JPH10253397A

JPH10253397A - 位置測定装置

Info

Publication number: JPH10253397A
Application number: JP6151297A
Authority: JP
Inventors: Koji Ichigaya; 弘司市ヶ谷
Original assignee: SEFUTO KENKYUSHO KK
Current assignee: SEFUTO KENKYUSHO KK
Priority date: 1997-03-14
Filing date: 1997-03-14
Publication date: 1998-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構造で製造が容易となる微差方式の位
置測定装置を提供する。【解決手段】受光部１０と光源３０は、連結部材４０
によって一体的構造とされ、横断面が略横向きのコの字
形をしている。スリットマスク２０は、長手方向の一辺
が受光部１０と光源３０の間の凹部に挟まれた状態で、
受光部１０及び光源３０に対してｘ方向に移動可能とさ
れる。スリットマスク２０の受光部１０と光源３０の間
の凹部に挟まれた部分には、略長手方向の全体にわたっ
てスリット形成領域２０ａが設けられており、ここには
ｙ方向に多数のスリットが刻まれている。光源３０は平
面光源とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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】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】そこで、本出願人は、先に、あらゆる分野
に適用可能な、種々の方式に基づく位置測定装置につい
て、以下の一連の特許出願を行った。特願平７−７９８１６（単一光源方式）特願平７−１４５３３９（複数光源方式）特願平７−１８８９９２（微差方式）特願平８−１３４８０（干渉方式）特願平８−１３４８１（干渉微差方式）これらの特許出願に係る一連の発明は、それぞれ巧みな
方法で精密な位置測定を可能としている。また、これら
の各方式は、いずれも直線に移動する場合の相対位置だ
けでなく、同一の軸の周りに相対回転可能な二つの要素
の相対回転角の測定にも適用できるので、高精度のロー
タリーエンコーダを実現することを可能とする。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の種々
の方式のうち、微差方式による位置測定装置では、光源
としてスリットを用いる場合、受光部の光電変換素子を
スリットの配列間隔と僅かに異なる間隔で多数配置する
必要がある。この多数の光電変換素子は１グループに、
スリットの配列間隔と光電変換素子の配列間隔に依存し
て決まる一定の数ずつ含まれるようにグループ分けされ
る。この場合、グループ数が多ければそれだけ位置測定
の精度は高くなるが、あるグループ数を越えると精度向
上の効果は少なくなり、また、グループ数が多くなると
多数の光電変換素子を正確な位置に配置して製造するの
が難しくなる等の理由で製造コストが嵩む。一方、最低
１グループ分の光電変換素子があれば微差方式に基づく
位置測定は可能であり、したがって精度及び製造コスト
等を考慮して適当なグループ数の受光部とすることが望
ましい。

【０００７】本発明は、上記事情に基づいてなされたも
のであり、簡単な構造で製造が容易となる微差方式の位
置測定装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの第一の発明は、一辺に沿ったスリット形成領域に、
当該一辺と垂直な方向に切り込まれたスリットが当該一
辺のほぼ全体にわたり所定間隔で形成された長方形のス
リットマスクと、前記スリットマスクのスリット形成領
域に光を投射するよう前記スリット形成領域に沿って配
置された光源と、前記スリットマスクを挟んで前記光源
と反対の側に配置され、前記スリット形成領域と対向す
る部分に複数の光電変換素子が前記スリットの配列間隔
と僅かに異なる所定の間隔で直線状に配列されている受
光部と、前記光源から光を投射されたときに前記受光部
の各光電変換素子から出力される信号を処理して前記ス
リットマスクと前記受光部との相対位置を算出する回路
部とを有する位置測定装置であって、前記スリットマス
クの前記スリット形成領域の長さを最大測定長と略同じ
長さとし、且つ前記受光部の長さを前記スリット形成領
域の長さに比べて十分短くしたことを特徴とする。

