JP2818800B2 - 位置に依存する信号を発生する装置 - Google Patents

位置に依存する信号を発生する装置

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JP2818800B2
JP2818800B2 JP7030885A JP3088595A JP2818800B2 JP 2818800 B2 JP2818800 B2 JP 2818800B2 JP 7030885 A JP7030885 A JP 7030885A JP 3088595 A JP3088595 A JP 3088595A JP 2818800 B2 JP2818800 B2 JP 2818800B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、位置に依存する信号
を発生する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ドイツ特許第 34 16 864-C2 号明細書に
よれば、目盛板上の目盛マークを横方向位相格子として
形成された基準マークが開示されている。基準マーク同
期信号(基準位置で最大値を有する信号)や反転基準マ
ーク同期信号(基準位置で最小値を有し、基準マーク同
期信号とは反転している信号)は基準マークから導くこ
とができる。
【0003】スイス特許第 1292181 A1 号明細書によれ
ば、似たような装置が開示されている。この装置では、
符号化された目盛板の目盛が走査され、この目盛マーク
が横方向位相格子の形にして形成されている。個々の目
盛マークの横方向位相格子の格子定数はそれぞれ異なっ
ているので、出て往く光が異なった方向に偏向され、異
なった光電素子により検出される。出て往く平行な光を
一定の方向に集束させるため、横方向位相格子は非周期
的に形成されている。
【0004】上記二つの明細書に共通することは、光源
から出た光ビーム束がただ一度目盛板の横方向位相格子
と相互作用する点にある。この場合、ビーム束は横方向
に異なった部分ビーム束に分離される。これ等の部分ビ
ーム束はそれ以上のビーム波進行でもはや重ならない。
これ等の部分ビーム束を横方向に十分分離するために
は、横方向位相格子の格子定数が非常に小さくなくては
ならない。従って、これは、特に望ましくない。何故な
ら、この微細な横方向位相格子を目盛板に装着する必要
で、この目盛が相当大きくなるため、製造方法に高度な
要求を設定する必要があり、製造コストが著しく上昇す
る。
【0005】更に、ドイツ特許第 34 16 864-C2 号明細
書に開示されている基準マークは影投影原理(幾何光学
的に波動干渉性を無視した原理)に基づいていることが
分かる。それ故、短いパルスが非常に小さい走査間隔で
のみ発生する。
【0006】欧州特許第 0 363 620-B号明細書は、短い
基準パルスが二つの僅かにずれた基準マーク走査視野に
より影投影走査で発生することを示している。ビーム束
を互いに基準マーク信号と増分信号に分離することは一
定の光学配置を必要とし、この配置は走査ヘッドの寸法
を大きくする。更に、少なくとも3つの光電素子と対応
する多数の電気信号導線が基準マークだけに必要にな
る。
【0007】欧州特許第 0 513 427-A1 号明細書によれ
ば、測定方向に単調に変化する目盛と干渉走査によりよ
り短い基準パルスが大きな走査間隔で発生する。この走
査原理は目盛装置から発生する合成回折字数を異なった
光電素子に分離するこを必要とする。広い基準パルスを
発生させいのであれば、測定方向に単調に変化する目盛
の大きな局部的な目盛周期が必要で、回折字数を分離す
るにはそれに応じて長いレンズ焦点距離が必要である。
その時、小さい構造形状の走査ヘッドも実現できない。
【0008】ドイツ特許第 42 12 281-C2 号明細書には
干渉基準マークが開示されている。この基準マークは、
位相目盛の代わりに振幅走査目盛を使用するため、合成
回折字数を分離する必要はもはやない。こうして、基準
マークは、構造形状が小さい場合、約 1μm ょり大きい
