JPH0627645B2 - ２次元変位検出装置 - Google Patents
２次元変位検出装置Info
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- JPH0627645B2 JPH0627645B2 JP63224260A JP22426088A JPH0627645B2 JP H0627645 B2 JPH0627645 B2 JP H0627645B2 JP 63224260 A JP63224260 A JP 63224260A JP 22426088 A JP22426088 A JP 22426088A JP H0627645 B2 JPH0627645 B2 JP H0627645B2
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Description
この発明は、２次元的に相対移動するベースとテーブル
等の変位量、位置を検出する２次元変位検出装置に関す
る。
等の変位量、位置を検出する２次元変位検出装置に関す
る。
従来、２次元的に移動するクロステーブル等が２次元位
置測定機、２次元パターン加工装置等に使用されてい
る。 このような装置においては、従来、測定対象物装置用の
Ｘ−Ｙテーブルを、同一平面内でＸ−Ｙ方向に２次元的
に変位させ、この変位量を２つの検出器により測定する
ことによつて、テーブルのＸ−Ｙ方向の移動寸法あるい
はその座標を検出するものである。 従来のＸ−Ｙテーブルとしては、第７図に示されるよう
なものがある。 この従来のＸ−Ｙテーブル１は、基台２と、該基台２に
対して、同一平面内でＸ−Ｙ方向に相対変位可能に取付
けられた、測定対象物３を載置するための載物台４と、
この載物台４の前記基台２に対するＸ−Ｙ方向の変位量
を検出するための変位検出装置５と、を備えている。 載物台４は、可動テーブル６上でガイド７ＹによりＹ方
向に移動可能に載置されると共に、駆動ダイヤル８Ｙに
よつて回転される駆動ねじ９Ｙを回転することによつて
Ｙ方向に進退されるようになつている。 前記可動テーブル６は、基台２上で、ガイド７Ｘにより
Ｘ方向移動自在に載置されると共に、駆動ダイヤル８Ｘ
によつて駆動される駆動ねじ９Ｘにより、Ｘ方向に進退
されるようになつている。 前記基台２には載物台４の上方に観察光学系（又は加工
用レーザ等）１０が固定されている。前記変位検出装置
５は、基台２と可動テーブル６のＸ、Ｙ方向の相対的な
移動量又は位置を検出したり座標値を特定するためのも
のであり、載物台４のＸ軸方向の変位を検出するための
スケール５Ｘ及びＸ軸検出器１１Ｘと、Ｙ方向の変位を
検出するためのスケール５Ｙ及びＹ軸検出器１１Ｙとか
ら構成されている。 前記スケール５Ｘは可動テーブル６の側面にＸ方向に配
置された、例えば光学格子からなり、又、スケール５Ｙ
は載物台４の側面にＹ方向に配置された光学格子から構
成されている。 前記Ｘ軸検出器１１Ｘ及びＹ軸検出器１１Ｙは、各々、
スケール５Ｘ及び５Ｙに対面して配置された、同じく光
学格子からなるインデツクススケール及び該インデツク
ススケールを光電変換し、光の明暗の繰返しに対応する
電気信号を出力する光電素子を含むものである。 これらＸ軸検出器１１Ｘ及びＹ軸検出器１１Ｙからの出
力信号は、カウンタ（図示省略）で積算計数され、それ
ぞれ、載物台４の、基台２に対するＸ方向及びＹ方向の
変位量として、前記測定又は加工の点３Ａの座標値を検
出することができる。
置測定機、２次元パターン加工装置等に使用されてい
る。 このような装置においては、従来、測定対象物装置用の
Ｘ−Ｙテーブルを、同一平面内でＸ−Ｙ方向に２次元的
に変位させ、この変位量を２つの検出器により測定する
ことによつて、テーブルのＸ−Ｙ方向の移動寸法あるい
はその座標を検出するものである。 従来のＸ−Ｙテーブルとしては、第７図に示されるよう
