슬
릿이나 홈 등, 또는 굴절률이 분포한 격자가 눈금으로서 소정 간격마다, 즉 소정 피치로 새겨져 있다. 물론,
스케일(24)로서 이용하는 회절 격자의 종류는 한정되는 것은 아니고, 기계적으로 홈 등이 형성된 것 뿐만 아니
라, 예를 들면 감광성 수지에 간섭 줄무늬를 소결해서 작성한 것이어도 좋다.
스케일(24)도 스케일(4)과 마찬가지로, 예를 들면 박판형상의 유리에 상기 회절 격자를 눈금을 4㎛에서 138㎚라[0127]
는 피치로 새겨 작성된다. 이 때문에, 긴 것보다는 짧은 것의 쪽이 작성이 용이하고, 취급이 용이하다. 또한,
긴 것은 고가로 된다. 또, 긴 것 보다는 짧은 것인 쪽이 오염이나 먼지 부착의 가능성이 작다. 이 때문에
가능하면, 스케일(24)은 긴 것보다는 짧은 것을 이용하는 것이 바람직하다. 물론, 장치의 소형화도 달성할 수
있다.
이러한 스케일(24)은, 좌측L로부터 우측R로의 화살표 A, 혹은 우측R로부터 좌측L로의 화살표 B로 나타내는 방향[0128]
으로 직선 이동하는 테이블(25)의 긴쪽 방향에, 헤드(21), 헤드(22) 및 헤드(23)에 대향해서 장착되어
있으므로, 헤드(21), 헤드(22) 및 헤드(23)도 스케일(24)에 대해 상대 변위 가능하게 되어 있다.
　도 20은, 스케일(24)과 헤드(21), 헤드(22) 및 헤드(23)의 상대 위치를 개략적으로 도시하는 도면이다. 후[0129]
술하는 차분값 Δ1, 차분값 Δ2 또는 차분값 Δ3의 전환을 행하기 위해 3개의 헤드(21), 헤드(22) 및 헤드(23)
중의 서로 인접(隣合)하는 2개의 간격{헤드(21)와 헤드(22)와의 간격 D1, 헤드(22)와 헤드 (23)와의 간격 D2}은
스케일(24)의 길이 L보다 짧게 하고 있다. 헤드(21), 헤드(22) 및 헤드(23)는, 스케일(24)에 대해 상대 변위
가능하게 되는 것에 의해, 스케일(24)에 소정 피치로 새겨진 눈금에 따른 아날로그의 주기성 신호를 복수 종류
검출한다. 여기서 말하는 아날로그의 주기성 신호라는 것은 상술한 바와 같이, 예를 들면 정현파 sin, 여현파
cos은 물론, 위상이 어긋난 복수의 정현파 sin, 여현파 cos을 나타낸다. 이 실시 형태에서도, 헤드(21), 헤드
(22) 및 헤드(23)으로서 광학식의 헤드를 이용하고 있다.
도 18에 있어서, 헤드(21)가 스케일(24)로부터 검출한 복수 종류의 아날로그 주기성신호는 처리 회로(30)에 공[0130]
급된다. 헤드(22)가 스케일(24)로부터 검출한 복수 종류의 아날로그 주기성 신호는 처리 회로(31)에
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공급된다. 헤드(23)가 스케일(24)로부터 검출한 복수 종류의 아날로그 주기성 신호는 처리 회로(32)로 공급된
다.
처리 회로(30)는, 클럭 단자(36)에서 공급되는 예를 들면 10㎒ 또는 20㎒의 고속의 클럭에 동기해서 상기 아날[0131]
로그 주기성 신호를 샘플링한다. 이 고속의 클럭은, 10㎒～20㎒ 중의 어느 것이라도 상관없다.
그리고, 처리 회로(30)는, 현재의 샘플링 데이터로 되는 현재의 위치 데이터와 1회 전(전회)의 샘플링 데이터로[0132]
되는 1회 전의 위치 데이터와의 차분 데이터 Δ1을 검출한다. 처리 회로(31) 및 처리 회로(32)도 마찬가지로
해서 상기 아날로그 주기성 신호를 샘플링하고 나서, 현재의 위치 데이터와 1회 전(전회)의 샘플링 데이터로 되
는 1회 전의 위치데이타와의 차분 데이터 Δ2 및 차분 데이터 Δ3을 검출한다. 차분 데이터 Δ1, 차분 데이터
Δ2 및 차분 데이터 Δ3은 전환 스위치(34)로 공급된다.
처리 회로(30), 처리 회로(31) 및 처리 회로(32)에 의해 상기 각 아날로그 주기성 신호를 샘플링하는데 이용하[0133]
는 클럭을 고속의 동일 클럭으로 하는 것에 의해, 각각의 위치데이터 및 각각의 차분값은 같은 시각의 것으로
된다. 따라서, 후술하는 바와 같은 외부의 전환 검출기의 상태에 의해 선택되는 헤드의 차분값을 더해 인크리
멘탈의 위치정보 Dink로 한 경우에는 전환 오차가 잘 생기지 않는다.
