JP3239095B2 - Relative displacement measuring device, position measuring device, and posture control device for moving body - Google Patents

Relative displacement measuring device, position measuring device, and posture control device for moving body

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JP3239095B2
JP3239095B2 JP30578397A JP30578397A JP3239095B2 JP 3239095 B2 JP3239095 B2 JP 3239095B2 JP 30578397 A JP30578397 A JP 30578397A JP 30578397 A JP30578397 A JP 30578397A JP 3239095 B2 JP3239095 B2 JP 3239095B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は相対変位測定装置及
び位置測定装置に関し、特に、互いに併走する第1運動
体及び第2運動体の相対変位を高精度に測定する装置に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a relative displacement measuring device and a position measuring device, and more particularly, to a device for measuring the relative displacement of a first moving body and a second moving body that move together with high accuracy.

【0002】[0002]

【従来の技術及びその課題】測長装置として、レーザ光
を利用した光波干渉測長計が知られている。その測長精
度は、原理上10-8(m)から10-11(m)にも達
し、それゆえ光波干渉測長計は高精度の測長でかかせな
い装置となっている。しかし、空気中において、かかる
光波干渉測長計を利用して計測を行うと、空気の屈折率
の揺らぎ的変動による波長の変動により計測精度が劣化
する。例えば、計測光路の全長が1mm以下の場合であ
っても、標準偏差で±5nm程度の変動が生じる。しか
も、その変動は、計測光路の全長の増大に応じて大きく
なり、例えば、光路長の全長が1mでは揺らぎによる変
動が±100nm程度にもなる。
2. Description of the Related Art A lightwave interferometer using laser light is known as a length measuring device. In principle, the length measurement accuracy reaches 10 -8 (m) to 10 -11 (m), and therefore, the lightwave interferometer is an indispensable device for high-precision length measurement. However, if measurement is performed in air using such a light wave interferometer, the measurement accuracy will be degraded due to wavelength fluctuations due to fluctuations in the refractive index of air. For example, even when the total length of the measurement optical path is 1 mm or less, a variation of about ± 5 nm occurs in standard deviation. In addition, the fluctuation increases as the total length of the measurement optical path increases. For example, when the total length of the optical path length is 1 m, the fluctuation due to the fluctuation becomes about ± 100 nm.

【0003】更に、物体に動きのある場合には、その運
動の影響により空気の動きが生じ、その結果、計測光路
上における空気の屈折率は大幅に変動する。例えば、物
体が1秒の周期で0.25μmの低速往復動をする場
合、光波干渉計の出力の誤差は±50nmを越えること
が報告されている。
Further, when an object has a motion, the motion of the air is caused by the effect of the motion, and as a result, the refractive index of the air on the measurement optical path fluctuates greatly. For example, when an object reciprocates at a low speed of 0.25 μm at a cycle of 1 second, it is reported that the error of the output of the light wave interferometer exceeds ± 50 nm.

【0004】従って、空気中で光波干渉計を用いて物体
間の距離や物体の変位を計測する場合には、上記のよう
な誤差が生じるため、高精度計測を実現できないという
問題がある。
Therefore, when measuring the distance between objects or the displacement of an object using an optical interferometer in the air, the above-described error occurs, so that there is a problem that high-accuracy measurement cannot be realized.

【0005】そこで、波長の異なる2つの光波を利用し
て上記のような屈折率の変動分を打ち消すことが提案さ
れている。しかし、この手法でも、500mm程度の計
測光路長に対して、物体が静止している状態で、±5n
m程度の変動幅に抑えるのが実用上の限界である。
Therefore, it has been proposed to cancel the above-mentioned fluctuation of the refractive index by using two light waves having different wavelengths. However, even with this method, for a measurement optical path length of about 500 mm, when the object is stationary, ± 5n
It is a practical limit to suppress the fluctuation width to about m.

【0006】その一方、特開平8−166215号公報
には、内部が真空にされたベロー内に計測系の全体を収
容させて、ベロー外の(空気中の)被計測対象の測長を
行う装置が開示されている。しかし、長さの可変範囲が
ベローの構造的制約から制限されるという問題がある。
On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-166215 discloses that the entire measurement system is housed in a bellows whose inside is evacuated, and the length of an object to be measured (in air) outside the bellows is measured. An apparatus is disclosed. However, there is a problem in that the variable range of the length is limited by the bellows structural constraints.

【0007】本発明は、上記従来の課題に鑑みなされた
ものであり、その目的は、空気中又はそれと同一視され
る環境中におかれた運動物体の変位(又は位置)を高精
度に測定することにある。
The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and has as its object to accurately measure the displacement (or position) of a moving object placed in the air or an environment identified with the same. Is to do.

【0008】また、本発明の目的は、上記運動物体の変
位を真空中における光波干渉測長と同程度の精度で測定
することにある。
Another object of the present invention is to measure the displacement of the above-mentioned moving object with the same accuracy as that of the light wave interferometer in a vacuum.

【0009】更に、本発明の目的は、測定可能な範囲の
制限があまりない変位測定を実現することにある。
It is a further object of the present invention to realize a displacement measurement that does not have much restriction on the measurable range.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、互いに併走する第1運動体及び第2運動
体の相対変位を測定する装置であって、前記第1の運動
体上において、所定の角度関係をもって設けられた第1
及び第2の中継反射鏡と、前記第2運動体上において、
前記第1及び第2の中継反射鏡から出る反射光軸に対し
て直交配置された第1及び第2の終端反射鏡と、前記第
1の中継反射鏡を介して前記第1の終端反射鏡との間で
光波の送受波を行って、その第1計測光路を測長する第
1測長計と、前記第2の中継反射鏡を介して前記第2の
終端反射鏡との間で光波の送受波を行って、その第2計
測光路を測長する第2測長計と、運動前後における前記
第1測長計の出力変化及び前記第2測長計の出力変化に
基づいて、前記第1運動体及び前記第2運動体の相対変
位を演算する演算手段と、を含むことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention relates to an apparatus for measuring the relative displacement of a first moving body and a second moving body which run in parallel with each other, wherein the first moving body is provided. Above, the first provided with a predetermined angular relationship
And a second relay reflector, and on the second moving body,
First and second terminal reflecting mirrors arranged orthogonally to the reflection optical axes exiting from the first and second relay reflecting mirrors, and the first terminal reflecting mirror via the first relay reflecting mirror Between the first measuring instrument for measuring the length of the first measuring optical path and the second terminal reflecting mirror via the second relay reflecting mirror. A second length measuring device for transmitting and receiving a wave to measure a length of a second measuring optical path, and the first moving body based on an output change of the first length measuring device and an output change of the second length measuring device before and after exercise. And calculating means for calculating the relative displacement of the second moving body.

【0011】上記構成によれば、第1及び第2の中継反
射鏡を備えた第1運動体と、第1及び第2の終端反射鏡
を備えた第2運動体とが併走し、両者間の距離に関わる
変位が演算される。すなわち、第1測長計によって運動
前後における第1計測光路の変化が測定され、一方、第
2測長計によって運動前後における第2計測光路の変化
が測定され、それらの変化に基づく所定演算により主運
動方向に沿った方向の変位が求められる。この場合、主
運動方向に直交する運動成分があっても、それは所定演
算により相殺される。換言すれば、そのような変位演算
が実現されるように、第1及び第2の中継反射鏡のそれ
ぞれの角度が設定される。
According to the above configuration, the first moving body provided with the first and second relay reflectors and the second moving body provided with the first and second terminal reflecting mirrors run in parallel, and the two move between the two. Is calculated. That is, the change in the first measurement optical path before and after the exercise is measured by the first length measuring instrument, while the change in the second measurement optical path before and after the exercise is measured by the second length measuring instrument, and the main motion is determined by a predetermined calculation based on those changes. A displacement in a direction along the direction is determined. In this case, even if there is a motion component orthogonal to the main motion direction, it is canceled by the predetermined calculation. In other words, the angles of the first and second relay reflecting mirrors are set so that such displacement calculation is realized.

【0012】ここで、上記第1測長計及び第2測長計は
望ましくはレーザ光を利用した光波干渉測長計である。
また、第1運動体の位置が既知であれば、求められた相
対変位から第2運動体の位置を演算してもよい。また、
中継反射鏡及び終端反射鏡の概念には、光を反射する各
種の手段(例えばコーナーキューブ)が含まれる。第1
測長計及び第2測長計は、望ましくは、そこから出る光
軸が第1運動体の運動方向と並行になるように設けら
れ、この場合に、第1測長計及び第2測長計は望ましく
は第1運動体から見て同じ側に固定配置される。ただ
し、変位演算条件を満足できる限りにおいて、第1測長
計と第2測長計をそれぞれ第1運動体の両側に固定配置
してもよい。
Here, the first length measuring device and the second length measuring device are preferably light wave interferometers utilizing laser light.
If the position of the first moving body is known, the position of the second moving body may be calculated from the obtained relative displacement. Also,
The concept of the relay mirror and the terminating mirror includes various means for reflecting light (for example, a corner cube). First
The length measuring device and the second length measuring device are desirably provided such that an optical axis exiting therefrom is parallel to the movement direction of the first moving body. In this case, the first length measuring device and the second length measuring device are desirably set. They are fixedly arranged on the same side as viewed from the first moving body. However, as long as the displacement calculation condition can be satisfied, the first length measuring device and the second length measuring device may be fixedly arranged on both sides of the first moving body.

【0013】本発明の望ましい態様では、前記第1測長
計及び前記第2測長計から出る基準光軸は前記第1運動
体及び前記第2運動体の主運動方向と並行に設定され、
前記第1の中継反射鏡は前記基準光軸に対してαの角度
をもって設けられ、前記第2の中継反射鏡は前記基準光
軸に対してπ/2−αの角度をもって設けられたことを
特徴とする。
In a preferred aspect of the present invention, a reference optical axis from the first length measuring device and the second length measuring device is set in parallel with a main movement direction of the first moving body and the second moving body.
Wherein the first relay reflector is provided at an angle of α with respect to the reference optical axis, and the second relay reflector is provided at an angle of π / 2-α with respect to the reference optical axis. Features.

【0014】後に数学的に証明するように、上記のよう
な角度条件で中継反射鏡を設ければ、主運動方向と直交
する運動の変位分を相殺して主運動方向のみについての
変位を求めることができる。αとしては、例えばπ/6
が望ましい。
As will be proved mathematically later, if the relay reflector is provided under the above-described angle condition, the displacement in the main movement direction alone is obtained by canceling the displacement of the movement orthogonal to the main movement direction. be able to. As α, for example, π / 6
Is desirable.

【0015】本発明の望ましい態様では、前記演算手段
は、運動前後における前記第1測長計の出力変化及び前
記第2測長計の出力変化の差分を演算することを特徴と
する。
In a preferred aspect of the present invention, the calculating means calculates a difference between an output change of the first length measuring device and an output change of the second length measuring device before and after exercise.

【0016】すなわち、上記の角度条件の下で、2つの
測長計の出力変化の差分を求めれば、結果として主運動
方向に沿った相対変位を取得できる。
That is, if the difference between the output changes of the two length measuring instruments is obtained under the above angle conditions, the relative displacement along the main motion direction can be obtained as a result.

【0017】本発明の望ましい態様では、前記第1運動
体、前記第1及び第2の中継反射鏡並びに前記第1及び
第2測長計は第1空間内に収容され、前記第2運動体並
びに前記第1及び第2の終端反射鏡は第2空間内に収容
され、前記第1空間及び前記第2空間は光通過部分が光
学的な透明性を有する隔壁で仕切られたことを特徴とす
る。
In a preferred aspect of the present invention, the first moving body, the first and second relay reflectors, and the first and second length measuring instruments are accommodated in a first space, and the second moving body and The first and second terminal reflecting mirrors are accommodated in a second space, and the first space and the second space are separated from each other by a partition having optical transparency. .

【0018】ここで、望ましくは、前記第1空間は真空
とされ、又は、前記第1空間には前記第2空間に含まれ
る第2気体よりも光の屈折率の揺らぎ的変動が少ない第
1気体(例えばヘリウム)が充填される。望ましくは、
前記第2気体は空気又はそれに近い組成の気体である。
すなわち、上記構成によれば、真空中又はそれと同程度
の測定精度条件で、空気中又はそれと同程度の環境下に
ある第2物体の位置を検出できる。
Preferably, the first space is evacuated, or the first space has less fluctuation in the refractive index of light than the second gas contained in the second space. A gas (eg, helium) is filled. Preferably,
The second gas is air or a gas having a composition similar to air.
That is, according to the above configuration, it is possible to detect the position of the second object in the air or under the same environment as that in the vacuum or under the same measurement accuracy conditions.

【0019】本発明の望ましい態様では、前記第1及び
第2の終端反射鏡と前記隔壁との間の隙間の一部又は全
部に透明体が挿入されたことを特徴とする。また、本発
明の望ましい態様では、前記第1及び第2の終端反射鏡
と前記隔壁との間の隙間の一部又は全部に気体の定常流
(層流)を形成する定常流形成手段を含むことを特徴と
する。
In a preferred aspect of the present invention, a transparent body is inserted in a part or all of a gap between the first and second terminal reflecting mirrors and the partition. In a desirable mode of the present invention, a steady flow forming means for forming a steady flow (laminar flow) of gas in a part or all of a gap between the first and second terminal reflecting mirrors and the partition wall is included. It is characterized by the following.