なものがある。 この従来のＸ−Ｙテーブル１は、基台２と、該基台２に
対して、同一平面内でＸ−Ｙ方向に相対変位可能に取付
けられた、測定対象物３を載置するための載物台４と、
この載物台４の前記基台２に対するＸ−Ｙ方向の変位量
を検出するための変位検出装置５と、を備えている。 載物台４は、可動テーブル６上でガイド７ＹによりＹ方
向に移動可能に載置されると共に、駆動ダイヤル８Ｙに
よつて回転される駆動ねじ９Ｙを回転することによつて
Ｙ方向に進退されるようになつている。 前記可動テーブル６は、基台２上で、ガイド７Ｘにより
Ｘ方向移動自在に載置されると共に、駆動ダイヤル８Ｘ
によつて駆動される駆動ねじ９Ｘにより、Ｘ方向に進退
されるようになつている。 前記基台２には載物台４の上方に観察光学系（又は加工
用レーザ等）１０が固定されている。前記変位検出装置
５は、基台２と可動テーブル６のＸ、Ｙ方向の相対的な
移動量又は位置を検出したり座標値を特定するためのも
のであり、載物台４のＸ軸方向の変位を検出するための
スケール５Ｘ及びＸ軸検出器１１Ｘと、Ｙ方向の変位を
検出するためのスケール５Ｙ及びＹ軸検出器１１Ｙとか
ら構成されている。 前記スケール５Ｘは可動テーブル６の側面にＸ方向に配
置された、例えば光学格子からなり、又、スケール５Ｙ
は載物台４の側面にＹ方向に配置された光学格子から構
成されている。 前記Ｘ軸検出器１１Ｘ及びＹ軸検出器１１Ｙは、各々、
スケール５Ｘ及び５Ｙに対面して配置された、同じく光
学格子からなるインデツクススケール及び該インデツク
ススケールを光電変換し、光の明暗の繰返しに対応する
電気信号を出力する光電素子を含むものである。 これらＸ軸検出器１１Ｘ及びＹ軸検出器１１Ｙからの出
力信号は、カウンタ（図示省略）で積算計数され、それ
ぞれ、載物台４の、基台２に対するＸ方向及びＹ方向の
変位量として、前記測定又は加工の点３Ａの座標値を検
出することができる。
上記のような従来のＸ−Ｙテーブル１における変位検出
装置５は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向各々の１次元の変位検
出器、即ち２つの変位検出器を直交する方向に配設して
いるので、スケール５Ｘ、５Ｙを含む平面での形状が大
型化してしまうという問題点がある。 又、スケールや検出器を取付けるための機構が複雑とな
るという問題点もある。 更に、例えば基台２上のガイド７Ｘの真直度が悪いと、
載物台４をＸ軸方向に送る際に、該載物台４はＹ軸方向
にも若干の変位をするが、Ｙ軸方向のスケール５Ｙ及び
Ｙ軸検出器１１Ｙは共に可動テーブル６に載置されてい
るために、該Ｙ軸検出器１１Ｙの検出信号は変化せず、
測定点３Ａの座標値に誤差が生じる。即ち、ガイドの真
直度がそのまま測定誤差となるという問題点がある。
装置５は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向各々の１次元の変位検
出器、即ち２つの変位検出器を直交する方向に配設して
いるので、スケール５Ｘ、５Ｙを含む平面での形状が大
型化してしまうという問題点がある。 又、スケールや検出器を取付けるための機構が複雑とな
るという問題点もある。 更に、例えば基台２上のガイド７Ｘの真直度が悪いと、
載物台４をＸ軸方向に送る際に、該載物台４はＹ軸方向
にも若干の変位をするが、Ｙ軸方向のスケール５Ｙ及び
Ｙ軸検出器１１Ｙは共に可動テーブル６に載置されてい
るために、該Ｙ軸検出器１１Ｙの検出信号は変化せず、
測定点３Ａの座標値に誤差が生じる。即ち、ガイドの真
直度がそのまま測定誤差となるという問題点がある。
この発明は、Ｘ−Ｙ面での形状を小型化でき、構造が簡
単であり、且つ、載物台を基台に対して変位させる機構
の送り精度が測定精度に現われることなく、測定精度の
向上を図ることができる２次元変位検出装置を提供する
ことを目的とする。