전환 스위치(34)는 처리 회로(30)가 검출한 차분 데이터 Δ1, 처리 회로(31)가 검출한 차분 데이터 Δ2 또는 처[0134]
리 회로(32)가 검출한 차분 데이터 Δ3을 선택적으로 전환한다. 전환 스위치(34)는 전환 제어기(33)의 제어에
의거해서 차분 데이터 Δ1, 차분 데이터 Δ2 또는 차분 데이터 Δ3의 전환을 선택적으로 행한다. 전환 제어기
(33)는 헤드(21), 헤드(22) 및 헤드(23)에 대해 스케일(24)이 소정 위치에 도달한 것을 검출하는 스케일 위치
검출기(27) 및 스케일 위치 검출기(28)로부터의 검출 출력에 따라서 전환 스위치(34)의 전환을 제어한다.
스케일 위치 검출기(27) 및 스케일 위치 검출기(28)는 제1 실시 형태에서 이용한 스케일 위치 검출 스위치(7)와[0135]
마찬가지로 예를 들면 광전 스위치로 이루어지고, 도 18에 도시한 테이블(25)상에 스케일(24)의 길이와 같은 길
이로 설치된 차광판(26)에 의해서, 발광측이 발한 광이 수광측에 닿는 것이 차단되었을 때에, 예를 들면“L”을
전환 제어기(33)으로 출력하고, 차단되지 않을 때에는“H”를 출력한다.
도 20에는 스케일 위치 검출기(27) 및 스케일 위치 검출기(28)로부터의 검출 출력에 의거해서 전환 제어기(34)[0136]
가 차분 데이터 Δ1, 차분 데이터 Δ2 또는 차분 데이터 Δ3의 어느 것을 유효로 할지를 결정하기 위한 전환 신
호도 나타내고 있다.
스케일 위치 검출기(27)가 “H”를 출력하는 것은 차광판(26)에 의해서 발광측에서 수광측을 향하는 광이 차단[0137]
되어 있지 않을 때, 즉 도 19(a)에 도시하는 상태일 때이다. 스케일 위치 검출기(27)가 “L”을 출력하는 것
은 차광판(26)에 의해서 발광측에서 수광측을 향하는 광이 차단되었을 때, 즉 도 19(b)에 도시하는 상태일 때이
다.
스케일 위치 검출기(27)는 스케일(24)이 도 19(b)의 위치일 때에, 차광판(26)에 의해 상기 광이 차단되도록 장[0138]
치의 고정부에 고정되고 있다. 이 때문에, 스케일 위치 검출기(27)는 스케일 (24)의 길이 L보다 짧은 간격 D1
로 이간된 헤드(21) 및 헤드(22)가 도 19(b)에 도시하는 바와 같은 위치로 되었을 때를 기계적으로 정확하게 검
출한다. 즉, 도 20에 도시한 스케일 위치 검출기(27)의 출력이“H”에서 “L”로 변화하는 타이밍 변화점 P1을
재현성을 높게 해서 검출할 수 있다. 물론, 이 타이밍 변화점 P1은 전환 제어기(33)에 의해 정확하게
검지된다.
이 때 전환 제어기(33)는 전환 스위치(34)에 도 20에 도시하는 전환 신호를 공급한다. 이것에 의해, 전환 스[0139]
위치(34)는 처리 회로(31)가 검출한 차분 데이터 Δ2를 처리 회로(30)가 검출한 차분 데이터 Δ1로부터 선택적
으로 전환해서 가산 회로(35)로 출력한다.
스케일 위치 검출기(28)가 “H”를 출력하는 것은 차광판(26)에 의해서 발광측에서 수광측을 향하는 광이 차단[0140]
되어 있지 않을 때, 즉 도 19(a) 및 도 19(b)에 도시하는 상태일 때이다. 스케일 위치 검출기(28)가 “L”을출
력하는 것은 차광판(26)에 의해서 발광측에서 수광측을 향하는 광이 차단되었을 때, 즉 도 19(c)에 도시하는 상
태일 때이다.
스케일 위치 검출기(28)는 스케일(24)이 도 19(c)의 위치일 때에, 차광판(26)에 의해 상기 광이 차단되도록 장[0141]
치의 고정부에 고정되어 있다. 이 때문에, 스케일 위치 검출기(28)는 스케일(24)의 길이 L보다 짧은 간격 D2로
이간된 헤드(22) 및 헤드(23)가 도 19(c)에 도시하는 바와 같은 위치로 되었을 때를 기계적으로 정확하게 검출
한다. 도 20에 도시한 스케일 위치 검출기(28)의 출력이“H”에서 “L”로 변화하는 타이밍 변화점 P2를 재현
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성을 높게 해서 검출할 수 있다. 물론, 이 타이밍 변화점 P2는 전환 제어기(33)에 의해서 정확하게 검지된다.
