JP2020046273A - 相対位置検出手段、及び変位検出装置 - Google Patents
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Abstract
Description
第2の受光素子124は、第1の偏光ビームスプリッタ122の反射光b10を受光して光電変換をするフォトダイオード等からなる受光素子である。第2の偏光ビームスプリッタ126は、ビームスプリッタ121で分岐された他方の反射光b8のS成分を反射させてP成分を透過させる偏光型ビームスプリッタである。1/4波長板125は、ビームスプリッタ121と第2の偏光ビームスプリッタ126との間に介在され、反射光b8の位相を1/4波長分ずらす機能を有する。第3の受光素子127は、第2の偏光ビームスプリッタ126の反射光b11を受光して光電変換をするフォトダイオード等からなる受光素子である。第4の受光素子128は、第2の偏光ビームスプリッタ126の透過光b12を受光して光電変換をするフォトダイオード等からなる受光素子である。
Δφ=2π×d×Δn/λ・・・・・(1)
d=L(tanθ1−tan(θ1−θ2))・・・・・(2)
d =λ/Δn・・・・・(3)
L=λ/(Δn×(tanθ1−tan(θ1−θ2)))・・・・・(4)
ns=ny・・・・・(5)
このため、これのバランスがリニアに変わっていくので、引き算すると電圧が少しずつ増えていくような信号になっていく。本実施形態では、これら差動増幅器131、132の出力信号をA/D変換器133、134でデジタル変換するが、電圧の変化をデジタル変換して、これを引き算することによって、DCキャンセルされた信号が得られる。このため、インクリメンタル信号発生器136で作成されるインクリメンタル信号のデジタル角度値は、1周期で緩やかな勾配の増加を繰り返すグラフが得られ、絶対位置変換器165のデジタル絶対値は、所定の間隔で段階的にデジタル絶対値を増加させるグラフが得られる。
そして、反射膜付きプリズム244の頂面側には、複屈折部材216と可変反射膜246が計測方向に沿ってインライン上(同軸上)に設けられている。複屈折部材216と可変反射膜246は、インライン上に設けなくてもよいが、この場合、被測定物の姿勢変化により絶対位置検出と相対位置検出にアッペ誤差が発生する虞があるので、インライン上に設けることが好ましい。なお、複屈折部材216と可変反射膜246の構成及び作用は、本発明の一実施形態に係る変位検出装置100に備わるものと同様なので、その説明については、省略する。
Φ=Δn*d/λ・・・・・(9)
d=k*x・・・・・(10)
Φ1=Δn*d1/λ・・・・・(11)
Φ´1=Δn*d1/λ´・・・・(12)
ΔΦ1=Φ´1−Φ1・・・・・・(13)
Φ2=Δn*d2/λ・・・・・(14)
Φ´2=Δn*d2/λ´・・・・(15)
ΔΦ2=Φ´2−Φ2・・・・・・(16)
ΔΦ12=Δn*k*{(λ−λ‘)/λλ’ }*Δx・・・・・(17)
λ´={Δn*k*λ*Δx}/{ΔΦ12*λ+Δn*k*Δx}・・・(18)
これによって、偏光を利用した変位検出装置200では、より高精度の変位検出が可能となる。なお、このとき、絶対位置検出手段240では、図21に示すように、ミラー242と偏光ビームスプリッタ256との間の偏光子255(図14及び図19を参照)の設置を省略してもよい。なお、偏光板230は、光源202から複屈折部材216の間であれば、何処に配置しても良いが、複屈折部材216の直前に偏光板230の結晶軸を複屈折部材216の結晶軸に対して45°ずらして配置することが最も効果的である。その場合、測定物がZ軸方向に回転しても、その影響を抑えることができるので好ましい。また、偏光板230を複屈折部材216に貼り付けた場合、測定物がZ軸方向に回転しても偏光板230も共に回転するため、その影響を抑えることができる。
被測定物10、例えばXYステージやミラー等に複数のターゲットを配置し、1つまたは複数の相対位置検出用受光部及び相対位置情報出力部でそれらの位置情報を検出することで、被測定物10の変形や歪みを検出することができる。
Claims (12)
- 被測定物の計測方向の変位の相対位置を光学的に検出する相対位置検出手段であって、 前記被測定物に載置され、光源から光が照射されるターゲットと、
前記光に対する前記ターゲットでの反射光の偏光状態を変化させて受光する相対位置検出用受光部と、
前記相対位置検出用受光部で受光した前記反射光の偏光状態の変化に基づいて前記ターゲットの前記計測方向の変位に基づく相対位置情報を出力する相対位置情報出力部と、を備え、
前記ターゲットは、
前記被測定物に載置される反射物と、
前記反射物の上に設けられ、前記計測方向に沿って先端から基端への厚さが変化する複屈折部材が互いに異なる向きに複数設けられていることを特徴とする相対位置検出手段。 - 前記相対位置検出用受光部は、前記ターゲットの前記計測方向への移動に伴い前記反射光の偏光状態の変化を検出し、