幅の基準パルスを発生する。もっとも、振幅構造パター
ンによる走査は基準パルスの有効成分を低減するので、
一つの目盛走査視野から基準マーク同期信号と反転基準
マーク同期信号を同時に発生させるだけで乱れに十分な
不敏感であることを保証する。しかし、このような目盛
板の共通領域から基準マーク同期信号と反転基準マーク
同期信号が生じる走査は説明した基準マークで不可能で
ある。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、乱
れに敏感でなく、同時に簡単で、構造形状が小さく形成
できる、位置に依存する信号、つまり増分信号、符号化
された信号あるいは基準信号を発生する装置を提示する
ことにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、この発明
により、光源L,目盛板M,M′およびこの目盛板M,
M′を走査する少なくとも一つの走査板A,A′,A″
を備え、前記目盛板M,M′が振幅格子あるいは位相格
子TM,TM′を有し、前記少なくとも一つの走査板
A,A′,A″が位相目盛TAを有し、前記目盛板が位
相格子のマークGSを有し、このマークの線条方向が測
定方向Xに対して 90 °より異なる或る角度をなし、前
記少なくとも一つの走査板A,A′,A″により横方向
に分離された部分ビーム束が位置に依存する信号ST,
SGを発生する検出器D0,D+1,D−1 で検出される、
位置に依存する信号を発生させる装置によって解決され
ている。
【0011】更に、この発明による他の有利な構成は、
特許請求の範囲の従属請求項に記載されている。
【0012】
【実施例】以下では、この発明の実施例を図面に基づき
より詳しく説明する。図1は基準マーク配置のある増分
測定装置を模式的に示す。光源Lの光はレンズKで平行
ビームにされ、走査板Aと反射目盛板Mから成る装置を
照らす。光は走査板Aを二回通過する。コリメータレン
ズKは出てきた光束を複数の光電素子D0,D±1 に向
け、これ等の光電素子は基準マーク同期信号あるいは反
転基準マーク同期信号を出力する。目盛板Mには、図3
と図4のように、測定方向Xに交互に配置されている反
射・非反射ウェブを有する測定方向に単調に変化する位
相目盛TMが付けてあり、これ等のウェブは測定目盛ー
に垂直に延びている。走査板Aの目盛TAは透明な隙間
GLとパターン化されたウェブGSで構成される測定方
向に測定方向に単調に変化する位相パターン構造体を有
し、ウェブGSの幅と間隔は測定方向に絶えず変化す
る。パターン化されたウェブGSは帯状の周期的な位相
格子であり、そのウェブは測定方向に対して少なくとも
大部分平行である。格子の帯GSの各々は光を異なった
「横方向」の回折次数で測定方向に対して少なくとも大
部分垂直に偏向させる。このウェブGSは格子帯の零次
の横方向回折次数を抑制するように構成されている。こ
の走査パターン構造体の作用は、走査板Aを通過した、
あるいは測定方向Xに垂直に偏向した光束の方向を遠距
離場で(即ち、フラウンホーハー領域で)、つまり異な
った横方向回折次数で偏向した光束を考察すると、最も
簡単に理解できる。零次の横方向回折次数では、光は隙
間GLを通過するが、パターン化されたウェブGSは通
過しない。従って、走査パターン構造体は透明な隙間G
Lと不透明なウェブGSを有する測定方向に単調に変化
する振幅目盛のように見える。±1.次の横方向回折次
数で考察すると、隙間GLから光は得られないが、ウェ
ブGSからは光が得られる。走査パターン構造体は不透
明な隙間GLと透明なウェブGSを有する測定方向に単
調に変化する反転振幅目盛のように見える。隙間GLの
代わりに、ウェブが測定方向に平行に延びる横方向の帯
状体を使用することもでき、領域GSの格子の目盛周期
が領域GLの格子の目盛周期とは異なる。
【0013】次に、走査板Aを n次の横方向回折次数で
最初に通過し、m 次の横方向回折次数で二回目に通過し
た時に偏向されるビーム束を n/mビーム束と表す。 0/0
ビーム束は零次の合成回折次数で目盛装置から出射し、
光電素子D0 に入射する。このビーム束は二回の通過時
