DE69523800T2

DE69523800T2 - Festpunktdetektionsvorrichtung

Info

Publication number: DE69523800T2
Application number: DE69523800T
Authority: DE
Inventors: Hideaki Tamiya
Original assignee: Sony Precision Technology Inc
Current assignee: Magnescale Co Ltd
Priority date: 1994-03-31
Filing date: 1995-03-30
Publication date: 2002-05-16
Anticipated expiration: 2015-03-31
Also published as: JP3395339B2; EP0675343A2; EP0675343A3; US5637868A; JPH07270189A; EP0675343B1; DE69523800D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Festpunkt-Erfassungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, und insbesondere eine Festpunkt-Erfassungsvorrichtung, welche die Erfassung von durch holografische Beugungsgitter gebeugten Lichstrahlen benutzt, und die zum Erfassen einer Versetzung eines Substrats auf mehrfache Belichtung einer Integrierten Schaltung hin und zum Erfassen des Ursprungs eines Kodierers geeignet ist. Eine derartige Festpunkt-Erfassungsvorrichtung ist aus JP-A 4-324316 bekannt.
Bei einem Anzeichnungsgerät mit Benutzung von Röntgenstrahl-Belichtung zum Herstellen von Integrierten Schaltungen und einem zur genauen Bearbeitung benutzten Längenmessgerät wird der Bezugspunkt oder Ursprung zum Messen einer exakten Position oder eines exakten Abstands eingerichtet. Die Festpunkt-Erfassungsvorrichtung wird zum Einrichten eines solchen Bezugspunktes oder Ursprungs eingesetzt.
Ein bekanntes Festpunkt-Erfassungsgerät ist in JP-A 61-153501 beschrieben. Dieses Gerät ist zum Erfassen eines Festpunktes durch eine Markierung aufgebaut und enthält einen Lasergenerator, einen Positionssensor usw. Ein Laserstrahl von dem Lasergenerator wird durch Beugungsgitter der Markierung gebeugt und gebeugte Strahlen erster Ordnung werden durch den Positionssensor erfasst. Der Positionssensor dient zur Bestimmung eines Beugungswinkels, bei dem die Intensität des gebeugten Lichtes maximal ist. Ein Wert des Beugungswinkels, bei dem die Intensität des gebeugten Lichtes maximal ist, wird verändert, wenn ein Laserstrahlfleck über eine Begrenzung von zwei Abschnitten der Markierung hinwegtritt, d.h. vor und hinter der Begrenzung der zwei Abschnitte der Markierung. Der Festpunkt wird durch eine solche Veränderung des Beugungswinkels erfasst.
Ein anderes bekanntes Festpunkt-Erfassungsgerät ist eine Variante des beschriebenen Geräts. Diese Variante besitzt zwei holografische Beugungsgitter oder Hologramme vom Durchlass- und Volumentyp und zwei Fotodetektoren. Was die holografischen Beugungsgitter vom Durchlass- und Volumentyp betrifft, werden gebeugte Lichtstrahlen an der den eintreffenden Lichtstrahlen gegenüberliegenden Seite mit Bezug auf die holografischen Beugungsgitter ausgelassen. Deswegen sind die Fotodetektoren an der mit Bezug auf die holografischen Beugungsgitter dem Lasergenerator gegenüberliegenden Seiten angeordnet. Die holografischen Beugungsgitter haben Gitterabstände oder Gitterschritte, die sich voneinander unterscheiden. Gebeugte Lichtstrahlen nullter Ordnung, gebeugte Lichtstrahlen der positiven ersten Ordnung, der negativen ersten Ordnung und gebeugte Lichtstrahlen höherer Ordnung werden durch Beugungsgitter erhalten. Über diese erfassen die Fotodetektoren die gebeugten Lichtstrahlen der positiven ersten Ordnung.
Das andere bekannte Festpunkt-Erfassungsgerät ist in JP-A-4-324316 beschrieben. Dieses Gerät enthält einen stationären Abschnitt und einen bewegbaren Abschnitt, der in der Messrichtung bewegbar ist, wobei der stationäre Abschnitt ein optisches System und ein Erfassungssystem und der bewegbare Abschnitt ein Substrat und zwei holografische Beugungsgitter vom Volumentyp oder Hologramme daran angeordnet enthält. Die beiden Hologramme sind an dem Substrat an einer oberen Seite desselben einander benachbart angeordnet. Die beiden Hologramme sind mit Bezug auf eine Zentralebene symmetrisch aufgebaut. Das bedeutet, Neigungswinkel von verteilten Ebenen der Hologramme werden symmetrisch und kontinuierlich zu beiden Seiten der Zentralebene variiert und die Gitterabstände oder Gitterschritte derselben werden symmetrisch und kontinuierlich zu beiden Seiten der Zentralebene variiert. Die beiden Hologramme sind so angeordnet, dass Punkte, an denen die Beugungswirksamkeit maximal wird, sich voneinander in der Messrichtung unterscheiden.
Wenn der bewegbare Abschnitt relativ zu dem stationären Abschnitt, d.h. mit Bezug auf die Lichtempfänger und eine Lichtquelle, die stationär sind, bewegt werden, wird durch das erste Hologramm gebeugtes Licht durch den ersten Lichtempfänger erfasst, während das zweite Hologramm gebeugtes Licht durch den zweiten Lichtempfänger erfasst. Was die beiden Hologramme betrifft, so sind die Punkte, an denen die Beugungswirksamkeiten maximal werden, voneinander unterschiedlich, so dass eine Spitzenposition einer Lichtintensitätskurve von durch den ersten Lichtempfänger erfasstem gebeugten Licht sich von einer Spitzenposition einer Lichtintensitätskurve von gebeugtem Licht unterscheidet, dass durch den zweiten Lichtempfänger erfasst wurde. Das bedeutet, es gibt einen Punkt, an dem die beiden Lichtintensitäten einander gleich sind. Ein derartiger Punkt ist ein durch dieses Festpunkt-Erfassungsgerät erhaltener Festpunkt.
Die eben besprochenen Festpunkt-Erfassungsgeräte haben jedoch die folgenden Nachteile.
Was die erste Referenz nach dem Stand der Technik betrifft, so dient der Positionssensor als ein Lichtaufnahmegerät. Der Positionssensor ist so aufgebaut, dass er einen Beugungswinkel erfasst, bei dem die Intensität des gebeugten Lichtes maximal ist, wodurch sich eine niedrige Auflösungsstärke ergibt. Darüberhinaus ist ein Positionssensor, der ein genaues Erfassen des Beugungswinkels erlaubt, teuer.
Was die zweite Referenz des Standes der Technik betrifft, so haben die beiden holografischen Beugungsgitter Gitterabstände oder Gitterschritte, die sich voneinander unterscheiden, und die gebeugten Lichtstrahlen positiver erster Ordnung und die gebeugten Lichtstrahlen negativer erster Ordnung gehen von beiden Seiten mit Bezug auf die Richtung der einfallenden Lichtstrahlen aus. Deshalb sollten, um die zwei gebeugten Lichtstrahlen positiver erster Ordnung zu erfassen, die beiden Fotodetektoren einander benachbart angeordnet werden. Darüberhinaus sollten die beiden gebeugten Lichtstrahlen positiver erster Ordnung zur Erfassung durch die beiden Fotodetektoren vollständig getrennt sein. Das kann durch einfaches Vergrößern einer Differenz zwischen dem Gitterabstand des ersten Hologrammes und dem Gitterabstand des zweiten Hologrammes erreicht werden. Wenn jedoch eine Differenz zwischen den Gitterabständen der beiden Hologramme vergrößert wird, wird auch ein Fehler mit der Veränderung der Wellenlänge des Lichtes aus der Lichtquelle erhöht.