【0020】つまり、第2空間は、気体の影響により屈
折率の揺らぎ的変動が生じやすいため、その内部に存在
する気体を光が通過する長さをできる限り少なくして、
あるいは、強制的に定常状態を形成して、波長の変動を
抑制するものである。
That is, since the fluctuation of the refractive index easily occurs in the second space due to the influence of the gas, the length of light passing through the gas existing inside the second space is made as short as possible.
Alternatively, a steady state is forcibly formed to suppress wavelength fluctuation.

【0021】本発明の望ましい態様では、前記第1及び
第2の中継反射鏡から出る光軸は、前記隔壁と前記第1
及び第2の終端反射鏡との間の隙間において交差あるい
は接近することを特徴とする。かかる構成によれば、第
2空間中の両光軸の距離を同程度にでき、その結果、変
位演算において結果として揺らぎによる影響を打ち消す
ことができる。
In a preferred aspect of the present invention, the optical axis exiting from the first and second relay reflectors is formed by the partition wall and the first relay reflector.
And intersect or approach in a gap between the second terminal reflector and the second terminal reflector. According to such a configuration, the distance between the two optical axes in the second space can be made equal, and as a result, the influence of fluctuation can be canceled as a result in the displacement calculation.

【0022】本発明の望ましい態様では、前記第1運動
体は真空容器内に収容され、かつ、外部からの磁気作用
によって駆動制御されることを特徴とする。つまり、磁
気浮上や磁気吸引を利用して第1運動体を駆動制御する
ものであり、この場合、第2運動体に磁気的作用手段を
設ければ、第2運動体の運動に連動して非接触で第1運
動体を追従駆動させることができる。相対変位がゼロに
なるように、第1運動体の位置が制御されるならば、常
に第2運動体の位置と第1運動体の位置を一致させるこ
とができ、結果として、第2運動体の位置を第1運動体
の位置として計測できる。
In a preferred aspect of the present invention, the first moving body is housed in a vacuum vessel, and is driven and controlled by an external magnetic action. In other words, the first moving body is driven and controlled using magnetic levitation or magnetic attraction. In this case, if the second moving body is provided with magnetic action means, it is interlocked with the movement of the second moving body. The first moving body can be driven to follow without contact. If the position of the first moving body is controlled so that the relative displacement becomes zero, the position of the second moving body can always be matched with the position of the first moving body, and as a result, the second moving body Can be measured as the position of the first moving body.

【0023】すなわち、本発明に係る位置測定装置は、
上記相対変位測定装置と、前記相対変位がゼロになるよ
うに、前記第2運動体の運動に追従させて前記第1運動
体の位置を制御する追従制御機構と、前記第2運動体の
位置を前記第1運動体の位置として測定する位置測定部
と、を含むことを特徴とする。
That is, the position measuring device according to the present invention comprises:
The relative displacement measuring device, a follow-up control mechanism that controls the position of the first moving body by following the movement of the second moving body so that the relative displacement becomes zero, and the position of the second moving body. And a position measuring unit that measures the position of the first moving body.

【0024】また、本発明は、第1運動体と第2運動体
の姿勢を制御する装置であって、前記第1運動体の姿勢
を計測する第1光波干渉計と、前記第1光波干渉計の計
測結果に基づいて前記第1運動体の姿勢を所定の基準軸
に対して平行に運動するように制御する第1制御手段
と、前記第1運動体上において、所定の角度関係をもっ
て設けられた第1運動体反射鏡と、前記第2運動体上に
おいて、前記第1反射鏡から出る反射光軸に対して所定
の角度関係をもって設けられた第2運動体反射鏡と、前
記第1運動体反射鏡及び第2運動体反射鏡からの反射光
に基づいて前記第2運動体の姿勢を計測する第2光波干
渉計と、前記第2光波干渉計の計測結果に基づいて前記
第2運動体の姿勢を前記第1運動体に対して平行に運動
するように制御する第2制御手段とを有することを特徴
とする。
Also, the present invention is an apparatus for controlling the posture of a first moving body and a second moving body, wherein the first light wave interferometer for measuring the posture of the first moving body and the first light wave interference First control means for controlling the posture of the first moving body to move in parallel to a predetermined reference axis based on the measurement result of the meter, and provided with a predetermined angular relationship on the first moving body. A first moving body reflecting mirror provided on the second moving body, a second moving body reflecting mirror provided on the second moving body at a predetermined angular relationship with respect to a reflection optical axis emitted from the first reflecting mirror, A second light wave interferometer for measuring a posture of the second moving body based on reflected light from the moving body reflecting mirror and the second moving body reflecting mirror; and a second light wave interferometer based on a measurement result of the second light wave interferometer. Controlling the posture of the moving body to move in parallel with the first moving body; And having a second controller.

【0025】ここで、前記第1運動体は、実質的に真空
状態にある空間内に収容されることが好ましく、あるい
は、前記第1運動体は、空気よりも光の屈折率の揺らぎ
が少ない気体が充電された空間内に収容されることが好
ましい。
Here, the first moving body is preferably housed in a space that is substantially in a vacuum state, or the first moving body has less fluctuation of the refractive index of light than air. It is preferable that the gas is accommodated in the charged space.

【0026】また、前記第1運動体と前記第2運動体
は、互いに隔壁で仕切られ、かつ、前記第1運動体反射
鏡と前記第2運動体反射鏡間の光路上の前記隔壁は、透
明体で構成されることが好ましい。
Further, the first moving body and the second moving body are separated from each other by a partition, and the partition on an optical path between the first moving body reflecting mirror and the second moving body reflecting mirror is: It is preferable to be composed of a transparent body.

【0027】また、本発明では、前記第1運動体上には
磁石が設けられ、前記第2運動体上には前記磁石と対向
するように電磁石が設けられ、前記磁石と前記電磁石の
間の磁気的相互作用により前記第1運動体を非接触で駆
動する。これにより、第1運動体の例えばヨー角やピッ
チ角等を非接触で制御することができる。
In the present invention, a magnet is provided on the first moving body, and an electromagnet is provided on the second moving body so as to face the magnet. The first moving body is driven in a non-contact manner by magnetic interaction. Thus, for example, the yaw angle and the pitch angle of the first moving body can be controlled in a non-contact manner.

【0028】ここで、前記第1運動体上には、さらに牽
引用磁石が設けられ、前記第2運動体上には、さらに前
記牽引用磁石と対向するように牽引用電磁石が設けら
れ、前記牽引用磁石と前記牽引用電磁石の間の磁気的吸
引力により前記第1運動体を前記第2運動体に対して追
従させることが好ましい。
Here, a tow magnet is further provided on the first moving body, and a tow electromagnet is further provided on the second moving body so as to face the tow magnet. It is preferable that the first moving body is made to follow the second moving body by a magnetic attraction force between a tow magnet and the tow electromagnet.

【0029】また、前記第1制御手段または前記第2制
御手段の少なくともいずれかは、前記第1運動体または
前記第2運動体のヨー角またはピッチ角の少なくとも一
方を制御することが好適であり、さらに、前記第1制御
手段または前記第2制御手段の少なくともいずれかは、
前記第1運動体または前記第2運動体の運動方向と直交
する方向のスライドを制御することが好適である。この
ためには、前記第1制御手段または前記第2制御手段の
少なくともいずれかは、前記第1運動体または前記第2
運動体の運動方向に対して上下方向の測長系及び左右方
向の測長系で検出される姿勢に基づいて制御することが
望ましい。
It is preferable that at least one of the first control means and the second control means controls at least one of a yaw angle and a pitch angle of the first moving body or the second moving body. Further, at least one of the first control means and the second control means,
It is preferable to control sliding in a direction orthogonal to the movement direction of the first moving body or the second moving body. For this purpose, at least one of the first control means and the second control means is provided with the first moving body or the second control means.
It is desirable that the control is performed based on the postures detected by the length measuring system in the vertical direction and the length measuring system in the horizontal direction with respect to the moving direction of the moving body.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態を
図面に基づいて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0031】図1には、本発明に係る相対変位測定装置
の原理が示されている。光波干渉計10は、固定配置さ
れており、光波としてのレーザ光の送受波を行って、光
路長の変化をレーザ干渉に基づいて測定する装置であ
る。第1運動体には、レーザ光を反射するミラーMが設
けられ、一方、第2運動体にはレーザを反射するミラー
Nが設けられている。第1運動体の運動に応じてミラー
Mは運動し、それがM1、M2、M3で示されている。ま
た、これと同様に、第2運動体の運動に応じてミラーN
も運動し、その動きがN1、N2、N3で示されている。
FIG. 1 shows the principle of a relative displacement measuring device according to the present invention. The light wave interferometer 10 is a device that is fixedly arranged, transmits and receives laser light as a light wave, and measures a change in an optical path length based on laser interference. The first moving body is provided with a mirror M for reflecting a laser beam, while the second moving body is provided with a mirror N for reflecting a laser. The mirror M moves in response to the movement of the first moving body, which is indicated by M 1 , M 2 , and M 3 . Similarly, the mirror N is moved according to the movement of the second moving body.
Also exercise, the movement is indicated by N 1, N 2, N 3 .

【0032】図1において、計測光路の原点がOで示さ
れ、ミラーMにおける反射点がPで示されている。ミラ
ーMが上述のように運動した場合、反射点PはP1から
3のように運動する。原点Oから出る光軸に対してミ
ラーMは角度θをもって第1運動体に固定配置されてい
る。すなわち、第1運動体の運動によってもミラーMと
原点Oから出る光軸との成す角度θは不変である。換言
すれば、そのθが一定になるように第1運動体の姿勢が
制御されている。
In FIG. 1, the origin of the measurement optical path is indicated by O, and the reflection point on the mirror M is indicated by P. If the mirror M is exercised as described above, the reflection point P moves to the P 1 of P 3. The mirror M is fixedly arranged on the first moving body at an angle θ with respect to the optical axis emerging from the origin O. That is, the angle θ formed between the mirror M and the optical axis emerging from the origin O is not changed by the movement of the first moving body. In other words, the posture of the first moving body is controlled so that θ is constant.

【0033】ちなみに、M1からM2のミラーMの移動ベ
クトルはcで表され、M2からM3への移動ベクトルがd
で表されている。そして、ミラーMの移動に係る合成ベ
クトルが太い矢印で表されている。
Incidentally, the movement vector of the mirror M from M 1 to M 2 is represented by c, and the movement vector from M 2 to M 3 is d.
It is represented by A composite vector related to the movement of the mirror M is represented by a thick arrow.

【0034】ミラーNは、ミラーM上における反射点か
ら出る光軸に対して垂直に設けられている。すなわち、
ミラーNが第2運動体の運動に伴って移動しても、常に
ミラーMに向かって垂直となるようにミラーNの姿勢が
制御されている。
The mirror N is provided perpendicularly to the optical axis emitted from the reflection point on the mirror M. That is,
Even if the mirror N moves with the movement of the second moving body, the attitude of the mirror N is controlled so as to be always perpendicular to the mirror M.

【0035】ちなみに、N1からN2へのミラーMの移動
ベクトルがaで示されて、N2からN3へのミラーNの移
動ベクトルがbで示されている。ミラーN上におけるレ
ーザ光の反射点はQ1からQ3のように変化する。ミラー
Nの移動に係る合成ベクトルが太い矢印で示されてい
る。
Incidentally, the movement vector of the mirror M from N 1 to N 2 is indicated by a, and the movement vector of the mirror N from N 2 to N 3 is indicated by b. Reflection point of the laser beam on the mirror N varies as a to Q 1 Q 3. A composite vector relating to the movement of the mirror N is indicated by a thick arrow.

【0036】ここで、ミラーMがM1からM3に運動し、
これと共にミラーNがN1からN3へ運動した場合におけ
る計測光路全体の変位を検討する。
Here, the mirror M moves from M 1 to M 3 ,
This together with the mirror N to consider measurement optical path entire displacement in the case where motion from N 1 to N 3.

【0037】まず、ミラーMの位置変化による光路長の
減少は、図1に示す幾何学的な関係から、以下のように
表される。
First, the decrease in the optical path length due to the change in the position of the mirror M is expressed as follows from the geometric relationship shown in FIG.

【0038】[0038]

【数1】 光路長の減少=P31+P14 =c+d/tanθ+(c+d/tanθ)・(−cos2θ) =(c+d/tanθ)・(1−cos2θ) ・・・(1) 一方、ミラーNの位置変化に伴う光路長の増加は以下の
ように表される。
[Number 1] of the optical path length decrease = P 3 P 1 + P 1 P 4 = c + d / tanθ + (c + d / tanθ) · (-cos2θ) = (c + d / tanθ) · (1-cos2θ) ··· (1) whereas The increase in the optical path length due to the change in the position of the mirror N is expressed as follows.

【0039】[0039]

【数2】 光路長の増加=Q14=a・(−cos2θ)+b・sin2θ ・・・(2) したがって、これらの光路長の減少と増加の両者を考慮
して運動前後における計測光路の光路長の増減を考える
と、光波干渉計10によって観測される第1可観測量f
(θ)は、以下のように表される。
[Number 2] increased light path length = Q 1 Q 4 = a · (-cos2θ) + b · sin2θ ··· (2) Thus, the measurement optical path before and after exercise in view of the both increase and decrease of the optical path length Considering the increase or decrease of the optical path length of the first observable quantity f observed by the lightwave interferometer 10
(Θ) is expressed as follows.

