DE10133266A1

DE10133266A1 - Lichtfleckpositionssensor und Auslenkungsmessgerät

Info

Publication number: DE10133266A1
Application number: DE10133266A
Authority: DE
Inventors: Toshihiko Aoki
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2000-07-10
Filing date: 2001-07-09
Publication date: 2002-03-14
Also published as: JP2002090114A; GB2369184A; GB2369184B; GB0116745D0; US20020021450A1; US6838688B2

Abstract

Es wird ein Auslenkungsmessgerät bereitgestellt, dessen zusammengefügter Zustand in einfacher Weise optisch bestimmt werden kann. Ferner wird ein Lichtfleckpositionssensor bereitgestellt, der zur Bestimmung dieses zusammengefügten Zustandes des Auslenkungsmessgeräts geeignet anwendbar ist. Ein optischer Codierer umfasst einen Maßstab (5) und einen Sensorkopf (54), der gegenüberliegend zu dem Maßstab angeordnet und relativ zu dem Maßstab bewegbar ist. Der Sensorkopf (54) umfasst ein Sensorsubstrat (52), auf dem ein Indexgitter (55) und ein fotosensitives Elementarray (56) gebildet sind. Das Sensorsubstrat (52) wird ferner verwendet, um einen Lichtfleckpositionssensor (2) und eine Lichtquelle (57) zum Bereitstellen eines Lichtstrahls, der über den Maßstab (5) in den Lichtfleckpositionssensor (2) eintritt, zu halten, um ein Zustandsdetektionssystem zum Detektieren eines zusammengefügten Zustandes zu konfigurieren.

Description

Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor zum Erfassen einer Lichtfleckposition und betrifft ein Auslenkungs- bzw. Verschiebungsmessgerät unter Verwendung des Sensors.

Beschreibung des Stands der Technik

Ein Sensor zum Erfassen einer Einfallsposition eines Lichtflecks kann unter Anwendung eines bestehenden Bildsensors, etwa eines CCDs, gestaltet werden. Ein derartiger Lichtfleckpositionssensor ist zusammen mit einer Lichtquelle zum Bereitstellen eines Lichtstrahls an einem von zwei Elementen angeordnet. Der von der Lichtquelle ausge sandte Lichtstrahl wird an dem anderen der beiden Elemente reflektiert und dringt in den Lichtfleckpositionssensor ein. Theoretisch ist es möglich, eine Einfallsposition des Licht strahls zu verwenden, um eine Neigung oder einen Spalt zwischen den beiden Elemen ten zu detektieren.

Tatsächlich gibt es kein Beispiel eines Auslenkungsmessgeräts, das das obengenannte bekannte CCD enthält. Wenn das CCD in einen Codiererteil eines kleinen Auslenkungs messgeräts integriert wird, dann ruft die Beschränkung in der Größe einige Nachteile hervor. Beispielsweise kann das Auslenkungsmessgerät nicht verkleinert, beliebig ge formt und auf eine beliebige Größe eines fotosensitiven Pixels angepasst werden. Fer ner werden die Kosten erhöht und die tatsächliche Genauigkeit wird beeinflusst.

Überblick über die Erfindung

Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die obengenannten Nachteile erdacht und besitzt folglich eine Aufgabe, einen Lichtfleckpositionssensor ohne Beschränkung in der Größe bereitzustellen. Ferner kann der Lichtfleckpositionssensor eine beliebige Form und eine beliebige fotosensitive Pixelgröße aufweisen. Des weiteren kann dieser eine Lichtfleckposition in genauer Weise detektieren und die Kosten können verringert werden.

Die vorliegende Erfindung besitzt als eine weitere Aufgabe, ein Auslenkungsmessgerät bereitzustellen, das für die Verwendung eines derartigen darin integrierten Lichtfleckpo sitionssensors geeignet ist.

Ein Lichtfleckpositionssensor gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Substrat und mehrere fotosensitive Elemente, die unter einem gewissen Abstand angeordnet, aus auf dem Substrat abgeschiedenen Halbleiterschichten gebildet und untereinander isoliert sind.

Wenn in der vorliegenden Erfindung der Lichtfleckpositionssensor zur Detektion einer Position einer Dimension dient, umfassen die mehreren fotosensitiven Elemente ein eindimensional angeordnetes fotosensitives Elementarray. Wenn der Lichtfleckpositi onssensor zum Detektieren einer Position in zwei Dimensionen dient, umfassen die mehreren fotosensitiven Elemente ein entlang einer ersten Achse auf dem Substrat an geordnetes erstes fotosensitives Elementarray, und ein auf dem ersten fotosensitiven Elementarray angeordnetes zweites fotosensitives Elementarray, das mit einem dazwi schenliegenden Zwischenschichtisolator entlang einer zweiten Achse, die sich von der ersten Achse unterscheidet, angeordnet ist.

Ein Auslenkungsmessgerät gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Maßstab mit Maßstabsmarkierungen, die entlang einer Messachse gebildet sind; einen Sensor kopf, der relativ beweglich zu dem Maßstab entlang der Messachse zum Auslesen der Maßstabsmarkierungen angeordnet ist; und ein Zustandsdetektionssystem, das auf dem Sensorkopf zur optischen Detektierung eines Positionszustandes des Sensorkopfs rela tiv zu dem Maßstab angebracht ist.

Vorzugsweise ordnet das Zustandsdetektionssystem den Lichtfleckpositionssensor auf dem Sensorkopf an und umfasst ferner eine Lichtquelle auf dem Sensorkopf zum Be reitstellen eines Lichtstrahls, der in den Lichtfleckpositionssensor über dem Maßstab eindringt.

Um die Position des Lichtflecks in einer oder zwei Dimensionen zu erfassen, ist ein CCD-Bildsensor oder ein MOS-Bildsensor anwendbar. Diese Sensoren umfassen Foto dioden, die auf einem Substrat aus einkristallinen Silizium zusammen mit CCD- oder MOS-Schaltern angeordnet und ausgebildet sind, um Ausgangssignale von den Foto dioden zum Auslesen zu übertragen. Die Position in einer Dimension kann mit nur einer CCD-Zeile erfasst werden.

Diese bestehenden CCD- und MOS-Sensoren besitzen zu komplizierte Strukturen und Herstellungsprozesse sowie hohe Kosten, um in der Positionsdetektion des Lichtflecks verwendet zu werden. Der Lichtfleckpositionssensor gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet auf einem geeigneten Substrat abgeschiedene Halbleiterschichten, um ein Array bzw. eine Anordnung aus voneinander isolierten fotosensitiven Elementen zu bil den. Daher besitzt dieser eine einfache Struktur und einen einfachen Herstellungspro zess und kann in einer beliebigen Form und Größe gebildet werden. Wenn ein Zu standsdetektionssystem unter Verwendung eines derartigen Lichtfleckpositionssensors in das Auslenkungsmessgerät integriert ist, kann ein Zustand des Sensorkopfes im Ver gleich zum Maßstab in einfacher Weise bestimmt werden.

Ein weiteres erfindungsgemäßes Auslenkungsmessgerät umfasst einen Hebel, der ge genüberliegend zu einem zu messenden Werkstück angebracht und entlang einer Oberfläche des Werkstückes ohne Berührung des Werkstücks bewegbar ist; wobei der obenbeschriebene Lichtfleckpositionssensor an der Spitze des Hebels angebracht ist; und eine Lichtquelle, die an der Spitze des Hebels angebracht ist, um einen Lichtstrahl bereitzustellen, der über das Werkstück in den Lichtfleckpositionssensor eindringt.