【０００９】上記の目的を達成するための第二の発明
は、外縁近傍のスリット形成領域に、半径方向に切り込
まれたスリットが全周にわたり所定間隔で形成された円
盤状のスリットマスクと、前記スリットマスクのスリッ
ト形成領域に光を投射するよう前記スリット形成領域に
沿って配置された光源と、前記スリットマスクを挟んで
前記光源と反対の側に配置され、前記スリット形成領域
と対向する部分に複数の光電変換素子が前記スリットの
配列間隔と僅かに異なる所定の間隔で配列されている受
光部と、前記光源から光を投射されたときに前記受光部
の各光電変換素子から出力される信号を処理して前記ス
リットマスクと前記受光部との相対回転角を算出する回
路部とを有する位置測定装置であって、前記受光部の前
記スリット形成領域に沿った長さを前記スリット形成領
域の円周長に比べて十分短くしたことを特徴とする。

【００１０】上記第一及び第二の発明において、前記光
源と前記受光部を一体的構造とし、その横断面を、凹部
にスリットマスクを挟むコ字状としてもよい。本発明
は、上記より、スリットの間隔と光電変換素子の間隔が
ｎ：ｍ（ｎとｍは整数とする）とすると、光電変換素子
ｍ個分の距離（＝スリットｎ個分の距離）が受光分の１
グループ分の長さとなる。すなわち、ｍ個分隔てた光電
変換素子同士は、スリットを透過して受光する光の量が
同じであり、したがって最低１グループ分の光電変換素
子があれば、各光電変換素子からの出力信号を周期関数
化して、その位相からスリット間隔の範囲内で、スリッ
トマスクと受光部との相対位置を詳細に算出できる。こ
のように光電変換素子の数を抑えることによって、装置
を簡素化でき、製造コストを低減できる。

【００１１】また、測定長の全体にわたって一定の精度
で位置測定を行うためには、受光部全体がスリットマス
クのスリット形成領域と重なる範囲でスリットマスクと
受光部とを相対移動させる必要がある。このため、受光
部の長さが長くなると、一定の精度で位置測定を行うこ
とができる長さがスリットマスクの長さに比べて短くな
る。しかし、受光部の長さをスリット形成領域の長さに
比べて十分短くすることによって、一定の精度で位置測
定を行うことができる範囲が長くなる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して本発明の
一実施形態について説明する。尚、本発明は、微差方式
に基づいているため、まず微差方式による位置測定の原
理について説明する。図１は、微差方式に基づく位置測
定の原理を説明するための概略断面図である。図１に示
すように、この方式の位置測定装置では、受光部１０と
スリットマスク２０を用いる。直線的に相対移動可能な
二つの要素、すなわち相対位置を測定使用とする二つの
要素の一方に受光部１０を、他方にスリットマスク２０
を取り付ける。このとき受光部１０の光電変換素子の配
列方向及びスリットマスク２０のスリットの配列方向
が、二つの要素が相対移動する方向と一致するように、
かつ互いに対向するように配置する。

【００１３】スリットマスク２０には、図１の紙面に垂
直な方向に切り込まれた多数のスリット２１₁，２
１₂，・・・（これらを符号２１で代表して示す）が、
一例として１０μｍ間隔でＸ軸方向に配列されている。
スリットマスク２０の上部には、光源（図示せず）が設
けられている。この光源は、スリットマスク２０に投射
される光がほぼ平行と考えることができる程度に、スリ
ットマスク２０と受光部１０の間隔に比べて十分遠くに
配置する。光源は、受光部１０の全体がスリットを通っ
た光を受光できれば、原理上スリットマスク２０と共に
移動するか、受光部１０と共に移動するか、また、固定
されているかを問わない。