に走査パターン構造体を正規の(非反転)振幅目盛と
「見做し」、それに応じた信号成分を発生する。特に、
測定方向に単調に変化する目盛のウェブの角位置はこの
信号成分の信号波形を決め、例えば基準マーク同期信号
あるいは反転基準マーク同期信号を発生するように選択
される。この処置は欧州特許第 0 513 427-A1 号明細書
に説明されている。これにはこの明細書を参照された
い。ここではこれ以上の説明を省く。
【0014】+1/−1 のビーム束および−1/+1 のビー
ム束も同じように零次の合成回折次数で出射し、光電素
子D0 に入射する。これ等の場合では、走査パターン構
造体は二回反転振幅目盛として働く。局部的に見れば、
正規の振幅目盛から反転振幅目盛への移行は走査板Aを
半目盛周期ほど移動させることに相当する。ここでの干
渉走査原理(目盛板Mの+1.次と−1.次の回折次数、つ
まり測定方向の回折;目盛周期= 2信号周期)では、こ
のようなずれは信号の 360°の位相変化、つまり元の位
相位置になる。それ故、反転位相目盛への移行は信号波
形を変えないので、+1/−1 のビーム束と−1/+1 のビ
ーム束は 0/0ビーム束と同じように変調される。同じこ
とは、光電素子D0 に達する他の全ての+n/−n ビーム
束にも当てはまる。これ等のビーム束も同じように零次
の合成回折次数で、つまり走査板Aに垂直に出射する。
【0015】±1/0 次のビーム束および 0/ ±1 次のビ
ーム束は±1.次の合成回折次数で出射し、光電素子D±
1 に達する。これ等のビーム束では、走査パターン構造
体が一度は正規振幅目盛として、また一度は反転振幅目
盛として働く。D+1 およびD−1 の付属する信号成分
の信号波形は対称性により同一である。正確に解析する
と、これ等の信号成分は光電素子D0 の信号に対して反
転するように変調されていることが分かる。光電素子D
0 が例えば基準マーク同期信号(反転基準マーク同期信
号)を出力すると、光電素子D+1 あるいはD−1 によ
り付属する反転基準マーク同期信号(基準マーク同期信
号)が得られる。従って、望ましい目盛板の共通領域か
ら反転基準マーク同期信号と基準マーク同期信号を発生
する走査が得られる。
【0016】任意の全ての n/mビーム束を考えると、パ
ターン化されたウェブGSを例えばウェブと隙間の幅が
同じ階段格子として形成して、これ等のウェブの全ての
偶数横方向回折次数を抑制すると特に有利である。更
に、測定方向に単調に変化する目盛のウェブGSと隙間
GLの局部的は幅を等しく選ぶと有利である。
【0017】測定装置が測定方向Xに対称に回折する±
n 次数、主に±1.次のビームが互いに干渉する場合、説
明した干渉走査法で動作させるなら、更に、零次の回折
次数を抑制するように目盛板Mを構成すると有利であ
る。
【0018】走査板Aを最初に通過した時、種々の横方
向回折次数に分離するビーム束は、二回目の通過で重な
って、それぞれ個別の合成回折次数となる。この重なり
は非可干渉的に行われる必要がある。何故なら、可干渉
性の重畳では、異なった光路長が信号波形を走査間隔に
強く依存させる。この場合、非可干渉性の重なりは、重
なっている個々の部分ビーム束が干渉しないことを意味
しない。これは、互いに干渉する部分ビーム束の多数の
異なった光路差を平均して行われるので、光源から放出
され各光電素子で受光されたビーム束を集めて、統一的
に形成される干渉が生じないか、あるいは破壊的な干渉
が生じる。つまり、部分ビーム束の和を非可干渉的に重
ねることができる。種々の光路差を発生させること、つ
まり非可干渉的に重ねることは、種々の処置で行われ
る。その場合、増分信号、符号化された信号、あるいは
基準信号を使用する測定装置であるかは問題ではない。
【0019】同じ合成回折次数を非可干渉的に重ねるこ
とは、ただ一つの照明部分ビーム束が走査板Aを最初に
通過して横方向に回折する部分ビーム束が走査板Aを二
回目に通過して多数の同じ合成回折次数(方向に関し
て)に分離されることによって達成される。その場合、
得られたこれ等の回折次数が互いに干渉しない。これ