Vorzugsweise kann das Auslenkungsmessgerät ferner eine Detektionseinrichtung zum Detektieren eines Oberflächenmerkmals des Werkstückes auf der Grundlage einer Po sition des Lichtstrahls, der von dem Lichtfleckpositionssensor detektiert ist, umfassen, wobei der Lichtstrahl von der Lichtquelle ausgesandt und in den Lichtfleckpositionssen sor über das Werkstück eindringt.

Vorzugsweise kann das Auslenkungsmessgerät ferner umfassen: ein an dem Hebel angeordnetes Auslenkungselement zum Auslenken bzw. Verschieben dar Spitze des Hebels in der zum Werkstück entgegengesetzten Richtung; eine Auslenkungskontroll einrichtung zum rückgekoppelten Steuern des Auslenkungselements so, dass eine Po sition des an dem Lichtfleckpositionssensors erfassten Lichtstrahls an einer gleichblei benden Stelle liegt, wobei der Lichtstrahl von der Lichtquelle ausgesandt und in den Lichtfleckpositionssensor über das Werkstück eindringt; und eine Detektionseinrichtung zum Erfassen eines Oberflächenmerkmals des Werkstückes auf der Grundlage eines Rückkopplungssignals aus der Auslenkungskontrolleinrichtung an das Auslenkungsele ment.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen hervor.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die vorliegende Erfindung wird aus der folgenden detaillierten Beschreibung mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen besser verständlich; es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht, die eine Anordnung eines Lichtfleckpositionssensors gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform darstellt;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht entlang einer A-A'-Linie in Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht, die eine Anordnung eines Lichtfleckpositionssensors gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform darstellt;

Fig. 4 eine Querschnittsansicht entlang einer B-B'-Linie in Fig. 3;

Fig. 5 eine Querschnittsansicht eines Lichtfleckpositionssensors gemäß einer weiteren Ausführungsform;

Fig. 6 eine Querschnittsansicht eines Lichtfleckpositionssensors gemäß einer weiteren Ausführungsform;

Fig. 7 ein Positionserfassungsverfahren mittels eines Positionssensors gemäß einer weiteren Ausführungsform;

Fig. 8 Signalformen zum Darstellen des Prinzips der Positionserfassung gemäß der gleichen Ausführungsform;

Fig. 9 eine Anordnung eines optischen Codierers gemäß einer weiteren erfindungs gemäßen Ausführungsform;

Fig. 10 eine Anordnung einer Lichtquelle 57 zur Positionserfassung in Fig. 9;

Fig. 11 eine weitere Anordnung einer Lichtquelle 57 zur Positionserfassung in Fig. 9;

Fig. 12 eine Anordnung eines Positionssensor 2 in Fig. 9;

Fig. 13 eine Anordnung eines Positionssensors 2 in Fig. 9;

Fig. 14 das Prinzip einer Neigungserfassung mittels des Positionssensors;

Fig. 15 das Prinzip der Lücken- bzw. Spalterfassung mittels des Positionssensors;

Fig. 16 eine Anordnung eines Indexsubstrats in einem optischen Codierer gemäß einer weiteren Ausführungsform;

Fig. 17 eine Anordnung eines Indexsubstrats in einem optischen Codierer gemäß einer weiteren Ausführungsform und das Prinzip der Neigungserfassung damit;

Fig. 18 andere Beispiele von Mustern sensitiver Elemente zur Verwendung in dem Po sitionssensor;

Fig. 19 einen Hauptteil eines Nicht-Kontakt-Hebels unter Verwendung eines zweidi mensionalen Positionssensors;

Fig. 20 Zustände des Hebels während der Anwendung;

Fig. 21 einige Beispiele einer Lagebeziehung des Positionssensors zu der Lichtquelle;

Fig. 22 einen Nicht-Kontakt- bzw. kontaktfreien Hebel mit einem darin ausgebildeten Auslenkungselement;

Fig. 23 einen kontaktlosen Hebel des Typs mit vertikalem Einfall; und

Fig. 24 Zustände des gleichen Hebels während der Verwendung.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Fig. 1 ist eine Draufsicht, die eine Anordnung eines eindimensionalen Lichtfleckpositi onssensors 1 zum Erfassen einer Lichtfleckposition zeigt, und Fig. 2 ist eine Quer schnittsansicht davon entlang einer Linie A-A'. Der Lichtfleckpositionssensor 1 umfasst ein fotosensitives Elementarray PDA, das streifenförmige fotosensitive Elemente (Foto dioden) PD aufweist, und das entlang der x-Achse angeordnet und auf einem Substrat 10 gebildet ist.

In dieser Ausführungsform ist das Substrat 10 ein transparentes Substrat, etwa ein Glassubstrat. Auf dem Substrat 10 ist eine gemeinsame untere Elektrode oder transpa rente Elektrode 11 ausgebildet. Auf der transparenten Elektrode 11 sind wiederum amorphe Halbleiterschichten des p-Typs 12, des i-Typs 13 und des n-Typs 14 und eine obere Elektrode 15 gebildet. Diese gestapelten Schichten sind dann so strukturiert, um die Fotodioden PD voneinander zu isolieren und unter einem gewissen Abstand anzu ordnen. Es ist ein Passivierungsfilm 16 ausgebildet, um das fotosensitive Elementarray PDA zu bedecken.

Die transparente Elektrode 11 ist aus ITO, SnO₂, ZnO und dergleichen gebildet. Eine typische amorphe Halbleiterschicht ist Si, aber andere Materialien, etwa CdS und ZnS können ebenfalls verwendet werden. Die Fotodiode kann eine p-n-Struktur im Unter schied zu der p-i-n-Struktur aufweisen.

In dem Positionssensor 1, wie er in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, dringt ein Lichtfleck in die hintere Oberfläche des Substrats 10 ein. Eine Einfallsposition des Lichtflecks in der x-Achsenrichtung kann bestimmt werden, in dem detektiert wird, welches der fotosensi tiven Elemente in dem fotosensitiven Elementarray PDA ein Ausgangssignal liefert. Die se Position kann detektiert werden, wenn ein Abtastdetektor 20x jeden der Anschlüsse der fotosensitiven Elemente PD abtastet, um die Anwesenheit/Abwesenheit eines foto sensitiven Ausgangssignals zu detektieren.

Eine Auflösung in der Positionsdetektion des Lichtflecks wird aus einem Arrayabstand in dem fotosensitiven Elementarray PDA bestimmt. Wenn ein zu messender Lichtfleck ei nen Durchmesser D aufweist, sollte das fotosensitive Elementarray PDA einen Element arrayabstand λ aufweisen, der zumindest λ/2 ≦ D, und vorzugsweise λ ≦ D erfüllt. Wenn der Durchmesser D zu groß ist, kann die Position kaum detektiert werden. Selbst in ei nem derartigen Falle kann jedoch durch Aufnehmen von Ausgangssignalen aus mehre ren fotosensitiven Elementen als ein zweidimensionales Profil und durch Anwendung dieser in einer Gauss'schen Verteilung der Mittelpunkt der Lichtfleckposition aus der Gauss'schen Verteilung spezifiziert werden. Neben der Anwendung der Gauss'schen Verteilung zur Interpolation können die Verwendung einer sinc-Funktion (sinπx/πx) und die Anwendung einer frei gekrümmten Oberfläche, etwa einer Spline-Kurve und einer Bezier-Kurve zur Interpolation den Mittelpunkt der Lichtfleckposition präziser spezifizie ren.