Was die dritte Referenz des Standes der Technik betrifft, so wird, da die beiden Hologramme symmetrisch mit Bezug auf die Zentralebene aufgebaut sind, der Festpunkt auch nicht geändert, wenn eine Veränderung der Wellenlänge der Lichtstrahlen aus der Lichtquelle auftritt. Jedoch sollten die beiden Lichtempfänger genau mit Bezug zu den beiden Hologrammen angeordnet sein. Ist das nicht der Fall, so wird die Auflösungsstärke verringert.
Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Festpunkt-Erfassungsgerät zu schaffen, das eine genaue Bestimmung eines Festpunktes ermöglicht.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System zum Erfassen eines Festpunktes geschaffen, welches System eine Messachse aufweist und die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt in dem Schaffen eines Systems zum Erfassen eines Festpunktes, welches System eine Messachse aufweist und die Merkmale des Anspruchs 14 umfasst.
Einige Ausführungen der vorliegenden Erfindung benutzen ein Hologramm, welches umfasst.
ein transparentes Substrat; und
zwei an dem transparenten Substrat ausgebildete Abschnitte, welche beiden Abschnitte symmetrisch zueinander angeordnet sind, und Gittervektoren besitzen, die symmetrisch angeordnet und mit dem gleichen Gitterintervall versehen sind.
Ein Beispiel der vorliegenden Erfindung, das zum Verständnis nützlich ist, beschreibt ein Verfahren zum Ausbilden eines Hologrammes mit zwei Abschnitten, die durch eine dazu senkrechte imaginäre Zentralebene getrennt sind, mit den Schritten:
Herstellen eines transparenten Substrats mit einem daran aufgesetzten fotoempfindlichen Gerät und einer Maske mit einem keilförmigen Querschnitt und einem gespitzten Ende;
Anordnen der Maske über dem transparenten Substrat an der imaginären Zentralebene so, dass das gespitzte Ende dem transparenten Substrat zugewendet ist; und
Aufstrahlen ebener Wellen von beiden Seiten der imaginären Zentralebene auf das transparente Substrat mit zwei unterschiedlichen Auftreffwinkeln.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, die eine erste Auführungsform eines Festpunkt-Erfassungsgeräts nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist eine Darstellung ähnlich Fig. 1, die Hologramme vom Volumentyp zeigt;
Fig. 3 ist eine Ansicht ähnlich Fig. 1, die eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 4 ist eine Ansicht Fig. 3, die eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 5 ist eine Ansicht ähnlich Fig. 4, die eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 6 ist eine Ansicht ähnlich Fig. 5, die eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 7 ist eine Ansicht ähnlich Fig. 6, die eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 8 ist eine Ansicht ähnlich Fig. 7, die eine siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 9 ist eine Ansicht ähnlich Fig. 8, die eine achte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 10 ist eine Ansicht ähnlich Fig. 9, die eine neunte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 11 ist eine Ansicht ähnlich Fig. 10, die eine zehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 12 ist eine perspektivische Ansicht mit einer elektrischen Verarbeitungsschaltung, die die in Fig. 9 gezeigte achte Ausführungsform zeigt;
Fig. 13A und 13B sind Grafiken, welche durch ein Festpunkt-Erfassungsgerät nach der vorliegenden Erfindung erhaltene Lichtintensitätskurven und eine Lichtintensitäts-Differenzkurve darstellen;
Fig. 14 ist eine Ansicht ähnlich Fig. 11, die ein Beispiel eines Verfahrens zum Ausbilden der Hologramme vom Volumentyp zeigt;
Fig. 15 ist eine Ansicht ähnlich Fig. 14, die ein anderes Beispiel eines Verfahrens zum Ausbilden der Hologramme vom Volumentyp zeigt;
Fig. 16 ist eine Ansicht ähnlich Fig. 12, die eine elfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 17 ist ein Blockschaltbild, das die elektrische Verarbeitungsschaltung in der in Fig. 16 gezeigten elften Ausführungsform zeigt;
Fig. 18A bis 18C sind Ansichten ähnlich Fig. 13A und 13B, die Ausgabesignale von zwei Differentialverstärkern und einem Addierer des Festpunkt-Erfassungsgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen;
Fig. 19 ist eine Ansicht, die eine Funktion der in Fig. 16 gezeigten elften Ausführungsform erklärt; und
Fig. 20 ist eine Ansicht ähnlich Fig. 19, die einen Fall erklärt, bei dem das Festpunkt-Erfassungsgerät gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Linearkodierer benutzt wird.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Mit Bezug auf die Zeichnungen, bei denen gleiche Bezugszeichen in allen Ansichten gleiche Teile bezeichnen, wird eine Beschreibung mit Bezug auf die bevorzugten Ausführungsformen eines Festpunkt-Erfassungsgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung gegeben.
Fig. 1 und 2 zeigen eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Nach Fig. 1 enthält ein Festpunkt-Erfassungsgerät ein transparentes Substrat 31 und zwei an seiner oberen Seitenwand 31A gebildete holografische Beugungsgitter 32, 33. Über dem Substrat 31 ist eine Lichtquelle 12 angeordnet, und darunter ein Paar von Lichtempfängern 22, 23 zum Empfangen gebeugter Lichtstrahlen.
Das Substrat 31 und die holografischen Beugungsgitter 32, 33 bilden einen bewegbaren Abschnitt, während die Lichtquelle 12 und die Lichtempfänger 22, 23 einen stationären Abschnitt bilden. Es ist zu bemerken, dass eine Kondensorlinse und eine elektrische Verarbeitungsschaltung nicht dargestellt sind.
In Fig. 2 sind die holografischen Beugungsgitter 32, 33 durch Hologramme vom Volumentyp gebildet. Bei solchen Hologrammen wird der Brechungsindex von "n&sub1;" bis "n&sub2;" mit einem vorgegebenen Änderungsschritt "d" geändert. Beugungsgitter werden mit einer solchen Änderung des Brechungsindex gebildet. In Fig. 1 bezeichnen die dicken Linien 42, 43 verteilte Ebenen des Brechungsindex der Hologramme vom Volumentyp.
Ein Abstand jeder Ebene 42, 43 wird als Gitterabstand oder Gitterschritt "d" bezeichnet.
Gittervektoren V stehen senkrecht zu den verteilten Ebenen 42, 43. Von jetzt an werden die holografischen Beugungsgitter immer dann, wenn es nötig ist, als Hologramme bezeichnet. Zwischen den beiden Hologrammen 32, 33 wird eine Zentralebene 35 angenommen, die senkrecht zu den oberen Seiten der Hologramme 32, 33 verläuft. Dabei wird der Neigungswinkel der verteilten Ebenen 42, 43 bezüglich der Zentralebene 35 als φ angenommen. Die Neigungswinkel der Gittervektoren V mit Bezug auf die verteilten Ebenen 42, 43 betragen 90º - φ.
Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, sind die beiden Hologramme 32, 33 bezüglich der Zentralebene 35 symmetrisch aufgebaut. Bei den beiden Hologrammen 32, 33 sind die Gittervektoren V mit dem gleichen Neigungswinkel mit Bezug auf die Zentralebene 35 symmetrisch geneigt. Darüberhinaus haben die beiden Hologramme 32, 33 den gleichen Gitterabstand oder Gitterschritt "d".
Durch die beiden Hologramme 32, 33 erhaltene gebeugte Lichtstrahlen haben die folgenden Eigenschaften oder Merkmale:
1) Wenn auftreffende Lichtstrahlen auf die Hologramme 32, 33 mit Bezug auf deren obere Seiten senkrecht auftreffen, d.h. parallel zu der Zentralebene 35, haben die Beugungswinkel der beiden in positiver erster Ordnung gebeugten Lichtstrahlen 1A, 1B, d.h. die Winkel θ der gebeugten Lichtstrahlen mit der Zentralebene 35 entgegengesetzte Vorzeichen und den gleichen Absolutwert. Das bedeutet, die beiden gebeugten Lichtstrahlen 1A, 1B der ersten positiven Ordnung werden symmetrisch mit Bezug auf die einfallenden Lichtstrahlen ausgesandt;
2) die Beugungswinkel ±θ der beiden gebeugten Lichtstrahlen 1A, 1B positiver erster Ordnung werden längs der Messachse oder in Richtung der Messung nicht geändert. Das bedeutet, beim Bewegen der beiden Hologramme 32, 33 längs der Messachse bleiben die Beugungswinkel ±θ der beiden gebeugten Lichtstrahlen 1A, 1B positiver erster Ordnung konstant; und
3) eine Lichtintensitätsdifferenz zwischen den gebeugten Lichtstrahlen positiver und negativer gleicher Ordnung ist groß. Beispielsweise ist die Lichtintensität des gebeugten Lichtstrahls 1A positiver erster Ordnung viel größer als die eines gebeugten Lichtstrahls 1a negativer erster Ordnung.
Die Verwendung solcher gebeugter Lichtstrahlen ergibt die folgenden Vorteile:
1) Auch wenn die Positionen der Lichtempfänger 22, 23 mit Bezug auf die beiden Hologramme 32, 33 in der Dickenrichtung des Substrats 31 geändert werden, haben die Strahlfleckpositionen an den Lichtempfängern 22, 23 das gleiche Abweichungsmaß, so dass die beiden durch die Lichtempfänger 22, 23 abgeleiteten Lichtintensitätskurven die gleiche Variationsgröße aufweisen, ohne Änderung in einem Überschneidungspunkt der beiden Lichtintensitätskurven;
2) auch wenn die Wellenlänge von Lichtstrahlen aus der Lichtquelle 12 geändert wird, haben die Strahlfleckpositionen an den Lichtempfängern 22, 23 die gleiche Abweichungsgröße, so dass die beiden durch die Lichtempfänger 22, 23 abgeleiteten Lichtintensitätskurven die gleiche Variationsgröße haben, ohne Änderung an dem Überschneidungspunkt der beiden Lichtintensitätskurven; und
3) die Lichtempfänger 22, 23 erhalten keine unnötigen gebeugten Lichtstrahlen hoher Ordnung.
Wenn ein Durchmesser D eines beleuchteten Punktes oder einer solchen Zone, d.h. ein Strahlfleck, an der oberen Seite jedes Hologrammes 32, 33 durch Lichtstrahlen aus der Lichtquelle 12 zwischen 10 und 100 um liegt, liegt der Gitterabstand oder der Gitterschritt "d" der holografischen Beugungsgitter 32, 33 zwischen 0,1 und 100 um.
Bei den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden zur Erzeugung gebeugter Lichtstrahlen Lichtstrahlen aus der Lichtquelle 12 mit einer Wellenlänge λ von 780 nm an den Hologrammen 32, 33 mit dem Gitterabstand des Gitterschrittes "d" von 1 um aufgesandt, um so die Bragg'sche Gleichung zu erfüllen (sin θ = mλ/d mit m = 0, ±1, ±2, ...). Damit wird eine hohe Beugungswirksamkeit von mehr als 90% erhalten.
Dazu kommt, dass auch dann, wenn der Durchmesser D des Strahlflecks zwischen 30 und 60 um liegt, eine Genauigkeit in der Größenordnung von 0,01 um in Verbindung mit dem Erfassen des Festpunktes möglich ist. Diese Erfassungsgenauigkeit kann weiter durch weiteres Verringern des Durchmessers D des Strahlflecks erhöht werden.
Wieder sind in Fig. 1 in der ersten Ausführungsform die holografischen Beugungsgitter 32, 33 Hologramme vom Transmissions- und Volumentyp. Deshalb werden die gebeugten Lichtstrahlen 1A, 1B, positiver erster Ordnung an den Seiten gegenüber den einfallenden Lichtstrahlen durch das transparente Substrat 31 ausgelassen. Die Lichtempfänger 22, 23 sind mit Bezug auf die Hologramme 32, 33 an der der Lichtquelle 12 gegenüberliegenden Seite angeordnet.
Vorzugsweise fallen Lichtstrahlen aus der Lichtquelle 12 senkrecht mit Bezug auf die oberen Seitenwände auf die Hologramme 32, 33 auf, d.h. parallel zur Zentralebene 35. Wenn der bewegbare Abschnitt, d.h. das Substrat 31, relativ zum stationären Abschnitt, d.h. der Lichtquelle 12 und den Lichtempfängern 22, 23 bewegt wird, und ein durch die Lichtstrahlen aus der Lichtquelle 12 erzeugter Strahlfleck über die oberen Seitenwände der Hologramme 32, 33 schweift, überquert dieser Strahlfleck die Zentralebene 35. Damit werden nach Fig. 13A und 13B die Lichtintensitätskurven erhalten, wie sie in Fig. 13A gezeigt sind, und die Lichtintensitäts-Differenzkurven, wie sie in Fig. 13B gezeigt sind. Es sei bemerkt, dass Fig. 1 den Zustand zeigt, dass die Lichtstrahlen auf gerade einen Abschnitt der Zentralebene 35 auftreffen.
Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese zweite Ausführungsform ist eine Variante der ersten Ausführungsform nach Fig. 1. Bei der zweiten Ausführungsform sind die holografischen Beugungsgitter 32, 33 Hologramme vom Reflexions- und Volumentyp. Deshalb werden die gebeugten Lichtstrahlen 1A, 1B der positiven ersten Ordnung an der gleichen Seite wie die einfallenden Lichtstrahlen ausgesandt. Die Lichtempfänger 22, 23 sind an der gleichen Seite wie die Lichtquelle 12 mit Bezug auf die Hologramme 32, 33 angeordnet.
Fig. 4 zeigt eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die dritte Ausführungsform ist eine Variante der ersten Ausführungsform nach Fig. 1. Bei der dritten Ausführungsform sind die holografischen Beugungsgitter 32, 33 Hologramme vom Transmissions- und Volumentyp. Dazu ist ein reflektierender Film 37 an der unteren Seite 31 B des transparenten Substrats 31 angeordnet. Die Lichtempfänger 22, 23 sind mit Bezug auf das Substrat 31 an der gleichen Seite wie die Lichtquelle 12 angeordnet. Aus den Lichtquellen 12 austretende Lichtstrahlen werden durch die Hologramme 32, 33 gebeugt, und die gebeugten Lichtstrahlen 1A, 1B der positiven ersten Ordnung, welche den reflektierenden Film 37 durch das transparente Substrat 31 erreichen, werden durch den reflektierenden Film 37 reflektiert und durch die Lichtempfänger 22, 23 nach nochmaligem Durchtritt durch das Substrat 31 empfangen.
In der dritten Ausführungsform können die Lichtempfänger 22, 23 an der gleichen Seite wie die Lichtquelle 12 angeordnet werden, obwohl die Hologramme 32, 33 vom Transmissionstyp benutzt werden, was eine Verringerung der Größe des Gerätes ermöglicht.
