014590 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明 ( 1 ) 1 1 I [技術領域] 1 1 1 1 本 發 明 係 闞 於 種 可 適 用 於 需 要 正 確 位 置 測 定 的 所 有 領 ^—S 1 1 請 1 I 域 的 位 置 測 定 裝 置 0 先 閱 1 I 1 I [背景技術] 背 面 1 I 之 1 正 確 距 離 或 長 度 (Κ下總稱為 「距離」 ) 的 測 定 在 各 式 各 注 意 1 事 1 樣 的 領 域 很 重 要 各 種 方 法 已 被 實 用 化 〇 要 求 出 兩 點 之 間 項 再- 1 的 距 離 需 要 正 確 測 定 該 兩 點 的 相 對 位 置 0 作 為 用 於 距 離 填、 寫 本 1 裝 或 相 對 位 置 測 定 的 一 般 裝 置 習 知 的 是 卡 尺 測 微 計 度 頁、 ✓ · 1 1 盤 式 指 示 器 磁 性 刻 盤 > 雷 射 測 長 器 % 顯 微 鏡 等 〇 半 導 體 1 I 積 體 電 路 技 術 領 域 或 工 作 母 機 領 域 等 在 許 多 領 域 需 要 加 1 I 工 裝 置 和 加 工 對 象 物 的 正 確 定 位 所 Μ 需 要 高 精 度 的 距 離 1 訂 I 或 相 對 位 置 測 定 作 為 其 前 提 〇 1 1 例 如 在 半 導 體 製 造 領 域 方 面 在 從 元 件 形 成 於 半 導 體 晶 1 1 圓 上 到 晶 Η 的 切 割 引 線 接 合 Λ 構 裝 的 許 多 階 段 需 要 定 1 I 位 的 正 確 距 離 測 定 〇 切 割 加 工 的 定 位 方 法 中 有 時 要 使 用 線 1 圖 案 認 識 的 技 術 〇 此 外 自 動 化 的 工 作 母 機 的 情 況 工 具 % 1 1 | 和 加 工 工 件 之 間 的 正 確 相 對 位 置 檢 測 也 是 不 可 缺 少 例 如 1 1 用 從 來 白 編 碼 器 等 的 信 號 檢 測 加 工 工 件 的 移 動 量 根 據 此 1 移 動 量 數 字 控 制 工 具 和 加 工 工 件 的 位 置 等 方 法 進 行 定 位0 1 然 而 習 知 的 位 置 測 定 裝 置 有 Μ 下 課 題 即 使 都 適 用 於 I I 特 定 領 域 的 位 置 測 定 在 特 定 Μ 外 的 領 域 需 要 位 置 測 定 時 I I | 9 立 即 轉 用 也 困 難 〇 此 外 其 精 度 也 有 界 限 〇 I 1 本 發 明 係 根 據 上 述 情 況 所 完 成 的 其 巨 的 在 於 提 供 一 種 1 1 挿 領 Μ Η Μ. 兩 Μ. 珲 可 高 精 薄 的 位 置 潮 的 置 測 奘 1 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 4 C14590 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（2 ) 1 1 1 置 0 1 1 1 發 明 之 揭 示 1 為 達 成 上 述 百 的 的 第 一 發 明 其 特 徵 在 於 具 備 將 直 線 V 請 先 閱 讀 背 1 1 狀 地 排 列 成 等 間 隔 的 總 數 P個受光元件分組成- -組含有<1 個 1 1 的 r個組而構成的受光機構（p = =Q X r ) ; 沿 著 刖 述 受 光 機 構 面 之 注 1 I 意 I I 可 在 月iJ 述 受 光 元 件 的 排 列 方 向 移 動 將 光 昭 〆、、、 射 於 « >. 刖 述 受 光 事 項 再- 1 1 I 機 構 之 多 數 受 光 元 件 的 光 源 慨 構 刖 述 一 組 長 度 為 單 元 填- 1 置 特 定 機 構 及 寫 裝 而 特 定 刖 述 光 源 機 構 存 在 的 位 置 的 第 —· 位 頁- - 1 * 將 加 上 r個各組對應的受光元件之間的輸出所得到的q 個 信 1 1 號 周 期 函 數 化 進 行 此 周 期 函 數 的 相 位 計 算 決 定 前 述 光 1 1 源 機 構 一 組 長 度 範 圍 内 的 位 置 的 第 二 位 置 特 定 機 構 測 定 1 訂 前 述 光 源 機 構 對 於 前 述 受 光 機 構 的 相 對 位 置 者 〇 為 達 成 上 述 巨 的 的 第 二 發 明 其 特 徵 在 於 具 備 將 直 線 1 狀 地 排 列 成 等 間 隔 的 總 數 P個受光元件分組成各組q 個 Γ 1 1 個 組 而 構 成 的 受 光 機 構 (P = q X r ) K和前述受光機構之 1 線 組 的 間 隔 相 等 的 間 隔 所 配 置 的 多 數 光 源 各 白 對 於 前 述 受 光 1 | 機 構 以 預 定 的 強 度 分 佈 投 射 光 同 時 與 、声- 刖 述 受 光 機 構 對 }f I 向 全 體 可 沿 著 前 述 受 光 機 構 之 受 光 元 件 排 列 方 向 並 進 移 1 1 1、 動 的 光 源 機 構 前 述 一 組 長 度 為 單 位 而 特 定 ,ν*. 月U 述 光 源 機 構 存 在 的 位 置 的 第 一 位 置 特 定 機 構 及 將 加 上 r個各組 1 1 對 應 的 受 光 元 件 之 間 的 輸 出 所 得 到 的 q個信號周期函數化 1 I 9 進 行 此 周 期 函 數 的 相 位 計 算 決 定 前 述 光 源 m 構 -- 組 長 I I 度 範 圍 內 的 位 置 的 第 二 位 置 特 定 慨 構 測 定 前 逑 光 源 機 構 1 1 對 於 前 述 受 光 機 構 的 相 對 位 置 者 〇 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨OX297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製
oliodQ A7 B7 五、發明説明（3 ) 為達成上述目的的第三發明，其特徵在於：具備將直線 狀地排列成等間隔的多數受光元件分組成各組含有i個所 構成的受光機構；將對於前述受光機構Μ預定的寬度投射 光的光源配置成每和前述受光元件一組尺寸相等的距離含 有j個（《5尹i)，全體可和前述受光機構之受光元件平行並 進移動的光源機構；K前述光源機構之光源間的距離（光 源間距離）為單位而特定前述光源機構和前述受光機構的 相對位置的第一位置特定機構；及，前述各受光元件受到 來自前述各光源之光時，加上配置於雇於各組的對應位置 的受光元件之間的輸出信號，將該结果所得到的i個相加 結果周期函數化，藉由進行此周期函數的相位計算，在前 述光源間距離的範圍内算出前述受光機構和前述光源機構 的相對位置的第二位置特定機構；測定前述光源機構對於 前述受光機構的相對位置者。 為達成上述目的的第四發明，其特徵在於：具備將直線 狀地排列成等間隔的總數p個受光元件分成各組q個、r個 組所構成的受光機構（P=qxr);與前述受光機構之受光 面對向，可並進移動地配置於前述受光元件的排列方向， 利用投射於前述受光面之光的光干涉使干涉條紋產生，在 前述受光元件上面Μ和前述受光機構一組長度相等的周期 使光強度變化的光干涉機構；Μ前述組為單位而特定前述 光干涉機構存在的位置的第一位置特定機構；及，從前述 光干涉機構投射光時，將加上r個各組的對應受光元件之 間的輸出信號所得到的q個信號周期函數化，進行此周期 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 裝 訂 線 ί *··- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) S14590 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明 ( 4 ) 1 1 1 函 數 的 相 位 計 算 決 定 前 述 光 干 涉 機 構 一 組 長 度 範 圍 内 的 1 1 1 位 置 的 第 二 位 置 特 定 機 構 測 定 ·> >-刖 述 光 干 涉 機 構 對 於 刖 述 /-—V 1 1 受 光 機 構 的 相 對 位 置 者 〇 請 先 閲 1 I 為 達 成 上 述 巨 的 的 第 五 發 明 其 特 徵 在 於 具 備 將 直 線 讀 背 1 1 I 狀 地 排 列 成 等 間 隔 的 多 數 受 光 元 件 分 組 成 各 組 含 有 i個所 1 I 意 1 I 構 成 的 受 光 機 構 與 ·» >- 刖 述 受 光 機 構 之 受 光 面 對 向 可 沿 著 事 項 1 I 再 1 I X· 刖 述 受 光 元 件 的 排 列 方 向 並 進 移 動 利 用 投 射 於 » >-刖 述 受 光 填、 1 寫 本 面 之 光 的 光 干 涉 使 干 涉 條 紋 產 生 在 前 述 受光面上每 和 前 述 頁- 1 I 受 光 元 件 一 組 尺 寸 相 等 的 距 離 形 成 j個（j古i)干涉條紋的 1 1 I 光 干 涉 機 構 Μ 和 、矗- 刖 述 干 涉 條 紋 間 隔 相 等 的 距 離 為 單 位 而 1 1 特 定 前 述 光 干 涉 μ» m 構 和 前 述 受 光 機 構 的 相 對 位 置 的 第 一 位 1 訂 置 特 定 機 構 前 述 各 受 光 元 件 受 到 1 e. 刖 述 干 涉 條 紋 之 光 時 > 1 | 加 上 配 置 於 屬 於 各 組 的 對 應 位 置 之 受 光 元 件 之 間 的 輸 出 信 1 I 號 後 輸 出 i個相加结果的加法機構 及 將前述加法機構 1 1 1 相 加 的 結 果 所 得 到 的 i個相加结果周期函數化 藉由進 1 線 行 此 周 期 函 數 的 相 位 計 算 在 和 干 涉 條 紋 間 隔 相 等 距 離 的 1 1 範 圍 內 算 出 前 述 受 光 機 構 和 刖 述 光 干 涉 機 構 的 相 對 位 置 的 1 | 第 二 位 置 特 定 機 構 測 定 ·» 刖 述 光 干 涉 機 構 對 於 前 述 受 光 機 1 i 構 的 相 對 位 置 者 〇 1 1 1 第 一 發 明 由 刖 述 若 使 發 出 具 有 預 定 強 度 分 佈 之 光 的 光 f 1 源 機 構 沿 著 受 光 元 件 移 動 則 從 發 光 徹 構 照 射 於 受 光 元 件 1 1 的 光 點 也 移 動 〇 因 此 各 受 光 元 件 的 輸 出 信 號 強 度 分 佈 因 1 1 排 列 受 光 元 件 的 受 光 機 構 和 光 源 機 構 的 相 對 位 置 而 不 同 〇 1 I 第 一 位 置 特 定 機 構 使 用 此 信 號 對 於 各 組 從 加 上 屬 於 該 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 一 7 - 〇14od0 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明 ( 5 ) 1 1 I 組 的 受 光 元 件 的 結 果 Μ 一 組 長 度 為 單 位 而 特 定 光 源 機 構 1 1 1 存 在 的 位 置 第 二 位 置 特 定 機 構 藉 由 加 上 各 組 對 應 的 受 光 1 I 請 1 | 元 件 之 間 的 輸 出 得 到 周 期 函 數 從 對 於 周 期 函 數 的 相 位 先 閲 1 I 讀 1 計 算 決 定 —* 組 長 度 範 圍 内 的 光 源 機 構 位 置 〇 背 1 之 1 第 二 發 明 由 刖 述 光 源 機 構 的 多 數 光 源 Μ 和 受 光 機 構 組 注 I 意 古 1 間 隔 相 等 的 間 隔 配 置 所 Κ 投 射 於 受 光 機 構 之 光 的 強 度 會 Ψ 項 1 I 1 I 按 照 和 組 長 度 相 等 的 周 期 變 化 〇 因 此 受 光 機 構 之 中 在 填- 寫 1 i. 1 來 白 光 源 之 光 照 射 的 部 分 各 組 對 應 的 受 光 元 件 受 到 之 光 頁_ '—- 1 I 的 強 度 相 等 〇 若 使 光 源 機 構 沿 著 受 光 元 件 移 動 則 從 發 光 1 1 機 構 照 射 於 受 光 元 件 的 光 點 也 移 動 〇 因 此 各 受 光 元 件 的 1 1 I 輸 出 信 號 強 度 分 佈 因 排 列 受 光 元 件 的 受 光 機 構 和 光 源 機 構 1 訂 的 相 對 位 置 而 不 同 〇 第 一 位 置 特 定 機 構 Μ 一 組 長 度 為 單 位 1 1 而 特 定 光 源 機 構 存 在 的 位 置 〇 第 二 位 置 特 定 撤 構 藉 由 加 上 1 I 各 組 對 應 的 受 光 元 件 之 間 的 輸 出 得 到 周 期 函 數 從 對 於 1 I 周 期 函 數 的 相 位 計 算 決 定 一 組 長 度 範 圍 内 的 光 源 機 構 位 線 I 置 〇 第 二 發 明 因 使 用 多 數 光 源 而 此 周 期 函 數 的 振 幅 變 大 > 嶠 1 1 相 位 計 算 的 精 度 變 高 結 果 位 置 測 定 的 精 度 變 高 0 9 1 1 第 二 發 明 由 > Λ. 