Fig. 3 ist eine Draufsicht, die eine Anordnung eines zweidimensionalen Lichtfleckpositi onssensors 2 zeigt, und eine Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie B-B'. Dieser Lichtfleckpositionssensor 2 umfasst zwei fotosensitive Elementarrays PDA1 und PDA2, die auf einem Substrat 10 geschichtet sind. Das erste fotosensitive Elementarray PDA1 umfasst streifenförmige fotosensitive Elemente PD, die entlang der x-Achse an geordnet sind, in gleicher Weise wie dies in den Fig. 1 und 2 beschrieben ist. In diesem Falle besteht eine obere Elektrode 15a jedes fotosensitiven Elements PD aus einer transparenten Elektrode. Das zweite fotosensitive Elementarray PDA2 umfasst ebenfalls streifenförmige fotosensitive Elemente PD, die mit dem ersten fotosensitiven Elemen tarray PDA1 über einem Zwischenschichtisolator 16 überlappen und entlang der y-Achse unter einem gewissen Abstand angeordnet sind.

In dem zweiten fotosensitiven Elementarray PDA2 sind wiederum auf einer gemeinsa men unteren Elektrode 21, die aus einer transparenten Elektrode besteht, amorphe Halbleiterschichten des p-Typs 22, des i-Typs 23 und des n-Typs 24 und eine obere Elektrode 25 abgeschieden. Diese gestapelten Schichten sind dann so strukturiert, um die Fotodioden PD voneinander zu isolieren. Um die gesamte Struktur zu bedecken, ist ein Passivierungsfilm 26 gebildet.

In diesen zweidimensionalen Positionssensor 2 dringt ein Lichtfleck in der hinteren Oberfläche des Substrats 10 ein. Die zweidimensionale Position des Lichtflecks kann detektiert werden, indem ein Abtastdetektor 20x zum Abtasten von Ausgangssignalen aus dem ersten fotosensitiven Elementarray PDA1 und ein Abtastdetektor 20y zum Ab tasten der Ausgangssignale aus dem zweiten fotosensitiven Elementarray PDA2 ver wendet wird.

Fig. 5 zeigt ein weiteres strukturelles Beispiel des Positionssensors 1 gemäß der Fig. 2. In dieser Struktur ist jedes der fotosensitiven Elemente PD in einem in einem isolieren den Film gebildeten Graben vergraben. Und zwar ist eine transparente Elektrode 11 und eine amorphe Halbleiterschicht 12 des p-Typs über einem Substrat 10 gebildet und ein Isolationsfilm 31 ist darüber abgeschieden. Durch Ätzung des Isolationsfilms 31 sind Gräben 32 in Streifenform unter einem gewissen Abstand gebildet. Anschließend wer den amorphe Halbleiterschichten des i-Typs 13 und des n-Typs 14 und eine obere Elektrode 15 wiederum in den Gräben 32 vergraben, um ein fotosensitives Elementarray PDA zu bilden.

Diese vergrabene Struktur ist in ähnlicher Weise auf den zweidimensionalen Positions sensor 2 anwendbar. Fig. 6 zeigt ein derartiges strukturelles Beispiel entsprechend zu der Fig. 4. Ein erstes fotosensitives Elementarray PDA1 ist gebildet, indem fotosensitive Elemente in den Gräben, die in gleicher Weise wie in Fig. 5 beschrieben in einem Isola tionsfilm gebildet sind, vergraben ausgebildet werden. Es ist ein Passivierungsfilm 16 gebildet, um das erste fotosensitive Elementarray PDA1 zu bedecken. Auf dem Passi vierungsfilm 16 sind wiederum eine transparente Elektrode oder eine gemeinsame unte re Elektrode 21 und eine p-Typ amorphe Halbleiterschicht 22 gebildet und ein Isolati onsfilm 33 ist darüber abgeschieden. Anschließend wird der Isolationsfilm 33 geätzt, um streifenförmige Gräben 34 zu bilden. Anschließend werden amorphe Halbleiterschichten des i-Typs 23 und des n-Typs 24 und eine obere Elektrode 25 wiederum in den Gräben 34 vergraben, um ein zweites fotosensitives Elementarray PDA2 zu bilden.

In den obigen Ausführungsformen ist das Substrat 10 transparent und die Oberfläche des Substrats 10, die gegenüberliegend zu der Oberfläche zur Ausbildung des fotosen sitiven Elementarray darauf verwendet ist, wird als die Einfallsoberfläche des Lichtflecks verwendet. Wenn dagegen die obere Elektrode auf jedem fotosensitiven Element trans parent ist, kann die Einfallsoberfläche des Lichtflecks auf der oberen Elektrode festge legt werden. In diesem Falle muss das Substrat nicht transparent sein. Ferner kann das Substrat 10 ein flexibles Harzsubstrat umfassen.

Fig. 7 zeigt ein Beispiel des zweidimensionalen Positionssensors 2, auf den ein weiteres Positionsdetektionsverfahren angewendet wird. In dieser Ausführungsform weisen die fotosensitiven Elementarrays PDA1 und PDA2 Anschlusselektroden auf, die gemeinsam mit den entsprechenden Ausgangssignalleitungen 41x und 41y verbunden sind. Es sind Detektionsschaltungen 43x und 43y jeweils mit den Ausgangssignalleitungen 41x und 41y verbunden. Von einem Lichtimpulsgenerator 43 wird in Reaktion auf ein Ansteuer pulssignal ein Lichtfleck in Form eines Lichtimpulses erzeugt. Das Ansteuerpulssignal wird ebenfalls den Detektionsschaltungen 42x und 42y als Referenz zugeleitet.

Die Detektionsschaltungen 42x und 42y erfassen ein "Foto-Empfangen-Signal", das an den Ausgangssignalleitungen 41x und 41y auftritt. Die Detektionsschaltungen 42x und 42y detektieren ferner eine Zeitverzögerung τ, wenn ein Ausgangssignal erfasst wird, nachdem der Lichtimpuls erzeugt ist, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist. Die Anschlusselek troden der mehreren fotosensitiven Elemente in jeder axialen Richtung sind mit den ge meinsamen Ausgangssignalleitungen 41x und 41y verbunden. Daher ist die Zeitverzö gerung τ um so größer, je weiter eine Position von den Detektionsschaltungen 42x und 42y entfernt ist. Folglich ist es möglich, durch Detektieren der Zeitverzögerung τ zu be stimmen, auf welche Position in den axialen x- und y-Richtungen der Lichtfleck einfällt.