【００１４】スリットマスク２０に投射された光のう
ち、スリット２１を通過した光だけが、所定の角度αの
広がりをもって受光部１０の表面へ投射される。スリッ
トマスク２０は、受光部１０に平行に配置され、受光部
１０との距離を一定に保ったままｘ軸方向に並進移動で
きる。受光部１０の表面には、多数の光電変換素子（ホ
トダイオード、ホトトランジスタ、ＣＣＤ等）が、スリ
ット２１の間隔１０μｍと僅かに異なる１１μｍ間隔
で、ｘ軸方向に直線状に配置されている。これらの光電
変換素子は、連続する１０個の光電変換素子で一つのグ
ループを形成している。この１グループに属する光電変
換素子の数は、スリット２１と光電変換素子の配列間隔
の違いに依存する。ここでは、各グループに属する光電
変換素子をアルファベットの大文字Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｌ，
Ｍ，Ｎ，Ｏ，Ｐ，Ｑ，Ｒで区別するものとし、また、そ
れぞれの光電変換素子が属するグループの番号をアルフ
ァベットの添字で表示する。

【００１５】図１は、第ｎ番目のグループの最も左に位
置する光電変換素子Ｉ_nの真上にスリットマスク２０の
一つのスリット２１₁が来ている状態を示している。こ
の状態で、光電変換素子Ｉ_nは受光可能な光の最大量を
受け、その出力値は最大となる。また、各光電変換素子
の間隔と各スリットの間隔が上記のように僅かに異なる
ため、Ｉ_nの隣の光電変換素子Ｊ_nとその上のスリット
２１₂の位置は僅かにずれ、光電変換素子Ｊ_nの出力値
は、最大値よりわずかに小さくなっている。以下、同様
に、右側に行くに従って光電変換素子の出力値は徐々に
小さくなり、光電変換素子Ｎ_nにおいて出力値が最小と
なる。その後は増加に転じ、第ｎ＋１グループの光電変
換素子Ｉ_n+1では再び真上にスリット２１₁₂が来て、そ
の出力値は再び最大となる。

【００１６】受光部１０の各光電変換素子及びスリット
マスク２０の各スリットを上記の間隔で配置したことに
より、光の投射範囲に含まれるすべてのグループにおけ
る各光電変換素子の出力値の変化の仕方は、第ｎグルー
プの対応する光電変換素子の出力値の変化の仕方と同じ
になる。したがって、受光部１０全体の光電変換素子の
出力値を棒グラフにして順番に並べると、その包絡線は
正弦波状の変化を示し、各グループの対応する光電変換
素子の出力値は同じになる。そして、各グループの対応
する光電変換素子の出力値を相互に加算して１０個の加
算値を求め、これを棒グラフにして順番に並べると、そ
の包絡線は図２のようなより振幅の大きな正弦波状の周
期関数Ｄ(x) となる。同図においてＩ，Ｊ，Ｋ，Ｌ，
Ｍ，Ｎ，Ｏ，Ｐ，Ｑ，Ｒは上記の加算値を示し、それぞ
れＩ＝Ｉ₁＋Ｉ₂＋・・・＋Ｉ_n＋・・・Ｊ＝Ｊ₁＋Ｊ₂＋・・・＋Ｊ_n＋・・・Ｋ＝Ｋ₁＋Ｋ₂＋・・・＋Ｋ_n＋・・・Ｌ＝Ｌ₁＋Ｌ₂＋・・・＋Ｌ_n＋・・・Ｍ＝Ｍ₁＋Ｍ₂＋・・・＋Ｍ_n＋・・・Ｎ＝Ｎ₁＋Ｎ₂＋・・・＋Ｎ_n＋・・・Ｏ＝Ｏ₁＋Ｏ₂＋・・・＋Ｏ_n＋・・・Ｐ＝Ｐ₁＋Ｐ₂＋・・・＋Ｐ_n＋・・・Ｑ＝Ｑ₁＋Ｑ₂＋・・・＋Ｑ_n＋・・・Ｒ＝Ｒ₁＋Ｒ₂＋・・・＋Ｒ_n＋・・・によって求められる。