刖 述 i和j 之 值 稍 微 不 同 時 若 排 列 從 鼷 於 J I 一 組 的 i個受光元件所輸出的信號 則成為正弦波形 >而 1 且 排 列 對 於 各 組 加 上 靨 於 各 組 之 對 應 受 光 元 件 的 輸 出 信 1 1 1 號 所 得 到 的 i個相加結果時 也同樣成為正弦波形的周期 1 1 函 數 〇 可 是 若 使 光 源 機 構 僅 和 光 源 之 間 的 間 隔 相 等 的 距 1 1 離 在 受 光 元 件 的 排 列 方 向 移 動 則 正 好 按 照 和 周 期 函 數 的 1 I 振 幅 相 等 的 振 幅 做 一 周 期 分 的 變 化 〇 此 事 意 味 著 上 述 周 期 1 -8 - A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明 ( 6 ) 1 1 I 函 數 的 一 周 期 與 光 源 間 距 離 對 應 〇 因 此 利 用 第 二 位 置 测 1 1 1 定 機 構 9 對 於 此 周 期 函 數 求 出 從 基 準 點 到 特 定 值 例 如 周 /-—S 1 I 請 1 | 期 函 數 的 峰 值 的 相 位 就 可 算 出 光 源 間 距 離 範 圍 内 的 光 源 先 閱 1 I I 機 構 和 受 光 機 構 的 相 對 位 置 〇 又 闞 於 在 哪 個 光 源 間 ? 係 背 1 1 之 1 利 用 第 -- 位 置 特 定 機 構 特 定 〇 由 這 些 結 果 可 求 出 光 源 機 構 注 意 1 和 受 光 機 構 的 相 對 位 置 〇 事 項 1 I 第 四 發 明 由 前 述 > 在 受 光 機 構 之 受 光 面 利 用 光 干 涉 機 構 ▲- 寫 本 1 | 按 照 和 受 光 im m 構 組 間 隔 相 等 的 周 期 產 生 光 強 度 的 變 化 〇 頁- 1 I 即 在 受 光 面 形 成 和 受 光 機 構 組 間 隔 相 等 的 間 隔 的 干 涉 條 1 I 紋 〇 因 此 受 光 機 構 之 中 在 來 白 光 干 涉 機 構 之 光 照 射 的 1 1 I 範 圍 內 各 組 對 應 的 受 光 元 件 受 到 之 光 的 強 度 相 等 〇 若 使 1 訂 光 干 涉 機 構 沿 著 受 光 元 件 移 動 則 照 射 於 受 光 元 件 之 光 的 1 1 干 涉 條 紋 也 移 動 0 因 此 各 受 光 元 件 的 輸 出 信 號 強 度 分 佈 1 1 因 排 列 受 光 元 件 的 受 光 機 構 和 光 干 涉 機 構 的 相 對 位 置 而 不 1 1 同 〇 第 一 位 置 特 定 機 構 Μ 組 長 度 為 單 位 而 特 定 光 干 涉 機 構 線 I 存 在 的 位 置 〇 第 二 位 置 特 定 機 構 藉 由 加 上 各 組 對 應 的 受 光 1 1 元 件 之 間 的 輸 出 得 到 周 期 函 數 從 對 於 周 期 函 數 的 相 位 ' 1 1 計 算 決 定 光 干 涉 機 構 一 組 長 度 範 圍 内 的 位 置 〇 此 處 藉 • J' 1 由 利 用 干 涉 條 紋 和 使 用 多 數 光 源 成 為 等 效 〇 該 結 果 此 1 周 期 函 數 的 振 幅 變 大 相 位 計 算 的 精 度 變 高 結 果 位 置 測 1 1 | 定 的 精 度 變 高 〇 1 1 第 五 發 明 由 ·> t. 刖 述 在 受 光 機 構 之 受 光 面 利 用 光 干 涉 機 構 1 1 9 每 和 受 光 元 件 一 組 尺 寸 相 等 的 距 離 形 成 j個干涉條紋= ) 1 1 因 此 i和j 之 值 稍 微 不 同 時 排 列 從 靥 於 一 組 的 i個受光 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） _ 9
〇U〇dQ B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（ 7 ) 1 1 I 元 件 所 輸 出 的 信 號 則 成 為 正 弦 波 形 〇 而且 ，排 列 對 於各 1 1 1 組 加 上 鼷 於 各 組 之 對 應 受 光 元 件 的 輸 出 信號 所得 到 的 i個 -N 1 I 請 1 1 相 加 結 果 時 也 同 樣 成 為 正 弦 波 形 的 周 期函 數。 可 是 ，若 先 m 1 I 讀 1 使 光 干 涉 機 構 僅 和 干 涉 條 紋 間 隔 相 等 的 距離 在受 光 元 件的 背 面 1 I 排 列 方 向 移 動 則 正 好 按 照 和 周 期 函 數 的振 幅相 等 的 振幅 之 注 1 1 意 I 做 一 周 期 分 的 變 化 0 此 事 意 味 著 上 述 周 期函 數的 一 周 期與 事 項 1 I 再- ! 1 干 涉 條 紋 間 隔 對 Otxf 懕 〇 因 此 利 用 第 二 位 置特 定機 構 對於 4 寫 1 % 此 周 期 函 數 求 出 從 基 準 點 到 特 定 值 例 如周 期函 數 的 峰值 頁_ 1 I 的 相 位 就 可 算 出 與 符 合 相 位 的 干 涉 條 紋間 隔對 應 距 離範 1 I 圍 内 的 光 干 涉 機 構 和 受 光 機 構 的 相 對 位 置0 又， 關 於 在哪 1 1 I 個 干 涉 條 紋 之 間 ? 係 利 用 第 一 位 置 特 定 機構 特定 〇 由 這些 1 訂 结 果 可 求 出 光 干 涉 機 構 和 受 光 機 構 的 相 對位 置。 1 1 [圖式之簡單說明] 1 I 圖 1為第- -實施形態之位置檢測裝置的概略方塊圖 圖2 1 1 為 顯 示 關 於 第 一 實 施 形 態 之 位 置 檢 測 裝 置， 配置 成 直 線狀 線 I 的 多 數 光 電 晶 體 的 概 略 圖 圖 3 ( a ) 為 顯 示各 組加 上 圖 2的 «1 1 1 各 格 之 光 電 晶 體 輸 出 的 加 法 電 路 之 圖 圖3 ( b )為 同 圖 - 1 1 (a)所示的各加法電路輸出為縱軸而顯示的圖表 圖4 (a ) J， I 為 顯 示 闞 於 各 組 的 對 懕 格 之 間 加 上 圖 2的各格輸出之加法 電 路 之 圖 圖 4(b) 為 K 同 圖 (a)所示的各加法電路輸出為 1 1 I 橫 軸 排 成 等 間 隔 而 顯 示 的 圖 表 圖 5為顯示第二實施形 1 1 態 的 概 略 截 面 画 圖 圖 6為顧示第三實施形態的概略截面圖 1 1 9 ΕΞΙ 國 7為顯示第四實施形態的概略圖 圖8為 說明 第 五 實施 1 | 形 態 的 圖 圖 9為顯示第六實施形態之位置測定裝置主要 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -10 - A7 B7 〇14〇90 五、發明説明（8 ) 部分的概略截面圖，圖10為擴大圖9之一部份的概略截面 圖，圖11至圖13為就求出第六實施形態之大位址的方法加 以說明的圖，圖14為顯示第六實施形態之在CCD表面上的 光強度分佈的圖，圖15為顯示關於各組的對應格之間加上 來自圖10之CCD各格的輸出信號之加法電路之圖，圖16爲 顯示以圖15之各加法電路輸出為橫軸，排成等間隔的结果 的圖，圖17(a)為顯示第六實施形態之變形例的概略截面 圖，同圖（b)為擴大用於此光源部之罩幕一部分而顯示的概 略平面圖，圖18(a)為第七實施形態的概略平面圖，同圖 (b)為顯示從箭頭a方向看同圖（a)的裝置之狀態的概略側 面圖，圖19(a)為第八實施形態的概略截面圖，同圖（b)為 擴大用於此裝置光源部之罩幕一部分而顯示的概略平面圖 ，圖20為第九賁施形態的概略截面圖，圖21為顯示按順序 排列利用第九實施形態之加法電路相加的結果之情況的圖 ，圖22為第十實施形態的概略截面圖*圖23為擴大第十實 施形態之鏠隙罩幕一部分的平面圖，圖24為模式地顯示 CCD面上的來自藍色LED的光照射範圍和來自發光元件的光 照射範圍的圖，圖25為第十一實施形態的概略截面圖，圖 26(a)(b)為顯示直線感測器的輸出信號概略的圖，圖27為 第十二實施形態的概略圖，圖28為第十三實施形態的概略 截面圖，圖29為第十四實施形態的概略截面圖，圖30為第 十五實施形態之主要部分的截面圖，圖31為擴大圖30之一 部分的圖，圖32為顯示基於干涉條紋之受光面上的光強度 水準變化情況的圖，圖33為第十六實施形態的概略截面圖 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 裝 訂 線 -* > - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 -11 - 五、發明説明（9 ) A7 B7 圖 面 截 的 分 部 一 之態 33形 圖佳 大最 擴之 為明 34發 圖施 ， 實
加 ， 態同 形不 佳理 最 原 的 的 明定 發測 本置 施位 實據 就根 面 ’ 一 見 , 起 面便 圖方 照 了 參為 面 ， 一 又 > ο 下明 M說 M 將 明明 發發一二 第第 f\ /V J J 式式 方方 源源 光光 一 數 單多 厂 厂 為為 稱稱 態態 形形 施施 實實 五八 第第 至至 一 六 第第 明 發、 三)' 第明 ί發 差 ~一 微法 Γ 方 為涉 稱干 態 Γ 形為 施稱 實態 四形 十施 第實 至五 九十 第第 為 稱 圖 態1¾ 形圖 施照 實參 六 ， 十先 第首 明 發 五 第 施 實 各 的 式 方 源 J 光 式一 方單 差於 微基 涉明 干說 原— 塊Ξ 二 態圖概 形 置 貿 理 圖 單 於 基 之 態 形 施 β 咅 器 測 感 中 圖 同 在 裝構 測格 檢數 置多 位述 的後 式由 方 α 源L 光 U ο C e g Γ a h c /fv D c c 或 器 測 感 光 的 成 合 稱 荷 電 裝 訂 線 I ' *- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 件號 元信 等 6 源 光 的 示 所 2 氣部 電器 成測 換感 變。 光組 的 的 到數 受定 預 各 成 分 格 數 圖多 由的 將L 此 在 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 部 器 測 感 電 法 加 到 送 出 輸 的 B. § 器 測 感 於 屬 上 加 由 係 之 格 的 應 對 組 各 上 加 及 路2a 電器 法加 加的 〇 出 2 輸 路 格 之 組 各 的 組 分 所 部路 算電 運算 0 運 成的 構址 2b位 器大 D nuc 力a 的後 出出 輸求 的由 間係 2 路 電 法 加 據 根 ， 運 出的 輸址 的位 \ - 述 後 出 求 及 直 〇 一成 ^ ^ * 構i/IH b 靡 L 3為2 路 2 置 電圖裝 算 測 施 δ 線 的 式 方 源 光 1 單 於 基 之 態 形 圖 略 概 的 體 晶 電 光 數 多 的 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 檢顯 WB2 位圖 12 A7 514590 B7 五、發明説明（10 ) 示將多數光電晶體之格Ai、Bi、----、GB、Ηβ配置成直線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 狀的直線感測器5;在直線感測器5上部，可在直線感測器 5之格排列方向並進移動的光源6;而且和光源共同移動， 使來自光源6之光在直線感測器5上適當聚焦的透鏡7。直 線感測器5與圖1之感測器部2對應。作為光源6，例如可使 用發光二極體（LED)。直線感測器5之各格正確地例如Κ10 wm間隔配置。這些格如同々1〜}11的8個格稱SGi組，Az〜 “的8個格稱為02組，...，AB〜Hb的8個格稱SGB組般地 ，以連續的8個格為一組，分成八組。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 格行上所示的曲線顯示從LED等光源6投影到直線感測器 之格陣列上的光點強度分佈。圖2之例在G2組之格Cz和格 D 2之間有峰值。因此，光源6中心在格排列方向，在於此 曲線的峰值位置。最好從光源6及透鏡7照到直線感測器5 上的光點設定成強度分佈幅度（例如強度降低到二分之一 的半值幅度）成為直線感測器5的幾格分程度，具體而言， 係Μ —組所含的格數為q時，從相當於格約q/3個分的長度 到相當於q個分的長度程度。其理由是因為藉由適當地擴 大強度分佈，於後述信號波形周期化之際，高次諧波成分 變小，位置測定的誤差變少。如果焦點很對，光聚焦於一 點而只照到一格或者光點若為圖2的情況則變成大幅超過8 格分幅度的大小，就不能運算後述的位置檢測。因此，調 節設於光源6側的透鏡7，成為多少有點弱焦或過焦而移動 焦點（散焦），調整成光點的光強度分佈的半值幅度如圖2 ，成為幾格分程度。