WO1996028707A1 - Instrument de mesure de positions - Google Patents

Description

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明 細 裕

位置測定装置

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。 背暈技術

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 B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 ffi離も し く は相対位 atの測定が必要 と な る。

例えば、 半導体製造の分野では、 半導体ゥ 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、 ハ' 》ノ ケージ ン グ に至る までの多 く の段陪で、 位 B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 S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 の移動置を検出 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。

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 は難しいという媒題があった。 また、 その精度 に も限界があった。

本発明は、 上記事情に基づいてな されたものであ り、 種々の分野 において、 簡単な原理で高い精度の位匾測定が可能である位匱測定 装置を提供する こ と を目的とする ものであ る。 発明の開示

上記の目的を连成するための第 1 の発明は、 直線状に等間隔に配 列 した総数 P個の受光素子を 1 グループに q個ずつ含む r個のダル ー ブに グループ分けして構成した受光手段と （ p = q X r ) 、 前記 受光手段に沿っ て前記受光素子の配列方向に移動可能と され、 前記 受光手段の複数の受光素子に光を照射する光源手段と、 前記光源手 段の存在する位 Bを、 前記 1 グループの長さを単位と して特定する 第 1 の位 E特定手段と、 r 個の各グループの対応する受光素子同士 の出力を加算して得られる q個の信号を周期閱数化し、 こ の周期閲 数の位相計算を行って、 前記光源手段の 1 グループの長さの範囲内 における位置を定める第 2の位置特定手段とを具備し、 前圮光源手 段の前記受光手段に対する相対的な位置を測定する こ とを特 »とす る

上記の目的を達成するための第 2の発明は、 直線状に等間隔に配 列 した総数 P個の受光素子を、 各グループに q個ずつ、 r 個のダル ープに グループ分けして構成した受光手段と （ P == q X r ) 、 前記 受光手段のグループの間痛と等しい間 BSで配覼された複数の光源そ れぞれが前記受光手段に対し所定の ¾度分布で光を投射する と と も に、 前妃受光手段に対向して全体と して前紀受光手段の受光素子の 配列方向に沿って並進移動可能と された光源手段と、 前記光源手段 の存在する位置を、 前圮 1 グループの長さを単位と して特定する第 1 の位置特定手段と、 r個の各グループの対応する受光素子同士の 出力を加算して得られる q個の信号を周期関数化し、 こ の周期蘭数 の位相計算を行って、 前圮光源手段の 1 グルー プの長さの範囲内に おける位置を定める第 2の位置特定手段とを具備し、 前記光源手段 の前記受光手段に対する相対的な位置を測定するこ とを特徴とする 上記の目的を逮成するための第 3の発明は、 直線状に等間隔に配 列された複数の受光素子を、 各グループに i 锢ずつ含まれるよう グ ループ分けして構成された受光手段と、 前記受光手段に対して所定 の広がりで光を投射する光源を、 前記受光素子の 1 つのグルー プの 寸法と等しい鉅離当たりに j 個 （ j ≠ i ) ずつ含まれるよう配置し 、 全体と して前記受光手段の受光素子と平行に並進移動可能と した 光源手段と、 前記光源手段と前記受光手段との相対位置を、 前記光 源手段の光源間の距離 （光源間 ffi離） を単位と して持定する第 1 の 位 St特定手段と、 前紀各受光素子が、 前記各光源からの光を受光し たと きに、 それぞれのグループに厲する対応する位匿に配置された 受光素子同士の出力信号を加算し、 その結果得られる i 個の加算結 果を周期関数化し、 こ の周期関数の位相計算を行う こ とにより、 前 光源間 ¾離の範囲内で、 前圮受光手段と前記光源手段との相対位 置を算出する第 2の位置特定手段とを具備し、 前記光源手段の前記 受光手段に対する相対的な位置を測定することを特徴とする。

上記の目的を連成するための第 4の発明は、 直線状に等間隔に配 列した総数 P個の受光素子を、 各グルー プに q個ずつ、 r個のグル ーブに分けて構成された受光手段と （ P = q X r ) 、 前記受光手段 の受光面に対向して前妃受光素子の配列方向に並進移動可能に配置 され、 前紀受光面に投射した光による光の干渉によって干渉編を生 じ させ、 前記受光索子の上で、 前妃受光手段の 1 グループの長さ と 等しい周期で光 ¾度の変化を生じさせる光干渉手段と、 前記光干渉 手段の存在する位置を、 前記グループを単位と して特定する第 1 の 位置特定手段と、 前記光干渉手段から光が投射されたと きに、 r個 の各グルー プにおける対応する受光素子同士の出力信号を加算して 得られる q個の信号を周期 M数化し、 この周期 Μ »の位相計算を行 つて、 前記光干渉手段の 1 グループの長さの範囲内における位置を 定める第 2の位置特定手段とを具備し、 前記光干渉手段の前記受光 手段に対する相対的な位置を測定する こ と を特徴とする。

上記の目的を逮成する ための第 5の発明は、 直練状に等間隔に配 列 された複数の受光素子を、 各グループに i 儷ずつ含まれる よ う グ ループ分け して構成された受光手段と、 前記受光手段の受光面に対 向して前記受光素子の配列方向に沿って並進移動可能と され、 前記 受光面に投射した光によ る光の干渉によ って干渉 «を生じ させ、 前 妃受光面上で前 E受光素子の一つのグルー プの寸法と等しい距離当 た り に j 個 （ j ≠ i ) の干渉 «を形成する光干渉手段と、 前 E光干 渉手段と前 E受光手段との相対位置を、 前記干渉練の間 Wと等しい 距離を単位と して特定する第 1 の位置特定手段と、 前 3己各受光素子 が、 前記干渉綫によ る光を受光した と き に、 それぞれのグループに 属する対応する位 Bに配 fiされた受光素子同士の出力信号を加算し て、 i 個の加算結果を出力する加算手段と、 前妃加算手段によ る加 算の結果得られる i 個の加算結果を周期関数化し、 この周期閲数の 位相計算を行う こ と によ り、 干渉練の間 filと等しい ffi離の範囲内で 、 前紀受光手段と前記光干渉手段との相対位置を算出する第 2の位 B特定手段とを具備し、 前妃光干渉手段の前妃受光手段に対する相 対的な位置を測定する こ とを特»とする。

第 1 の発明は、 前 3己よ り、 所定の ¾度分布を有する光を発する光 源手段を、 受光素子に沿って移動させる と、 発光手段から受光素子 に照射される光のス ポ ッ ト も移動する。 このため、 各受光素子の出 力信号の ¾度の分布は、 受光素子が配列された受光手段と光源手段 との相対的な位置によ って異なる。 第 1 の位置特定手段はこの信号 を用い、 各グループについて、 そのグループに厲する受光素子を加 算した桔果から光源手段の存在する位置を 1 グループの長さを単位 と して特定し、 第 2の位置特定手段は、 各グループの対応する受光 素子同士の出力を加算する こ とによ り周期閲数を得て、 これに対す る位相計算から 1 グループの長さの範囲内における光源手段の位置 を定める。

第 2の発明は、 前記よ り 、 光源手段の複数の光源は、 受光手段の グループの間 と等しい間 Wで配置されているので、 受光手段に投 射される光の強度は、 グループの長さ と等しい周期で変化する。 し たがって、 受光手段のう ち光源からの光が当たっている部分では、 各グループの対応する受光素子が受ける光の ¾度は等し く なる。 光 源手段を、 受光素子に沿って移動させる と、 発光手段から受光素子 に照射される光のス ボ ッ ト も移動する。 このため、 各受光素子の出 力信号の ¾度の分布は、 受光素子が配列された受光手段と光源手段 との相対的な位匿によって異なる。 第 1 の位置特定手段は、 1 グル ープの長さを単位と して、 光源手段の存在する位置を特定する。 第 2の位置特定手段は、 各グループの対応する受光素子同士の出力を 加算する こ とによ り周期関数を得て、 これに対する位相計算から 1 グループの長さの範囲内における光源手段の位置を定める。 第 2の 発明では、 複数の光源を用いる こ と によ り、 この周期関数の振幅が 大き く な り、 位相計算の精度が高 く な り、 結果と して、 位置測定の 精度が高 く なる。

第 3 の発明は、 前記よ り、 i と j の値が僅かに異なっている埸台 、 一つのグループに属する i 個の受光素子から出力される信号を並 ベる と、 正弦波状と なる。 そ して、 それぞれのグループに厲する対 応する受光素子の出力信号を各グループについて加算して得られる i 個の加算結果を並べた場合にも、 同様に正弦波状の周期関数と な る。 と こ ろで、 光源手段を、 光源同士の間 Kと等しい距離だけ受光 素子の配列方向に移動させる と、 ち ょ う ど周期関数の振幅と等しい 振幅で 1 周期分の変化をする。 このこ とは、 上記周期関数の 1 周期 が、 光源間距離に対応する こ とを意味する。 したがっ て、 第 2の位 置測定手段によ って、 この周期関数について基準点から特定の値、 えば周期関数のビーク値までの位相を求める と、 光源間距離の範 囲内における光源手段と受光手段との相対位置を算出する こ と がで き る。 尚、 どの光源間にあ るかについては、 第 1 の位 B特定手段に よ っ て特定する。 これらの結果から、 光源手段と受光手段の相対位 置が求められる。

第 4の発明は、 前記よ り、 受光手段の受光面には、 光干渉手段に よ って、 受光手段のグループの間 Hと等しい周期で光 ¾度の変化が 生じ る。 すなわち、 受光面に受光手段のグループの間隔と等しい間 隔の干渉輳が形成される。 したがって、 受光手段の う ち光干渉手段 からの光が当たっている範囲内では、 各グループの対応する受光素 子が受ける光の強度は等し く なる。 光干渉手段を、 受光秦子に沿つ て移動させる と、 受光素子に照射される光の干渉練も移動する。 こ のため、 各受光素子の出力信号の強度の分布は、 受光素子が配列さ れた受光手段と光干渉手段との相対的な位置によって異なる。 第 1 の位置特定手段は、 グループの長さを単位と して、 光干渉手段の存 在する位置を特定する。 第 2 の位匱特定手段は、 各グルー プの対応 する受光素子同士の出力を加算する こ と により周期関数を得て、 こ れに対する位相計算から光干渉手段の 1 グループの長さの範囲内に おける位腫を定める。 こ こ で、 干渉接を利用する こ と によ り、 複数 の光源を用いる こ と と等偭となる。 その結果、 この周期関数の振幅 が大き く な り、 位相計算の精度が高 く な り、 結果と して、 位置測定 の精度が高 く なる。

第 5の発明は、 前紀よ り、 受光手段の受光面には、 光干渉手段に よ って、 受光素子の一つのグループの寸法と等しい ffi離当たり に j 個の干渉編が形成される。 したがって、 i と j の値が僅かに異なつ ている場合、 一つのグループに厲する i 倔の受光素子から出力され る信号を並べる と、 正弦波状と なる。 そ して、 それぞれのグループ に厲する対応する受光素子の出力信号を各グループについて加算し て得られる i 個の加算結果を並べた場合に も、 同様に正弦波状の周 期 数と なる。 と こ ろで、 光干渉手段を、 干渉 «の間 Bと等しい ffi 離だけ受光素子の配列方向に移動させる と、 ち ょ う ど周期関数の振 幅と等しい振幅で 1 周期分の変化をする。 このこ と は、 上記周期関 数の 1 周期が、 干渉編の間 Wに対応する こ とを意味する。 したがつ て、 第 2 の位置特定手段によっ て、 この周期関数について、 基準点 から特定の値、 例えば周期関数の ピーク値までの位相を求める と、 これに対応する干渉縞の間 に対応する距離の範囲内における光干 渉手段と受光手段との相対位置を算出する こ とができ る。 尚、 どの 干渉輳の間にあるかについては、 第 1 の位 B特定手段によ って特定 する。 これらの結果から、 光干渉手段と受光手段の相対位置が求め れる o 図面の簡単な锐明

図 1 は、 第 1 実施形態の位置検出装置の概略ブロ ッ ク図、 図 2は 、 第 1 実施形態の位置検出装置についてライ ン状に配 Sされた多数 のフ ォ ト ト ラ ン ジス タを示した概略図、 図 3 ( a ) は、 図 2の各セ ルのフ ォ ト ト ラ ン ジス タの出力を各グループ毎に加算する加算回路 を示した図、 図 3 ( b ) は、 同図 （ a ) に示す各加算回路の出力を 縦軸に と っ て示したグラ フ、 図 4 ( a ) は、 図 2の各セルの出力を 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 算回路を示した図、 図 4 ( b ) は、 同図 （ a ) に示す各加算回路の 出力を横軸に等間 Bに並べて示したグラ フ、 図 5は、 第 2実施形態 を示した概略断面図、 図 6 は、 第 3実施形態を示した概略断面図、 図 7 は、 第 4実施形態を示した概略図、 図 8は、 第 5実施形態を锐 明するための図、 図 9 は、 第 6実施形態である位 測定装置の主要 部を示した概略断面図、 図 1 0 は、 図 9の一部を拡大した概略断面 図、 図 1 1 乃至図 1 3 は、 第 6実施形態の大ア ド レ スを求める方法 について説明するための図、 図 1 4は、 第 6実施形態の C C D表面 上での光の ¾度分布を示す図、 図 1 5 は、 図 1 0の C C D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した図、 図 1 6は、 図 1 5の各加算回 路の出力を横軸に等間隔に並べた結果を示す図、 図 1 7 ( a ) は、 第 6実施形態の変形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、 図 1 8 ( a ) は、 第 7実施形態の概略平面図であ 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、 図 1 9 ( a ) は、 第 8実施形態の概略断面図、 同図 （ b ) はこの装 IB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、 図 20は、 第 9 実施形態の概略断面図、 図 2 1 は、 第 9実施形態の加算回路によつ て相互に加算した結果を頃番に並べた様子を示す図、 図 22は、 第 1 0実施形態の概略断面図、 図 23は、 第 1 0実施形態のス リ ッ ト マス クの一部を拡大した平面図、 図 24は、 C C D面上における、 青色 L E Dからの光の照射範囲と発光素子からの光の照射範囲を模 式的に示した図、 図 25は、 第 1 1実施形態の概略断面図、 図 26 ( a ) ( b ) は、 ラ イ ンセ ンサの出力信号の概略を示した図、 図 2 7は、 第 1 2実施形態の概略図、 図 28は、 第 1 3実施形態の概略 断面図、 図 29は、 第 1 4実施形態の概略断面図、 図 30は、 第 1 5実施形態の主要部の断面図、 図 3 1 は、 図 30の一部を拡大した 図、 図 3 2は、 干渉耰に基づ く受光面上の光強度レベルの変化の様 子を示した図、 図 33は、 第 1 6実施形態の概略断面図、 図 34は 、 図 33の一部を拡大した断面図である。 発明を実施するための最良の形態