【００１７】ここで、図１において、受光部１０を固定
し、スリットマスク２０を少しずつ左側（−ｘ方向）に
移動させたときに、光電変換素子Ｉ_nの出力値がどのよ
うに変化するかを考える。スリットマスク２０が左側に
移動すると、その真上のスリット２１₁が光電変換素子
Ｉ_nの位置から移動し、その結果光電変換素子Ｉ_nが受
ける光の量は徐々に減少する。スリットマスク２０が約
５μｍ移動すると、光電変換素子Ｉ_nの受光量は最小に
なる。しかし、移動量が５μｍを超えると、隣のスリッ
ト２１₂から受ける光の量が多くなるため、光電変換素
子Ｉ_nの受光量は増加に転じる。そして、スリットマス
ク２０が１０μｍ移動するとスリット２１₂が光電変換
素子Ｉ_nの真上に来て、光電変換素子Ｉ_nは、再び受光
可能な光の最大量を受ける。

【００１８】したがって、光電変換素子Ｉ_nの出力値
は、スリットマスク２０が１０μｍ移動するごとに１周
期分変化する。位相は異なるが、１周期の変化をすると
いう点では他の光電変換素子も同様である。すなわち、
スリットマスク２０が１０μｍ移動するごとに各光電変
換素子の出力値はそれぞれの位相で１周期分変化するの
で、図２に示す正弦波はスリットマスク２０が１０μｍ
移動するごとに、１周期の変化を示すことが分かる。こ
のことは、図２の正弦波の１周期に対応する実距離が１
０μｍであることを示している。

【００１９】上記の説明から明らかなように、特定の光
電変換素子、例えば図１の光電変換素子Ｉ_nについてそ
の出力値を常時モニターしていれば、スリットマスク２
０が１０μｍ移動するごとに、この出力値はピークとな
る。したがって、所定の回路手段を用いて出力値をパル
ス信号に変換し、そのパルス数をカウントすることによ
って、スリットマスク２０が受光部１０に対して何スリ
ット分移動したかが分かる。したがってスリットマスク
２０の最初の位置が分かっていれば、スリット間隔を単
位として受光部１０に対するスリットマスク２０の位置
を知ることができる。本明細書では、このスリット間隔
を単位としたスリットマスク２０の位置を「スリットア
ドレス」と呼ぶ。そして、スリットアドレス内において
更に詳細な位置を示すアドレスを「局所アドレス」と呼
ぶこととする。スリットアドレスと局所アドレスが求ま
れば、受光部１０に対するスリットマスク２０の相対位
置が特定される。

【００２０】局所アドレスについては、図２に示した正
弦波状の周期関数のピークの位相（Ｉの点からピークの
点までの位相角）を求めることによって算出することが
できる。尚、図２の周期関数Ｄ(x) は、図１の状況、す
なわち光電変換素子Ｉ_nの真上にスリット２１₁が来て
いる状況に対応しているのでピークの位相が０°である
が、一般にはピークの位相は０°から３６０°までの任
意の角度値をとる。この角度をθ₁とする。図２のよう
な周期関数Ｄ(x) が得られれば、周知の演算回路（図示
せず）を用いて、Ｄ(x) のピーク値までの位相θ₁を容
易に、しかも高い精度で求めることができる。このθ₁
を求めることは、関数Ｄ(x) の第一次高調波の位相を求
めることに対応する。

【００２１】図２に示す周期関数Ｄ(x) を、Ｄ(x) ＝Ａcos(ｘ−θ₁) と表すことができる。この式で、θ₁は、図２に示すよ
うに、Ｄ(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
(x) にcos ｘ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 cosθ₁ 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、Ｄ(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 sinθ₁ 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＝ tanθ₁ であり、θ₁は、 θ₁ ＝ tan^-1（Ｓ／Ｃ）によって求めることができる。

【００２２】実際の演算では、離散的にサンプリングし
たデータを用いて計算する。例えば位相角４５°間隔で
サンプリングしたデータ（１周期８サンプリング）を考
え、これをＤ(0) ，Ｄ(1) ，Ｄ(2) ，Ｄ(3) ，Ｄ(4) ，Ｄ(5) ，Ｄ
(6) ，Ｄ(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を示すものとする。

