JP3395339B2 - 定点検出装置 - Google Patents

定点検出装置

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JP3395339B2 JP06390194A JP6390194A JP3395339B2 JP 3395339 B2 JP3395339 B2 JP 3395339B2 JP 06390194 A JP06390194 A JP 06390194A JP 6390194 A JP6390194 A JP 6390194A JP 3395339 B2 JP3395339 B2 JP 3395339B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ホログラフィック回折
格子による回折光を検出することによって定点を求める
定点検出装置に関し、より詳細には、集積回路の多重露
光における基板の位置ずれ検出や、エンコーダ等の原点
検出に使用して好適な定点検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】集積回路を製造するためのＸ線露光描画
装置や精密機械工作に使用される測長器では、正確な位
置又は距離を測定するために基準点又は原点が設定され
る。斯かる基準点又は原点を設定するために定点検出装
置が使用されている。
【０００３】図２１に特開昭６１−１５３５０１号に開
示された従来の位置検出装置の例を示す。図２１に示す
ように、この位置検出装置はガイド１０１と斯かるガイ
ド１０１に対して移動可能な移動部材１０２と装置本体
１０５とを有する。移動部材１０２の上面には被検物体
１０３とマーク１０４が装着されている。装置本体１０
５は被検物体１０３を観察する観察装置とマーク１０４
によって定点を検出する定点検出装置とを有する。
【０００４】観察装置は対物レンズ１０６及び接眼レン
ズ１０７を含む。定点検出装置はレーザ発生装置１０８
とポジションセンサ１１０と演算回路１１１と表示装置
１１２とを有する。
【０００５】図２２に示すように、マーク１０４は２つ
の部分１０４Ａ、１０４Ｂを有する。図２２Ａのマーク
１０４では、第１の部分１０４Ａは回折格子を含み、そ
の格子間隔又はピッチｄが測定方向（Ｘ方向）に沿って
連続的に変化している。図２２Ｂのマーク１０４では、
２つの部分１０４Ａ、１０４Ｂは格子間隔又はピッチｄ
1 、ｄ2 がそれぞれ異なる回折格子を有する。
【０００６】レーザ発生装置１０８からのレーザ光１０
９Ａはマーク１０４の回折格子によって回折され、１次
回折光１０９Ｂ、１０９Ｂ’がポジションセンサ１１０
によって検出される。ガイド１０１に対して移動部材１
０２が測定方向（Ｘ方向）に移動するとき、ポジション
センサ１１０は回折光の強度が最大となる回折角θを検
出する。
【０００７】回折光の強度が最大となる回折角θの値
は、レーザ光１０９Ａのビームスポットがマーク１０４
の２つの部分１０４Ａ、１０４Ｂの境界を通過すると
き、変化する。即ち、マーク１０４の２つの部分１０４
Ａ、１０４Ｂの境界の前後で、回折光１０９Ｂ、１０９
Ｂ’の強度が最大となる回折角θが変化する。斯かる回
折角θの変化によって定点が検出される。
【０００８】図２３に従来の定点検出装置の第２の例を
示す。この例は図２１及び図２２に示した第１の例を改
良したものである。この例では、回折格子として透過型
の体積型ホログラフィック回折格子１０４Ａ、１０４Ｂ
が使用され、また、受光装置として２つのフォトディテ
クタ１１０Ａ、１１０Ｂが使用されている。
【０００９】透過型の体積型ホログラフィック回折格子
１０４Ａ、１０４Ｂでは、回折光は回折格子１０４Ａ、
１０４Ｂに関して入射光と反対側に出射される。従っ
て、フォトディテクタ１１０Ａ、１１０Ｂは回折格子１
０４Ａ、１０４Ｂに関してレーザ発生装置１０８と反対
側に配置されている。
【００１０】２つのホログラフィック回折格子１０４
Ａ、１０４Ｂは互いに異なる格子間隔又は格子ピッチｄ
1 、ｄ2 を有する。２つのホログラフィック回折格子１
０４Ａ、１０４Ｂによって、０次回折光、＋１次回折光
１Ａ、１Ｂ、−１次回折光１Ａ、１Ｂ、高次回折光が得
られるが、フォトディテクタ１１０Ａ、１１０Ｂは＋１
次回折光１Ａ、１Ｂを検出する。
【００１１】図２４の実線Ｃ１、Ｃ２はそれぞれ２つの
フォトディテクタ１１０Ａ、１１０Ｂによって検出され
た回折光の強度曲線である。第１のフォトディテクタ１
１０Ａによって得られた光強度曲線Ｃ１と第２のフォト
ディテクタ１１０Ｂによって得られた光強度曲線Ｃ２の
交点Ｐが、この定点検出装置によって得られる定点であ
る。
【００１２】図２５に、本願出願人と同一の出願人によ
る特開平４−３２４３１６号に開示された従来の定点検
出装置の例を示す。この定点検出装置は、固定部１０と
測定方向（Ｘ方向）に沿って可動な可動部３０とを有
し、固定部１０は光学系１１と検出系２１とを含み、可
動部３０は基板３１とその上面に配置された２つの体積
型ホログラフィック回折格子３２、３３とを有する。
【００１３】光学系１１は半導体レーザ等のレーザ光を
出力する光源１２とコリメータレンズ１３と集光レンズ
１４と有する。検出系２１は２つの受光器２２、２３と
電気処理回路２９とを有する。
【００１４】図２６にこの例に使用されるホログラフィ
ック回折格子３２、３３を示す。ホログラフィック回折
格子３２、３３は透過型の体積型ホログラムによって形
成されている。以下に、ホログラフィック回折格子３
２、３３を、随時単にホログラムと称する。図示のよう
に、各ホログラム３２、３３の格子間隔又は格子ピッチ
ｄは測定方向に順次連続的に変化している。また、各ホ
ログラム３２、３３の格子間隔又は格子ピッチｄを形成
する分布面４２、４３はホログラム３２、３３の上面に
対して傾斜しており、斯かる傾斜角は測定方向に順次連
続的に変化している。各ホログラム３２、３３によって
入射光を回折させると、回折効率が測定方向に連続的に
変化する。
【００１５】図２７に図２５の定点検出装置の主要部を
示す。図示のように、基板３１の上面３１Ａに２つのホ
ログラム３２、３３が横方向に互いに隣接して配置され
ている。斯かる２つのホログラム３２、３３は、中心面
３５に対して互いに対称的に構成されている。即ち、各
ホログラム３２、３３の分布面４２、４３の傾斜角は中
心面３５に対して対称的に両側に順次連続的に変化して
おり、その格子間隔又は格子ピッチｄは中心面３５に対
して対称的に両側に順次連続的に変化している。２つの
ホログラム３２、３３は各々の回折効率が最大になる点
が測定方向に互いに異なるように配置されている。
【００１６】可動部３０が固定部１０に対して相対的に
移動するとき、即ち、図２７にて、静止している受光器
２２、２３及び光源１２に対して可動部３０が移動する
とき、第１のホログラム３２によって回折された光は第
１の受光器２２によって検出され、第２のホログラム３
３によって回折された光は第２の受光器２３によって検
出される。
【００１７】２つのホログラム３２、３３は回折効率が
最大になる点が互いに異なるから、第１の受光器２２に
よって検出される回折光の光強度曲線のピーク位置と第
２の受光器２３によって検出される回折光の光強度曲線
のピーク位置は異なる。従って、２つの光強度曲線の交
差点、即ち、２つの光強度が等しくなる点が存在する。
斯かる点が本例の定点検出装置によって得られる定点で
ある。
【００１８】図２８に電気処理回路２９の例を示す。電
気処理回路２９は第１及び第２の受光器２２、２３より
出力された電流信号をそれぞれ電圧信号に変換する電流
電圧変換器２９−１Ａ、２９−１Ｂと斯かる電流電圧変
換器２９−１Ａ、２９−１Ｂの出力信号の差を演算する
差動増幅器２９−２と差動増幅器２９−２の出力信号が
ゼロとなる位置を求める比較器２９−３とを有する。
【００１９】図２９Ａは受光器２２、２３によって検出
された回折光の強さの変化を表す光強度曲線を示し、横