以下に、 図面を参照しながら、 本発明を実施するための最良の形 態について |¾明する。 尚、 便宜上、 位 IB測定のための原理の違いに よって、

第 1乃至第 5実施形態を 「単一光源方式」 （第 1 の発明） 、 第 6実乃至第 8実施形態を 「複数光源方式」 （第 2の発明） 、 第 9乃至第 1 4実施形態を Γ微差方式」 （第 3の発明） 、 第 1 5実施形態を 「干渉方式」 （第 4の発明） 、

第 1 6実施形態を 「干渉微差方式」 （第 5の発明） 、 と いう。

まず、 図 1 及び図 2 を参照して、 単一光源方式に基づ く 各実施形 態の基本原理を説明する。

図 1 は、 第 1 実施形態である単一光源方式に基づ く位置検出装置 の概略ブロ ッ ク図である。 同図において、 セ ンサ部 1 は、 後述の多 数のセ ルからな る フ ォ ト セ ンサや C C D な どであ り 、 こ こ で図 2 に 示す光源 6から受けた光を電気信号に変換する。 セ ンサ部 1 の多数 のセルは、 所定の数ずつの グルー プに分けられてい る。 セ ンサ部 1 の出力は、 加算回路 2へ送られる。 加箅回路 2は、 セ ンサ部 1 のグ ルー プ分けされた各グルー プに属するセルの出力を加算する加算器 2 a と、 それぞれのグループの対応する セル同士の出力を加算する 加算器 2 b からなる。 演算部 3 は、 加算回路 2の出力に基づいて、 後述の大ァ ドレ ス を求める演算回路 3 a及び後述の小ァ ド レ スを求 める演算回路 3 b からなる。

図 2 は、 第 1 実施形態である単一光源方式に基づ く位置検出装 E の ラ イ ン状に配置された多数のフ ォ ト ト ラ ン ジ ス タを示した概略図 であ る。 図 2 には、 多数のフ ォ ト ト ラ ン ジ ス タ のセル A i 、 B 1 、 · · · 、 G 8 、 H 8 を直線状に配置した ラ イ ン セ ンサ 5、 ラ イ ン セ ンサ 5 の上部にあ っ て ラ イ ンセ ンサ 5 のセル配列方向に並進移動で き る光源 6、 そ して、 光源と共に移動して光源 6からの光をラ イ ン セ ンサ 5上において適当に集束させるためのレ ン ズ 7が示されてい る。 ラ イ ンセ ンサ 5 は、 図 1 のセ ンサ部 2に対応する。 光源 6 と し ては、 例えば発光ダイ オー ド （ L E D ) を用いる こ とができ る。 ラ イ ン セ ンサ 5の各セルは、 正確に、 例えば 1 0 〃 m間 BIで配置され てい る。 これら のセルは、 A i ~ Η ι の 8個のセルが G 1 グループ 、 A 2 ^ H 2 の 8個のセルが G 2 グルー プ、 · · · 、 A s 〜 H 8 の 8個のセルが G 8 グループとい う よ う に、 連綾する 8個のセルを 1 つのグループと して 8 グループに分けられている。

セル列の上に示した曲線は、 L E D等の光源 6から ラ イ ンセ ン サ のセル ア レーに投影された光のス ボ ッ ト の強度分布を示す。 図 2の 例では、 G 2 グループのセル とセル D 2 の間に ビークがある。 したがっ て、 光源 6の中心は、 セ ル配列方向において、 こ の曲線の ピー ク の位 ISにあ る。 光源 6及びレ ン ズ 7から ラ イ ン セ ンサ 5上に 照射する光のス ポ ッ ト は、 強度分布の幅 （例えば強度が 2分の 1 に 低下する半値幅） が、 ラ イ ンセ ンサ 5の数セル分程度、 具体的には 、 1 グループに含まれるセ ルの数を q と したと きに、 セルの約 q / 3個分に相当する長さから q個分に相当する長さ程度と なる よう に 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 波成分が小さ く な り、 位 B測定の娯差が少な く なるからである。 仮に、 焦点がよ く 合って、 光が一点に集束して一つのセ ルにしか当たらなかっ た り 、 また、 スポ ッ ト が、 図 2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 6側に設けたレ ン ズ 7を S節して、 若干ア ン ダーフ オー カス又はオー バ ーフ オ ー カス気味に して焦点をずら し （ デフ ォ ー カス し） 、 ス ボ ッ トの光 ¾度分布の半値幅が図 2のよ う に 数セル分程度と なる よ う に調整する。

図 3 ( a ) は、 図 2 の各セルの出力を各グループ毎にオペア ン プ を用いて加算する加算回路を示す。 これは、 図 1 の加算回路 2 a に 対応する。 図 3 ( b ) は、 同図 （ a ) に示す各加算回路の出力、 す なわち各グループ毎に加算されて得られた信号 L i ~ L s の強度を 縦軸に と って示した グラ フである。 光源からフ ォ ト ト ラ ン ジス タ上 に投影された光のス ボ ッ ト の中心が、 図 2 に示すよ う に G 2 グルー ブの範囲にある場合は、 図 3 ( b ) に示すよう に、 信号 L 2 の強度 は、 他の信号に比べて極端に高 く なる。 したがって、 信号 L i ~ L

R の強度を比較する こ とによって、 光の中心の位置がどのグループ CT/ P96/00583

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のセル範囲にあるかを簡単に知る こ とができ る。 かかる処理は、 図

1 に示す演算部 3の演算回路 3 a において行われる。

図 4 ( a ) は、 図 2の各セルの出力を、 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オペア ン プで加算する加算回路を示 す。 この加算回路は、 図 1 の加算回路 2 b に対応する。 図 4 ( b ) は、 同図 （ a ) に示す各加算回路の出力、 すなわち対応するセル毎 に加算されて得られた信号 L A ~ L H を、 横軸に等間隔に A ~ Hを 並べて示 したグラ フである。 信号 L A 〜L H の ¾度の包絡線は、 図 4 ( b ) に破線で示すよ う に正弦波状の周期関数 D ( X ) と なる。 尚、 周期 数 D ( X ) の位相を考え る場合、 Aで示す点 （図 4 ( b ) の左端） を基準点とする。 このよ う な周期関数 D ( X ) が得られ れば、 周知の演算回路を用いて、 アナ ロ グ的に基準点 Aから その ビ ーク値までの位相 ø を容易に、 しかも高い精度で求める こ とができ る。 この 0 を求め る こ とは、 関数 D ( X ) の第 1 次高 S波の位相を 求める こ と に対応する。 かかる処理は、 図 1 に示す演算部 3の演算 回路 3 b において行われる。

こ こで、 この 0 の求め方を簡単に説明する。 図 4 ( b ) に示す波 形 D ( X ) を

D ( X ) = K cos(x一 Θ )

とする。 この式で、 0 は、 図 4 ( b ) に示すよ う に、 D ( X ) の ビ ー ク値の位相であ り、 この段瞎ではその値は不明である。 また、 K は定数であ る。 こ こで、 D ( X ) に cos X を掛けて 1 周期にわたつ て （ 0から 2 7 まで） 積分したもの、 すなわち、

X cos X · K cos( x — θ ) d x

を C とする と、 C はフー リ エ変換の リ アル成分に該当する。 この積 分を計算する と、

C = π K cos© ( 1 ) となる。 また、 D ( X ) に sinx を掛けて 1 周期にわたっ て積分し たもの、 すなわち、 / s i n x · K cos( x — Θ ) d x

を S とする と、 Sはフー リ エ変換のイ マ ジナ リ ー成分に該当する。 この積分を計算する と、

S = π K sine ( 2 ) となる。 （ 1 ) .式及び （ 2 ) 式よ り、

S / C 二 tane

であ り、 0 は、

Θ = tan-1 ( S / C ) ( 3 ) によ っ て求める こ とができ る。

尚、 （ 3 ) 式で求めた 0 の値は、 tan— 1の性質よ り πだけ不確定 とな り 、 特定の S / Cの値に対し 0 は 0から 2 π までの範囲内で二 つの値を と る。 これを確定する には以下のよう にする。 まず、 S Z Cの値が正だっ た と き、 そのよ う な値になる可能性と して、 C と S が共に正の埸合と C と Sが共に負の場合がある。 そ して、 それぞれ に対応する 0の値は 7Γだけ異なっている。 これを区別するために C の値と Sの値を参照する と、 （ 1 ) 式及び （ 2 ) 式から、 C と Sが 共に正と なるのは 0 < 0 < 37ノ 2の範囲であり、 C と Sが共に負 と なるのは、 π < Θ く ( 3 / 2 ) rの範囲である。 したがって、 じの 符号と Sの符号から、 ø の値を確定する こ とができ る。 一方、 S / Cの値が負だっ た と き、 そのよ う な値になる可能性と して、 Cが正 で Sが負の場合と、 Cが負で Sが正の場合がある。 そ して、 それぞ れに対応する 0 の値は；： だけ異なっ てい る。 これを区別するために Cの値と Sの値を参照する と、 （ 1 ) 式及び （ 2 ) 式から、 Cが正 で Sが負 と なる のは π Z 2く θ < 7Γの範囲であ り、 Cが負で Sが正 と なるのは （ 3 Ζ 2 ) π < 0 < の範囲である。 したがって、 Cの 符号と Sの符号から、 0 の値を確定する こ とができ る。

実際には、 D ( X ) を離散的にサン プ リ ン グしたデー タを用いて 上記の計算を行う。 この場合、 1 周期を 8サ ン プ リ ン グ （サ ン プリ ン グ間 Wを位相角 4 5。 とする） と して、 サン プ リ ン グした各値を D (0) ， D (l) ， D (2) ， D (3) , D (4) ， D (5) ， D (6) , D (7 ) とする と、 D (0) ~D (7) と して、 図 4 ( a ) の各加算回路の出 力 L A ~ L H をそのま ま利用する こ とができ る。

これに対応して、 1 周期の cosxの 4 5 ^β おきの値を

1 , s , 0 , - s , - 1 , - s , 0 , s

と し、 1 周期の sinxの 4 5 ° おきの値を

0， s , 1 ， s， 0， 一 s， 一 1 ， 一 s

とする。 こ こで、 s = cos45 ° = sin 4 5 ° = 0. 7 0 7である 。 このよ う にする と、 （ 1 ) 式の Cは、

C = D (0) X 1 + D (I) X s + D (2) X 0 + D (3) X (一 s ) + D (4) X (一 1 ) + D (5) X ( 一 s ) + D (6) X 0

+ D (7) X s

と して計算され、 （ 2 ) 式の Sは、

S = D (0) X 0 + D (1) X s + D (2) X 1 + D (3) X s

+ D (4) X O + D C5) X ( ~ s ) + D(6) X ( - 1 )

+ D (7) X (一 s )

と して計算される。 これから 0 は、 （ 3 ) 式と同様に、

Θ = tan-1 ( S / C )

によ っ て求める こ とができ る。 また、 C と Sの符号から、 上記； Γ だ けの不確定さをな く すこ とができ る。

一例と して、 図 2に示すラ イ ン セ ンサ 5の各セルの間隔を 1 0 ^ m、 1 グループの間 RIを 8 0 mとする と、 こ の ラ イ ンセ ンサのセ ル配列の 1 周期である 8 0 mが、 図 4 ( b ) の周期関数 D ( X ) の 1 周期 1 に対応する。 したがって、 例えば、 図 2の ラ イ ンセ ンサ の左端のセル Ai の中心を基準点と仮定し、 こ の基準点から測っ た 光源 6の中心 （実際には図 2の曲線の ビーク） までの を L とす る と、 Lは、

L = 8 0 m X ( G— l ) + 8 O m X 0 Z 3 6 O によ って求める こ とができ る。 こ こで、 Gは、 図 3 ( b ) によって 求め られた、 ス ポ ッ ト の中心 （図 2の曲線のピーク） が属する グル ーブの番号である。 上妃の例では、 ス ポ ッ トの中心は G 2グループ の範囲に属するので、 G = 2である。

但し、 実際には、 二つの点の間で光源 1 を移動させ、 その二つの 点において上記の Lを計算し、 その差から上記二つの点の距離を求 め る。 例えば、 同じ グルー プの範囲内で一点から他の一点へ光源を 移動させた と きの位相角の変化分が 1 53. 25 ° であっ たとすれ ば、 こ の 2点間の距離は、

8 0 m X 1 5 3. 25 ° / 360 = 1 1 4. 0 6 u と な り 、 誤差は上記よ り 0. 0 1 3 m程度と なる。 二つの点のグ ルー プが異なる場合には、 80 Ai mに グループ番号の差を掛けた値 を加算すれば、 2点間の距離が得られる。 このよ う な位置測定は、 顕微鏡における位匱や ffi離の測定、 半導体製造装置における正確な 位置検出などに応用する こ とができ る。

上記実施形態は、 受光素子と してフ ォ ト ト ラ ン ジ ス タ を用いた埸 合であるが、 これ以外に、 ^えばフ ォ ト ダイ オー ドや C C Dな どか ら なる ラ イ ンセ ンサを利用する こ と も可能である。 尚、 C C Dセ ン サを用いる場合は、 第 2実施形態の説明で述べる よ う に、 C C Dセ ンサからの信号を AZD変換したあと、 各ァ ド レスが C C Dセ ンサ の各セル と 1対 1 に対応したメ モ リ に移し、 必要な画像処理等を行 つて、 デ ィ ジ タ ル的に周期関数に基づいて ピー ク値までの位相及び 基準点からの距離を求める演算処理を行う。

尚、 第 1実施形態の位置測定装置を、 二次元直交座標 （ X — y座 標） 系の X軸方向及び y軸方向のそれぞれに設け、 そのそれぞれに ついて上記と同様の操作を行う こ とによ っ て、 二次元の位置測定を 行う こ とが可能と な り、 容易に二次元位置測定装置へ拡張する こ と ができ る。

次に、 第 2実施形態について説明する。 図 5は、 第 2実施形態の 位 IB検出装 IIを示した概略断面図である。 図 5において、 受光部 1 /JP96/00583

1 5

0は、 多数の C C Dセルが所定の位置に二次元的に配列された C C Dセ ンサ 1 1 と、 こ の C C Dセ ン サ 1 1からの信号を A/D変換し て外部に出力する C C D回路 1 2からなる。 この受光部 1 0は、 受 光部ケース 1 3に一体的に取り付けられている。