【００２３】このようにすると、Ｃは、Ｃ＝Ｄ(0) ×１＋Ｄ(1) ×ｓ＋Ｄ(2) ×０＋Ｄ(3) ×
（−ｓ）＋Ｄ(4) ×（−１）＋Ｄ(5) ×（−ｓ）＋Ｄ(6) ×０＋
Ｄ(7) ×ｓとなり、Ｓは、Ｓ＝Ｄ(0) ×０＋Ｄ(1) ×ｓ＋Ｄ(2) ×１＋Ｄ(3) ×
ｓ＋Ｄ(4) ×０＋Ｄ(5) ×（−ｓ）＋Ｄ(6) ×（−１）＋
Ｄ(7) ×（−ｓ）となり、このＳとＣの値は簡単な計算によって求められ
る。したがって、これからθ₁は、 θ₁ ＝ tan^-1（Ｓ／Ｃ）によって求めることができる。

【００２４】このようなθ₁が求められたら、受光部１
０に対するスリットマスク２０の局所アドレスｌ₁は、
１０〔μｍ〕を１周期３６０°として、ｌ₁＝１０〔μｍ〕 × θ₁／３６０（１）によって求めることができる。例えば、θ₁の値が９
０．２５°だとすれば、局所アドレスｌ₁は、上の式か
ら、ｌ₁＝２０．０６〔μｍ〕となる。

【００２５】図３は、微差方式による位置測定装置のブ
ロック図である。同図に示すように、この位置測定装置
は、受光部１０を構成する多数の光電変換素子１１と、
対応する光電変換素子の出力を増幅する多数のアンプ１
２と、各アンプ１２からの出力信号を単一の伝送路に送
出するためのマルチプレクサ１３と、アナログ信号をデ
ィジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路１４と、上記の
原理説明で述べた計算を行ってスリットアドレス及び局
所アドレスをを算出する演算回路１５からなる。

【００２６】ここまでは、光電変換素子及びスリットが
直線状に配置され、受光部及びスリットマスクもこの直
線と平行に相対移動するものとして説明した。しかし、
微差方式による位置測定は、以下のようにして、回転角
の測定にも適用することができる。すなわち、スリット
マスクを円盤状とし、その外縁近傍の周全体に半径方向
に切り込んだスリットを設ける。一方、受光部は、この
円盤状スリットマスクの軸と同じ軸の回りにスリットマ
スクに対し相対的に回転できるようにし、スリットマス
クのスリットと対向するように、光電変換素子を円環状
に配置する。光電変換素子の配列間隔は、は、図１で説
明したのと同様に、スリットの配列間隔と僅かに異な
り、この配列間隔の僅かな違いによって１グループに含
まれる光電変換素子の数が決まる。スリットマスクに対
し受光部と反対の側には光源を設け、スリットマスクに
光を投射する。光電変換素子から出力される信号の処理
については、直線的に相対移動する場合と同じである。
このような構成にすることによって、円盤状のスリット
マスクと受光部との相対回転角を高い精度で求めること
ができる。以上が、微差方式による位置測定の原理説明
である。

【００２７】ところで、図１では受光部１０について第
ｎグループ及びその前後のグループの一部を示してあ
る。このように、多数のグループ分の光電変換素子を設
けると、各グループの対応する光電変換素子の出力値を
加算したＩ，Ｊ，Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎ，Ｏ，Ｐ，Ｑ，Ｒの値
からその包絡線として図２の正弦波状の周期関数Ｄ(x)
を求めるので周期関数Ｄ(x) の振幅が大きくなり、その
ことによって位置測定の精度が向上する。しかし上記の
説明から分かる通り、図２に示す周期関数Ｄ(x)は、受
光部１０に少なくとも１グループ分の光電変換素子（図
１の場合であれば１０個）があれば求められる。一般
に、グループ数が多くなれば精度は高くなるが、多数の
光電変換素子を正確に配置する必要があるので製造コス
トが嵩む。また、グループ数が多くなると、それだけ精
度向上の割合は低下する。一方、グループ数が少ない場
合は、極めて高い精度は望めないものの、製造コストが
少なくて済み装置の構造を簡単化できる。したがって、
少ないコストで簡単な構造を希望する場合には、それに
応じて配置する光電変換素子の数を少なくした受光部を
用いればよい。

