JPH08313209A - 位置測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 正確な位置測定が必要なあらゆる分野に適用
できるとともに、微小な測定長から大きな測定長まで、
高い分解能で正確に距離もしくは相対位置の測定が可能
となる位置測定装置を提供する。 【構成】 光源部１０には、二つの発光素子１１及び１
５が設けてある。発光素子１１からの光はスリットマス
ク１３の複数のスリットを通過してＣＣＤ２０に投射さ
れる。したがって、ＣＣＤからみると、等価的に複数の
光源があることになる。ＣＣＤには１０μｍ間隔でセル
が設けられ、８セルずつに１グループとされる。発光素
子１５からの光はグループ分けされたＣＣＤセル上での
位置をグループ単位で求めるのに用いる。各スリットの
間隔は、ＣＣＤセルの一つのグループの間隔と等しい８
０μｍである。したがって、ＣＣＤ上での光の強度分布
は８０μｍ間隔でピークとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、正確な位置測定が必要
とされるあらゆる分野に適用可能な位置測定装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】正確な距離や長さ（以下「距離」と総称
する）の測定は、さまざまな分野で重要であり、種々の
方法が実用化されている。二つの点の間の距離を求める
には、その二つの点の相対位置を正確に測定することが
必要となる。距離もしくは相対位置の測定に用いられる
一般的な手段としては、ノギス、マイクロメーター、ダ
イヤルゲージ、マグネスケール、レーザー測長器、顕微
鏡、光の干渉を利用した測長器などが従来から知られて
いる。半導体集積回路技術の分野や工作機械分野等、多
くの分野では、加工手段と加工対象物との正確な位置合
わせが必要となるため、その前提として、高精度の距離
もしくは相対位置の測定が必要となる。

【０００３】例えば、半導体製造の分野では、半導体ウ
ェハ上への素子の形成から、チップのダイシング、ワイ
ヤボンディング、パッケージングに至るまでの多くの段
階で、位置合わせのための正確な距離測定が必要とな
る。ダイシング加工における位置合わせの方法には、パ
ターン認識の技術が用いられることがある。また、自動
化された工作機械の場合も、ツールと加工ワークとの間
の正確な相対位置の検出が不可欠であり、例えばエンコ
ーダなどからの信号から加工ワークの移動量を検出し、
これに基づいてツールと加工ワークとの位置を数値制御
するなどの方法で位置合わせを行っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の位置測
定装置は、いずれも、特定の分野の位置測定には適して
いても、それ以外の分野で位置測定が必要な場合に、直
ちに転用することは難しい。また、測定長が微小である
場合には高い分解能で正確に測定できるもの（たとえ
ば、電子顕微鏡）でも、その分解能を保ったまま大きな
測定長を測定することは、一般には困難である。

【０００５】本発明は、上記事情に基づいてなされたも
のであり、簡単な原理で高い精度の位置測定が可能であ
り、かつ、微小な距離から、その分解能に較べて比較的
大きな距離までの測定が可能である位置測定装置を提供
することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの請求項１記載の発明は、ｘ軸方向に等間隔で直線的
に配列したｐ個の受光素子を、各グループにｑ個ずつ、
ｒ個のグループに分けて構成された受光手段と（ｐ＝ｑ
×ｒ）、前記受光手段のグループの間隔と等しい間隔に
設けられそれぞれが前記受光手段に対し所定の強度分布
で光を投射する複数の光源が、前記受光手段に対向する
よう配置され、ｘ軸方向に並進移動可能とされた光源手
段と、前記各受光素子が前記光源からの光を受光したと
きに、それぞれのグループにおける対応する受光素子の
出力信号を加算してｑ個の信号として出力する加算手段
と、を具備し、前記加算手段による加算の結果得られる
ｑ個の値を周期関数化し、この周期関数の位相を求める
ことによって、１グループの範囲内における前記光源手
段の前記受光手段に対するｘ軸方向の相対位置を求める
ことを特徴とするものである。

【０００７】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記複数の光源は、単一の背景光源からの
光を複数のスリットを有するスリットマスクに投射し、
前記各スリットを通過する光を複数の光源として用いる
ことを特徴とするものである。

【０００８】請求項３記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記複数の光源は、単一の背景光源からの
光を光透過率が正弦波状に周期的に変化するマスクに投
射し、前記マスクの光透過部分からの光を複数の光源と
して用いることを特徴とするものである。

【０００９】請求項４記載の発明は、ｘ軸方向に等間隔
で直線的に配列したｐ個の受光素子を、各グループにｑ
個ずつ、ｒ個のグループに分けて構成された受光手段と
（ｐ＝ｑ×ｒ）、前記受光手段に対し所定の強度分布で
光を投射する単一の第一の光源と、前記受光手段のグル
ープの間隔と等しい間隔に設けられそれぞれが前記受光
手段に対し所定の強度分布で光を投射する複数の第二の
光源とが、前記受光手段に対向するよう配置され、ｘ軸
方向に並進移動可能とされた光源手段と、前記各受光素
子が前記第一の光源からの光を受光したときに、それぞ
れのグループに属するｑ個の受光素子の出力信号を加算
する第一の加算手段と、前記各受光素子が前記第二の光
源からの光を受光したときに、それぞれのグループにお
ける対応する受光素子の出力信号を加算してｑ個の信号
として出力する第二の加算手段と、を具備し、前記第一
の加算手段の加算結果から前記光源手段の前記受光手段
に対するｘ軸方向の相対位置をグループ単位で求めると
ともに、前記第二の加算手段による加算の結果得られる
ｑ個の値を周期関数化し、この周期関数の位相を求める
ことによって、１グループの範囲内における前記光源手
段の前記受光手段に対するｘ軸方向の相対位置を求め、
これにより前記光源手段の前記受光手段全体に対するｘ
軸方向の相対位置を求めることを特徴とするものであ
る。

【００１０】請求項５記載の発明は、請求項４記載の発
明において、前記第二の光源は、単一の背景光源からの
光を複数のスリットを有するスリットマスクに投射し、
前記各スリットを通過する光を複数の光源として用いる
ことを特徴とするものである。

【００１１】請求項６記載の発明は、請求項４記載の発
明において、前記第二の光源は、単一の背景光源からの
光を光透過率が正弦波状に周期的に変化するマスクに投
射し、前記マスクの光透過部分からの光を複数の光源と
して用いることを特徴とするものである。

【００１２】請求項７記載の発明は、請求項６記載の発
明において、前記マスクは、前記単一の第一の光源から
の光はすべて透過し、前記第一の光源と前記背景光源を
近接して設けたことを特徴とするものである。