Fig. 5 zeigt eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese vierte Ausführungsform ist eine Variante der dritten Ausführungsform nach Fig. 4. In der vierten Ausführungsform ist statt des Reflexionsfilms 37 an der unteren Seite 31B des transparenten Substrats 31 eine reflektierende Platte 39 unter dem Substrat 31 angeordnet. In gleicher Weise wie bei der in Fig. 4 gezeigten dritten Ausführungsform sind die Lichtempfänger 22, 23 mit Bezug auf das Substrat 31 an der gleichen Seite wie die Lichtquelle 12 angeordnet. Aus der Lichtquelle 12 austretende Lichtstrahlen werden durch die Hologramme 32, 33 gebeugt, und die gebeugten Lichtstrahlen positiver erster Ordnung 1A, 1B, welche die reflektierende Platte 39 durch das transparente Substrat 31 erreichen, werden durch die reflektierende Platte 39 reflektiert und, nachdem sie wieder durch das Substrat 31 hindurchgetreten sind, durch die Lichtempfänger 22, 23 empfangen.
Fig. 6 zeigt eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die fünfte Ausführungsform ist eine Variante der ersten Ausführungsform nach Fig. 1. Bei der fünften Ausführungsform ist zusätzlich zu den beiden Empfängern 22, 23 ein dritter Empfänger 24 vorgesehen, um gebeugte Lichtstrahlen 0 der nullten Ordnung zu erfassen. Die drei Lichtempfänger 22, 23, 24 sind an der mit Bezug auf das Substrat 31 der Lichtquelle 12 gegenüberliegenden Seite angeordnet. Aus der Lichtquelle 12 austretende Lichtstrahlen werden durch die Hologramme 32, 33 gebeugt, und die gebeugten Lichtstrahlen 1A, 1B positiver erster Ordnung werden durch die beiden Lichtempfänger 22, 23 erfasst, während die gebeugten Lichtstrahlen 0 nullter Ordnung durch den dritten Lichtempfänger 24 erfasst werden.
Bei der fünften Ausführungsform wird die Lichfintensitäts-Differenzkurve von den beiden Lichtintensitätskurven der gebeugten Lichtstrahlen 1A, 1B positiver erster Ordnung abgeleitet, die durch den ersten und den zweiten Lichtempfänger 22, 23 erfasst wurden. Darüberhinaus wird ein Torsignal durch die durch den dritten Lichtempfänger 24 erfassten Lichtstrahlen 0 nullter Ordnung abgeleitet. Das Torsignal entspricht einer Kurve G1, die in Fig. 13B durch eine gestrichelte Linie angezeigt ist.
Das Torsignal G1 kann zum Bestätigen der Anwesenheit eines Festpunktes benutzt werden. Beispielsweise ist es, wenn eine durch eine voll durchgezogene Linie in Fig. 13B bezeichnete Kurve C3 erhalten wird, notwendig, zu beurteilen, ob die Kurve C3 durch den ersten und den zweiten Lichtempfänger 22, 23 erhalten wird, oder infolge anderer Faktoren wie Rauschen. Falls das Torsignal G1 gleichzeitig mit der Kurve C3 abgeleitet wird, wird bestätigt, dass die Kurve C3 eine Lichtintensitäts-Differenzkurve ist.
Bei den in den Fig. 1 bis 6 gezeigten Ausführungsformen werden aus der Lichtquelle 12 austretende Lichtstrahlen nur einmal durch die Hologramme 32, 33 gebeugt, bevor sie durch die Lichtempfänger 22, 23, 24 erfasst werden. Bei den nachfolgenden Ausführungsformen, wie sie in den Fig. 7 bis 12 gezeigt sind, werden aus der Lichtquelle 12 austretende Lichtstrahlen zweimal gebeugt. Das bedeutet, durch die Hologramme 22, 23 gebeugte Lichtstrahlen werden an der gegenüberliegenden Seite des Substrats 31 reflektiert und wieder durch die Hologramme 32, 33 gebeugt.
Fig. 7 zeigt eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die sechste Ausführungsform ist eine Variante der in Fig. 4 gezeigten dritten Ausführungsform. Bei der sechsten Ausführungsform werden die Hologramme 32, 33 in einer größeren Zone ausgebildet als in der dritten Ausführungsform nach Fig. 4. Eine Abmessung der Zone, in der die Hologramme 32, 33 geformt sind, sollte ausreichend so groß sein, dass durch den reflektierenden Film 37 an der gegenüberliegenden Seite des Substrats reflektierte Lichtstrahlen wieder durch die Hologramme 32, 33 gebeugt werden können. Das bedeutet, dass eine Abmessung der Zone der Hologramme 32, 33 eine ausreichende Größe insoweit haben sollten, dass die beiden Beugungen möglich sind, wenn der beleuchtete Punkt oder die beleuchtete Zone, d.h. der Strahlfleck, über die Mittelebene 35 hinwegtritt, um so die Lichtintensitätskurve nach Fig. 13A und die Lichtintensitäts-Differenzkurve nach Fig. 13B zu erhalten.
Wie in Fig. 7 gezeigt, wird die zweite Beugung durch das andere Hologramm ausgeführt als die erste Beugung. Wenn Lichtstrahlen aus der Lichtquelle 12 die Umgebung der Zentralebene 35 beleuchten, wird der durch das erste Hologramm 32 gebeugte Lichtstrahl 1A durch den reflektierenden Film 37 reflektiert und dann durch das zweite Hologramm 33 gebeugt. Ein gebeugter Lichtstrahl 1A', der durch das zweite Hologramm 33 erhalten wird, wird durch den ersten Lichtempfänger 22 erfasst.
In gleicher Weise wird der durch das zweite Hologramm 33 gebeugte Lichtstrahl 1B durch den reflektierenden Film 37 reflektiert und dann durch das erste Hologramm 32 gebeugt. Ein durch das erste Hologramm 32 erhaltener gebeugter Lichtstrahl 1B' wird durch den zweiten Lichtempfänger 23 erfasst.
Gemäß der sechsten Ausführungsform werden drei Vorteile erhalten. Der erste Vorteil ergibt sich, wenn aus der Lichtquelle 12 austretende Lichtstrahlen auf die Hologramme 32, 33 senkrecht bezüglich der oberen Seiten derselben auffallen, d.h. parallel zu der Zentralebene 35, sind die abgehenden Lichtstrahlen 1A', 1B' parallel zu den auffallenden Lichtstrahlen. Das bedeutet, wenn auftreffende Lichtstrahlen senkrecht zu den oberen Seiten der Hologramme 32, 33, d.h. parallel zu der Zentralebene 35 sind, sind die durch die zweite Beugung erhaltenen gebeugten Lichtstrahlen 1A', 1B' senkrecht zu den oberen Seiten der Hologramme 32, 33, d.h. parallel zur Zentralebene 35.
Der zweite Vorteil ergibt sich, wenn Lichtstrahlen aus der Lichtquelle 12 senkrecht auf die oberen Seiten der Hologramme 32, 33 auffallen; dann sind die abgehenden Lichtstrahlen immer parallel zueinander, wie durch die gestrichelten Linien in Fig. 7 gezeigt, auch wenn die Wellenlänge der aus der Lichtquelle 12 austretenden Lichtstrahlen verändert wird. Allgemein gesagt, wie durch die Bragg'sche Gleichung ausgedrückt, wird, wenn die Wellenlänge λ des Lichts geändert wird, wird der Beugungswinkel θ durch die erste Beugung durch die Hologramme 32, 33 geändert, und der Beugungswinkel durch die zweite Beugung die Hologramme 32, 33 wird ebenfalls geändert. Eine Änderung des Beugungswinkel θ infolge der ersten Beugung wird durch eine Änderung des Beugungswinkels infolge der zweiten Beugung korrigiert.