軸は固定部１０に対する可動部３０の移動距離ｘ、縦軸
は受光器２２、２３より出力された電流信号Ｉの大きさ
である。第１の光強度曲線Ｃ１は第１の受光器２２によ
って検出された光の強さを表し、第２の光強度曲線Ｃ２
は第２の受光器２３によって検出された光の強さを表
す。
【００２０】図２９Ｂの曲線Ｃ３は差動増幅器２９−２
によって得られた光強度差曲線である。光強度差曲線Ｃ
３は図２９Ａの第１の光強度曲線Ｃ１と第２の光強度曲
線Ｃ２の差を示す。従って、光強度差曲線Ｃ３は、２つ
の曲線Ｃ１、Ｃ２の交点Ｐに相当する位置にて、ゼロと
なる。斯かるゼロとなる位置がこの定点検出装置によっ
て得られた定点である。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】図２１及び図２２を参
照して説明した第１の従来例では受光装置としてポジシ
ョンセンサ１１０を使用していた。ポジションセンサ１
１０は回折光の強度が最大となる回折角θを検出するよ
うに構成されており、分解能が低い欠点があった。ま
た、正確な回折角θを検出することができるポジション
センサ１１０は高価である欠点があった。
【００２２】図２３及び図２４を参照して説明した第２
の従来例では、反射型の回折格子の代わりに２つの透過
型のホログラフィック回折格子１０４Ａ、１０４Ｂを使
用する。また、１つのポジションセンサ１１０を使用す
る代わりに２つのフォトディテクタ１１０Ａ、１１０Ｂ
を使用する。
【００２３】この例では、２つのホログラフィック回折
格子１０４Ａ、１０４Ｂは互いに異なる格子間隔又は格
子ピッチｄ1 、ｄ2 を有し、＋１次回折光１Ａ、１Ｂと
−１次回折光１ａ、１ｂは入射光の方向に対して両側に
出射される。従って、２つの＋１次回折光１Ａ、１Ｂを
検出するために２つのフォトディテクタ１１０Ａ、１１
０Ｂを近接して配置しなければならない。
【００２４】また、２つの＋１次回折光１Ａ、１Ｂを完
全に分離させて、各フォトディテクタ１１０Ａ、１１０
Ｂで検出する必要があった。２つの＋１次回折光１Ａ、
１Ｂを完全に分離させるためには、第１のホログラム１
０４Ａの格子間隔ｄ1 と第２のホログラム１０４Ｂの格
子間隔ｄ2 の差を大きくすればよい。しかしながら、２
つのホログラム１０４Ａ、１０４Ｂの格子間隔ｄ1 、ｄ
2 の差を大きくすると、光源１２からの光の波長λが変
動すると、誤差が大きくなる欠点があった。
【００２５】斯かる誤差について図２３を参照して説明
する。一般に、格子間隔ｄと入射光の波長λの関係は次
の式（ブラッグの式）によって表される。
【００２６】
【数１】 ｓｉｎθ＝ｍλ／ｄ （ｍ＝０、±１、±２、・・）
【００２７】第１のホログラム１０４Ａの格子間隔をｄ
1 ＝ｄ、第２のホログラム１０４Ｂの格子間隔をｄ2 ＝
２ｄ、入射光の波長をλ＝５００ｎｍ、光源１０８の波
長λの変動をΔλ＝０．５ｎｍとする。斯かる波長の変
動Δλによる第１のホログラム１０４Ａの回折角θ1 の
変動Δθ1 及び第２のホログラム１０４Ｂの回折角θ 2
の変動Δθ2 を求めると次のようになる。
【００２８】Δθ1 ＝５．２分 Δθ2 ＝１．６分
【００２９】例えば、第１のホログラム１０４Ａによっ
て得られる１次回折光１Ａの光路の長さをＳ1 ＝１００
ｍｍとすると、第１のフォトディテクタ１１０Ａの受光
面のビームスポットの変動量はΔＬ1 ＝０．１５ｍｍと
なる。同様に、第２のホログラム１０４Ｂによって得ら
れる１次回折光１Ｂの光路の長さをＳ2 ＝１００ｍｍと
すると、第２のフォトディテクタ１１０Ｂの受光面のビ
ームスポットの変動量はΔＬ2 ＝０．０５ｍｍとなる。
【００３０】一般に、光源１０８からの光は光量分布を
有する。従って、第１及び第２のフォトディテクタ１１
０Ａ、１１０Ｂによって受光される回折光も光量分布を
有する。光源１０８の波長λが変動し、第１及び第２の
フォトディテクタ１１０Ａ、１１０Ｂの受光面のビーム
スポットが変動すると、第１及び第２のフォトディテク
タ１１０Ａ、１１０Ｂによって受光される光量分布も変
化する。
【００３１】図２４の破線の光強度曲線Ｃ１’、Ｃ２’
は光源１０８の波長λが変動した場合に、第１及び第２
のフォトディテクタ１１０Ａ、１１０Ｂによって受光さ
れる回折光１Ａ、１Ｂの強度の変化を示す。光源１０８
の波長λが変動すると、強度曲線Ｃ１’、Ｃ２’も変化
することがわかる。従って、定点Ｐの位置もＰ’に変化
する。尚、回折光１Ｂの光強度曲線の変化は小さく、Ｃ
２’≒Ｃ２である。
【００３２】光源１０８の波長λが変動しても、第１及
び第２のフォトディテクタ１１０Ａ、１１０Ｂによって
得られる光強度曲線Ｃ１、Ｃ２を一定にするためには、
フォトディテクタ１１０Ａ、１１０Ｂの受光面の（測定
方向の）長さ又は面積を充分大きくすればよい。しかし
ながら、一般に、フォトディテクタ１１０Ａ、１１０Ｂ
の受光面の面積は小さいほうが分解能が高い。従って、
所定の分解能を得るためには、フォトディテクタ１１０
Ａ、１１０Ｂの受光面の面積を所定値より大きくするこ
とができない。
【００３３】図２５〜図２９を参照して説明した第３の
従来例では、２つのホログラム３２、３３は中心面３５
に対して互いに対称的な構成を有するため、光源１０８
の波長λが変動しても、定点は変化しない利点があっ
た。これは、２つの受光器２２、２３によって得られる
光強度曲線Ｃ１、Ｃ２は変化するが、両者の変化は対称
的であり、２つの光強度曲線Ｃ１、Ｃ２の交点Ｐの位置
は変化しないためである。
【００３４】しかしながら、この第３の例でも、２つの
受光器２２、２３の位置を正確に配置しなければならな
い欠点があった。即ち、２つの受光器２２、２３を２つ
のホログラム３２、３３に対して正確な位置に配置しな
ければ、分解能が低下する欠点があった。
【００３５】図２７及び図３０を参照して説明する。２
つのホログラム３２、３３の格子ベクトルの傾斜角は中
心面３５より外方に行くに従って変化する。可動部３０
が測定方向（ｘ方向）に移動すると、第１のホログラム
３２からの回折光１Ａはα方向に移動し、第２のホログ
ラム３３からの回折光１Ｂはβ方向に移動する。
【００３６】従って、ホログラム３２、３３の下面から
２つの受光器２２、２３の受光面までの距離ｔが変化す
ると、図３０に示すように光強度曲線及び光強度差曲線
が変化する。図３０Ａの破線は正常な光強度曲線Ｃ１又
はＣ２であり実線は距離ｔが変化した場合の光強度曲線
Ｃ１’又はＣ２’である。光強度曲線Ｃ１’又はＣ２’
のピーク位置は正常な光強度曲線Ｃ１又はＣ２のピーク
位置より移動する。
【００３７】２つの光強度曲線Ｃ１’又はＣ２’の交点
Ｐ’はピーク位置付近であり、交点Ｐ’の位置の精度が
低下する。図３０Ｂの破線は正常な光強度差曲線Ｃ３で
あり実線は距離ｔが変化した場合の光強度差曲線Ｃ３’
である。光強度差曲線Ｃ３’のゼロクロス点Ｐの分解能
が低下する。
【００３８】また、距離ｔが大きいほど、受光器２２、
２３の位置合わせ即ち２つの受光器２２、２３の間の距
離Ｌの調節が困難であるという欠点があった。
【００３９】特に、ホログラム３２、３３として体積型
のホログラムを使用する場合には、製造中にゼラチン層
が膨張し又は収縮し、格子ベクトルの傾斜が一定しない
ため、２つの受光器２２、２３の間の距離Ｌの調節が困
難であるという欠点があった。
【００４０】
【課題を解決するための手段】本発明によると、例えば
図１に示すように、互いに隣接して配置された２つのホ
ログラム３２、３３と該２つのホログラム３２、３３に
光を出力する光源１２と上記２つのホログラム３２、３
３によって回折された光をそれぞれ検出する受光器２
２、２３とを有し、上記２つのホログラム３２、３３を
上記光源１２及受光器２２、２３に対して相対的に測定
軸方向に沿って移動させるとき、上記２つの受光器２
２、２３によって検出される信号の大きさが等しくなる
点を求めることによって定点を得るように構成された定
点検出装置において、上記一方のホログラム３２による