【００１３】請求項８記載の発明は、ｘ軸方向に等間隔
で配列したｐ個の第一の受光素子を、各グループにｑ個
ずつ、ｒ個のグループに分け（ｐ＝ｑ×ｒ）、かつ、ｙ
軸方向に等間隔で配列したｓ個の第二の受光素子を、各
グループにｔ個ずつ、ｕ個のグループに分けて（ｓ＝ｔ
×ｕ）構成された受光手段と、前記第一の受光素子に対
し所定の強度分布で光を投射する単一の第一の光源と、
前記第一の受光素子のグループの間隔と等しい間隔に設
けられそれぞれが前記第一の受光素子に対し所定の強度
分布で光を投射する複数の第二の光源とが、前記受光手
段に対向するよう配置され、かつ、前記第二の受光素子
に対し所定の強度分布で光を投射する単一の第三の光源
と、前記第二の受光素子のグループの間隔と等しい間隔
に設けられそれぞれが前記第二の受光素子に対し所定の
強度分布で光を投射する複数の第四の光源とが、前記受
光手段に対向するよう配置され、ｘ−ｙ平面内において
並進移動可能とされた光源手段と、前記第一の受光素子
が前記第一の光源からの光を受光したときに、それぞれ
のグループに属するｑ個の受光素子の出力信号を加算す
る第一の加算手段と、前記第一の受光素子が前記第二の
光源からの光を受光したときに、それぞれのグループに
おける対応する受光素子の出力信号を加算してｑ個の信
号として出力する第二の加算手段と、前記第二の受光素
子が前記第三の光源からの光を受光したときに、それぞ
れのグループに属するｔ個の受光素子の出力信号を加算
する第三の加算手段と、前記第二の受光素子が前記第四
の光源からの光を受光したときに、それぞれのグループ
における対応する受光素子の出力信号を加算してｔ個の
信号として出力する第四の加算手段と、を具備し、前記
第一の加算手段の加算結果から前記光源手段の前記受光
手段に対するｘ軸方向の相対位置をグループ単位で求め
るとともに、前記第二の加算手段による加算の結果得ら
れるｑ個の値を周期関数化し、この周期関数の位相を求
めることによって、１グループの範囲内における前記光
源手段の前記受光手段に対するｘ軸方向の相対位置を求
め、かつ、前記第三の加算手段の加算結果から前記光源
手段の前記受光手段に対するｙ軸方向の相対位置をグル
ープ単位で求めるとともに、前記第四の加算手段による
加算の結果得られるｔ個の値を周期関数化し、この周期
関数の位相を求めることによって、１グループの範囲内
における前記光源手段の前記受光手段に対するｙ軸方向
の相対位置を求め、これにより前記光源手段の前記受光
手段全体に対するｘ−ｙ平面内における相対位置を求め
ることを特徴とするものである。

【００１４】請求項９記載の発明は、請求項８記載の発
明において、前記第二及び第四の光源のいずれか一方又
は両方は、単一の背景光源からの光を複数のスリットを
有するスリットマスクに投射し、前記各スリットを通過
する光を複数の光源として用いることを特徴とするもの
である。

【００１５】請求項１０記載の発明は、合計ｐｓ個の受
光素子をｘ軸方向にｐ個ずつ、ｙ軸方向にｓ個ずつ二次
元的に配列するとともに、ｘ軸方向については各グルー
プにｑ個ずつｒ個のグループに（ｐ＝ｑ×ｒ）、ｙ軸方
向については各グループにｔ個ずつｕ個のグループに
（ｓ＝ｔ×ｕ）それぞれグループ分けした受光手段と、
第一の色の光を発する第一の光源、第二の色の光を発す
る第二の光源、第三の色の光を発する第三の光源からな
る光源手段と、前記光源手段とともに前記受光手段に対
向して並進移動可能とされ、更に、前記第一の色の光に
対する透過率がｘ軸方向に沿って前記受光素子のｘ軸方
向の一つのグループの間隔と等しい周期となるよう正弦
波状に変化し、前記第二の色の光に対する透過率がｙ軸
方向に沿って前記受光素子のｙ軸方向の一つのグループ
の間隔と等しい周期となるよう正弦波状に変化し、か
つ、前記第三の色の光に対する透過率は全面において略
一定となるように濃度変調したマスクと、前記第三の光
源を点灯したときに、ｘ軸方向におけるそれぞれのグル
ープに属する受光素子の出力信号を加算してｒ個の出力
を得るとともに、ｙ軸方向におけるそれぞれのグループ
に属する受光素子の出力信号を加算してｕ個の出力を得
る第一の加算手段と、前記第一の光源を点灯したとき
に、ｘ軸方向におけるそれぞれのグループの対応する受
光素子の出力信号同士を加算してｑ個の信号として出力
する第二の加算手段と、前記第二の光源を点灯したとき
に、ｙ軸方向におけるそれぞれのグループの対応する受
光素子の出力信号同士を加算してｔ個の信号として出力
する第三の加算手段と、を具備し、前記第一の加算手段
の加算結果からｘ軸方向及びｙ軸方向の位置をグループ
単位で求めるとともに、前記第二の加算手段による加算
結果から得られるｑ個の値を周期関数化し、この周期関
数の位相を求めることによって、ｘ軸方向における１グ
ループの範囲内での位置を求め、かつ、前記第三の加算
手段による加算結果から得られるｔ個の値を周期関数化
し、この周期関数の位相を求めることによってｙ軸方向
における１グループの範囲内での位置を求め、これらか
ら前記光源手段の前記受光手段全体に対するｘ−ｙ平面
内における相対位置を求めることを特徴とするものであ
る。

【００１６】

【作用】請求項１記載の発明は、前記の構成により、複
数の光源からの光は所定の強度分布で受光手段に投射さ
れるので、加算手段でそれぞれのグループにおける対応
する受光素子の出力信号を加算してｑ個の値を得ると、
これは周期関数化される。したがって、この周期関数の
位相を求めることによって、１グループの範囲内におけ
る前記光源手段の前記受光手段に対するｘ軸方向の相対
位置を求めることができる。