【００２８】そこで、本発明では、受光部に設ける光電
変換素子の数を、スリットマスクに設けるスリットの数
に比べて大幅に少なくする。更にスリットマスクに光を
投射する光源を受光部と一体的な構造とする。これによ
り装置の構造が簡素化され、コストが低減し、適用範囲
がより広がる。図４（ａ）は本発明の第一実施形態の位
置測定装置の主要部を示した平面図、同図（ｂ）は同図
（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。図４において、受光
部１０と光源３０は、連結部材４０によって一体的構造
とされ、横断面が図４（ｂ）に示すような略横向きのコ
の字形をしている。スリットマスク２０は、長手方向の
一辺が受光部１０と光源３０の間の凹部に挟まれた状態
で、受光部１０及び光源３０に対してｘ方向に移動可能
とされる。スリットマスク２０の受光部１０と光源３０
の間の凹部に挟まれた部分には、略長手方向の全体にわ
たってスリット形成領域２０ａが設けられている。スリ
ット形成領域２０ａには、ｙ方向と平行なな多数のスリ
ットが、ｘ方向に直線的に配列されている。光源３０は
平面光源とし、光源３０から発せられた光のうち、スリ
ットを通る光だけが受光部１０に到達する。

【００２９】ところで、一定の精度で位置測定を行うに
は受光部１０のｘ方向の長さ全体がスリット形成領域２
０ａと重なっていることが必要となる。したがって、受
光部１０のｘ方向の長さがスリットマスク２０のスリッ
ト形成領域２０ａの長さに比べて僅かに短い程度だと、
受光部１０とスリットマスク２０の相対移動可能距離が
短くなり、その結果最大測定長が短くなる。しかし、本
実施形態では、図４（ａ）に示すように受光部１０のｘ
方向の長さをスリット形成領域２０ａに比べて十分に短
くしてあるので、一定の精度を保ったまま、スリット形
成領域２０ａの長さとほぼ同程度の十分に長い最大測定
長を確保することができる。

【００３０】ステッパに本実施形態の装置を適用する場
合を考えると、例えば本体側に受光部１０及び光源３０
を、ステージ側にスリットマスク２０を取り付ける。こ
の場合、受光部１０と光源３０は必ずしも一体的である
必要はなく、ステッパの本体側の構造物を介して連結さ
れていてもよい。ステッパのステージが本体に対してｘ
方向に移動すると、受光部１０の各光電変換素子は、受
けた光の量に対応した電気信号を出力する。これを図示
しない回路部で前述のような処理を行って、ステージと
本体との相対位置を算出する。

【００３１】図５（ａ）は本発明の第二実施形態の位置
測定装置の主要部を示した平面図、同図（ｂ）は同図
（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図である。本実施形態は、本発
明の位置測定装置を、ロータリーエンコーダに適用した
場合の実施形態である。すなわち、軸５０の回りに別々
に相対回転可能な二つの機械的要素の一方に円盤状のス
リットマスク６０を取り付け、他方に受光部７０及び光
源８０を取り付ける。ここでも受光部７０及び光源８０
は、連結部材９０を介して一体的構造とし、図５（ｂ）
のように横断面を略横向きのコの字形とする。スリット
マスク６０の外縁近傍の受光部７０と光源８０で挟まれ
た部分にはスリット形成領域６０ａが設けられ、ここに
半径方向に切り込まれたスリットが全周にわたり所定間
隔で形成されている。受光部７０に設けられる光電変換
素子の配列間隔は、このスリットの配列間隔と僅かに異
なる。受光部７０及び光源８０は、スリット形勢領域６
０ａの全体にわたって設けられているのではなく、その
一部のみに設けられている。