は、光源Lが広い波長スペクトルと短い干渉長を有する
ことにより達成される。
【0020】従って、走査間隔D,つまり走査板Aと目
盛板Mの間の間隔は、図10aで光路差 S1 − S2 が光
源の干渉長より長く、走査板Aを最初に通過して異なっ
た横方向の回折次数に分離し、走査板Aを二回目に通過
して重なるビーム束が互いに干渉できないように選択さ
れる。他の処置を組み合わせない場合、走査間隔Dは横
方向格子定数 dy と光源Lのスペクトル幅Δλに応じて
以下の条件、
【0021】
【外2】 により選択する必要がある。非可干渉性の重畳の他の可
能性は、ただ一つの照明部分ビーム束の合成回折次数が
相互に干渉するが、加算してこの種の多数の干渉を平均
する効果により壊れることにある。以下に詳細に説明す
るように、多数の照明部分束が異なった光路差を発生さ
える処置がある。
【0022】非可干渉性の重畳は、測定方向に(即ちy
方向に)垂直に空間的に延びている光源Lおよび/また
は広い波長スペクトル、つまり短い干渉長で特に有利に
達成される。このように空間的にしかも時間的に非可干
渉性の光源としては、主にLEDが使用される。この発
光素子は発光面に対して測定方向Xに垂直な縦断面を有
する。
【0023】図10bの部分ビーム束の(y方向の)異
なった入射方向によっても、上に述べた部分ビーム束の
干渉性が壊れる。それに応じた発散により、間隔に依存
する干渉項が平均化されて一定値になる。この拡散は、
光源Lが空間的に広がっている場合、コリメータKの適
当な短い焦点距離で達成される。コリメータKの焦点距
離に対するy方向の光源の延びの比が重要である。この
比はできる限り大きいとよい。この発散は、少なくとも
y方向に集束あるいは発散する照明ビーム通路によって
も例えば非点収差を有する照明光学系で発生させること
ができる。最初の走査板の前に配置されたy方向に集束
する円筒レンズは、特に有利であり、y方向に生じるビ
ームに大きな発散(傾き)を与える。
【0024】円筒シリンダを用いるのと同じ作用は、図
9の測定方向に単調に変化する横方向格子A″で達成で
きる。図10cでは、走査板Aを最初に通過してy方向
に測定方向に単調に変化する横方向格子A″の異なった
偏向角度により、y方向に発散する(第一横方向回折次
数の)ビーム束が生じるので、同じように平均化が生じ
る。最小局部横方向格子周期( dymin)と最大局部横方
向格子周期( dymax)は、平行ビーム照明では、条件
【0025】
【外3】 を満たす必要がある。横方向の格子パターン構造体をフ
レネル円筒レンズ(フレネルゾーンプレート)のように
構成すると、例えばコリメータレンズの像面湾曲を補償
して得られる作用が使用できる。
【0026】走査板Aは、図10dにより目盛板に対し
て傾いている(傾斜軸=目盛方向=x方向)。入射ビー
ム束の(y方向の)高さに応じて、横方向に分離した部
分ビーム束の異なった光路差が生じるので、同じように
望ましい平均化が生じる。
【0027】上に説明した図9は走査板A″の変形種を
示す。この走査板では、目盛マークGS″が測定方向X
に周期的に配置されているが、横方向yには回折用のパ
ターン構造体が設けてあり、その局部目盛周期は位置と
共に絶えず変わる。走査板A″は測定方向Xに周期的で
あるが、横方向Yには「測定方向に単調に変化」してい
る。しかし、この走査板は更に測定方向Xにも単調に変
化させて形成してもよい。
【0028】図5〜8には、増分測定装置が模式的に示
してある。この測定装置は干渉性に関して上に説明した
原理に基づいている。光源Lと検出器D0,D+1,D−1
は、図1と2で説明したものと同じである。
【0029】この場合、走査板A′には測定方向Xに対
して横に位相格子として形成された目盛マークがある。
図7の回折部材GS′の間隔は、特に一つの基準マーク
に関する図3と4の実施例の場合のようには、測定方向
Xに位置と共に絶えず変わらない。
【0030】図11は可干渉性の重畳が壊れることを特
に説明する、つまり特に図10bに関連して説明するよ
うに非可干渉性の重畳を得る測定装置を示す。y方向
(測定方向Xに垂直)に延びた光源Lの各発光点は、レ