【００１７】請求項４記載の発明は、前記の構成によ
り、第一の光源からの光は所定の強度分布で受光手段に
投射されるので、この強度分布から、第一の加算手段で
各グループに属する受光素子の出力を加算すると、この
第一の光源が対向するグループに基づく加算結果が最も
大きい。したがって、この加算結果を比較することによ
り、光源手段のｘ軸方向における相対位置を、グループ
単位で知ることができる。また、複数の第二の光源から
の光も所定の強度分布で受光手段に投射されるので、第
二の加算手段でそれぞれのグループにおける対応する受
光素子の出力信号を加算してｑ個の値を得ると、これは
周期関数化される。したがって、この周期関数の位相を
求めることによって、グループの範囲内における前記光
源手段の前記受光手段に対するｘ軸方向の相対位置を求
めることができる。これらの結果を総合すると、光源手
段の受光手段全体に対するｘ軸方向の相対位置を求める
ことができる。更に、周期関数化する際に、１グループ
の間隔と同じ間隔で配置された複数の第二の光源からの
光を用いるため、周期関数の波形は正弦波状に非常に近
くなるので、高い精度での位置測定が可能となる。

【００１８】請求項８記載の発明は、前記の構成によ
り、請求項４記載の発明におけるｘ軸方向だけの場合と
同様にして、ｘ軸方向だけでなく、ｙ軸方向においても
高い精度での位置測定が可能となる。したがって、これ
らの結果を総合して、ｘ−ｙ平面における二次元的な位
置を正確、かつ高い精度で求めることが可能となる。更
に、特定の二点間の距離もしくは長さを求めたい場合に
は、二つのｘ−ｙ平面上の位置をそれぞれに求め、これ
らの座標成分の差から距離もしくは長さを求めることが
できる。

【００１９】請求項１０記載の発明は、前記の構成によ
り、ｘ軸方向だけでなく、ｙ軸方向においても、高い精
度で位置測定が可能となり、したがって、二次元的に正
確な位置測定が可能となる。また、ｘ軸方向及びｙ軸方
向の位置を測定するために、受光手段をｘ軸用とｙ軸用
に別々に設ける必要がないため、二次元的な位置測定に
必要な受光手段の面積が小さくて済み、空間効率が高
い。

【００２０】

【実施例】以下に図面を参照して、本発明の実施例につ
いて説明する。図１は、本発明の第一実施例である位置
測定装置の主要部であり、受光手段であるＣＣＤ及びこ
のＣＣＤの表面に対向して設けられた光源手段の様子を
示す概略断面図である。

【００２１】図１において、光源部１０は、発光素子１
１、散乱板１２、スリットマスク１３、レンズアレー１
４、そして発光素子１１とは別に設けられた発光素子１
５からなる。発光素子１１及び１５としては、例えばＬ
ＥＤを使用する。

【００２２】発光素子１１から発せられた光は、散乱板
１２において適当に散乱されて透過する。この光のう
ち、スリットマスク１３に設けられた９個のスリット１
３₁ 〜１３₉ のいずれかを通過したものは、レンズアレ
ー１４によって、受光手段であるＣＣＤ２０の表面上に
投射される。したがって、ＣＣＤ２０の側から光源部１
０を見ると、１３₁ 〜１３₉ の９個の光源列が設けられ
た状態と等しい。一方、発光素子１５は、その光が、ス
リットマスク１３を通過せず、直接ＣＣＤ２０の表面に
投射されるように、発光素子１１から十分に離れた位置
に設けられている。発光素子１１と発光素子１５の距離
は、予め所定の距離となるように調整しておく。

【００２３】光源部１０は、ＣＣＤ２０の表面に対向
し、ＣＣＤ２０に対し相対的に左右方向（これをｘ軸方
向とする）に自由に移動できる。実際の距離もしくは相
対位置の測定においては、光源部１０とＣＣＤ２０のう
ち、一方を固定側、他方を移動側とする。ここでは、光
源部１０を移動側、ＣＣＤ２０を固定側として説明す
る。尚、本実施例では、ＣＣＤ２０の表面に設けられた
各セルの間隔は１０μｍとする。また、ＣＣＤ２０は、
連続する８個のセルが同一のグループとなるようグルー
プ分けされており、一つのグループの範囲内での光源部
１０の位置を小アドレスといい、ＣＣＤ２０の表面のう
ち光源部が対向するセルのグループ単位の位置を大アド
レスという。光源部１０の発光素子１１は小アドレス測
定用、発光素子１５は大アドレス測定用であり、小アド
レスを求める場合は、発光素子１１のみを点灯して発光
素子１５は消灯し、大アドレスを求める場合は、発光素
子１５のみを点灯して発光素子１１は消灯する。

【００２４】これに対し、スリットマスク１３の隣合う
スリットの間隔は、８０μｍとする。これにより、ＣＣ
Ｄ２０の表面に投射される光の強度分布のピーク間の距
離は、隣合うグループの対応するセルの間隔と等しくな
る。このようなスリットマスクは、例えば写真フィルム
に、透明領域と不透明領域からなる縦縞もしくは横縞の
縞模様（スリット模様）を形成したものを用いることが
できる。８０μｍ間隔程度のスリット模様であれば、周
知の技術によって容易に得られる。一方、発光素子１５
からの光は、スリットマスクを通さずに、直接ＣＣＤ２
０の表面に投射される。

【００２５】図２は、図１のＣＣＤ２０の表面の一部を
拡大したものである。図２において、Ａ₁ 、Ｂ₁ 、・・
・は、ＣＣＤ２０の表面上に直線的に１０μｍ間隔で配
列された各セルであり、ここでは簡単のために、Ａ₁ 、
Ｂ₁ 、・・・、Ｇ₁₆、Ｈ₁₆の１２８セルが設けられてい
るとする。各セルは、Ａ₁ 〜Ｈ₁ の８セルがＧ１グルー
プ、Ａ₂ 〜Ｈ₂ の８個のセルがＧ２グループ、・・・、
Ａ₁₆〜Ｈ₁₆の８個のセルがＧ１６グループというよう
に、連続する８セルを同一グループとして１６のグルー
プに分けられている。このため、一グループの長さは８
０μｍとなる。

【００２６】まず、図３〜図５を参照して、大アドレス
を求める方法について説明する。本実施例の位置測定装
置は、図３に示すような加算回路３０₁ 〜３０₁₆を有し
ている。この加算回路３０₁ 〜３０₁₆は、ＣＣＤ２０の
セルのそれぞれのグループに対応して設けられ、各グル
ープ毎に、そのグループに属するセルから出力される信
号を加算して、出力Ｌ₁ 〜Ｌ₁₆を出力する。大アドレス
を求めるために、発光素子１１を消灯して発光素子１５
だけを点灯すると、その強度分布は、例えば図４に示す
曲線３２のようになる。尚、図４は、発光素子１５の位
置がＧ１３グループの範囲にある場合を示す。このと
き、加算回路３０₁ 〜３０₁₆の出力Ｌ₁ 〜Ｌ₁₆は図５に
示すようになり、加算回路３０₁₃の出力Ｌ₁₃が最も大き
くなる。したがって、これらの信号Ｌ₁ 〜Ｌ₁₆を、図示
しない演算回路によって比較することにより、発光素子
１５がＧ１３グループに対向する位置にあることが検出
され、これから大アドレスを求めることができる。