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） _ ι 3 _ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A7 B7 五、發明説明（11 ) 圖3(a)顯示各組使用蓮算放大器加上圖2之各格輸出的 加法電路。這與圖1之加法電路2a對應。圖3(b)為以同圖 (a )所示的各加法電路的輸出，即各組相加所得到的信號 U〜Le的強度為縱軸而顯示的圖表。從光源投影到光電晶 體上的光點中心如圖2所示，在G2組的範圍時，如圖3(b) 所示，信號12的強度比其他信號變成極端高。因此，藉由 比較信號1^〜1^8的強度，可簡單知道光的中心位置在哪個 組的格範圍？。這種處理係在圖1所示的蓮算部3之蓮算電 路3a進行。 圖4(a)顯示關於各組的對應格之間K蓮算放大器加上圖 2的各格輸出之加法電路。此加法電路與圖1之加法電路2b 對應。圖4(b)為Μ同圖（a)所示的各加法電路輸出，即對 應各格相加所得到的信號U〜Lh為横軸，將A〜Η排成等間 隔而顯示的圖表。信號LA〜Lh強度包絡線如圖4(b)M虛線 所示，成為正弦波形的周期函數D(x)。又，思考周期函數 D(x)的相位時，Μ用A所示之點（圖4(b)左端）為基準點。 若得到這種周期函數D ( X )，則使用眾所周知的蓮算電路， 可類比式地容易且高精度求出從基準點A到其峰值的相位 β。求出此β與求出函數D(x)的第一次高次諧波的相位對 應。這種處理係在圖1所示的運算部3之運算電路3b進行。 此處，簡單說明此Θ的求法。設圖4(b)所示的波形D(x) 為 D (X ) = K cos (χ-θ ) 在此式中，Θ如圖4(b)所示，為D(x)的峰值的相位，在此 -14 - 裝 訂 線 ' * . (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 五、發明説明（12 ) 階段該值不明。此外，K為常數。此處，設D(x)乘Mcos X 並一周期地（從0到2ττ)積分者，即 / cos x. K c 〇 s (X -Θ ) d x 為C，則C相當於傅立葉（Fourier)變換的真實成分。計 算此積分，成為 C= π Kcos0 (1) 此外，設D(x)乘以sin x並一周期地積分者，即 /sin χ· Kcos (x — θ )d χ 為S，則S相當於傅立葉變換的假想成分。計算此積分， 成為 S = π K s i η Θ (2) 由（1)式及（2)式， S/C = tan0 0可由下式求出 Θ = tan - 1 (S/C) (3) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 又，以（3)式求出的0值，由tan*" 1的性質僅成為不 確定，對於特定的S/C值，0在從0到2a的範圍内取2個值 。要確定此值，如下做。首先，S/C值為正時，變成那樣 之值的可能性，有C和S都是正的情況及C和S都是負的情況 。而且，分別對應的Θ值僅；r不同。為區別此而參照C值 和S值，由（1)式及（2)式，C和S都成為正是0< θ < 7T /2的 範圍，C和S都成為負是；r < 0 < (3/2)π的範圍。因此， 由C的符號和S的符號可確定Θ值。另一方面，S/C值為負
時，變成那樣之值的可能性，有C為正而S為負的情況及C 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） _ ί ς _ S14590 A7 B7 五、發明説明（13 ) 為負而S為正的情況。而且，分別對應的β值僅π不同。 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁} 為匾別此而參照c值和S值，由（1)式及（2>式’ C為正而S成 為負是；r/2< 0 < π的«_，C為負而S成為正是（3/2>π < β <π的範圃。因此，由C的符號和S的符號可確定0值。 實際使用將D(x)離散取樣的資料進行上述計算。瑄種情 況，Μ —周期為8個取樣（M取樣間隔為相角45° )’設取 樣的各值為 D(0)、 D(l)、 D(2)、 D(3)、 D(4)、 D(5)、 D(6) 、D(7)，則作為D(0)〜D(7)’可照樣利用_4(a)之各加法 電路的_出LA〜LH。 與此對應，設一周期cos X每隁45°之值為 1, s * 〇 * 一 q， _1, -s * 0 9 s， 設一周期sin X每隔45°之值為 0 , s，1 , s，0 , -s * -1，-s ° 此處，s=cos45° =sin45。= 0.707。如此一來’ (1) 式之C計算成
c = D(0)x 1+ D(l)x s + D(2)X 0 + D(3)x (~s) + D (4)X (-1) + D(5)X (-S)+ D(6)X 0 + D(7)x s (2) 式之S計算成 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 S = D(0)x 0 + D(l)x s + D(2)x 1+ D(3)x s + D(4) x〇+D(5)x (-s)+D(6)x (-1) + D(7)x (~s) 由此，0和（3)式同樣，可根據下式求出 Θ = tan - 1 (S/C) 此外*由C和S的符號可消除上述僅κ的不確定性。 作為一例* K圓2所示的直線感澜器5之各格間隔為l〇tf· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -16- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（u ) ，以一組間隔為80wm，則此直線感測器之格排列一周期 的80/zm與圖4(b)之周期函數D(x)的一周期I對應。因此， 例如假設圖2之直線感測器左端之格為1中心為基準點，設 從此基準點到量到的光源6中心（實際為圖2之曲線的峰值） 的距離為L，則L可根據下式求出 L = 8 0 u m X (G-l) + 8〇w mX θ / 3 6 Ο 此處，G為由圖3(b)所求出的光點中心（圖2之曲線的峰值） 屬於的組號碼。在上逑之例，光點中心屬於G2組的範圍， 所 M G = 2。 但是，實際上在兩點之間使光源1移動，在該兩點計算上 述L，由該差求出上述兩點的距離。例如假設在同組的範 圍內使光源從一點到另外一點移動時的相角變化部分為 1 5 3 . 2 5 ° ，則此兩點間的距離成為 80以 mX 1 53.25 ° /360 = 1 1 4 . 06 w m 誤差由上述成為0.013wm程度。兩點之組不同時，若加上 8 0 w m乘以組號碼的差之值，則可得到兩點間的距離。這 種位置測定可應用於顯微鏡的位置或距離的測定、半導體 製造裝置的正確位置檢測等。 上述實施形態係使用光電晶體作為受光元件的情況，但 除此之外，也可Μ利用例如由光電二極體或CCD等構成的 直線感測器。又，使用CCD感測器時，如在第二實施形態 的說明所述，將來自CCD感測器的信號A/D(類比/數位）變 換後，各位址移到和CCD感測器之各格一對一對應的記憶 體，進行必要的影像處理等，數位式地根據周期函數進行求 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210 X 297公釐） _ ! 7 _ I 裝 。訂 線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（is ) 出到峰值為止的相位及來自基準點的距離的運算處理。 又，將第一實施形態的位置測定裝置設於二次元正交座 標（x-y座標）糸的X軸方向及y軸方向的各方向，藉由對該 各裝置進行和上逑同樣的操作，可進行二次元的位置測定 ，可容易擴充到二次元位置測定装置。 其次，就第二實施形態加Μ說明。圖5為顯示第二實施 形態之位置檢測裝置的概略截面圖。在圖5中，受光部10 係由多數CCD格二次元排列於預定位置的CCD感測器及將來 自此CCD感測器11的信號A/D變換後輸出到外部的CCD電路 12構成。此受光部10 —體安裝於受光部殼體13上。 發光部20係由為發光元件的發光二極體（LED)21、將來 自此LED21之光形成點光源的光圈22及將此點光源之光適 當聚焦的透鏡23構成。此發光部20—體安裝於發光部殼體 24上。 來自CCD電路12的輸出信號供給各位址和CCD感測器11之 各格一對一對應的記憶體25，暫時記憶。對於這些資料， 在運算部26按照需要進行影像處理或和在第一實施形態進 行的運算同樣的運算，求出受光部殻體13和發光部殼體24 的相對位置。但是，這種情況，要檢測二次元的位置，對 於平面正交座標（x-y座標）的各軸進行第一實施形態的一 次元的蓮算即可。此外，本實施形態對於被數位化的信號 進行運算，所Μ適用離散傅立葉變換等手法。 從LED21照射到CCD感測器11上的光點之光強度分佈的半 值幅度根據和第一實施形態的情況同樣的理由，必須設定 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） _ _ ----------批衣------，，玎------.^ * * -- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
oiiodQ A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 五、發明説明 (16 ) Ί 1 I 預 定 範 圍 例 如 CCD感測器1 1的格幾個分程度 >這種光點 1 1 I 的 大 小 可 為 調 節 光 圈 22及 透 鏡 23所 改 變 Ο 1 I 使 受 光 部 殼 體 13之 上 面 13 a及發光部殼體24之底面24a 互 請 先 an 1 1 相 平 行 兩 者 保 持 成 接 觸 或 經 常 接 近 的 一 定 間 隔 〇 而 且 9 讀 背 1 | I 受 光 部 殼 體 13和 發 光 部 殻 體 24在 保 持 上 面 1 3 a和底面24a 之 之 注 1 | 意 1 I 間 的 平 行 性 的 狀 態 下 在 預 定 範 圍 内 可 在 面 方 向 白 由 平 行 事 1 1 再- 1 移 動 0 因 此 從 LED21發出 、照射在CCD 感 測 器 11 上 的 光 點 填- 1 會 寫 % 伴 隨 受 光 部 殼 體 1 3和 發 光 部 殻 體 24的 相 對 移 動 在 CCD 頁- 、- 1 感 測 器 11 的 表 面 上 移 動 〇 1 1 在 實 際 的 位 置 測 定 方 面 將 發 光 部 殼 體 24固 定 於 測 定 對 1 1 象 物 上 將 受 光 部 殼 體 13 固 定 於 成 為 測 定 基 準 之 物 上 或 J 訂 1 I 者 將 發 光 部 殼 體 24固 定 於 成 為 基 準 之 物 上 將 受 光 部 殻 體 1 3 固 定 於 成 為 測 定 基 準 之 物 上 〇 例 如 將 本 實 施 形 態 之 位 置 1 1 1 檢 測 裝 置 適 用 於 數 值 控 制 纖 徹 器 等 工 作 母 機 時 可 將 發 光 部 1 1 殼 體 24固 定 於 平 台 上 將 受 光 部 殼 體 13 固 定 於 工 作 母 機 的 1 線 本 體 側 〇 藉 此 若 最 初 做 平 台 的 定 位 則 Μ 後 平 台 怎 樣 移 1 | 動 利 用 本 實 施 形 態 之 位 置 檢 測 裝 置 也 可 簡 單 且 正 確 地 求 C 1 I 出 其 移 動 量 、 移 動 方 向 位 置 座 標 〇 又 和 此 相 反 將 受 r· 1 1| 光 部 殼 體 13 固 定 於 平 台 上 將 發 光 部 殼 體 24固 定 於 本 體 側 1 9 不 用 說 也 可 得 到 同 樣 的 效 果 〇 此 外 和 第 二 實 施 形 態 同 1 1 樣 可 Bftf 懕 用 於 顯 微 鏡 的 位 置 或 距 離 測 定 > 半 導 體 製 造 裝 置 1 | 的 正 確 位 置 檢 測 等 〇 1 I 又 作 為 本 實 施 形 態 之 變 形 例 取 代 將 C C D配置成平面 1 1 1 狀 而 進 行 二 次 元 的 位 置 測 定 也 可 Μ 將 光 感 測 器 或 光 電 晶 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（ιτ) 體等光感測器配置成平面狀。 圖6為顯示第三實施形態的概略截面圖。第一實施形態 及第二實施形態適合位置檢測範圍比較狹小的情況，但第 三實施形態則特徵在於：即使位置檢測範圍非常大的情況 ，也可Μ正確檢測其位置之點。圖6所示的發光部殼體30 安裝於測定對象物上，受光部殼體31安裝於成為位置測定 基準之物上。兩者保持互相對向的狀態，可在面方向自由 移動。CCD感測器31的輸出為CCD電路32所A/D變換後，暫 時記憶於各位址與CCD感測器31之各格對應的記憶體33内 *在運算部3 4進行影像處理、周期函數化後的相位計算等 預定的計算。 光源Ji、J2、J3、....與CCD感测器31對向般地Κ略一 定間隔設於發光部殻體30表面附近，從各光源發出的光通 過對應的透鏡35i、352、...，投射到CCD感測器31上。此 間隔定為例如比CCD感測器31幅度的二分之一大且不超過C C D 感測器31幅度的範圍。