Der obige Lichtfleckpositionssensor kann in einem Zustandsdetektionssystem zum Er fassen eines gemeinsamen bzw. zusammengefügten Zustandes eines Maßstabes und eines Sensorkopfes in einem Auslenkungsmessgerät verwendet werden. Im Folgenden wird ein Beispiel beschrieben. Ein bekanntes Auslenkungsmessgerät umfasst einen Maßstab mit darin ausgebildeten Maßstabsmarkierungen entlang einer Messachse und einen Sensorkopf, der relativ zu dem Maßstab entlang der Messachse zum Auslesen der Maßstabsmarkierungen bewegbar ist. Ein derartiges Auslenkungsmessgerät kann eine Konfiguration nach dem optischen, statischen oder magnetischen Prinzip aufwei sen.

Die Leistungsfähigkeit des Auslenkungsmessgeräts kann von dem Maßstab und dem Sensorkopf im zusammengefügten Zustand beeinflusst sein. Insbesondere kann die Eigenschaft eines kleines Auslenkungsmessgeräts stark selbst von einer kleinen Abwei chung der Lage des Sensorkopfes und einer geringen Abweichung von einem Gestal tungswerk für einen Spalt zwischen dem Sensorkopf und dem Maßstab beeinflusst wer den. Daher ist eine Ausrichtungsjustierung während des Zusammenbaus des Auslen kungsmessgeräts wichtig. Ferner ist es wichtig, die Lageabweichung nach dem Zusam menbau zu vermeiden. Für diese Zwecke wurden diverse strukturelle Elemente im Stand der Technik entwickelt. Herkömmliche Auslenkungsmessgeräte verfügen jedoch nicht über eine Funktion zum einfachen Bestimmen des zusammengefügten Zustands.

Das hierin beispielhafte dargestellt Auslenkungsmessgerät ist ein optischer Codierer, ist aber nicht auf dieses Beispiel eingeschränkt. Vielmehr ist dieses mit einem statischen oder magnetischen Codierer verwendbar.

Fig. 9 zeigt einen Aufbau eines optischen Codierers. Dieser optische Codierer umfasst einen Maßstab 5 und einen Sensorkopf 54, der gegenüberliegend zu dem Maßstab und relativ zu diesem bewegbar angeordnet ist. Der Maßstab 5 ist in dieser Ausführungsform von reflektierender Natur und besitzt Maßstabsmarkierungen oder optische Gitter 51, die entlang einer Messachse x auf einem Maßstabssubstrat gebildet sind. Der Sensorkopf 54 umfasst ein Sensorsubstrat 52 und eine Lichtquelle 53. Auf dem Sensorsubstrat 52 sind Indexgitter 55 zum Modulieren eines von der Lichtquelle ausgesandten Lichts und zum Weiterleiten zu dem Maßstab 5 und ein fotosensitives Elementarray 56 zum Erfas sen eines Lichts von dem Maßstab 5 vorgesehen.

Der Lichtfleckpositionssensor 2, der zuvor in den Fig. 3 und 4 beschrieben ist, und eine Lichtquelle 57 zum Bereitstellen eines Lichtstrahls sind an beiden Seiten des Sensor substrats 52 in dem Sensorkopf 54 angebracht und umschließen das fotosensitive Ele mentarray 56. Ein Zustandsdetektor 58 zum Erfassen des zusammengefügten Zustands des Maßstabs und des Sensorkopfs 54 aus der an dem Lichtfleckpositionssensor 2 de tektierten Lichtfleckposition ist vorgesehen, um damit ein Zustandsdetektionssystem zu konfigurieren. Der Lichtstrahl aus der Lichtquelle 57 dringt in den Maßstab 5 unter einem Neigungswinkel ein und der von dem Maßstab 5 reflektierte Lichtstrahl dringt in den Po sitionssensor 2. In diesem Falle können die Maßstabsgitter 51 an dem Seitenbereich des Maßstabs 5 ausgebildet sein, in dem der Lichtstrahl aus der Lichtquelle 57 eindringt, und ein von der Gitteroberfläche reflektiertes Licht dringt in den Positionssensor 2 ein. Wenn die Maßstabsgitter 51 nicht an dem Seitenbereich ausgebildet sind, kann alterna tiv eine reflektierende Schicht kontinuierlich entlang der Länge des Maßstabs 5 anstelle der Maßstabsgitter 51 ausgebildet sein.

Wenn lediglich eine eindimensionale Änderung der Lichtfleckposition erfasst werden muss, kann der in den Fig. 1 und 2 beschriebene Positionssensor 1 verwendet werden.

Die Lichtquelle 57 kann so gestaltet sein, wie dies in Fig. 10 gezeigt ist. In diesem Bei spiel ist eine Laserdiode 6 an dem Sensorsubstrat 52 angeordnet, um einen Lichtstrahl seitlich auszusenden. Der ausgesandte Lichtstrahl wird von einem Spiegel 62 reflektiert und durch das Sensorsubstrat 52 weitergeleitet und dringt unter einem Winkel in den Maßstab 5 ein. Dieser Spiegel 62 kann in einfacher Weise mit bekannten Mikro- Maschinen-Technologien gebildet werden.

Fig. 11 zeigt eine weitere Anordnung der Lichtquelle 57. In diesem Beispiel ist eine La serdiode 6 an einer Oberfläche eines auf dem Maßstab zuweisenden Sensorsubstrats 52 angeordnet. Der von der Laserdiode 6 seitlich ausgesandte Lichtstrahl wird an einem Spiegel 63 reflektiert und tritt in den Maßstab 5 unter einem Winkel ein. Der Spiegel 63 kann eine reflektierende Oberfläche eines konkaven Spiegeltyps aufweisen, um als eine Linse zu dienen.

Der Lichtfleckpositionssensor 2 kann gleichzeitig mit dem fotosensitiven Elementarray 56 gebildet werden, wie dies in Fig. 12 gezeigt ist, wobei das Sensorsubstrat 52 als das Substrat 1 aus Fig. 3 verwendet wird. Alternativ kann, wie in Fig. 13 gezeigt ist, der Po sitionssensor 2, der unabhängig von dem Indexsubstrat gebildet wird, wie dies in Fig. 3 und 4 beschrieben ist, auf dem Indexsubstrat 52 angehaftet werden.

Somit kann der zusammengefügte Zustand des optischen Codierers durch den Positi onssensor 2 und die Lichtquelle 57, die auf dem Sensorsubstrat 52 angebracht sind, erfasst werden. Beispielsweise zeigt Fig. 14A einen normalen Zustand (gepunktete Li nie) des Sensorsubstrats 52, das parallel zu dem Maßstab 5 angeordnet ist, und einen geneigten Zustand (durchgehende Linie) des Sensorsubstrats 52, das mit einer Neigung angeordnet ist. Der normale Zustand unterscheidet sich von dem geneigten Zustand durch eine Einfallsposition des Lichtstrahls in den Positionssensor 2 aus der Lichtquelle 57, wie dies in Fig. 14B gezeigt ist. Folglich kann ein Maß der Neigung des Sensorkop fes durch Detektieren der Lichtfleckposition bestimmt werden.

Fig. 15 zeigt einen variablen Luftspalt zwischen dem Sensorkopf und dem Maßstab. Beispielsweise wird von dem in einer gepunkteten Linie in Fig. 15A dargestellten Luftspalt angenommen, dass dieser in einem normalen Zustand ist. Wenn der Spalt kleiner wird, wie dies durch eine kontinuierliche Linie gezeigt ist, ändert sich eine Einfall sposition eines Lichtflecks in den Positionssensor 2, wie dies in Fig. 15B gezeigt ist. Folglich kann eine Detektierung der Lichtfleckposition eine Größe des Spalts zwischen dem Sensorkopf und dem Maßstab bestimmen.