発光部 20は、 発光素子であ る発光ダイ オー ド （ L E D ) 2 1 と 、 こ の L E D 2 1 からの光を点光源とする絞り 22と、 こ の点光源 の光を適当に集束する レ ン ズ 23からなる。 こ の発光部 20は、 発 光部ケース 24に一体的に取り付けられている。

C C D回路 1 2からの出力信号は、 それぞれのア ド レ スが C C D セ ンサ 1 1 の各セ ル と 1対 1 に対応した メ モ リ 25に供給され、 一 時的に妃憶される。 これらのデー タ に対しては、 演算部 26におい て、 必要に応じて画像処理や、 第 1実施形態で行っ た演算と同様の 演算が行われ、 受光部ケース 1 3 と発光部ケース 24の相対的な位 置が求め られる。 但し、 この場合、 二次元的な位匿を検出するため には、 第 1実施形態における一次元での演算を、 平面直交座標 （ X 一 y座標） の各軸について行えばよい。 また、 本実施形態では、 デ イ ジ タル化された信号に対して演算を行う ので、 離散的フー リ エ変 換等の手法が適用 される。

L E D 2 1から C C Dセ ンサ 1 1上に照射される光のス ポ ッ ト の 光 ¾度分布の半値幅は、 第 1実施形態の場合と同様の理由によって 、 所定の範囲、 例えば C C Dセ ンサ 1 1 のセル数 ffi分程度と しなけ ればならない。 かかる ス ポ ッ ト の大き さ は、 絞り 22及びレ ン ズ 2 3を »節する こ と に よ っ て変えられる。

受光部ケース 1 3の上面 1 3 a及び発光部ケース 24の底面 24 aは互いに平行と され、 両者は接するか又は常に近接した一定の間 に保たれる。 更に、 受光部ケー ス 1 3と発光部ケース 24は、 上 面 1 3 a と底面 24 aの間の平行性を保っ たま ま、 所定範囲内にお いて面方向に自由に平行移動でき る。 したがって、 L E D 2 1から 発せられ C C Dセ ンサ 1 1上に照射される光のス ポ ッ ト は、 受光部 ケース 1 3 と発光部ケース 2 4 と の相対的な移動に伴って、 C C D セ ンサ 1 1 の表面上を移動する。

実際の位置測定では、 発光部ケー ス 2 4 を測定対象物に固定し、 受光部ケース 1 3 を測定の基準と なる物に固定するか、 あ るいは、 発光部ケース 2 4 を基準と なる物に固定し、 受光部ケース 1 3 を測 定の基準と なる物に固定する。 例えば、 本実施形態の位置検出装置 を N C マ シ ン等の工作機械に適用する場合は、 発光部ケー ス 2 4を ス テー ジ に固定し、 受光部ケー ス 1 3 を工作機械の本体側に固定す る こ とができ る。 これによつて、 最初にステージの位置合わせを し ておけば、 あと はス テージがどのよ う に移動しても、 本実施形態の 位置検出装置によって、 その移動量、 移動方向、 位 IB座標を藺単か つ正確に求める こ とができ る。 尚、 これと は逆に、 ス テージに受光 部ケース 1 3を固定、 本体側に発光部ケース 2 4を固定しても、 同 様の効果が得られる こ とは言う までもない。 また、 第 2実施形態と 同様に、 顕微鏡における位置ゃ疰離の測定、 半導体製造装置におけ る正確な位置検出な どに応用する こ とができ る。

尚、 本実施形態の変形例と して、 C C Dを平面状に配置して二次 元の位匱測定を行う代わ り に、 フ ォ ト セ ン サゃフ ォ ト ト ラ ン ジ ス タ 等の光セ ンサを平面状に配置しても よい。

図 6 は、 第 3実施形態を示した概略断面図である。 第 1 実旌形態 及び第 2実施形態は、 位置検出範囲が比較的狭い場合に適するが、 第 3実施形態は、 位置検出範囲が非常に大きい場合でも、 その位置 を正確に検出でき る点に特徴がある。 図 6に示す発光部ケース 3 0 は、 測定対象物に取り付けられ、 受光部ケース 3 1 は、 位置測定の 基準と なる物に取り付けられる。 両者は互いに対向した状態を保つ て、 面方向に自由に移動でき る。 C C D セ ンサ 3 1 の出力は、 C C D回路 3 2 によって A / D変換されたあ と、 各ァ ド レ スが C C Dセ ンサ 3 1 の各セルに対応する メ モ リ 3 3 に一時的に記憶され、 演算 部 3 4において画像処理、 周期関数化した後の位相叶算等の所定の 演算が行われる。

光源 J l 、 J 2 、 J 3 、 · · · は、 発光部ケース 30の表面近傍 に、 C C Dセ ンサ 3 1 に対向する よ う に略一定の間隔で設けられ、 各光源から発せられた光は、 対応する レ ン ズ 3 5ι 、 3 52 、 · · · を通っ て、 C C Dセ ン サ 3 1 に投射される。 この間 は、 例えば C C Dセ ンサ 3 1 の幅の 2分の 1 よ り大き く、 かつ C C Dセ ンサ 3 1 の幅を超えない範囲とする。 こ のよ う にする と、 発光部ケース 3 0が どの よ う に移動しても、 C C Dセ ンサ 3 1 は必ずどれかの光源 からの光を受ける こ と にな り、 かつ «合う光源からの光は何処かの 位置で必ず同時に C C Dセ ンサ 3 1 に照射される。 しかも、 三つの 光源からの光が同時に C C Dセ ンサ 3 1 に照射される こ とはない。 図 6の装置による位置検出の仕方について説明する。 尚、 こ こで は、 簡単のために、 光源 J i 、 J ₂ 、 J 3 、 · · · は直線的に配列 され、 発光部ケース 30の移動も この直線方向に一次元的に移動す る と して、 一次元の位置を検出する場合について説明する。 但し、 二次元的に移動する場合にも、 この考え方をそのま ま拡張でき る。

まず、 例えば光源 J i 及び J 2 からの光を C C Dセ ンサ 3 1 が受 ける範囲内において原点を設定し、 第 2実施形態において锐明した のと同様の方法によ っ て J i 及び J 2 の座標を求め、 更に、 演算に よ っ て光源 J i と J 2 の間の钜離を求める。 原点から発光部ケース 30が移動し、 C C Dセ ンサ 3 1 が光源 J 2 からの光の他に光源 J 3 からの光を受けたと きは、 同様の方法で光源 J 2 及び J 3 の座標 及び両者の間の距離を求める。 以下、 発光部ケース 30が移動して 、 C C Dセ ンサ 3 1 が二つの光源からの光を受けたと きは、 その都 度同様の動作を繰り返し、 過去に求めた »合う二つの光源の間の距 離を加算 （反対方向に移動する場合は滅算） してゆ く。 こ のよ う に する と、 発光部ケース 3 1 の移動量が大きい場合でも、 高い精度を 保っ たま ま、 広い範囲にわたる位置の測定が可能となる。

図 6に示す第 3実施形態では、 上記のよ うに、 燐合う光源の座標 及び位置を絶えず検出 し、 加算してゆ く ので、 光源と光源の間 RIが 、 上記の条件を满た している限り、 この間 I»に多少の位 IBずれがあ つ て も、 位 IBの測定には影響しない。 このこ とは、 実際上の有利な 点である。 尚、 本実施形態では、 C C Dセ ンサ 3 1 に 2つの光源か らの光が照射された場合に、 これらの位 B及び座標を同時に、 かつ 個別的に求める必要があるため、 第 2実施形態と同様に C C Dセ ン サからの信号を A D変換してから メ モ リ に移して演算する。 第 1 実施形態のよう に、 直接オペア ン プ回路で加算して周期 Μ»を求め る方法では、 そのま ま適用する こ とはでき ない。 しかし、 セ ンサ部 を複数に分割して、 それぞれ独立に計算するよ う にすれば、 第 1実 施形態と同様に 2つの光源の位 Eを求める こ と も可能である。

図 7は、 第 4実施形態を示した概略図である。 第 1実施形態から 第 3実施形態までは、 発光手段である L E Dの一次元又は二次元的 な位置を正確に求める こ と を主目的と したが、 上紀の位 II検出の方 法は、 非常に高速で、 かつ正確な結果が得られるため、 これを種々 の分野に適用でき る。 図 7は、 その一つの考え方を例示する もので あ り 、 振動する物体の振動波形を正確に検出する場合の応用例であ る。

ス ピー カーに音声信号が供給され、 振動部が振動する と、 その表 面に取り付けられたマーカー 50も同じ よ うに振動し、 マーカーの 位置が変化する。 このマー カー 50と しては、 例えば L E D等の発 光素子を使用する こ とができ る。 このマー カー 50の変化は光の信 号と して、 レ ン ズ 5 1 を通って C C Dセ ンサ 52に逮する。 C C D セ ンサ 52の出力は、 C C D回路 53によって AZD変換されたあ と、 各ア ド レスが C C Dセ ンサ 52の各セルに対応する メ モ リ 54 に一時的に圮憶され、 その後、 演算部 55において、 マー カー 50 の画像を 3Β»するための画像処理が行われ、 その後に位相計算等の 所定の演算が行われる。 尚、 C C Dの動作速度では追従できない高 い周波数傾域の振動については、 図 2及び図 3に示した第 1実施形 1 θ

態と同じ、 フ ォ ト ト ラ ン ジ ス タ のセルを用いた構成とする こ と も可 能である。

C C Dセ ンサ 5 2は、 マーカーから の光を受けるので、 第 1 実施 形態と同じ方法によ っ て、 マー カー 5 0の位置の時系列的な変化を 正確に検出する こ とができ る。 こ う して検出される マー カー 5 0の 位置の変化は、 そのス ビー カーから発せられる音声波形そのものを 示すこ と になる。 したがっ て、 オーディ オス ピー カーに供給された 音声信号の波形と、 C C Dセ ンサ 5 1 の出力を演算して得られる波 形とを比較すれば、 元々の音声信号がそのオーディ ォ装置及びス ビ 一 力一を通るこ と によって どのよ う に変化し、 歪んだかなどを高い 精度で翻べるこ とができ る。

尚、 C C D 5 2を使用する場合であれば、 画像を捉える こ とが可 能なため、 ス ピー カーに L E D 5 0のよ う な光源を設ける代わ り に 、 明瞭に識別でき る 白などのマークを付すこ と と し、 C C D 5 0に よってこのマークの画像を取り込み、 この画像信号から マークの画 像を S織する手段を投げる よう に しても、 同様の波形を観測する こ とが可能である。 この場合、 C C Dセ ンサ 52が捉える画像が適当 な強度分布の広がり と なるよう に、 マーク 自体の明度が場所によつ て変化する よう に し、 レ ンズはジ ャ ス ト フ ォーカス させる。

また、 别の例と して、 図 7のマーカー 5 0を自動車のエ ンジ ンに 取り付ける こ と によ って、 簡単、 正確、 迅速にエ ン ジ ンの振動波形 を得る こ とができ る。 したがって、 回転数その他のパラ メータによ つて、 振動がどのよ う に変化するかな どを解析する際に本装置を利 用する こ とができ る。

図 8は、 第 5実施形態を说明するための図である。 これまでの各 実施形筋は、 一次元的又は二次元的な位置を求める も のであつ たが 、 測定対象物が回転体である場合にも、 同様の原理を適用する こ と によって、 測定対象物の回転角度位置を求める こ とができ る。 その 場合の一つの方法と して、 光源を測定対象物である回転体に固定し 、 受光部 6 0のセルを、 回転体の回転勳作に伴っ て光源が移動する 経路に沿って、 図 8 に示すよう に環状に配置する。 回転体が回耘す る と、 光源から照射される光のス ボ ッ ト は、 環状に配置されたセル 上を移動するので、 光源と受光部との相対的な位置を求める こ と に よって、 回転体の回転角度位!！を検出する こ とができ る。

尚、 単一光源方式に基づ く上記第 1 乃至第 5の各実施形態につい ては、 種々の変更が可能である。 例えば、 C C D セ ンサに照射され る光をデフ オー カスする手段と して、 光源側に設けられたレ ン ズを 翻節する代わり に、 C C D セ ンサ表面近傍に平行に敝乱板を設け、 こ こ に光源からの光を投影する こ と も可能である。 あるいは、 光源 側で強度分布を有する光に して、 C C D セ ンサ側ではジ ャ ス ト フ 才 一カ ス させても同じ効果が得られる。

更に、 上記各実施形態では、 位 Bや長さを測定する場合について 锐明したが、 これを応用 して、 位 11や長さ以外の物理置の測定にも 本発明を適用する こ とができ る。 例えば、 天秤やバネ抨のよう に、 質量によって指針が指し示す位置が変化する測定方法において、 こ の位置の測定を本発明を適用して正確に測定する こ とによって、 質 量を正確に測定する こ とが可能と なる。 あるいは、 振動する二つの 物体の鉅離を正確に求めたい壜合には、 それぞれの物体について本 発明を適用 して正確な位置を測定し、 その差分を求める こ とによつ て目的を達する こ とができ る。

次に、 「複数光源方式」 に基づ く 第 6実乃至第 8実施形態につい て説明する。 図 9 は、 第 6実施形 である位 B測定装置の主要部で あ り、 受光手段である C C D及びこの C C D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。

図 9 において、 光源部 1 1 0 は、 発光素子 1 1 1 、 散乱板 1 1 2 、 ス リ ッ ト マス ク 1 1 3 、 レ ン ズア レー 1 1 4、 そ して発光素子 1 1 1 とは別に設けられた発光素子 1 1 5からなる。 発光素子 1 1 1 及び 1 1 5 と しては、 例えば L E Dを使用する。 発光素子 1 1 1 から発せられた光は、 敷乱板 1 1 2において適当 に敏乱されて透遇する。 この光のう ち、 ス リ ッ ト マス ク 1 1 3に設 けられた 9個のス リ ッ ト 1 1 3i 〜 1 1 39 のいずれかを通過した ものは、 レ ンズア レー 1 1 4によ って、 受光手段である C C D 1 2 0の表面上に投射される。 したがっ て、 C C D 1 20の側から光源 部 1 1 0を見る と、 1 1 3i ~ 1 1 39 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 1 1 5は、 その光が、 ス リ ツ ト マ ス ク 1 1 3を通過せず、 直接 C C D 1 20の表面に投射される よ う に、 発光素子 1 1 1 から十分に離れた位置に設けられている。 発光 素子 1 1 1 と発光素子 1 1 5の距離は、 予め所定の距離となる よ う に調整してお く。