如此一來，即使發光部殼體30怎樣 移動，CCD感測器31也必定會受到來自任何一個光源的光 ，並且來自相鄰光源的光在某處的位置必定同時照射到 CCD感測器31上。而且，不會來自三個光源的光同時照射 到C C D感測器3 1上。 玆就根據圖6之裝置的位置檢測做法加以說明。又，此 處為了簡單起見，光源h、J2、J3、...係直線排列，發 光部殻體30的移動也在此直線方向一次元地移動，就檢測 一次元位置的情況加Μ說明。但是，二次元地移動的情況 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4规格（210X297公釐） 〇 Λ I I n 裝 -訂 線 * - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明 ( 18 ) 1 1 I 9 也 可 Μ 昭 V、、、 樣 擴 大 此 想 法 0 1 1 1 首 先 例 如 在 CCD感測器31受到來自光源J 1及J 2的光的 /—S 1 | 範 圍 内 設 定 原 點 利 用 和 在 第 二 實 施 形 態 說 明 的 同 樣 的 方 請 先 閱 1 I 法 求 出 J 1 及 J 2 的 座 標 再 利 用 運 算 求 出 光 源 J 1 和 J 2 之 間 的 讀 背 1 1 面 I 距 離 Ο 發 光 部 殼 體 30從 原 點 移 動 CCD感測器3 1除了來自 1 I * I 光 源 J 2 的 光 之 外 遷 受 到 來 白 光 源 J 3 的 光 時 利 用 同 樣 的 事 項 1 I 再· 1 I 方 法 求 出 光 源 J 2 及 J 3 的 座 標 及 兩 者 間 的 距 離 〇 Μ 下 發 光 填_ 寫 本- 1 部 殼 體 30移 動 CCD感測器3 1受到來自兩個光源的光時 頁· '—✓ 1 I 每 次 都 反 覆 同 樣 的 動 作 繼 鑛 加 上 過 去 求 出 的 相 鄰 兩 個 光 1 1 | 源 間 的 距 離 (相反方向移動時減少） 〇 如 此 一 來 即 使 發 光 I 1 部 殼 體 30移 動 量 大 的 情 況 也 可 Μ 昭 樣 保 持 高 精 度 測 定 ] 訂 遍 及 廣 大 範 圍 的 位 置 〇 1 1 圖 6所示的第三實施形態如上述 由於將相鄰光源的座 1 I 標 及 位 置 不 斷 地 檢 測 相 加 下 去 所 Μ 只 要 光 源 和 光 源 的 1 1 間 隔 滿 足 上 述 條 件 即 使 在 此 間 隔 有 少 許 位 置 偏 firo 移 也 不 線 影 響 位 置 的 測 定 〇 此 事 是 實 際 上 的 有 利 之 點 〇 又 本 實 施 1 1 形 態 於 來 白 兩 個 光 源 的 光 照 射 到 CCD感測器3 1上時 需同 • 1 I 時 且 個 別 地 求 出 瑄 些 位 置 及 座 標 所 Μ 和 第 二 實 施 形 態 同 Γ I 樣 將 來 南 CCD感測器的信號A/D 變 換 之 後 移 到 記 憶 體 進 1 J· 行 運 算 〇 如 第 一 實 施 形 態 直 接 Μ 運 算 放 大 電 路 相 加 而 求 1 1 出 周 期 函 數 的 方 法 則 不 能 昭 yv.s 樣 適 用 〇 然 而 若 將 感 測 器 部 1 1 分 割 成 多 數 而 分 別 獨 計 算 則 也 可 VX 和 第 一 實 施 形 態 同 1 I 樣 求 出 兩 個 光 源 的 位 置 〇 1 I 圖 7為顯示第四寊施形態的概略圖 >從第- -實施形態到 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -21 - S14590 Α7 Β7 五、發明説明（19 ) 二 或 元 次 且 遴 高 常 非 D-法 Ε ί L 方 的測 構檢 機置 光位 發述 為上 出因 求但 確， 正的 Κ目 係要 態主 形為 施置 實位 三元 第次 7 應 圖的 ο 時 域形 領波 cnE UU 種 動 各振 於的 用 體 適物 此 ^8 將振 Μ 測 可檢 Μ 確 所正 ,是 果， 结法 的想 確個 正 一 至 其 得示 可例 用例。 供給揚聲器聲音信號，振動部振動，裝在其表面的標誌50 也同樣地振動，標誌的位置變化。作為此標誌50，例如可 使用LED等發光元件。此標誌50的變化作為光的信號，通 過透鏡51達到CCD感測器52。CCD感測器52的輸出為CCD電 路53所A/D變換後，暫時記憶於各位址與CCD感測器52之各 格對應的記憶體54內，其後在運算部55進行認識標誌50影 像的影像處理，其後進行相位計算等預定的蓮算。又，對 於MCCD的動作速度不能追隨的高頻率領域的振動，也可 Μ和圖2及圖3所示的第一實施形態相同，形成使用光電晶 體之格的結構。 CCD感測器52受到來自標誌的光，所Κ利用和第一實施 形態相同的方法，可正確檢測標誌50位置的時間序列變化。 如此所檢測的標誌50位置變化會顯示從該揚聲器發出的聲 音波形本身。因此，若比較供給聲音揚聲器的聲音信號波 形和運算C C D感測器5 1的輸出所得到的波形，則原來的聲 音信號藉由通過該聲音裝置及揚聲器，可W高精度調查如 何變化，是否失真等。 又，若為使用C C D 5 2的情況，則為了可抓住影像，取代 在揚聲器設置LED50之類的光源，附上可明確辨別的白色 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） —22- 裝 Ί ^ H 線 -* · (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明 (20 ) 1 1 等 記 號 9 利 用 CCD50取人此記號的影像 ，設置從此影像信 1 1 號 認 識 記 號 的 影 像 的 機 構 9 也 可 觀 測 同 樣的波形。 這種 1 1 情 況 為 了 CCD感測器52抓住的影像成為適當強度分佈的寬 /--Ν 請 先 1 1 度 使 記 號 本 身 的 亮 度 根 據 場 所 變 化 使 透鏡正好聚 焦。 閱 讀 1 背 1 此 外 作 為 他 例 藉 由 將 圖 7之標誌50安裝於汽車引擎 面 之 1 注 1 上 可 簡 單 Λ 正 確 迅 速 地 得 到 引 擎 的 振 動波形。因 此， 意 事 1 項 I 根 據 轉 數 及 其 他 參 數 解 析 振 動 如 何 ft*» 變 化 等之際，可 利用 S- 永 I 寫 1 本 裝 置 〇 頁- 圖 8為說明第五實施形態的圖 >到此為止的各實施形態 '--- - 1 1 係 求 出 一 次 元 或 二 次 元 的 位 置 但 測 定 對 象物為旋轉 體時 1 I > 藉 由 適 用 同 樣 的 原 理 也 可 Μ 求 出 測 定 對象物的旋 轉角 1 訂 度 位 置 〇 作 為 這 種 情 況 的 個 方 法 將 光 源固定於為 測定 1 對 象 物 的 旋 轉 體 上 將 受 光 部 60 之 格 伴 隨 旋轉體的旋 轉動 f 1 作 而 沿 著 光 源 移 動 的 路 徑 如 圖 8所示 配置成環狀 >旋 1 1 轉 體 _ 旋 轉 由 光 源 所 照 射 的 光 點 就 在 配 置成環狀的 格上 1 線 移 動 所 Μ 藉 由 求 出 光 源 和 受 光 部 的 相 對 位置，可檢 測旋 1 I 鋪 轉 體 用 的 旋 轉 角 度 位 置 〇 毳 1 1 又 關 於 根 據 單 一 光 源 方 式 的 上 述 第 一 至第五各實 施形 1 態 可 做 m 1 變 更 〇 例 如 作 為 將 照 射 於 CCD感測器的光散焦 1 的 機 構 取 代 調 節 設 於 光 源 側 的 透 A-ite 鏡 在 CCD感測器表面 1 I 附 近 平 行 設 置 散 射 板 也 可 Μ 將 來 白 光 源 的光投影於 此處 1 1 〇 或 者 形 成 在 光 源 側 有 強 度 分 佈 的 光 在 C C D感測器側使 I 其 正 好 聚 焦 也 可 Μ 得 到 相 同 效 果 〇 1 1 再 者 上 述 各 實 施 形 態 係 就 測 定 位 置 或 長度的情況 加Μ 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -23 - A7 S14530 B7 五、發明説明（21 ) 說明，但應用此，對位置或長度以'外的物理量測定也可以 適用本發明。例如天平或彈簧秤’在指針根據質量而指示 的位置變化的測定方法方面*藉由適用本發明而正確測定 此位置.的測定，可正.確測定質量。或者想要正確求出振動 的兩個物體距離時，對於各物體適用本發明測定正確的位 置*藉由求出其差分，可達到目的。 其次，就根據「多數光源方式」的第六至第八實施形態 加Μ說明。圖9為第六實施形態之位置測定裝置的主要部 分，為顯示受光機構的CCD及與此CCD表面對向所設的光源 機構狀況的概略截面圖。 在圖9中，光源部11〇係由發光元件111、散射板112、鏠 隙罩幕113、透鏡陣列114及和發光元件111另設的發光元 件115構成。作為發光元件111及115，例如使用LED。 從發光元件111發出的光在散射板112適當散射後透過。 此光之中，通過設於鏠隙罩幕113的9個鏠隙任 何一個的為透鏡陣列114所投射到受光機構的CCD120表面 上。因此，從CCD120側看光源部110，和設置llSiwlUg 的9個光源行的狀態相等。另一方面，發光元件115設於充 分離開發光元件111的位置，以便其光不通過縫隙罩幕113 ，直接投射到CCD120表面。發光元件111和發光元件115的 距離預先調整成成為預定的距離。 光源部110與CCD120表面對向，可對於CCD120相對地在 左右方向（以此為X軸方向）自由移動。在實際的距離或相 對位置的測定方面，光源部110和CCD120之中，Μ —方為 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） -24 - —.I I I I 裝— I I 訂 1 線 -- .> (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 • B7 五、發明説明（22 ) 固定側，Μ他方為移動側。此處，Μ光源部110為移動側 ，以CCD120為固定側加Κ說明。又，在本實施形態中，設 於CCD120表面的各格間隔定為10/im。此外，CCD120分組 成連缜的8個格成為同一組。此處，將在一組範圍内的光 源部1 1 0位置稱為「小位址」，將C C D 1 2 0表面之中，光源 部對向之格的組單位位置稱為「大位址」。光源部110之 發光元件111為小位址測定用，發光元件115為大位址測定 用，求出小位址時，只使發光元件111亮燈而發光元件115 熄燈，求出大位址時，只使發光元件115亮燈而發光元件 11 1熄燈。 縫隙罩幕11 3相鄰的鏠隙間隔定為80 w m。藉此，投射於 CCD120表面的光強度分佈之峰值間距離和相鄰之組對應之 格的間隔相等。這種鏠隙罩幕可用例如在照相軟片上形成 由透明領域和不透明領域構成之縱條紋或横條紋的條紋花 樣（縫隙花樣）者。若為80 W m間隔程度的鏠隙花樣，則利 用眾所周知的技術可容易得到。 另一方面，來自發光元件115的光不通過鏠隙罩幕而直 接投射於CCD120表面。 圖10為擴大圖9之CCD120表面一部分的概略截面圖。在 圖10中，Ai、Bi、...為直線地MlOwin間隔排列於CCD120 表面上的各格，此處為了簡單起見*設置了 Αρ B:、—— 、G1B、H1B的12S格。各格係△1~111的8格為G1組、A2〜Hz 的8個格為G2組、...、〜H1b的8個格為G16組般地，以 連績的8格為同一組而分成16組。因此，一組的長度成爲80 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） —2 5 _ ----------裝------：-訂一------線 » - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（23 ) w m ° 首先，參照圖11至圖13，就求出大位址的方法加Μ說明 。又，圖11與就單一光源方式加Μ說明的圖3(a)對應，圖 12與圖2對應，並且圖13與圖3(b)對應。 本實施形態之位置測定裝置具有如圖11所示的加法電路 。這些加法電路13(^-130^係與CCD120之格 的各組對應所設，各組加上由靥於該組之格所輸出的信號 ，輸出輸出U〜。為了求出大位址，使發光元件111熄 燈而只使發光元件115亮燈，其強度分佈例如變成如圖12 所示的曲線132。又，圖12顯示發光元件115位置在G13組 範圍的情況。此時，加法電路13(^-130^的輸出U〜L1B 變成如圖13所示，加法電路13013的輸出L13最大。因此， 藉由利用圖未示的蓮算電路比較這些信號U〜L1B，可檢 測發光元件115在與G13組對向的位置*從此可求出大位址。 發光元件115在其他位置的情況也同樣可求出大位址。 又，實際上來自CCD120之各格的輸出信號被A/D變換後， 移到各位址和CCD之各格一對一對應的記憶體，數位地進 行蓮算，但在此省略A/D變換器等的詳细說明。 .其次，就求出小位址的方法加Μ說明。