【００２７】発光素子１５が他の位置にある場合も同様
にして大アドレスを求めることができる。尚、実際に
は、ＣＣＤ２０の各セルからの出力信号は、Ａ／Ｄ変換
されたあと、各アドレスがＣＣＤの各セルと１対１に対
応したメモリに移され、ディジタル的に演算が行われる
が、ここではＡ／Ｄ変換器等の詳細な説明は省略する。

【００２８】次に、小アドレスを求める方法について説
明する。図１において、スリットマスク１３の各スリッ
ト１３₁ 〜１３₉ を通過する光は、それ以前に散乱板１
２によって適当に散乱されているので、ある角度の広が
りをもった光束としてＣＣＤ２０の表面上に投射され
る。したがって、一つのスリットを通過した光束は、Ｃ
ＣＤ２０の表面上で、各スリットの位置を中心とした左
右対称の強度分布となる。図６は、この強度分布の一例
を示したものである。図６において、ＣＣＤ２０の上に
破線で示した各曲線は、スリットマスク１３の一つのス
リットだけを通過した光束の強度分布を示す。そして、
これらを重ね合わせた実際の強度分布は、実線で示すよ
うになり、この分布は、前述のように８０μｍ間隔でピ
ークとなる。この間隔は一つのグループの間隔と等し
く、このため、スリットを通った光が投射されるそれぞ
れのグループの対応するセルの出力は等しくなる。

【００２９】尚、各スリットを通過する光束の広がり
（例えば光束の強度が２分の１に低下する半値幅）は、
ＣＣＤの数セル分程度とすることが望ましい。その理由
は、強度分布を適当に広げることによって、後述の信号
波形の周期化の際に、高次の高調波成分が小さくなり、
位置測定の誤差が少なくなるからである。仮に、焦点が
よく合って、光が一点に収束して一つのセルにしか当た
らなかったり、また、スポットが、図６の場合だと８セ
ル分の幅を大きく超える大きさになったりすると、後述
の位置検出のための演算ができなくなる。このため、光
源部１０のレンズアレー１４の位置を適当に調節して、
若干アンダーフォーカス又はオーバーフォーカス気味に
して焦点をずらし（デフォーカスし）、スポットの幅が
数セル分となるように調整する。

【００３０】図７は、図２に示すＣＣＤ２０の各セルか
らの出力信号を、それぞれのグループにおける対応する
セル同士について加算する加算回路を示す。すなわち、
加算回路４０_A は、Ｇ１グループのセルＡ₁ の出力、Ｇ
２グループのセルＡ₂ の出力、・・・・、Ｇ１６グルー
プのセルＡ₁₆の出力を加算して出力する。加算回路４０
_B 〜４０_H も、同様に各グループの対応するセルの出力
信号を加算する。加算回路４０_A 〜４０_H の出力を、そ
れぞれＯ_A 〜Ｏ_H とする。尚、実際は、ＣＣＤ２０の各
セルからの出力信号は、Ａ／Ｄ変換されたあと、各アド
レスがＣＣＤの各セルと１対１に対応したメモリに移さ
れ、ディジタル的に演算が行われるが、Ａ／Ｄ変換器等
の詳細な説明は省略する。

【００３１】ここで、まず、一つのスリットだけを通過
した光束のみに基づいて、光源部１０とＣＣＤ２０との
相対位置を求める方法について説明する。今、図１のス
リットマスク１３には、スリットマスク１３₁ のみが設
けられ、他のスリットは設けられていないと仮定する。
このように仮定した場合に得られる各加算回路４０_A〜
４０_H の出力Ｏ_A 〜Ｏ_H を、横軸に等間隔に並べると
（例えば加算回路４０_Aの出力Ｏ_H は、点Ａの縦軸の値
に対応する。以下同様である。）、図８（ａ）に示すよ
うな周期的な正弦波状の曲線Ｄ₁(x)となる。このように
すると、点Ａから点Ｈまでの１周期が、実際のＣＣＤ２
０のセルの１グループ分の長さ（８０μｍ）に対応す
る。

【００３２】このような周期関数Ｄ₁(x)が得られれば、
周知の演算回路（図示せず）を用いて、便宜的に定めた
基準点Ａからそのピーク値までの位相θを容易に、しか
も高い精度で求めることができる。このθを求めること
は、関数Ｄ₁(x)の第一次高調波の位相を求めることに対
応する。ここで、このθの求め方を簡単に説明する。図
８（ａ）に示す波形Ｄ₁(x)を、 Ｄ₁(x)＝Ａcos(ｘ−θ) とする。

【００３３】この式で、θは、図８（ａ）に示すよう
に、Ｄ₁(x)のピーク値の位相であり、この段階ではその
値は不明である。また、Ａは定数である。ここで、Ｄ
₁(x)に cosｘを掛けて１周期にわたって積分したものを
Ｃとすると、 Ｃ ＝ πＡ cosθ となる。これはフーリエ変換のリアル成分に該当する。
また、Ｄ₁(x)に sinｘを掛けて１周期にわたって積分し
たものをＳとすると、 Ｓ ＝ πＡ sinθ となる。これはフーリエ変換のイマジナリー成分に該当
する。したがって、 Ｓ／Ｃ ＝ tanθ であり、θは、 θ ＝ tan^-1（Ｓ／Ｃ） によって求めることができる。

【００３４】実際には、離散的にサンプリングしたデー
タを用いて計算を行う。例えば、図８（ａ）の周期関数
の１周期で８サンプリングしたデータ、すなわち、位相
角４５°間隔でサンプリングしたデータを考え、これを Ｄ₁(0)，Ｄ₁(1)，Ｄ₁(2)，Ｄ₁(3)，Ｄ₁(4)，Ｄ₁(5)，Ｄ
₁(6)，Ｄ₁(7) とする。これに対応して、１周期の cosｘを １，ｓ，０，−ｓ，−１，−ｓ，０，ｓ とし、１周期の sinｘを ０，ｓ，１，ｓ，０，−ｓ，−１，−ｓ とする。ここで、ｓ＝ cos４５°＝ sin４５°＝０．７
０７である。