An dem Sensorkopf kann eine Lichtquelle zum Bereitstellen mehrerer Lichtstrahlen in unterschiedlichen Richtungen und mehrere Lichtfleckpositionssensoren angebracht sein. Fig. 16 zeigt ein derartiges Beispiel. Auf einem Sensorsubstrat 52 sind Lichtfleck positionssensoren 2a und 2b an beiden Ecken an Rändern einer diagonalen Linie ange ordnet. Eine Lichtquelle 57, die zur Bereitstellung von Lichtstrahlen für diese Lichtfleck positionssensoren 2a und 2b geeignet ist, ist an der verbleibenden einen Ecke angeord net. Diese Anordnung erlaubt das Detektieren von Neigungen des Sensorkopfes in der Richtung der Messachse und auch in der Richtung senkrecht zur Messachse.

In den obigen Ausführungsformen tritt der Lichtstrahl aus der Lichtquelle 57 in den Maß stab 5 unter einem Winkel ein und der davon reflektierte Lichtstrahl wird an dem Positi onssensor 2 detektiert. In einer weiteren Anordnung kann das Licht aus der Lichtquelle 57 in den Maßstab 5 unter einem rechten Winkel eintreten. Fig. 17 zeigt eine derartige Anordnung. Ein Lichtfleckpositionssensor 2 ist entlang einer Seite eines Sensorsubstrats 52 in dem Sensorkopf angeordnet. Ferner ist eine Lichtquelle 57 in der Nähe des Mittel punkts des Positionssensors 2 angeordnet.

Wenn in der obigen Anordnung das Sensorsubstrat 52 parallel zu dem Maßstab 5 ist, wie dies durch eine gepunktete Linie in Fig. 17B gezeigt ist, tritt der Lichtstrahl aus der Lichtquelle 57 in dem Maßstab 5 im Wesentlichen unter einem rechten Winkel ein und das davon reflektierte Licht läuft auf dem gleichen Wege zurück. Wenn der Maßstab 5 geneigt ist, wie dies durch eine zusammenhängende Linie gezeigt ist, tritt der Lichtstrahl unter einer Neigung in den Maßstab 5 ein und die Position des Flecks, der in den Positi onssensor 2 eintritt, wird verschoben. Daher kann die Neigung des Sensorkopfes be stimmt werden, indem diese positionelle Abweichung erfasst wird.

In dem oben beispielhaft dargestellten optischen Codierer wird eine Erfassung eines Zustandes, etwa eine Neigung und ein Spalt des Sensorkopfes zu dem Maßstab be schrieben. Zu einem Beispiel der Zustandserfassung durch den Lichtfleckpositionssen sor gehört die Erfassung einer Drehung des Sensorkopfes in einer Ebene parallel zu dem Maßstab. Der Sensorkopf gleitet im Allgemeinen an den Seiten des Maßstabes mittels Lager. Wenn die Seiten eine schlechte Linearität aufweisen, dreht sich der Sen sorkopf beim Gleiten, und diese Drehung reduziert das Sensorausgangssignal. In der vorliegenden Erfindung erzeugt die obige Drehung Interferenzringe auf dem Lichtfleck positionssensor. Durch Erfassen eines Ausgangspegels oder eines Abstandes der In terterenzringe kann die Drehung detektiert werden. Um in diesem Falle zu bestimmen, ob die Drehung im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn auftritt, ist es erforderlich, den Lichtfleck, der zuvor unter einem gewissen Winkel im Uhrzeigersinn oder im Ge genuhrzeigersinn gedreht worden ist, in den Maßstab einzuführen. Wie zuvor beschrie ben ist, kann durch Montieren des optischen Zustandsdetektionssystems an dem opti schen Codierer zur Erfassen des zusammengefügten Zustands eine Lageänderung und Spaltänderung in einfacher Weise überprüft werden. Des Weiteren kann unter Verwen dung des Ergebnisses aus der Zustandsdetektion ein Rückkopplungskontrollsystem gestaltet werden, um beispielsweise eine Lagesteuerung in Echtzeit auszuführen. Der Lichtfleckpositionssensor zur Verwendung in dem Zustandsdetektionssystem kann in dem Sensorsubstrat gebildet sein. Alternativ kann dieser auf dem Sensorsubstrat ange haftet werden, wenn dieser separat und unabhängig hergestellt wird, wie dies in Fig. 13 gezeigt ist. Wenn der Lichtfleckpositionssensor auf dem bereits vorbereiteten Sensor substrat angehaftet wird, können vorteilhafter Weise flexible Anwendungen erhalten werden, um Codierer in geringer Quantität und großer Bandbreite zu produzieren. Eine Temperatur beim Herstellen ist im Allgemeinen geringer als eine Temperatur, die bei der Bearbeitung eines Si-Substrats verwendet wird. Somit kann der Lichtfleckpositionssen sor der vorliegenden Erfindung direkt in ein Si-Substrat (Sensorsubstrat), das einen be reits hergestellten Sensor umfasst, oder in ein gewöhnliches IC integriert werden.

Das Zustandsdetektionssystem kann in einen optischen Codierer eines durchlässigen Typs in der gleichen Weise integriert sein. Der Lichtfleckpositionssensor und die Licht quelle, die beide in dem Zustandsdetektionssystem enthalten sind, können auf der fo toempfindlichen Seite des Sensorkopfes oder auf der gleichen Seite des Maßstabs an geordnet sein. In diesem Falle ist es erforderlich, eine reflektierende Schicht auf einem durchlässigen Maßstab zu bilden, um eine Lichtfleckposition zu detektieren.

Beispiele zur Erfassung des zusammengefügten Zustands, etwa der Lage und des Spaltes des Sensorkopfes, sind zuvor beschrieben. Der gleiche Lichtfleckpositionssen sor kann in das Sensorsubstrat zur Verwendung beim Detektieren eines Ursprungs auf dem Maßstab integriert werden.

Der oben beschriebene optische Codierer verwendet die Hauptlichtquelle 53, um den Maßstab zur Verwendung in der Auslenkungserfassung zu beleuchten, und die Licht quelle 57 für den Lichtfleckpositionssensor. Die Lichtquelle 57 für den Lichtfleckpositi onssensor liefert eine Lichtstrahl wie eine Laserdiode. Folglich ist es einfach, die Licht quelle 57 so zu steuern, um die Auslenkungsdetektion nicht nachteilig zu beeinflussen. Im Gegenteil, die Hauptlichtquelle 53 für die Auslenkungsdetektion liefert ein Ausgangs licht, das sich über einen gewissen Bereich erstreckt und in den Maßstab 5 eindringt. Wenn daher das von dem Maßstab reflektierte Licht in den Lichtfleckpositionssensor eintritt, wird es zu einem möglichen Rauschsignal für die Auslenkungsdetektion.