【0040】[0040]

【数3】 f(θ)={-a・cos2θ+b・sin2θ}-{(c+d/tanθ)・(1−cos2θ)} =−c−(a−c)・cos2θ+(b−d)・sin2θ ・・・(3) 図1において、第1運動体と第2運動体の主運動方向は
原点Oから出る光軸と平行である。そして、相対変位と
して求めたい値はa−cである。そこで、移動ベクトル
d及びbに影響されずに、相対変位a−cを求めるため
に、本発明においては、後に図2を用いて説明するよう
に、2つの観測系が利用される。第一の観測系は例えば
図1に示すとおりの観測系であり、すなわちミラーMが
光軸に対してθだけ傾けられつつ配置された観測系であ
る。もう一方の観測系は、基本的構成は図1に示すもの
と同様であるが、ミラーMがπ/2−θだけ傾けられつ
つ設けられた観測系である。ちなみに、何れの観測系に
おいてもミラーMから出る光軸に対してミラーNは直交
配置されることが条件である。
F (θ) = {− a · cos2θ + b · sin2θ} − {(c + d / tanθ) · (1−cos2θ)} = − c− (ac) · cos2θ + (b−d) · sin2θ (3) In FIG. 1, the main motion directions of the first moving body and the second moving body are parallel to the optical axis emerging from the origin O. The value to be obtained as the relative displacement is ac. Therefore, in order to obtain the relative displacement ac without being affected by the movement vectors d and b, two observation systems are used in the present invention, as described later with reference to FIG. The first observation system is, for example, an observation system as shown in FIG. 1, that is, an observation system in which the mirror M is arranged while being tilted by θ with respect to the optical axis. The other observation system has the same basic configuration as that shown in FIG. 1, but is an observation system provided with a mirror M tilted by π / 2−θ. Incidentally, in any observation system, it is a condition that the mirror N is arranged orthogonal to the optical axis emitted from the mirror M.

【0041】上記の(3)式において、θの代わりにπ
/2−θを代入すると、第2の観測系によって求められ
る第2可観測量f(π/2−θ)は、以下のように表さ
れる。
In the above equation (3), instead of θ, π
By substituting / 2-θ, the second observable quantity f (π / 2−θ) obtained by the second observation system is expressed as follows.

【0042】[0042]

【数4】 f(π/2−θ)=−c+(a−c)・cos2θ+(b−d)・sin2θ ・・・(4) ここで、sin及びcosの性質を考慮して、上記の第1可観
測量f(θ)及び第2可観測量f(π/2−θ)の差分
を演算すると、最終的に求めたいa−cに関する項のみ
が残ることになる。すなわち、以下のような相対変位a
−cを取得できる。
F (π / 2−θ) = − c + (ac) · cos 2θ + (b−d) · sin 2θ (4) Here, considering the properties of sin and cos, When the difference between the first observable quantity f (θ) and the second observable quantity f (π / 2−θ) is calculated, only the term relating to a−c that is ultimately obtained remains. That is, the following relative displacement a
-C can be obtained.

【0043】[0043]

【数5】 -f(θ)+f(π/2−θ)=2(a−c)・cos2θ a−c={-f(θ)+f(π/2−θ)}/2cos2θ ・・・(5) 以上のように、後に図2を用いて説明するように、2つ
の観測系におけるミラーMの傾きを所定の関係にするこ
とによって、結果として相対変位のみを簡単に求めるこ
とが可能である。
-F (θ) + f (π / 2−θ) = 2 (ac) · cos2θ ac = {− f (θ) + f (π / 2−θ)} / 2cos2θ (5) As described above, by setting the inclination of the mirror M in the two observation systems in a predetermined relationship, as will be described later with reference to FIG. 2, it is possible to easily obtain only the relative displacement as a result. is there.

【0044】ちなみに、図2においては、一例としてθ
=π/3(=60度)の場合が示されている。このよう
な条件の場合、
Incidentally, in FIG. 2, as an example, θ
= Π / 3 (= 60 degrees) is shown. Under these conditions,

【数6】 a−c=−f(π/3)+f(π/2−π/3) =f(π/6)−f(π/3) ・・・(6) のように極めて単純なアルゴリズムで相対変位(a−
c)を計算することが可能となる。
Equation 6: a−c = −f (π / 3) + f (π / 2−π / 3) = f (π / 6) −f (π / 3) (6) Displacement (a-
c) can be calculated.

【0045】図2には、上述した相対変位の測定原理が
適用された位置測定装置の概略構成が示されている。
FIG. 2 shows a schematic configuration of a position measuring apparatus to which the above-described principle of measuring the relative displacement is applied.

【0046】第1運動体12は、第1空間14内に収容
されている。この第1空間14は例えば真空の空間であ
る。もちろん上述したような波長の揺らぎの影響が少な
い気体によって、この第1空間14を構成することがで
きる。第1運動体12には、2つのミラーM2,M3が固
定配置されている。ミラーM2は、第2光波干渉計10
Bから出る光軸102Aに対してπ/6だけ傾けられつ
つ配置されている。ミラーM3は第1光波干渉計10A
から出る光軸100Aに対してπ/3だけ傾けられつつ
配置されている。
The first moving body 12 is accommodated in the first space 14. The first space 14 is, for example, a vacuum space. Of course, the first space 14 can be constituted by a gas which is less affected by the fluctuation of the wavelength as described above. Two mirrors M 2 and M 3 are fixedly arranged on the first moving body 12. The mirror M 2 is connected to the second lightwave interferometer 10.
It is arranged while being inclined by π / 6 with respect to the optical axis 102A exiting from B. Mirror M 3 is the first lightwave interferometer 10A
It is arranged while being tilted by π / 3 with respect to the optical axis 100A that exits.

【0047】一方、第2運動体16は、第2空間18内
に収納されている。この第2空間18は例えば大気中の
空間である。第2運動体16には2つのミラーM4およ
びM5が固定配置されている。この場合、ミラーM4は、
ミラーM3から出る光軸100Bに対して垂直に配置さ
れており、第1運動体12及び第2運動体16の運動方
向(光軸100A及び光軸102Aと平行)に対してπ
/6だけ傾けられつつ配置されている。一方、ミラーM
5はミラーM2から出る光軸102Bに対して直交配置さ
れ、具体的には上記の運動方向に対して図示のようにπ
/6だけ傾けられつつ配置されている。
On the other hand, the second moving body 16 is housed in the second space 18. The second space 18 is, for example, a space in the atmosphere. Two mirrors M 4 and M 5 are fixedly arranged on the second moving body 16. In this case, the mirror M 4 is
Are arranged perpendicularly to the optical axis 100B emanating from the mirror M 3, [pi respect the direction of movement of the first movement member 12 and the second movement body 16 (parallel with the optical axis 100A and the optical axis 102A)
/ 6. On the other hand, mirror M
5 is orthogonally disposed with respect to the optical axis 102B emanating from the mirror M 2, specifically, as illustrated with respect to the direction of movement π
/ 6.

【0048】以上の説明から明らかなように、第1光波
干渉計10Aから出るレーザ光はミラーM3によって反
射され、さらにミラーM4によって反射された後、もう
一度ミラーM3によって反射されて第1光波干渉計10
Aにて受波される。これと同様に、第2光波干渉計10
Bから出たレーザ光はミラーM2によって反射され、さ
らにミラーM5によって反射された後に、再びミラーM2
によって反射されて第2光波干渉計10Bによって受波
される。
[0048] As apparent from the above description, the laser beam exiting from the first light wave interferometer 10A is reflected by the mirror M 3, after being further reflected by the mirror M 4, first it is reflected by the mirror M 3 again Light wave interferometer 10
A wave is received. Similarly, the second lightwave interferometer 10
The laser beam emitted from B is reflected by the mirror M 2 , further reflected by the mirror M 5 , and then returned to the mirror M 2 again.
And is received by the second lightwave interferometer 10B.

【0049】図2において、第1計測光路100は光軸
100A及び光軸100Bで構成され、第2計測光路1
02は光軸102A及び102Bで構成される。
In FIG. 2, the first measurement optical path 100 includes an optical axis 100A and an optical axis 100B.
Reference numeral 02 includes optical axes 102A and 102B.

【0050】第1空間14及び第2空間18は隔壁20
によって仕切られている。隔壁20におけるレーザ光の
通過部分は光学的な透明性を有する部材で構成され、例
えばガラス板で構成される。もちろん、隔壁20の当該
部分を中空容器とし、その内部に屈折率の揺らぎが生じ
ないような気体を充填させてもよい。第1空間14は図
示されていない容器の内部に形成されるものであり、一
方第2空間18は容器内に形成されてもよいが、大気開
放されていてもよい。
The first space 14 and the second space 18 are formed by partition walls 20.
Is divided by The portion of the partition wall 20 through which the laser beam passes is made of a member having optical transparency, for example, a glass plate. Of course, the portion of the partition wall 20 may be a hollow container, and the inside thereof may be filled with a gas that does not cause fluctuation of the refractive index. The first space 14 is formed inside a container (not shown), while the second space 18 may be formed inside the container, but may be open to the atmosphere.

【0051】第3光波干渉計22は、第1運動体12の
運動方向における位置を計測する手段であり、第1運動
体12にはミラーM1が設けられ、第3光波干渉計22
から出たレーザ光がミラーM1にて反射される。これに
よってレーザ光の干渉を利用して距離あるいは第1運動
体12の運動方向における変位が計測される。
The third light wave interferometer 22 is means for measuring the position of the first moving body 12 in the direction of movement. The first moving body 12 is provided with a mirror M 1.
Laser light emitted from is reflected by the mirror M 1. Thus, the distance or the displacement of the first moving body 12 in the moving direction is measured by using the interference of the laser light.

【0052】位置姿勢制御部24は、第1運動体12の
運動方向における位置の制御と第1運動体12の姿勢を
制御する手段である。この場合、例えば第3光波干渉計
22の出力を利用して姿勢制御を行ってもよい。第1運
動体12の姿勢を常に一定にすることによって、上述し
た各ミラーM2及びM3の角度条件を常に満たすことがで
きる。後述するように、位置姿勢制御部24は必要に応
じて相対変位が常に0になるように第1運動体12の位
置を制御する機能も有する。但し、第1運動体12の位
置を常に第2運動体16の位置と同じにするような自動
機構が設けられる場合、必ずしも電気的な制御は不要と
なる。
The position / posture control unit 24 is means for controlling the position of the first moving body 12 in the moving direction and controlling the posture of the first moving body 12. In this case, for example, the attitude control may be performed using the output of the third light wave interferometer 22. By always maintaining a constant orientation of the first movement member 12, it is possible to always meet the angle conditions of the respective mirrors M 2 and M 3 as described above. As will be described later, the position / posture control unit 24 also has a function of controlling the position of the first moving body 12 so that the relative displacement is always zero as needed. However, in the case where an automatic mechanism is provided so that the position of the first moving body 12 is always the same as the position of the second moving body 16, electrical control is not necessarily required.

【0053】相対変位演算部26は、第1光波干渉計1
0A及び第2光波干渉計10Bから出力される信号に基
づき、上述した(6)式の演算を実行して相対変位を算
出する手段である。すなわち、第1運動体12及び第2
運動体16の運動前後における各光波干渉計10A,1
0Bの出力変化分の差分を演算して、これによって相対
変位を算出する。
The relative displacement calculator 26 is provided with the first light wave interferometer 1
This is a means for calculating the relative displacement by executing the calculation of the above-described equation (6) based on the signals output from 0A and the second lightwave interferometer 10B. That is, the first moving body 12 and the second
Each light wave interferometer 10A, 1 before and after the movement of the moving body 16
The difference of the output change of 0B is calculated, and thereby the relative displacement is calculated.

【0054】主制御部27は、本装置の全体の制御を行
なうものであり、特に、相対変位が0になった時の第1
運動体の位置を第2運動体の位置とみなして出力する機
能を有する。また、主制御部27は、位置姿勢制御部2
4を制御して、相対変位が0になるように第1運動体1
2の位置をコントロールする機能も有する。なお、第1
運動体12の位置と相対変位とが特定されれば、必ずし
も第1運動体12と第2運動体16の位置が一致してい
なくても、結果として第2運動体16の位置を高精度に
算出することができる。
The main control section 27 controls the entire operation of the present apparatus. In particular, when the relative displacement becomes zero, the first control section 27 performs the first control.
It has a function of outputting the position of the moving body assuming it as the position of the second moving body. Further, the main control unit 27 includes the position and orientation control unit 2.
4 so that the relative displacement becomes zero.
It also has the function of controlling the position of No. 2. The first
If the position and the relative displacement of the moving body 12 are specified, even if the positions of the first moving body 12 and the second moving body 16 do not always match, as a result, the position of the second moving body 16 can be accurately determined. Can be calculated.

【0055】上述したように、第2空間18は大気中に
形成されるため、その第2空間18を通過するレーザ光
の光路長はできる限り短い方がよい。そこで、本実施形
態の装置では、以下に示すような揺らぎ低減策が講じら
れている。ミラーM4,M5と隔壁20との間の隙間に
は、例えばガラスなどからなる部材28が設けられてい
る。この部材28によってレーザ光が空気中を通過する
距離を極力短くでき、その結果屈折率の揺らぎによる計
測精度の劣化を防止できる。部材28は、ミラーM4
5の開きに応じて断面が三角形状を成しているが、必
ずしもこの形状には限定されない。
As described above, since the second space 18 is formed in the atmosphere, the optical path length of the laser beam passing through the second space 18 is preferably as short as possible. Therefore, in the apparatus of the present embodiment, the following fluctuation reducing measures are taken. A member 28 made of, for example, glass is provided in a gap between the mirrors M 4 and M 5 and the partition wall 20. With this member 28, the distance that the laser light passes through the air can be made as short as possible, and as a result, deterioration of the measurement accuracy due to fluctuation of the refractive index can be prevented. The member 28 includes a mirror M 4 ,
The cross section in accordance with the opening of M 5 is formed into a triangular shape, not necessarily limited to this shape.