이 때 전환 제어기(33)는 전환 스위치(34)에 도 20에 도시하는 전환 신호를 공급한다. 이것에 의해, 전환 스[0142]
위치(34)는 처리 회로(32)가 검출한 차분 데이터 Δ3을 처리 회로(31)가 검출한 차분 데이터 Δ2로부터 선택적
으로 전환하여 가산 회로(35)로 출력한다.
이하, 제2 실시 형태의 동작을 상세히 설명한다. 도 19(b)는 헤드 (21) 및 헤드(22)가 모두 처리 회로(30) 및[0143]
처리 회로(31)에 아날로그의 주기성 신호를 출력하고 있는 상태를 나타내고 있다. 이 때, 처리 회로(30) 및
처리 회로(31)는 모두 상기 차분 데이터 Δ1 및 차분 데이터 Δ2를 전환 스위치(34)로 출력하고 있다.
상술한 바와 같이, 스케일 위치 검출기(27)는 차광판(26)에 의해서 상기 발광측으로부터의 광이 차단되지 않고[0144]
수광측에서 수광될 때에는“H”를 전환 제어기(33)로 공급한다. 이 때문에 스케일 위치 검출기(27)는 예를 들
면 스케일(24)이 화살표 A방향으로 이동하고, 도 19(a)의 상태에서 도 19(b)의 상태로 이동했을 때에는, 도 20
에 도시한 바와 같이 소정 시간만큼“H”를 출력하고 나서“L”을 출력한다.
도 19(b)의 상태에서 스케일(24)을 더욱더 화살표 A방향으로 도 19(c)의 상태로 될 때까지 이동시켰을 때에는,[0145]
스케일 위치 검출기(27)는 도 20에 도시하는 바와 같이, 소정 시간만큼 “L”을 계속해서 출력한다. 여기서의
소정 시간은, 스케일(24)의 길이와 이동 속도에 따라서 결정되는 시간이다. 이 때문에, 전환 제어기(33)는, 스
케일(24)이 도 19(a)에 도시하는 바와 같이 화살표 A방향으로 이동하기 시작하고, 도 19(b)의 상태로 되었을
때, 더 나아가서는 도 19(c)의 상태로 된 것을 검출할 수 있다. 또한, 스케일 위치 검출기(27)가 소정 시간
출력하는“H”및“L”의 순번을 검지하는 것에 의해 스케일(24)의 이동 방향을 알 수도 있다.
또, 스케일 위치 검출기(28)도 차광판(26)에 의해서 상기 발광측으로부터의 광이 차단되지 않고 수광측에서 수[0146]
광될 때에는“H”를 전환 제어기(33)로 공급한다. 이 때문에 스케일 위치 검출기(28)는 예를 들면 스케일(2
4)이 화살표 A방향으로 이동하고, 도 19(a)의 상태에서 도 19(c)의 상태로 이동했을 때에는, 도 20에 도시한 바
와 같이 소정 시간만큼 “H”를 출력하고 나서 “L”을 출력한다.
도 19(c)의 상태에서 스케일(24)이 더욱더 화살표 A방향으로 도 19(d)의 상태로 될 때까지 이동했을 때에는, 스[0147]
케일 위치 검출기(28)는 도 20에 도시하는 바와 같이, 소정 시간만큼 “L”을 계속해서 출력한다. 여기서의 소
정 시간은 스케일(24)의 길이와 이동 속도에 따라서 정해지는 시간이다. 이 때문에, 전환 제어기(33)는 스케일
(24)이 도 19(a)에 도시하는 바와 같이 화살표 A방향으로 이동하기 시작하고 도 19(b)의 상태로 되었을 때, 더
나아가서는 도 19(c)의 상태가 된 것을 검출할 수 있다. 또한, 스케일 위치 검출기(28)가 소정 시간 출력하는
“H”및“L”의 순번을 검지하는 것에 의해 스케일(24)의 이동 방향을 알 수도 있다.
이와 같이 스케일(24)이 화살표 A방향으로 이동했을 때에는 도 19(a)의 상태에서 도 19(b)의 상태까지 헤드[0148]
(21)를 유효하게 하고, 따라서 처리 회로(30)로부터 차분값 Δ1을 가산회로(35)에 공급하고, 도 19(b)의 상태로
되면, 헤드(22)를 유효하게 하고, 따라서 처리 회로(31)로부터 차분값 Δ2를 가산회로(35)에 공급한다. 또,
도 19(b) 상태에서 헤드(22)를 유효로 한 상태에서 도 19(c)의 상태로 되면 헤드(23)를 유효하게 하고, 도
19(d)의 상태까지 헤드(23)를 계속해서 유효하게 한다.
가산회로(35)는 전환 제어기(33)에 의해서 선택적으로 전환되어 출력된 차분값 Δ1, 차분값 Δ2 또는 차분값 Δ[0149]
3을 앞의 어느 것인가의 차분값에 더하여 인크리멘탈의 위치 정보 Dink를 출력한다.