光源部 1 1 0は、 C C D 1 20の表面に対向 し、 C C D 1 20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 は相対位面の測定においては、 光源部 1 1 0 と C C D 1 20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 1 1 0を移動側、 C C D 1 20を固定側と して説明す る。 尚、 本実施形態では、 C C D 1 20の表面に設けられた各セル の間隔は 1 0 mとする。 また、 C C D 1 20は、 連絞する 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いま。 こ こで 、 一つのグルー プの範囲内での光源部 1 1 0の位 Bを 「小ア ド レ ス j といい、 C C D 1 20の表面のう ち光源部が対向するセルのグル ーブ単位の位置を Γ大ア ド レス」 とい う。 光源部 1 1 0の発光素子 1 1 1 は小ア ド レ ス測定用、 発光素子 1 1 5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 1 1 1 のみを点灯して 発光素子 1 1 5は消灯し、 大ァ ド レ スを求める «台は、 発光素子 1 1 5のみを点灯して発光素子 1 1 1 は消灯する。

ス リ ッ ト マス ク 1 1 3の燐合う ス リ ツ ト の間 は、 80 w mとす る。 これによ り、 C C D 1 20の表面に投射される光の ¾度分布の ビーク間の ¾離は、 β合う グルー プの対応するセルの間 と等し く なる。 このよう なス リ ツ ト マス クは、 例えば写真フ ィ ルムに、 透明 領域と不透明傾域からなる縦縞も し く は横編の轅模様 （ス リ ツ ト模 様） を形成したものを用いる こ とができ る。 8 0 m間陽程度のス 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 1 1 5からの光は、 ス リ ツ ト マス クを通さずに、 直接 C C D 1 2 0の表面に投射される。

図 1 0は、 図 9の C C D 1 2 0の表面の一部を拡大した概略断面 図である。 図 1 0において、 Ai 、 B 1 、 · · · は、 C C D 1 2 0 の表面上に直線的に 1 0〃 m間隔で 列された各セルであ り、 こ こ では簡単のために、 A 1 、 B 1 、 · · · 、 Gi6、 H 16の 1 28セル が設けられている とする。 各セルは、 Ai ~Ηι の 8セルが G 1 グ ルー プ、 A2 ~ H2 の 8個のセルが G 2 グルー プ、 · · · 、 A 16^ Hisの 8個のセルが G 1 6 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 1 6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 0 mと なる。

まず、 図 1 1 乃至図 1 3を参照して、 大ア ド レ スを求める方法に ついて锐明する。 尚、 図 1 1 は単一光源方式について説明 した図 3 ( a ) に、 図 1 2は図 2に、 そ して図 1 3は図 3 ( b ) にそれぞれ 対応する。

本実施形態の位置測定装 Bは、 図 1 1 に示すよ う な加算回路 1 3 01 - 1 3 0i6を有している。 これらの加算回路 1 3 0ι ~ 1 3 0 isは、 C C D 1 2 0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、 そのグループに厲するセルから出力される信 号を加算して、 出力 Li ~ Lisを出力する。 大ア ド レ スを求めるた めに、 発光素子 1 1 1 を消灯して発光素子 1 1 5だけを点灯する と 、 その ¾度分布は、 例えば図 1 2に示す曲線 1 32のよ う になる。 尚、 図 1 2は、 発光素子 1 1 5の位置が G 1 3 グルー プの範囲にあ る場合を示す。 このと き、 加算回路 1 3 0 i 〜 1 3 016の出力 Li ~ L 16は図 1 3に示すよ う にな り、 加算回路 1 3 013の出力 L 13が 最も大き く なる。 したがって、 これらの信号 Li ~ Li6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 1 1 5が〇 1 3グルー プに対向する位置にある こ とが検出され、 これから大ァ ド レ スを求め るこ とができ る。

発光素子 1 1 5が他の位 Bにある場合も同様に して大ァ ド レ スを 求める こ とができ る。 尚、 実際には、 C C D 1 20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 C C D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変換器等の詳細な锐明は省略する。

次に、 小ア ド レ ス を求める方法について锐明する。 図 9において 、 ス リ ツ ト マス ク 1 1 3の各ス リ ツ ト 1 1 3ι ~ 1 1 39 を通過す る光は、 それ以前に散乱板 1 1 2によ っ て適当に敢乱されているの で、 ある角度の広が り をも った光束と して C C D 1 20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 C D 1 20の表面上で、 各ス リ ッ ト の位置を中心と した左右対称の ¾ 度分布と なる。 図 1 4は、 この ¾度分布の一例を示したものである 。 図 1 4において、 C C D 1 20の上に破線で示した各曲線は、 ス リ ッ ト マ ス ク 1 1 3の一つのス リ ッ ト だけを通通した光束の強度分 布を示す。 そ して、 これらを重ね合わせた実際の ¾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 80 /m間隔でビー ク となる。 この間ほは一つのグループの間 RI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。

尚、 単一光源方式の場合と同様の理由によ り、 各ス リ ツ ト を通過 する光束の広がり （例えば光束の ¾度が 2分の 1 に低下する半値幅 ) は、 C C Dの数セ ル分程度、 具体的には、 具体的には、 1 グルー ブに含まれるセルの数を q と した と きに、 セルの約 q / 3個分に相 当する長ざから q個分に相当する長さ程度となるよう にする こ とが 望ま しい。 このため、 光源部 1 1 0の レ ン ズア レー 1 1 4の位8を 適当に翻節して、 若干ア ン ダーフ オー カス又はオーバーフ オー 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 «整する。

図 1 5は、 図 1 0に示す C C D 1 2 0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 加算回路を示しており、 これは、 単一光源方式について説明した図 4 ( a ) に対応する。 すなわち、 加算回路 1 4 0A は、 G 1 グルー ブのセ ル Ai の出力、 G 2 グルー プのセル A2 の出力、 · · · · 、 G 1 6 グループのセル A isの出力を加算して出力する。 加算回路 1 4 0B - 1 40Η 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 1 4 0 Α - 1 4 0 Η の出力を、 それぞれ Ο Α - OH とする。 尚、 実際は、 C C D 1 2 0の各セ ルからの出力信号 は、 AZD変換されたあ と、 各ア ド レ ス が C C D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 Z D変換器等の詳細な锐明は省略する。

こ こで、 まず、 一つのス リ ツ ト だけを通通した光束のみに基づい て、 光源部 1 1 0 と C C D 1 2 0 との相対位置を求める方法につい て説明する。 今、 図 9のス リ ツ ト マス ク 1 1 3には、 ス リ ツ ト マス ク 1 1 3ι のみが設けられ、 他のス リ ツ ト は投けられていない と仮 定する。 こ のよ う に仮定した場合に得られる図 1 5の各加算回路 1 40ft ~ 1 0Η の出力 OA - OH を、 横軸に等間 に並べる と、 図 1 6 ( a ) に示すよ う な周期的な正弦波状の曲線 Di(x)となる。 この場合、 例えば加算回路 1 4 0A の出力 OA は、 点 Aの «ί麯の値 に対応する。 以下同様である。 この図は、 単一光源方式について锐 明した図 4 ( b ) に対応する。 このよう にする と、 点 Aから点 Hま での 1 周期が、 実際の C C D 1 2 0のセルの 1 グループ分の長さ （ 8 0 i m ) に対応する。

このよ う な周期関数 D ι(χ)が得られれば、 周知の演算回路 （図示 せず） を用いて、 図 1 6において便宜的に定めた基準点 Aから その ピーグ値までの位相 01 を容易に、 しかも高い精度で求める こ とが でき る。 こ の位相 01 の求め方は、 図 4 ( b ) を参照して単一光源 方式において説明 した方法と同じであるので、 こ こでは省略する。

こ こ で、 光源 （図 9ではス リ ッ ト 1 1 3ι 等） を複数設けたこ と による効果について説明する。 上記では、 図 9 におけるス リ ッ ト マ ス ク 1 1 3には、 単一のス リ ツ ト 1 1 3 ι 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 1

1 32 ~ 1 1 39 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 1 6 ( 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 1 1 3に設けられた各ス リ ッ ト 1 1 3 ι ~ 1 1 39 は、 8 0 m 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 1 6 ( a ) に示す周期関数 Di(x)と等しい位相と なる。

と こ ろで、 実際には、 ス リ ツ ト マス ク 1 1 3には単一のス リ ツ ト が設けられているのではな く、 1 1 31 ~ 1 1 39 の 9 «のス リ ッ ト が設けられている。 そ して、 実際の C C D 1 2 0の表面上の光の 強度分布も、 図 1 4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 1 5の加算回路 1 40A ~

1 4 0Η の出力を図 1 6 ( a ) と同じ よ う に示すと、 図 1 6 ( b ) のよ う な周期関数 D T (X) となる。 これは 9個の周期関数 Di(x)~

Da(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 T (X) は、 図 1 6 ( a ) の周期関数 Di(x)~D₉(x)に比 ベて振幅が非常に大きい。

このため、 単一のス リ ツ トからの光に基づく Di(x)について ビー クの位相を求めたの と全 く 同様に して、 周期関数 D T (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 T (X) 振幅が D I( 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 ¾度分布から位相を求める場合に 、 各ス リ ツ 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 の間ほに多少の娯差があっ たと しても、 図 1 6 ( 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 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比が大幅に向上する 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 ツ 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 ツ 卜 の数を決定する こ と がで き る。

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 1 1 1 と発光素子 1 1 5の所定 S離から、 光源部 1 1 0 と C C D 1 2 0 と の相対的な位置が決定される。 すなわち、 特定の二点問の 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 1 の点の位 相が 01 で、 これから小ア ド レ スが 30 /i mと求め られた とする。 一方、 この第 1 の点からの距離を求めたい第 2の点では位相が 02 であ り、 これから小ア ド レスが 50 mと求められた とする。 また 、 大ア ド レ ス については、 第 1 の点に比べて、 第 2の点が 3だけ大 きかっ た とする。 こ の場合に、 第 1及び第 2の点の距離は、

3 X 8 0〃 m + ( 5 0 ;u m— 3 0 m) = 2 40 m と い う計算によ って 2 4 0 i mと なる。

と こ ろで、 本実施形 «は、 一次元の位置測定装置であるが、 この 装置を二次元直交座標 （ X — y座樣） 系の X軸方向及び y軸方向の それぞれに投げ、 そのそれぞれについて上記と同様の操作を行う こ と によっ て、 二次元の位置を測定する こ とが可能とな り、 容易に二 次元位 測定装 fl!に拡張する こ とができ る。

図 1 7 ( a ) は、 第 6実施形態の変形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—部を拡大して示した概略平 面図である。 図 9の光源部 1 1 0では、 発光素子 1 1 5を発光素子 1 1 1 から離間 して設けたが、 図 1 7 ( a ) の光源部 1 50では、 小ァ ド レ ス測定用の発光素子 1 5 1 と大ァ ド レ ス測定用の発光素子

1 55を近接させて設ける。 また、 マス ク 1 53は写真フ ィ ルムか らな り、 後述のよ う に濃度変 »がなされている。 マス ク 1 53は、 図 9のス リ ッ ト マス ク 1 1 3に比べて、 C C D 1 20の表面に よ り 近づけてあ り、 発光素子 1 5 1及び 1 55と共に、 C C D 1 20に 対して並進移動可能と されている。 こ のよ う に、 マス ク 1 53と C C D 1 20 とを近接させる こ と によ り、 両者の熟的密着性が向上し 、 熱蟛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 ₀

この場合、 たと えば発光素子 1 5 1 は青色と し、 発光素子 1 55 は赤色とする。 また、 発光素子 1 5 1の光は、 図 1 7に点線で示す 広い角度範囲でマス ク 1 53に対して照射される。 これに対し、 発 光素子 1 55の光は、 C C D 1 20の表面において図 1 2に示す曲 線 1 32と略同様の ¾度分布のス ポ ッ ト光となる よ う に、 レ ン ズ 1 54によって適当な角度範囲に絞られる。

マス ク 1 53は、 写真フ ィルムからな り、 その濃度が図 1 7 ( b ) の 1 5 3 a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 »とい う ） 。 この濃度変 «の周期は 80 mである。 かかる ス リ ッ ト に発光素子 1 5 1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通率が低く、 濃度が低い所ほど 青色光の透通率が 5¾い。 したがって、 このマス ク 1 53を透通した 赤色光の ¾度は、 濃度変 »の周期に対応して、 図 1 4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 1 53は、 青色の発 光素子 1 5 1に対しては、 図 9の散乱板 1 1 2、 ス リ ツ ト マス ク 1 1 3、 レ ン ズア レー 1 1 4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 1 5 1 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 1 55からの赤色光 は、 赤色の濃淡を有するマス ク 1 53に対し、 濃度変磯に 係な く 同一の透過率で透通する。 したがって、 赤色の発光素子 1 5 5から の光は、 C C D 1 2 0の面上にス ポ ッ ト状の輝点とな り、 これに基 づいて大ァ ド レ ス の測定が可能と なる。

図 1 8 ( a ) は、 本発明の第 7実施形態であ 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、 C C D 1 6 0 は、 四つの頟域 1 6 0 i - 1 6 0 に分割されており、 このう ち 1 6 0 ι 及び 1 6 03 の領域が、 距離測定に寄与する。 本 実施形態では C C D 1 6 0 は固定され、 こ の上に設けられた移動部 材 1 7 0 は、 C C D 1 6 0 に対して二次元的に並進移動可能とする 。 また、 移動部材 1 7 0 は、 その中心 0が、 図 1 1 ( 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。

図 1 8 ( b ) に示すよ う に、 移動部材 1 7 0の下面には、 二つの 光源部 1 8 0 κ , 1 8 0 y が設けられている。 光源部 1 8 0 は、 C C D 1 6 0の う ち 1 6 0 ι の領域と協働して、 移動部材 1 7 0 の X軸方向における位置を測定する。 また、 光源部 1 8 0 ν は、 C C D 1 6 0のうち 1 6 0₃ の領域と協働して、 移動部材 1 7 0の y軸 方向における位置を測定する。 尚、 光源部 1 8 0 及び 1 8 0 s は 、 図 9 に示す光源部 1 1 0 または図 1 7 に示す光源部 1 5 0を利用 する こ とができ る。 この場合、 ス リ ツ ト マス ク 1 1 3又はマス ク 1 5 3 に設けられるス リ ッ ト の方向は、 1 8 0 « と 1 8 0 とでは 9 0。 異なる。