【0056】また、ミラーM4,M5と隔壁20との間の
全部又は一部に強制的に高速の気流を注入し、その隙間
に安定な層流を形成してもよい。かかる層流によっても
空気の揺らぎの影響を抑制することが可能である。図2
に示す層流形成部30はそのような高速の気流を形成す
る手段である。そのような層流を図示されるように部材
28と組み合わせて利用してもよい。
Further, a high-speed air flow may be forcibly injected into all or a part of the space between the mirrors M 4 and M 5 and the partition wall 20 to form a stable laminar flow in the gap. Even with such a laminar flow, it is possible to suppress the influence of air fluctuation. FIG.
Is a means for forming such a high-speed airflow. Such a laminar flow may be utilized in combination with member 28 as shown.

【0057】また、上述したアルゴリズムにおいては、
結果として可観測量の差分を演算しているので、同一場
所における屈折率の揺らぎの影響は打ち消される傾向に
ある。そこで、第2空間18において各レーザが空気を
通過する距離を等しくすれば、結果として空気の揺らぎ
による影響を低減できる。そのための構成として、本実
施形態では、隔壁20と部材28との間の隙間において
光軸100Bと光軸102Bとを交差させている。
In the above algorithm,
As a result, since the difference between the observable amounts is calculated, the influence of the fluctuation of the refractive index at the same location tends to be canceled. Therefore, if the distances at which the lasers pass through the air in the second space 18 are made equal, as a result, the influence of air fluctuations can be reduced. As a configuration for this purpose, in the present embodiment, the optical axis 100B and the optical axis 102B intersect in the gap between the partition wall 20 and the member 28.

【0058】姿勢制御部32は第2運動体16の姿勢を
制御する手段であり、上述したように、各光軸100
B,102Bに対してミラーM4,M5が直交するように
第2運動体16の姿勢を制御している。
The attitude control section 32 is means for controlling the attitude of the second moving body 16, and as described above,
The attitude of the second moving body 16 is controlled so that the mirrors M 4 and M 5 are orthogonal to B and 102B.

【0059】このように、本実施形態においては、実質
的に真空状態にある第1空間内の第1運動体12と大気
中の第2運動体を平行に運動させることを相対変位検出
の前提条件としているが、このような前提条件を満足さ
せることは、相対変位を検出する場合のみならず、例え
ば第2運動体16上に各種の計測機器を搭載し、この第
2運動体を所定の基準(第1運動体や、第1運動体の基
準となるレーザ光軸)に対して平行に移動させる姿勢制
御装置にとっても本質的に重要なものとなる。
As described above, in this embodiment, moving the first moving body 12 in the first space substantially in a vacuum state and the second moving body in the atmosphere in parallel is a prerequisite for relative displacement detection. Satisfying such prerequisites is not only in the case of detecting relative displacement, but also, for example, by mounting various measuring devices on the second moving body 16 and mounting the second moving body on a predetermined position. This is essentially important for a posture control device that moves in parallel with a reference (the first moving body or a laser optical axis serving as a reference for the first moving body).

【0060】本実施形態において、第1運動体の姿勢を
検出するのは、第3光波干渉計22であり(姿勢変動
が、例えばヨー角にして10μrad程度である場合に
は、1/10μrad程度の分解能で計測)、この第3
光波干渉計22からの検出結果に基づいて、位置姿勢制
御部24が第1運動体12の姿勢を制御し、レーザ光軸
(光軸100A)に対して平行に運動するように制御す
る。制御する物理量としては、上述したヨー角やピッチ
角等である。
In this embodiment, it is the third light wave interferometer 22 that detects the posture of the first moving body (when the posture variation is, for example, about 10 μrad in yaw angle, about 1/10 μrad). This third measurement
Based on the detection result from the light wave interferometer 22, the position / posture control unit 24 controls the posture of the first moving body 12 so as to move in parallel with the laser optical axis (optical axis 100A). The physical quantities to be controlled include the yaw angle and the pitch angle described above.

【0061】一方、第2運動体16の姿勢は、各光軸1
00B,102Bに対してミラーM4,M5が直交するよ
うに制御することで行っている。具体的には、第1光波
干渉計10Aや第2光波干渉計10Bで第2運動体16
の姿勢を検出し、この検出結果に基づいて、姿勢制御部
32が第2運動体16の姿勢を制御して、第1運動体に
対して平行に(すなわち、レーザ光軸に対して平行に)
運動させる。
On the other hand, the posture of the second moving body 16 is
This is performed by controlling the mirrors M 4 and M 5 to be orthogonal to 00B and 102B. Specifically, the second moving body 16 is provided by the first lightwave interferometer 10A and the second lightwave interferometer 10B.
The posture control unit 32 controls the posture of the second moving body 16 on the basis of the detection result to be parallel to the first moving body (that is, parallel to the laser optical axis). )
Exercise.

【0062】これにより、真空中でのレーザ光の真直度
に近い精度で、大気中の第2運動体16を所定の基準に
沿って直進運動させることができる。
Thus, the second moving body 16 in the atmosphere can be caused to linearly move in accordance with a predetermined reference with an accuracy close to the straightness of the laser beam in a vacuum.

【0063】なお、第2運動体16を第1運動体12に
対して平行に運動させる(言い換えれば、大気中の第2
運動体16を所定の基準に沿って高精度に直進運動させ
る)ためには、図2に示されたようなミラーM2、M3
4、M5は必ずしも必要ではなく、第1運動体12上に
レーザ光軸に対して所定の角度をなす一つのミラーを設
けるとともに、第2運動体16上に別のミラーを設け、
真空中にある光波干渉計からのレーザ光が第1運動体1
2上のミラーで反射して第2運動体上のミラーに垂直に
入射し、さらにこの第2運動体16上のミラーで反射し
た後、第1運動体12上のミラーに戻り、最終的に光波
干渉計に戻るような光路を形成することによっても可能
である。もちろん、この場合においても第1運動体12
上のミラーと第2運動体16上のミラーの間の光路上に
位置する隔壁20の部材は、透明な窓である必要がある
のは言うまでもない。そして、第2運動体16の姿勢
は、第1運動体12上のミラーと第2運動体上のミラー
で反射して戻ってきたレーザ光を光波干渉計で検出する
ことで計測することができ(その光路の大部分は、第1
運動体12が位置する真空の空間内にあるので、第1運
動体12の姿勢計測と同様に1/10μrad程度の分
解能で計測できる)、これに基づいて姿勢制御部32が
第2運動体16のヨー角やピッチ角等を制御して第1運
動体12に対して平行に運動させることができる。
The second moving body 16 is moved in parallel to the first moving body 12 (in other words, the second moving body 16
In order to make the moving body 16 linearly move with high precision according to a predetermined standard), the mirrors M 2 , M 3 ,
M 4 and M 5 are not necessarily required. One mirror is provided on the first moving body 12 at a predetermined angle with respect to the laser optical axis, and another mirror is provided on the second moving body 16.
The laser beam from the light wave interferometer in a vacuum is the first moving body 1
After being reflected by the mirror on the second moving body and perpendicularly incident on the mirror on the second moving body, further reflected by the mirror on the second moving body 16, the mirror returns to the mirror on the first moving body 12, and finally This is also possible by forming an optical path that returns to the light wave interferometer. Of course, also in this case, the first moving body 12
It goes without saying that the member of the partition wall 20 located on the optical path between the upper mirror and the mirror on the second moving body 16 needs to be a transparent window. Then, the posture of the second moving body 16 can be measured by detecting the laser beam reflected by the mirror on the first moving body 12 and the mirror on the second moving body and returned by the light wave interferometer. (Most of the light path is the first
Since it is in the vacuum space where the moving body 12 is located, it can be measured with a resolution of about 1/10 μrad similarly to the posture measurement of the first moving body 12), and based on this, the posture control unit 32 By controlling the yaw angle, the pitch angle and the like of the first moving body 12, the moving body can be moved in parallel with the first moving body 12.

【0064】次に、位置測定装置の具体的な実施形態に
ついて図3を用いて説明する。
Next, a specific embodiment of the position measuring device will be described with reference to FIG.

【0065】上述した第1運動体12及び第2運動体1
6は、何れもその運動に関わる案内機構と駆動機構が不
可欠である。第2運動体16に関しては空気中の運動で
あるため、例えば通常の高精度工作機械等で用いられて
いる機構をそのまま利用できる。その一方、第1運動体
12に関しては、真空中における高精度な移動を実現す
る必要があり、通常の接触型案内機構では、例えば真空
に適合した潤滑等の問題が危惧される。一方、第1運動
体12に関して従来装置で見られる例えば磁気浮上機構
や非接触リニアモーター等の非接触型案内機構を利用す
ることもできる。本実施形態では、図3に示すような簡
易な方式が採用されている。
The first moving body 12 and the second moving body 1 described above
The guide mechanism 6 and the driving mechanism 6 are indispensable for the movement. Since the second moving body 16 is a movement in the air, for example, a mechanism used in a normal high-precision machine tool or the like can be used as it is. On the other hand, with respect to the first moving body 12, it is necessary to realize high-precision movement in a vacuum, and with a normal contact-type guide mechanism, for example, there is a concern about problems such as lubrication suitable for a vacuum. On the other hand, a non-contact type guide mechanism such as a magnetic levitation mechanism or a non-contact linear motor, which is found in a conventional apparatus, can be used for the first moving body 12. In the present embodiment, a simple system as shown in FIG. 3 is employed.

【0066】図3において、第1運動体12及び第2運
動体16は、紙面垂直方向に向かって運動する。第1運
動体12を収容する隔壁(シェル)20は支持機構34
によって支持されている。一方、第2運動体16は被測
定体に固定されているが、その被測定体は図示省略され
ている。もちろん、第2運動体16をそのままスケーラ
ーとして利用してもよい。
In FIG. 3, the first moving body 12 and the second moving body 16 move in a direction perpendicular to the paper. The partition (shell) 20 that accommodates the first moving body 12 includes a support mechanism 34.
Supported by On the other hand, the second moving body 16 is fixed to the measured object, but the measured object is not shown. Of course, the second moving body 16 may be used as it is as a scaler.

【0067】隔壁20には、レーザ光が透過する窓20
Aが設けられている。また、隔壁20内は図示されてい
ない真空装置によって真空にされている。
The partition 20 has a window 20 through which the laser beam passes.
A is provided. The inside of the partition 20 is evacuated by a vacuum device (not shown).

【0068】隔壁20内には、上記の第1運動体12が
運動方向に沿って運動自在に設けられており、更に第1
光学系36が設けられている。この第1光学系は、図2
に示したミラーM2,M3を含むものである。図示される
ように、第1運動体12は隔壁20に対して非接触で駆
動される。このため上下制御部200及び左右制御部2
02が設けられている。これらの上下制御部200及び
左右制御部202は図2に示した位置姿勢制御部24に
相当するものである。上下制御部200は第2運動体1
6に固定配置された磁気回路構成素子38と、第1運動
体12に固定配置された磁気回路構成素子40と、磁気
回路構成素子38を励磁する励磁制御コイル42とで構
成されるものである。その一方、左右制御部202は、
第2運動体16に固定配置された磁気回路構成素子44
と、第1運動体12に固定配置された磁気回路構成素子
46と、磁気回路構成素子44を励磁するための励磁制
御コイル48と、で構成される。さらに、上下制御部2
00による励磁作用を検出するため磁気センサ50が設
けられ、また、左右制御部202による磁気作用を検出
するため磁気センサ52が設けられている。
The above-mentioned first moving body 12 is provided in the partition wall 20 so as to be movable along the moving direction.
An optical system 36 is provided. This first optical system is shown in FIG.
The mirrors M 2 and M 3 shown in FIG. As shown, the first moving body 12 is driven in non-contact with the partition wall 20. Therefore, the up / down control unit 200 and the left / right control unit 2
02 is provided. These up / down control unit 200 and left / right control unit 202 correspond to the position / posture control unit 24 shown in FIG. The vertical control unit 200 is the second moving body 1
6, a magnetic circuit component 38 fixed to the first moving body 12, and an excitation control coil 42 for exciting the magnetic circuit component 38. . On the other hand, the left / right control unit 202
Magnetic circuit component 44 fixedly arranged on second moving body 16
And a magnetic circuit component 46 fixed to the first moving body 12 and an excitation control coil 48 for exciting the magnetic circuit component 44. Further, the vertical control unit 2
A magnetic sensor 50 is provided for detecting the excitation effect of the right and left 00, and a magnetic sensor 52 is provided for detecting the magnetic operation of the left and right control unit 202.

【0069】上下制御部200及び左右制御部202に
よって、磁気センサ50,52の出力に基づいて励磁が
制御され、その結果、常に第1運動体12の姿勢が一定
に制御される。すなわち、隔壁20に対して非接触で安
定した状態が構築される。
Excitation is controlled by the up / down control unit 200 and the left / right control unit 202 based on the outputs of the magnetic sensors 50 and 52. As a result, the attitude of the first moving body 12 is always controlled to be constant. That is, a stable state is established without contact with the partition wall 20.

【0070】第2運動体16には、第2光学系37が設
けられており、この第2光学系37は図2に示したミラ
ーM4,M5を含むものである。すなわち、窓20Aを介
して第1光学系36と第2光学系37との間でレーザ光
が行き来する。
The second moving body 16 is provided with a second optical system 37. The second optical system 37 includes the mirrors M 4 and M 5 shown in FIG. That is, the laser light travels between the first optical system 36 and the second optical system 37 via the window 20A.