Zur Ausschaltung des Einflusses des Rauschens ist es vorzuziehen, eine Lichtabschir mungsstruktur bereitzustellen, die es nur dem Lichtstrahl aus der Lichtquelle 57 erlaubt, in den Lichtfleckpositionssensor einzudringen. Alternativ ist es wirkungsvoll, dass zwei Lichtquellen 53 und 67 unterschiedliche Wellenlängen aufweisen. In dem zuletzt ge nannten Falle ist es erforderlich, optische Filter mit dem fotosensitiven Elementarray 56 für die Auslenkungsdetektion und dem fotosensitiven Elementarray PDA für den Licht fleckpositionssensor 2 zu kombinieren. Alternativ können diese aus einzelnen Halblei termaterialien mit unterschiedlichen Eigenschaften hergestellt sein.

Der oben beschriebene Einfluss des Rauschens kann in einer Anwendung auf einen kapazitiven oder magnetischen Codierer nicht festgestellt werden.

Die vorliegende Erfindung kann auf ein Auslenkungsdetektionsinstrument angewendet werden, das ein linearer Codierer, ein Drehcodierer, oder ein zylindrischer oder sphäri scher Codierer ist.

In den obigen Ausführungsformen werden streifenförmige Fotodioden PD als die foto sensitiven Elemente für den Lichtfleckpositionssensor verwendet, obwohl ein Array aus kammartig gemusterten Fotodioden PD, wie dies in Fig. 18A gezeigt ist, und ein Array aus punktmäßig gemusterten Fotodioden PD, wie dies Fig. 18B gezeigt ist, ebenfalls verwendet werden kann.

Der oben beschriebene Lichtfleckpositionssensor kann als ein Auslenkungsmessgerät zur Messung der Oberflächengenauigkeit und Kontur eines Werkstücks verwendet wer den.

Gegenwärtig umfassen bekannte Produkte mit licht-verwendender Sonde im Wesentli chen ein SPM (Tastsondenmikroskop), das eine Auslenkung einer Sonde unter Ver wendung eines optischen Optimeters bzw. optischen Fühlhebels erfasst. In dem SPM sind die Lichtquelle und der fotosensitive Detektor (PSD) außerhalb angeordnet. Daher ist der Geräteaufbau kompliziert und relativ groß. Ferner ist es vom Prinzip ein Gerät des Kontakt-Typs besitzt folglich die Möglichkeit, einen Schaden auf einer Oberfläche der Probe (Werkstück) hervorzurufen. Da ferner die Sonde ein physikalischer Taststift ist, begrenzt dessen Größe (Spitzenform, Länge usw.) die Art der zu messenden Ob jekte.

Die Verwendung eines kontaktfreien Hebels, der den darauf montierten Lichtfleckpositi onssensor der vorliegenden Erfindung umfasst, kann ein kontaktfreies Mikroporen- Messinstrument und ein kontaktfreies Oberflächenrauhigkeitsmessgerät bereitstellen.

Fig. 19 zeigt den wesentlichen Teil eines kontaktfreien Hebels 9a, der den darauf ange wandten zweidimensionalen Positionssensor 2 umfasst. Fig. 20 zeigt die Zustände des Hebels während der Anwendung.

Der Hebel umfasst einen Hebelkörper 91, der ein Element ist, das aus einem Material, etwa Si oder Si-Nitrit besteht, und sich entlang einer Messachse (x-Achse in der Figur) erstreckt. Der zweidimensionale Positionssensor 2 und die Lichtquelle 57, die zumindest eine Laserdiode umfasst, sind entlang der Länge des Hebelkörpers 91 in einem gewis sen Intervall getrennt voneinander in der Nähe der Spitze der unteren Oberfläche ange ordnet.

Wenn der Hebelkörper 91 oder ein Werkstück W entlang der Messachse relativ zuein ander bewegt werden, erfasst ein Detektor 71 eine Kontur und Rauheit einer zu mes senden Oberfläche in dem Werkstück W aus der Lichtfleckposition, die an dem zweidi mensionalen Positionssensor 2 erfasst wird.

Fig. 21 zeigt einige Beispiele einer Lagebeziehung des Positionssensors 2 zur Licht quelle 57. Fig. 21A zeigt den kontaktfreien Hebel 9a mit dem zweidimensionalen Positi onssensor 2 und der Lichtquelle 57, die entlang der Länge angeordnet sind, wie dies zuvor beschrieben ist. Fig. 21B zeigt einen kontaktfreien Hebel 9b mit dem zweidimen sionalen Positionssensor 2 und der Lichtquelle 57, die entlang der zur Länge senkrech ten Richtung (y-Achse in der Figur) angeordnet sind. Fig. 21C zeigt einen kontaktfreien Hebel 9c mit dem zweidimensionalen Positionssensor 2 und der Lichtquelle 57, die einer kombinierten Anordnung der Fig. 21A-B angeordnet sind. Fig. 21D zeigt einen kontakt freien Hebel 9d mit der Lichtquelle 57 und dem Positionssensor 2, die in einem beliebi gen Winkel, etwa 45°, in einer x-y-Ebene gedreht sind, wobei die Lagebeziehung zwi schen diesen beibehalten bleibt. Fig. 21E zeigt einen kontaktfreien Hebel 9e, der eine Kombination aus einer Anordnung aus Fig. 21D mit einer sich schneidenden Anordnung der Fig. 21D aufweist.

In den Hebeln 9a-9e kann die Lagebeziehung zwischen dem Positionssensor 2 und der Lichtquelle 57 vertauscht sein.

Fig. 22 zeigt einen kontaktfreien Hebel 9' mit einem Auslenkungselement 92, das aus einem Bimetall oder einem piezoelektrischen Element besteht, um die Spitze des He belkörpers 91 in der Richtung senkrecht zu dem Werkstück oder in der Torsionsrichtung des Hebelkörpers 91 auszulenken. Ein Auslenkungskontroller 81 führt eine Rückkopp lungssteuerung durch, um eine konstante Position zur Reflektierung für den Lichtstrahl aus der Lichtquelle 57 beizubehalten. Der Detektor 71 erfasst eine Kontur und eine Rauhigkeit einer zu messenden Oberfläche in dem Werkstück W aus dem zurückge koppelten Signal. Ferner können in dieser Weise Kontur und Oberflächenrauhigkeit des Werkstückes gemessen werden. Des Weiteren kann auf die Messung der Kontur und der Rauhigkeit der Werkstückoberfläche mit einer größeren Formenbandbreite reagiert werden.

Fig. 23 zeigt einen kontaktfreien Hebel 9" des Typs mit vertikalem Einfall und Fig. 24 zeigt Zustände des Hebels bei der Anwendung. In dem kontaktfreien Hebel 9" ist die Lichtquelle 57 in der Mitte des Positionssensors 2 angeordnet, der an der unteren Ober fläche des Hebelkörpers 91 angeordnet ist. Der Lichtstrahl aus der Lichtquelle 57 tritt vertikal in die Werkstückoberfläche ein. Der Positionssensor 2 erfasst den von der Werk stückoberfläche reflektierten Lichtstrahl, nach dem dieser von der Lichtquelle 57 ausge sendet ist.

In ähnlicher Weise wie bei den obigen kontaktfreien Hebeln 9a-9e ändert auch in dieser Ausführungsform die Formveränderung der Werkstückoberfläche die Position des reflek tierten Lichtstrahls und die Form des Lichtflecks in entsprechender Weise. Die Erfas sung des oben beschriebenen ermöglicht es, die Kontur und Rauhigkeit der Werkstück oberfläche zu messen. In der in Fig. 23 gezeigten Ausführungsform ist der Positions sensor integriert und relativ groß. Des Weiteren können mehrere Positionssensoren an willkürlichen Positionen angeordnet sein.