図 1 8 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 B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西離を 測定する ものとする。 したがっ て、 リ セ ッ ト後に、 試料の他方の蟣 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钜離が 計算される。 図 1 9 ( a ) は、 本発明の第 8実施形態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。 本実施形態の鹿離測定装置の 光源部 1 90は、 大ア ド レ ス測定用の青色 （B ) L E D 1 9 1及び レ ン ズ 1 92、 X軸方向の小ア ド レ ス測定用の赤色 （R ) L E D 1 94、 y軸方向の小ア ト' レ ス測定用の緑色 （G) L E D 1 96を備 え、 更に、 図 1 9 ( b ) に示すよ う な特別のマス ク 1 98を有して いる。 また、 C C D 2 00は、 多数のセ ルが X軸方向及び y «方向 に二次元的に配 Bされている。 マス ク 1 98を C C D 200に近接 させてあ る点は図 1 7の場合と同様であ り 、 したがって、 両者の熟 的密着性を向上させ、 熟 K張によ るずれを最小限に抑える こ とがで さ る。

マス ク 1 98は、 図 1 7 ( b ) のマス ク 1 53と同様に、 濃度変 »がな されているが、 本実施形態では、 図 1 9 ( b ) に示すよ う に 、 X軸方向には L E D 1 94からの赤色光 （R) に対する透過率が 1 98 aに示す正弦波状の変化をするよ う に、 また、 y軸方向には L E D 1 96からの緑色光 （ G ) に対する透過率が 1 98 bに示す 正弦波状の変化をする よ う に濃度変 »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、 一点鎖線の位置で縁色光の透通率が最も高い。 更に、 L E D 1 9 1 からの胥色光 （ 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。

本実施形態装置では、 上記のよ う な構成によ り、 第 7実施形態の 装置と 同様に、 二次元の位置測定及び ffi離測定が可能となる。 こ の 場合、 青色の L E D 1 9 1 を点灯して大ァ ドレ スを測定したあ と、 小ア ド レ スを測定する埸合には、 例えば、 まず赤色の L E D 1 94 を点灯して X軸方向の位置を求め、 次に、 緑色の L E D 1 96を点 灯して y軸方向の位置を求める。 本実施形態によれば、 図 1 8に示 す第 7実施形舫の場合に比べて、 C C D 1 60の寸法を小さ く でき る と い う利点がある。

尚、 複数光源方式に基づ く上記第 6乃至第 8実施形 JRについては 、 種々の変更が可能である。 例えば、 上記実施形態では受光素子と して C C Dを用いた塌台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 イ 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、 上記各実旌形態では、 複数のス リ ツ 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 2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 3己以外にも、 一次元の長さ測定だけを行う埸合 を含めて、 種々の分野に適用する こ とが可能である。

次に、 上 E複数光源方式の鋭明を «ま えて、 「》差方式」 に基づ く 第 9乃至第 1 4実施形態について锐明する。 図 20は、 第 9実施 形態である微差方式に基づ く位置測定装置の概略断面図である。 尚 、 図 20において、 一次元の C C D 260に対する ス リ ツ ト マス ク 250の相対位置を考え る場合に、 C C D 260の特定のセルがス リ ッ ト 間隔を単位と してどの位置にあるかを示すア ド レ スを 「ス リ ッ ト ア ド レ ス」 と いい、 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 い うものとする。

図 20に示すよ う に、 受光部である C C D 260には、 大文字 I ~Rで示す多数のセ ルが 1 l w m間隔で設けられ、 連校する 1 0個 のセルによって一つのグループが形成されている。 そ して、 各セル には、 それが厲する グループの添字が付してある。 たと えば G_n グ ループに属する各セルには、 符号 I〜Rに添字 nが付されている。 —方、 光源部に厲する ス リ ッ ト マス ク 250には、 1 間？ Bで 多数のス リ ッ ト が設けられている。 ス リ ッ ト マス ク 250の上方に は図示しない適当な光源がス リ ッ ト マス ク 25 0 と一体的に設けら れ、 こ の光源から、 略平行な光がス リ ッ ト マス ク 2 50に向けて投 射される。 これ ら の光のう ち、 ス リ ツ ト を通過した光だけが、 所定 の角度なの広が り をも っ て、 C C D 260の表面へ投射される。 C C D 26 0 とス リ ツ ト マス ク 25 0のいずれか一方又は両方は、 相 対的に X軸方向に並進移動でき る よ う構成されてい る。 但し、 こ こ でも、 C C D 260を固定側、 ス リ ッ ト マス ク 250を移動側と し て锐明する。

図 20は、 ス リ ツ ト マス ク 250の一つのス リ ツ ト 25 1 ι が、 Gn グルー プの最も左に位置する セル I n の真上に来てい る状態を 示している。 この状態で、 セル I n は受光可能な光の最大置を受け 、 その出力値は最大となる。 また、 各セ ルの間 と各ス リ ッ ト の間 隔が上 Eのよう に僅かに異なる ため、 I n の隣のセル J _n とその上 のス リ ッ ト 25 12 の位置は僅かにずれ、 セル J n の出力値は、 β 大値よ り わずかに小さい。 以下、 同様に、 図 20において右側に行 く に従ってセルの出力値は徐々に小さ く な り、 セル Ν π において出 力値が最小となる。 その後、 今度は增加に転じ、 各セルの間 及び 各ス リ ツ ト の間隔を前述のよう に規定した結果、 Gn グループの最 も右側のセル において出力値の変化は 1周期を終える。 そ して 、 こ の R π の右瞎にあるセル、 すなわち G π+ι グルー プのセル I π+ 1 では再び真上にス リ ッ ト ス リ ッ ト 25 112が来て、 その出力値は 再び最大と なる。

C C D 260の各セル と ス リ ッ ト マス ク 250の各ス リ ツ ト が上 記の間陽で投げられている こ と によって、 すべてのグループにおけ る各セルの出力値の変化の仕方は、 グルー プの各セルの出力値 の変化の仕方と全 く 同様と なる。 すなわち、 セル全体で見る と、 そ の出力値は、 1 グループの長さを 1周期とする正弦波状の変化を示 す。 そ して、 各グルー プの対応するセルの出力値を、 「複数光源方 式」 に関連して锐明した図 1 5と同様の 1 0個の加算回路 I〜R ( 図示せず） によ っ て相互に加算する と、 その結果は、 よ り振幅の大 きな同一周期の正弦波状と なる。 図 2 1 は、 こ の加算結果を頭番に 並べて示したものである。 同図において、 I の値は、 I i + I 2 + · · · + I n + · · · を示す。 J ~Rについても同様である。 この よ う に、 各加算回路の出力値を並べる と、 図 2 1 に示すよ う な周期 関数が得られる。

こ こで、 図 20において、 C C D 260を固定し、 ス リ ッ ト マス ク 25 0を少しずつ左側に移動させた と きに、 セル 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 2 50が左側に移 動する と、 その真上のス リ ッ ト 25 l i が左側に移動し、 その結果 セル I n が受ける光の置は徐々に減少する。 ス リ ッ ト マス ク 250 が約 5 w m移動する と、 セル I _n の受光置は最小と なる。 しかし、 移動黌が 5 mを越える と、 Rのス リ ツ ト 25 12 からの光の影響 が大き く なるため、 セル I n の受光置は增加に転じ る。 そ して、 ス リ ツ ト マス ク 250が l O i m移動する と、 ス リ ツ ト 25 12 がセ ル I n の真上に来て、 セル I n は、 再び受光可能な光の最大量を受 ける こ と になる。

したがっ て、 セル I n の出力値は、 ス リ ッ ト マス ク 250が 1 0 m移動するごとに 1周期の変化をする。 この Γス リ ッ ト マス ク 2 50が 1 0 m移動する ごとに 1周期の変化をする」 こ とは他のセ ル J n ~Rn についても も全 く 同様であ る。 しかしながら、 これら の各セルからの出力信号の位相は、 I n から Rn までの間で僅かず つ異なる。 その結果、 図 2 1 に示す正弦波も、 ス リ ッ ト マス ク 25 0が 1 0 w m移動する ごと に、 1周期の変化をする こ とが理解され る。 このこ とは、 図 2 1 の正弦波形の 1周期に対応する実钜離が 1 O z mであるこ とを示している。

上 3己の锐明から明らかなよ う に、 特定のセル、 例えば図 20のセ ル 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 5 0が 1 0 / m移動する ごとに、 この出力値はビーク 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 2 5 0 に対する C C D 2 6 0のス リ ッ ト ア ドレ スを求める こ とが可 能と な る。

一方、 局所ア ド レ ス については、 以下のよう な手続きで求める こ とができ る。 こ の埸合、 単一光源方式に関連して锐明 した図 4 ( b ) に示した波形から そのピークの位相 0 を求め、 その結果から図 2 の光源 6 と ラ イ ン セ ンサ 5 との間の相対位置を求めた方法、 および 複数光源方式に関連して説明した図 1 6 に示した正弦波からその位 相 0 1 を求め、 その結果から図 9 に示す光源部 1 1 0 と C C D 1 2 0の相対位匱を求めたの方法と全 く 同様の手続きを適用する こ とが でき る。 すなわち、 図 2 1 の周期関数の波形が得られたならば、 単 一光源方式及び複数光源方式と同様の手校によっ て、 図 2 1 に示す 正弦波から その位相 02 を求め、 その結果から図 2 0 に示す C C D 2 6 0 に対する ス リ ツ ト マス ク 2 5 0の局所ア ド レ ス を求める。 こ こ では、 位相 02 は、 基準となる I から、 便宜上こ の波形が最小と なる位置までの位相を示すもの とする。 尚、 その場合は、 第 1 実施 形態の锐明で述べた周期関数 D ( X ) に対応する周期関数は Kcos( X - Θ 2 ) とな り、 定数 Kは負 とする。

したがっ て、 まず、 移動前のス リ ツ ト ア ド レ ス と局所ア ド レ スを 求め、 次に、 C C D 2 6 0 に対してス リ ッ ト マス ク 2 5 0 を移動さ せた後のス リ ッ ト ァ ド レス と局所ァ ド レスを求め、 両者のァ ド レス 値の差を求めれば、 C C D 2 6 0 に対するス リ ツ ト マス ク 2 5 0の 正確な移動量が決定される。 尚、 図 1 6 と図 2 1 とでは、 次の点が 大き く異なる点に注意する。 すなわち、 図 1 6では、 正弦波の 1 周 期が、 図 1 2に示す C C D 1 2 0の各グループの間隔 （ 8 0 m ) に対応するのに対し、 図 2 1 では、 その正弦波の 1 周期が、 図 2 0 に示すス リ ッ ト 2 5 0 の各ス リ ッ ト の間ほ （ 1 0 // m ) に対応する と こ ろで、 複数光源方式の場合における位相角の分解能は、 図 1 6 ( b ) に示す信号波形の S N比及び位相角 01 を計算する際のサ ン ブル数に依存する。 こ こ で、 サ ン プル数とは、 一つの グルー プに 含まれる セ ルの数であ る。 すなわち、 サ ン プル数が大き く なる と、 図 1 6 ( a ) 又は （ b ) に示す 1周期の正弦波のサ ン ブル点が多 く なって Α、 Β、 · · * の1¾ が狭ま り 、 その結果、 得られる周期閲 数が滑らかとなって、 S N比が向上する。

一方、 サ ンブル数が增加する と い う こ と は、 セル と セルの間隔が 一定 （ 1 0 wm) の条件下では、 図 1 6 ( a ) 及び （ b ) に示す正 弦波の 1周期に対応する実際の距離が長 く なる こ とを意味する。 い ま、 複数光源方式の小ア ド レ スを求める式は、 一般化して、

11 = 1 0 〔 m〕 X m X 0 ι / 360 ( 4 ) と表すこ とができ る。 こ こで、 mは、 1 グループに厲するセルの数 、 すなわちサ ン ブル数に対応し、 図 1 6の埸合には、 m= 8である 。 この式に基づいて C C D 1 20に対する光源部 1 1 0の位置を計 算する場台、 サ ン プル数 mの値を大き く して 01 の分解能を高 く し ても、 セル とセ ルの間隔が一定 （ 1 であれば、 （ 4 ) 式の Γ 1 0 〔 ^ m〕 X m」 の部分の値が大き く なり 、 桔果と して位置計 算の分解能は、 それだけ低下する。

これに対して、 微差方式では、 一つのグループに属するセルの数 ( 1 0個） と僅かに異なる数のス リ ツ ト （ 1 1個） を、 一つのグル ーブの間隔 （ 1 1 O ^ m) と等しい S離の間に等間ほに配置する こ と によ っ て、 図 2 1 に示す周期 M数の 1周期を非常に短い実距離 （ 1 0 m) に対応させる こ とができ る。 このため、 この周期関数の 位相 02 に対応する局所ア ド レ ス 12 は、

12 = 1 0 C m X θ 2 X 360 ( 5 ) によって求める こ とができ る。 （ 5 ) 式から分かる よ う に、 サ ン ブ ル数を增やして 02 の分解能をい く ら高めても、 周期関数の 1周期 に対応する実距離が、 そのこ と によっ て長 く なる こ とはな く、 した がって、 Θ ₂ の分解能の向上がそのま ま局所ア ド レ ス の分解能の向 上に反映され、 位置測定の精度が複数光源方式の壜合に比べて飛躍 的に向上する。 この点が、 複数光源方式と異なる本方式の大き な特 長であ る。 尚、 本実施形態では、 1 グループ当た り のス リ ッ ト の数 とセルの数の差を 1 と したが、 この差は小さいほど精度は高 く なる 。 したがって、 1 グループ当た り のス リ ッ トの数とセルの数を決定 する埸台には、 この点も考盧する必要がある。

以上では、 X軸方向のみを対象と した一次元の位置測定について 锐明したが、 上妃と同様の受光部及び光源部をも う一つ設け、 これ を y軸方向の位置測定用 とすれば、 二次元的な位匱測定及び移動量 の算出が可能となる。 具体的には、 X軸方向に移動可能なス テー ジ ( X ス テー ジ） と y軸方向に移動可能なス テー ジ （ y ス テージ ） か らなるテーブルを用意し、 それぞれの X ステージには X軸方向の位 置測定用の、 また、 yス テージには y軸方向の位置測定用の位置測 定装置を、 それぞれに投ける こ とによ っ て、 二次元の位置測定が可 能と なる。

次に、 図 22を参照 して、 第 1 0実施形態について鋭明する。 図 2 2は、 微差方式に基づ く第 1 0実施形態である位匾測定装置の概 略断面図である。 こ の装置は、 二次元的な位置測定を、 上妃一次元 の位 B測定装置を単純に二つ設けて二次元の位 B測定を行うのでは な く 、 巧みな方法で効率よ く、 かつ高い糖度で、 二次元の位置測定 を行う こ とができ る。