【0071】図3には示されていないが、第1運動体1
2の運動方向への位置を例えば磁力によって制御するこ
とにより、第2運動体16と第1運動体12の運動方向
における位置を常に一致させることができる。すなわち
相対変位を0に収束させることができる。これは図2に
示した主制御部27の作用によって行われる。
Although not shown in FIG. 3, the first moving body 1
By controlling the position of the second moving body 16 in the movement direction by, for example, a magnetic force, the positions of the second moving body 16 and the first moving body 12 in the movement direction can always be matched. That is, the relative displacement can be made to converge to zero. This is performed by the operation of the main control unit 27 shown in FIG.

【0072】図3に示す実施形態によれば、第2運動体
16が運動すると、上述した計測機構によって第2運動
体16と第1運動体12の相対変位が常に検出され、更
にその相対変位が0になるように第1運動体12が駆動
制御される。第1運動体12の位置は真空条件下におい
て高精度に測定可能であるので、結果として第1運動体
12の位置として第2運動体16の位置を高精度に測定
することが可能となる。換言すれば、空気中にある第2
運動体16の位置を真空での観測と同様の精度をもって
観測することができる。したがって、光波干渉測長計の
機能を充分に利用して高精度の位置測定を実現できる。
According to the embodiment shown in FIG. 3, when the second moving body 16 moves, the relative displacement between the second moving body 16 and the first moving body 12 is always detected by the measuring mechanism described above, and the relative displacement is further detected. Is controlled to be 0. Since the position of the first moving body 12 can be measured with high accuracy under vacuum conditions, as a result, the position of the second moving body 16 can be measured with high accuracy as the position of the first moving body 12. In other words, the second in the air
The position of the moving body 16 can be observed with the same accuracy as the observation in a vacuum. Therefore, high-precision position measurement can be realized by making full use of the function of the lightwave interferometer.

【0073】図3に示すような装置は、例えば高精度の
加工を行う装置や半導体製造装置などの分野で用いるこ
とが可能である。
The apparatus as shown in FIG. 3 can be used, for example, in the field of a high-precision processing apparatus or a semiconductor manufacturing apparatus.

【0074】図4には、図3に示された位置測定装置の
より詳細な構成が示されている。第1運動体12には、
上下制御磁気回路構成素子40及び左右制御磁気回路構
成素子46が2組設けられている。これらの磁気回路構
成素子は、通常永久磁石などで構成することができる。
また、第2運動体16には、第1運動体12上の磁気回
路構成素子40、46に対向するように上下制御磁気回
路構成素子38及び左右制御磁気回路構成素子44が2
組設けられており、これらは通常電磁石で構成すること
ができる。上下制御磁気回路構成素子38には励磁制御
コイル42が接続され、また左右制御磁気回路構成素子
44には励磁制御コイル48が接続されており、励磁コ
イル42、48へ通電する電流を制御することで上下制
御磁気回路構成素子38および左右制御磁気回路構成素
子44の磁力を制御することができる。
FIG. 4 shows a more detailed configuration of the position measuring device shown in FIG. In the first moving body 12,
Two sets of up / down control magnetic circuit components 40 and left / right control magnetic circuit components 46 are provided. These magnetic circuit components can usually be constituted by permanent magnets or the like.
Also, the second moving body 16 is provided with an up / down control magnetic circuit component 38 and a left / right control magnetic circuit component 44 so as to face the magnetic circuit components 40 and 46 on the first moving body 12.
A set is provided, and these can be usually constituted by an electromagnet. An excitation control coil 42 is connected to the up / down control magnetic circuit component 38, and an excitation control coil 48 is connected to the left / right control magnetic circuit component 44, so that the current supplied to the excitation coils 42, 48 can be controlled. Thus, the magnetic force of the up / down control magnetic circuit component 38 and the left / right control magnetic circuit component 44 can be controlled.

【0075】また、上下制御磁気回路構成素子38の端
部及び左右制御磁気回路構成素子46の端部には磁気セ
ンサ50、52が設けられており、それぞれ上下制御磁
気回路構成素子38の磁力及び左右制御磁気回路構成素
子44の磁力、具体的には電磁石と永久磁石間の磁束密
度を検出する。
Magnetic sensors 50 and 52 are provided at the end of the up / down control magnetic circuit component 38 and at the end of the left / right control magnetic circuit component 46, respectively. The magnetic force of the left / right control magnetic circuit component 44, specifically, the magnetic flux density between the electromagnet and the permanent magnet is detected.

【0076】上述したように、第1運動体12上の上下
制御磁気回路構成素子40と左右制御磁気回路構成素子
46、及びこれに対向する第2運動体16上の上下制御
磁気回路構成素子38及び左右磁気回路構成素子44は
2組(図においてはAとB)設けられており、第2運動
体16上のA、B2組の上下制御磁気回路構成素子38
は、第1運動体12との間で互いに吸引する方向(図中
上下方向)に磁力が働いて第1運動体12を非接触で浮
上させる。一方、第2運動体16上に設けられたA、B
2組の左右制御磁気回路44は、第1運動体12との間
で互いに反発する方向(図中左右方向)に磁力が働き、
第1運動体12をセンタ位置に定位させる。
As described above, the up / down control magnetic circuit component 40 and the left / right control magnetic circuit component 46 on the first moving body 12 and the up / down control magnetic circuit component 38 on the second moving body 16 opposed thereto. And two sets of left and right magnetic circuit components 44 (A and B in the figure) are provided, and two sets of A and B upper and lower control magnetic circuit components 38 on the second moving body 16 are provided.
The magnetic force acts on the first moving body 12 in a direction in which the first moving body 12 is attracted to each other (vertical direction in the drawing), so that the first moving body 12 floats without contact. On the other hand, A, B provided on the second moving body 16
The two sets of left and right control magnetic circuits 44 exert magnetic forces in directions (left and right directions in the drawing) that repel each other with the first moving body 12,
The first moving body 12 is located at the center position.

【0077】また、第1運動体12のヨー角とピッチ角
は第3光波干渉計22で常時測定されて姿勢制御部24
に供給され、姿勢制御部24は上下制御磁気回路構成素
子40や左右制御磁気回路構成素子46を制御して、第
1運動体12のヨー角とピッチ角を補正する。
Further, the yaw angle and the pitch angle of the first moving body 12 are constantly measured by the third
The attitude control unit 24 controls the up / down control magnetic circuit component 40 and the left / right control magnetic circuit component 46 to correct the yaw angle and the pitch angle of the first moving body 12.

【0078】一方、第1運動体12には、さらに非磁性
体台座70上に永久磁石72及び永久磁石74が設けら
れており、第2運動体16には、さらに非磁性体台座6
0、76上に電磁石62及び78が設けられている。電
磁石62には、励磁制御コイル64及び磁気センサ6
6、68が設けられ、電磁石78には励磁制御コイル8
0及び磁気センサ82、84が設けられている。これら
は牽引制御磁気回路300として機能し、隔壁20を介
して第2運動体16が第1運動体12を牽引するもので
ある。このため、磁気センサ66、68は電磁石62の
磁極の中央ではなく所定量ずれた位置に配置されてお
り、両磁気センサ66、68の出力を比較し、その差が
小さくなるように励磁制御コイル64の通電電流を制御
することで、第1運動体12の位置を第2運動体16の
位置から大きくはずれることなく牽引することができ
る。この牽引制御により、第1運動体12は第2運動体
16の動きに追従して動くことになる。
On the other hand, the first moving body 12 is further provided with a permanent magnet 72 and a permanent magnet 74 on a non-magnetic base 70, and the second moving body 16 is further provided with a non-magnetic base 6
Electromagnets 62 and 78 are provided on 0 and 76. The electromagnet 62 includes an excitation control coil 64 and a magnetic sensor 6.
6 and 68 are provided, and the electromagnet 78 has an excitation control coil 8
0 and magnetic sensors 82 and 84 are provided. These function as a traction control magnetic circuit 300, and the second moving body 16 pulls the first moving body 12 through the partition wall 20. For this reason, the magnetic sensors 66 and 68 are arranged not at the center of the magnetic pole of the electromagnet 62 but at a position shifted by a predetermined amount. The outputs of the two magnetic sensors 66 and 68 are compared, and the excitation control coil is set so that the difference becomes small. The position of the first moving body 12 can be towed without significantly deviating from the position of the second moving body 16 by controlling the current supplied to the second moving body 64. By this traction control, the first moving body 12 moves following the movement of the second moving body 16.

【0079】図5には、図4に示された位置測定装置の
電装系のブロック図が示されている。3軸干渉計として
の第3光波干渉計22で検出された第1運動体12の位
置やヨー角、ピッチ角は姿勢制御部24に供給される。
また、上下制御磁気回路内のA、B2組の磁気センサ5
0で検出された上下制御磁気回路構成素子の磁力(磁束
密度)は増幅器にて増幅された後、姿勢制御部24に供
給される。また、左右制御磁気回路内のA、B2組の磁
気センサ52で検出された左右制御磁気回路構成素子の
磁力(磁束密度)は増幅器で増幅された後、姿勢制御部
24に供給される、さらに、牽引制御磁気回路内の磁気
センサ66、68、82、84にて検出された磁束密度
は、増幅器で増幅された後、姿勢制御部24に供給され
る。
FIG. 5 is a block diagram of an electric system of the position measuring device shown in FIG. The position, yaw angle, and pitch angle of the first moving body 12 detected by the third light wave interferometer 22 as a three-axis interferometer are supplied to the attitude control unit 24.
Further, two sets of magnetic sensors 5 of A and B in the vertical control magnetic circuit.
The magnetic force (magnetic flux density) of the vertical control magnetic circuit element detected at 0 is amplified by the amplifier and then supplied to the attitude control unit 24. The magnetic force (magnetic flux density) of the left and right control magnetic circuit components detected by the two sets of magnetic sensors 52 in the left and right control magnetic circuit is amplified by an amplifier, and then supplied to the attitude control unit 24. The magnetic flux density detected by the magnetic sensors 66, 68, 82, 84 in the traction control magnetic circuit is supplied to the attitude control unit 24 after being amplified by the amplifier.

【0080】姿勢制御部24は、入力された第1運動体
12のヨー角やピッチ角が所望の値、具体的には、レー
ザ光の光軸に対して第1運動体12が平行に移動するよ
うにドライバを介して上下制御磁気回路、左右制御磁気
回路及び牽引制御磁気回路の各励磁コイルを駆動する。
なお、このような閉ループ制御系は、公知のサーボ技術
により容易に構成することができる。
The attitude control unit 24 determines that the input yaw angle or pitch angle of the first moving body 12 is a desired value, specifically, the first moving body 12 moves parallel to the optical axis of the laser beam. Then, the respective excitation coils of the up / down control magnetic circuit, the left / right control magnetic circuit, and the traction control magnetic circuit are driven via a driver.
Note that such a closed-loop control system can be easily configured by a known servo technique.

【0081】ここで、ヨー角の角度修正は、上述したと
おり磁石の反発力を用いて行うが、具体的には、図6に
示されるように、第1運動体12側の左右制御磁気回路
構成素子46に所定量のオフセットを与えておき、第2
運動体16上の左右制御磁気回路の磁力の大きさによっ
て正負の角度調整を行えばよい。図において、実線は左
右制御磁気回路の磁力が弱い場合の第1運動体12の姿
勢を示し、破線は左右磁気回路の磁力が強い場合の姿勢
を示している。このように、磁力を強弱させることによ
って、第1運動体12のヨー角制御が可能となる。
Here, the correction of the yaw angle is performed by using the repulsive force of the magnet as described above. Specifically, as shown in FIG. 6, the left / right control magnetic circuit on the first moving body 12 side is used. A predetermined amount of offset is given to the component 46, and the second
The positive / negative angle adjustment may be performed according to the magnitude of the magnetic force of the left / right control magnetic circuit on the moving body 16. In the figure, the solid line indicates the posture of the first moving body 12 when the magnetic force of the left and right control magnetic circuit is weak, and the broken line indicates the posture when the magnetic force of the left and right magnetic circuit is strong. Thus, the yaw angle of the first moving body 12 can be controlled by increasing or decreasing the magnetic force.

【0082】また、図に示すように、左右の各1組の左
右制御磁気回路構成素子46を同時に制御する場合、1
組あたりの修正量dの2倍が修正される。ヨー角をαと
し、2組の左右制御磁気回路構成素子間の距離をLとし
た場合、
As shown in the figure, when simultaneously controlling a pair of left and right control magnetic circuit components 46 on the left and right sides, 1
Twice the correction amount d per set is corrected. When the yaw angle is α and the distance between the two sets of left and right control magnetic circuit components is L,

【数7】 cosα=(L/(L2+4d2)) ・・・(7) となるから、Cos α = (L / (L 2 + 4d 2 )) (7)

【数8】 d=1/2{L(1/cosα−L)}0.5 ・・・(8) となり、ヨー角αが求まれば、左右方向修正量dも算出
することができる。同様にして、ピッチ角から上下方向
修正量も算出することが可能である。
D = 1/2 {L (1 / cos α−L)} 0.5 (8) When the yaw angle α is obtained, the left-right direction correction amount d can be calculated. Similarly, the vertical correction amount can be calculated from the pitch angle.