単であり、且つ、載物台を基台に対して変位させる機構
の送り精度が測定精度に現われることなく、測定精度の
向上を図ることができる２次元変位検出装置を提供する
ことを目的とする。
この発明は、相互に直交するＸ−Ｙ方向の目盛が形成さ
れ、相対的にＸ−Ｙ方向に移動する２つの部材の一方に
配設される２次元スケールと、前記目盛に対向して前記
他方の部材に設けられ、該目盛に光ビームを射出する光
源と、前記光ビームの前記Ｘ方向の目盛による複数の回
折光の混合波を光電変換して第１の検出信号を得るＸ方
向変位検出器と、前記光ビームの前記Ｙ方向の目盛によ
る複数の回折光の混合波を光電変換して第２の検出信号
を得るＹ方向変位検出器と、を含んで構成し、更に前記
Ｘ方向変位検出器及びＹ方向変位検出器を、各々、前記
２次元スケールからの１次回折光及び−１次回折光を変
向する一対の反射手段と、これらの反射手段により変向
された回折光の混合波を形成するハーフミラーと、前記
２次元スケールとハーフミラーの間の、前記回折光の光
路上に配置された偏光方向が９０度異なる一対の偏光子
と、を備えて構成し、且つ前記ハーフミラーを前記光源
と２次元スケール間の前記光ビームの光路外に配置する
ことにより上記目的を達成するものである。 更に、前記反射手段をプリズムとすることにより上記目
的を達成するものである。 更に又、前記２次スケールを、前記Ｘ−Ｙ方向に移動す
る２つの部材のうち、測定対象物を載置する一方の部材
の裏面に配設し、前記光源、Ｘ方向変位検出器及びＹ方
向変位検出器を、前記２次スケールに対向して、前記一
方の部材と他方の部材の間で、該他方の部材に設けるこ
とにより上記目的を達成するものである。
れ、相対的にＸ−Ｙ方向に移動する２つの部材の一方に
配設される２次元スケールと、前記目盛に対向して前記
他方の部材に設けられ、該目盛に光ビームを射出する光
源と、前記光ビームの前記Ｘ方向の目盛による複数の回
折光の混合波を光電変換して第１の検出信号を得るＸ方
向変位検出器と、前記光ビームの前記Ｙ方向の目盛によ
る複数の回折光の混合波を光電変換して第２の検出信号
を得るＹ方向変位検出器と、を含んで構成し、更に前記
Ｘ方向変位検出器及びＹ方向変位検出器を、各々、前記
２次元スケールからの１次回折光及び−１次回折光を変
向する一対の反射手段と、これらの反射手段により変向
された回折光の混合波を形成するハーフミラーと、前記
２次元スケールとハーフミラーの間の、前記回折光の光
路上に配置された偏光方向が９０度異なる一対の偏光子
と、を備えて構成し、且つ前記ハーフミラーを前記光源
と２次元スケール間の前記光ビームの光路外に配置する
ことにより上記目的を達成するものである。 更に、前記反射手段をプリズムとすることにより上記目
的を達成するものである。 更に又、前記２次スケールを、前記Ｘ−Ｙ方向に移動す
る２つの部材のうち、測定対象物を載置する一方の部材
の裏面に配設し、前記光源、Ｘ方向変位検出器及びＹ方
向変位検出器を、前記２次スケールに対向して、前記一
方の部材と他方の部材の間で、該他方の部材に設けるこ
とにより上記目的を達成するものである。
この発明において、平面状の２次元スケールのＸ−Ｙ方
向の目盛を一本の光ビームを用いて読取ることによつ
て、測定対象物等のＸ−Ｙ方向の変位量を検出するの
で、検出器のＸ−Ｙ面での形状を小型化し、直交格子パ
ターン全体を有効に使用できるので測定範囲が広くな
り、且つ構造を簡単にし、更に、測定対象物を載置する
Ｘ−Ｙテーブル等のガイドの真直度を補正して、測定精
度を増大させることができる。
向の目盛を一本の光ビームを用いて読取ることによつ
て、測定対象物等のＸ−Ｙ方向の変位量を検出するの
で、検出器のＸ−Ｙ面での形状を小型化し、直交格子パ
ターン全体を有効に使用できるので測定範囲が広くな
り、且つ構造を簡単にし、更に、測定対象物を載置する
Ｘ−Ｙテーブル等のガイドの真直度を補正して、測定精
度を増大させることができる。