헤드(21)～헤드(23)에는 상기 도 5 및 도 6의 구성의 광학 헤드를 이용할 수 있지만, 그들에 한정되는 것은 아[0150]
니다. 또, 처리 회로(30)～처리 회로(32)에는 도 7～도 16을 이용해서 설명한 룩업테이블을 이용하는 구성을
취할 수 있지만 그것에 한정되는 것은 아니다. 또, 가산 회로(35)에는 도 16을 이용한 구성을 취할 수 있지만
거기에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이, 제2 실시 형태의 변위 검출 장치는 스케일(24)로서 반사형 혹은 투과형의 회절 격자를 홀로그램 등[0151]
으로 작성한 것을 이용하고 있다. 회절 격자는 예를 들면 박판형상의 형상을 갖고 있으며, 그의 표면에 좁은
슬릿이나 홈 등, 또는 굴절률이 분포한 격자가 눈금으로서 소정 간격마다, 즉 소정 피치로 새겨져 있다.
종래의 스케일(102)의 길이 L1에 대해, 제2 실시 형태에서 이용하고 있는 스케일(24)의 길이는 절반[0152]
정도이지만, 3개의 헤드(21), 헤드(22) 및 헤드 (23)를 이용하는 것에 의해, 측정길이를 1. 5배로 할 수 있고,
베드길이는 짧게 할 수 있다.
따라서, 도 18에 구성을 나타낸 변위 검출 장치는, 스케일 1개와 헤드 1개를 이용하고 있던 종래의 장치보다도,[0153]
헤드를 3개로 늘리기는 하지만 종래의 스케일보다도 짧은 스케일(24)을 이용해서 측정길이를 길게 할 수 있으므
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로, 스케일을 경량화할 수 있다. 또, 코스트(비용)를 억제할 수 있다. 또, 오염, 먼지가 부착할 확률이 작아
지므로 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또, 스케일의 취급이 용이하게 되고, 또한 스케일의 제작이 용이하게 된
다. 또, 베드의 길이도 짧게 할 수가 있다.
또, 처리 회로(30)～처리 회로(32)에서는 고속의 동일 클럭을 이용하고 있으므로, 각각의 위치 데이터 및 각각[0154]
의 차분값은 같은 시각의 것으로 되어, 인크리멘탈의 위치정보를 생성했을 때에는 전환 오차가 잘 생기지 않게
된다. 또, 위치 데이터의 분해능을 인크리멘탈 데이터의 분해능보다도 높게 함으로써, 보다 전환 오차를 줄이
는 것도 가능하다.
또한, 제2 실시 형태에서는 3개의 헤드를 이용하였지만, 서로 인접하는 2개의 헤드가 스케일(24)의 길이보다도[0155]
짧으면, 4개, 5개 혹은 6개 이상을 이용해도 좋다. 서로 인접하는 2개의 헤드에 대해서 스케일(24)은, 소정의
위치에 도달한 것을 검출하는 구성을 취하는 것은 물론이다.
다음에, 도 21 및 도 22를 참조해서 제3 실시 형태에 대해서 설명한다. 도 21은 제3 실시 형태에서 이용하는[0156]
이간된 2개의 헤드(31) 및 헤드(32)와, 이간된 3개의 스케일(33), 스케일(34) 및 스케일(35)와의 관계를 도시하
는 도면이다. 도 22는 고정측인 베드(36)에 장착한 2개의 헤드(31) 및 헤드(32)에 대해서 가동하는 테이블
(37)에 이간해서 장착한 3개의 스케일(33), 스케일(34) 및 스케일(35)의 상태를 시계열적으로 도시하는 도면이
다. 스케일(33), 스케일(34) 및 스케일(35)와 같은 길이로 형성한 차광판(38), 차광판(39) 및 차광판(40)에 의
해서 광이 차단되는 것에 의해서 스케일 위치 검출기(41)가 스케일 위치를 검출하고 있는 상태 변화도 나타내고
있다.
도 21에 도시하는 3개의 스케일(33), 스케일(34) 및 스케일(35)은 길이가 같고, 따라서 측정길이 L도 동일하다.[0157]
서로 인접하는 2개의 헤드는, 스케일의 측정길이 L보다도 짧은 간격 D(D＜L)로 이간되어 있다. 또, 3개의 스
케일(33), 스케일(34) 및 스케일(35) 중의 서로 인접하는 2개의 스케일은, 서로 인접하는 2개의 헤드의 간격 D
보다도 짧은 간격 d(d＜D)로 이간되어 있다. 이것을 정리하면, 서로 인접하는 헤드의 간격 D와 서로 인접하는
스케일의 간격 d는 1개의 스케일의 길이 L보다 짧아지도록 배치하고 있다. 또한, 서로 인접하는 스케일의 간격
d는 서로 인접하는 헤드의 간격 D보다 짧게 하고 있다. 이 때문에, 도 22에 도시하는 스케일 위치 검출기(4
1)의 검출 출력에 의거해서 2개의 헤드(31) 또는 헤드(32)를 전환하면 헤드가 유효한 신호를 연속적으로 계속해
서 내보낼(출력할) 수 있다.
