光栅尺是根据物理学中莫尔条纹的形成原理工作的。当两个光栅尺放置在指示光栅上的线条和刻度光栅上的线条之间成一定角度时，两个光栅尺上的线条必然会相互交叉。在光源照射下，由于靠近路口的小区域内黑线重叠，挡光面积较小，挡光效果较弱。光的累积效应使这个区域显得明亮。相反，在远离交点的区域，由于两个光栅尺不透明黑线的重叠部分越来越少，不透明区域逐渐变大，即遮光区域逐渐变大，使得挡光效应应变更强，只有少量的光可以通过该区域的光栅，导致该区域出现暗带。这些线几乎与光栅线垂直，交替出现的明暗带就是莫尔条纹。莫尔条纹具有以下特性:

1.当平行光束照射光栅时，通过莫尔条纹的光强分布类似于余弦函数。

2.如果W表示莫尔条纹的宽度，D表示光栅的间距，θ表示两条光栅尺线之间的夹角，则在角度很小时，它们之间的几何关系为W=D/SIN，上述公式可近似写成W=D/θ。

若d=0.01mm，θ=0.01rad，则由上式可得W=1mm。这说明利用光的干涉现象，不需要复杂的光学系统和电子系统，就可以将光栅间距转换成放大倍的莫尔条纹宽度。这种放大是光栅的一个重要特征。

3.由于莫尔条纹是由多条光栅线共同干涉形成的，莫尔条纹对单个光栅线之间的光栅间距误差有平均作用，可以消除光栅间距不均匀带来的影响。

4.莫尔条纹的运动对应于两个光栅尺之间的相对运动。当两个光栅尺移动一个间距D时，莫尔条纹将移动一个莫尔条纹宽度W，其方向垂直于两个光栅尺相对移动的方向。当两个光栅尺的相对运动方向发生变化时，莫尔条纹的方向也会发生变化。

根据莫尔条纹的上述特点，假设我们在莫尔条纹的运动方向上开四个观察窗A、B、C、D，并使这四个观察窗相隔1/4莫尔条纹宽度，即w/4。从上面的讨论可以看出，当两个光栅尺相对运动时，莫尔条纹随之运动。从四个观察窗A、B、C和D，可以获得相位超前或滞后1/4周期(即π/2)的四个光强变化过程(取决于两个光栅尺的相对运动方向)。表达式见图4-9(c)。如果使用光敏元件进行检测，光敏元件通过观察窗将光强的变化转换成相应的电压信号，设置为。根据这四个电压信号，可以检测光栅尺的相对运动。