在圖9中，通過 縫隙罩幕11 3之各鏠隙1 1 3 i〜11 3 3的光在那以前為散射板 112所適當散射，所Μ形成具有某角度寬度的光束而投射 到CCD120表面上。因此，通過一個縫隙的光束在CCD120表 面上成為Μ各鏠隙位置為中心的左右對稱強度分佈。圖14 顯示此強度分佈的一例。在圖14中，在CCD120上Μ虛線表 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210 X 297公釐） _ ? fi _ ^-------訂 — ------.^ * * (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（24 ) 示的各曲線顯示只通過缝隙罩幕113之一個鏠隙的光束強 度分佈。而且，叠合這些光束的實際強度分佈如Μ實線所 示，此分佈如前述，K80wm間隔成為峰值。此間隔和一 組的間隔相等，因此投射通過鏠隙的光的各組對應的格輸 出相等。 又，根據和單一光源方式的情況同樣的理由，通過各縫 隙的光束寬度（例如光束強度降低到二分之一的半值幅度） 最好是CCD的幾格分程度，具體而言，係Μ —組所含的格 數為<1時，形成由相當於格約<5/3個分的長度到相當於q個 分的長度程度。因此，適當調節光源部110之透鏡陣列114 位置，形成多少有點弱焦或過焦而偏移焦點（散焦），調整 成光點幅度成為幾格分。 圖15顯示關於各組的對應格之間加上來自圖10所示的 CCD120之各格的輸出信號之加法電路，這與就單一光源方 式加Μ說明的圖4 ( a )對應。即，加法電路1 4 0A加上G 1組之 格&1的輸出、G2組之格A2的輸出、----、G16組之格A1B的 輸出後輸出。加法電路14 〇β〜14 0#也同樣加上各組對應之 格的輸出信號。設加法電路14 0Α〜14 0Μ的輸出分別為0Α〜 〇Μ 。又，實際來自CCD120之各格的輸出信號被A/D變換後 ，移到各位址和CCD之各格一對一對應的記憶體，數位地 進行運算，但省略A/D變換器等的詳细說明。 此處，首先只根據只通過一個縫隙的光束，就求出光源 部110和CCD120的相對位置的方法加Κ說明。現在假設在 圖9之缝隙罩幕1 1 3只設置鏠隙罩幕1 1 3 i，未設置其他縫隙 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 27 I n n 裝 訂 n 線 # a (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 tfl453〇 五、發明説明（25) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 。將如此假設時所得到的圖15之各加法電路140丨〜14 0„的 輸出〇A〜在橫軸上排成等間隔，則成為如圖16 (a)所示之 周期性的正弦波形曲線01&)。這種情況，例如加法電路 140a的輸出0A與點A的縱軸值對應。Μ下同樣。此圖與就 單一光源方式加Μ說明'的圖4(b)對應。如此一來，從點A 到點Η的一周期與實際的CCD120之格的一組分長度（80w m) 對應。 若得到這種周期函數Di(X)，則用眾所周知的蓮算電路（ 圖未示），可容易且高精度求出在圖16中從方便訂定的基 準點A到其峰值的相位0 1。此相位β 1的求法和參照圖 4(b)在單一光源方式說明的方法相同，所Μ在此省略。 此處，就設置多數光源（在圖9係鏠隙1131等）的效果加 以說明。上述係在圖9之鏠隙罩幕113只設置單一鏠隙113 ，而加以說明。和此完全同樣，若假設對於各縫隙1 1 3 2〜 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 11 3 3也只設置單一鏠隙，沒有其他的鏠隙，則可思考上述 和圖16(a)同樣的周期函數D2(x)〜D3(5<)。而且，設於鏠 隙罩幕113的各縫隙1131〜1133以80/^111間隔設置，所以剩 下的周期函數D2(x)〜D3(x)成為和圖16(a)所示的周期函 數Di (X)相等的相位。 可是，實際上在鏠隙罩幕113上不是設置單一縫隙，而 是設置1131〜1133的9個鏠隙。而且，實際CCD120表面上 的光強度分佈如圖14之實線所示，也成為來自各鏠隙的光 重叠。因此 > 如和圖16(a)相同般地顯示圖15之加法電路 140A〜140H的輸出，則成為如圖16(b)的周期函數DT(x)。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） _ 9 8 -
〇14〇dQ A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明 (26 ) 1 1 這 是 和 重 叠 9個周期函數D 1 ( X) 〜D 3 (X)者等效的信號波形 1 1 I 〇 而 且 此 周 期 函 數 〇τ (X )與圖16 ( a ) 之 周 期 函數D 1 (X )〜 1 1 I D g ( X )相比 振幅非常大 ) /—Ν 請 先 1 1 因 此 和 對 於 根 據 來 i 單 一 鏠隙 的 光 的 D 1 (X )求出峰值 閱 讀 眢 1 I η 1 I 的 相 位 完 全 — 樣 可 對 於 周 期 函數 DT (X)求出峰值的相位 之 注 1 1 0 當 時 由 於 〇τ (X)振幅比D 1 (x) > d2 (X ) • ·、D g (X )的 思 事 1 I 振 幅 非 常 大 所 從 重 叠 來 白 各縫 隙 的 光 的 強度分 佈 求出 rH 再， 填- 1 1 相 位 時 即 使 從 各 鏠 隙 光 的 強 度分 佈 不 正 確 地左右 對 稱或 寫 本_ 頁. 裝 1 者 在 各 m 隙 的 間 隔 有 少 許 誤 差 ，如 圖 16 (b) 重叠各信號 1 1 的 結 果 各 信 號 波 形 的 失 真 相 抵， 结 果 可 得 到非常 接 近正 1 1 弦 波 的 波 形 〇 此 事 與 單 ___. 縫 隙 的情 況 相 比 意味著 SN 比（ 訂 信 號 雜 訊 比 )大幅提高 1因此， 更高精度的相位測定 進 I 而 高 精 度 的 距 離 測 定 可 能 〇 此 外， 如 從 Μ 上 說明可 明 白， 1 1 增 多 縫 隙 數 僅 此 相 位 測 定 的 精度 提 高 所 Μ考慮 希 望的 1 1 精 度 可 決 定 縫 隙 數 〇 1 線 1 I 如 Μ 上 若 可 求 出 大 位 址 和 小位 址 則 從 發光元 件 111 和 發 光 元 件 115的預定距離， 可決定光源部1 10和 CCD120的 1 1 1 相 對 位 置 〇 即 想 要 求 出 特 定 兩點 間 的 距 離 或長度 時 ，分 - 1 •1， 別 求 出 兩 點 X軸上的位置 取出這些差即可 >例如第- -點 1 的 相 位 為 Θ 1 ，假設由此求出了小位址為30wm。另 一 方面 I 9 在 想 要 求 出 來 白 此 第 一 點 的 距離 的 第 二 點 ，相位 為 Θ 2 1 I 9 假 設 由 此 求 出 了 小 位 址 為 50 u m 1 ，此外 關於大位址， 1 1 I 與 第 一 點 相 比 假 設 第 二 點 僅 3大 >這種情況，第- -及第 1 1 二 點 的 距 離 根 據 Μ 下 計 算 成 為 *· 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） _ 29 - 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（27,) 3 X 8 0 u m+ (5〇w m — 3〇w m) = 2 40 u m 可是，本實施形態為一次元的位置測定裝置，但將此裝 置設於二次元正交座標（χ-y座標）糸的X軸方向及y軸方向 的各方向，藉由對於該各方向進行和上述同樣的操作，可 測定二次元的位置，可容易擴充於二次元位置測定裝置。 圖17(a)為顯示第六實施形態變形例的概略截面圖，同 圖（b)為擴大用於此光源部的罩幕一部分而顯示的概略平 面圖。圖9之光源部110係從發光元件111離間設置發光元 * 件115，但圖17(a)之光源部150係使小位址測定用的發光 元件151和大位址測定用的發光元件155接近而設置。此外 ，罩幕153由照相軟片構成，如後述，進行濃度調製。罩 幕153與圖9之縫隙罩幕113相比，根據CCD120表面接近， 發光元件151及155都可對於CCD120並進移動。如此，藉由 使罩幕153和CCD120接近，具有Μ下儍點：兩者的熱密合 性提高，可將熱膨脹造成的偏移抑制在最小限度。 這種情況*例如Μ發光元件151為藍色，Κ發光元件155 為紅色。此外，發光元件151的光在圖17Μ點線所示的寬 角度範圍，對於罩幕153照射。相對於此，發光元件155的 光為透鏡154所集中於適當的角度範圍，以便在CCD120表 面成為和圖12所示的曲線132略同樣強度分佈的光點光。 罩幕153由照相軟片構成，塗著其濃度變化成如圖17(b) 之153a所示之正弦波形的紅色濃淡（稱為濃度調製）。此濃 度調製的周期為80w in。來自發光元件151的藍色光照射於 這種縫隙，紅色濃度越高之處，藍色光的透過率越低，濃 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） _ ς Λ - 裝------訂--_-----線 - I · (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 〇145a〇 A7 _B7________. 五、發明説明（28 ) 度越低之處，藍色光的透過率越高。因此，透過此罩幕 153的紅色光強度與濃度調製的周期對應，如圖14W實線 所示，變化成正弦波形。因此，罩幕153對於藍色的發光 元件151起和組合圖9之散射板112、縫隙罩幕113、透鏡陣 列114者同樣的作用，因而根據來自發光元件151的光’可 進行小位址的测定。另一方面，來自發光元件155的紅色 光對於具有紅色濃淡的罩幕153，不管濃度調製都Μ同一 透過率透過。因此，來自紅色發光元件155的光在(X£>12 0 面上成為光點狀的亮點，根據此亮點可測定大位址° 圖18(a)為本發明第七實施形態的距雛测定裝置概略平 面圖，同圖（b)為顯示從箭頭a方向看同圖（a)之裝置的狀 態的概略側面圖。如同圖（a)所示，CCD160分割成四個領 域，其中1601及1603的領域有助於距離測定。 在本實施形態中，CCD160固定，設於此上面的移動構件 170對於CCD160可二次元地並進移動。此外，移動構件 其中心0可在圖ll(a)M虛線所示的領域所含的範圍內自由 移動。 如圖18(b)所示，兩個光源部180x、180y設於移動構件 170下面。光源部1805{和CCD160之中ΙδΟχ的領域協作，測 定移動構件170之X軸方向的位置。此外，光源部180y和 CCD160之中1603的領域協作*測定移動構件170之y軸方向 的位置。又，光源部180x及180y可利用圖9所示的光源部 110或圖17所示的光源部150。這種情況，設於縫隙罩幕 113或罩幕153上的縫隙方向和180x及180y 90°不同。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（ 210X297公釐） _ 31 _ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝. 線- 經濟部中央標準局員工消費合作社印袋 A7 B7 五、發明説明（29 ) 將圖18所示的距離測定裝置例如適用於顯微鏡的被檢査 物長度測定時，使視野内的指標與被檢査物想要測定部分 的一方端部一致，重設本距離測定裝置。藉由這種操作， 測定從該點到其次配合指標之點的距離。因此，重設後， 若使指標與試樣他方的端部一致，則Μ後可自動計算其間 的兩點間距離。 圖19 (a)為本發明第八實施形態的距離測定裝置概略截 面圖，同圖（b)為擴大用於此裝置光源部之罩幕一部分而 顯示的概略平面圖。本實施形態的距離測定裝置之光源部 190具備大位址測定用藍色（BUED191及透鏡192、X軸方向 的小位址測定用紅色（R)LED194、y軸方向的小位址測定用 綠色（GUED196，並有如圖19(b)所示的特別罩幕198。此 外，CCD200在X軸方向及y軸方向二次元地配置多數格。使 罩幕198接近CCD200之點和圖17的情況同樣，因而使兩者 的熱密合性提高，可將熱膨脹造成的偏移抑制在最小限度。 罩幕198和圖17(b)之罩幕153同樣，進行濃度調製，但 本實施形態如圖19(b)所示，進行濃度調製成在X軸方向來 自LED194的對於紅色光（R)的透過率做198a所示的正弦波 形變化，並在y軸方向來自LED196的對於綠色光（G)的透過 率做198b所示的正弦波形變化。即，在X軸方向紅色光的 透過率在點線的位置最高，在y軸方向綠色光的透過率在 一點鏈線的位置最高。而且，對於來自LED191的藍色光 (B)，在全面成為一定的透過率。 本實施形態裝置藉由如上述的結構，和第七實施形態的 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 。〇 I.¾------r 訂—*-----.