In allen oben beschriebenen kontaktfreien Hebeln können der Positionssensor und die Lichtquelle in den folgenden vier Arten angeordnet sein:

1. der Positionssensor und die Lichtquelle sind beide auf dem Hebelkörper an einer Oberfläche gegenüberliegend zu dem Werkstück angeordnet;
2. der Positionssensor ist auf dem Hebelkörper an einer Oberfläche gegenüberlie gend zu dem Werkstück angeordnet und die Lichtquelle ist auf dem Hebelkörper an einer Oberfläche, die nicht gegenüberliegend zu dem Werkstück ist, angeord net,
3. die Lichtquelle ist auf dem Hebelkörper an einer Oberfläche gegenüberliegend zu dem Werkstück und der Positionssensor ist auf dem Hebelkörper an einer Ober fläche nicht gegenüberliegend zu dem Werkstück angeordnet; und
4. der Positionssensor und die Lichtquelle sind beide auf dem Hebelkörper in einer Oberfläche nicht gegenüberliegend zu dem Werkstück angeordnet.

Somit können die oben beschriebenen kontaktfreien Hebel eine Messung einer Oberflä chenrauhigkeit und Kontur in einer Mikrostruktur, etwa einer inneren Oberfläche eines Mikro-Loches, das gemäß dem Stand der Technik schwer messbar ist, erreichen. Fer ner ist in dieser Ausführungsform der zweidimensionale Positionssensor aus amorphem Si und dergleichen unter geringeren Kosten und mit einer kleineren Größe als der Sen sor mit dem CCD und dergleichen aufgebaut. Des Weiteren verursacht die Verkleine rung des Sensors kaum ein Übersprechen.

Da ferner in der Ausführungsform der Positionssensor und die Lichtquelle in dem Hebel körper gebildet sind, ist keine externe Lichtquelle und PSD erforderlich. Da des Weiteren in dieser Ausführungsform die Gestalt des Positionssensors und anderer Bestandteile frei ist, kann ein kontaktfreier Hebel bereitgestellt werden, der gemäß einer Messge nauigkeit und einem Messbereich verkleinert ist. Der kontaktfreie Hebel gemäß der Ausführungsform erfordert keine physikalische Sonde und erfährt daher keine Be schränkungen hinsichtlich der Spitzenform und der Länge der Sonde. Daher kann ein kleines Loch mit einem inneren Durchmesser gemessen werden, der geringfügig größer als ein Außendurchmesser des Hebelkörpers ist.

Der kontaktfreie Hebel gemäß der Ausführungsform kann eine Rauhigkeit und eine Kontur eines Teils in der Werkstückoberfläche messen, in den der Lichtstrahl aus der Lichtquelle einfällt. Das heißt, es kann Koordinaten in einer vertikalen Ebene messen, die die Messachse enthält. Ferner kann eine Neigungs-Information über den Teil, auf dem der Lichtstrahl auftrifft, erhalten werden.

In Übereinstimmung mit gemessenen Daten, die aus dem obigen kontaktfreien Hebel beispielsweise während der Herstellung eines festen Modells auf der Basis dreidimen sionaler Daten auf der gemessenen Werkstückoberfläche erhalten werden, kann eine Interpolationsgenauigkeit von gemessenen Daten zwischen gemessenen Punkten ver bessert werden.

Wenn lediglich eindimensionale Positionsinformationen, die keine Neigungs-Information enthalten, etwa die Rauhigkeit oder die Kontur, erfasst werden, kann der Positionssen sor 1, der in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, anstelle des Positionssensors 2 verwendet werden.

Wie aus dem Obigen hervorgeht, umfasst der erfindungsgemäße Lichtfleckpositions sensor ein Array aus fotosensitiven Elementen, die voneinander isoliert und aus Halb leiterschichten gebildet sind, die auf einem geeigneten Substrat abgeschieden sind. Da her ist sein Aufbau und der Herstellungsprozess einfach, und ein beliebig geformter Po sitionssensor mit beliebiger Größe kann einfach hergestellt werden.

Des Weiteren umfasst das Auslenkungsmessgerät gemäß der vorliegenden Erfindung ein optisches Zustandsdetektionssystem, in dem der Lichtfleckpositionssensor verwen det ist. Daher kann in einfacher Weise ein zusammengefügter Zustand eines Sensor kopfes und eines Maßstabs bestimmt werden.

Aus der Beschreibung der mit der Erfindung konsistenten Ausführungsformen kann der Fachmann auf dem Gebiet weitere Ausführungsformen und Variationen, die mit der Er findung konsistent sind, ableiten. Daher sollte die Erfindung nicht als durch die offen barten Ausführungsformen beschränkt betrachtet werden, sondern sollte vielmehr ledig lich durch den Grundgedanken und den Schutzbereich der angefügten Patentansprüche beschränkt betrachtet werden.

Claims

1. Lichtfleckpositionssensor mit:
einem Substrat; und
mehreren fotosensitiven Elementen, die unter einem gewissen Abstand angeord net, aus auf dem Substrat abgeschiedenen Halbleiterschichten gebildet und von einander isoliert sind.

2. Der Lichtfleckpositionssensor gemäß Anspruch 1, wobei die mehreren fotosensi tiven Elemente ein eindimensional angeordnetes fotosensitives Elementarray konfigurieren.

3. Der Lichtfleckpositionssensor gemäß Anspruch 1, wobei die mehreren fotosensi tiven Elemente umfassen:
ein erstes fotosensitives Elementarray, das auf dem Substrat entlang einer ersten Achse angeordnet ist; und
ein zweites fotosensitives Elementarray, das auf dem ersten fotosensitiven Ele mentarray mit einem dazwischen liegenden Zwischenschichtisolator entlang ei ner zweiten Achse, die sich von der ersten Achse unterscheidet, angeordnet ist.

4. Der Lichtfleckpositionssensor nach Anspruch 1, der ferner einen Abtastdetektor zum sequentiellen Abtasten von Ausgangssignalen aus den mehreren fotosensi tiven Elementen zum Erfassen einer Lichtfleckposition umfasst.

5. Der Lichtfleckpositionssensor nach Anspruch 1, der ferner umfasst:
eine Ausgangssignalleitung, die gemeinsam mit Anschlusselektroden der mehre ren fotosensitiven Elemente verbunden ist; und
eine Detektionsschaltung, die mit der Ausgangssignalleitung verbunden ist, wo bei ein Lichtfleck als ein Lichtimpuls ausgesandt wird, um eine Lichtfleckposition aus einer Verzögerungszeit eines Detektionsausgangssignals aus der Detekti onsschaltung nach der Lichtimpulsaussendung zu bestimmen.

6. Auslenkungsmessgerät mit:
einem Maßstab mit Maßstabsmarkierungen, die entlang einer Messachse aus gebildet sind;
einem Sensorkopf, der relativ zu dem Maßstab entlang der Messachse zum Auslesen der Maßstabsmarkierungen bewegbar ist; und
einem Zustandsdetektionssystem, das auf dem Sensorkopf befestigt ist, zum op tischen Detektieren eines relativen Lagezustands des Sensorkopfs und des Maß stabes, wobei das Zustandsdetektionssystem einen Lichtfleckpositionssensor aufweist, mit:
einem Substrat; und
mehreren fotosensitiven Elementen, die unter einem gewissen Abstand angeord net, aus auf dem Substrat abgeschiedenen Halbleiterschichten gebildet und von einander isoliert sind.