【0083】以上、本実施形態の位置測定装置について
説明したが、この位置測定装置にはローリング方向の制
御機能はないものの、第1運動体12の上部を上下制御
磁気回路により引っ張り上げるとともに、第1運動体1
2の下部を左右制御磁気回路によりセンタに位置決めす
ることで、第1運動体12の回転止めの機能も兼用して
いる。したがって、実質的にはローリング方向の制御も
可能である。
Although the position measuring device of this embodiment has been described above, this position measuring device has no control function in the rolling direction, but the upper part of the first moving body 12 is pulled up by the up-down control magnetic circuit, and 1 moving body 1
By positioning the lower part of 2 at the center by the left and right control magnetic circuit, the function of stopping rotation of the first moving body 12 is also used. Therefore, the control of the rolling direction is also substantially possible.

【0084】また、本実施形態においては、磁気センサ
を用いて磁束密度から第1運動体12の浮上検出を行っ
ているが、磁気センサの代わりに静電用量式ギャップセ
ンサやレーザ式のインジケータを用いることで第1運動
体12の浮上量を検出することもできる。特に、レーザ
式のインジケータを用いた場合には、隔壁20の窓20
Aを通して第2運動体16上から測定するのが好まし
い。
In this embodiment, the floating of the first moving body 12 is detected from the magnetic flux density using a magnetic sensor. However, instead of the magnetic sensor, an electrostatic dose gap sensor or a laser type indicator is used. By using this, the floating amount of the first moving body 12 can also be detected. In particular, when a laser-type indicator is used, the window 20
It is preferable to measure from above the second moving body 16 through A.

【0085】また、第1運動体12の総出量が小さく、
これに比べて所定の印加加速度の範囲内で必要な牽引力
を十分上回る磁気牽引力が磁石により得られる場合に
は、励磁制御コイルや磁気センサを除去して、単なる固
定の磁石を用いることも可能である。
The total output of the first moving body 12 is small,
On the other hand, if the magnet can provide a magnetic traction force sufficiently higher than the required traction force within the predetermined applied acceleration range, the excitation control coil and magnetic sensor can be removed and a simple fixed magnet can be used. is there.

【0086】また、牽引制御磁気回路素子300の電磁
石62や永久磁石72、74、電磁石78はそれぞれ独
立でもよく、あるいは図7に示されるように同芯全周の
一体構造の一部であってもよい。
The electromagnet 62, the permanent magnets 72, 74, and the electromagnet 78 of the traction control magnetic circuit element 300 may be independent of each other, or may be a part of an integral structure around the entire circumference as shown in FIG. Is also good.

【0087】さらに、図4における磁気回路A、B、C
間の距離はこれらの磁気回路間の磁気抵抗が十分大きく
なるように十分取るか、または、磁気的遮蔽手段を設け
て相互の磁気干渉を防ぎ、制御性を向上させることも可
能である。
Further, the magnetic circuits A, B, and C in FIG.
The distance between the magnetic circuits can be set to be sufficiently large so that the magnetic resistance between these magnetic circuits is sufficiently large, or a magnetic shielding means can be provided to prevent mutual magnetic interference and improve controllability.

【0088】以上説明したように、運動体のヨー角やピ
ッチ角を制御すれば、高精度の計測を行うことができる
が、その一方で、図8(a)に示すように、第1運動体
12(あるいは第2運動体16)をガイドするガイドレ
ールのがたつきやうねりが大きい場合には、ヨー角やピ
ッチ角を調整した後も、図8(b)に示すように、レー
ザ光軸である計測光路100(運動体の移動方向)に対
して直交する方向に第1運動体12(あるいは第2運動
体16)がスライドする成分が維持されてしまう場合が
ある。つまり、運動体の走行方向は任意の瞬間では正確
に計測光路100と平行に走行するが、走行全体として
は計測光路100に沿っていない、いわゆる蛇行が発生
する場合がある。また、ヨー角やピッチ角の変動は微動
であるが、蛇行が大きく生じる可能性もある。
As described above, high-precision measurement can be performed by controlling the yaw angle and the pitch angle of the moving body. On the other hand, as shown in FIG. If the guide rail that guides the body 12 (or the second moving body 16) has large rattling or undulation, the laser beam is adjusted as shown in FIG. 8B after adjusting the yaw angle and the pitch angle. A component in which the first moving body 12 (or the second moving body 16) slides in a direction orthogonal to the measurement optical path 100 (the moving direction of the moving body), which is the axis, may be maintained. That is, the traveling direction of the moving body travels exactly parallel to the measurement optical path 100 at any given moment, but the so-called meandering may not occur along the measurement optical path 100 as a whole. Further, the fluctuation of the yaw angle and the pitch angle is a slight movement, but there is a possibility that the meandering is largely generated.

【0089】このような運動体のスライドも上述した光
波干渉計による計測と姿勢を制御する手段を利用して排
除することができる。
Such a slide of the moving body can be eliminated by using the means for controlling the posture and the measurement by the light wave interferometer described above.

【0090】図9(a),(b)に、第1運動体12の
スライドを検出する光波干渉計を用いた姿勢変動検出手
段の一例を示す。なお、図9(a),(b)は、第1運
動体12に対する姿勢変動検出手段として3系統の測長
系を有している例を示している。
FIGS. 9A and 9B show an example of a posture variation detecting means using a light wave interferometer for detecting the sliding of the first moving body 12. FIG. 9A and 9B show an example in which three length measurement systems are provided as a posture variation detection unit for the first moving body 12. FIG.

【0091】まず、第1は、第1空間14に配置された
走行方向光波干渉計150(これは第3光波干渉計22
と兼用することができる)と、第1運動体12上に固定
されたミラー152(これは、ミラーM1と兼用するこ
とができる)とで第1光軸を構成する第1測長系であ
る。この第1測長系による光路長の測定により、第1運
動体12の移動方向の正確な移動量を測定する。
First, the first is a traveling direction light wave interferometer 150 (this is a third light wave interferometer 22) disposed in the first space 14.
And a mirror 152 fixed on the first moving body 12 (which can also be used as the mirror M1) is a first length measuring system forming a first optical axis. . By measuring the optical path length by the first length measuring system, the accurate moving amount of the first moving body 12 in the moving direction is measured.

【0092】第2に、第1空間14に配置された左右方
向光波干渉計154と第1運動体12上で移動方向に対
して45°傾いて固定されたミラー156と移動方向と
平行に配置されたミラー158とで第2光軸を構成する
第2測長系である。この第2測長系によるテーブル52
の左右方向(紙面上下方向)を含む光路長の測定によ
り、第1運動体12の移動方向に対する左右方向のスラ
イド量を正確に測定する。つまり、第1運動体12が移
動方向に対して左(図中上方)にスライドすれば、光路
長が長くなり、右(図中下方)にスライドすれば光路長
は短くなる。
Second, a left-right optical interferometer 154 arranged in the first space 14 and a mirror 156 fixed on the first moving body 12 at 45 ° to the moving direction and arranged in parallel with the moving direction. A second length measurement system that forms the second optical axis with the mirror 158 that has been set. Table 52 by this second length measurement system
By measuring the optical path length including the left-right direction (vertical direction in the drawing), the sliding amount in the left-right direction with respect to the moving direction of the first moving body 12 is accurately measured. That is, if the first moving body 12 slides to the left (upward in the figure) with respect to the moving direction, the optical path length increases, and if it slides to the right (downward in the figure), the optical path length decreases.

【0093】第3は、図9(b)に示すように、第1空
間14に配置された上下方向光波干渉計160と第1運
動体12上で移動方向に対して仰角45°傾いて固定さ
れたミラー162と第1運動体12上に移動方向と平行
に配置されたミラー164とで第3光軸を構成する第3
測長系である。この第3測長系による第1運動体12の
上下方向(図9(a)の場合、紙面表裏方向)を含む光
路長の測定により、第1運動体12の移動方向に対する
上下方向のスライド量を正確に測定する。つまり、第1
運動体12が移動方向に対して上(図9(b)参照)に
スライドすれば、光路長が長くなり、下(図9(b)参
照)にスライドすれば光路長は短くなる。
Third, as shown in FIG. 9B, the vertical light wave interferometer 160 disposed in the first space 14 is fixed on the first moving body 12 at an elevation angle of 45 ° with respect to the moving direction. A third optical axis constituted by the mirror 162 that has been moved and the mirror 164 that is arranged on the first moving body 12 in parallel with the moving direction.
It is a length measurement system. By measuring the optical path length including the vertical direction of the first moving body 12 (in the case of FIG. 9A, the front and back sides of the paper surface) by the third length measuring system, the amount of vertical sliding with respect to the moving direction of the first moving body 12 Is measured accurately. That is, the first
If the moving body 12 slides up (see FIG. 9B) with respect to the moving direction, the optical path length increases, and if it slides down (see FIG. 9B), the optical path length decreases.

【0094】なお、第1運動体12(あるいは第2運動
体16)が、ガイドレールに係合する走行体と、この走
行体に対して弾性部材で接続されたテーブルから構成さ
れる場合には、実際にスライドするのはテーブルである
ことから、各種ミラーはこのテーブル上に設けられるこ
とになる。
In the case where the first moving body 12 (or the second moving body 16) is composed of a traveling body engaged with the guide rail and a table connected to the traveling body by an elastic member. Since it is the table that actually slides, various mirrors are provided on this table.

【0095】図10(a)には、第1運動体12(ある
いは第2運動体16)が上述したように走行体12aと
テーブル12bから構成される場合の、左右方向のスラ
イドを打ち消すための弾性部材と制御手段との配置例が
示されている。図10(a)に示すように、走行体12
aとテーブル12bとは、弾性ヒンジ166で接続され
ている。この弾性ヒンジ166は第1運動体12の重心
を通る直線上に配置されている。この弾性ヒンジ166
は、例えばBeCuや燐青銅等の弾性限界が例えば50
kg/mm2以上の材質で形成され、撓み方向(図10
(a)の場合、左右方向)に凹状の肉盗み形状を呈し、
容易に左右方向に変位できるようになっている。また、
制御手段である静電アクチュエータ168は、テーブル
12bの下面ほぼ重心位置で、走行体12aの上面に形
成された突起12cとテーブル12bの下面に形成され
た突起12dとの間に介在配置されている。従って、検
出された第1運動体12(具体的にはテーブル12b)
の左右方向のスライド量に応じて静電アクチュエータ1
68を伸縮させることによって、テーブル12bを走行
体12aに対して平行に左右移動させることができる。
FIG. 10 (a) shows a case in which the first moving body 12 (or the second moving body 16) is composed of the running body 12a and the table 12b as described above to cancel the sliding in the left-right direction. The example of arrangement | positioning of an elastic member and a control means is shown. As shown in FIG.
a and the table 12b are connected by an elastic hinge 166. The elastic hinge 166 is arranged on a straight line passing through the center of gravity of the first moving body 12. This elastic hinge 166
Is such that the elastic limit of BeCu or phosphor bronze is 50, for example.
kg / mm 2 or more, and the bending direction (Fig. 10
(In the case of (a), left-right direction)
It can be easily displaced left and right. Also,
The electrostatic actuator 168, which is a control means, is interposed between the protrusion 12c formed on the upper surface of the traveling body 12a and the protrusion 12d formed on the lower surface of the table 12b at substantially the center of gravity of the lower surface of the table 12b. . Therefore, the detected first moving body 12 (specifically, the table 12b)
Electrostatic actuator 1 according to the amount of horizontal sliding of
By expanding and contracting 68, the table 12b can be moved left and right parallel to the traveling body 12a.

【0096】同様に、図10(b)には、テーブル12
bの上下方向のスライドを打ち消すための弾性部材と制
御手段との配置例が示されている。図10(b)に示す
ように、走行体12aとテーブル12bとは、弾性ヒン
ジ170で接続されている。この弾性ヒンジ170は第
1運動体12の重心を通る直線上に配置され、例えばB
eCuや燐青銅等の弾性限界が例えば50kg/mm2
以上の材質で形成され、撓み方向(図10(b)の場
合、上下方向)に凹状の肉盗み形状を呈し、容易に上下
方向に変位できるようになっている。また、制御手段で
ある静電アクチュエータ172は、テーブル12bの下
面ほぼ重心位置に当接するように、走行体12aとテー
ブル12bとの間に介在配置されている。従って、検出
された第1運動体(具体的にはテーブル12b)の上下
方向のスライド量に応じて静電アクチュエータ172を
伸縮させることによって、テーブル12bを走行体12
aに対して平行に上下移動させることができる。
Similarly, FIG. 10 (b) shows the table 12
The example of arrangement of the elastic member and the control means for canceling the vertical slide of b is shown. As shown in FIG. 10B, the traveling body 12a and the table 12b are connected by an elastic hinge 170. The elastic hinge 170 is arranged on a straight line passing through the center of gravity of the first moving body 12, for example, B
The elastic limit of eCu or phosphor bronze is, for example, 50 kg / mm 2
It is formed of the above-mentioned material, and has a concave shape in the bending direction (vertical direction in the case of FIG. 10B) so that it can be easily displaced in the vertical direction. The electrostatic actuator 172, which is a control unit, is interposed between the traveling body 12a and the table 12b so as to abut the lower surface of the table 12b substantially at the position of the center of gravity. Therefore, by extending and contracting the electrostatic actuator 172 in accordance with the detected vertical sliding amount of the first moving body (specifically, the table 12b), the table 12b
It can be moved up and down in parallel to a.