Der dritte Vorteil ergibt sich in folgender Weise: ein Unterschied zwischen den Brechungswirksamkeiten der Hologramme 32, 33 kann ausgeglichen werden. Wie vorstehend beschrieben, wird die zweite Beugung durch das andere Hologramm ausgeführt als die erste Beugung. Man nehme z.B. an, dass die Brechungswirksamkeiten des ersten bzw. des zweiten Hologrammes 32, 33 jeweils η&sub1; bzw. 112 sind. Wenn die erste Beugung durch das erste Hologramm 32 ausgeführt wird, und die zweite Beugung durch das zweite Hologramm 33 ausgeführt wird, ist die Gesamtwirkung η&sub1; · η&sub2;. Wenn andererseits die erste Beugung durch das zweite Hologramm 33 und die zweite Beugung durch das erste Hologramm 32 ausgeführt wird ist die Gesamtwirkung η&sub2; · η&sub1;.
Deshalb wird, auch wenn eine Differenz zwischen den Beugungswirksamkeiten der Hologramme 32, 33 besteht, die Gesamtwirksamkeit, welche einem Produkt Beugungswirksamkeiten entspricht, die gleiche, d.h. η&sub1; · η&sub2; = η&sub2; · η&sub1; und die Lichtenergien der durch die beiden Lichtempfänger 22, 23 erfassten Lichtstrahlen sind immer gleich.
Fig. 8 zeigt eine siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die siebte Ausführungsform ist eine Variante der in Fig. 7 gezeigten sechsten Ausführungsform. Bei der siebten Ausführungsform sind zusätzlich zu den beiden Lichtempfängern 22, 23 dritte und vierte Lichtempfänger 24, 25 vorgesehen, um die gebeugten Lichtstrahlen nullter Ordnung zu erfassen. Die Lichtempfänger 22, 23, 24, 25 sind bezüglich des Substrats 31 auf der gleichen Seite wie die Lichtquelle 12 angeordnet. Aus der Lichtquelle 12 austretende Lichtstrahlen werden durch die Hologramme 32, 33 gebeugt, und die gebeugten Lichtstrahlen 1A', 1B' positiver erster Ordnung werden durch die ersten bzw. zweiten Lichtempfänger 22, 23 erfasst, während die gebeugten Lichtstrahlen 0A, 0B nullter Ordnung durch die dritten bzw. vierten Lichtempfänger 24, 25 erfasst werden.
Bei der siebten Ausführungsform wird die erste Lichtintensitätskurve erhalten durch Addieren des durch den ersten Lichtempfänger 22 erfassten gebeugten Lichtstrahls 1A' positiver erster Ordnung mit dem durch den dritten Lichtempfänger 24 erfassten gebeugten Lichtstrahl 0A nullter Ordnung, während eine zweite Lichtintensitätskurve abgeleitet wird durch Addieren des durch den zweiten Lichtempfänger 23 erfassten gebeugten Lichtstrahls 1B' positiver erster Ordnung mit dem durch den vierten Lichtempfänger 25 erfassten Lichtstrahl OB nullter Ordnung. Eine Lichtintensitäts-Differenzkurve wird durch die beiden Lichtintensitätskurven erhalten.
Deshalb gilt, auch wenn eine Differenz zwischen den Beugungswirksamkeiten der Hologramme 32, 33 besteht, dass immer eine stabile Lichtintensitäts-Differenzkurve erhalten wird infolge der Erfassung, die durch Addieren des gebeugten Lichtstrahls nullter Ordnung mit dem gebeugten Lichtstrahl erster Ordnung erhalten wird.
Fig. 9 zeigt eine achte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die achte Ausführungsform ist eine Variante der in Fig. 7 gezeigten sechsten Ausführungsform. Bei der achten Ausführungsform ist der reflektierende Film nicht an der unteren Seite 31B des Substrats 31 angeordnet. Alternativ wird ein Auftreffwinkel θ der gebeugten Lichtstrahlen entsprechend mit Bezug auf die untere Seite 31B des Substrats 31 so eingerichtet, dass die gebeugten Lichtstrahlen durch die untere Seite 31B des Substrats 31 total reflektiert werden.
Nach Fig. 9 werde angenommen, dass ein Brechungsindex des Substrats 31 nB und ein Brechungsindex der Luft n&sub0; ist, und dass ein kritischer Winkel θc der auf die Unterseite 31B des Substrats 31 durch die Hologramme 32, 33 auftreffenden Lichtstrahlen gleich n&sub0;/nB ist. Es sei angenommen, dass das Substrat 31 aus Glas mit einem Brechungsindex nB von 1,5 hergestellt ist, und dass der Brechungsindex n&sub0; von Luft gleich 1 ist, so ist der kritische Winkel θc gleich 41,8º.
Wenn deshalb Lichtstrahlen auf die untere Seite 31B des Substrats 31 mit einem Auftreffwinkel θ auftreffen, der größer als der kritische Winkel θc ist, werden die gebeugten Lichtstrahlen durch die untere Seite 31B des Substrats 31 total reflektiert, so dass keine Notwendigkeit besteht, den reflektierenden Film an der unteren Seite 31B des Substrats 31 anzuordnen. Um den Auftreffwinkel θ der auf die untere Seite 31B des Substrats 31 auftreffenden gebeugten Lichtstrahlen auf einen vorgegebenen Wert zu setzen, wird der Neigungswinkel des Gittervektors jedes Hologrammes 32, 33 mit einem angemessenen Wert angelegt.
Bei der achten Ausführungsform können, da kein reflektierender Film angeordnet ist, Lichtstrahlen, die aus der Lichtquelle 12 senkrecht auf die untere Seite 31B des Substrats 31 auftreffen, durch die untere Seite 31B austreten, wie durch einen Pfeil mit gestrichelter Linie in Fig. 9 angezeigt ist. Deshalb werden die durch die untere Seitenwand 31B des Substrats 31 reflektierten Rück-Lichtstrahlen reduziert, so dass eine Herabsetzung von Rauschkomponenten der Lichtstrahlen aus der Lichtquelle 12 möglich wird.
Fig. 10 zeigt eine neunte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die neunte Ausführungsform ist eine Variante der in Fig. 9 gezeigten achten Ausführungsform. In der achten Ausführungsform hängen die Positionen der Lichtempfänger 22, 23 bezüglich der Lichtquelle 12 von der Dicke "ts" des Substrats 31 ab. Wenn die Dicke "ts" des Substrats 31 größer ist, sind die Positionen der abgehenden Lichtstrahlen 1A', 1B' entfernt von der Lichtquelle 12, so dass die Lichtempfänger 22, 23 mit Abstand von der Lichtquelle 12 angeordnet werden können. Entgegengesetzt dazu sind, falls die Dicke "ts" des Substrats 31 kleiner ist, die Positionen der abgehenden Lichtstrahlen 1A', 1B' der Lichtquelle 12 eng benachbart, so dass die Lichtempfänger 22, 23 nahe an der Lichtquelle 12 angeordnet werden sollten.
Andererseits umfasst gemäß der neunten Ausführungsform jedes der beiden Hologramme 32, 33 zwei Abschnitte. Das bedeutet, das erste Hologramm 32 enthält einen inneren Abschnitt 32A benachbart zur Zentralebene 35 und einen äußeren von der Zentralebene 35 entfernten Abschnitt 32B, wobei die beiden Abschnitte voneinander verschiedene Gittervektoren und Gitterabstände "d" besitzen. In gleicher Weise enthält das zweite Hologramm 33 einen inneren Abschnitt 33A und einen äußeren Abschnitt 33B mit Abstand von der Zentralebene 35, wobei die beiden Abschnitte voneinander verschiedene Gittervektoren und Gitterschritte "d" enthalten.