7. Das Auslenkungsmessgerät nach Anspruch 6, wobei die mehreren fotosensitiven Elemente ein eindimensional angeordnetes fotosensitives Elementarray konfigu rieren.

8. Das Auslenkungsmessgerät nach Anspruch 6, wobei die mehreren fotosensitiven Elemente umfassen:
ein erstes fotosensitives Elementarray, das auf dem Substrat entlang einer ersten Achse angeordnet ist; und
ein zweites fotosensitives Elementarray, das auf dem ersten fotosensitiven Ele mentarray mit einem dazwischen liegenden Zwischenschichtisolator entlang ei ner zweiten Achse, die sich von der ersten Achse unterscheidet, angeordnet ist.

9. Das Auslenkungsmessgerät nach Anspruch 6, das ferner einen Abtastdetektor zum sequentiellen Abtasten von Ausgangssignalen aus den mehreren fotosensi tiven Elementen zur Detektion einer Lichtfleckposition umfasst.

10. Das Auslenkungsmessgerät nach Anspruch 6, das ferner umfasst:
eine Ausgangssignalleitung, die gemeinsam mit Anschlusselektroden der mehre ren fotosensitiven Elemente verbunden ist; und
eine Detektionsschaltung, die mit der Ausgangssignalleitung verbunden ist, wo bei ein Lichtfleck als ein Lichtimpuls ausgesandt wird, um eine Lichtfleckposition aus einer Verzögerungszeit eines Detektionsausgangssignals aus der Detekti onsschaltung nach der Aussendung des Lichtimpulses zu bestimmen.

11. Das Auslenkungsmessgerät nach Anspruch 6, wobei das Zustandsdetektionssy stem ferner eine Lichtquelle umfasst, die auf dem Sensorkopf angeordnet ist, um einen Lichtstrahl bereitzustellen, der über den Maßstab in den Lichtpositionssen sor eintritt.

12. Das Auslenkungsmessgerät nach Anspruch 6, wobei das Zustandsdetektionssy stem ferner eine Zustandsdetektionseinrichtung zum Detektieren zumindest einer Neigung, eines Spalts und einer Anfangsposition des Sensorkopfes in Bezug zu dem Maßstab auf der Grundlage einer Lichtfleckposition, die an dem Lichtfleck positionssensor detektiert ist, umfasst.

13. Das Auslenkungsmessgerät nach Anspruch 11, wobei der Lichtfleckpositions sensor Drehungen in einer parallelen Ebene zwischen dem Sensorkopf und dem Maßstab auf der Grundlage einer Detektion von Interferenzringen detektiert.

14. Auslenkungsmessgerät mit:
einem Hebel, der gegenüberliegend zu einem zu messenden Werkstück und be wegbar entlang einer Oberfläche des Werkstücks ohne Berührung des Werk stücks angeordnet ist;
einem Lichtfleckpositionssensor, der auf der Spitze des Hebels angebracht ist; und
einer Lichtquelle, die an der Spitze des Hebels zum Bereitstellen eines Licht strahls, der über das Werkstück in den Lichtfleckpositionssensor eintritt, ange bracht ist, wobei der Lichtfleckpositionssensor umfasst:
ein Substrat; und
mehrere fotosensitive Elemente, die unter einem gewissen Abstand angeordnet, aus auf dem Substrat abgeschiedenen Halbleiterschichten gebildet und vonein ander isoliert sind.

15. Das Auslenkungsmessgerät nach Anspruch 14, wobei die mehreren fotosensiti ven Elemente ein eindimensional angeordnetes fotosensitives Elementarray kon figurieren.

16. Das Auslenkungsmessgerät nach Anspruch 14, wobei die mehreren fotosensiti ven Elemente umfassen:
ein erstes fotosensitives Elementarray, das auf dem Substrat entlang einer ersten Achse angeordnet ist; und
ein zweites fotosensitives Elementarray, das auf dem ersten fotosensitiven Ele mentarray mit einem dazwischen liegenden Zwischenschichtisolator entlang ei ner zweiten Achse, die sich von der ersten Achse unterscheidet, angeordnet ist.

17. Das Auslenkungsmessgerät nach Anspruch 14, das ferner einen Abtastdetektor zum sequentiellen Abtasten von Ausgangssignalen aus den mehreren fotosensi tiven Elementen zur Detektion einer Lichtfleckposition umfasst.

18. Das Auslenkungsmessgerät nach Anspruch 14, das ferner umfasst:
eine Ausgangssignalleitung, die gemeinsam mit Anschlusselektroden der mehre ren fotosensitiven Elemente verbunden ist; und
eine Detektionsschaltung, die mit der Ausgangssignalleitung verbunden ist, wo bei ein Lichtfleck als ein Lichtimpuls ausgesendet ist, um eine Lichtfleckposition aus einer Verzögerungszeit eines Detektionsausgangssignals aus der Detekti onsschaltung nach der Aussendung des Lichtimpulses zu bestimmen.

19. Das Auslenkungsmessgerät nach Anspruch 14, das ferner eine Detektionsein richtung zum Detektieren eines Oberflächenmerkmals des Werkstückes auf der Basis einer Position des an dem Lichtfleckpositionssensors detektierten Licht strahls umfasst, wobei der Lichtstrahl von der Lichtquelle ausgesandt wird und in den Lichtfleckpositionssensor über das Werkstück eintritt.

20. Das Auslenkungsmessgerät nach Anspruch 14, das ferner umfasst:
ein Auslenkungselement, das auf dem Hebel angeordnet ist, zur Auslenkung der Spitze des Hebels in der Richtung entgegengesetzt zu dem Werkstück;
eine Auslenkungskontrolleinrichtung zum rückgekoppelten Steuern des Auslen kungselements so, dass eine Position des an dem Lichtfleckpositionssensor de tektierten Lichtstrahls immer an einer konstanten Position liegt, wobei der Licht strahl von der Lichtquelle ausgesendet wird und in den Lichtfleckpositionssensor über das Werkstück eintritt; und
eine Detektionseinrichtung zum Detektieren eines Oberflächenmerkmals des Werkstücks auf der Grundlage eines Rückkopplungssignals aus der Auslen kungskontrolleinrichtung an das Auslenkungselement.

21. Das Auslenkungsmessgerät nach Anspruch 14, das ferner umfasst:
ein Auslenkungselement, das an dem Hebel angeordnet ist, zum Auslenken der Spitze des Hebels in der Torsionsrichtung des Hebels;
eine Auslenkungskontrolleinrichtung zur rückgekoppelten Steuerung des Auslen kungselements derart, dass eine Position des an dem Lichtfleckpositionssensors detektierten Lichtstrahls immer an einer konstanten Position liegt, wobei der Lichtstrahl von der Lichtquelle ausgesendet wird und über das Werkstück in den Lichtfleckpositionssensor eintritt; und
eine Detektionseinrichtung zum Detektieren eines Oberflächenmerkmals des Werkstückes auf der Basis eines Rückkopplungssignals aus der Auslenkungs kontrolleinrichtung an das Auslenkungselement.