図 2 2に示す位 B測定装置の光源部 2 70は、 青色 （ B ) L E D 2 7 1 及びレ ン ズ 2 7 2、 x軸方向のス リ ッ ト ア ド レ ス測定用の赤 色 （ R ) L E D 2 7 3、 y軸方向のス リ ッ ト ア ド レ ス測定用の緑色 ( G ) L E D 2 7 4を備え、 更に、 写真フ ィ ルムからなる特殊なス リ ッ ト マス ク 2 7 5を有している。 ス ィ ッ チ 2 7 6は、 電源 2 7 7 の供給先を遺択するためのものである。 この光源部 2 7 0は、 平面 的な C C D 27 8の表面に対向して二次元的に並進移動可能と され ている。 C C D 27 8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。 ス リ ッ ト マス ク 275は、 C C D 278 に近接させてあ り、 これによつて両者の熟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。 C C D 278から の出力は、 C C D対応メ モ リ 2 79に一時的に記憶されたのち、 浪 算回路 280に供給され、 所定の演算がな される。

図 23は、 ス リ ツ ト マス ク 275の一部を拡大した平面図である 。 同図に折目状に示した各傾域には、 特定の組み合わせの色の光を 通通する性質を持たせてある。 すなわち、 「B J で示す頟域は青色 の光を透過し、 「R B J で示す領域は赤色及び青色の光を透過し、 「G B J で示す傾域は緑色及び胥色の光を透通し、 「R B J で示す 領域は赤色及び青色の光を透通し、 「R G BJ で示す傾域は赤色、 緑色及び胥色の光を透通する。 図 23に示すス リ ッ ト マ ス ク 275 では、 緑色 （G ) の光を通通する帯状頟域 275ι と この光を透過 しない带状傾域 27 52 が、 X軸に平行に一つおきに配置されてい る。 したがって、 緑色の光に対して、 X軸に平行な 1 0 z m間 RIの ス リ ツ ト があるの と等価と なる。 また、 赤色 （R) を通過する帯状 領域 2753 と この光を通しない帯状領域 2754 が、 y軸に平行 に一つおき に配 flBされている。 したがっ て、 赤色の光に対して、 y 軸に平行な 1 0 / m間隔のス リ ッ トがあるのと等価となる。 更に、 青色 （ B ) の光は、 どこでも透通でき る よ うになつている。 尚、 図 23に示すス リ ツ ト マ ス クは、 写真フ ィ ルムを利用 した カ ラー フ ィ ル 夕 と して容易に実現でき る。

図 23のよ う に構成したス リ ッ ト マス ク 275は、 赤色 L E D 2 73を点灯した と きは、 X輪方向における位置測定用のス リ ツ ト マ ス ク と なり、 縁色 L E D 274を点灯したと きは、 y軸方向におけ る位置測定用のス リ ツ ト マス ク となる。 更に、 青色 L E D 27 1 か らの靑色光 （B ) に対しては、 全面において一定の透通率となるた め、 青色 L E D 27 1 を点灯する と きは、 X軸方向、 y軸方向それ ぞれの受光部の各受光素子の出力を、 各グループごと に加算すれば 、 最も大きな加算結果が得られたグルー プの所に、 こ の靑色 L E D 27 1 があるこ とが分かる。 これから、 グループを単位とする相対 位蹶が求められる。 このグループ単位の大まかな位置と、 第 9実施 形態で説明 した局所ァ ド レ ス に基づいて、 二次元的なの位置測定や ffi離測定が可能と なる。

図 24は、 図 22の C C D 278の面上における、 青色 L E D 2 7 1 からの光の照射範囲 27 1 a と、 発光素子 272からの光の照 射範囲 272 aを模式的に示したものであ る。 発光素子 27 1 から の青色の光は、 レ ン ズ 272によ って適当に絞られた後、 上記のよ う な性質を有する ス リ ツ ト マス ク 275をそのま ま透過して、 C C D 27 8上にス ポ ッ ト状の輝点 28 1 を生じる。 この光は、 ス リ ツ ト ア ド レ ス を求めるために用いられる。 一方、 赤色 L E D 273か らの赤色の光、 及び緑色 L E D 274からの緑色の光は、 C C D 2 78上の一定の広がり を持つ領域 282に照射される。

C C D 278の各セルからの信号は、 C C D対応メ モ リ 279に おいて一時的に記億され、 更に、 演算回路 280に供給される。 こ の演算回路において、 上紀図 4、 図 1 6、 図 2 1 な どに関連して锐 明 した各種演算が行われ、 C C D 278に対する光源部 270の二 次元的な位置が、 上記のよ う に して、 極めて高い精度で求められる 図 25は、 微差方式に基づく 第 1 1実施形態の概略断面図である 。 これは、 比較的長い光源部 290を固定側と し、 ラ イ ンセ ンサ 2 9 1 をこの光源部 290の上部に設けて移動側と してあるが、 セル 及びス リ ツ ト の配置については、 図 20の構成と同様である。 ラ イ ン セ ン サ 29 1 は、 図 20の C C D 260に対応する。 同図におい て、 光源部 29 0の ラ イ ン ス リ ツ ト 292は、 図 20に示すス リ ツ ト マ ス ク 250と略同様のものであ り、 こ のラ イ ン ス リ ツ ト 292 に対して、 下側の光源部 290から一様な ¾度で光が投射されてい る。 図 26 ( a ) ( b ) は、 ラ イ ンセ ンサ 29 1 の出力信号の概略 を示した図であ り、 図 26 ( a ) は図 2 1 に対応する も のであ り、 図 26 ( b ) はス リ ツ ト ア ド レ スを求めるためのパルス信号である 。 このよ う な信号に基づいて、 図 26 ( b ) の信号に基づいてス リ 、ソ ト ア ド レ スを求め、 図 26 ( a ) の周期閲数に対する位相計算を 行っ て局所ア ド レ ス を求める。 これによ り、 光源部 290に対する ラ イ ン セ ン サ 29 1 の相対位置を、 局所ァ ドレ ス まで、 精細に求め る こ とができ る。 また、 この実施形態によれば、 横方向において比 較的長いス パン の位置測定及び距離測定が可能となる。

図 27は、 受光部 3 00及び光源部 30 1を、 共に環状と した微 差方式に基づく 第 1 2実施形態の概略図である。 この場合も、 受光 部 30 0の多数のセルは、 所定の数ずつに グループ分けされており 、 一つのグループに厲するセルの数と僅かに異なる数のス リ ツ ト を 、 一つのグループの角度間ほと等しい角度間 の間に等間 に配置 する。 そ して、 セ ル及びス リ ッ ト を直線的に配置した第 9乃至第 1 1実施形態と同様に して、 各セルから の出力信号を図 2 1 と同様に 周期関数化し、 この信号に対して、 所定の演算を行う こ とによって 、 受光部 3 00 と光源部 30 1 と の相対的な回転角度位置を、 精密 に求める。 したがって、 本装 Itを精密な角度位置を測定でき る ロー 夕 リ ーエ ン コー ダに適用する こ と がで き る。

図 28は、 C C Dカ メ ラ 3 1 0を用いて、 こ の C C Dカ メ ラ 3 1 0からある程度難れた位 Bにある測定対象物の移動を精密に測定す る、 微差方式に基づ く第 1 3実施形態の概略断面図である。 この実 施形態では、 同図の上下に移動する測定対象物に多数の点光源列 3 1 1 を固定し、 こ の光を C C Dカ メ ラ 3 1 0の レ ン ズ 3 1 0 aで W 節して、 C C Dカ メ ラ 3 1 0の C C Dセ ル上に投影する。 この場合 、 カ メ ラの倍率合わせによって、 点光源列のセル上への投影ピ ッ チ を S3節する《 これに よ り 、 こ の投影ピ ッ チ と C C Dカ メ ラ のセ ルの 配列ピ ッ チは、 図 20のス リ ツ ト マス ク 250の各ス リ ツ ト と C C D 250の各セ ルの配列ピ ッ チに対応するものとな る。 これによつ て、 測定対象物の位置を高い精度で測定するこ とが可能と なる。 図 29は、 上記の各実施形態の光源も し く はス リ ッ ト の代わ り に 磁界源を用い、 受光手段の代わ り に磁気検出素子を用いた第 1 4実 施形態の位置測定装置の概略断面図である。 こ こ で、 磁界源は磁気 テー プ上の所定の間 Kで離間した領域を磁化したものと し、 磁気検 出素子と してはホール素子を用いる。 図 29のホール素子 3301 、 3 302 、 · · · ， は、 磁気を精密に測定でき るセ ン サ素子であ り、 これを例えば図 2 0の C C D 260の各セル と等しい間隔で基 板 33 1上に配列する。 そ して、 図 2 0のス リ ッ ト マス ク 250の ス リ ッ ト の間 PBと等しい間隠で垂直に磁化した磁気テープ 332を 図 20のス リ ツ ト マ ス ク 250の代わり に用いる。 こ の磁気テープ 332を、 基板 3 3 1 から僅かに離間して基板 33 1 の上部に E置 し、 横方向 （ X軸方向） に移動でき る よ う にすれば、 各ホール素子 から得られる出力に対し所定の演算を行えば、 図 2 1 と同様な周期 関数が得られる。 こ の周期関数に基づいて上 Eと同様の叶算を行う こ とによ って、 基板 33 1 に対する磁気テープ 332の相対的位置 を、 局所ア ドレス まで精密に求める こ とができ る。

尚、 本実施形態の位置測定装置も、 複数光源と受光素子を用いた 測定装置の埸合と同様に、 容易に二次元位置測定装 Βに拡張する こ とが可能である。

尚、 微差方式に基づ く 上圮各実施形 JKは、 その要旨の範囲内で種 々の変更が可能である。 例えば、 上 Εの各実施形態では、 光源と し て、 多数のス リ ッ ト を有するス リ ッ ト マス クを用い、 単一の光源か らの光をこのス リ ツ ト マス クで遮蔽し、 ス リ ツ ト を通っ た光を等価 的に多数の光源と して利用 したが、 本発明はこれらに限られる もの ではな く 、 実際に多数の光源を用意する こ とも可能である。 その場 合には、 上 Εの各実施形態のス リ ツ ト ア ド レスは、 光源ア ド レ ス と なる。 更に、 上記の実施形態では P - 1 0、 q = 1 1の場合、 すな わち p < qの場合について锐明 したが、 本発明はこれに限定される こ とはな く 、 P及び qが適当な大き さの異なる値を有していればよ く 、 > の¾台であっ てもよい。

次に、 「干渉方式」 に基づ く 第 1 5及び第 1 6実施形態について 説明する。

図 3 0は、 第 1 5実施形態である位 11測定装 ISの主要部の断面図 であ り、 受光手段であ る一次元 C C D及びこの C C Dの表面に対向 して設けられた光源部の様子を示している。

図 30において、 光源部 4 1 0は、 光干渉生成手段 4 1 1 と発光 素子 4 1 5からなる。 光干渉生成手段 4 1 1 と しては、 例えばマイ ケ ル ソ ン干渉計、 マ ッ ハ * ッ ヱ ン ダー干渉計、 ジ ヤ マ ン の干渉計、 ト ワ イ ン マ ン · グリ ー ン の干渉計等の周知の干渉計と同様の原理に 基づいて光の干渉を生じ させる もの、 或いはレーザー光を組み合わ せたものを利用でき る。 光干渉生成手段 4 1 1 は、 光源と なる レ ー ザ一を適当な光学系で干渉させて、 C C D 420の受光面上におい て、 各セルの配列方向に沿って所定間隔の干渉緝を生じ させる。 上 記のよ う な干渉計を利用する こ とによ っ て、 ほとん ど等しい周期で 光強度が変化する干渉練を形成する こ とができ る。 こ の場合、 干渉 耰の間 は、 使用する レーザーの波長、 光干渉生成手段 4 1 1 と じ C D 420との鹿離、 光干渉生成手段 4 1 1の光学系の定数などに よ って決ま る。 尚、 マ イ ケ ル ソ ン干渉計等のよ う に、 同心円状の干 渉縞を形成する も のの場合は、 これらの円のあ る直径方向が、 C C D 420のセルの配列方向と一致する よ う に配置する。 一方、 発光 素子 4 1 5と しては、 例えば発光ダイ オー ド （ L E D ) な どが利用 でき る。 光干渉生成手段 4 1 1 と発光素子 4 1 5は一体的に構成さ れ、 両者の間隔は予め所定の距離となる よ うに »整してお く。

光源部 4 1 0は、 C C D 420の表面に対向し、 C C D 420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。 C C D 420上には、 X軸方向に沿って、 多数のセルが 1 0 m間 fBで配列されている。 各セルは、 連続する 8個のセルが同一の グループと なる よ う に グループ分けされている。 こ こで、 上記 「複 数光源方式」 の場合と 同様に、 一つのグループの範囲内での光源部 4 1 0の位置を小ア ド レ ス といい、 C C D 420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 IBを大ァ ド レ ス と い う。 大ァ ド レ スを求める と き は発光素子 4 1 5を点灯し、 小ア ド レ スを求め る と き は、 光源部 4 1 0の光干渉生成手段 4 1 1 を点灯する。 なお 、 実際の距離も し く は相対位置の測定においては、 光源部 4 1 0と C C D 420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 4 1 0を移動側、 C C D 420を固定側と して説明する 図 3 1 は、 図 30の C C D 420の表面の一部を拡大したもので ある。 図 3 1において、 Ai 、 B 1 、 · · · は、 C C D 420の表 面上に直線的に 1 0 tz m間ほで配列 された各セ ルであ り、 こ こ では 簡単のために、 Ai 、 B 1 、 · · ·、 Gis、 H 16の 1 28セルが投 けられている とする。 各セルは、 Ai ~Ηι の 8セルが G 1 グルー ブ、 A2 ~H2 の 8個のセルが G 2グループ、 · · · 、 Ai6〜Hi6 の 8個のセルが G 1 6グループと い う よ う に、 連接する 8セルを同 一グループと して 1 6のグルー プに分けられている。 このため、 1 グループの長さは 8 0 # mとなる。

次に、 「複数光源方式」 の锐明を参照しながら、 干渉方式におけ る ア ド レ ス の求め方について説明する。 まず、 大ア ド レ スを求める が、 こ の方法は、 複数光源方式の場合と ほぽ同様である。 すなわち 、 本実施形態の位置測定装置は、 複数光源方式に関連して説明した 図 1 1 の加算回路 1 30ι 〜 1 30 isと同様の加算回路を有してい る。 これらの加算回路 1 30i - 1 3016は、 C C D 420のセル のそれぞれのグループに対応して投けられ、 各グループ毎に、 その グループに厲するセルから出力される信号を加算して、 出力 Li 〜 L 16を出力する。 大ア ド レスを求めるために、 光干渉生成手段 4 1 1 を消灯して発光素子 4 1 5だけを点灯する。 発光素子 1 5から発 せられた光の C C D 4 2 0上における光 ¾度分布は、 図 1 2 と同様 の曲線と なる。 この光 ¾度分布は、 単一の ビークを持ち、 かつ分布 の幅が大体 1 グ^ーブの長さ と同程度と なるこ とが必要である。 図 1 2のよう に、 発光素子 1 5の中心が G 1 3 グループの範囲に あれば、 加算回路 1 3 0 ι ~ 1 3 O isの出力 Li 〜 Lieは図 1 3 に 示すよ う になり、 加算回路 1 3 013の出力 L 13が最も大き く なる。 したがっ て、 これらの信号 Li 〜 L i6を、 図示しない演算回路によ つ て比較するこ と によ り、 発光素子 4 1 5が G 1 3 グループに対向 する位 Eにある こ とが検出され、 これから大ァ ド レ スを求める こ と ができ る。 発光素子 4 1 5が他の位 Bにある場合も同様に して大ァ ド レ ス を求める こ とができ る。