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。 この実施例は、Ｘ−Ｙテーブル２０に本発明の２次元変
位検出器１８を適用したものであり、第１図〜第３図に
示されるように、基台１２と、該基台１２に対して、同
一平面内でＸ−Ｙ方向に相対変位可能に取付けられた、
テーブル１６と、このテーブル１６の前記基台１２に対
するＸ−Ｙ方向の変位量を検出するための変位検出装置
１８と、を有してなるＸ−Ｙテーブル２０において、前
記変位検出装置１８を、前記テーブル１６の裏面側に固
定された、相互に直交するＸ−Ｙ方向の目盛が形成され
た２次元スケール２２と、前記基台１２に固定されると
共に、前記２次元スケール２２の目盛を読取り、前記２
次元スケール２２の前記基台１２に対する、Ｘ方向の変
位により変化する第１の検出信号及びＹ方向の変位によ
り変化する第２の検出信号を各々生成する２次元変位検
出器２４と、を含んで構成したものである。第１図及び
第２図の符号３５は観察光学系を示す。 前記２次元ス
ケール２２は、第３図（テーブル１６を裏側から見た斜
視図）に示されるように、ガラス基板２２Ａに互いに直
交するＸ方向にピツチＰx 、Ｙ方向にピツチＰy の縦縞
状のパターンの金属膜（前者はＹ軸と平行、後者はＸ軸
と平行）を蒸着して形成したボログラフイツクスケール
であり、テーブル１６の裏面に、測定対象物載置面１６
Ａと平行に、即ちＸ−Ｙ面内に、接着されている。 前記Ｘ−Ｙテーブル２０は、前記第６図に示される従来
のＸ−Ｙテーブル１と同様に、基台１２とテーブル１６
の間に可動テーブル２６を備え、テーブル１６はガイド
２８Ｙに沿つて、可動テーブル２６上をＹ方向に移動で
きるようにされ、又、可動テーブル２６は基台１２上
を、ガイド２８Ｘに沿つて、Ｘ方向に変位できるように
されている。 又、これらテーブル１６及び可動テーブル２６の駆動
は、従来と同様に、駆動ねじ３０Ｘ、３０Ｙ及びこれを
回転させるための駆動ダイヤル３２Ｘ、３２Ｙによつて
Ｘ及びＹ方向に移動されるようになつている。 図の符号３３Ｘは駆動ねじ３０Ｘと螺合すると共に、可
動テーブル２６に固定された連結部材、３３Ｙは駆動ね
じ３０Ｙと螺合すると共に、テーブル１６に固定された
連結部材をそれぞれ示す。 又、符号３５は観察光学系、３５Ａは観察光学系３５の
光軸、１４Ａは光軸３５Ａと測定対象物１４との交点、
即ち測定点をそれぞれ示す。 前記２次元変位検出器２４は、前記２次元スケール２２
に向けて、一本の光ビーム３４を射出する１個の光源３
６と、前記光ビーム３４の、Ｙ軸と平行であつて、前記
Ｘ方向にピツチＰx の目盛による複数の回折光の混合波
を光電交換して前記第１の検出信号を得るＸ方向変位検
出器３８Ｘと、前記光ビーム３４の、Ｘ軸と平行であつ
て、前記Ｙ方向にピツチＰy の目盛による複数の回折光
の混合波を光電変換して前記第２の検出信号を得るＹ方
向変位検出器３８Ｙと、を備えて構成されている。前記
光源３６は、レーザダイオード３７と、コリメータレン
ズ３９と、を備えて構成されている。 前記Ｘ方向変位検出器３８Ｘは、前記光ビーム３４によ
る、２次元スケール２２の目盛によつて生じた回折光の
うち、（１、０）次光Ｘ１の光軸上に配置されたミラー
４０Ｘ及び１方向の光成分のみを通過させる偏光子４２
Ｘと、（−１、０）次光Ｘ２の光軸上に配置されたミラ
ー４４Ｘ及び前記偏光子４２Ｘと直交する光の成分のみ
を通過させる偏光子４６Ｘと、前記ミラー４４０Ｘで反
射され、偏光子４２Ｘを透過した（１、０）次光Ｘ１を
透過すると共に、ミラー４４Ｘで反射され、偏光子４６
Ｘを透過した（−１、０）次光Ｘ２を反射し、これらの
混合ビームを形成する第１のハーフミラー４８Ｘと、こ
の第１のハーフミラー４８Ｘからの混合ビームの光軸上
に配置され、該混合ビームを側方への反射光及び透過光
に分離する第２のハーフミラー５０Ｘと、この第２のハ