^. • * (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明 (30 ) 1 1 裝 置 同 樣 可 做 二 次 元 的 位 置 測 定 及 距 離 測 定 〇 這 種 情 況 1 1 1 點 亮 藍 色 的 LED191 而 測 定 大 位 址 後 測 定 小 位 址 時 例 1 1 如 先 點 亮 紅 色 的 LED194而 求 出 X軸方向的位置 其次點亮 /·—S 請 先 1 1 綠 色 的 LED 1 96 而 求 出 y軸方向的位置 ，根據本實施形態 閱 讀 1 背 1 比 圖 18所 示 的 第 七 實 施 形 態 的 情 況 具 有 可 縮 小 CCD160的 面 之 1 注 1 尺 寸 的 優 點 〇 意 事 1 項 1 又 關 於 根 據多數光 源 方 式 的 上 逑 第 至 第 八 實 施 形 態 > 再. 4 1 % 裝 1 可 做 各 種 變 更 〇 例 如 在 上 述 實 施 形 態 中 雖 然 就 使 用 CCD 本 頁- 作 為 受 光 元 件 的 情 況 加 以 說 明 但 這 之 外 例 如 也 可 Μ 使 1 1 用 光 電 晶 體 /3-M. 光 電 二 極 體 及 其 他 受 光 元 件 〇 此 外 縫 隙 罩 1 I 幕 不 限 於 如 上 述 的 昭 相 軟 片 例 如 也 可 Μ 利 用 使 用 在 半 導 訂 體 製 程 所 進 行 的 细 微 加 工 技 術 而 交 互 配 置 透 光 部 和 非 透 光 .1 部 者 0 再 者 上 述 各 實 施 形 態 係 就 利 用具有多數 縫 隙 的 鏠 隙 1 1 罩 幕 而 得 到 本 發 明 的 多 數 第 二 光 源 的 情 況 加 U 說 明 但 本 1 1 發 明 不 限 於 此 當 然 也 可 Μ 使 用 在 與 鏠 隙 對 P*C 嫕 的 位 置 個 別 1 線 形成發)¾ 元 件 的 半 導 體 裝 置 等 〇 此 外 本 裝 置 的 適 用 領 域 除 1 I 了 上 述 之 外 也 包 含 只 進 行 一 次 元 長 度 測 定 的 情 況 可 適 1 1 用 於 各 種 領 域 〇 - 1 其 次 根 據 上 述 多 數 光 源 方 式 的 說 明 就 根 據 厂 微 差 方 式 J 的 第 九 至 第 十 四 實 施 形 態 加 >λ 說 明 〇 圖 20為 根 據 為 第 I 九 實 施 形 態 的 微 差 方 式 的 位 置 測 定 裝 置 概 略 截 面 圖 〇 又 1 1 I 在 圖 20中 考 慮 縫 隙 罩 幕 250對於- -次元的CCD260的相對 1 1 位 置 時 將 顯 示 CC； D 2 6 0 的 特 定 格 Μ 縫 隙 間 隔 為 單 位 在 哪 個 1 1 位 置 的 位 址 稱 為 厂 鏠 隙 位 址 J 將 顯 示 在 缝 隙 位 址 內 更 詳 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） _ 33 一 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（311) 细位置的位址稱為「局部位址」。 如圖20所示，Μ大字I〜R所示的多數格Mllwm間隔設 於為受光部的CCD260上，利用連續的10個格形成一個組。 而且，各格附上其所靥之組的下標。例如靥於Gn組的各 格在符號I〜R附上下標η。另一方面，多數鏠隙MlOwia間 隔設於靥於光源部的鏠隙罩幕250上。圖未示的適當光源 和縫隙罩幕250—體設於缝隙罩幕250的上方，從此光源向 鏠隙罩幕250投射略平行的光。這些光之中，僅通過鏠隙 的光Μ預定角度α的寬度投射到CCD260的表面。CCD260和 鏠隙罩幕250的任何一方或兩方構成如下：可相對地在X軸 方向並進移動。但是，此處也MCCD260為固定側，Μ缝隙 罩幕250為移動側加Μ說明。 圖20顯示縫隙罩幕250之一個縫隙251，來到位於Gn組 最左之格In正上方的狀態。在此狀態下，格1^受到可受 之光的最大量，其輸出值成為最大。此外，各格的間隔和 各縫隙的間隔如上述稍微不同，所Kin旁邊之格Jn和其 上面鏠隙25 12的位置稍微偏移，格Jn的輸出值比最大值 稍小。Μ下同樣地，在圖20中，陳著向右側去，格的輸出 值逐漸變小，在格Μ η輸出值成為最小。其後，這次轉變 為增加，如前述規定各格的間隔及各鏠隙的間隔的结果， 在G η組最右側之格R η輸出值的變化結束一周期。然後， 在於此R η右鄰之格，即G n + i組之格I n + i，因鏠隙2 5 1 i 2再 來到正上方而其輸出值再成為最大。 藉由Μ上述間隔設fiCCD260之各格和鏠隙罩幕250之各 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） -3 4 - I I I I 裝 „ —訂一" 線 - 『 * - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（32 ) 格，全部組之各格的輸出值變化方法*Gn組之各格的輸 出值變化方法完全一樣。即，Μ格全體來看》其輸出值顯 示Μ —組長度為一周期的正弦波形變化。然後，利用和闞 於「多數光源方式」說明的圖15同樣的10個加法電路I〜R (圖未示）互相加上各組對應之格的輸出值，其结果成為振 幅更大的同一周期的正弦波形。圖21係將此相加结果按順 序排列顯示的圖形。在同圖中，I之值顯示Ι:+Ι2+..... + Ιη + ....。至於J〜R也同樣。如此，排列各加法電路 的輸出值，可得到如圖21所示的周期函數。 此處考慮在圖20中，固定CCD260，使鏠隙罩幕250—點 一點地向左側移動時，格In的輸出值會如何變化。鏠隙 罩幕250向左側移動，其正上方的縫隙25h就向左側移動 ，其结果，格In受到的光量逐漸減少。鏠隙罩幕250移動 約5/im，格In的受光量成為最小。然而，移動量超過5wm ，來自旁邊縫隙2512的光影響就變大，所Μ格In的受光 量轉變成增加。然後，縫隙罩幕250移動10wm*縫隙2512 來到格In的正上方，格In會再受到可受光之光的最大量。 因此，格In的輸出值係鏠隙罩幕250每移動10wm做一 周期的變化。此「鏠隙罩幕250每移動10« m做一周期的變 化」對於其他格Jn〜Rn也完全一樣。然而，來自這些各 格的輸出信號的相位在從In到Rn之間各稍微不同。該结 果，可理解圖21所示的正弦波也鏠隙罩幕250每移動10/im 做一周期的變化。此事顯示與圖21之正弦波形一周期對應 的實際距離為10w m。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -35 - I 裝 Ί —1 線 •, - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) otiodQ A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明 (33 ) 1 1 如 從 上 述說 明 可 明 白 對 於 特定之 格*例如圖20之格In 1 1 1 9 若 經 常 監視 其 輸 出 值 則 鏠 隙罩幕 250每移動10wm，此 1 1 輸 出 值 成 為峰 值 〇 因 此 使 用 預定的 電路機構將輸出值變 /·-Ν 請 先 1 1 換 成 脈 衝 信號 藉 由 計 算 該 脈 衝數* 可求出CCD260對於縫 閱 讀 1 背 1 隙 罩 幕 2 5 0的鏠隙位址 5 面 之 1 注 1 另 一 方 面， 對 於 局 部 位 址 可用如 下的手鑛求出。這種 意 事 rg 1 情 況 可 適用 和 從 闞 於 單 一 光 源方式 說明的圖4(b)所示的 # * Φ-- 1 1 寫 1 波 形 求 出 其峰 值 的 相 位 Θ 從 該结果 求出圖2之光源6和直 本 頁- 線 感 測 器 5之間的相對位置的方法及從闞於多數光源方式 ^· 1 1 說 明 的 圖 16所 示 的 正 弦 波 求 出 其相位 Θ r，從該結果求出 1 I 圖 9所示的光源部1 1 0和 CCD120的相對 位置的方法完全同樣 1 訂 的 手 績 〇 即， 若 得 到 了 圖 21 之 周期函 數的波形，則利用和 單 一 光 源 方式 及 多 數 光 源 方 式 同樣的 手續，從圖21所示的 1 1 正 弦 波 求 出其 相 位 Θ 2 從該结果求出圖20所示的鏠隙罩 1 1 幕 250對於CCD260的局部位址 >此處相位02顯示從成為基 1 線 準 的 I到為了方便起見此波形成為最小的位置的相位。又 1 I f 這 種 情 況， 與 在 第 一 實 施 形 態之說 明敘述的周期函數 - 1 1 D (X) 對 ttfyf 懕 的周 期 函 數 成 為 Kc 0 S (X - Θ 2 )，常數K為負。 - 1 J. 因 此 首先 求 出 移 動 前 的 鏠 隙位址 和局部位址，其次求 1 J· 出 對 於 CCD260使 鏠 隙 罩 幕 250移動後的縫隙位址和局部位 1 I '址 若 求 出兩 者 位 址 值 之 差 則可決 定鏠隙罩幕250對於 1 1 I CCD260的 正確 移 動 量 〇 又 注 意在圖 16和圖21中，Μ下之 1 1 點 大 幅 不 同之 點 〇 即 在 圖 16 中，正 弦波一周期與圖12所 1 1 示的CCZ?i2Cfc各組的間 隔 (80 i /ίο)對應，相對於此，在圖21中 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） _ 36 - 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 014590 A7 B7 五、發明説明（34 ) ，其正弦波一周期與圖20所示的縫隙250之各鏠隙的間隔 (10 w m)對應。 且說多數光源方式的情況的相位角分解力取決於圖16 (b)所示的信號波形之SN比（信號雜訊比）及計算相位角Θ ! 之際的取樣數。此處所謂取樣數，係一組所含的格數。即 ，取樣數變大，則圖16(a)或（b)所示的一周期的正弦波取 樣點變多而A、B、...的間隔狹窄，該结果，所得到的周 期函數成為平滑，SN比提高。 另一方面，取樣數增加意味著在格和格之間隔一定（10 wm)的條件下，與圖16(a)及（b)所示的正弦波一周期對應 的實際距離變長。琨在，求出多數光源方式的小位址之式 一般化而可表示為
Ii = 10[/U m]x mX θ ι/360 (4) 此處m為靥於一組的格數，即與取樣數對應，圖16的情況 ，m=8。根據此式計算光源部110對於CCD120的位置時， 即使加大取樣數m之值而提高θ 分解力，若格和格之間 隔為一定（'lOwm)，則（4)式的「10[wm]xraj部分之值變 大，结果位置計算的分解力也僅此降低。 相對於此，微差方式藉由將和鼷於一組之格數（10個）稍 微不同之數的縫隙（11個）在和一組間隔（ll〇w m)相等的距 離之間配置成等間隔，可使圖21所示的周期函數一周期與 非常短的實際距離（l〇Wm)對應。因此，與此周期函數之 相位Θ 2對應的局部位址12可利用下式求出： I 2 = 10 [ μ in] X Θ 2 /360 (5 ) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4规格（210 X 297公釐） -3 7 _ I------Ί -------0 * * - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（35 ) 如從（5)式得知，即使增加取樣數而若干提高02之分解力 ，與周期函數一周期對應的實際距離也不會因此而變長* 因此0 2之分解力提高會照樣反映到局部位址之分解力提 高，位置測定的精度比多數光源方式的情況飛躍地提高。 此點是和多數光源方式不同之本方式的大特點。又，本實 施形態係設每一組的縫隙數和格數之差為1，但此差越小 精度越高。因此，決定每一組的縫隙數和格數時，此點也 要考盧。 Μ上係就只Μ X軸方向為對象的一次元位置測定加以說 明，但另設一個和上述同樣的受光部及光源部，將此作為 y軸方向的位置測定用，則可算出二次元的位置測定及移 動量。具體而言，準備由可X軸方向移動的平台U平台）及 可y軸方向移動的平台（y平台）構成的桌台，藉由在各X平 台設置X軸方向的位置測定用的位置測定裝置，並在y平台 設置y軸方向的位置測定用的位置測定裝置，可做二次元 的位置測定。 其次，參照圖22，就第十實施形態加Μ說明。圖22為根 據微差方式的第十實施形態的位置測定裝置概略截面圖。 此裝置不是單純設置兩個上述一次元的位置測定裝置而進行 二次元的位置測定，而是用精巧的方法Μ有效且高精度可 進行二次元的位置測定。 圖22所示的位置測定裝置之光源部270具備藍色（B)LED 271及透鏡272、X軸方向的縫隙位址測定用的紅色（R)LED 2 7 3、y軸方向的縫隙位址測定用的綠色（G ) L E D 2 7 4，並具 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） _ 3 8 - I I I —裝 訂~1 線 • * (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（3β ) > 有由照相軟片構成的特殊鏠隙罩幕275。