Bei der neunten Ausführungsform sind die abgehenden Lichtstrahlen 1A', 1B' mit Bezug auf die einfallenden Lichtstrahlen so geneigt, dass die Lichtempfänger 22, 23 mit Abstand von oder nahe an der Lichtquelle 12 angeordnet werden können. Fig. 10 zeigt den Fall, dass die abgehenden Lichtstrahlen 1A', 1B' so geneigt sind, dass sie nahe den auftreffenden Lichtstrahlen sind, um so die Lichtempfänger 22, 23 nahe an der Lichtquelle 12 anordnen zu können.
Es sei bemerkt, dass die äußeren Abschnitte 32B, 33B der Hologramme 32 bzw. 33 so aufgebaut sein können, dass die abgehenden Lichtstrahlen 1A', 1B' mit Bezug auf die einfallenden Lichtstrahlen nach außen geneigt sind. In diesem Fall können die Lichtempfänger 22, 23 mit größerem Abstand von der Lichtquelle 112 angeordnet werden.
Fig. 11 zeigt eine zehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die zehnte Ausführungsform ist eine Variante der in Fig. 9 gezeigten achten Ausführungsform. Bei der zehnten Ausführungsform sind die Gittervektoren der Hologramme 32, 33 in der entgegengesetzten Richtung zu der Neigung der Gittervektoren in der in Fig. 9 gezeigten achten Ausführungsform geneigt. Darüberhinaus werden, obwohl der reflektierende Film nicht an der unteren Seite 31B des Substrats 31 angeordnet ist, gebeugte Lichtstrahlen durch die untere Seite 31B des Substrats 31 total reflektiert. Die beiden Lichtempfänger 22, 23 sind an der der Lichtquelle 12 gegenüberliegenden Seite angeordnet.
In der zehnten Ausführungsform wird die zweite Beugung durch die gleichen Hologramme wie die der ersten Beugung ausgeführt. Wenn Lichtstrahlen aus der Lichtquelle 12 die Umgebung der Zentralebene 35 beleuchten, wird der durch da erste Hologramm 32 gebeugte Lichtstrahl 1A durch die untere Seite 31B des Substrats 31 total reflektiert und dann durch das erste Hologramm 32 gebeugt. Der durch das erste Hologramm 32 erhaltene gebeugte Lichtstrahl 1A' wird durch den ersten Lichtempfänger 22 erfasst. In gleicher Weise wird der durch das zweite Hologramm 33 gebeugte Lichtstrahl 1B durch die untere Seite 31 B des Substrats 31 total reflektiert und dann durch das zweite Hologramm 33 gebeugt. Der durch das zweite Hologramm 33 erhaltene gebeugte Lichtstrahl 1B' wird durch den zweiten Lichtempfänger 23 erfasst.
Gemäß der zehnten Ausführungsform verlaufen, wenn Lichtstrahlen aus der Lichtquelle 12 auf die Hologramme 32, 33 senkrecht mit Bezug auf deren obere Seitenwände entsprechend der zehnten Ausführungsform auffallen, d.h. parallel zu der Zentralebene 35, die durch die Lichtempfänger 22, 23 aufgenommenen gebeugten Lichtstrahlen parallel zu den auf die Hologramme 32, 33 auffallenden Lichtstrahlen.
Das bedeutet, Lichtstrahlen aus der Lichtquelle 12 fallen auf die Hologramme 32, 33 mit Bezug auf die oberen Seiten derselben senkrecht auf, d.h. parallel zur Zentralebene 35, und durch die zweite Beugung erhaltene gebeugte Lichtstrahlen 1A', 1B' treten von den Hologrammen 32, 33 senkrecht mit Bezug auf deren untere Seitenwände aus, d.h. parallel zur Zentralebene 35.
Fig. 12 ist eine allgemeine Ansieht der achten Ausführungsform, wie sie in Fig. 9 gezeigt ist. Nach Fig. 12 ist ein Deckglas 51 an den oberen Seiten der Hologramme 32, 33 mit Hilfe einer Klebemittelschicht 49 angebracht. Die elektrische Verarbeitungsschaltung 29 kann auf eine Weise ähnlich der bekannten elektrischen Verarbeitungsschaltung aufgebaut sein. Es sei bemerkt, dass in Fig. 12 die Bezugszeichen 14A bis 14C Kondensorlinsen bezeichnen.
Fig. 13A zeigt zwei Lichtintensitätskurven C1, C2, die durch die beiden Lichtempfänger 22, 23 abgeleitet werden, und Fig. 13B zeigt eine Lichtintensitäts-Differenzkurve C3, die durch den Differentialverstärker 29-2 erhalten wurde.
Nach Fig. 13A sind die beiden Lichtintensitätskurven C1, C2 nach dem Anwachsen der Lichtintensitäts-Signale konstant. Das zeigt, dass die Beugungswirksamkeit durch die Festpunkt-Erfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung verbessert wurde. Da die Intensitäten der durch die Lichtempfänger 22, 23 erfassten gebeugten Lichtstrahlen 1A, 1B der positiven ersten Ordnung extrem groß sind, sind die Erfassungsabschnitte der Lichtempfänger 22, 23 gesättigt. Ebene Abschnitte der beiden Lichtintensitätskurven C1, C2 bezeichnen eine derartige. Sättigung. Deshalb ist die Lichtintensitäts-Differenzkurve C3 vor und hinter dem Nulldurchgangspunkt konstant, wie in Fig. 13B gezeigt.
Bei der Fig. 14 wird als nächstes eine Beschreibung gegeben mit Bezug auf ein Beispiel eines Verfahrens zum Ausbilden der Hologramme 32, 33 vom Volumentyp an der oberen Seite 31A des Substrats 31. Ein Fotosensibilisierer 53 wird auf die obere Seite 31A des Substrats 31 aufgesetzt und eine Maske 55 senkrecht darüber angeordnet. Von beiden Seiten der Maske 55 treffen ebene Wellen 61, 62, 63, 64 gleichzeitig auf die obere Seite 31A des Substrats auf, mit Auffallwinkeln ±φA, ±φB, die den Fotosensibilisierer 53 freisetzen.
Die ebenen Wellen 61, 62 mit den Auffallwinkeln +φA, +φB dienen zum Ausbilden des ersten Hologrammes 32 an der rechten Seite der Zentralebene 35, während die ebenen Wellen 63, 64 mit den Auffallwinkeln -φA, -φB zum Ausbilden des zweiten Hologrammes 33 an der linken Seite der Zentralebene 35 dienen. Auf diese Weise werden durch dieses Verfahren die beiden symmetrischen Hologramme 32, 33 gleichzeitig zu beiden Seiten der Zentralebene 35 gebildet.
Die Maske 55 hat einen schlanken keilförmigen Querschnitt und einen in scharfer Spitze zulaufenden Endabschnitt. Die Maske 55 ist so angeordnet, dass der Endabschnitt sich in Berührung mit der oberen Seite 31A des Substrats 31 befindet. Bevorzugterweise wird die Erzeugung eines Schattens der Maske 55 an der Zentralebene 35 so weit wie möglich vermieden, und die Erzeugung eines nutzlosen Gitterbildes infolge der Beugung durch den Endabschnitt der Maske 55 vermieden.
Fig. 15 zeigt ein weiteres Beispiel eines Verfahrens zum Ausbilden der Hologramme 32, 33. Das Hologramm 32 vom Volumentyp wird an der oberen Seite 31A eines ersten Substrats 31 gebildet, während das Hologramm 33 vom Volumentyp an der oberen Seite 51A eines zweiten Substrats 51 gebildet wird. Derartige Hologramme 32, 33 werden durch das bekannte Verfahren gebildet, wobei jedes einen mit einem vorgegebenen Neigungswinkel geneigten Gittervektor V besitzt.
Als nächstes wird nach Fig. 15 eines der Hologramme 32, 33 gewendet und auf das andere gesetzt. Dazwischen wird ein Klebemittel 41 angebracht. Zu diesem Zeitpunkt werden das erste Hologramm 32 an der rechten Seite und das zweite Hologramm 33 an der linken Seite so angeordnet, dass die Gittervektoren V mit Bezug auf die Zentralebene 35 symmetrisch geneigt sind.