回折光の回折角と上記他方のホログラム３３による回折
光の回折角は互いに符号が反対で絶対値が等しく且つ測
定軸方向に沿って一定であり、上記２つのホログラム３
２、３３による正負の同次回折光の間の光強度差が大き
いように構成されている。
【００４１】本発明によると、例えば図１に示すよう
に、定点検出装置において、上記２つのホログラム３
２、３３は中心面の両側に互いに対称的に構成され、上
記２つのホログラム３２、３３の格子ベクトルは上記中
心面に対して互いに対称的に傾斜しており、上記２つの
ホログラム３２、３３の各格子間隔は同一である。
【００４２】本発明によると、例えば図４に示すよう
に、定点検出装置において、上記２つのホログラム３
２、３３は透過型ホログラム３２、３３であり、上記受
光器２２、２３は上記２つのホログラム３２、３３に関
して上記光源１２と同一側に配置され、上記２つのホロ
グラム３２、３３からの回折光は上記２つのホログラム
３２、３３に関して上記光源１２と反対側に配置された
反射面にて反射されてから上記受光器２２、２３によっ
て検出されるように構成されている。
【００４３】本発明によると、例えば図４に示すよう
に、定点検出装置において、上記反射面は上記２つのホ
ログラム３２、３３が形成された基板の面に装着された
反射膜によって構成されている。
【００４４】本発明によると、例えば図９に示すよう
に、定点検出装置において、上記回折光を臨界角より大
きい角度で上記反射面に入射させることによって上記回
折光を反射させることを特徴とする。
【００４５】本発明によると、例えば図７又は図８に示
すように、定点検出装置において、上記反射面にて反射
した回折光は上記２つのホログラム３２、３３によって
再度回折され、それによって入射光と平行な出射光を得
るように構成されている。
【００４６】本発明によると、例えば図１０に示すよう
に、定点検出装置において、上記２つのホログラム３
２、３３の各々は上記中心面に隣接した内側部分と上記
中心面より隔置された外側部分とを有し、上記内側部分
と上記外側部分は上記中心面に対して互いに異なる傾斜
角度にて傾斜した格子ベクトルを有し、上記光源１２よ
り出力された光は上記２つのホログラム３２、３３の各
々の上記内側部分によって１回目の回折がなされ、上記
２つのホログラム３２、３３の各々の上記外側部分によ
って２回目の回折がなされるように構成されている。
【００４７】本発明によると、例えば図１５に示すよう
に、定点検出装置において、上記２つのホログラム３
２、３３は、互いに隣接する２つのホログラム３２、３
３を接続することによって形成されている。
【００４８】本発明によると、例えば図１６に示すよう
に、検出すべき定点の両側に対象的に配置された２つの
ホログラム板とそれに対応した２つの定点検出部とを有
し、上記２つのホログラム板の各々は基板の１面に互い
に隣接して配置された１対のホログラム３２、３３を有
し、上記定点検出部の各々は上記１対のホログラム３
２、３３に光を出力する光源１２と上記１対のホログラ
ム３２、３３によって回折された光をそれぞれ検出する
１対の受光器２２、２３とを有し、上記２つのホログラ
ム板を上記２つの定点検出部に対して相対的に移動させ
るとき、上記２つの定点検出部の受光器２２、２３によ
って検出される光強度信号によって定点を検出するよう
に構成された定点検出装置において、上記１対のホログ
ラムは一方のホログラム３２による回折光の回折角と上
記他方のホログラム３３による回折光の回折角が互いに
符号が反対で絶対値が等しく且つ測定軸方向に沿って一
定であり、上記２つのホログラム３２、３３による正負
の同時回折光の間の光強度差が大きいように構成され、
上記２つの定点検出部の各々は上記１対の受光器２２、
２３の出力信号をそれぞれ入力する１対の電流電圧変換
器と該電流電圧変換器の出力信号を入力してその差を演
算する差動増幅器とを有し、上記２つの定点検出部の差
動増幅器の出力信号を加算して上記２つのホログラム板
の光強度差信号を求めるように構成されている。
【００４９】本発明によると、例えば図１又は図９に示
すように、透明な基板の１面に沿って形成された２つホ
ログラム３２、３３を有するホログラムにおいて、上記
２つのホログラム３２、３３は上記基板の１面に垂直な
中心面に対して互いに対称的に構成され、上記２つのホ
ログラム３２、３３の格子ベクトルは上記中心面に対し
て互いに対称的に傾斜しており、その格子間隔は互いに
等しいように構成されている。
【００５０】本発明によると、例えば図１４に示すよう
に、ホログラム形成方法において、感光剤が塗布された
感光面を有する基板と先端が尖った細長い楔形断面を有
するマスクと用意することと、上記マスクを上記基板の
上方に該先端が上記感光面に向くように上記感光面に垂
直な中心面に沿って配置することと、上記中心面の両側
より上記感光面に対して２つの異なる入射角にて平面波
を照射し、それによって上記感光面にホログラム３２、
３３を形成することと、を含み、それによって上記基板
の面に沿って２つのホログラム３２、３３を形成し該２
つのホログラム３２、３３は上記基板の感光面に垂直な
中心面の両側に互いに対称的に構成され、上記２つのホ
ログラム３２、３３は上記中心面に対して互いに対称的
に傾斜した格子ベクトルを有し、その格子間隔は互いに
等しいように構成されている。
【００５１】
【作用】基板３１の上面３１Ａに形成された２つのホロ
グラム３２、３３は、中心面３５に関して互いに対称的
な構成を有する。即ち、２つのホログラム３２、３３は
中心面３５に関してに互いに対称的に傾斜した格子ベク
トルを有し、また各格子間隔又は格子ピッチｄは等し
い。
【００５２】斯かるホログラム３２、３３によって、互
いに符号が反対且つ絶対値が等しい回折角を有する２つ
の回折光が得られる。斯かる回折光の回折角は測定軸に
沿って変化しない。また、斯かるホログラム３２、３３
によって、正負の同次回折光の間の光強度の差が大きい
回折光が得られる。例えば、＋１次回折光１Ａ、１Ｂの
光強度は−１次光回折光１ａ、１ｂの光強度に比べて極
めて大きい。
【００５３】２つの受光器２２、２３によって＋１次回
折光１Ａ、１Ｂを検出し、それによって光強度曲線及び
光強度差曲線を求めるため、一定の且つ正確な定点が得
られる。
【００５４】
【実施例】以下に図１〜図２０を参照して本発明の実施
例について説明する。尚図１〜図２０において図２１〜
図３０の対応する部分には同一の参照符号を付してその
詳細な説明は省略する。
【００５５】図１は本発明による定点検出装置の第１の
例の主要部を示す。本例の定点検出装置は透明な基板３
１とその上面３１Ａに形成された２つのホログラフィッ
ク回折格子３２、３３とを有する。基板３１の上側には
光源１２が配置され、基板３１の下側には回折光を受光
する１対の受光器２２、２３が配置されている。
【００５６】基板３１とホログラフィック回折格子３
２、３３とは可動部を構成し、光源１２と受光器２２、
２３は固定部を構成する。尚、集光レンズ１４と電気処
理回路２９は省略されている。
【００５７】図２に本例のホログラフィック回折格子３
２、３３の詳細な構成を示す。ホログラフィック回折格
子３２、３３は体積型ホログラムによって構成されてい
る。斯かるホログラムは所定のピッチｄにて屈折率がｎ
1 〜ｎ2 に変化している。斯かる屈折率の変化によって
回折格子が構成される。図１の太い線４２、４３は体積
型ホログラムの屈折率の分布面を表す。この面４２、４
３の間隔を格子間隔又は格子ピッチｄと称する。
【００５８】格子ベクトルＶは斯かる分布面４２、４３
に垂直である。２つのホログラム３２、３３の間にホロ
グラム３２、３３の上面に垂直な中心面３５を想定す
る。中心面３５に対する分布面４２、４３の傾斜角をφ
とする。格子ベクトルＶの分布面４２、４３に対する傾
斜角は９０°−φである。ホログラフィック回折格子を
以下随時単にホログラムと称する。