ンズK,Kを通してコリメートした後、発光点の位置に
依存する光軸に対する一定のビームの傾きを有するビー
ム束を与える。
【0031】これ等のビーム束の各々は、走査目盛Aを
最初に通過すると、種々の横方向回折次数に分離する。
目盛板Mは横方向のビームの傾きに影響を与えない。何
故なら、目盛板は回折を与える横方向パターン構造体を
有していないからである。走査目盛Aを二回目に通過す
ると、異なった横方向の回折次数が重なり、異なった最
終横方向回折次数に偏向する。レンズKを二回目に通過
すると、異なった横方向の回折次数が分裂する。焦点面
Bでは各合成回折次数に対して光源像が生じる。
【0032】重なった横方向回折次数は、光路差に応じ
て、干渉が生じたり壊れる。光路差はビームの傾きに依
存する(同じ傾きの干渉縞)ので、レンズKの焦点面B
に図12に示すストライプ系S,S′は個々の光源像の
中に得られる。
【0033】走査間隔が変化すると、これ等のストライ
プ系S,S′やストライプ系の強度変調が振幅に関して
振動するが、ストライプは同じ位置にある。検出器D0,
D+1,D−1 により一ストライプ周期の数分の1が検出
されるだけで、前記二つの場合の間隔が変化すると、信
号が変化する。検出器D0,D+1,D−1 により一つまた
はそれ以上のストライプ周期が得られると、平均して間
隔に依存する信号が生じる。
【0034】検出器D0,D+1,D−1 は、走査板Aに入
射する部分ビーム束の発散角ΘDivで決まる(図10b
の)横方向のビームの傾きΔΘを有する部分ビーム束を
検出するのに適している必要がある。この場合、
【0035】
【外4】 となる。測定方向に分離された部分ビーム束の干渉を保
証するには、これ等の部分ビーム束は同じ光学通路を有
するか、横方向の位相目盛GSの格子定数が測定方向X
の目盛TAの格子定数より十分小さくなくてはならな
い。その結果、同じ横方向回折次数の部分ビーム束の間
の光路差が小さく、光源Lの時間的な干渉性あるいは異
なったビームの傾きが干渉を余り低減させない。しか
し、これは異なった横方向回折次数の部分ビーム束には
当てはまらない。
【0036】この発明は、零次の合成回折次数の外に、
±一次の回折次数を検出することに限定されるものでは
ない。それ以外の合成回折次数を検出する検出器こ使用
できる。
【0037】図1〜4の基準マークとして構成すること
に関して、目盛パターン構造体の異なった修正が可能で
ある。即ち、 −光電素子D0 が反転基準マーク同期信号を出力し、光
電素子D±1 がそれぞれ基準マーク同期信号を出力する
か、この逆となるように、測定方向Xに測定方向に単調
に変化する目盛のウェブの角位置を選ぶ。
【0038】−光電素子D+1 とD−1 が同一の信号波
形を発生するので、これ等の光電素子を並列に接続でき
る。これ等の光電素子の一つを省くこともできる。 −測定方向Xへの光電素子D0,D+1,D−1 の延びは、
測定方向に単調に変化する目盛TA,TMの±1次の合
成(縦方向)回折次数が走査板Aと目盛板Mに完全に、
つまり特に最小の局部目盛周期に関して完全に当たり、
高い信号レベルと少なくともなる程度である。
【0039】目盛板Mの目盛マークM1 の少なくとも一
方の側にこの目盛板とは異なる付加的な目盛パターン構
造体M2 を付けて、基準マークの乱れに対する鈍感性が
更に改善される。図4の装置では、光電素子D0 で反転
基準マーク同期信号を発生する測定方向に単調に変化す
る目盛の検出視野A1 とM1 に隣接して走査板Aの上に
何もない窓領域A2 が、また目盛板Mに付属する周期目
盛検出視野M2 が配置されている。原点位置では、何も
ない窓領域A2 を経由して周期的な目盛検出視野M2 に
達する光は、光電素子D0 に到達しないほど偏向する
(目盛周期が小さい)。原点位置の外では、光は検出視
野A2 を経由して反射された目盛板の領域M3 に、従っ
て光電素子D0 に達し、この目盛位置で基準マーク同期
信号と反転基準マーク同期信号の信号間隔を大きくす
る。
【0040】位相差を付けて接続されている基準マーク
同期信号と反転基準マーク同期信号は乱れに同感な基準