【００３２】回転角を測定しようとする前記二つの機械
的要素が軸５０の回りに相対的に回転すると、受光部７
０に配列された光電変換素子は受けた光の量に対応した
電気信号を出力する。これを図示しない回路部で前述の
ような処理を行って、二つの機械的要素の間の相対回転
角を算出する。尚、本発明は微差方式によるものである
が、本発明の主たる特徴は、受光部の範囲をスリットマ
スクのスリット形勢領域の一部の範囲だけに限った点に
ある。したがって、かかる特徴については、微差方式だ
けでなく、単一光源方式、複数光源方式、干渉方式、干
渉微差方式などにも、そのまま適用することができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
受光部を、スリット形成領域の一部の範囲のみに配置し
たことにより、簡単な構造で製造が容易となり、コスト
の低減を図ることができ、また、スリット形成領域の長
さとほぼ同程度の最大測定長を確保することができる位
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】微差方式に基づく位置測定の原理を説明するた
めの概略断面図である。

【図２】微差方式において、受光部の各グループの対応
する光電変換素子の出力値を相互に加算した値を示した
棒グラフに及びその包絡線を示した図である。

【図３】微差方式による位置測定装置のブロック図であ
る。

【図４】本発明の第一実施形態を示す平面図及び断面図
である。

【図５】本発明の第二実施形態を示す平面図及び断面図
である。

【符号の説明】１０，７０受光部１１，Ｒn-1 ，Ｉn 〜Ｒn ，Ｉn+1 ，Ｊn+1 光電変
換素子１２アンプ１３マルチプレクサ１４Ａ／Ｄ変換回路１５演算回路２０，６０スリットマスク２０ａ，６０ａスリット形成領域２１，２１₁，２１₂，・・・スリット３０，８０光源４０，９０連結部材５０回転軸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一辺に沿って設けられたスリット形成領
域に、当該一辺と垂直な方向に切り込まれたスリットが
当該一辺のほぼ全体にわたり所定間隔で形成された長方
形のスリットマスクと、前記スリットマスクのスリット形成領域に光を投射する
よう前記スリット形成領域に沿って配置された光源と、前記スリットマスクを挟んで前記光源と反対の側に配置
され、前記スリット形成領域と対向する部分に複数の光
電変換素子が前記スリットの配列間隔と僅かに異なる所
定の間隔で直線状に配列されている受光部と、前記光源から光を投射されたときに前記受光部の各光電
変換素子から出力される信号を処理して前記スリットマ
スクと前記受光部との相対位置を算出する回路部とを有
する位置測定装置であって、前記スリットマスクの前記スリット形成領域の長さを最
大測定長と略同じ長さとし、且つ前記受光部の前記スリ
ット形成領域に沿った長さを前記スリット形成領域の長
さに比べて十分短くしたことを特徴とする位置測定装
置。
【請求項２】前記光源と前記受光部を一体的構造と
し、その横断面を、凹部にスリットマスクを挟むコ字状
としたことを特徴とする請求項１記載の位置測定装置。
【請求項３】外縁近傍のスリット形成領域に、半径方
向に切り込まれたスリットが全周にわたり所定間隔で形
成された円盤状のスリットマスクと、前記スリットマスクのスリット形成領域に光を投射する
よう前記スリット形成領域に沿って配置された光源と、前記スリットマスクを挟んで前記光源と反対の側に配置
され、前記スリット形成領域と対向する部分に複数の光
電変換素子が前記スリットの配列間隔と僅かに異なる所
定の間隔で配列されている受光部と、前記光源から光を投射されたときに前記受光部の各光電
変換素子から出力される信号を処理して前記スリットマ
スクと前記受光部との相対回転角を算出する回路部とを
有する位置測定装置であって、前記受光部の前記スリット形成領域に沿った長さを前記
スリット形成領域の円周長に比べて十分短くしたことを
特徴とする位置測定装置。
【請求項４】前記光源と前記受光部を一体的構造と
し、その横断面を、凹部にスリットマスクを挟むコ字状
としたことを特徴とする請求項３記載の位置測定装置。