ーフミラー５０Ｘの透過光軸上に配置され、波形の位相
を９０゜移動する１／４波長板５２Ｘ、偏光子４２Ｘを
通過した光成分のみを通過させる検光子５４Ｘ及び受光
素子５６Ｘと、前記第２のハーフミラー５０Ｘにより側
方に反射された光線ビームの光軸上に配置され、偏光子
４６Ｘを通過した光成分のみを通過させる検光子５８Ｘ
及び受光素子６０Ｘと、を含んで構成されている。 前記受光素子５６Ｘ及び６０Ｘは、例えばフオトダイオ
ードからなり、受光した光を電気信号に変換して、プリ
アンプ６２Ｘに出力するようにされている。 プリアンプ６２Ｘの出力側にはカウンタ６４Ｘが接続さ
れ、このカウンタ６４Ｘの出力信号はＸ軸表示器６６Ｘ
に表示されるようになつている。 なお、Ｙ方向変位検出器３８Ｙは、光ビーム３４による
２次元スケール２２の目盛によつて生じた回折光のうち
（０、１）次光Ｙ１の光軸上に配置されたミラー４０Ｙ
及び偏光子４２Ｙと、（０、−１）次光Ｙ２の光軸上に
配設されたミラー４４Ｙ及び偏光子４６Ｙとを含んで構
成されている点以外は、前記Ｘ方向変位検出器３８Ｘと
同様の構成であるので、Ｘ方向変位検出器３８Ｘにおけ
ると同一部材には、図において符号ＸをＹに置換え表示
することによつて説明を省略するものとする。 ここで、第５図に示されるように、ミラー４０Ｘ及び４
４Ｘは、ハーフミラー４８Ｘが光ビーム３４と干渉しな
いように、その反射面がＹ軸に対して少し傾斜させて配
置されている。 これは次の理由による。即ち、２次元スケール２２のス
ケール格子により回折され反射した光ビームはミラー４
０Ｘ及び４４Ｘで反射され偏光子４２Ｘ、４６Ｘを通過
し、ハーフミラー４８Ｘにてそれぞれ１／２の光を合成
するが、そのために通常ハーフミラー４８Ｘは光ビーム
３４上に配置されなければならないという問題が生ず
る。従つてハーフミラー４８Ｘを、光ビーム３４を含む
Ｙ軸方向に該ビームと干渉しない位置に設定し、ハーフ
ミラー４８Ｘによつて両方向からの光が合成されるよう
にミラー４０Ｘ及び４４Ｘを傾斜させて配置している。
ハーフミラー４８Ｘで合成された光ビームの延長上には
検出のための光学系が配置されている。 同様に、ハーフミラー４８Ｙも光ビーム３４を含むＸ軸
方向に該ビームと干渉しない位置にされハーフミラー４
８Ｙによつて両方向からの光が合成されるようにミラー
４０Ｙ及び４４Ｙを配置している。ハーフミラー４８Ｙ
で合成された光ビームの延長上には検出のための光学系
が配置されている。 次に、上記実施例の作用を説明する。 ２次元変位検出器２４における光源３６から射出された
光ビーム３４は、２次元スケール２２に至り、その目盛
を回折格子として回折光となつて反射される。 ここで、２次元スケール２２のＸ−Ｙ目盛は、Ｘ、Ｙの
両方向に周期性を有するので、前記回折光はＸ方向に m
次、Ｙ方向に n次（m 、n は整数）のとき、（m 、n ）
次光と表現できる。 光ビーム３４によつて２次元スケール２２のＸ目盛で生
じた（１、０）次光Ｘ１と（−１、０）次光Ｘ２とは、
ミラー４０Ｘ及び４４Ｘによりそれぞれ反射されて、偏
光子４２Ｘ、４６Ｘを通り、第１のハーフミラー４８Ｘ
において混合ビームとなつて、第２のハーフミラー５０
Ｘ方向に反射される。 この混合ビームはその１／２が第２のハーフミラー５０
Ｘを透過して前記１／４波長板５２Ｘ、検光子５４Ｘを
通り受光素子５６Ｘに到達する。又、第２のハーフミラ
ー５０Ｘで反射された１／２の混合ビームは検光子５８
Ｘを通り受光素子６０Ｘに到達する。 ここで、前記（１、０）次光Ｘ１と（−１、０）次光Ｘ
２の混合ビームは、偏光子４０Ｘと４６Ｘの偏光方向が
９０゜異なるため、干渉信号ではなく、第２のハーフミ
ラー５０Ｘで分離された後に、一方の混合ビームは、検
光子５８Ｘによつて干渉した成分が受光素子６０Ｘ及び
プリアンプ６２Ｘを経て周期信号 a１となり、又、他方
の混合ビームは１／４波長板５２Ｘと検光子５４Ｘとに