パルスを形成する。このパルスは安定性のため零レベル
でトリガーされる。仕上げ許容公差は通常基準信号の相
殺を要求する。特に、直流電圧成分を調整する必要があ
る。検出視野領域A2 が付属する部分視野M2 より大き
い図4に似た装置では、この調整はネジで行われる。そ
の場合、このネジは何もない目盛位置領域M3 上の拡大
された検出視野領域M3 によりビーム通路を制限するた
め、反転基準マーク同期用の光電素子D0 の直流光レベ
ルを決める。
【0041】この種の相殺の他の変形種を図13が示
す。目盛板Mと走査板Aの一部のみが示してある。目盛
板M上には、主に図4に示すようなそれ自体周知の基準
マークRMがある。測定方向に基準マークから間隔を置
いて目盛検出視野FMがある。この検出視野の格子線は
測定方向に延びている。これに隣接する目盛板Mの表面
の領域C1,C2,C3 は、例えばクロム層を付けて反射す
るように設計されている。
【0042】目盛板Mの目盛検出視野FMには、走査板
A上の同じ大きさの透明検出視野FAが付属している。
目盛板Mの基準マークRMには走査板Aの上にある走査
検出視野RAが、例えば図3に示すように付属してい
る。目盛板Mの領域C1,C2,C3 には、走査板A上に吸
収領域C4,C5,C6 が付属している。
【0043】基準マークRMが走査検出視野RAで、ま
た目盛検出視野FMが検出視野FAで少なくとも大部分
覆われる基準パルスの最大値の近くで、光が検出視野F
Aを通過して目盛検出視野FMに当たり、±1.の横方
向回折次数となって偏向し、検出器D+1,D−1に達
する。その場合、横方向格子TAは領域FMの格子と同
じ格子パラメータを有する。
【0044】これ等の検出器D+1,D−1 は図15aに
示す前記位置P1 に最大値を有する制御信号のクロック
RSTを出力する。目盛検出視野FMの光ビーム束を偏
向して、検出器D0 で発生する図16aの制御信号の反
転基準マーク同期クロックRSGは前記位置P1 で信号
の最大値を有する。基準マークRMに属する光ビーム束
は、図1〜4の説明のように検出器D0,D+1,D−1 に
入射する部分ビーム束を走査区分RAで発生する。図1
5a,16aの信号波形となる部分ビームを考えること
なく、検出器D0 により基準マーク信号の反転基準マー
ク同期クロックRMGと検出器D+1,D−1 によりそれ
ぞれ基準マーク信号のクロックRMTが得られる。基準
マーク信号の反転基準マーク同期クロックRMGは図1
6bに示してある。検出器D+1,D−1 の信号RSTと
RMTを重ねて、図15cに示す加算信号としての基準
マーク同期信号STが発生する。検出器D0 で信号RS
GとRMGを重ねて、図16cに示す加算信号としての
反転基準マーク同期信号SGが生じる。
【0045】走査時の検出視野FAとFMの作用によ
り、付属検出視野RM,RAあるいはFM,FAの被覆
検出視野の外に制御信号の反転基準マーク同期信号RS
Gが上昇するので、基準マーク同期信号STと反転基準
マーク同期信号SGの信号レベルが拡大する。こうし
て、測定装置の擾乱感度が低下する。他方、被覆領域で
制御信号のクロックRSTの作用により基準マーク同期
信号STが上昇する。ネジまたは他の可変絞りBによ
り、区分FAとFMを通過するビーム通路が部分的に被
覆されているので、基準パルスはトリガレベルに対して
調節できる。ネジまたは絞りBは集束レンズKと走査板
Aの間、あるいは光源Lと集束レンズKの間の領域のと
ころにある。この構成は基準パルスの本来の平衡の外
に、図14に示すように基準パルスの最大値の外で基準
マーク同期信号STと反転基準マーク同期信号SGの間
の上端間隔の拡大を与える。信号レベルJは目盛板Mの
位置の関数として記入されている。
【0046】図17には、目盛板Mの上に反射領域C1,
C2,C3 および目盛検出視野FMが取り替えてある。従
って、0.次横方向回折次数で基準マーク同期信号ST
が発生するように基準マークRMを構成すると、図13
〜16で説明したようのと似たような望ましい信号波形
となる。図13に対して説明したように、平衡をとるた