開關276用來選擇 電源277的供給地點。此光源部270與平面的CCD278表面對 向且可二次元地並進移動。CCD278將多數格二次元地配置 於X軸方向及y軸方向。縫隙罩幕275使其接近CCD278，藉 此使兩者的熱密合性提高，可將熱膨脹造成的偏移抑制在 最小限度。來自（^0278的輸出暫時記憶於（^0對應記憶體2 7 9 後，供給蓮算電路280，進行預定的運算。 圖23為擴大鏠隙罩幕275—部分的平面圖。同圖中升斗 格狀顯示的各領域具有通過特定組合顔色之光的性質。即 ，以「B」顯示的領域透過藍色之光* K「RB」顯示的領 域透過紅色及藍色之光，以「GB」顯示的領域透過綠色及 藍色之光，M 「RB」顯示的領域透過紅色及藍色之光，Μ 「RGB」顯示的領域透過紅色、綠色及藍色之光。在圖23 所示的鏠隙罩幕275上與X軸平行每隔一個地配置通過綠色 (G)之光的帶狀領域275i和不透過此光的帶狀領域2752。 因此^對於綠色之光，和具有與X軸平行的10 β m間隔的縫隙 成為等效。此外，與y軸平行每隔一個地配置通過紅色（R )的 帶狀領域2753和不透過此光的帶狀領域2754。因此，對於 紅色之光，和具有與y軸平行的10um間隔的鏠隙成為等效 。再者，藍色（B)之光在哪裡都可透過。又*圖23所示的 鏠隙罩幕可容易實現作為利用照相軟片的濾色片。 如圖23構成的縫隙罩幕於點亮紅色LED273時，成為X軸 方向的位置測定用的鏠隙罩幕，於點亮綠色LED274時，成 為y軸方向的位置測定用的鏠隙罩幕。再者，對於來自藍 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） _ 39 - I I Γ訂 - 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) <>14590 a? B7 五、發明説明（对,） 色LED271的藍色光（B)’由於在全面成為—定的透過率’ 所Μ點亮藍色LED271時’若各組加上54軸方向Λ 方向各 受光部之各受光元件的輸出’則知道在得到最大相加·结果 之組的地方有此 gfeLED271° 對位置。根據此組單位的概略位置和在第九實施形態說明 的局部位址，可做二次元的位置測定或距離測定。 圖24為横式地顯示圖22之CCD278面上的來自藍&LED271 之光的照射範圃271a和來自發光元件272之光的照射範圍 272a。來自發光元件271的藍色光為透鏡272所適當縮小後 ，照樣透過具有如上述之性質的縫隙罩幕275’在CCD278 .上產生點狀的亮點281。此光係為了求出缝隙位址所使用 。另一方面，來自紅色LED273的紅色光及來自錄色LED274 的綠色光照射於CCD278上的具有一定寬度的領域282° 來自CCD278之各格的信號在CCD對應記憶體279暫時記憶 ，再供給運算電路280。在此運算電路進行關於上述圖4、 圖16、圖21等說明的各種蓮算，如上述Μ極高的精度求出 光源部270對於CCD278的二次元位置。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖25為根據微差方式的第十一實施形態的概略截面圖。 這是以比較長的光源部290為固定側，將直線感測器291設 於此光源部290的上部而作為移動側，至於格及鏠隙的配 置，則和圖20的結構同樣。直線感測器291與圖20之CCD 260對應。在同圖中，光源部290之直線鏠隙292和圖20所 示的縫隙罩幕250略同樣，對於此直線縫隙292，從下側的 光源部290Μ —樣的強度投射光。圖26(a)(b)為顯示直線 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） _ 4 0 - 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（38 ) 感測器291的輸出信號概略之圖，圖26(a)與圖21對應，圖 26(b)為求出縫隙位址的脈衝信號。根據這種信號，根據 圖26(b)之信號而求出縫隙位址，進行對於圖26(a)之周期 函數的相位計算而求出局部位址。藉此，到局部位址為止 可精细求出直線感測器291對於光源部290的相對位置。此 外，根據此實施形態，在橫方向可做比較長跨距的位置測定 及距離測定。 圖27為將受光部300及光源部301都形成環狀之根據微差 方式的第十二實施形態的概略圖。這種情況，受光部300 的多數格也分組成各預定數，將和屬於一組的格數稍微不 同之數的鏠隙等間隔地配置於和一組的角度間隔相等的角 度間隔之間。而且，和直線配置格及縫隙的第九至第十一實 施形態同樣，將來自各格的輸出信號和圖21同樣地周期函 數化，對於此信號，藉由進行預定的運算，精密地求出受 光部300和光源部301的相對旋轉角度位置。因此，可將本 裝置適用於可測定精密角度位置的旋轉編碼器。 4 圖28為使用CCD攝影機310精密測定在於某程度離開此 CCD攝影機310的位置之測定對象物移動的根據微差方式的 第十三實施形態的概略截面圖。此實施形態係將多數點光 源列311固定於同圖之上下移動的測定對象物上，M CCD攝 影機310之透鏡310a調節此光，投影到CCD攝影機310之CCD 格上。這種情況，利用攝影機的倍率調合調節對點光源列 之格上的投影間距。藉此，此投影間距和CCD攝影機之格 的排列間距會與圖20的鏠隙罩幕250之各縫隙和CCD250之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） _ 41 ~- 私衣------Γ、1Τ—r------^ * · (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明 (39 ) 1 1 各 格 的 排 列 間 距 對 懕 〇 藉 此 可 高 精 度 測 定 測 定 對 象 物 1 1 的 位 置 0 1 1 圖 29為 使 用 磁 場 源 取 代 上 述 各 實 施 形 態 的 光 源 或 鏠 隙 > y—S 請 先 1 1 使 用 磁 性 檢 出 元 件 取 代 受 光 機 構 的 第 十 四 實 施 形 態 之 位 置 閱 讀 背 1 1 測 定 裝 置 的 概 略 截 面 圖 〇 此 處 磁 場 源 係 使 磁 帶 上 以 預 定 面 之 1 注 1 間 隔 離 間 的 領 域 磁 化 者 使 用 霍 耳 (Η a 1 1 ) 元 件 作 為 磁 性 檢 意 事 1 項 1 出 元 件 0 圖 29之 霍 耳 元 件 3 3 0,' 330 2 ’ .為可精密測定 再， 1 寫- 裝 1 磁 性 的 感 測 元 件 將 此 Μ 例 如 和 固 圖 20的 CCD260 之 各 格 相 等 本 頁- 的間_ 列 於 基 板 331上 1而且 使用Κ和圖2 0的縫隙罩幕 1 1 2 5 0之縫隙間隔相等的間隔垂直磁化的磁帶3 3 2取 代 圖 20的 1 | m 隙 罩 幕 250 1將此磁帶3 3 2從 基 板 33 1稍微離間而配置於 訂 基 板 3 3 1上部 並可横方向（X軸方向） 移 動 若 對 於 由 各 霍 1 耳 元 件 所 得 到 的 輸 出 進 行 預 定 的 蓮 算 則 可 得 到 和 圖 21同 1 1 樣 的 周 期 函 數 〇 藉 由 根 據 此 周 期 函 數 進 行 和 上 述 同 樣 的 計 1 1 算 到 局 部 位 址 為 止 可 精 密 求 出 磁 帶 3 3 2對於基板3 3 1的 相 1 線 1 I 對 位 置 〇 又 本 實 施 形 態 的 位 置 測 定 裝 置 也 和 使 用 多 數 光 源 和 受 - 1 1 1 光 元 件 之 測 定 裝 置 的 情 況 同 樣 可 容 易 擴 充 成 二 次 元 位 置 • 1 測 定 裝 置 〇 又 根 據 微 差 方 式 的 上 述 各 實 施 形 態 在 其 要 旨 範 圍 内 可 做 各 種 變 更 〇 例 如 上 述 各 實 施 形 態 作 為 光 源 使 用 具 有 1 1 多 數 縫 隙 的 縫 隙 罩 幕 Μ 此 縫 隙 罩 幕 遮 蔽 來 白 單 一 光 源 之 1 1 I 光 將 通 過 縫 隙 之 光 等 效 地 利 用 作 為 多 數 的 光 源 但 本 發 1 1 明 並 不 限 於 這 些 也 可 Μ 實 際 準 備 多 數 的 光 源 〇 這 種 情 況 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） _ 42 _ A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明 (40 ) 1 1 9 上 述 各 實 施 形 態 的 鏠 隙 位址 成 為 光 源 位 址 0 而 且 上 述 1 1 | 實 施 形 態 係 就 P = =10 q = 11的 情 況 即 p < q 的 情 況 加 Μ 說 1 1 明 但 本 發 明 不 限 於 此 Ρ及q 具 有 適 當 大 小 的 不 同 值 即 可 /·-V 請 先 1 1 9 也 可Μ 是 p > q 的 情 況 〇 閱 讀 背 1 1 其 次 就 根 據 厂 干 涉 方 式」 的 第 十 五 及 第 十 -JL-. 實 施 形 態 之 1 注 1 加 Μ 說 明 〇 意 事 1 項 1 圖 30為 第 十 五 實 施 形 態 之位 置 測 定 裝 置 要 部 的 截 面 圖 » 再. 填 1 寫· 1 顯 示 為 受 光 機 傲 構 的 —· 次 元 CCD及與此CCD 表 面 對 向 所 設 之 光 本 頁♦ 源 部 的 樣 子 〇 1 1 在 圖 30 中 光 源 部 41 0係由光干涉生成機構411及 發 光 元 1 | 件 41 5構成 >作為光干涉生成機構411 例 如 可 利 用 根 據 和 訂 米 欺 爾 森 (Μ i C he Is on )干涉計 、馬赫- 齊 德 (Mac h 一 Ze n d e r ) 1 干 涉 計 Λ 杰 明 (j u m an η) 干 涉計 % 特 懷 曼 _格林（T w y m an - 1 1 G r e e η) 干 涉 計 等 眾 所 周 知 的干 涉 計 同 樣 的 原 理 使 光 的 干 涉 1 1 產生者或 組 合 雷 射 光 者 〇 光 干涉 生 成 備 構 41 1使成為光源的 1 線 雷 射 用 適 當 的 光 學 糸 統 干 涉， 在 CCD420 受 光 面 上 沿 著 各 格 1 I 的 排 列 方 向 使 預 定 間 隔 的 干涉 條 紋 產 生 〇 藉 由 利 用 如 上 述 - 1 1 I 的 干 涉 計 可 Μ 幾 乎 相 等 的周 期 形 成 光 強 度 變 化 的 干 涉 條 - 1 紋 〇 這 種 情 況 9 干 涉 條 紋 的間 隔 取 決 於 使 用 的 雷 射 波 長 光 干 涉 生 成 機 構 41 1和CCD420的距離 光干涉生成機構411 | 的 光 學 系 統 常 數 等 〇 又 如米 歐 爾 森 干 涉 計 等 形 成 同 心 1 I 圓 狀 干 涉 條 紋 者 的 情 況 有這 些 圓 的 直 徑 方 向 配 置 成 和 1 1 1 CCD420 之 格 的 排 列 方 向 一 致。 另 一 方 面 作 為 發 光 元 件 1 1 41 5 例如可利用發光二極體（L E D ) 等 〇 光 干 涉 生 成 機 構 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） _ 43 - 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（4t) 411和發光元件415—體構成，兩者的間隔調整成預先預定 的距離。 光源部410與CCD420的表面對向，對於CCD420可相對地 左右方向（M此為X軸方向）自由移動。沿著x軸方向’多數 格M10Wra間隔排列於CCD420上。各格分組成連續的8個格 成為同一組。此處，和上述「多數光源方式」的情況同樣 ，將在一組範圍内的光源部410位置稱為小位址’將 CCD420表面之中光源部對向之格的組單位位置稱為大位址 。求出大位址時，點亮發光元件415，求出小位址時’點 亮光源部410之光干涉生成機構411。又’在實際距離或相 對位置的測定方面’光源部410和CCD420之中’ W —方為 固定側，K他方為移動側。此處，Μ光源部410為移動側 ，MCCD420為固定側加W說明。 圖31為擴大圖30之CCD420的表面一部分。在圖31中’ Αι 、Bi、____為在CCD420的表面上直線地WlOwm間隔排列 的各格，此處為了簡單，設了 Ai、Bi、·.·，G1B、H1B的 128格。各格像格為Gi組、A2〜H2的8格為G2組 、...、Aie〜H1B的8格為G16組那樣，K連鱭的8格為同一 組而分成16組。因此，一組的長度成為80<im。 其次，一面參照「多數光源方式J的說明，一面就干涉 方式的位址求法加以說明。首先，求出大位址’此方法和 多數光源方式的情況大致同樣。