JP2016156805A5

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Publication number: JP2016156805A5
Application number: JP2016007673A
Authority: JP
Filing date: 2016-01-19
Publication date: 2018-11-01
Anticipated expiration: 2036-01-19

Claims

互いに相対的に動く二つの物体の位置を検出する光学位置測定装置であって、
これらの二つの物体の中の一方と連結され、少なくとも一つの第一の目盛方向（ｘ）に沿って目盛領域を周期的に配置した測定目盛を備えた基準尺と、
この基準尺に対して相対的に動くように配置された、複数の光学素子を備えた走査ユニットと、
を有し、
この走査ユニットの光学素子の配置及び構成によって、干渉させる部分光ビームが対称面に関して鏡面対称に進んで、基準尺上にＶ字形状に入射することと基準尺によるＶ字形状の反射を受けることとの中の一つ以上を実行する走査光路が得られる、
光学位置測定装置において、
この対称面（ＳＥ）が、基準尺（１０’；１１０’；２１０’；３１０’；４１０’）の表面に対して平行な方向を向くとともに、第一の目盛方向（ｘ）に対して直角に延びる回転軸の周りを所定の傾斜角（α）だけ傾斜することと、
走査ユニット（２０；１２０；２２０；３２０．１，３２０．２；４２０．１〜４２０．６）内の走査光路は、対称面（ＳＥ）が基準尺（１０’；１１０’；２１０’；３１０’；４１０’）の表面に対して直角の方向を向いた非傾斜状態の走査光路と同じになるように、測定目盛（１２’；１１２’；２１２’；３１２’；４１２’）の目盛周期（ｄ _Ｍ）と傾斜角（α）が選定されることと、
を特徴とする光学位置測定装置。
測定目盛（１２’；１１２’；２１２’；３１２’；４１２’）での非対称な回折次数から得られる部分光ビーム（Ａ，Ｂ）を干渉させることを特徴とする請求項１に記載の光学位置測定装置。
測定目盛（１２’；１１２’；２１２’；３１２’；４１２’）での次の回折次数の組合せ、
＋３／−１回折次数、
＋１／０回折次数、
−３／＋１回折次数、
−１／０回折次数、
の中の一つから得られる部分光ビーム（Ａ，Ｂ）を干渉させることを特徴とする請求項２に記載の光学位置測定装置。
測定目盛（１２’；１１２’；２１２’；３１２’；４１２’）が、信号生成に使用される回折次数の回折効率を最適化して高くした反射位相格子として構成されることを特徴とする請求項２に記載の光学位置測定装置。
走査ユニット（２０；２２０；３２０．１，３２０．２；４２０．１〜４２０．６）が、複数の光学素子を備えた少なくとも一つの走査板（２１；２２３；３２３．１，３２３．２）を有し、この走査板（２１；２２３；３２３．１，３２３．２）が対称面（ＳＥ）に対して直角に配置されることを特徴とする請求項１に記載の光学位置測定装置。
走査ユニット（２０）に配置された走査板（２１）が透明に構成されて、その基準尺（１０’）の方を向いた側に、二つの第一の走査格子（２２_Ａ１，２２_Ｂ１）と二つの第二の走査格子（２２_Ａ２，２２_Ｂ２）が配置されるとともに、その基準尺と逆の方を向いた側に、二つの反射器（２３_Ａ，２３_Ｂ）が配置され、これらの反射器（２３_Ａ，２３_Ｂ）の反射する側が基準尺（１０’）の方向を向いていることを特徴とする請求項１から５までのいずれか一つに記載の光学位置測定装置。
光源から放出された光ビーム（Ｓ_ＩＮ）が、
測定目盛（１２’）に当たり、そこで、走査ユニット（２０）の方にＶ字形状に反射される、二つの異なる回折次数に対応する二つの部分光ビーム（Ａ，Ｂ）に分割され、
これらの反射された二つの部分光ビーム（Ａ，Ｂ）が、走査ユニット（２０）において、二つの反射器（２２_Ａ，２２_Ｂ）の方向に向かって二つの第一の走査格子（２２_Ａ１，２２_Ｂ１）を通過し、その際、入射方向に対して逆平行の方向を向く偏向作用と第一の目盛方向（ｘ）に対して直角の集束作用だけを受け、