め絞りが透明な検出視野FAに付属していてもよい。
【0047】この発明によれば、平衡は走査板Aと目盛
板Mの上でそれぞれ基準マークの外にある補助的な検出
視野の作用により実現する。これ等の検出視野は回折格
子、プリズム、ホログラム光学部材、回折光学部材等と
して透明であったり、反射するように形成され、結像特
性や非結像特性を有する。一定の濃淡(異なった絞りや
ネジ)は基準マーク同期信号あるいは反転基準マーク同
期信号の信号レベルを調節する。
【0048】平衡機構は基準マーク信号の平衡に限定す
るのでなく、この発明の増分あるいは符号化された測定
系の平衡のためにも有効に使用できる。この発明は測長
系あるいは測角系で利用でき、走査は透過光あるいは反
射光で行える。
【0049】
【発明の効果】以上、説明したように、この発明の利点
は、格子定数が小さいため、光リソグラフィー複写に高
度な要求を設定する横方向位相格子を目盛板でなく、よ
り小さい走査板に装着する必要があることにある。この
発明の測定装置はビーム束が走査板を二度通過する垂直
入射原理で動作するので、この発明の構成により、許容
範囲でないあるいは許容範囲内でただ僅かに走査間隔に
依存する測定信号が得られることにある。
【0050】この発明の他の利点は、走査板の目盛マー
クが目盛板のように位相構造パターンで実現されること
にある。特に、基準マークあるいは符号化された測定装
置として構成することにより、増分測定装置の位相構造
パターンと一緒に特に簡単に作製することができる。そ
の場合、位置精度の高い付加的な複写工程はもはや必要
でない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 模式的に示す測定装置である。
【図2】 90°ほど回転して見た図1の測定装置であ
る。
【図3】 測定装置の走査板と測定目盛である。
【図4】 図3の変形種である。
【図5】 模式的に示す増分式測定装置である。
【図6】 90°回転した図5の測定装置である。
【図7】 図8に示す測定目盛に対する走査板を示す。
【図8】 目盛板を示す。
【図9】 走査板の変形種を示す。
【図10】 種々のビーム通路(a〜d)を示す。
【図11】 光学系の光線図である。
【図12】 焦点面内での強度分布である。
【図13】 基準マーク信号を相殺するための目盛板と
走査板の一部分を示す。
【図14】 基準パルスを発生する基準マーク同期信号
と反転基準マーク同期信号の信号波形を示す。
【図15】 図14の基準マーク同期信号を発生する信
号波形である。
【図16】 図14の反転基準マーク同期信号を発生す
る信号波形である。
【図17】 平衡のための他の目盛板と他の走査板を示
す。
【符号の説明】
L 光源 K コリメータレンズ A,A′,A″ 走査板 M,M′ 目盛板 D0,D+1,D−1 光電素子 TA 走査板の位相目盛 TM,TM′ 目盛板の位相目盛 GL 隙間(割れ目) GS ウェブ X 測定方向 ST,SG 位置に依存する信号 D 走査間隔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴアルター・フーバー ドイツ連邦共和国、83278 トラウンシ ユタイン、ヴアルトベルクフエルトスト ラーセ、20 (56)参考文献 特開 昭60−243514(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01B 11/00 - 11/30 G01C 3/06

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源、振幅格子あるいは位相格子を有す
    る目盛板、目盛板を測定方向に走査する少なくとも一つ
    の走査板を備え、少なくとも一つの走査板が測定方向に
    交互に配置された、測定方向に位相格子を形成する異な
    った構造の複数の第一および第二領域(GS,GL)を
    有し、少なくとも第一領域(GS)が測定方向に交差す
    る位相格子を有し、この位相格子の分割線が測定方向に
    対して90゜以外の角度で延びていて、光源の光が第一