【００３５】このようにすると、Ｃは、 Ｃ＝Ｄ₁(0)×１＋Ｄ₁(1)×ｓ＋Ｄ₁(2)×０＋Ｄ₁(3)×（−ｓ） ＋Ｄ₁(4)×（−１）＋Ｄ₁(5)×（−ｓ）＋Ｄ₁(6)×０＋Ｄ₁(7)×ｓ となり、Ｓは、 Ｓ＝Ｄ₁(0)×０＋Ｄ₁(1)×ｓ＋Ｄ₁(2)×１＋Ｄ₁(3)×ｓ ＋Ｄ₁(4)×０＋Ｄ₁(5)×（−ｓ）＋Ｄ₁(6)×（−１）＋Ｄ₁(7)×（−ｓ） となる。これからθは、 θ ＝ tan^-1（Ｓ／Ｃ） によって求めることができる。

【００３６】このようなθが求められたら、ＣＣＤ２０
に対する光源部１０の位置Ｌは、８０μｍを１周期３６
０°として、 Ｌ ＝ ８０μｍ × θ／３６０ によって求めることができる。なお、１周期８データで
サンプリングした場合には、７次及び９次又は１５次及
び１７次以上（サンプリング数をＮとすると、ｎＮ±１
次。ここでｎは自然数。）の高次の合成歪みが０．１％
あると、 tan^-1（０．００１）＝０．０５７° ０．０５７°／３６０°＝０．０００１６ より、１周期に対して最大で０．０１６％の誤差が生じ
る。例えば、図８（ａ）の信号波形から求められたθの
値が９０．２５°だとすれば、図８（ａ）の点ＡからＤ
₁(x)のピーク値までの距離Ｌは、上の式から、 Ｌ ＝ ２０．０６μｍ となり、誤差は±０．０１３μｍ程度となる。光源を適
当にデフォーカスして周期化すると、容易にこの程度の
合成歪みに抑えることができる。このようにして、１つ
のグループの範囲（８０μｍ）内で、正確な位置を求め
ることができる。尚、以上の位置検出の方法について
は、本出願人による平成７年３月１０日付けの特許出願
（特願平７−７９８１６）において詳述されている。

【００３７】上記では、図１におけるスリットマスク１
３には、単一のスリット１３₁ のみが設けられていると
して説明した。これとまったく同様にして、それぞれの
スリット１３₂ 〜１３₉ についても、単一のスリットの
みが設けられ、他のスリットがないと仮定すれば、上記
と図８（ａ）と同様の周期関数Ｄ₂(x)〜Ｄ₉(x)を考える
ことができる。そして、スリットマスク１３に設けられ
た各スリット１３₁ 〜１３₉ は、８０μｍ間隔で設けら
れているので、残りの周期関数Ｄ₂(x)〜Ｄ₉(x)は、図８
（ａ）に示す周期関数Ｄ₁(x)等しい位相となる。

【００３８】ところで、実際には、スリットマスク１３
には単一のスリットが設けられているのではなく、１３
₁ 〜１３₉ の９個のスリットが設けられている。そし
て、実際のＣＣＤ２０の表面上の光の強度分布も、図６
の実線に示すように、各スリットからの光の重ね合わせ
となっている。したがって、図７に示す加算回路４０_A
〜４０_H の出力を図８（ａ）と同じように示すと、図８
（ｂ）のような周期関数Ｄ(x) となる。これは９個の周
期関数Ｄ₁(x)〜Ｄ₉(x)を重ね合わせたものと等価な信号
波形である。そして、この周期関数Ｄ(x) は、図８
（ａ）の周期関数Ｄ₁(x)〜Ｄ₉(x)に比べて振幅が非常に
大きい。

【００３９】このため、単一のスリットからの光に基づ
くＤ₁(x)についてピークの位相を求めたのと全く同様に
して、周期関数Ｄ(x) についてピークの位相を求めるこ
とができる。その際、Ｄ(x) 振幅がＤ₁(x)、Ｄ₂(x)、・
・・、Ｄ₉(x)の振幅に比べて非常に大きいので、各スリ
ットからの光を重ね合わせた強度分布から位相を求める
場合に、各スリットから光の強度分布が正確に左右対称
でなかったり、または各スリットの間隔に多少の誤差が
あったとしても、図８（ｂ）のように各信号が重ねあわ
される結果、各信号波形の歪みは相殺され、結果的に非
常に正弦波に近い波形が得られる。このことは、単一の
スリットの場合に比べて、Ｓ／Ｎが大幅に向上すること
を意味する。したがって、より高い精度の位相測定、ひ
いては高い精度の距離測定が可能となる。また、以上の
説明より明らかなように、スリットの数を多くすれば、
それだけ位相測定の精度が向上するため、希望する精度
を考慮して、スリットの数を決定することができる。

【００４０】以上のようにして、大アドレスと小アドレ
スが求まれば、発光素子１１と発光素子１５の所定距離
から、光源部１０とＣＣＤ２０との相対的な位置が決定
される。すなわち、特定の二点間の距離もしくは長さを
求めたい場合には、二つの点のｘ軸上の位置をそれぞれ
に求め、これらの差をとればよい。例えば、第一の点の
位相がθ₁ で、これから小アドレスが３０μｍと求めら
れたとする。一方、この第一の点からの距離を求めたい
第二の点では位相がθ₂ であり、これから小アドレスが
５０μｍと求められたとする。また、大アドレスについ
ては、第一の点に比べて、第二の点が３だけ大きかった
とする。この場合に、第一及び第二の点の距離は、 ３ × ８０μｍ ＋ （５０μｍ − ３０μｍ） ＝ ２４０μｍ という計算によって２４０μｍとなる。

【００４１】図９（ａ）は、光源部の他の例を示す概略
断面図、同図（ｂ）はこの光源部に用いるマスクの一部
を拡大して示した概略平面図である。図１の光源部１０
では、発光素子１５を発光素子１１から離間して設けた
が、図９（ａ）の光源部５０では、小アドレス測定用の
発光素子５１と大アドレス測定用の発光素子５５を近接
させて設ける。また、マスク５３は写真フィルムからな
り、後述のように濃度変調がなされている。マスク５３
は、図１のスリットマスク１３に比べて、ＣＣＤ２０の
表面により近づけてあり、発光素子５１及び５５と共
に、ＣＣＤ２０に対して並進移動可能とされている。こ
のように、マスク５３とＣＣＤ２０とを近接させること
により、両者の熱的密着性が向上し、熱膨張によるずれ
を最小限に抑えることができるという利点がある。