次に、 小ア ド レ スを求める方法について锐明する。 小ア ド レ スを 求める場合には、 発光素子 4 1 5 を消灯して光干渉生成手段 4 1 1 を点灯する。 光干渉生成手段 4 1 1 を点灯する と、 光の干渉によつ て、 C C D 4 2 0の受光面上に干渉線ができる。 図 3 2 は、 この干 渉稿に基づ く受光面上の光 ¾度レベルの変化の様子を示した図であ る。 尚、 3 2 では、 C C D 4 2 0の各セルの番号及びグループの 番号は省略した。 前記のよ う に、 光干渉生成手段 4 1 1 によって形 成される干渉 «の間 は 8 0 〃 mとなる よ うに調整してあるので、 光 ¾度レ ベルは図 3 2に示すよ う に 8 0 m周期で変化し、 8 0 mおき に複数のビークが生じ る。 これはち ょ う ど、 C C D 4 2 0の 上部に、 複数の光源が 8 0 間 Ρ»で設けられ、 これらの光源から 適当な広がり角で、 受光面上に光が投射されている こ と と等価であ る。 8 0 ^ mと い う周期は、 C C D 4 2 0の一つのセルグループの 間 Wと等しい。 その結果、 C C D 4 2 0の受光面上において干渉綫 が形成されてい る範囲内では、 それぞれのグループの対応するセル からの出力は、 等し く なる。 と こ ろで、 図 3 2の光 ¾度レ ベルの変 化を見る と、 これはち ょ う ど、 複数光源方式に関連して锐明した図 1 4の光 ¾度分布と極めて類似したものと なっている。 したがって 、 複数光源方式において小ア ド レ スを求めたのと同様の議論が適用 でき る。

図 1 5 に示したものと同様の加算回路によって、 図 3 1 に示す C C D 4 2 0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 と、 複数光源方式に関連して 説明した図 1 6 ( b ) と同様の振幅の大き い周期関数 D T ( X) が得 られる。 このよ う な周期関数 D T (X ) が得られれば、 複数光源方式 において説明したのと同様に、 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 ク値までの位相を容易に 、 しかも Hい精度で求める こ とができ る。 そして、 図 3 2の一つ一 つの曲線の形状が多少歪んでいた と しても、 それらが互いに相殺さ れて高い S N比が得られ、 精度の Hぃ小ァ ドレ スの決定が可能にな る とい う、 複数光源方式と同様の特徴が得られる。

以上のよ うに して、 大ア ドレス と小ア ド レスが求まれば、 光干渉 生成手段 4 1 1 と発光素子 4 1 5の所定距離から、 光源部 4 1 0 と C C D 4 2 0 との相対的な位置が決定される。

また、 上 3己では、 一次元の位置測定について锐明 したが、 上記と 同様の光源部及び C C Dをも う一組設け、 これらを X方向及び y軸 方向に配置し、 それぞれの方向の位置測定用とすれば、 二次元的な 位置測定及び移動重の算出が可能となる。 具体的には、 X軸方向に 移動可能なステー ジ （ X ス テージ） と y軸方向に移動可能なス テー ジ （ y ス テージ） からなるテー ブルを用意し、 それぞれの X ス テー ジには X 軸方向の位 測定用の、 また、 y ステージには y軸方向の 位 II測定用の位 II測定装置を、 それぞれに投ける こ とによって、 二 次元の位置測定が可能と なる。

尚、 干渉方式に基づ く本実施形 JBは、 その要旨の範囲内で種々の 変更が可能である。 例えば、 上記の実施形態では受光素子と して C C D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、 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。

次に、 「干渉微差方式」 に基づ く第 1 6実施形態について鋭明す る。 干渉微差方式は、 前述の Γ微差方式 j 及び 「干渉方式」 との関 連が深いので、 随時これらの実施形肽に関する鋭明を参照する。 上 記の微差方式では、 所定間 Niのス リ ツ ト を有するス リ ッ ト マス ク に よ って、 C C D上に多数の光を投射した。 これに対して、 本実施形 態の微差干渉方式では、 「干渉方式」 と同様に、 光の干渉を利用す る こ と によ って、 C C Dの受光面上において干渉鎮を形成し、 光 ¾ 度を上記の各ス リ ッ ト の間 と等しい周期で変化させる こ とによつ て、 多数のス リ ヅ ト を通して光を投射したのと等価な状態とする。 これによつて、 C C Dの各セル と干渉綫の明部とが、 微差方式の場 合と同様の関係になる。

図 33は、 第 1 6実施形態の位置測定装匮の概略断面図である。 図 33では、 二次元の C C D 5 1 0の上側に光干渉生成手段 530 を設け、 こ こから発した光で C C D 5 1 0の受光面上に干渉縞を形 成する。 干渉禳は、 明部と暗部が交互に現れる光 ¾度の変化を示す 。 光干渉生成手段を用いる点は、 「干渉方式」 に基づ く第 1 5実施 形態 （図 30) の壜合と同じであるが、 Γ微差干渉方式の干渉轅の ピ ッ チは、 「干渉方式」 の »合の干渉禳のビツ チに比べて短い。 図 34は、 図 33に示す C C D 5 1 0の部分を拡大した断面図であ り 、 「干渉方式」 に関連して锐明した図 32に対応する。 干渉糠によ つて生じ る光強度は、 この図に示すよ う に、 ち ょ う ど正弦波状の周 期的な変化を示す。 図 33の光干渉生成手段 530と しては、 「干 渉方式」 の *合と同様に、 例えばマイ ケル ソ ン干渉計、 マ ッ ハ · ッ エ ン ダー干渉計、 ジ ヤ マ ンの干渉計、 ト ワ イ ン マ ン · グリ ーンの干 渉計等の周知の干渉計と同様の原理に基づいて光の干渉を生じ させ る もの、 或いはレーザー光を組み合わせたものを利用する こ とがで き る。 光干渉生成手段 53 0は、 光源と なる レーザーを適当な光学 系で干渉させて、 C C D 5 1 0の受光面上において、 各セルの配列 方向に沿っ て所定間隔の干渉鎮を生じ させる。

上記のよ うな干渉計を利用する こ と によって、 図 34に示すよ う に、 ほとん ど等しい周期で光強度が変化する干渉輳を形成する こ と ができ る。 この場合、 干渉稿の間隔は、 使用する レーザーの波長、 光干渉生成手段 5 30と C C D 5 1 0 と の距離、 光干渉生成手段 5 3 0の光学系の定数などによって決ま り 、 C C D 5 1 0のセル間 RI と僅かに異なる周期、 すなわち図 34の例では 1 0 mと なる よ う 翻節してお く。 尚、 光干渉生成手段 53 0が、 同心円状の干渉編を 形成する ものの場合は、 これらの円のあ る直径方向が、 C C D 5 1 0のセルの配列方向と一致する よ う に配置する。

図 3 4 に示した光干渉生成手段 5 3 0 によっ て得られる光 ¾度の 周期的な変化は、 Γ微差方式」 に関連して锐明した、 セル間ほが 1 1 /z mであ る図 20の C C D 260の上側に 1 0 m間 Wの多数の 光源を配列したこ と と等価である。 したがって、 光干渉生成手段 5 3 0を X軸方向に 1 0 m移動させる と、 その間に、 図 2 1 と同様 に して得られる周期関数も、 1周期の変化を示す。 得られた周期関 数の ビー クの位相を上記の Γ微差方式」 で锐明 したのと同様の手较 き に従って求めれば、 C C D 5 1 0に対する光干渉生成手段 530 の局所ア ド レスを求める こ とができ る。 また、 微差方式におけるス リ ッ ト ア ド レス に対応する ア ド レ ス については、 特定のセル、 例え ば図 20のセル I n について、 その出力値を常時モニ ターする こ と によって、 微差方式の場合と同様に して求める こ とができ る。 更に 、 図 3 3 と同様の装置を y »方向にも設ければ、 X — y平面上の二 次元的なァ ド レ スを求める こ と も可能である。

上記では、 一次元の位 B測定について锐明したが、 図 33と同様 の装 Atをも う一組設け、 これらを X方向及び y軸方向に配置し、 そ れぞれの方向の位置測定用 とすれば、 二次元的な位置測定及び移動 量の算出が可能となる。 具体的には、 X軸方向に移動可能なス テー ジ （ X ス テージ ） と y軸方向に移動可能なステー ジ （ y ス テー ジ ） からな るテーブルを用意し、 それぞれの X ステー ジ には X軸方向の 位置測定用の、 また、 y ス テー ジには y軸方向の位置測定用の位置 測定装置を、 それぞれに投ける こ と に よ っ て、 二次元の位 B測定が 可能と なる。

尚、 干渉方式に基づ く 本実施形態は、 その要旨の範囲内で種々の 変更が可能である。 例えば、 上記の実旌形態では P = 1 0、 q = 1 1 の場台、 すなわち P < q の場合について 3¾明したが、 本発明はこ れに限定される こ とはな く 、 P及び q が適当な大き さの異なる値を 有していればよ く、 P > q の場合であってもよい。 産業上の利用可能性

以上のよ うに、 本発明に係る位置測定装 Bは、 精密に長さや距離 を測定するのに有用であ り、 精密な測定が必要と される半導体製造 分野を初め とする種々の分野において利用する こ とができ る。

Claims

S啬 求 の 範 囲

1 . 直線状に等間隔に配列した総数 P個の受光素子を 1 グループ に q個ずつ含む r 個のグループに グループ分けして構成した受光手 段と （ P = q X r ) 、

前記受光手段に沿って前記受光素子の配列方向に移動可能と され 、 前記受光手段の複数の受光素子に光を照射する光源手段と、 前記光源手段の存在する位覼を、 前 3H 1 グループの長さを単位と して特定する第 1 の位置特定手段と、

r 個の各グループの対応する受光素子同士の出力を加算して得ら れる q個の信号を周期関数化し、 この周期関数の位相計算を行っ て 、 前記光源手段の 1 グループの長さの範囲内における位置を定める 第 2の位置特定手段と、

を具備し、 前記光源手段の前記受光手段に対する相対的な位 IIを 測定する こ とを特徴とする位置測定装置。

2 . 前紀第 1 の位置特定手段は、 前妃受光手段が前記光源手段か らの光を受けた と き に、 各グループについて同一グループ内の q個 の受光素子からの出力を加算して得られる r個の信号の大き さを比 較して前記 r個のグループのどこ に存在するかを特定する こ と を特 徴とする講求項 1 記載の位 fi測定装置。

3 . 前圮光源手段の第 1 の位置と第 2の位鬣との差から第 1 の位 匿と第 2の位置との相対位置を求める手段を具備する こ とを特徴と する猜求項 1 記載の位置測定装置。

4 . 前記光源手段から前記複数の受光素子へ照射する光の ¾度分 布の半値幅の長さは、 受光素子の約 q 3個分に相当する長さから q個分に相当する長さ までの範囲である こ とを特微とする請求項 1 記載の位置測定装置。

5 . 測定対象であ る振動体に睛求項 1 記載の位 IE測定装置の光源 手段を設ける と と もに、 前 3E振動体の振動方向に沿つて猜求項 1 妃 載の位 B測定装置の前記受光手段を ie置し、 前圮振動体の振動に と もな う前 E受光手段に対する前 β光源手段の位置の時間的な変化か ら前圮振動体の振動波形を求める こ と を特微とする振動測定装置。

6. 振動波形を測定する振動体に付されるマーク と、

前紀振動体の振動によ る マークの変位方向と平行に等 ra に配列 した総数 Pfflの C C Dセルを 1 グループに qfiずつ含む r fiのダル ーブに グループ分けして構成した C C Dと （ p = q X r ) 、

前記マークの像を前紀 C C Dに導 く光学系と、

前 EC C Dが捉えた画像信号から前記マークの画像を β庫する画 像処理手段と、

前記画像処理手段によって得られた前紀マークの画像から、 前記 C C Dセルの配列方向における前 Εマークの存在する位置を、 前記 1 グループの長さを単位と して特定する第 1の位置特定手段と、 r個の各グループの対応する C C Dセル同士の出力を加算して得 られる q個の信号を周期 »化し、 この周期 M数の位相計算を行つ て、 前記光源手段の 1 グループの長さの範囲内における位置を定め る第 2の位置特定手段と、

を具備し、 前紀振動体の振動に と もな う前圮 C C Dに対する前紀 マークの位置の時間的な変化から前記振動体の振動波形を求める こ と を特徴とする振動測定装置。

7. 睛求項 1圮載の位置測定装置を直交座樣平面に適用 して、 前 記光源手段の前圮受光手段に対する相対位置な二次元位置を測定す る こ とを特微とする二次元位鼸測定装置。

8. 環状に等 rawに配列した総数 P fiの受光素子を 1 グループに q個ずつ含む r個のグループ （ P = q X r ) に グループ分けした受 光手段と、

環状に配列した前紀受光素子に沿って前圮受光手段の中心 Wと同 一の中心輪の回り に回転移動可能と され、 前 E受光手段の裱数の受 光素子に光を照射する光源手段と、 4 θ

前記光源手段の存在する位置を、 前圮 1 グループの長さを単位と して特定する第 1 の位置特定手段と、

r個の各グループの対応する受光素子同士の出力を加算して得ら れる q個の信号を周期関数化し、 この周期関数の位相計算を行っ て 、 前記光源手段の 1 グループの長さの範囲内における位置を定め る 第 2の位置特定手段と、

を具備し、 前記光源手段の前記受光手段に対する相対的な回転角 度位置を測定する こ と を特徴とする回転角度位置測定装置。

9 . 直線状に等間隔に配列した総数 P捆の受光素子を、 各グルー ブに q個ずつ、 r個のグループに グルー プ分け して構成した受光手 段と （ p = q X _r ) 、