【0097】ところで、前述した各静電アクチュエータ
168,172に提供する第1運動体12(テーブル1
2b)のシフト量は、走行方向光波干渉計150(第3
光波干渉計22)から得られる第1光軸の光路長L1
と、左右方向光波干渉計154から得られる第2光軸の
光路長L2と、上下方向光波干渉計160から得られる
第3光軸の光路長L3と、に基づいて算出される。ま
ず、テーブル12bが基準位置(スライド量ゼロ)にあ
る時の光路長L1,L2,L3の差分Clr=L1−L2,
Cud=L1−L3を求めておく。そして、テーブル12
bが実際に移動している時に測定されたL1A,L2Aを用
いて、L1A−L2A=Clrになるようにテーブル12b
を左右方向に制御する制御信号を発生すれば、リアルタ
イムにテーブル12bの左右方向のスライドを排除する
制御を行うことができる。
By the way, the first moving body 12 (table 1) provided to each of the aforementioned electrostatic actuators 168 and 172 is provided.
2b) is shifted by the traveling direction light wave interferometer 150 (third direction).
The optical path length L1 of the first optical axis obtained from the light wave interferometer 22)
And the optical path length L2 of the second optical axis obtained from the left-right optical interferometer 154 and the third optical axis L3 obtained from the vertical optical interferometer 160. First, the difference Clr of the optical path lengths L1, L2, L3 when the table 12b is at the reference position (the slide amount is zero) = L1−L2,
Cud = L1−L3 is determined in advance. And the table 12
Using the L1A and L2A measured when b is actually moving, the table 12b is set so that L1A-L2A = Clr.
Is generated, a control for eliminating the horizontal sliding of the table 12b can be performed in real time.

【0098】同様に、テーブル12bが実際に移動して
いる時に測定されたL1A,L3Aを用いて、L1A−L3A=
Cudになるようにテーブル12bを上下方向に制御す
る制御信号を発生すれば、リアルタイムにテーブル12
bの上下方向のスライドを排除する制御を行うことがで
きる。
Similarly, using L1A and L3A measured when the table 12b is actually moving, L1A−L3A =
By generating a control signal for controlling the table 12b in the vertical direction so as to obtain the Cud, the table 12b is generated in real time.
It is possible to perform control for eliminating vertical sliding of b.

【0099】このように、第1運動体12を構成する走
行体12aの移動方向と直交する方向のスライド量を光
波干渉計のレーザ光を真の直線基準として用いることに
よって、高精度でテーブル12bを直進移動させるため
の姿勢制御が可能になる。
As described above, the amount of sliding in the direction perpendicular to the direction of movement of the traveling body 12a constituting the first moving body 12 is used as the true linear reference of the laser light of the light wave interferometer, thereby enabling the table 12b to be highly accurate. Can be controlled to move the camera straight.

【0100】なお、図10(a),(b)では、左右方
向の制御と上下方向の制御とを別々に行う構成を示した
が、必要に応じて両者を組み合わせた同時または連続的
に制御を行うようにすれば、より高精度の姿勢制御を行
うことができる。
Although FIGS. 10 (a) and 10 (b) show a configuration in which the control in the horizontal direction and the control in the vertical direction are performed separately, the control may be performed simultaneously or continuously by combining the two as necessary. Is performed, more accurate attitude control can be performed.

【0101】また、前述したヨー角制御の後にスライド
制御を行ったり、ピッチ角制御の後にスライド制御を行
ったり、ピッチング制御及びヨーイング制御の後にスラ
イド制御を行うようにすれば、さらに高精度のテーブル
の姿勢制御を行うことができる。
If the slide control is performed after the above-described yaw angle control, the slide control is performed after the pitch angle control, or the slide control is performed after the pitching control and the yawing control, a more accurate table can be obtained. Attitude control can be performed.

【0102】また、図2に示す位置測定装置を用いて、
大気中を運動する第2運動体16の位置を測定する場
合、上述したスライド制御を適用して、第2運動体16
も制御すれば、より高精度の測定を行うことができる。
その場合の一構成例を図11に示す。
Further, using the position measuring device shown in FIG.
When measuring the position of the second moving body 16 that moves in the atmosphere, the above-described slide control is applied, and the second moving body 16 is moved.
If control is also performed, more accurate measurement can be performed.
FIG. 11 shows an example of the configuration in that case.

【0103】図11において、第2運動体16の制御を
行う場合、図9(a)に示すテーブル12bの姿勢変動
検出手段に加えて、大気中の第2運動体16の姿勢を検
出する姿勢変動検出手段が3系統必要になる(図11
は、テーブル12b用の3系統の図示を省略してい
る)。図11に示す3系統の姿勢変動検出手段によっ
て、第1空間14内を移動する第1運動体12(テーブ
ル12a)に対する大気中の第2運動体16の相対的な
姿勢(スライド)が検出可能となる。
In FIG. 11, when the control of the second moving body 16 is performed, the posture for detecting the posture of the second moving body 16 in the atmosphere is added to the posture fluctuation detecting means of the table 12b shown in FIG. Three systems of fluctuation detecting means are required (FIG. 11)
Are not shown for the three systems for the table 12b). The relative posture (slide) of the second moving body 16 in the atmosphere with respect to the first moving body 12 (table 12a) moving in the first space 14 can be detected by the three systems of posture fluctuation detecting means shown in FIG. Becomes

【0104】3系統のうちの第1は、第1空間14を形
成するチャンバーに設けられた隔壁20の窓を通過する
第4光軸を形成して、大気中を移動する第2運動体16
の移動方向の正確な移動量を計測する第4測長系であ
り、第2移動方向光波干渉計176と、第1空間14内
の第1運動体12上に移動方向に対して45°傾いて設
けられたミラー178と、大気中の第2運動体16上に
移動方向に対して45°傾いて設けられたミラー180
と、第2運動体16上に移動方向と直交するように配置
されたミラー182とで形成される第4光軸の光路長L
4の計測を行う。
The first of the three systems forms a fourth optical axis passing through the window of the partition wall 20 provided in the chamber forming the first space 14, and the second moving body 16 moving in the atmosphere.
Is a fourth length measuring system for measuring an accurate movement amount in the movement direction of the first moving body 12 and the second moving direction light wave interferometer 176 and the first moving body 12 in the first space 14 inclined by 45 ° with respect to the moving direction. And a mirror 180 provided on the second moving body 16 in the atmosphere at an angle of 45 ° with respect to the moving direction.
And a mirror 182 disposed on the second moving body 16 so as to be orthogonal to the moving direction.
Perform the measurement of 4.

【0105】第2は、第1空間14に配置された第2左
右方向光波干渉計184と第1運動体12上で移動方向
に対して45°傾いて固定されたミラー186と、大気
中の第2運動体16上に移動方向と平行に配置されたミ
ラー188とで第5光軸を構成する第5測長系である。
この第5測長系による第2運動体16の左右方向(紙面
上下方向)を含む光路長L5の計測により、第2運動体
16の移動方向に対する左右方向のスライド量を正確に
測定する。
Second, a second left-right optical wave interferometer 184 disposed in the first space 14 and a mirror 186 fixed on the first moving body 12 at 45 ° with respect to the moving direction, This is a fifth length measuring system in which a fifth optical axis is constituted by a mirror 188 arranged on the second moving body 16 in parallel with the moving direction.
By measuring the optical path length L5 of the second moving body 16 in the left-right direction (vertical direction on the paper) by the fifth length measuring system, the sliding amount in the left-right direction with respect to the moving direction of the second moving body 16 is accurately measured.

【0106】第3は、第1空間14に配置された第2上
下方向光波干渉計190と第1運動体12上で移動方向
に対して45°傾いて固定されたミラー192と、大気
中の第2運動体16上に移動方向に対して仰角45°傾
いて固定されたミラー194と第2運動体16上に移動
方向と平行に配置されたミラー196とで第6光軸を構
成する第6測長系である。この第6測長系による第2運
動体16の上下方向(図11の場合、紙面表裏方向)を
含む光路長L6の計測により、第2運動体16の移動方
向に対する上下方向のスライド量を正確に計測する。
Third, a second vertical light wave interferometer 190 disposed in the first space 14 and a mirror 192 fixed on the first moving body 12 at 45 ° with respect to the moving direction, A mirror 194 fixed on the second moving body 16 at an angle of elevation of 45 ° with respect to the moving direction and a mirror 196 arranged on the second moving body 16 in parallel with the moving direction constitute a sixth optical axis. 6 measurement system. By measuring the optical path length L6 including the vertical direction of the second moving body 16 (in FIG. 11, the front and back sides of the paper surface) by the sixth length measuring system, the amount of vertical sliding with respect to the moving direction of the second moving body 16 can be accurately determined. To measure.

【0107】計測された光路長L4,L5,L6は、第1
運動体12の場合と同様に第2運動体165が基準位置
(スライド量ゼロ)にある時の光路長L4,L5,L6の
差分をClr=L4−L5,Cud=L4−L6として求め
ておく。そして、第2運動体16が実際に移動している
時に測定されたL4A,L5Aを用いて、L4A−L5A=Cl
rになるように第2運動体16を左右方向に制御する制
御信号を発生すれば、リアルタイムに第2運動体16の
左右方向のスライドを排除する制御を行うことができ
る。
The measured optical path lengths L4, L5, L6 are the first
Similarly to the case of the moving body 12, the difference between the optical path lengths L4, L5, and L6 when the second moving body 165 is at the reference position (the sliding amount is zero) is obtained as Clr = L4-L5 and Cud = L4-L6. . Then, using L4A and L5A measured when the second moving body 16 is actually moving, L4A-L5A = Cl
By generating a control signal for controlling the second moving body 16 in the left-right direction so as to achieve r, it is possible to perform control for eliminating the left-right sliding of the second moving body 16 in real time.

【0108】同様に、第2運動体16が実際に移動して
いる時に測定されたL4A,L6Aを用いて、L4A−L6A=
Cudになるように第2運動体16を上下方向に制御す
る制御信号を発生すれば、リアルタイムにテーブル17
4の上下方向のスライドを排除する制御を行うことがで
きる。
Similarly, using L4A and L6A measured when the second moving body 16 is actually moving, L4A−L6A =
If a control signal for controlling the second moving body 16 in the vertical direction so as to become Cud is generated, the table 17 is controlled in real time.
4 can be controlled to eliminate vertical sliding.

【0109】なお、第4,第5,第6測長系を構成する
ミラー178,186,192は第1運動体12上に固
定配置されているため、第1運動体12に対して相対的
に第2運動体16の姿勢制御を行えば、実質的に真空の
第1空間14内で空気の揺らぎ等の影響を受けることな
く直進するレーザ光により高精度に姿勢制御された第1
運動体12に準じた精度で第2運動体16の姿勢制御を
行うことが可能となるのは言うまでもない。すなわち、
実質的に真空中のレーザ光を間接的な基準として使用す
ることが可能になり、大気中の運動体(テーブル)の移
動真直度を大幅に改善し、高精度の運動体の計測を行う
ことができる。
Since the mirrors 178, 186, and 192 constituting the fourth, fifth, and sixth length measuring systems are fixedly arranged on the first moving body 12, the mirrors 178, 186, and 192 are relatively positioned with respect to the first moving body 12. When the attitude control of the second moving body 16 is performed, the first attitude control is performed with high accuracy by the laser beam that travels straight without being affected by the fluctuation of the air in the substantially vacuum first space 14.
Needless to say, it is possible to control the posture of the second moving body 16 with the accuracy according to the moving body 12. That is,
It is possible to use laser light in a vacuum as an indirect reference substantially, greatly improve the straightness of movement of the moving body (table) in the atmosphere, and perform highly accurate measurement of the moving body. Can be.

【0110】[0110]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
空気中又はそれと同一視される環境下におかれた運動物
体の変位(位置)を高精度に測定することができる。
As described above, according to the present invention,
The displacement (position) of a moving object placed in the air or an environment identified with the same can be measured with high accuracy.

【0111】また、本発明によれば、運動物体の変位を
真空中における光波干渉測長と同程度の精度で測定でき
る。
Further, according to the present invention, the displacement of a moving object can be measured with the same accuracy as the light wave interferometer in vacuum.

【0112】また、本発明によれば測定可能な範囲の制
限があまりない変位測定を実現できる。
Further, according to the present invention, it is possible to realize the displacement measurement without much limitation of the measurable range.

【0113】また、本発明によれば、真空中でのレーザ
光の真直度に近い精度で、ヨー角やピッチ角、あるいは
スライドを制御して大気中の運動体を直進させることが
できる。
Further, according to the present invention, the moving body in the atmosphere can be moved straight by controlling the yaw angle, the pitch angle, or the slide with an accuracy close to the straightness of the laser beam in a vacuum.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明に係る相対変位の測定原理を示す原理
説明図である。
FIG. 1 is a principle explanatory view showing a principle of measuring a relative displacement according to the present invention.

【図2】 本発明に係る位置測定装置の概略構成を示す
概念図である。
FIG. 2 is a conceptual diagram showing a schematic configuration of a position measuring device according to the present invention.

【図3】 本発明に係る位置測定装置の具体的な構成例
を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a specific configuration example of a position measuring device according to the present invention.

【図4】 図3に示された位置測定装置のさらに詳細な
構成図である。
FIG. 4 is a more detailed configuration diagram of the position measuring device shown in FIG.

【図5】 図4に示された装置の電装系の構成ブロック
図である。
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of an electric system of the apparatus shown in FIG. 4;

【図6】 第1運動体のヨー角制御を示す平面図であ
る。
FIG. 6 is a plan view showing yaw angle control of a first moving body.

【図7】 牽引制御磁気回路の他の構成図である。FIG. 7 is another configuration diagram of the traction control magnetic circuit.

【図8】 移動方向に対する左右のスライドを説明する
説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating left and right sliding with respect to a moving direction.

【図9】 スライド量を検出する姿勢変動検出手段の一
例を示す構成図である。
FIG. 9 is a configuration diagram illustrating an example of a posture change detection unit that detects a slide amount.