【００４２】この場合、たとえば発光素子５１は青色と
し、発光素子５５は赤色とする。また、発光素子５１の
光は、図９に点線で示す広い角度範囲でマスク５３に対
して照射される。これに対し、発光素子５５の光は、Ｃ
ＣＤ２０の表面において図４に示す曲線３２と略同様の
強度分布のスポット光となるように、レンズ５４によっ
て適当な角度範囲に絞られる。

【００４３】マスク５３は、写真フィルムからなり、そ
の濃度が図９（ｂ）の５３ａに示すような正弦波状に変
化する赤色の濃淡を付けてある（濃度変調という）。こ
の濃度変調の周期は８０μｍである。かかるスリットに
発光素子５１からの青色の光が照射されると、赤色の濃
度が高い所ほど青色光の透過率が低く、濃度が低い所ほ
ど青色光の透過率が高い。したがって、このマスク５３
を透過した赤色光の強度は、濃度変調の周期に対応し
て、図６に実線で示すように正弦波状に変化する。この
ため、マスク５３は、青色の発光素子５１に対しては、
図１の散乱板１２、スリットマスク１３、レンズアレー
１４を組み合わせたものと同様の役割を果たし、したが
って、発光素子５１からの光に基づいて小アドレスの測
定を行うことが可能となる。一方、発光素子５５からの
赤色光は、赤色の濃淡を有するマスク５３に対し、濃度
変調に関係なく同一の透過率で透過する。したがって、
赤色の発光素子５５からの光は、ＣＣＤ２０の面上にス
ポット状の輝点となり、これに基づいて大アドレスの測
定が可能となる。

【００４４】図１０（ａ）は、本発明の第二実施例であ
る距離測定装置の概略平面図であり、同図（ｂ）は同図
（ａ）の装置を矢印ａの方向から見た状態を示す概略側
面図である。同図（ａ）に示すように、ＣＣＤ６０は、
四つの領域６０₁ 〜６０₄ に分割されており、このうち
６０₁ 及び６０₃ の領域が、距離測定に寄与する。本実
施例ではＣＣＤ６０は固定され、この上に設けられた移
動部材７０は、ＣＣＤ６０に対して二次元的に並進移動
可能とする。また、移動部材７０は、その中心０が、図
１０（ａ）に破線で示す領域に含まれる範囲内で自由に
移動することができる。

【００４５】図１０（ｂ）に示すように、移動部材７０
の下面には、二つの光源部８０_x 、８０_y が設けられて
いる。光源部８０_x は、ＣＣＤ６０のうち６０₁ の領域
と協働して、移動部材７０のｘ軸方向における位置を測
定する。また、光源部８０_yは、ＣＣＤ６０のうち６０
₃ の領域と協働して、移動部材７０のｙ軸方向における
位置を測定する。尚、光源部８０_x 及び８０_y は、図１
に示す光源部１０または図９に示す光源部５０を利用す
ることができる。この場合、スリットマスク１３又はマ
スク５３に設けられるスリットの方向は、８０_x と８０
_y とでは９０°異なる。

【００４６】図１０に示す距離測定装置を、例えば顕微
鏡の被検査物の長さの測定に適用する場合には、被検査
物の測定したい部分の一方の端部に視野内の指標を一致
させ、本距離測定装置をリセットする。かかる操作によ
って、その点から、次に指標を合わせた点までの距離を
測定するものとする。したがって、リセット後に、試料
の他方の端部に指標を一致させれば、あとは自動的にそ
の間の二点間の距離が計算される。

【００４７】図１１（ａ）は、本発明の第三実施例であ
る距離測定装置の概略断面図、同図（ｂ）は、この装置
の光源部に用いるマスクの一部を拡大して示した概略平
面図である。本実施例の距離測定装置の光源部９０は、
大アドレス測定用の青色（Ｂ）ＬＥＤ９１及びレンズ９
２、ｘ軸方向の小アドレス測定用の赤色（Ｒ）ＬＥＤ９
４、ｙ軸方向の小アドレス測定用の緑色（Ｇ）ＬＥＤ９
６を備え、更に、図１１（ｂ）に示すような特別のマス
ク９８を有している。また、ＣＣＤ１００は、多数のセ
ルがｘ軸方向及びｙ軸方向に二次元的に配置されてい
る。マスク９８をＣＣＤ１００に近接させてある点は図
９の場合と同様であり、したがって、両者の熱的密着性
を向上させ、熱膨張によるずれを最小限に抑えることが
できる。

【００４８】マスク９８は、図９（ｂ）のマスク５３と
同様に、濃度変調がなされているが、本実施例では、図
１１（ｂ）に示すように、ｘ軸方向にはＬＥＤ９４から
の赤色光（Ｒ）に対する透過率が９８ａに示す正弦波状
の変化をするように、また、ｙ軸方向にはＬＥＤ９６か
らの緑色光（Ｇ）に対する透過率が９８ｂに示す正弦波
状の変化をするように濃度変調がなされている。すなわ
ち、ｘ軸方向では、点線の位置で赤色光の透過率が最も
高く、ｙ軸方向では、一点鎖線の位置で緑色光の透過率
が最も高い。更に、ＬＥＤ９１からの青色光（Ｂ）に対
しては、全面において一定の透過率となるようにされて
いる。

【００４９】本実施例装置では、上記のような構成によ
り、第二実施例の装置と同様に、二次元の位置測定及び
距離測定が可能となる。この場合、青色のＬＥＤ９１を
点灯して大アドレスを測定したあと、小アドレスを測定
する場合には、例えば、まず赤色のＬＥＤ９４を点灯し
てｘ軸方向の位置を求め、次に、緑色のＬＥＤ９６を点
灯してｙ軸方向の位置を求める。本実施例によれば、図
１０に示す第二実施例の場合に比べて、ＣＣＤ６０の寸
法を小さくできるという利点がある。