よつて干渉した成分が、受光素子５６Ｘ及びプリアンプ
６２Ｘを経て周期信号 a１に対して９０゜位相の異なる
周期信号 b１となる。 これら２相の９０゜位相の異なる周期信号 a１、 b１
は、カウンタ６４Ｘに入力されて演算され、計算値はＸ
軸表示器６６Ｘに表示される。このＸ軸表示器６６Ｘに
表示された計数値は、光ビーム３４の光軸をＸ方向に横
切つた、２次元スケールにおける縦縞状の光学格子の数
にほかならない。 同様に、Ｙ軸方向についても、光ビーム３４をＹ方向に
横切つた縦縞状の光学格子の数をＹ軸表示器６６Ｙに表
示することができる。 従つて、Ｘ軸表示器６６Ｘ及びＹ軸表示器６６Ｙは２次
元スケール２２のＸ−Ｙ方向の変位量を表示することに
なる。 この実施例における変位検出装置１８においては、ガイ
ド２８Ｘ、２８Ｙの真直度が悪くても、２次元スケール
２２の目盛が真直であれば、これらガイド２８Ｘ、２８
Ｙの畝りは測定値にそのまま反映されるので、これを補
正してより高精度の測定を行うことができる。 ここで、２次元スケール２２は、テーブル１６の測定対
象物載置面１６Ａの裏側に、該測定対象物載置面１６Ａ
と平行に配置されている。 従つて、第１図及び第２図に示される測定点１４Ａは前
記光ビーム３４による２次元スケール２２の照射点に近
接していることになる。 前記測定対象物１４の被測長部分は前記測定点１４Ａを
含む線分であり、前記２次元スケール２２におけるＸ方
向及びＹ方向の目盛に対して、テーブル１６の厚さを除
いて略同一直線上にあると考えられる。 従つて、前述のアツベの原理の条件が略充足されること
になり、１次誤差が少なく、従来より高精度の座標特定
が可能となるので、測定精度の向上を図ることができ
る。 本発明においてその平行度が充分である場合は、基台部
に２次元スケールを設け、テーブルの背面に検出器を設
けてもよい。 次に第６図に示される本発明の第２実施例につき説明す
る。 前記第１実施例において、２次元スケール２２のスケー
ル格子により回折され反射された光ビーム３４の回折光
を混合波とするためのハーフミラー４８Ｘ及び４８Ｙが
光ビーム３４の２次元スケール２２へ向う光路と干渉し
ないようするため、ミラー４０Ｘ、４４Ｘ、４０Ｙ及び
４４Ｙを各々その反斜面がＹ軸及びＸ軸に対して僅かに
傾斜するようにしているが、この第２実施例において
は、２次元スケール２２のスケール格子からの回折光を
反射する手段としてプリズムを用いることにより、前記
光ビーム３４とミラーとの干渉を避けるようにしてい
る。 即ち、光ビーム３４によつて２次元スケール２２のＸ目
盛で生じた（１、０）次光Ｘ１と、（−１、０）次光Ｘ
２とは直角プリズム４１Ｘ及び４５Ｘによりそれぞれ反
射され偏光子４２Ｘ、４６Ｘを通り第１のハーフミラー
４８Ｘにおいて混合ビームとなつて第２のハーフミラー
５０Ｘ方向に反射される。 前記直角プリズム４１Ｘ及び４５Ｘ内での反射によつ
て、回折光は、Ｙ軸方向に光路が平行にずれることにな
る。 従つて、直角プリズム４１Ｘ及び４５Ｘから出た回折光
は光ビーム３４からＹ軸方向にずれるので、第１のハー
フミラー４８Ｘは光ビーム３４と干渉することがない。
同様に、２次元スケール２２のＹ目盛で生じた回折光に
ついてもこれらが直角プリズム４１Ｙ及び４５Ｙにより
それぞれ反射されることによつて、ハーフミラー４８Ｘ
に向うので、前記と同様に、ハーフミラー４８Ｘも光ビ
ーム３４と干渉することがない。従つて、この第２実施
例における回折光の反射手段である直角プリズム４１Ｘ
及び、４５Ｘ、４１Ｙ及び４５Ｙはその反射面をＹ軸又
はＸ軸に対して傾斜させる必要がない。 なお、上記実施例は、２次元スケールとしてガラス基板
２２Ａに目盛をクロム蒸着して形成したものであるが、
本発明は、これに限定されるものでなく、いわゆるホロ
グラフスケールであればよい。 又、上記実施例は、２次元変位検出装置を、Ｘ−Ｙテー