【００５９】図示のように、２つのホログラム３２、３
３は中心面３５に対して対称的に構成されている。２つ
のホログラム３２、３３の各々の格子ベクトルＶは中心
面３５に対して互いに対称的に同一の傾斜角度にて傾斜
している。また、２つのホログラム３２、３３の各々の
格子間隔又は格子ピッチｄは同一である。
【００６０】斯かる２つのホログラム３２、３３によっ
て得られる回折光は次のような特徴を有する。 （１）入射光をホログラム３２、３２の上面に対して垂
直に、即ち、中心面３５に平行に入射すると、２つの
（＋１次）回折光１Ａ、１Ｂの回折角（回折光が中心面
３５となす角θ）は符号が反対で且つその絶対値は等し
い。即ち、２つの（＋１次）回折光１Ａ、１Ｂは入射光
に対して対称的に出射される。 （２）２つの（＋１次）回折光１Ａ、１Ｂの回折角±θ
は測定軸に沿って変化しない。即ち、２つのホログラム
３２、３３を測定軸に沿って移動させるとき、２つの
（＋１次）回折光１Ａ、１Ｂの回折角±θは一定であ
る。 （３）正負の同次回折光間の光強度差が大きくなる。例
えば、＋１次回折光１Ａの光強度は−１次回折光１ａの
光強度に比べて充分大きい。
【００６１】斯かる回折光を使用することによって次の
ような利点がある。 （１）２つのホログラム３２、３３に対する各受光器２
２、２３の位置が基板３１の厚さ方向に沿って変化して
も、各受光器２２、２３におけるビームスポット位置の
偏倚量は等しくなり、受光器２２、２３によって得られ
る２つの光強度曲線の変化量は等しくなり、従って、２
つの光強度曲線の交点は変化しない。 （２）光源１２からの光の波長が変化しても各受光器２
２、２３におけるビームスポット位置の偏倚量は等しく
なり、受光器２２、２３によって得られる２つの光強度
曲線の変化量は等しくなり、従って、２つの光強度曲線
の交点は変化しない。 （３）各受光器２２、２３は不要な高次の回折光を受光
しない。
【００６２】光源１２からの光によるホログラム３２、
３３の上面の照射点又は照射領域（ビームスポット）の
径Ｄが１０〜１００μｍの場合、ホログラフィック回折
格子３２、３３の格子間隔又はピッチｄは０．１〜１０
０μｍである。
【００６３】本発明の実施例では、格子間隔又はピッチ
ｄ＝１μｍのホログラム３２、３３に対してブラックの
条件（数１の式）を満たすように、光源１２より波長λ
＝７８０ｎｍの光を入射させて回折光を生成した。その
結果９０％以上の高い回折効率が得られた。
【００６４】また、ビームスポットの径がＤ＝３０〜６
０μｍであっても、定点の検出精度は０．０１μｍ程度
が可能であった。ビームスポットの径Ｄを更に小さくす
ることによって検出精度を更に高くすることができる。
【００６５】再び図１を参照する。この例では、ホログ
ラフィック回折格子３２、３３は透過型の体積型ホログ
ラムである。従って、＋１次回折光１Ａ、１Ｂは透明な
基板３１を透過して入射光と反対側に出射される。受光
器２２、２３はホログラム３２、３３に対して光源１２
と反対側に配置されている。
【００６６】光源１２により出力された光は、好ましく
は、ホログラム３２、３３の上面に対して垂直に、即
ち、中心面３５に対して平行に入射される。可動部３０
即ち基板３１が固定部即ち光源１２及び受光器２２、２
３に対して相対的に移動し、光源１２からの光によるビ
ームスポットがホログラム３２、３３の上面を走査され
るとき、斯かるビームスポットが中心面３５を横断す
る。このとき、図１３Ａの光強度曲線及び図１３Ｂの光
強度差曲線が得られる。図１は、光が丁度中心面３５の
部分に入射されている状態を示す。
【００６７】図３は本発明による定点検出装置の第２の
例の主要部を示す。この第２の例は図１の第１の例の変
形例である。この第２の例では、ホログラフィック回折
格子３２、３３は反射型の体積型ホログラムである。従
って、＋１次回折光１Ａ、１Ｂは入射光と同じ側に出射
される。受光器２２、２３はホログラム３２、３３に対
して光源１２と同一側に配置されている。
【００６８】図４は本発明による定点検出装置の第３の
例の主要部を示す。この第３の例は図１の第１の例の変
形例である。この第３の例では、ホログラフィック回折
格子３２、３３は透過型の体積型ホログラムである。ま
た透明な基板３１の下面３１Ｂに反射膜３７が設けられ
ている。受光器２２、２３は基板３１に対して光源１２
と同一側に配置されている。光源１２より出力された光
はホログラム３２、３３によって回折され、＋１次回折
光１Ａ、１Ｂは透明な基板３１を透過して反射膜３７に
到達し、斯かる反射膜３７によって反射されて再び基板
３１を透過して受光器２２、２３によって受光される。
【００６９】この例では、透過型のホログラム３２、３
３を使用しているが、受光器２２、２３を光源１２と同
じ側に配置することができるから、装置を小型化するこ
とができる。
【００７０】図５は本発明による定点検出装置の第４の
例の主要部を示す。この第４の例は図４の第３の例の変
形例である。この第４の例では、透明な基板３１の下面
３１Ｂに反射膜３７を設ける代わりに、基板３１の下側
に、別個の反射板３９が配置されている。図４と同様
に、受光器２２、２３は基板３１に対して光源１２と同
一側に配置されている。光源１２より出力された光はホ
ログラム３２、３３によって回折され、＋１次回折光１
Ａ、１Ｂは透明な基板３１を透過して反射板３９に到達
し、斯かる反射板３９によって反射されて再び基板３１
を透過して受光器２２、２３によって受光される。
【００７１】図６は本発明による定点検出装置の第５の
例の主要部を示す。この第５の例は図１の第１の例の変
形例である。この第５の例では、２つの受光器２２、２
３に加えて更に０次回折光０を検出するための第３の受
光器２４が設けられている。斯かる３つの受光器２２、
２３、２４は基板３１に対して光源１２と反対側に配置
されている。光源１２より出力された光はホログラム３
２、３３によって回折され、＋１次回折光１Ａ、１Ｂは
２つの受光器２２、２３によって検出され、０次回折光
は第３の受光器２４によって検出される。
【００７２】この第５の例では、第１及び第２の受光器
２２、２３によって検出された＋１次回折光１Ａ、１Ｂ
の２つの光強度曲線より光強度差曲線が得られ、更に、
第３の受光器２４によって検出された０次回折光０によ
ってゲート信号が得られる。斯かるゲート信号は、図１
３Ｂの点線の曲線Ｇ１によって表される。
【００７３】ゲート信号Ｇ１は定点の存在を確認するた
めに使用することができる。例えば、図１３Ｂの実線に
よって示される曲線Ｃ３が得られた場合、斯かる曲線Ｃ
３が第１及び第２の受光器２２、２３によって得られた
ものであるか又は他の原因例えばノイズによるものであ
るか判別する必要がある。斯かる曲線Ｃ３と同時にゲー
ト信号Ｇ１が得られた場合には、斯かる曲線Ｃ３は光強
度差曲線であることが確認される。
【００７４】以上の図１〜図６の例では、光源１２より
出力された光は受光器２２、２３、２４によって検出さ
れるまでに、ホログラム３２、３３によって１回だけ回
折される。以下の図７〜図１２に示す例では、２回回折
される。即ち、ホログラム３２、３３によって回折され
た光は、基板３１の反対側にて反射され、再びホログラ
ム３２、３３によって回折される。
【００７５】図７は本発明による定点検出装置の第６の
例の主要部を示す。この第６の例は図４の第３の例の変
形例である。この第６の例では、ホログラム３２、３３
は、図４の第３の例の場合と比較して、より大きい領域
に形成されている。ホログラム３２、３３が形成された
領域の寸法は、基板３１の反対側の反射面３７を反射し
た回折光が再びホログラム３２、３３によって回折され
ることができるために充分大きい必要がある。即ち、斯
かるホログラム３２、３３領域の寸法は、図１３Ａの光
強度曲線及び図１３Ｂの光強度差曲線を得るために、光
の照射点又は照射領域（ビームスポット）が中心面３５
を横断するとき、２回の回折が可能となるように充分な