헤드(31) 및 헤드(32)는 제1 실시 형태의 변위 검출 장치에 있어서의 도 1에 도시한 처리 회로(8) 및 처리 회로[0158]
(9)에 각각 복수 종류의 아날로그 주기성 신호를 공급한다. 처리회로(8) 및 처리 회로(9) 이후의 구성은 도 1
에 도시하고 있으므로 여기에서는 설명을 생략한다. 단, 도 1에 도시한 전환 제어기(12)는 스케일 위치 검출
기(41)의 검출 출력에 의거해서 전환 스위치(11)의 전환을 제어한다.
스케일 위치 검출기(41)도 예를 들면 광전 스위치로 이루어지고, 발광측이 발한 광이 수광측에 닿는 것이 차단[0159]
되었을 때에, 예를 들면“L”을 출력하고, 차단되어 있지 않을 때에는“H”를 출력한다. 도 22에 도시한 테이
블(37) 위에, 도 21에 도시하는 간격 d로 배치된 길이 L의 스케일(33), 스케일(34) 및 스케일(35)의 길이와 동
일 길이 L 및 간격 d로 설치된 차광판 (38), 차광판(39) 및 차광판(40)이 테이블(37)의 이동에 수반해서, 상기
광을 차단하게 된다.
스케일 위치 검출기(41)는 스케일(33)이 도 22(a)～도 22(b)의 위치 일 때, 스케일(34)이 도 22(c)～도 22(d)[0160]
의 위치일 때, 스케일(35)이 도 22(e)～도 22(f)의 위치일 때에, 차광판(38), 차광판(39), 차광판(40)에 의해
상기광이 차단되도록 장치의 고정부에 고정되어 있다.
이 때문에, 스케일 위치 검출기(41)는, 테이블(37)이 우측 한계에 위치하는 도 22(a)의 상태에서 화살표 B방향[0161]
으로 이동할 때, 스케일(33, 34 및 35)의 길이 L보다도 짧은 간격 D로 이간된 헤드(31) 및 헤드(32)가, 스케일
(33, 34 및 35)에 대해 상대적으로 도 22(b), (d), (f)에 도시하는 위치로 되었을 때를 기계적으로 정확하게 검
출한다. 즉, 스케일 위치 검출기(41)의 검출 출력이“L”에서“H”로 변화하는 타이밍 변화점을 재현성을 높게
해서 검출할 수 있다. 이 타이밍 변화점은, 전환 제어기(12)에 의해서 검지된다.
이 때, 전환 제어기(12)는 전환 스위치(11)로 전환 신호를 공급한다. 이것에 의해, 전환 스위치(11)는 처리 회[0162]
로(8)이 검출한 차분 데이터 Δ1 또는 처리 회로(9)가 검출한 차분 데이터 Δ2를 스케일 위치 검출기(41)의 검
출 출력에 의거해서 선택적으로 전환할 수 있다.
이하, 제3 실시 형태의 동작을 상세히 설명한다. 도 22(b)는 헤드(31) 및 헤드(32)가 모두 처리 회로(8) 및 처[0163]
리 회로(9)로 아날로그의 주기성 신호를 출력하고 있는 상태를 나타내고 있다. 이 때, 처리 회로(8) 및 처리
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회로(9)는 모두 상기 차분 데이터 Δ1 및 차분 데이터 Δ2를 전환 스위치(11)로 출력하고 있다.
상술한 바와 같이, 스케일 위치 검출기(41)는 차광판(38), (39) 및 (40)에 의해서 상기 발광측으로부터의 광이[0164]
차단되었을 때에는“L”을 전환 제어기(12)로 공급하고, 차단되지 않을 때에는“H”를 출력한다. 이 때문에
스케일 위치 검출기(41)는 예를 들면 테이블(37)의 이동에 수반하여 스케일(33)이 화살표 B방향으로 이동하고,
도 22(a)의 상태에서 도 22(b)의 상태로 이동했을 때에는 소정 시간만큼 "L”을 출력한다.
도 22(b)의 상태로부터 테이블(37)의 이동에 수반해서 스케일(33)이 더욱더 화살표 B방향으로 도 22(c)의 상태[0165]
로 될 때까지 이동했을 때에는, 스케일 위치 검출기(41)는 스케일(33)과 스케일(34) 사이의 거리 d에 대응하는
소정 시간만큼 “H”를 출력한다. 여기서의 소정시간은, 스케일간의 거리 d와 이동 속도에 의해서 정해지는
시간이다. 이 때문에, 전환 제어기(12)는, 테이블(37)이 도 22(a)에 도시하는 바와 같이 화살표 B방향으로 이
동하기 시작하고, 도 22(b)의 상태로 되었을 때, 더 나아가서는 도 22(c)의 상태로 된 것을 검출할 수 있다.
또한, 스케일 위치 검출기(41)가 소정 시간 출력하는“L”및“H”의 순번을 검지하는 것에 의해 테이블(37)의
이동 방향을 알 수도 있다.