ブルに配置したものであるが、本発明はこれに限定され
るものでなく、２次元方向に相対移動する２つの部材の
移動量を計測する場合、その一方の部材に２次元スケー
ルを、他方の部材の対向する面に変位検出器を取付ける
場合に一般的に適用されるものである。
位検出器１８を適用したものであり、第１図〜第３図に
示されるように、基台１２と、該基台１２に対して、同
一平面内でＸ−Ｙ方向に相対変位可能に取付けられた、
テーブル１６と、このテーブル１６の前記基台１２に対
するＸ−Ｙ方向の変位量を検出するための変位検出装置
１８と、を有してなるＸ−Ｙテーブル２０において、前
記変位検出装置１８を、前記テーブル１６の裏面側に固
定された、相互に直交するＸ−Ｙ方向の目盛が形成され
た２次元スケール２２と、前記基台１２に固定されると
共に、前記２次元スケール２２の目盛を読取り、前記２
次元スケール２２の前記基台１２に対する、Ｘ方向の変
位により変化する第１の検出信号及びＹ方向の変位によ
り変化する第２の検出信号を各々生成する２次元変位検
出器２４と、を含んで構成したものである。第１図及び
第２図の符号３５は観察光学系を示す。 前記２次元ス
ケール２２は、第３図（テーブル１６を裏側から見た斜
視図）に示されるように、ガラス基板２２Ａに互いに直
交するＸ方向にピツチＰx 、Ｙ方向にピツチＰy の縦縞
状のパターンの金属膜（前者はＹ軸と平行、後者はＸ軸
と平行）を蒸着して形成したボログラフイツクスケール
であり、テーブル１６の裏面に、測定対象物載置面１６
Ａと平行に、即ちＸ−Ｙ面内に、接着されている。 前記Ｘ−Ｙテーブル２０は、前記第６図に示される従来
のＸ−Ｙテーブル１と同様に、基台１２とテーブル１６
の間に可動テーブル２６を備え、テーブル１６はガイド
２８Ｙに沿つて、可動テーブル２６上をＹ方向に移動で
きるようにされ、又、可動テーブル２６は基台１２上
を、ガイド２８Ｘに沿つて、Ｘ方向に変位できるように
されている。 又、これらテーブル１６及び可動テーブル２６の駆動
は、従来と同様に、駆動ねじ３０Ｘ、３０Ｙ及びこれを
回転させるための駆動ダイヤル３２Ｘ、３２Ｙによつて
Ｘ及びＹ方向に移動されるようになつている。 図の符号３３Ｘは駆動ねじ３０Ｘと螺合すると共に、可
動テーブル２６に固定された連結部材、３３Ｙは駆動ね
じ３０Ｙと螺合すると共に、テーブル１６に固定された
連結部材をそれぞれ示す。 又、符号３５は観察光学系、３５Ａは観察光学系３５の
光軸、１４Ａは光軸３５Ａと測定対象物１４との交点、
即ち測定点をそれぞれ示す。 前記２次元変位検出器２４は、前記２次元スケール２２
に向けて、一本の光ビーム３４を射出する１個の光源３
６と、前記光ビーム３４の、Ｙ軸と平行であつて、前記
Ｘ方向にピツチＰx の目盛による複数の回折光の混合波
を光電交換して前記第１の検出信号を得るＸ方向変位検
出器３８Ｘと、前記光ビーム３４の、Ｘ軸と平行であつ
て、前記Ｙ方向にピツチＰy の目盛による複数の回折光
の混合波を光電変換して前記第２の検出信号を得るＹ方
向変位検出器３８Ｙと、を備えて構成されている。前記
光源３６は、レーザダイオード３７と、コリメータレン
ズ３９と、を備えて構成されている。 前記Ｘ方向変位検出器３８Ｘは、前記光ビーム３４によ
る、２次元スケール２２の目盛によつて生じた回折光の
うち、（１、０）次光Ｘ１の光軸上に配置されたミラー
４０Ｘ及び１方向の光成分のみを通過させる偏光子４２
Ｘと、（−１、０）次光Ｘ２の光軸上に配置されたミラ
ー４４Ｘ及び前記偏光子４２Ｘと直交する光の成分のみ
を通過させる偏光子４６Ｘと、前記ミラー４４０Ｘで反
射され、偏光子４２Ｘを透過した（１、０）次光Ｘ１を
透過すると共に、ミラー４４Ｘで反射され、偏光子４６
Ｘを透過した（−１、０）次光Ｘ２を反射し、これらの
混合ビームを形成する第１のハーフミラー４８Ｘと、こ
の第１のハーフミラー４８Ｘからの混合ビームの光軸上