大きさを有する。
【００７６】図示のように、２回目の回折は１回目の回
折とは異なるホログラムによってなされる。光源１２よ
り出力された光が中心面３５の付近を照射するとき、第
１のホログラム３２によって回折された光１Ａは反射膜
３７によって反射され、次に第２のホログラム３３によ
って回折される。第２のホログラム３３によって得られ
た回折光１Ａ’は第１の受光器２２によって検出され
る。
【００７７】同様に、第２のホログラム３３によって回
折された光１Ｂは反射膜３７によって反射され、次に第
１のホログラム３２によって回折される。第１のホログ
ラム３２によって得られた回折光１Ｂ’は第２の受光器
２３によって検出される。
【００７８】本例によると、３つの利点が得られる。先
ず第１の利点として、光源１２からの光がホログラム３
２、３３の上面に垂直に、即ち、中心面３５に平行に入
射された場合、出射光１Ａ’、１Ｂ’は入射光と平行と
なる。即ち、入射光がホログラム３２、３３の上面に垂
直、即ち、中心面３５に平行な場合には、２回目の回折
によって得られた回折光１Ａ’、１Ｂ’はホログラム３
２、３３の上面に垂直、即ち、中心面３５に平行であ
る。
【００７９】第２の利点として、破線で示すように、光
源１２からの光をホログラム３２、３３の上面に垂直に
入射させた場合には、光源１２より出力される光の波長
が変動しても出射光は常に平行となる。数１の式に示さ
れるように、一般に、光の波長λが変化すると、回折角
θは変化する。従って、光の波長λが変化すると、ホロ
グラム３２、３３による１回目の回折による回折角θは
変化するが、２回目の回折による回折角も変化する。こ
の２回目の回折による回折角の変化によって、１回目の
回折による回折角θの変化が補正される。
【００８０】第３の利点として、２つのホログラム３
２、３３の回折効率に多少の差が存在してもそれが補償
される。上述のように、２回目の回折は１回目の回折と
は異なるホログラムによってなされる。
【００８１】例えば、第１及び第２のホログラム３２、
３３の回折効率をそれぞれη1 、η 2 とする。１回目の
回折が第１のホログラム３２によってなされ２回目の回
折が第２のホログラム３３によってなされる場合の総括
効率はη1 ×η2 である。一方、１回目の回折が第２の
ホログラム３３によってなされ２回目の回折が第１のホ
ログラム３２によってなされる場合の総括効率はη2 ×
η1 である。
【００８２】従って、２つのホログラム３２、３３の回
折効率に多少の差が存在しても、総括効率は各効率の積
だから等しくη1 ×η2 ＝η2 ×η1 、２つの受光器２
２、２３によって検出される回折光の光量は常に等し
い。
【００８３】図８は本発明による定点検出装置の第７の
例の主要部を示す。この第７の例は図７の第６の例の変
形例である。本例によると、２つの受光器２２、２３に
加えて更に０次回折光を検出するための第３及び第４の
受光器２４、２５が設けられている。斯かる４つの受光
器２２、２３、２４、２５は基板３１に対して光源１２
と同一側に配置されている。光源１２より出力された光
はホログラム３２、３３によって回折され、＋１次回折
光１Ａ’、１Ｂ’は２つの受光器２２、２３によって検
出され、０次回折光０Ａ、０Ｂは第３及び第４の受光器
２４、２５によって検出される。
【００８４】この第７の例では、第１の受光器２２によ
って検出された＋１次回折光１Ａ’と第３の受光器２４
によって検出された０次回折光０Ａとを加算して第１の
光強度曲線が得られ、第２の受光器２３によって検出さ
れた＋１次回折光１Ｂ’と第４の受光器２５によって検
出された０次回折光０Ｂとを加算して第１の光強度曲線
が得られ、斯かる２つの光強度曲線より１つの光強度差
曲線が得られる。
【００８５】従って、２つのホログラム３２、３３の回
折効率に多少の差が存在しても、０次回折光と１次回折
光を加算して検出するから、常に安定した光強度差曲線
が得られる。
【００８６】図９は本発明による定点検出装置の第８の
例の主要部を示す。この第８の例は図７の第６の例の変
形例である。本例によると、基板３１の下面３１Ｂに反
射膜が設けられていない。しかしながら、この例では、
基板３１の下面３１Ｂに対する回折光の入射角θを適当
に設定することによって、回折光は斯かる基板３１の下
面３１Ｂにて全反射するように構成されている。
【００８７】図示のように、基板３１の屈折率をｎB 、
空気の屈折率をｎ0 とすると、ホログラム３２、３３を
通って基板３１の下面３１Ｂに入射される光の臨界角θ
C は、θC ＝ｎ0 ／ｎB となる。基板３１を屈折率ｎB
＝１．５のガラスによって製造し、空気の屈折率をｎ0
＝１とすると、臨界角θC は、θC ＝４１．８度とな
る。
【００８８】従って、回折光を、斯かる臨界角θC より
大きい入射角θによって、基板３１の下面３１Ｂに入射
させると、回折光は基板３１の下面３１Ｂにて全反射す
るから、基板３１の下面３１Ｂに反射膜を設ける必要が
ない。基板３１の下面３１Ｂに対する回折光の入射角θ
を所望の値にするために、ホログラム３２、３３の格子
ベクトルの傾斜角は適当な値に設定される。
【００８９】この例では、反射膜を設けないから、破線
の矢印で示すように、光源１２から基板３１の下面３１
Ｂに垂直に入射した光は下面３１Ｂを透過して外方に達
する。従って、基板３１の下面３１Ｂにて反射する戻り
光が減少し、光源１２より出力される光のノイズ成分を
減少させることができる。
【００９０】図１０は本発明による定点検出装置の第９
の例の主要部を示す。この第９の例は図９の第８の例の
変形例である。第８の例では光源１２に対する受光器２
２、２３の位置は基板３１の厚さｔに依存する。基板３
１の厚さｔが大きいと出射光１Ａ’、１Ｂ’の位置が光
源１２より隔置されるから受光器２２、２３を光源１２
より隔置させて配置させる必要がある。逆に、基板３１
の厚さｔが小さいと出射光１Ａ’、１Ｂ’の位置は光源
１２に接近するから受光器２２、２３を光源１２に接近
させる必要がある。
【００９１】本例によると、２つのホログラム３２、３
３の各々は２つの部分よりなる。即ち、第１のホログラ
ム３２は中心面３５に隣接した内側部分３２Ａと中心面
３５より隔置された外側部分３２Ｂとを有し、両者は互
いに異なる格子ベクトル及び格子ピッチｄを有する。第
２のホログラム３３は中心面３５に隣接した内側部分３
３Ａと中心面３５より隔置された外側部分３３Ｂとを有
し、両者は互いに異なる格子ベクトル及び格子ピッチｄ
を有する。
【００９２】本例では出射光１Ａ’、１Ｂ’を入射光に
対して傾斜させ、それによって受光器２２、２３の位置
を光源１２に対して隔置し又は接近させて配置すること
ができるように構成されている。図１０は出射光１
Ａ’、１Ｂ’を入射光に対して接近するように傾斜さ
せ、それによって受光器２２、２３を光源１２に接近さ
せて配置するように構成された場合が示されている。
【００９３】尚、出射光１Ａ’、１Ｂ’が入射光に対し
て外方に傾斜するように、ホログラム３２、３３の外側
部分３２Ｂ、３３Ｂを構成してもよい。斯かる場合に
は、受光器２２、２３を光源１２に対してより隔置して
配置することができる。
【００９４】図１１は本発明による定点検出装置の第１
０の例の主要部を示す。この第１０の例は図９の第８の
例の変形例である。本例によると、ホログラム３２、３
３の格子ベクトルは、図９に示した第８の例の格子ベク
トルの傾斜方向に対して反対方向に傾斜している。ま
た、基板３１の下面３１Ｂに反射膜が設けられいない。
回折光は基板３１の下面３１Ｂにて全反射するように構
成されている。２つの受光器２２、２３は光源１２と反
対側に配置されている。
【００９５】本例では、２回目の回折は１回目の回折と
同一のホログラムによってなされる。光源１２より出力
された光が中心面３５の付近を照射するとき、第１のホ
ログラム３２によって回折された光１Ａは基板３１の下
面３１Ｂによって全反射され、次に第１のホログラム３