Das erste Hologramm 32 und das zweite Hologramm 33 sind in der vertikalen Richtung um die Dicke des Klebemittels 41 gegeneinander versetzt. Wenn deshalb die Dicke des Klebemittels 41 vollständig vermindert wird, wird die gleiche Struktur wie die der achten Ausführungsform nach Fig. 9 erhalten. Es ist zu bemerken, dass die beiden transparenten Substrate 31, 51 jeweils als Deckglas dienen.
Fig. 16 ist eine allgemeine Ansicht einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei der elften Ausführungsform wird die Festpunkt-Erfassungsvorrichtung so aufgebaut, dass sie zwei Festpunkt-Erfassungsvorrichtungen enthält. Die Festpunkt-Erfassungsvorrichtung dieser Art kann beispielsweise in einem Röntgenstrahlbelichtungs- Zeichengerät benutzt werden. Das Röntgenstrahlbelichtungs-Zeichengerät enthält zwei Schienen 71, 71 und eine daran in der Messrichtung oder x-Richtung verschiebbare Bühne 73.
Ein zu erfassendes Objekt 75, z.B. ein Fotosensibilisierer, wird an einer oberen Seite 73A der Bühne 73 angesetzt, und das Objekt 75 besitzt einen zu erfassenden Festpunkt P. Herkömmlicherweise wird eine derartige Erfassung des Festpunkts P durch eine einzelne Festpunkt-Erfassungsvorrichtung ausgeführt. Deshalb kann, wenn die Bühne 73 mit Bezug auf die Messrichtung oder x-Richtung einer Gierbewegung unterzogen wird, wie durch die Pfeile "y" in Fig. 16 bezeichnet, der Festpunkt nicht genau erfasst werden.
Da andererseits gemäß der elften Ausführungsform der Festpunkt P durch die beiden Festpunkt-Erfassungsabschnitte erfasst wird, kann ein derartiger von der Gierbewegung herrührender Fehler beseitigt werden.
Bei der elften Ausführungsform sind die Hologramme 77A, 77B auf die obere Seite 73A der Bühne 73 aufgesetzt, und zwar zu beiden Seiten des Objekts 75. Jedes Hologramm 77A, 77B enthält zwei Hologramme 32, 33, wie vorstehend beschrieben. Die beiden Hologramme 32, 33 sind in der Messrichtung oder x-Richtung angeordnet und so aufgebaut, dass sie mit Bezug auf die Zentralebene symmetrisch liegen.
Zwei Festpunkt-Erfassungsabschnitte sind entsprechend den Hologrammen 77A, 77B angeordnet, wobei jeder Abschnitt ein optisches System und ein Erfassungssystem aufweist. Das optische System enthält die Lichtquelle 12, und das Erfassungssystem enthält ein Paar Lichtempfänger 22, 23 und die elektrische Verarbeitungsschaltung 80.
Fig. 17 zeigt ein Ausführungsbeispiel der elektrischen Verarbeitungsschaltung 80. Die elektrische Verarbeitungsschaltung 80 besitzt zwei Strom/Spannungs-Wandler 80-1A, 80-1B und einen Differentialverstärker 80-2.
Bei der elften Ausführungsform enthält, wie in Fig. 16 gezeigt, die Festpunkt-Erfassungsvorrichtung einen Addierer 81 zum Addieren von Ausgangssignalen der Differentialverstärker 80-2 und einen Komparator 83, der die Ausgangssignale des Addierers 81 als Eingangssignale bekommt.
Fig. 18A bis 18C zeigen die Ausgangssignale der beiden Differentialverstärker 80-2 und des Addierers 81. Eine in Fig. 18A durchgezogene Kurve C3-1 bezeichnet das Ausgangssignal des ersten Differentialverstärkers 80-2, die durchgezogene Kurve C3-2 in Fig. 18B bezeichnet ein Ausgangssignal des zweiten Differentialverstärkers 80-2, und die voll durchgezeichnete Kurve C4 in Fig. 18C bezeichnet das Ausgangssignal des Addierers 81.
Anhand der Fig. 19 wird als nächstes eine Beschreibung mit Bezug auf einen Fehler infolge der Gierbewegung und einer Funktion zur Kompensation desselben gegeben. Wie in Fig. 19 gezeigt, wird die X-Achse über den Festpunkt P des zu erfassenden Objekts 75 und in Messrichtung genommen. Man nehme an, dass die Hologramme auf die obere Seite 73A der Bühne 73 des Röntgenstrahlbelichtungs-Zeichengeräts symmetrisch mit Bezug zur X-Achse aufgesetzt sind, und dass ein Abstand von der X-Achse zu jedem Hologramm 77A, 77B "t" ist. Die Festpunkt-Erfassungsgeräte sind entsprechend den Hologrammen 77A, 77B an beiden Seiten des Objekts 75 angeordnet.
Wenn die Bühne 73 des Röntgenstrahlbelichtungs-Zeichengeräts gegiert wird, werden auch die die auf der oberen Seite 73A der Bühne 73 aufgesetzten Hologramme 77A, 77B gegiert, wie durch Pfeile "y" in Fig. 19 angezeigt ist. Damit erzeugen die Hologramme 77A, 77B eine Drehbewegung um den Festpunkt P. Insbesondere werden die beiden Hologramme 77A, 77B in jeweils entgegengesetzter Richtung um den gleichen Abstand bewegt. Das erste Hologramm 77A wird um ΔX in der negativen Richtung der X- Achse bewegt, während das zweite Hologramm 77B um ΔX in der positiven Richtung der X-Achse bewegt wird.
Wiederum gemäß den Fig. 18A bis 18C bezeichnen gestrichelt gezeichnete Kurven die Ausgangssignale der beiden Differentialverstärker 80-2 und des Addierers 81 beim Gieren der Bühne 73. Die in Fig. 18A gestrichelt gezeichnete Kurve C3-1' bezeichnet das Ausgangssignal des ersten Differentialverstärkers 80-2, und die in Fig. 18B gestrichelt gezeichnete Kurve C3-2' bezeichnet das Ausgangssignal des zweiten Differentialverstärkers 80-2, und die in Fig. 18C gestrichelt gezeichnete Kurve C4' bezeichnet das Ausgangssignal des Addierers 81.
Das Ausgangssignal des Addierers 81 wird dem Komparator 83 zugeleitet, und der Nulldurchgangspunkt abgeleitet. Wie durch die gestrichelt gezeichnete Kurve C4' in Fig. 18C bezeichnet, wird das Ausgangssignal des Addierers 81 beim Gieren verändert, während der Nulldurchgangspunkt nicht geändert wird. Beider elften Ausführungsform werden die Ausgangssignale der beiden Differentialverstärker 80-2 beim Gieren verändert, da sie jedoch durch den Addierer 81 addiert werden, wird der sich ändernde Teil aufgehoben.
Fig. 20 zeigt ein Beispiel, bei dem die Festpunkt-Erfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung bei einem Linearkodierer eingesetzt wird. Der Linearkodierer besitzt ein Skalensubstrat 75-1 mit einer oberen Seite, auf dem ein Brechungsgitter 75-2 zum Erfassen eines Versatzes längs der Mess- oder X-Achse angeordnet ist. Eine Versetzung in Richtung der Mess- oder X-Achse wird durch das Beugungsgitter 75-2 erfasst. Die Hologramme 77A, 77B sind zu beiden Seiten des Beugungsgitters 75-2 symmetrisch angesetzt, um einen Festpunkt zu erfassen.
Bei diesem Beispiel enthält das Festpunkt-Erfassungsgerät zwei Festpunkt-Erfassungsabschnitte, die den beiden Hologrammen 77A, 77B entsprechen, von denen jeder Abschnitt ein optisches System und ein Erfassungssystem aufweist. Es ist zu bemerken, dass ein solches optisches System und Erfassungssystem des Festpunkt-Erfassungsabschnittes das Gleiche wie das in Fig. 16 gezeigte der elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sein kann. Auf diese Weise wird auch bei diesem Ausführungsbeispiel ein Fehler infolge Gierens des Skalensubstrats 75-1 in der gleichen Weise wie bei der elften Ausführungsform beseitigt.