即，本實施形態的位置测 定裝置具有和關於多數光源方式說明的圖11之加法電路 UOi-lSOu，樣的加法電路。這些加法電路13(^-130^ 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ----------裝— -- * - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明 (42 ) 丨 1 係 與 CCD420之 格 的 各 組 對 應所設 ，各組加上 由屬於該 組之 1 1 I 格 所 輸 出 的信 號 輸 出 輸 出L 1〜 Lle。要求出大位址 -熄 1 1 滅 光 干 涉 生成 機 構 41 1而只點亮發光元件4 1 5 。由發光 元件 /·—S 請 先 1 1 415所發出之光的CCD420上的光強度分佈成為和圖12同樣 閲 讀 皆 1 1 η 面 1 I 的 曲 線 〇 此光 強 度 分 佈 需 具有單 一峰值且分 佈幅度和 大致 之 1 注 1 一 組 的 長 度成 為 同 程 度 0 意 事 1 項 1 如 圖 12 ，若 發 光 元 件 41 5的中心在於G 1 3組 的範圍， 則加 填 1 法 電 路 1 30 ! ~ 130! 8的輸出L 1〜L i B變成如圖 1 3所示， 加法 寫- 本 頁· 1 電 路 1 30 1 3的輸出L 13 最 大 。因此 ，藉由利用 圖未示的 蓮算 1 1 電 路 比 較 這些 信 號 L 1 L 1 e，檢出發光元件415在於與 G 1 3 1 I 組 對 向 的 位置 由 此 可 求 出大位 址。發光元 件4 1 5在於其 訂 他 位 置 時 也同 樣 可 求 出 大位址 〇 1 其 次 就求 出 小 位 址 的 方法加 Μ說明。求 出小位址 時， 1 1 熄 滅 發 光 元件 41 5而點亮光干涉生成機構411 。點亮光 干涉 1 1 生 成 4m m 構 411 利用光干涉在CCD420的受光面上形成干涉 1 線 1 I 條 紋 ο 圖 32為 顯 示 根 據 此 干涉條 紋的受光面 上的光強 度水 平 變 化 樣 子的 圖 〇 又 在 圖32中 ，CCD420之 各格的號 碼及 - 1 1 1 組 的 號 碼 省略 〇 如 前 述 由於為 光干涉生成 機構41 1所形 • 1 成 的 干 涉 條紋 間 隔 調 整 成 8 0 w m 所Μ光強度水平如圖32 所 示 Μ 80 w m周期變化 每隔80ju in產生多 數峰值。 這正 I 好 和 在 CCD420 上 部 80 U m間隔設置多數光源，從這些光 1 I 源 Μ 適 當 的擴 展 角 將 光 投 射於受 光面上等效 。8 0 // m 此一 1 1 I 周 期 和 CCD420 之 一 格 組 的 間隔相 等。該結果 ，在 CCD420的 1 1 受 光 面 上 在形 成 干 涉 條 紋 的範圍 内，來自各 組對應之 格的 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公嫠） _ 45 - 314590 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明 (43 ) 1 1 輸 出 相 等 〇 於 此 觀 察 圖 32之 光 強 度 水 平 變 化 這 正 好 和 關 1 1 於 多 數 光 源 方 式 說 明 的 圖 14之 光 強 度 分 佈 極 為 類 似 〇 因 此 1 1 9 可 適 用 和 在 多 數 光 源 方 式 求 出 小 位 址 同 樣 的 議 論 〇 /-—S 請 1 1 先 1 利 用 和 圖 15所 示 者 同 樣 的 加 法 電 路 對 於 各 組 對 應 的 格 閲 ik 1 背 1 之 間 加 上 來 白 圖 3 1 所 示 的 CCD420 之 各 格 的 輸 出 信 號 可 得 面 之 1 注 1 到 和 關 於 多 數 光 源 方 式 說 明 的 面 _ 16 (b)同樣振幅大的周期 意 事 1 項 I 函 數 Dt (X) >若得到這種周期函數DT ( X ) 則 和 在 多 數 光 源 鼻 φ.- 1 方 式 說 明 的 同 樣 使 用 眾 所 周 知 的 運 算 電 路 (圖未示） 可 % 本. 頁 裝 1 容 易 且 高 精 度 求 出 從 方 便 訂 定 的 基 準 點 A到其峰值的相位 1 I 〇 而 且 即 使 圖 32之 各 個 曲 線 的 形 狀 少 許 變 形 這 些 也 會 1 I 互 相 抵 銷 而 得 到 高 的 信 號 雜 訊 比 (S lUb ) 可 得 到 能 決 定 精 1 訂 度 高 的 小 位 址 這 種 和 多 數 光 源 方 式 同 樣 的 特 徵 〇 如 Μ 上 若 可 Μ 求 出 大 位 址 和 小 位 址 則 從 光 干 涉 生 成 1 1 m 構 41 1和發光元件415的 預 定 距 離 可 決 定 光 源 部 410和 1 I C C D 4 2 0 的 相 對 位 置 0 1 線 此 外 上 述 係 就 一 次 元 的 位 置 測 定 加 Μ 說 明 但 若 另 設 1 I 一 組 和 上 述 同 樣 的 光 源 部 及 CCD 將這些配置於X 方 向 及 y • 1 1 軸 方 向 作 為 各 方 向 的 位 置 測 定 用 則 可 算 出 二 次 元 的 位 • 置 測 定 及 移 動 量 〇 具 體 而 言 準 備 由 可 X軸方向移動的平 1 J* 台 (X平 台 )及可y 軸 方 向 移 動 的 平 台 (y平 台 )構成的桌台 ， 1 I 藉 由 在 各 X平台設置X 軸 方 向 的 位 置 測 定 用 的 位 置 測 定 裝 置 1 1 | 9 並 在 y平台設置y 軸 方 向 的 位 置 測 定 用 的 位 置 測 定 裝 置 9 1 I 可 做 二 次 元 的 位 置 測 定 〇 1 1 又 根 據 干 涉 方 式 的 本 實 施 形 態 在 其 要 旨 範 圍 内 可 做 各 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） _ 46 - A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明 ( 44 ) 1 1 種 變 更 〇 例 如 上 述 實 施 形 態 係 就 使 用 CCD作為受光元件的 1 1 情 況 加 Μ 說 明 但 這 Μ 外 例 如 也 可 Μ 使 用 光 電 晶 體 光 1 1 電 二 極 體 及 其 他 受 光 元 件 〇 此 外 本 裝 置 的 適 用 領 域 除 了 /—S 請 先 1 1 上 逑 Μ 外 也 包 含 只 進 行 _. 次 元 長 度 測 定 的 情 況 可 適 用 閱 1 背 1 於 各 種 領 域 〇 面 之 1 注 1 其 次 就 根 據 厂 干 涉 微 差 方 式 J 的 第 十 - 實 施 形 態 加 Μ 意 事 1 項 1 說 明 〇 干 涉 微 差 方 式 因 和 前 述 厂 微 差 方 式 J 及 厂 干 涉 方 式 再> 4 1 寫— 裝 1 J 的 關 係 很 深 而 隨 時 參 照 關 於 這 些 實 施 形 態 的 說 明 〇 上 述 頁- 微 差 方 式 利 用 具 有 預 定 間 隔 的 縫 隙 的 鏠 隙 罩 幕 將 多 數 光 投 1 1 射 於 CCD上 >相對於此 本實施形態的微差干涉方式和 厂 1 I 干 涉 方 式 J 同 樣 藉 由 利 用 光 干 涉 在 CCD的受光面上形 1 訂 成 干 涉 條 紋 藉 由 使 光 強 度 Μ 和 上 述 各 縫 隙 間 隔 相 等 的 周 期 變 化 形 成 和 通 過 多 數 縫 隙 而 投 射 光 等 效 的 狀 態 〇 藉 此 1 1 > CCD之各格和干涉條紋之明部變成和微差方式的情況同 1 1 樣 的 關 係 〇 1 線 圖 33為 第 十 Α.. 實 施 形 態 之 位 置 測 定 裝 置 的 概 略 截 面 圖 〇 1 I 在 固 _ 33中 在 二 次 元 的 CCD510上 側 設 置 光 干 涉 生 成 構 1 1 530 以由此處發出之光在CCD510的受光面上形成干涉條 * 1 紋 〇 干 涉 條 紋 顯 示 明 部 和 暗 部 交 互 出 現 的 光 強 度 變 化 〇 使 1 用 光 干 涉 生 成 機 構 之 點 和 根 據 厂 干 涉 方 式 J 的 第 十 五 實 施 I 形 態 (圖 30) 的 情 況 相 同 但 厂 微 差 干 涉 方 式 J 的 干 涉 條 紋 1 I 間 距 比 厂 干 涉 方 式 J 的 情 況 的 干 涉 條 紋 間 距 短 〇 圖 34為 擴 1 1 大 圖 33所 示 的 CCD5 10部 分 的 截 面 圖 與 關 於 厂 干 涉 方 式 J 1 1 說 明 的 圖 32對 ota 膨 〇 利 用 干 涉 條 紋 產 生 的 光 強 度 如 此 圖 所 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） _ 47 - A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明 (45 ) 1 1 示 正 好 顯 示 正 弦 波 形 的 周 期 變 化 。作為 圖33之光干涉生 1 1 成 搬 m 構 530 和 「干涉方式」 的情況同樣 例如可利用根 1 1 據 和 米 歇 爾 森 干 涉 計 馬 赫 -齊德干涉計 杰明干涉計、 /—S 請 1 j 先 1 特 懷 曼-格林干涉計等眾所周知的干涉計同樣的原理使光 1¾) 讀 1 背 1 的 干 涉 產 生 者 或 組 合 雷 射 光 者 〇 光 干涉生 成機構530使成 面 之 注 1 I 為 光 源 的 雷 射 用 適 當 的 光 學 糸 統 干 涉，在 CCD510受光面上 意 事 1 1 項 I 沿 著 各 格 的 排 列 方 向 使 預 定 間 隔 的 干涉條 紋產生。 再- 4 - 1 % 1 藉 由 利 用 如 上 述 的 干 涉 計 如 圖 34所示 ，可K幾乎相等 本_ 頁 的 周 期 形 成 光 強 度 變 化 的 干 涉 條 紋 。這種 情況，干涉條紋 '— 1 1 的 間 隔 取 決 於 使 用 的 雷 射 波 長 、 光 干涉生 成機構530和CCD 1 I 510的距離 光干涉生成機構5 30的 光學糸 統常數等，調節 1 訂 成 和 CCD5 10 之 格 間 隔 稍 微 不 同 的 周 期，即 在圖34之例成為 10 U m、 )又 光干涉生成機構530形 成同心 圓狀的干涉條紋 1 1 者 的 情 況 有 這 些 圓 的 直 徑 方 向 配 置成和 CCD510之格的排 1 1 列 方 向 ___. 致 〇 1 線 利 用 圖 34所 示 的 光 干 涉 生 成 機 構 5 3 0所得到的光強度的 1 I 周 期 變 化 和 關 於 厂 微 差 方 式 J 說 明 的在格 間隔為1 1 w m的 • 1 1 圖 20 之 CCD260上 側 排 列 10 U m間隔的多數光源等效。因此 1. 使 光 干 涉 生 成 m 構 530 在 X 軸 方 向 移動10 w m *其間和圖 1 .1' 2 1 同 樣 所 得 到 的 周 期 函 數 也 顯 示 一 周期的 變化。若按照在 1 I 上 述 厂 微 差 方 式 J 說 明 的 同 樣 的 手 鑛求出 所得到的周期函 1 1 | 數 的 峰 值 相 位 則 可 求 出 光 干 涉 生 成機構 530 對於 CCD510 1 1 的 局 部 位 址 〇 此 外 關 於 微 差 方 式 之與縫 隙位址對應的位 1 1 址 對 於 特 定 之 格 例 如 圖 20 之 格 In，藉 由經常監視其輸 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） _ 48 - 五、發明説明（46 ) A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 出值，可和微差方式的情況同樣求出。再者，若在y軸方 向也設置和圖33同樣的裝置，則也可Μ求出\ -7平面上的 二次元位址。 上述係就一次元的位置測定加Μ說明，但若另設一組和 圖33同樣的裝置，將這些配置於X方向及y軸方向，作為各 方向的位置測定用，則可算出二次元的位置測定及移動量 。具體而言，準備由可X軸方向移動的平台（X平台）及可y 袖方向移動的平台（y平台）構成的桌台，藉由在各X平台設 置X軸方向的位置測定用的位置測定裝置，並在y平台設置 y軸方向的位置測定用的位置測定裝置，可做二次元的位 置測定。 又，根據干涉方式的本實施形態在其要旨範圍內可做各 種變更。例如上述實施形態係就P=10、q=ll的情況，即 p<q的情況加Μ說明，但本發明不限於此，若P及q具有適 當大小的不同值即可，也可以是P > q的情況。 [產業上之利用可能性] 如Μ上，關於本發明之位置測定裝置對精密測定長度或 距離有用，在以需要精密測定的半導體製造領域為首的各 種領域可加Μ利用。 I III 裝 _ —訂J —線 -* I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） 49