【００５０】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、その要旨の範囲内で種々の変更が可能であ
る。例えば、上記実施例では受光素子としてＣＣＤを用
いた場合について説明したが、これ以外にも、例えばフ
ォトトランジスタ、フォトダイオードその他の受光素子
を用いることができる。また、スリットマスクとして
は、上記のような写真フィルムに限られず、例えば半導
体製造工程において行われる微細加工技術を用いて透光
部と非透光部を交互に配置したものを利用することもで
きる。更に、上記各実施例では、複数のスリットを有す
るスリットマスクを利用して本発明の複数の第二の光源
を得た場合について説明したが、本発明はこれに限定さ
れることはなく、スリットに対応する位置に個別に発光
素子を形成した半導体デバイス等を用いることも可能で
あることはいうまでもない。また、本装置の適用分野
は、上記以外にも、一次元の長さ測定だけを行う場合を
含めて、種々の分野に適用することが可能である。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
グループ分けされた受光素子によって得られる、複数の
光源からの光に基づいて、信号強度を周期関数化するこ
とにより、一つの光源だけからの光を周期関数化する場
合に比べて、信号振幅が大きくなり、しかもこの効果は
光源の数を増加させるだけでより大きくなるので、ノイ
ズの割合を相対的に低減でき、非常に高い精度での位置
測定が可能となる。特に、複数の光源を得る方法とし
て、単一の背景光源からの光を、複数のスリットを有す
るスリットマスクを通過させるようにすれば、単一の光
源でありながら等価的に複数の光源とみなしうる光源が
容易に得られ、しかも、各光源どうしの間隔を正確に配
置できるため測定精度も向上するという利点がある。そ
して、かかる測定を、ｘ軸方向及びｙ軸方向の両方で行
うことにより、二次元的な位置測定も可能となり、高い
精度での位置測定が要請されるあらゆる分野に適用可能
であり、更に、受光素子又は光源の数を増やすことによ
って、その分解能に較べ大きな距離までの測定が可能と
なる位置測定装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例である距離測定装置の主要
部であり、受光手段であるＣＣＤ及びこのＣＣＤの表面
に対向して設けられた光源部の様子を示す概略断面図で
ある。

【図２】ＣＣＤの表面部分を拡大した概略断面図であ
る。

【図３】一つのグループに属する各セルからの出力を加
算する加算回路の概略ブロック図である。

【図４】単一の発光素子だけを点灯したときの、ＣＣＤ
面上の強度分布を示す概略図である。

【図５】図３の加算回路の加算結果の一例を示す図であ
る。

【図６】スリットマスクの各スリットを通過する光のＣ
ＣＤ面上における強度分布を示す図である。

【図７】全てのグループの対応するセルからの出力を加
算する加算回路の概略ブロック図である。

【図８】図７の加算回路からの出力信号に基づいて得ら
れる周期関数の波形の概略を示した波形図である。

【図９】二つの発光素子を近接して設けた光源部の例を
示す概略断面図（ａ）及びこの光源部に用いるスリット
マスクの一部を拡大して示した概略平面図（ｂ）であ
る。

【図１０】本発明の第二実施例である距離測定装置の概
略平面図（ａ）及び概略側面図（ｂ）である。

【図１１】本発明の第三実施例である距離測定装置の概
略断面図（ａ）およびこの装置の光源部に用いるマスク
の一部を拡大して示した概略平面図（ｂ）である。

【符号の説明】

１０、５０、８０_x 、８０_y 、９０ 光源部 １１、１５、５１、５５ 発光素子 １２ 散乱板 １３ スリットマスク １３₁ 〜１３₉ スリット １４ レンズアレー ２０、６０、１００ ＣＣＤ ３０₁ 〜３０₁₆、４０_A 〜４０_H 加算回路 ５３、９８ マスク ５４、９２ レンズ ９１、９４、９６ ＬＥＤ Ａ₁ 、Ｂ₁ 、・・・、Ｇ₁₆、Ｈ₁₆ ＣＣＤのセル