Claims

1. System zum Erfassen eines festen Punktes, wobei das System eine Messachse hat und umfasst:

eine Lichtquelle (12) zum Erzeugen von Licht;

eine Einrichtung zum Beugen von durch die Quelle (12) erzeugtem Licht, wobei die Beugungseinrichtung zwei Abschnitte (32, 33) aufweist, die aneinandergrenzen und durch eine imaginäre Mittelebene (35) senkrecht dazu getrennt sind, und die zwei Abschnitte (32, 33) symmetrisch auf beiden Seiten der imaginären Mittelebene (35) angeordnet sind;

eine Einrichtung zum Erfassen von Intensitäten durch die zwei Abschnitte (32, 33) der Beugungseinrichtung gebeugten Lichtes, wobei die Erfassungseinrichtung wenigstens zwei Lichtempfänger (22, 23) aufweist;

wobei der feste Punkt bestimmt wird, indem ein Punkt festgestellt wird, an dem die Intensitäten gebeugten Lichtes, die von den zwei Lichtempfängern (22, 23) erfasst werden, den gleichen Betrag aufweisen, wenn die Beugungseinrichtung in Bezug auf die Lichtquelle und die Erfassungseinrichtung entlang der Messachse bewegt wird,

dadurch gekennzeichnet, dass:

die Beugungseinrichtung auf einem transparenten Substrat (31) angeordnet ist und, Gittervektoren (V) aufweist, die in Bezug auf die imaginäre Mittelebene symmetrisch geneigt sind und das gleiche Gitterintervall (d) aufweisen; und

das gebeugte Licht Beugungslicht gleicher positiver und negativer Ordnung enthält, wobei eine Lichtstärkendifferenz zwischen dem Beugungslicht gleicher positiver und negativer Ordnung groß ist.

2. System nach Anspruch 1, wobei die Beugungseinrichtung ein holografisches Beugungsgitter enthält.

3. System nach Anspruch 2, wobei das Hologramm vom Durchlasstyp ist.

4. System nach Anspruch 2, wobei das Hologramm vom Reflelktionstyp ist.

5. System nach Anspruch 3, wobei die zwei Lichtempfänger (22, 23) auf der der Lichtquelle (12) in Bezug auf das Hologramm gegenüberliegenden Seite angeordnet sind.

6. System nach Anspruch 2, das des Weiteren eine reflektierende Fläche umfasst, die auf der der Lichtquelle (12) in Bezug auf das Hologramm gegenüberliegenden Seite angeordnet ist, wobei die reflektierende Fläche Licht reflektiert, das von den zwei Abschnitten (32, 33) des Hologramms gebeugt wird.

7. System nach Anspruch 6, wobei die zwei Lichtempfänger (22, 23) in Bezug auf das Hologramm auf der gleichen Seite wie die Lichtquelle (12) angeordnet sind.

8. System nach Anspruch 6, wobei die reflektierende Fläche einen Film (37) enthält, der sich auf dem transparenten Substrat (31) befindet.

9. System nach Anspruch 6, wobei die reflektierende Fläche eine Platte (39) enthält, die unter dem transparenten Substrat (31) angeordnet ist.

10. System nach Anspruch 6, wobei die reflektierende Fläche eine untere Seite des transparenten Substrats (31) einschließt.

11. System nach Anspruch 10, wobei durch die beiden Abschnitte (32, 33) des Hologramms gebeugtes Licht auf die Unterseite des transparenten Substrats (31) in einem größeren als einem Grenzwinkel auftrifft.

12. System nach Anspruch 6, wobei durch die reflektierende Fläche reflektiertes Licht erneut durch die zwei Abschnitte (32, 33) des Hologramms gebeugt wird, um austretendes Licht zu erzeugen, das parallel zum Licht von der Lichtquelle (12) ist.

13. System nach Anspruch 6, wobei jeder der zwei Abschnitte (32, 33) des Hologramms einen inneren Abschnitt (32A, 33A) enthält, der an die imaginäre Mittelebene (35) angrenzt, sowie einen äußeren Abschnitt (32B, 33B), der von der imaginären Mittelebene (35) beabstandet ist, wobei der innere Abschnitt und der äußere Abschnitt Gittervektoren aufweisen, die in Bezug auf die imaginäre Mittelebene in Neigungswinkeln geneigt sind, die sich voneinander unterscheiden, so dass Licht aus der Lichtquelle einer ersten Beugung durch den inneren Abschnitt jedes der zwei Abschnitte des Hologramms unterzogen wird, und, nachdem es durch die reflektierende Fläche reflektiert worden ist, einer zweiten Beugung durch den äußeren Abschnitt jedes der zwei Abschnitte des Hologramms.

14. System zum Erfassen eines festen Punktes, wobei das System eine Messachse aufweist und umfasst:

zwei Platten, die auf einem gemeinsamen Tisch (73) angeordnet sind, wobei die zwei Platten in Bezug auf die Messachse symmetrisch auf beiden Seiten des festen Punktes (P) angeordnet sind;

wobei jede der Platten ein Hologramm (77A, 77B) enthält, das auf einem transparenten Substrat angeordnet ist, um Licht zu beugen, und wobei jedes der Hologramme zwei Abschnitte aufweist, die aneinandergrenzen und durch eine imaginäre Mittelebene senkrecht dazu getrennt sind, wobei die zwei Abschnitte symmetrisch auf beiden Seiten der imaginären Mittelebene angeordnet sind und Gittervektoren aufweisen, die in Bezug auf die imaginäre Mittelebene symmetrisch geneigt sind und das gleiche Gitterintervall aufweisen;

zwei Detektoren, die entsprechend den beiden Platten angeordnet sind, wobei jeder Detektor eine Lichtquelle (12) und ein Paar Lichtempfänger (22, 23) enthält, die so angeordnet sind, dass sie eine Intensität von Licht erfassen, das durch die Hologramme gebeugt wird;

elektrische Verarbeitungsschaltungen (80), die mit jedem des Paars von Lichtempfängern (22, 23) verbunden sind, wobei jede der elektrischen Verarbeitungsschaltungen (80) einen Differenzverstärker (80-2) enthält;

eine elektrische Schaltungseinrichtung, die einen Addierer (81) enthält, wobei der Addierer (81) mit den Differenzverstärkern (80-2) verbunden ist, und Ausgangssignale (C3-1, C3-2; C3-1', C3-2') der Differenzverstärker (80-2) addiert, um ein addiertes Ausgangssignal (C4; C4') zu erzeugen;

wobei der feste Punkt (P) bestimmt wird, indem ein Punkt festgestellt wird, an dem das addierte Ausgangssignal (C4; C4') Null beträgt, wenn die zwei Platten in Bezug auf die zwei Detektoren entlang der Messachse bewegt werden.

15. System nach Anspruch 14, wobei die elektrische Schaltungseinrichtung zwei Paare Strom-Spannungs-Wandler, zwei Differenzverstärker (29), einen Addierer (81) und einen Komparator (83) enthält.