２によって回折される。第１のホログラム３２によって
得られた回折光１Ａ’は第１の受光器２２によって検出
される。
【００９６】同様に、第２のホログラム３３によって回
折された光１Ｂは基板３１の下面３１Ｂによって全反射
され、次に第２のホログラム３３によって回折される。
第２のホログラム３３によって得られた回折光１Ｂ’は
第２の受光器２３によって検出される。
【００９７】本例によると、光源１２からの光がホログ
ラム３２、３３の上面に垂直に、即ち、中心面３５に平
行に入射された場合、受光器２２、２３によって受光さ
れる回折光はホログラム３２、３３への入射光に平行と
なる。
【００９８】即ち、光源１２より出力された光はホログ
ラム３２、３３の上面に垂直に、即ち、中心面３５に平
行に入射され、２回目の回折によって得られた回折光１
Ａ’、１Ｂ’はホログラム３２、３３の下面に垂直に、
即ち、中心面３５に平行に出射される。
【００９９】図１２は図９に示した定点検出装置の第８
の例の全体図を示す。尚、図１２では、ホログラム３
２、３３の上面には接着剤層４９を介してカバーガラス
５１が配置されている。電気処理回路２９は、図２８を
参照して説明した従来の電気処理回路２９と同様な構成
であってよい。
【０１００】図１３に、図２９と同様に、２つの受光器
２２、２３によって得られた２つの光強度曲線Ｃ１、Ｃ
２と、差動増幅器２９−２によって得られた光強度差曲
線Ｃ３とを示す。
【０１０１】図１３の２つの光強度曲線Ｃ１、Ｃ２は、
光の強度信号が増加した後、一定となる。これは、本例
による定点検出装置によって、回折効率が改善されるこ
とが示されている。本発明によると、受光器２２、２３
によって検出される＋１次回折光１Ａ、１Ｂの強度が極
めて大きいため、受光器２２、２３の検出部が飽和す
る。２つの光強度曲線Ｃ１、Ｃ２の平らな部分は斯かる
飽和を示す。従って、光強度差曲線Ｃ３も、ゼロクロス
点の前後にて、一定となる。
【０１０２】次に図１４を参照して基板３１の上面３１
Ａに体積型ホログラム３２、３３を形成する方法を説明
する。基板３１の上面３１Ａに感光剤５３を塗布し、そ
の上側にマスク５５を垂直に配置する。斯かるマスク５
３の両側より、入射角±φA、±φB にて平面波６１、
６２、６３、６４を同時に入射し、それによって基板３
１の上面３１Ａの感光剤５３を露光する。
【０１０３】入射角＋φA 、＋φB の平面波６１、６２
によって、中心面３５の右側に第１のホログラム３２が
形成され、入射角−φA 、−φB の平面波６３、６４に
よって、中心面３５の左側に第２のホログラム３３が形
成される。こうして、本例の方法によって、中心面３５
の両側に、互いに対称的な２つのホログラム３２、３３
が同時に形成される。
【０１０４】マスク５５は、細長い楔形の断面を有し、
尖った先端部を有する。マスク５５は、その先端部が基
板３１の上面３１Ａに接触するように配置される。中心
面３５におけるマスク５５の影の生成をできるだけ回避
し、マスク５５の先端によって生成される回折によって
不要な格子像が生成されることを防止することが好まし
い。
【０１０５】図１５にホログラム３２、３３を形成する
方法の他の例を示す。第１の基板３１の上面３１Ａに体
積型ホログラム３２を形成し、第２の基板５１の上面５
１Ａに体積型ホログラム３３を形成する。斯かるホログ
ラムは既知の方法によって形成され、所定の傾斜角度に
て傾斜した格子ベクトルＶを有する。
【０１０６】次に、図１５に示すように、一方を裏返し
にして、他方と貼り合わせ、その間に接着剤４１を塗布
する。このとき、右側の第１のホログラム３２と左側の
第２のホログラム３３は中心面３５に関して互いに対称
的に傾斜した格子ベクトルＶを有するように配置する。
【０１０７】第１のホログラム３２と第２のホログラム
３３は、接着剤４１の厚さ分だけ、互いに上下方向にず
れている。従って、この接着剤４１の厚さを充分小さく
すれば、図９の第８の例と同様な構成が得られる。尚、
図示のように、２つの透明な基板３１、５１は互いにカ
バーガラスの役目をしている。
【０１０８】図１６は本発明による定点検出装置の第１
１の例の外観を示す。本例の定点検出装置は２つの定点
検出部を含むように構成されている。本例の定点検出装
置は例えばＸ線露光描画装置に使用されてよい。Ｘ線露
光描画装置は２本のレール７１、７１と斯かるレールの
上を測定方向（Ｘ方向）に可動なステージ７３とを有す
る。
【０１０９】ステージ７３の上面７３Ａには被検物体７
５例えば感光剤が装着されており、被検物体７５は検出
すべき定点Ｐを有する。例えば感光剤に２重露光する場
合、定点検出装置によって定点Ｐが正確に検出される必
要がある。従来、斯かる定点の検出は１台の定点検出装
置によって検出されていた。従って、ステージ７３が測
定方向（Ｘ方向）に対してヨーイング（矢印Ｙで示
す。）すると、定点を正確に検出することができなかっ
た。
【０１１０】本例では２台の定点検出部によって定点を
検出するから、斯かるヨーイングに起因する誤差を排除
することができる。
【０１１１】本例によると、ステージ７３の上面にて被
検物体７５の両側に、ホログラム７７Ａ、７７Ｂを装着
する。各ホログラム７７Ａ、７７Ｂは上述のように２つ
のホログラム３２、３３を含む。２つのホログラム３
２、３３は測定方向に沿って配置され、両者は中心面に
関して互いに対称的な構成を有する。
【０１１２】２つのホログラム７７Ａ、７７Ｂに対して
それぞれ定点検出部が配置されている。各定点検出部は
光学系及び検出系を含む。各光学系は光源１２を含み、
各検出系は１対の受光器２２、２３と電気処理回路８０
を有する。
【０１１３】図１７に電気処理回路８０の構成例を示
す。電気処理回路８０は１対の電流電圧変換器８０−１
Ａ、８０−２Ｂと差動増幅器８０−２とを有する。
【０１１４】本例の定点検出装置は更に差動増幅器８０
−２の出力信号を加算する加算器８１と加算器８１の出
力を入力する比較器８３とを有する。
【０１１５】図１８に２つの差動増幅器８０−２及び加
算器８１の出力信号を示す。図１８Ａの実線の曲線Ｃ３
−１は第１の差動増幅器８０−２の出力信号であり、図
１８Ｂの実線の曲線Ｃ３−２は第２の差動増幅器８０−
２の出力信号であり、図１８Ｃの実線の曲線Ｃ４は加算
器８１の出力信号である。
【０１１６】次に、図１９を参照してヨーイングに起因
する誤差及びそれを補償する機能について説明する。図
示のように、被検物体７５の定点Ｐを通り測定方向に沿
ってＸ軸をとる。Ｘ線露光描画装置のステージ７３の上
面に装着されたホログラム７７Ａ、７７Ｂは、Ｘ軸に対
して対称的に配置されていると仮定する。Ｘ軸からの距
離をｔとする。各定点検出部は被検物体７５の両側の各
ホログラム７７Ａ、７７Ｂに対応して配置されている。
【０１１７】Ｘ線露光描画装置のステージ７３がヨーイ
ングすると、ステージ７３の上面に装着されたホログラ
ム７７Ａ、７７Ｂも図示のようにヨーイングする。それ
によって、ホログラム７７Ａ、７７Ｂは定点Ｐの周りを
回転運動する。即ち、２つのホログラム７７Ａ、７７Ｂ
は互いに反対方向に同一距離だけ移動する。第１のホロ
グラム７７ＡはＸ軸の負の方向にΔＸだけ移動し、第２
のホログラム７７ＢはＸ軸の正の方向にΔＸだけ移動す
る。
【０１１８】図１８の破線の曲線はヨーイングした場合
の２つの差動増幅器８０−２及び加算器８１の出力信号
を示す。図１８Ａの破線の曲線Ｃ３−１’は第１の差動
増幅器８０−２の出力信号であり、図１８Ｂの破線の曲
線Ｃ３−２’は第２の差動増幅器８０−２の出力信号で
あり、図１８Ｃの破線の曲線Ｃ４’は加算器８１の出力
信号である。
【０１１９】加算器８１の出力信号は比較器８３に供給
されてゼロクロス点が得られる。図１８Ｃの破線の曲線
Ｃ４’に示されるように、ヨーイングによって加算器８
１の出力信号は変化するが、ゼロクロス点は変化しな
い。本例では、ヨーイングによって２つの差動増幅器８
０−２の出力信号は変化するが、斯かる差動増幅器８０