    および第二領域により横方向に異なった傾きの部分ビー
    ムに分割され、これ等の部分ビームが目盛板に入射して
    測定方向に回折された多数の部分ビームを発生し、これ
    等の部分ビームが干渉を行い、検出器に到達して位置に
    依存する信号を発生することを特徴とする位置に依存す
    る信号を発生する装置。
  2. 【請求項2】 光源の光は走査板から目盛板に向かい、
    目盛板から同じ走査板に進み、検出器に向かい、走査板
    を二回目に通過した時、目盛板で測定方向に回折した部
    分ビームは互いに干渉することを特徴とする請求項1に
    記載の装置。
  3. 【請求項3】 走査板の第一領域を二回通過した光ビー
    ムと、走査板の第二領域を二回通過した光ビームは、共
    通の検出器(D0)に向かい、更に走査板の一回目と二
    回目の通過でそれぞれ異なった領域を通過する光ビーム
    が他の検出器(D+1)へ向かうことを特徴とする請求
    項1に記載の装置。
  4. 【請求項4】 走査板の第一領域は測定方向に互いに間
    隔を設けた配置された横方向格子領域であり、第二領域
    は格子領域の間にある隙間であることを特徴とする請求
    項1に記載の装置。
  5. 【請求項5】 走査板の第一および第二領域はそれぞれ
    横方向格子領域であり、第一格子領域の横方向分割周期
    は第二格子領域の横方向分割周期とは異なっていること
    を特徴とする請求項1に記載の装置。
  6. 【請求項6】 光源と走査板の間にコリメータレンズを
    配設し、コリメートされた光を走査板に向け、検出器の
    方向に同じ傾きを持って走査板から出射する光ビームを
    それぞれ共通の検出器に指向させることを特徴とする請
    求項3に記載の装置。
  7. 【請求項7】 走査板の第一および第二測定窓は測定方
    向に増分目盛を形成し、それ等の目盛周期が測定方向に
    一定であることを特徴とする請求項1に記載の装置。
  8. 【請求項8】 少なくとも一つの走査板の第一および第
    二測定窓は目盛周期が測定方向の位置の関数として連続
    的変わる目盛領域を形成し、目盛板は目盛周期が測定方
    向の位置の関数として連続的変わる目盛領域を有するこ
    とを特徴とする請求項1に記載の装置。
  9. 【請求項9】 走査板のマーク(GS)は横方向の零次
    回折が生じないように形成されていることを特徴とする
    請求項1に記載の装置。
  10. 【請求項10】 目盛板の目盛は縦方向の零次回折が生
    じないように形成されていることを特徴とする請求項1
    に記載の装置。
  11. 【請求項11】 光を放出する光源、振幅または位相目
    盛を有する目盛板、前記目盛板を走査する少なくとも一
    つの走査板、を備え、この少なくとも一つの走査板が位
    相目盛付きマークを有する位相目盛が設けてあり、刻線
    の方向が測定方向に対して90゜とは異なる或る角度で
    延び、前記少なくとも一つの走査板で横方向に分離され
    た検出器の部分ビームを検出し、位置に依存する信号を
    発生し、光源の光を走査板から目盛板へ、そしてこの目
    盛板から走査板へ、そして測定方向に対して横方向に間
    隔を設けて配置された多数の検出器へ指向させ、走査板
    の二回通過した後に横方向に分離する部分ビームが非コ
    ヒーレントに互いに重畳し、非コヒーレンス性は広い波
    長スペクトルと短い可干渉長さを有する光源により生
    じ、走査板と目盛板の間の距離は部分ビームの光路差が
    光源の可干渉長さより長くなるように選ばれ、走査板を
    一回目に通過すると、種々の横方向回折次数に分割する
    部分ビームと走査板を二回目に通過すると重畳する部分
    ビームか重なり、互いに干渉することがないことを特徴
    とする位置に依存する信号を発生する装置。
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