상기 테이블(37)의 이동에 수반해서 스케일(34)이 도 22(c)에서 도 22(d)의 상태로 이동할 때, 또한 스케일(3[0166]
5)이 도 22(e)에서 도 22(f)의 상태로 이동할 때에도 마찬가지로 전환 제어기(12)는 “L”에서 “H”로 변화하
는 타이밍을 검지할 수 있으므로, 도 22(d)의 상태, 도 22(f)의 상태로 된 것을 검출할 수 있다. 물론, 스케
일 위치 검출기(41)가 소정 시간 출력하는“L”및“H”의 순번을 검지하는 것에 의해 테이블(37)의 이동 방향을
알 수도 있다.
스케일(33)이 화살표 B방향으로 이동하기 시작하는 도 22(a)의 상태에 있을 때에는 헤드(32)만이 상기 아날로그[0167]
의 주기성 신호를 복수 종류 검출한다. 이 때문에, 처리 회로(9)만이 상기 차분값 Δ2를 검출해서 전환 스위
치(11)에 공급한다. 이 때, 전환 제어기(12)는 스케일 위치 검출기(41)가 출력하는“L”에 의거해서 전환 신
호를 생성하여 전환 스위치(11)에 공급한다. 전환 스위치(11)는 처리 회로(9)로부터의 상기 차분값 Δ2를 선
택하고 후단의 가산 회로(13)로 공급한다.
스케일(33)이 더욱더 화살표 B방향으로 이동하여 도 22(b)의 상태로 되면, 헤드(32) 및 헤드(31)는 모두 처리[0168]
회로(9) 및 처리 회로(8)로 아날로그의 주기성 신호를 출력하도록 된다. 그러면, 처리 회로(9) 및 처리 회로
(8)는 모두 상기 차분 데이터 Δ2 또는 차분 데이터 Δ1을 전환 스위치(11)로 출력한다. 이 때, 스케일 위치
검출기(41)는, 상기 소정시간의 “L” 후에“H”를 출력한다. 이“L”에서 “H”로의 타이밍 변화점 P를 전환
제어기(12)가 검지하면, 전환 제어기(12)는“L”에서“H”로 변화하는 전환 신호를 전환 스위치(11)로
공급한다. 그러면, 전환 스위치(11)는 ,처리회로(8)로부터의 상기 차분값 Δ1을 선택하고, 가산 회로(13)로
공급한다.
그 후, 스케일(33)이 더욱더 화살표 B방향으로 이동하고 도 22(c)의 상태로 될 때까지, 헤드(31)만이 상기 아날[0169]
로그의 주기성 신호를 복수 종류 검출한다. 이 때문에, 처리 회로(8)만이 상기 차분값 Δ1을 검출해서 전환
스위치(11)로 공급한다. 전환 스위치(11)는, 상기 도 22(b)의 상태에서 이미 처리 회로(8)측으로 전환되어 있
으므로, 가산 회로(13)에는 상기 차분값 Δ1이 계속해서 공급되게 된다.
이와 같이 스케일(33)이 화살표 B방향으로 이동했을 때에는 도 22(a)의 상태에서 도 22(b)의 상태까지 헤드(3[0170]
2)를 유효하게 하고, 따라서 처리 회로(9)로부터 차분값 Δ2를 가산 회로(13)에 공급하고, 도 22(b)의 상태로
되면, 헤드(31)를 유효하게 하고, 따라서 처리 회로(8)로부터 차분값 Δ1을 가산회로(13)로 공급한다.
또한, 테이블(37)이 화살표 B방향으로 이동하면, 스케일 위치 검출기 (41)는“H”에서“L”로 검출 출력을 변화[0171]
한다. 이“H”에서“L”로의 변화 타이밍을 전환 제어기(12)가 검지하면, 전환 제어기(12)는 전환 스위치(1
1)를 차분값 Δ1로부터 차분값 Δ2를 선택하도록 전환한다. 즉, 유효하게 하는 헤드를 헤드(31)로부터 헤드
(32)로 전환한다. 헤드(31)와 헤드(32)간의 거리 D는 스케일(33)과 스케일(34)간의 거리 d보다 넓으므로, 차
분값 Δ1로부터 차분값 Δ2로의 전환은 연속적으로 행해진다.
그 후, 스케일(34)이 화살표 B방향으로 이동하기 시작하면, 헤드(32)만이 상기 아날로그의 주기성 신호를 복수[0172]
종류 검출한다. 이 때문에, 처리 회로(9)만이 상기 차분값 Δ2를 검출하여 전환 스위치(11)로 공급한다. 이
때, 전환 제어기(12)는 스케일 위치 검출기(41)가 출력하는“L”에 의거하여 전환 신호를 생성해서 전환 스위치
(11)로 공급한다. 전환 스위치(11)는 처리 회로(9)로부터의 상기 차분값 Δ2를 선택해서 후단의 가산회로(1
3)로 공급한다.