前記相対位置情報出力部は、前記反射光の偏光状態の変化を光電変換して得らえた信号に基づいて前記ターゲットの前記相対位置情報を出力することを特徴とする請求項1に記載の相対位置検出手段。 - 前記相対位置検出用受光部は、
前記反射光を2つに分岐するビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタで分岐された一方の反射光のS成分を反射させてP成分を透過させる第1の偏光ビームスプリッタと、
前記第1の偏光ビームスプリッタの透過光を受光する第1の受光素子と、
前記第1の偏光ビームスプリッタの反射光を受光する第2の受光素子と、
前記ビームスプリッタで分岐された他方の反射光のS成分を反射させてP成分を透過させる第2の偏光ビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタと前記第2の偏光ビームスプリッタとの間に介在される1/4波長板と、
前記第2の偏光ビームスプリッタの反射光を受光する第3の受光素子と、
前記第2の偏光ビームスプリッタの透過光を受光する第4の受光素子と、を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の相対位置検出手段。 - 前記複屈折部材は、前記計測方向に沿って複数の異なる部材が並列して構成されるか、又は前記光の入射方向に沿って複数の異なる部材が積層されて構成されることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の相対位置検出手段。
- 前記複屈折部材は、結晶軸の方向が異なる複数の部材が前記光の入射方向に沿って積層されて構成されることを特徴とする請求項4に記載の相対位置検出手段。
- 前記光源に対する前記複屈折部材の前段側又は後段側の何れかに補正プリズムが設けられていることを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の相対位置検出手段。
- 前記相対位置検出用受光部が前記計測方向に沿って2つ設けられており、それぞれの相対位置検出用受光部で検出した前記反射光の偏光状態の位相変動量の差分に基づいて波長変動量を推定して補正することを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の相対位置検出手段。
- 前記光源と前記複屈折部材との間に偏光板が更に設けられることを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項に記載の相対位置検出手段。
- 前記相対位置検出用受光部には、前記反射光に対してアジマス補正を行うアジマス補正部が更に設けられることを特徴とする請求項1乃至8の何れか1項に記載の相対位置検出手段。
- 被測定物の計測方向の変位を光学的に検出する変位検出装置であって、
光を照射する光源と、
前記光源からの前記光を2つに分岐する光源側ビームスプリッタと、
前記光源側ビームスプリッタで分岐された一方の光に対する反射光の偏光状態の変化に基づいて前記被測定物の前記計測方向の前記変位の相対位置を検出する相対位置検出手段と、
前記光源側ビームスプリッタで分岐された他方の光に対する反射光の光量の変化に基づいて前記被測定物の前記計測方向の前記変位の絶対位置を検出する絶対位置検出手段と、を備え、
前記絶対位置検出手段と前記相対位置検出手段は、前記被測定物の前記計測方向に対してインライン上に設けられ、
前記相対位置検出手段は、
前記被測定物に載置され、前記光源からの前記光が照射されるターゲットと、
前記光に対する前記ターゲットでの反射光の偏光状態を変化させて受光する相対位置検出用受光部と、
前記相対位置検出用受光部で受光した前記反射光の偏光状態の変化に基づいて前記ターゲットの前記計測方向の前記変位に基づく前記相対位置情報を出力する相対位置情報出力部と、を備え、
前記ターゲットは、
前記被測定物に載置される反射物と、
前記反射物の上に設けられ、前記計測方向に沿って先端から基端への厚さが変化する複屈折部材互いに異なる向きに複数設けられているが設けられていることを特徴とする変位検出装置。 - 前記相対位置検出用受光部は、前記ターゲットの前記計測方向への移動に伴い前記反射光の偏光状態の変化を検出し、
前記相対位置情報出力部は、前記反射光の偏光状態の変化を光電変換して得らえた信号に基づいて前記ターゲットの前記相対位置情報を出力することを特徴とする請求項10又は10に記載の変位検出装置。 - 前記絶対位置検出手段は、
前記被測定物に載置され、前記光源から前記光がミラーを介して照射されるプリズムと、
前記光に対する前記プリズムでの反射光の光量を変化させて受光する絶対位置検出用受光部と、
前記絶対位置検出用受光部で受光した前記反射光の前記光量の変化に基づいて前記プリズムの前記計測方向の変位に基づく絶対位置情報を出力する絶対位置情報出力部と、を備え、
前記プリズムの頂面側には、前記計測方向に沿って反射特性が変化する可変反射膜が設けられることを特徴とする請求項10又は11に記載の変位検出装置
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