−２の出力信号は加算器８１にて加算され、その変化分
は相殺される。
【０１２０】図２０に本発明による定点検出装置がリニ
アエンコーダに使用された例を示す。リニアエンコーダ
はスケール基板７５−１を有し、その上面には測定軸
（Ｘ軸）に沿って変位検出用の回折格子７５−２が配置
されている。斯かる回折格子７５−２によって測定軸
（Ｘ軸）方向の変位が検出される。変位検出用の回折格
子７５−２の両側に対称的にホログラム７７Ａ、７７Ｂ
が装着されている。
【０１２１】尚、本例の定点検出装置は２つのホログラ
ム７７Ａ、７７Ｂに対応して２つの定点検出部が配置さ
れており、各定点検出部は光学系と検出系とを含む。尚
斯かる定点検出部の光学系及び検出系は図１６の本発明
の第１１の例のものと同様であってよい。こうして、本
例の定点検出装置によると第１１の例のと同様にスケー
ル基板のヨーイングによる誤差を排除することができ
る。
【０１２２】以上本発明の実施例について詳細に説明し
てきたが、本発明は上述の実施例に限ることなく本発明
の要旨を逸脱することなく他の種々の構成が採り得るこ
とは当業者にとって容易に理解されよう。
【０１２３】
【発明の効果】本発明によれば、２つのホログラム３
２、３３によって正負の同次回折光の光の強度の差が大
きい回折光が得られるから、光強度の大きい回折光を定
点検出に使用することができる。従って、不要な高次の
回折光による誤差を排除することができる利点がある。
【０１２４】本発明によれば、２つのホログラム３２、
３３によって互いに符号が反対で絶対値が同一の且つ測
定軸に沿って一定の回折角を有する２つの（１次）回折
光が得られるから、２つのホログラム３２、３３に対す
る受光器２２、２３の位置が変化しても、各受光器２
２、２３におけるビームスポット位置の偏倚量は等しく
なり、正確に定点検出に使用することができる利点があ
る。
【０１２５】本発明によれば、２つのホログラム３２、
３３によって互いに符号が反対で絶対値が同一の且つ測
定軸に沿って一定の回折角を有する２つの（１次）回折
光が得られるから、光源１２からの光の波長が変化して
も各受光器２２、２３におけるビームスポット位置の偏
倚量は等しくなり、正確に定点検出に使用することがで
きる利点がある。
【０１２６】本発明によると、２つのホログラム３２、
３３として透過型を使用し、基板３１の下面３１Ｂにて
回折光を反射させるように構成することによって、受光
器２２、２３を光源１２と同じ側に配置することができ
るから、定点検出装置をコンパクトな構成にすることが
できる利点がある。
【０１２７】本発明によると、２つのホログラム３２、
３３として透過型を使用し、基板３１の下面３１Ｂに回
折光を反射させる反射膜を設けることによって、構造を
簡単化することができる利点がある。
【０１２８】本発明によると、基板３１の下面３１Ｂに
て回折光を全反射させるように構成することによって、
反射膜又は反射板を使用しないようにすることができる
から、構造を簡単化することができる利点がある。
【０１２９】本発明によると、２つのホログラム３２、
３３による回折光を再度２つのホログラム３２、３３に
よって回折させるように構成することによって、光源１
２からの光の波長が変化しても、１回目の回折角の変化
は２回目の回折角の変化によって補正されるから、出射
光は入射光に平行となり、受光器２２、２３と２つのホ
ログラム３２、３３との間の距離が変化しても正確な定
点を得ることができる利点がある。
【０１３０】本発明によると、２つのホログラム３２、
３３の各々を２つの異なるホログラム部分を含むように
構成し、２回目の回折は１回目の回折と異なるホログラ
ム部分によってなすように構成することによって、出射
光を入射光に対して所定の角度にて傾斜させることがで
きるから、受光器２２、２３を所望の位置に配置するこ
とができる利点がある。
【０１３１】本発明によると、１つのホログラムを切断
して一方を裏返して他方に貼り合わせることによって２
つのホログラム３２、３３を構成する場合、ホログラム
３２、３３の製造工程を簡単化することができる利点が
ある。
【０１３２】本発明によると、２つのホログラム板７７
Ａ、７７Ｂとそれに対応した２つの定点検出部を有する
ように構成することによって、測定軸上より隔置された
位置に定点検出装置を配置することができるから、測定
軸上に被検物体を配置することができる利点がある。
【０１３３】本発明によると、２つのホログラム板７７
Ａ、７７Ｂとそれに対応した２つの定点検出部を有する
ように構成することによって、より精度が高い定点検出
装置を提供することができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による定点検出装置の第１の例の主要部
を示す図である。
【図２】体積型ホログラムの構成を示す図である。
【図３】本発明による定点検出装置の第２の例の主要部
を示す図である。
【図４】本発明による定点検出装置の第３の例の主要部
を示す図である。
【図５】本発明による定点検出装置の第４の例の主要部
を示す図である。
【図６】本発明による定点検出装置の第５の例の主要部
を示す図である。
【図７】本発明による定点検出装置の第６の例の主要部
を示す図である。
【図８】本発明による定点検出装置の第７の例の主要部
を示す図である。
【図９】本発明による定点検出装置の第８の例の主要部
を示す図である。
【図１０】本発明による定点検出装置の第９の例の主要
部を示す図である。
【図１１】本発明による定点検出装置の第１０の例の主
要部を示す図である。
【図１２】本発明による定点検出装置の外観を示す図で
ある。
【図１３】本発明の定点検出装置による光強度曲線及び
光強度差曲線を示す図である。
【図１４】本発明による定点検出装置のホログラムの製
造方法の例を示す図である。
【図１５】体積型ホログラムの製造方法の他の例を示す
図である。
【図１６】本発明による定点検出装置の第１１の例の外
観を示す図である。
【図１７】本発明による定点検出装置の第１１の例の電
気処理回路の構成例を示す図である。
【図１８】本発明による定点検出装置による光強度差曲
線を示す図である。
【図１９】本発明による定点検出装置の第１１の例の機
能を説明する説明図である。
【図２０】本発明による定点検出装置をリニアエンコー
ダに使用した場合を説明する説明図である。
【図２１】従来の定点検出装置の第１の例の外観を示す
図である。
【図２２】従来の定点検出装置の回折格子を示す図であ
る。
【図２３】従来の定点検出装置の第２の例の主要部を示
す図である。
【図２４】従来の定点検出装置による光強度曲線を示す
図である。
【図２５】従来の定点検出装置の第３の例の外観を示す
図である。
【図２６】従来の定点検出装置のホログラムの構成を示
す図である。
【図２７】従来の定点検出装置の第３の例の主要部を示
す図である。
【図２８】従来の定点検出装置による電気処理回路の例
を示す図である。
【図２９】従来の定点検出装置による光強度曲線及び光
強度差曲線を示す図である。
【図３０】従来の定点検出装置による誤差の説明する説
明図である。
【符号の説明】