스케일(34)이 더욱더 화살표 B방향으로 이동해서 도 22(d)의 상태로 되면, 헤드(32) 및 헤드(31)는 모두 처리[0173]
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회로(9) 및 처리 회로(8)로 아날로그의 주기성 신호를 출력하게 된다. 그러면, 처리 회로(9) 및 처리 회로(8)
는 모두 상기 차분 데이터 Δ2 및 차분 데이터 Δ1을 전환 스위치(11)로 출력한다. 스케일(34)이 도 22(d)의
상태에서 더욱더 화살표 B방향으로 이동하면, 스케일 위치 검출기(41)는 상기 소정 시간의“L” 후에“H”를 출
력한다. 이“L”에서 “H”로의 타이밍 변화점 P를 전환 제어기(12)가 검지하면, 전환 제어기(12)는“L”에서
“H”로 변화하는 전환 신호를 전환 스위치(11)로 공급한다. 그러면, 전환 스위치(11)는 처리 회로(8)로부터의
상기 차분값 Δ1을 선택하고, 가산 회로(13)로 공급한다.
그 후, 스케일(34)이 더욱더 화살표 B방향으로 이동하여 도 22(e)의 상태로 될 때까지, 헤드(31)만이 상기 아날[0174]
로그의 주기성 신호를 복수 종류 검출한다. 이 때문에, 처리 회로(8)만이 상기 차분값 Δ1을 검출하여 전환
스위치(11)로 공급한다. 전환 스위치(11)는 상기 도 22(d)의 상태에서 이미 처리 회로(8)측으로 전환되어 있
으므로, 가산회로(13)에는 상기 차분값 Δ1이 계속해서 공급되게 된다.
이와 같이 스케일(34)이 화살표 B방향으로 이동했을 때는 도 22(c)의 상태에서 도 22(d)의 상태까지 헤드(32)를[0175]
유효하게 하고, 따라서 처리 회로(9)로부터 차분값 Δ2를 가산회로(13)로 공급하고, 도 22(d)의 상태로 되면 헤
드(31)를 유효하게 하고, 따라서 처리 회로(8)로부터 차분값 Δ1을 가산회로(13)로 공급한다.
스케일(35)이 화살표 B방향으로 이동하고, 도 22(e)～도 22(f)로 되었을 때의 헤드(31) 또는 헤드(32)의[0176]
전환도, 상술한 스케일(33), 스케일(34)의 경우와 마찬가지이다. 그리고, 도 22(g)의 시점에서 소정 시간의“
H”를 검출하면, 테이블(37)이 좌측 한계에 온 것을 변위 검출 장치가 검지한다.
제3 실시 형태의 변위 검출 장치는, 스케일(33)～스케일(35)로서 반사형 혹은 투과형의 회절 격자를 홀로그램[0177]
등으로 작성한 것을 이용하고 있다. 회절 격자는 예를 들면 박판형상의 형상을 갖고 있으며, 그의 표면에 좁은
슬릿이나 홈 등, 또는 굴절률이 분포한 격자가 눈금으로서 소정 간격마다, 즉 소정 피치로 새겨져 있다.
　종래의 스케일(102)의 길이 L1에 대해, 제3 실시 형태에서 이용하고 있는 스케일(33～35)의 각 길이는 1/3정[0178]
도이지만, 2개의 헤드(31) 및 헤드(32)를 이용하는 것에 의해, 측정길이는 보다 길게 할 수 있고, 베드길이는
짧게 할 수 있다.
이 제3 실시 형태는 스케일의 취급이 용이하게 되고 또한 스케일의 제작이 용이하게 된다. 또, 베드의 길이도[0179]
짧게 할 수 있다.
또, 처리 회로에서는 고속의 동일 클럭을 이용하고 있으므로, 각각의 위치 데이터 및 각각의 차분값은 같은 시[0180]
각의 것으로 되고, 인크리멘탈의 위치 정보 Dink를 생성했을 때에는 전환 오차가 잘 생기지 않게 된다. 또,
위치 데이터의 분해능을 인크리멘탈 데이터의 분해능보다도 높게 함으로써, 보다 전환 오차를 줄이는 것도 가능
하다.
다음에, 도 23을 참조해서 제4 실시 형태에 대해 설명한다. 도 23은, 제4 실시 형태에서 이용하는, 2개의 헤드[0181]
(51) 및 헤드(52)와, 3개의 스케일(53), 스케일(54) 및 스케일(55)과의 관계를 도시하는 도면이다. 이 제4
실시형태에서는, 도 23에 도시하는 바와 같이, 서로 인접하는 스케일의 간격과, 서로 인접하는 헤드의 간격을
좁히고 있다. 이와 같이, 스케일의 간격과 헤드의 간격을 좁힘으로써, 헤드가 주위 온도로부터의 영향을 잘 받
지 않게 하고 있다. 또, 스케일의 설치 위치에 따른 주위 온도로부터의 영향의 차를 작게 하고 있다. 이것에
의해, 오차를 줄이는 것이 더욱더 가능해진다.
또한, 상기 각 실시 형태에 있어서는 전환 스위치(11)에 의한 상기 차분값의 전환은 스케일 위치 검출기(7)로부[0182]
터의 검출 출력에 따라서 전환 제어기(12)가 전환하는 구성으로 했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니
다. 예를 들면, 인크리멘탈 데이터로부터 제작한 신호로 전환하는 것도 가능하다.