【図10】 スライド制御を行う場合の走行体とテーブ
ルの接続状態を説明する説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating a connection state between a traveling body and a table when performing slide control.

【図11】 大気中の第2運動体のスライド量を検出す
る姿勢変動検出手段の一例を示す構成図である。
FIG. 11 is a configuration diagram illustrating an example of a posture change detection unit that detects a slide amount of a second moving body in the atmosphere.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10A 第1光波干渉計、10B 第2光波干渉計、1
2 第1運動体、14第1空間、16 第2運動体、1
8 第2空間、20 隔壁、22 第3光波干渉計、2
4 位置姿勢制御部、26 相対変位演算部、27 主
制御部、28透明部材、30 層流形成部、32 姿勢
制御部、100 第1計測光路、102 第2計測光
路、200 上下制御部、202 左右制御部。
10A first light wave interferometer, 10B second light wave interferometer, 1
2 1st moving body, 14 1st space, 16 2nd moving body, 1
8 2nd space, 20 partition, 22 3rd light wave interferometer, 2
4 position and orientation control unit, 26 relative displacement calculation unit, 27 main control unit, 28 transparent member, 30 laminar flow forming unit, 32 attitude control unit, 100 first measurement optical path, 102 second measurement optical path, 200 vertical control unit, 202 Left and right control unit.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 11/00 G05D 3/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01B 11/00 G05D 3/00

Claims (20)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 互いに併走する第1運動体及び第2運動
体の相対変位を測定する装置であって、 前記第1の運動体上において、所定の角度関係をもって
設けられた第1及び第2の中継反射鏡と、 前記第2運動体上において、前記第1及び第2の中継反
射鏡から出る反射光軸に対して直交配置された第1及び
第2の終端反射鏡と、 前記第1の中継反射鏡を介して前記第1の終端反射鏡と
の間で光波の送受波を行って、その第1計測光路を測長
する第1測長計と、 前記第2の中継反射鏡を介して前記第2の終端反射鏡と
の間で光波の送受波を行って、その第2計測光路を測長
する第2測長計と、 運動前後における前記第1測長計の出力変化及び前記第
2測長計の出力変化に基づいて、前記第1運動体及び前
記第2運動体の相対変位を演算する演算手段と、 を含むことを特徴とする相対変位測定装置。
1. An apparatus for measuring a relative displacement of a first moving body and a second moving body that run in parallel with each other, wherein first and second moving bodies are provided with a predetermined angular relationship on the first moving body. A first and second terminal reflecting mirrors arranged on the second moving body at right angles to a reflection optical axis exiting from the first and second relay reflecting mirrors; A first length measuring device for transmitting and receiving a light wave to and from the first terminal reflecting mirror via the relay reflecting mirror, and measuring a length of the first measuring optical path; and via the second relay reflecting mirror A second length measuring instrument for transmitting and receiving light waves to and from the second terminal reflecting mirror to measure the length of the second measuring optical path; and a change in output of the first length measuring instrument before and after the movement and the second measuring instrument. An act of calculating a relative displacement between the first moving body and the second moving body based on a change in the output of the length measuring instrument; Relative displacement measuring apparatus comprising: the means.
【請求項2】 請求項1記載の装置において、 前記第1測長計及び前記第2測長計から出る基準光軸は
前記第1運動体及び前記第2運動体の主運動方向と並行
に設定され、 前記第1の中継反射鏡は前記基準光軸に対してαの角度
をもって設けられ、 前記第2の中継反射鏡は前記基準光軸に対してπ/2−
αの角度をもって設けられたことを特徴とする相対変位
測定装置。
2. The apparatus according to claim 1, wherein a reference optical axis output from the first length measuring instrument and the second length measuring instrument is set in parallel with a main motion direction of the first moving body and the second moving body. The first relay reflector is provided at an angle of α with respect to the reference optical axis, and the second relay reflector is π / 2- with respect to the reference optical axis.
A relative displacement measuring device provided with an angle of α.
【請求項3】 請求項2記載の装置において、 前記演算手段は、運動前後における前記第1測長計の出
力変化及び前記第2測長計の出力変化の差分を演算する
ことを特徴とする相対変位測定装置。
3. The apparatus according to claim 2, wherein said calculating means calculates a difference between an output change of said first length measuring instrument and an output change of said second length measuring instrument before and after exercise. measuring device.
【請求項4】 請求項1記載の装置において、 前記第1運動体、前記第1及び第2の中継反射鏡並びに
前記第1及び第2の測長計は第1空間内に収容され、 前記第2運動体並びに前記第1及び第2の終端反射鏡は
第2空間内に収容され、 前記第1空間及び前記第2空
間は光通過部分が光学的な透明性を有する隔壁で仕切ら
れたことを特徴とする相対変位測定装置。
4. The apparatus according to claim 1, wherein the first moving body, the first and second relay reflectors, and the first and second length measuring instruments are housed in a first space, The two moving bodies and the first and second terminal reflecting mirrors are accommodated in a second space, and the first space and the second space are separated by a partition having a light-transmitting portion with optical transparency. A relative displacement measuring device characterized by the above-mentioned.
【請求項5】 請求項4記載の装置において、 前記第1空間は真空とされ、又は、前記第1空間には前
記第2空間に含まれる第2気体よりも光の屈折率の揺ら
ぎ的変動が少ない第1気体が充填されたことを特徴とす
る相対変位測定装置。
5. The apparatus according to claim 4, wherein the first space is evacuated, or the first space has a fluctuation fluctuation of a refractive index of light more than a second gas contained in the second space. A relative displacement measuring device characterized by being filled with a first gas having a small amount of gas.
【請求項6】 請求項5記載の装置において、 前記第2気体は空気又はそれに近い組成の気体であるこ
とを特徴とする相対変位測定装置。
6. The relative displacement measuring device according to claim 5, wherein the second gas is air or a gas having a composition close to air.
【請求項7】 請求項4記載の装置において、 前記第1及び第2の終端反射鏡と前記隔壁との間の隙間
の一部又は全部に透明体が挿入されたことを特徴とする
相対変位測定装置。
7. The relative displacement according to claim 4, wherein a transparent body is inserted in a part or all of a gap between the first and second terminal reflecting mirrors and the partition. measuring device.
【請求項8】 請求項4記載の装置において、 前記第1及び第2の終端反射鏡と前記隔壁との間の隙間
の一部又は全部に気体の定常流を形成する定常流形成手
段を含むことを特徴とする相対変位測定装置。
8. The apparatus according to claim 4, further comprising a steady flow forming means for forming a steady flow of gas in a part or all of a gap between the first and second terminal reflecting mirrors and the partition. A relative displacement measuring device, characterized in that:
【請求項9】 請求項4記載の装置において、 前記第1及び第2の中継反射鏡から出る反射光軸は、前
記隔壁と前記第1及び第2の終端反射鏡との間の隙間に
おいて交差あるいは接近することを特徴とする相対変位
測定装置。
9. The apparatus according to claim 4, wherein the reflection optical axes exiting from the first and second relay reflectors intersect in a gap between the partition and the first and second terminal reflectors. Or a relative displacement measuring device characterized by approaching.
【請求項10】 請求項1記載の装置において、 前記第1運動体は真空容器内に収容され、かつ、外部か
らの磁気作用によって駆動されることを特徴とする相対
変位測定装置。
10. The relative displacement measuring device according to claim 1, wherein the first moving body is housed in a vacuum vessel and driven by an external magnetic action.
【請求項11】 請求項1記載の相対変位測定装置を備
えた位置測定装置であって、 前記相対変位がゼロになるように、前記第2運動体の運
動に追従させて前記第1運動体の位置を制御する追従制
御機構と、 前記第2運動体の位置を前記第1運動体の位置として測
定する位置測定部と、 を含むことを特徴とする位置測定装置。
11. A position measuring device provided with the relative displacement measuring device according to claim 1, wherein the first moving member is made to follow the movement of the second moving member so that the relative displacement becomes zero. A tracking control mechanism that controls the position of the first moving body; and a position measuring unit that measures the position of the second moving body as the position of the first moving body.
【請求項12】 第1運動体と第2運動体の姿勢を制御
する装置であって、 前記第1運動体の姿勢を計測する第1光波干渉計と、 前記第1光波干渉計の計測結果に基づいて前記第1運動
体の姿勢を所定の基準軸に対して平行に運動するように
制御する第1制御手段と、 前記第1運動体上において、所定の角度関係をもって設
けられた第1運動体反射鏡と、 前記第2運動体上において、前記第1反射鏡から出る反
射光軸に対して所定の角度関係をもって設けられた第2
運動体反射鏡と、 前記第1運動体反射鏡及び第2運動体反射鏡からの反射
光に基づいて前記第2運動体の姿勢を計測する第2光波
干渉計と、 前記第2光波干渉計の計測結果に基づいて前記第2運動
体の姿勢を前記第1運動体に対して平行に運動するよう
に制御する第2制御手段と、 を有することを特徴とする運動体の姿勢制御装置。
12. An apparatus for controlling the postures of a first moving body and a second moving body, wherein the first light wave interferometer measures the posture of the first moving body, and a measurement result of the first light wave interferometer. A first control means for controlling the posture of the first moving body to move in parallel with a predetermined reference axis based on the first moving body; and a first control means provided with a predetermined angular relationship on the first moving body. A moving body reflecting mirror; and a second moving body provided on the second moving body with a predetermined angular relationship with respect to a reflection optical axis emitted from the first reflecting mirror.
A moving body reflecting mirror; a second light wave interferometer for measuring a posture of the second moving body based on light reflected from the first moving body reflecting mirror and the second moving body reflecting mirror; and the second light wave interferometer And a second control unit that controls the posture of the second moving body so as to move in parallel with the first moving body based on the measurement result of (1).
【請求項13】 前記第1運動体は、実質的に真空状態
にある空間内に収容されることを特徴とする請求項12
記載の運動体の姿勢制御装置。
13. The apparatus according to claim 12, wherein the first moving body is housed in a space substantially in a vacuum state.
A posture control device for a moving body according to the above.
【請求項14】 前記第1運動体は、空気よりも光の屈
折率の揺らぎが少ない気体が充電された空間内に収容さ
れることを特徴とする請求項12記載の運動体の姿勢制
御装置。
14. The attitude control device for a moving body according to claim 12, wherein the first moving body is accommodated in a space charged with a gas having less fluctuation of the refractive index of light than air. .
【請求項15】 前記第1運動体と前記第2運動体は、
互いに隔壁で仕切られ、かつ、前記第1運動体反射鏡と
前記第2運動体反射鏡間の光路上の前記隔壁は、透明体
で構成されることを特徴とする請求項12記載の運動体
の姿勢制御装置。
15. The first moving body and the second moving body,
13. The moving body according to claim 12, wherein the partition walls are separated from each other by a partition, and the partition on an optical path between the first moving body reflecting mirror and the second moving body reflecting mirror is formed of a transparent body. Attitude control device.
【請求項16】 前記第1運動体上には、磁石が設けら
れ、 前記第2運動体上には、前記磁石と対向するように電磁
石が設けられ、 前記磁石と前記電磁石の間の磁気的相互作用により前記
第1運動体を非接触で駆動することを特徴とする請求項
12記載の運動体の姿勢制御装置。
16. A magnet is provided on the first moving body, an electromagnet is provided on the second moving body so as to face the magnet, and a magnetic force between the magnet and the electromagnet is provided. 13. The attitude control device for a moving body according to claim 12, wherein the first moving body is driven in a non-contact manner by interaction.
【請求項17】 前記第1運動体上には、さらに牽引用
磁石が設けられ、 前記第2運動体上には、さらに前記牽引用磁石と対向す
るように牽引用電磁石が設けられ、 前記牽引用磁石と前記牽引用電磁石の間の磁気的吸引力
により前記第1運動体を前記第2運動体に対して追従さ
せることを特徴とする請求項12記載の運動体の姿勢制
御装置。
17. A towing magnet is further provided on the first moving body, and a towing electromagnet is further provided on the second moving body so as to face the towing magnet. 13. The posture control device for a moving body according to claim 12, wherein the first moving body is caused to follow the second moving body by a magnetic attraction force between a magnet for use and the towing electromagnet.
【請求項18】 前記第1制御手段または前記第2制御
手段の少なくともいずれかは、前記第1運動体または前
記第2運動体のヨー角またはピッチ角の少なくとも一方
を制御することを特徴とする請求項12記載の運動体の
姿勢制御装置。
18. The apparatus according to claim 18, wherein at least one of said first control means and said second control means controls at least one of a yaw angle and a pitch angle of said first moving body or said second moving body. The posture control device for a moving body according to claim 12.
【請求項19】 前記第1制御手段または前記第2制御
手段の少なくともいずれかは、前記第1運動体または前
記第2運動体の運動方向と直交する方向のスライドを制
御することを特徴とする請求項12、13のいずれかに
記載の運動体の姿勢制御装置。
19. The apparatus according to claim 19, wherein at least one of said first control means and said second control means controls a slide in a direction orthogonal to a direction of movement of said first moving body or said second moving body. A posture control device for a moving body according to claim 12.
【請求項20】 前記第1制御手段または前記第2制御
手段の少なくともいずれかは、前記第1運動体または前
記第2運動体の運動方向に対して上下方向の測長系及び
左右方向の測長系で検出される姿勢に基づいて制御する
ことを特徴とする請求項19記載の運動体の姿勢制御装
置。
20. At least one of the first control means and the second control means includes a length measurement system in a vertical direction with respect to a movement direction of the first moving body or the second moving body, and a horizontal measurement system. 20. The posture control device for a moving body according to claim 19, wherein the control is performed based on the posture detected by the long system.
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