０Ａ、０Ｂ ０次回折光 １Ａ、１Ｂ ＋１次回折光 １ａ、１ｂ −１次回折光 ２Ａ、２Ｂ ＋２次回折光 ２ａ、２ｂ −２次回折光 １０ 固定部 １１ 光学系 １２ 光源 １３ コリメータレンズ １４、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ 集光レンズ ２１ 検出系 ２２、２３、２４、２５ 受光器 ２９ 電気処理回路 ２９−１Ａ、２９−１Ｂ 電流電圧変換器 ２９−２ 差動増幅器 ２９−３ 比較器 ３１ 基板 ３１Ａ 上面 ３１Ｂ 下面 ３２、３３ ホログラム ３５ 中心面 ３７ 反射膜 ３９ 反射板 ４１ 接着剤 ４１Ａ 上面 ４２、４３ 分布面 ４９ 接着剤層 ５１ 基板 ５３ 感光剤 ５５ マスク ７１ レール ７３ ステージ ７３Ａ 上面 ７５ 被検物体 ７５−１ スケール基板 ７５−２ 回折格子 ７７Ａ、７７Ｂ ホログラム板 ８０ 電気処理回路 ８１ 加算器 ８３ 比較器 １０１ ガイド １０２ 移動部材 １０３ 被検物体 １０４ マーク １０４Ａ、１０４Ｂ 部分、回折格子 １０５ 装置本体 １０６ 対物レンズ １０７ 接眼レンズ １０８ レーザ発生器 １０９Ａ 入射光 １０９Ｂ、１０９Ｂ’ 回折光 １１０ ポジションセンサ １１０Ａ、１１０Ｂ フォトディテクタ １１１ 演算回路 １１２ 表示装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−324316（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−182523（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−76427（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−332791（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01D 5/26 - 5/38 G01B 11/00 - 11/30

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 互いに隣接して配置された２つのホログ
    ラムと該２つのホログラムに光を出力する光源と上記２
    つのホログラムによって回折された光をそれぞれ検出す
    る受光器とを有し、上記２つのホログラムを上記光源及
    受光器に対して相対的に測定軸方向に沿って移動させる
    とき、上記２つの受光器によって検出される信号の大き
    さが等しくなる点を求めることによって定点を得るよう
    に構成された定点検出装置において、 上記一方のホログラムによる回折光の回折角と上記他方
    のホログラムによる回折光の回折角は互いに符号が反対
    で絶対値が等しく且つ測定軸方向に沿って一定であり、
    上記２つのホログラムによる正負の同次回折光の間の光
    強度差が大きいように構成されていることを特徴とする
    定点検出装置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の定点検出装置において、 上記２つのホログラムは中心面の両側に互いに対称的に
    構成され、上記２つのホログラムの格子ベクトルは上記
    中心面に対して互いに対称的に傾斜しており、上記２つ
    のホログラムの各格子間隔は同一であることを特徴とす
    る定点検出装置。
  3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の定点検出装置にお
    いて、 上記２つのホログラムは透過型ホログラムであり、上記
    受光器は上記２つのホログラムに関して上記光源と同一
    側に配置され、上記２つのホログラムからの回折光は上
    記２つのホログラムに関して上記光源と反対側に配置さ
    れた反射面にて反射されてから上記受光器によって検出
    されるように構成されていることを特徴とする定点検出
    装置。
  4. 【請求項４】 請求項３記載の定点検出装置において、 上記反射面は上記２つのホログラムが形成された基板の
    面に装着された反射膜によって構成されていることを特
    徴とする定点検出装置。
  5. 【請求項５】 請求項３記載の定点検出装置において、 上記回折光を臨界角より大きい角度で上記反射面に入射
    させることによって上記回折光を反射させることを特徴
    とする定点検出装置。
  6. 【請求項６】 請求項３〜５のいずれか１項記載の定点
    検出装置において、 上記反射面にて反射した回折光は上記２つのホログラム
    によって再度回折され、それによって入射光と平行な出
    射光を得るように構成されていることを特徴とする定点
    検出装置。
  7. 【請求項７】 請求項６記載の定点検出装置において、 上記２つのホログラムの各々は上記中心面に隣接した内
    側部分と上記中心面より隔置された外側部分とを有し、
    上記内側部分と上記外側部分は上記中心面に対して互い
    に異なる傾斜角度にて傾斜した格子ベクトルを有し、上
    記光源より出力された光は上記２つのホログラムの各々
    の上記内側部分によって１回目の回折がなされ、上記２
    つのホログラムの各々の上記外側部分によって２回目の
    回折がなされるように構成されていることを特徴とする
    定点検出装置。
  8. 【請求項８】 請求項１〜６記載の定点検出装置におい
    て、 上記２つのホログラムは、互いに隣接する２つのホログ
    ラムを接続することによって形成されていることを特徴
    とする定点検出装置。
  9. 【請求項９】 検出すべき定点の両側に対象的に配置さ
    れた２つのホログラム板とそれに対応した２つの定点検
    出部とを有し、上記２つのホログラム板の各々は基板の
    １面に互いに隣接して配置された１対のホログラムを有
    し、上記定点検出部の各々は上記１対のホログラムに光
    を出力する光源と上記１対のホログラムによって回折さ
    れた光をそれぞれ検出する１対の受光器とを有し、上記
    ２つのホログラム板を上記２つの定点検出部に対して相
    対的に移動させるとき、上記２つの定点検出部の受光器
    によって検出される光強度信号によって定点を検出する
    ように構成された定点検出装置において、上記１対のホログラムは一方のホログラムによる回折光
    の回折角と上記他方のホログラムによる回折光の回折角
    が互いに符号が反対で絶対値が等しく且つ測定軸方向に
    沿って一定であり、上記１対のホログラムによる正負の
    同時回折光の間の光強度差が大きいように構成され、 上記２つの定点検出部の各々は上記１対の受光器の出力
    信号をそれぞれ入力する１対の電流電圧変換器と該電流
    電圧変換器の出力信号を入力してその差を演算する差動
    増幅器とを有し、上記２つの定点検出部の差動増幅器の
    出力信号を加算して上記２つのホログラム板の光強度差
    信号を求めるように構成されていることを特徴とする定
    点検出装置。
  10. 【請求項１０】 透明な基板の１面に沿って形成された
    ２つホログラムを有するホログラムにおいて、上記２つ
    のホログラムは上記基板の１面に垂直な中心面に対して
    互いに対称的に構成され、上記２つのホログラムの格子
    ベクトルは上記中心面に対して互いに対称的に傾斜して
    おり、その格子間隔は互いに等しいように構成されてい
    ることを特徴とするホログラム。
  11. 【請求項１１】 ホログラム形成方法において、 感光剤が塗布された感光面を有する基板と先端が尖った
    細長い楔形断面を有するマスクと用意することと、 上記マスクを上記基板の上方に該先端が上記感光面に向
    くように上記感光面に垂直な中心面に沿って配置するこ
    とと、 上記中心面の両側より上記感光面に対して２つの異なる
    入射角にて平面波を照射し、それによって上記感光面に
    ホログラムを形成することと、 を含み、それによって上記基板の面に沿って２つのホロ
    グラムを形成し該２つのホログラムは上記基板の感光面
    に垂直な中心面の両側に互いに対称的に構成され、上記
    ２つのホログラムは上記中心面に対して互いに対称的に
    傾斜した格子ベクトルを有し、その格子間隔は互いに等
    しいように構成されていることを特徴とするホログラム
    形成方法。
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