次に、そのように偏向、集束された部分光ビーム（Ａ，Ｂ）が、それぞれ反射器（２３_Ａ，２３_Ｂ）に当たって、基準尺（１０’）の方向に反射され、
次に、これらの二つの部分光ビーム（Ａ，Ｂ）が、基準尺（１０’）の方向に向かって二つの第二の走査格子（２２_Ａ２，２２_Ｂ２）を通過し、その際、第一の目盛方向（ｘ）への偏向作用と第一の目盛方向（ｘ）に対して直角のコリメーション作用だけを受け、その結果、これらの二つの部分光ビーム（Ａ，Ｂ）が、次に、基準尺（１０’）の方向にＶ字形状に進み、
そこで、重なり合った部分光ビーム（Ａ，Ｂ）の走査ユニット（２０）の方向への新たな回折と反射が起こるように、
走査ユニット（２０）が構成されることを特徴とする請求項６に記載の光学位置測定装置。
走査ユニット（１２０）が、少なくとも一つの分割素子（１２３）、二つの偏向素子（１２４_Ａ，１２４_Ｂ）、二つの反射器（１２６_Ａ，１２６_Ｂ）及び二つのレンズ（１２５_Ａ，１２５_Ｂ）を有することを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載の光学位置測定装置。
光源（１２１）から放出された光ビームが、
分割素子（１２３）によって、二つの部分光ビーム（Ａ，Ｂ）に分割されて、これらの部分光ビームが、次に、それぞれ偏向素子（１２４_Ａ，１２４_Ｂ）の方向に進み、
これらの二つの部分光ビーム（Ａ，Ｂ）が、偏向素子（１２４_Ａ，１２４_Ｂ）によって偏向され、その結果、測定目盛（１１２’）上の第一の衝突地点（Ｐ_Ｍ’）の方向に向かってＶ字形状に進み、
これらの部分光ビーム（Ａ，Ｂ）が、測定目盛（１１２’）上の第一の衝突地点（Ｐ_Ｍ’）で、それぞれ走査ユニット（１２０）のレンズ（１２５_Ａ，１２５_Ｂ）及び反射器（１２６_Ａ，１２６_Ｂ）の方向への第一の回折とＶ字形状の反射を受け、
これらの部分光ビーム（Ａ，Ｂ）が、一回目にレンズ（１２５_Ａ，１２５_Ｂ）を通過して、反射器（１２６_Ａ，１２６_Ｂ）によって、入射方向にＶ字形状に反射されて、二回目にレンズ（１２５_Ａ，１２５_Ｂ）を通過し、
次に、これらの部分光ビームが、第二の衝突地点（Ｐ_Ｍ’）で測定目盛（１１２’）に当たって、それぞれ走査ユニット（１２０）の偏向素子（１２４_Ａ，１２４_Ｂ）の方向への第二の回折とＶ字形状の反射を受けるように、
走査ユニット（１２０）が構成されることを特徴とする請求項８に記載の光学位置測定装置。
走査ユニット（２２０）が、少なくとも一つの透明な走査板（２２３）と構造化された光検出器（２２５）を有し、この走査板（２２３）の入射光ビームの方を向いた側に、第一と第二の走査格子（２２４_Ａ，２２４_Ｂ）が配置されることを特徴とする請求項１から５までのいずれか一つに記載の光学位置測定装置。
光源（２２１）から放出された光ビームが、
影響を受けること無く走査板（２２３）を通過した後、測定目盛（２１２’）に当たり、そこで、走査ユニット（２２０）の方にＶ字形状に反射される、二つの異なる回折次数に対応する二つの部分光ビーム（Ａ，Ｂ）に分割され、
これらの二つの反射された部分光ビーム（Ａ，Ｂ）が、走査ユニット（２２０）において、それぞれ二つの走査格子（２２４_Ａ，２２４_Ｂ）の中の一方を通過し、その際、対称面（ＳＥ）の方向に偏向された後、構造化された光検出器（２２５）の方向に進み、そこで、重なり合って干渉するように、
走査ユニット（２２０）が構成されることを特徴とする請求項１０に記載の光学位置測定装置。
同じように構成された第二の走査ユニット（３２０．２）が、走査ユニット（３２０．１）と機械的に堅く連結されており、これらの二つの走査ユニット（３２０．１，３２０．２）が、それらに対応する互いに平行な方向を向いた回転軸の周りを同じ大きさの角度であるが、互いに逆の方向に傾斜して配置されることを特徴とする請求項１０に記載の光学位置測定装置。
測定目盛（４１２’）が第一と第二の目盛方向（ｘ，ｙ）に沿って目盛領域を周期的に配置した二次元交差格子として構成され、請求項１２による位置測定装置が三対配備されて、二対が第一の目盛方向（ｘ）に対して平行に配置され、第三の対が第二の目盛方向（ｙ）に対して平行に配置されることを特徴とする測定構成。