발명의 효과
본 발명에 관한 변위 검출 장치는, 짧은 스케일을 사용하면서도, 1개의 긴 스케일과 같은 정도의 측정길이 범위[0183]
를 확보할 수 있고, 또한 베드의 길이를 짧게 할 수 있다. 이 때문에, 스케일을 가볍게 할 수 있으며, 코스트
를 억제할 수 있다. 또, 스케일을 짧게 하므로, 오염이나 먼지 부착의 가능성이 긴 경우보다도 줄어들어, 신
뢰성을 올릴 수 있다. 또, 스케일의 취급이 용이하고, 테이블에의 장착을 방해하지 않는다. 또, 스케일의
제작이 용이하게 된다. 또한, 베드의 길이를 짧게 할 수 있으므로, 변위 검출 장치를 장착하는 공작기계 등을
소형화할 수 있다.
또, 본 발명에 관한 변위 검출 장치는 고속의 동일 클럭에서의 위치의 차분값을 스케일신호의 1파장 이내에 검[0184]
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출함으로써 신호 왜곡의 영향을 잘 받지 않게 한다. 또한, 게다가 외부의 전환 신호를 이용함으로써 전환 오
차를 억제할 수 있다.
도면의 간단한 설명
도 1은 제1 실시 형태의 변위 검출 장치의 구성을 도시하는 도면,[0001]
도 2는 제1 실시 형태에 있어서의 1개의 스케일과 2개의 헤드와의 상대 위치 관계를 도시하는 상태도, [0002]
도 3은 1개의 스케일과 2개의 헤드의 상대 위치를 개략적으로 도시하는 도면, [0003]
도 4는 전환 제어기의 전환 제어 처리를 설명하기 위한 도면, [0004]
도 5는 회절광의 간섭을 이용한 헤드의 구체예를 도시하는 도면, [0005]
도 6은 회절광의 간섭을 이용한 헤드의 다른 구체예를 도시하는 도면, [0006]
도 7은 처리 회로의 구체예의 구성을 도시하는 도면, [0007]
도 8은 정현파 및 여현파로 주어지는 주기성 신호의 성질을 설명하기 위한 도면, [0008]
도 9는 1상한(1象限; 1개의 상한)을 디지탈 부호에 대응시켜 도시한 도면, [0009]
도 10은 1상한의 내삽 데이터의 구체적 수치예를 도시한 도면, [0010]
도 11은 1상한 내삽 데이터의 구체적 수치예를 도시한 도면, [0011]
도 12는 1상한에 대한 변환을 설명하기 위한 도면, [0012]
도 13은 1상한내의 내삽 데이터를 다른 상한내의 내삽 데이터로서 사용하기 위한 sin와 cos데이터를, 반전, 교[0013]
체하는 룰을 도시하는 도표,
도 14는 1상한내의 내삽 데이터를 반전하고, A상과 B상 사이에서 교체하는 룰을 도시하는 도표, [0014]
도 15는 차분 산출기의 구성을 도시하는 회로도, [0015]
도 16은 가산회로의 구성을 도시하는 회로도,[0016]
도 17은 제1 실시 형태의 효과를 종래의 변위 검출 장치와의 비교에 의해서 설명하기 위한 도면, [0017]
도 18은 제2 실시 형태의 구성을 도시하는 도면, [0018]
도 19는 제2 실시 형태에 있어서의 1개의 스케일과 3개의 헤드와의 상대 위치관계를 도시하는 도면, [0019]
도 20은 1개의 스케일과 3개의 헤드의 상대 위치를 개략적으로 도시하는 도면, [0020]
도 21은 제3 실시 형태에서 이용하는 이간(離間)된 2개의 헤드와 이간된 3개의 스케일의 관계를 도시하는 도면. [0021]
도 22는 고정측인 베드(bed)에 장착(取付; fit)한 2개의 헤드에 대해 가동(可動)하는 테이블에 이간해서 장착[0022]
한 3개의 스케일 상태를 시계열적으로 도시하는 도면,
도 23은 제4 실시의 형태에서 이용하는, 2개의 헤드와 3개의 스케일의 관계를 도시하는 도면, [0023]
도 24는 종래의 변위 검출 장치를 설명하기 위한 도면, [0024]
도 25는 종래의 다른 변위 검출 장치를 설명하기 위한 도면, [0025]
도 26은 종래의 다른 변위 검출 장치의 주요부를 도시하는 도면,[0026]
도 27은 종래의 다른 변위 검출 장치의 문제로 되는 재현성을 설명하기 위한 도면. [0027]
[부호의 설명][0028]
1…헤드, 2…헤드, 4…스케일, 5…가동 테이블, 6…차광판, 7…스케일 위치 검출기, 8…처리 회로, 9…처리[0029]
회로, 11…전환 스위치, 12…전환 제어기, 13…가산회로
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도면
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도면2
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