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ｘ軸方向に等間隔で直線的に配列したｐ
   個の受光素子を、各グループにｑ個ずつ、ｒ個のグルー
   プに分けて構成された受光手段と（ｐ＝ｑ×ｒ）、 前記受光手段のグループの間隔と等しい間隔に設けられ
   それぞれが前記受光手段に対し所定の強度分布で光を投
   射する複数の光源が、前記受光手段に対向するよう配置
   され、ｘ軸方向に並進移動可能とされた光源手段と、 前記各受光素子が前記光源からの光を受光したときに、
   それぞれのグループにおける対応する受光素子の出力信
   号を加算してｑ個の信号として出力する加算手段と、 を具備し、前記加算手段による加算の結果得られるｑ個
   の値を周期関数化し、この周期関数の位相を求めること
   によって、１グループの範囲内における前記光源手段の
   前記受光手段に対するｘ軸方向の相対位置を求めること
   を特徴とする位置測定装置。
2. 【請求項２】 前記複数の光源は、単一の背景光源から
   の光を複数のスリットを有するスリットマスクに投射
   し、前記各スリットを通過する光を複数の光源として用
   いることを特徴とする請求項１記載の位置測定装置。
3. 【請求項３】 前記複数の光源は、単一の背景光源から
   の光を光透過率が正弦波状に周期的に変化するマスクに
   投射し、前記マスクの光透過部分からの光を複数の光源
   として用いることを特徴とする請求項１記載の位置測定
   装置。
4. 【請求項４】 ｘ軸方向に等間隔で直線的に配列したｐ
   個の受光素子を、各グループにｑ個ずつ、ｒ個のグルー
   プに分けて構成された受光手段と（ｐ＝ｑ×ｒ）、 前記受光手段に対し所定の強度分布で光を投射する単一
   の第一の光源と、前記受光手段のグループの間隔と等し
   い間隔に設けられそれぞれが前記受光手段に対し所定の
   強度分布で光を投射する複数の第二の光源とが、前記受
   光手段に対向するよう配置され、ｘ軸方向に並進移動可
   能とされた光源手段と、 前記各受光素子が前記第一の光源からの光を受光したと
   きに、それぞれのグループに属するｑ個の受光素子の出
   力信号を加算する第一の加算手段と、 前記各受光素子が前記第二の光源からの光を受光したと
   きに、それぞれのグループにおける対応する受光素子の
   出力信号を加算してｑ個の信号として出力する第二の加
   算手段と、 を具備し、前記第一の加算手段の加算結果から前記光源
   手段の前記受光手段に対するｘ軸方向の相対位置をグル
   ープ単位で求めるとともに、前記第二の加算手段による
   加算の結果得られるｑ個の値を周期関数化し、この周期
   関数の位相を求めることによって、１グループの範囲内
   における前記光源手段の前記受光手段に対するｘ軸方向
   の相対位置を求め、これにより前記光源手段の前記受光
   手段全体に対するｘ軸方向の相対位置を求めることを特
   徴とする位置測定装置。
5. 【請求項５】 前記第二の光源は、単一の背景光源から
   の光を複数のスリットを有するスリットマスクに投射
   し、前記各スリットを通過する光を複数の光源として用
   いることを特徴とする請求項４記載の位置測定装置。
6. 【請求項６】 前記第二の光源は、単一の背景光源から
   の光を光透過率が正弦波状に周期的に変化するマスクに
   投射し、前記マスクの光透過部分からの光を複数の光源
   として用いることを特徴とする請求項４記載の位置測定
   装置。
7. 【請求項７】 前記マスクは、前記単一の第一の光源か
   らの光はすべて透過し、前記第一の光源と前記背景光源
   を近接して設けたことを特徴とする請求項６記載の位置
   測定装置。
8. 【請求項８】 ｘ軸方向に等間隔で配列したｐ個の第一
   の受光素子を、各グループにｑ個ずつ、ｒ個のグループ
   に分け（ｐ＝ｑ×ｒ）、かつ、ｙ軸方向に等間隔で配列
   したｓ個の第二の受光素子を、各グループにｔ個ずつ、
   ｕ個のグループに分けて（ｓ＝ｔ×ｕ）構成された受光
   手段と、 前記第一の受光素子に対し所定の強度分布で光を投射す
   る単一の第一の光源と、前記第一の受光素子のグループ
   の間隔と等しい間隔に設けられそれぞれが前記第一の受
   光素子に対し所定の強度分布で光を投射する複数の第二
   の光源とが、前記受光手段に対向するよう配置され、か
   つ、前記第二の受光素子に対し所定の強度分布で光を投
   射する単一の第三の光源と、前記第二の受光素子のグル
   ープの間隔と等しい間隔に設けられそれぞれが前記第二
   の受光素子に対し所定の強度分布で光を投射する複数の
   第四の光源とが、前記受光手段に対向するよう配置さ
   れ、ｘ−ｙ平面内において並進移動可能とされた光源手
   段と、 前記第一の受光素子が前記第一の光源からの光を受光し
   たときに、それぞれのグループに属するｑ個の受光素子
   の出力信号を加算する第一の加算手段と、 前記第一の受光素子が前記第二の光源からの光を受光し
   たときに、それぞれのグループにおける対応する受光素
   子の出力信号を加算してｑ個の信号として出力する第二
   の加算手段と、 前記第二の受光素子が前記第三の光源からの光を受光し
   たときに、それぞれのグループに属するｔ個の受光素子
   の出力信号を加算する第三の加算手段と、 前記第二の受光素子が前記第四の光源からの光を受光し
   たときに、それぞれのグループにおける対応する受光素
   子の出力信号を加算してｔ個の信号として出力する第四
   の加算手段と、 を具備し、前記第一の加算手段の加算結果から前記光源
   手段の前記受光手段に対するｘ軸方向の相対位置をグル
   ープ単位で求めるとともに、前記第二の加算手段による
   加算の結果得られるｑ個の値を周期関数化し、この周期
   関数の位相を求めることによって、１グループの範囲内
   における前記光源手段の前記受光手段に対するｘ軸方向
   の相対位置を求め、かつ、前記第三の加算手段の加算結
   果から前記光源手段の前記受光手段に対するｙ軸方向の
   相対位置をグループ単位で求めるとともに、前記第四の
   加算手段による加算の結果得られるｔ個の値を周期関数
   化し、この周期関数の位相を求めることによって、１グ
   ループの範囲内における前記光源手段の前記受光手段に
   対するｙ軸方向の相対位置を求め、これにより前記光源
   手段の前記受光手段全体に対するｘ−ｙ平面内における
   相対位置を求めることを特徴とする位置測定装置。
9. 【請求項９】 前記第二及び第四の光源のいずれか一方
   又は両方は、単一の背景光源からの光を複数のスリット
   を有するスリットマスクに投射し、前記各スリットを通
   過する光を複数の光源として用いることを特徴とする請
   求項８記載の位置測定装置。
10. 【請求項１０】 合計ｐｓ個の受光素子をｘ軸方向にｐ
    個ずつ、ｙ軸方向にｓ個ずつ二次元的に配列するととも
    に、ｘ軸方向については各グループにｑ個ずつｒ個のグ
    ループに（ｐ＝ｑ×ｒ）、ｙ軸方向については各グルー
    プにｔ個ずつｕ個のグループに（ｓ＝ｔ×ｕ）それぞれ
    グループ分けした受光手段と、 第一の色の光を発する第一の光源、第二の色の光を発す
    る第二の光源、第三の色の光を発する第三の光源からな
    る光源手段と、 前記光源手段とともに前記受光手段に対向して並進移動
    可能とされ、更に、前記第一の色の光に対する透過率が
    ｘ軸方向に沿って前記受光素子のｘ軸方向の一つのグル
    ープの間隔と等しい周期となるよう正弦波状に変化し、
    前記第二の色の光に対する透過率がｙ軸方向に沿って前
    記受光素子のｙ軸方向の一つのグループの間隔と等しい
    周期となるよう正弦波状に変化し、かつ、前記第三の色
    の光に対する透過率は全面において略一定となるように
    濃度変調したマスクと、 前記第三の光源を点灯したときに、ｘ軸方向におけるそ
    れぞれのグループに属する受光素子の出力信号を加算し
    てｒ個の出力を得るとともに、ｙ軸方向におけるそれぞ
    れのグループに属する受光素子の出力信号を加算してｕ
    個の出力を得る第一の加算手段と、 前記第一の光源を点灯したときに、ｘ軸方向におけるそ
    れぞれのグループの対応する受光素子の出力信号同士を
    加算してｑ個の信号として出力する第二の加算手段と、 前記第二の光源を点灯したときに、ｙ軸方向におけるそ
    れぞれのグループの対応する受光素子の出力信号同士を
    加算してｔ個の信号として出力する第三の加算手段と、 を具備し、前記第一の加算手段の加算結果からｘ軸方向
    及びｙ軸方向の位置をグループ単位で求めるとともに、
    前記第二の加算手段による加算結果から得られるｑ個の
    値を周期関数化し、この周期関数の位相を求めることに
    よって、ｘ軸方向における１グループの範囲内での位置
    を求め、かつ、前記第三の加算手段による加算結果から
    得られるｔ個の値を周期関数化し、この周期関数の位相
    を求めることによってｙ軸方向における１グループの範
    囲内での位置を求め、これらから前記光源手段の前記受
    光手段全体に対するｘ−ｙ平面内における相対位置を求
    めることを特徴とする位置測定装置。