前記受光手段のグループの間隔と等しい間 Wで配置された複数の 光源それぞれが前記受光手段に対し所定の ¾度分布で光を投射する と と もに、 前紀受光手段に対向 して全体と して前記受光手段の受光 素子の配列方向に沿って並進移動可能と された光源手段と、

前記光源手段の存在する位 Bを、 前圮 1 グルー プの長さを単位と し て特定する第 1 の位置特定手段と、

r 個の各グルー プの対応する受光素子同士の出力を加算して得ら れる q個の信号を周期 M数化し、 この周期関数の位相計算を行って 、 前記光源手段の 1 グループの長さの範囲内における位置を定める 第 2の位置特定手段と、

を具俯し、 前記光源手段の前記受光手段に対する相対的な位匿を 測定する こ とを特徴とする位置測定装 B。

1 0 . 前記第 1 の位 B特定手段は、 前記光源手段と共に移動可能 と され、 前記受光手段に所定の強度分布の光を投射する単一の第 2 の光源を有し、 更に、 前妃各受光素子が前記第 2の光源からの光を 受光した と きに、 各グループについて同一グループ内の q個の受光 素子の出力信号を加算して得られる r 個の信号の大き さを比較して 前 K r 俚のグループのどこ に存在するかを特定する ものである こ と を特徴とする猜求項 9妃載の位 B測定装置。

1 1 . 前記光源手段の第 1 の位置と第 2の位 Bとの差から第 1 の 位置と第 2の位置との相対位置を求める手段を具 «する こ とを特徴 とする猜求項 9妃載の位置測定装匿。

1 2 . 前妃複数の光源それぞれから前妃複数の受光素子へ照射す る光の強度分布の半値幅は、 受光素子約 q / 3個分に相当する長さ から q個分に相当する長さ までの範囲である こ と を特徴とする請求 項 9記載の位置測定装置。

1 3 . 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、 前記複数のス リ ツ ト を通過 する光を複数の光源と して用いる こ とを特徴とする猜求項 9記載の 位置測定装置。

1 4 . 前記複数の光源は、 単一の背景光源と、 こ の背景光源から 投射した光に対する光透通率が正弦波状に周期的に変化するマス ク を投け、 前記背景光源から前妃マス ク に光を投射した と きの透通光 を利用する ものである こ とを特 aとする藭求項 9記載の位置測定装 置。

1 5 . 前記複数の光源は、 単一の背景光源と、 こ の背景光源から 投射した光に対する光透遢率が正弦波状に周期的に変化するマス ク を設け、 前 3H背景光源から前記マス ク に光を投射した と きの透過光 を利用する ものであ り、 前紀第 1 の位置特定手段は、 前 8己マス ク に 対する透 a率が均一な光を所定の ¾度分布で前圮受光手段に投射す る第 2の光源を前妃背景光源と近接して設け、 前記各受光素子が前 3己第 2の光源からの光を受光したと きに、 各グループについて同一 グループ内の q fflの受光素子の出力信号を加算して得られる r個の 信号の大き さを比較して前 8E r 個のグループの どこに存在するかを 特定する ものである こ と を特徴とする猜求項 9記載の位 II測定装置

1 6 . 睛求項 9紀載の位 flt測定装置を直交座標平面に逦用して、 前記光源手段の前記受光手段に対する相対位置な二次元位置を測定 するこ とを特徴とする二次元位 B測定装置。

1 7 . 直線状に等間隔に配列された複数の受光素子を、 各グルー ブに i 個ずつ含まれるよう グループ分けして構成された受光手段と 、

前記受光手段に対して所定の広がりで光を投射する光源を、 前記 受光素子の 1つのグループの寸法と等しい距離当たりに j 個 （ j ≠ i ) ずつ含まれるよう配置し、 全体と して前妃受光手段の受光素子 と平行に並進移動可能と した光源手段と、

前記光源手段と前妃受光手段との相対位置を、 前記光源手段の光 源間の距離 （光源間 ffi離） を単位と して特定する第 1 の位置特定手 段と、

前紀各受光素子が、 前記各光源からの光を受光したと きに、 それ ぞれのグループに厲する対応する位置に配 Bされた受光素子同士の 出力信号を加算し、 その結果得られる i 個の加算結果を周期 数化 し、 この周期関数の位相計算を行う こ とにより、 前紀光源間 ffi離の 範囲内で、 前 E受光手段と前妃光源手段との相対位置を算出する第

2の位匿特定手段と、

を具傭し、 前 E光源手段の前妃受光手段に対する相対的な位置を 測定するこ とを特徴とする位置測定装置。

1 8 . 前紀第 1 の位置特定手段は、 前記受光手段に対して前記光 源手段を相対的に並進移動したときに生じる特定の前妃受光素子の パルス状の出力信号をカ ウ ン ト して光源間 ffi離を単位とする移動置 を算出することを特徴とする請求項 1 7記載の位置測定装置。

1 9 . 前記光源手段の第 1 の位置と第 2の位 Eとの差から第 1 の 位置と第 2の位置との相対位 11を求める手段を具俯するこ とを特徴 とする蹐求項 1 7記載の位 B測定装置。

2 0 . 猜求項 1 7記載の位置測定装置を直交座標平面に適用して 、 前 E光源手段の前圮受光手段に対する相対位 Bな二次元位置を測 定する こ と を特徴とする二次元位置測定装置。

2 1 . 回転方向に等間 Siに配列された複数の受光素子を、 各グル ーブに i fflずつ含まれる よ う グループ分け して構成された受光手段 と、

前記受光手段に対して所定の広がり で光を投射する光源を、 前妃 受光素子の 1 つのグループの角度範囲と等しい角度範囲当た り に j 個 （ j ≠ i ) ずつ含まれる よう、 前記各光源を前記受光手段と等し い回転方向に等間 に配列し、 前紀各光源が環状に配列した前記受 光素子に沿って移動する よ うに前記受光手段の中心軸と同一の中心 ,軸の回 り に回転移動可能と された光源手段と、

前記光源手段と前紀受光手段との相対的な回転角度位置を、 前記 光源手段の光源間の距離 （光源間距離） を単位と して特定する第 1 の位 B特定手段と、

前記各受光素子が、 前紀各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対応する受光素子の出力信号を各グループ について加算して、 i 個の加算結果を出力する加算手段と、

前記加算手段による加算の結果得られる、 i 個の加算結果を周期 関数化し、 この周期 M数の位相計算を行い、 前妃光源間 の範囲 内で、 前記受光手段と前記光源手段との相対的な回転角度位置を算 出する第 2 の位置特定手段と、

を具備し、 前記光源手段の前 β受光手段に対する相対的な回転角 度位鼸を測定する こ とを特徴とする回転角度位 Β測定装置。

2 2 . 直線状に等間隔に配列された複数の磁気検出素子を、 各グ ループに i 個ずつ含まれる よ う グループ分けして構成された磁気検 出手段と、

前 3己磁気検出手段に対して所定の広がりで磁界を投射する磁界源 を、 前紀磁気検出素子の 1 つのグルーブの寸法と等しい距離当た り に j « ( j ≠ i ) ずつ含まれる よ う配 IBし、 全体と して前記磁気検 出手段の磁気検出素子と平行に並進移動可能と した磁界発生手段と 前記磁界発生手段と前記磁気検出手段との相対位置を、 前記磁界 発生手段の磁界源間の距離 （磁界源間距離） を単位と して特定する 第 1 の位置特定手段と、

前記各磁気検.出素子が、 前記各磁界源からの磁界を受けたと きに 、 それぞれのグルー プに厲する対応する位 IBに配 Eされた磁気検出 素子の出力信号を加算して、 i 個の加算結果を出力する加算手段と 前記加算手段による加算の結果得られる、 i 個の加算結果を周期 関数化し、 この周期関数の位相計算を行う こ と に よ り 、 前圮磁界源 間距離の範囲内で、 前記磁気検出手段と前記磁界源発生手段の相対 位置を算出する第 2 の位置特定手段と、

を具備し、 前記磁界源手段の前記受光手段に対する相対的な位置 を測定する こ とを特徴とする位 S測定装置。

2 3 . 前記第 1 の位置特定手段は、 前記磁界検出手段に対して前 妃磁界発生手段を相対的に並進移動した と きに生じ る特定の前記磁 気検出素子のパル ス状の出力信号を カ ウ ン ト して磁界源間距離を単 位とする移動量を算出する こ とを特徴とする猜求項 2 2記載の位置 測定装置。

2 4 . 請求項 2 2記載の位置測定装置を直交座標平面に適用 して 、 前記磁界発生手段の前妃磁気検出手段に対する相対位置な二次元 位置を測定する こ と を特徴とする二次元位置測定装置。

2 5 . X軸方向及び y軸方向に受光素子を二次元的に配列し、 X 軸方向では各グループに i 個ずつに グループ分けし、 y軸方向では 各グルー プに s個ずつに グループ分けして構成した受光手段と、

X軸方向には、 前 SH x軸方向の受光素子の 1 つのグループの寸法 と等しい距離当た り に j 個 （ j ≠ i ) ずっとなる間隔で第 1 の色の 光を遮断する色によ り第 1 のス リ ツ ト模様を形成する と と もに、 y 軸方向には、 前記 y軸方向の受光素子の 1 つのグルー プの寸法と等 しい距離当たり に t 個 （ t≠ s ) ずっと なる間 βで第 2の色の光を 遮断する色によ り第 2 のス リ ツ ト模様を形成し、 前 受光手段に対 向する よ う配置し、 かつ前 3己受光手段に対し並進移動可能と したス リ ッ ト マス ク と、

前紀第 1 の色の光を発する第 1 の光源及び前記第 2の色の光を発 する第 2の光源を、 前妃受光手段からみて前妃ス リ ツ ト マス ク の背 後にス リ ッ ト マス ク と一体的に配置した光源手段と、

前記第 1 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位置に設けられた受光素子の出力信号同士を加 算して i 個の信号と して出力する第 1 の加算手段と、

前記第 2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位置に設けられた受光素子の出力信号同士を加 算して s個の信号と して出力する第 2の加算手段と、

前記第 1 の加算手段による加算結果から得られる i 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 けるス リ ッ ト間の位鬣を求め、 かつ、 前記第 2の加算手段による加 算結果から得られる s個の値を周期関数化し、 この周期 数の位相 を求める こ とによ っ て y軸方向におけるス リ ッ ト 間の位置を求め、 こ れら か ら前記ス リ ッ ト マス ク の前紀受光手段に対する X — y平面 内における相対位置を算出する ス リ ッ ト間内位 BS特定手段と、 を具 «し、 前 Eス リ ト マス ク の前記受光手段に対する X — y平 面内における相対位置を算出する こ と を特徴とする二次元位置測定 装置。

2 6 . 直線状に等間 に配列 した総数 P個の受光素子を、 各 ダル ーブに 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 X r ) 、

前記受光手段の受光面に対向 して前圮受光素子の配列方向に並進 移動可能に配置され、 前記受光面に投射した光による光の干渉によ つ て干渉綫を生じ させ、 前妃受光素子の上で、 前妃受光手段の 1 グ ループの長さ と等しい周期で光 ¾度の変化を生じ させる光干渉手段 と、

前記光干渉手段の存在する位置を、 前記グループを単位と して特 定する第 1 の位置特定手段と、

前記光干渉手段から光が投射された と きに、 r 個の各グループに おける対応する受光素子同士の出力信号を加算して得られる q俚の 信号を周期関数化し、 こ の周期関数の位相計算を行って、 前妃光干 渉手段の 1 グルー プの長さの範囲内における位置を定める第 2の位 置特定手段と、

を具俄し、 前記光干渉手段の前記受光手段に対する相対的な位置 を測定する こ とを特徴とする位 II測定装置。

2 7 . 前記第 1 の位臛特定手段は、 前紀光干渉手段と共に移動可 能と され、 前記受光手段に所定の ¾度分布の光を投射する単一の光 源を有し、 更に、 前妃各受光素子が前記光源からの光を受光した と きに、 各グループについて同一グループ内の q個の受光素子の出力 信号を加算して得られる r fflの信号の大き さを比較して前記 r 烟の グルー プのどこ に存在するかを特定する ものである こ とを特微とす る猜求項 2 6妃載の位 Of測定装置。

2 8 . 前 E光源手段の第 1 の位置と第 2の位置との差から第 1 の 位 Bと第 2の位置との相対位 Bを求める手段を具俯する こ とを特徴 とする猜求項 2 6記載の位置測定装置。

2 9 . 前 E光干渉手段によって前記受光素子の受光面に生じ る干 渉綫の明部の光 ¾度分布の半値軀は、 受光素子約 q / 3捆分に相当 する長さから q個分に相当する長さ までの範囲である こ とを特徴と する猜求項 2 6記載の位置測定装置。

3 0 . 猜求項 2 6圮載の位置測定装置を直交座標平面に適用 して 、 前紀光源手段の前妃受光手段に対する相対位置な二次元位置を測 定する こ と を特»とする二次元位 B測定装置。

3 1 . 直線状に等間痛に配列された複数の受光素子を、 各グルー ブに i 個ずつ含まれる よ う グループ分け して構成された受光手段 , 前記受光手段の受光面に対向 して前記受光素子の配列方向に沿つ て並進移動可能と され、 前記受光面に投射した光によ る光の干渉に よ って干渉編を生じ させ、 前 3己受光面上で前記受光素子の一つのグ ルー プの寸法と等しい距釅当た り に j 個 （ j ≠ i ) の干渉鶫を形成 する光干渉手段と、

前記光干渉手段と前記受光手段との相対位 Bを、 前記干渉鏑の間 隔 と等しい距離を単位と して特定する第 1 の位置特定手段と、 前記各受光素子が、 前記干渉編によ る光を受光したと き に、 それ ぞれのグループに厲する対応する位 IBに配置された受光素子同士の 出力信号を加算して、 i 個の加算結果を出力する加算手段と、 前記加算手段によ る加算の結果得られる i 個の加算桔果を周期関 数化し、 この周期関数の位相計算を行う こ とによ り 、 干渉鏑の間! ¾ と等しい距離の範囲内で、 前記受光手段と前記光干渉手段との相対 位置を算出する第 2の位置特定手段と、

を具備し、. 前記光干渉手段の前記受光手段に対する相対的な位置 を測定する こ と を特徴とする位置測定装置。

3 2 . 前記光源手段の第 1 の位置と第 2 の位置との差から第 1 の 位置と第 2の位置との相対位置を求める手段を具備する こ とを特徴 とする請求項 3 1 記載の位置測定装 II。

3 3 . 請求項 3 1 記載の位置測定装 IBを直交座標平面に適用 して 、 前記光源手段の前記受光手段に対する相対位 fiな二次元位置を測 定する こ とを特徴とする二次元位 B測定装置。