に配置され、該混合ビームを側方への反射光及び透過光
に分離する第２のハーフミラー５０Ｘと、この第２のハ
ーフミラー５０Ｘの透過光軸上に配置され、波形の位相
を９０゜移動する１／４波長板５２Ｘ、偏光子４２Ｘを
通過した光成分のみを通過させる検光子５４Ｘ及び受光
素子５６Ｘと、前記第２のハーフミラー５０Ｘにより側
方に反射された光線ビームの光軸上に配置され、偏光子
４６Ｘを通過した光成分のみを通過させる検光子５８Ｘ
及び受光素子６０Ｘと、を含んで構成されている。 前記受光素子５６Ｘ及び６０Ｘは、例えばフオトダイオ
ードからなり、受光した光を電気信号に変換して、プリ
アンプ６２Ｘに出力するようにされている。 プリアンプ６２Ｘの出力側にはカウンタ６４Ｘが接続さ
れ、このカウンタ６４Ｘの出力信号はＸ軸表示器６６Ｘ
に表示されるようになつている。 なお、Ｙ方向変位検出器３８Ｙは、光ビーム３４による
２次元スケール２２の目盛によつて生じた回折光のうち
（０、１）次光Ｙ１の光軸上に配置されたミラー４０Ｙ
及び偏光子４２Ｙと、（０、−１）次光Ｙ２の光軸上に
配設されたミラー４４Ｙ及び偏光子４６Ｙとを含んで構
成されている点以外は、前記Ｘ方向変位検出器３８Ｘと
同様の構成であるので、Ｘ方向変位検出器３８Ｘにおけ
ると同一部材には、図において符号ＸをＹに置換え表示
することによつて説明を省略するものとする。 ここで、第５図に示されるように、ミラー４０Ｘ及び４
４Ｘは、ハーフミラー４８Ｘが光ビーム３４と干渉しな
いように、その反射面がＹ軸に対して少し傾斜させて配
置されている。 これは次の理由による。即ち、２次元スケール２２のス
ケール格子により回折され反射した光ビームはミラー４
０Ｘ及び４４Ｘで反射され偏光子４２Ｘ、４６Ｘを通過
し、ハーフミラー４８Ｘにてそれぞれ１／２の光を合成
するが、そのために通常ハーフミラー４８Ｘは光ビーム
３４上に配置されなければならないという問題が生ず
る。従つてハーフミラー４８Ｘを、光ビーム３４を含む
Ｙ軸方向に該ビームと干渉しない位置に設定し、ハーフ
ミラー４８Ｘによつて両方向からの光が合成されるよう
にミラー４０Ｘ及び４４Ｘを傾斜させて配置している。
ハーフミラー４８Ｘで合成された光ビームの延長上には
検出のための光学系が配置されている。 同様に、ハーフミラー４８Ｙも光ビーム３４を含むＸ軸
方向に該ビームと干渉しない位置にされハーフミラー４
８Ｙによつて両方向からの光が合成されるようにミラー
４０Ｙ及び４４Ｙを配置している。ハーフミラー４８Ｙ
で合成された光ビームの延長上には検出のための光学系
が配置されている。 次に、上記実施例の作用を説明する。 ２次元変位検出器２４における光源３６から射出された
光ビーム３４は、２次元スケール２２に至り、その目盛
を回折格子として回折光となつて反射される。 ここで、２次元スケール２２のＸ−Ｙ目盛は、Ｘ、Ｙの
両方向に周期性を有するので、前記回折光はＸ方向に m
次、Ｙ方向に n次（m 、n は整数）のとき、（m 、n ）
次光と表現できる。 光ビーム３４によつて２次元スケール２２のＸ目盛で生
じた（１、０）次光Ｘ１と（−１、０）次光Ｘ２とは、
ミラー４０Ｘ及び４４Ｘによりそれぞれ反射されて、偏
光子４２Ｘ、４６Ｘを通り、第１のハーフミラー４８Ｘ
において混合ビームとなつて、第２のハーフミラー５０
Ｘ方向に反射される。 この混合ビームはその１／２が第２のハーフミラー５０
Ｘを透過して前記１／４波長板５２Ｘ、検光子５４Ｘを
通り受光素子５６Ｘに到達する。又、第２のハーフミラ
ー５０Ｘで反射された１／２の混合ビームは検光子５８
Ｘを通り受光素子６０Ｘに到達する。 ここで、前記（１、０）次光Ｘ１と（−１、０）次光Ｘ
２の混合ビームは、偏光子４０Ｘと４６Ｘの偏光方向が
９０゜異なるため、干渉信号ではなく、第２のハーフミ
ラー５０Ｘで分離された後に、一方の混合ビームは、検
光子５８Ｘによつて干渉した成分が受光素子６０Ｘ及び
プリアンプ６２Ｘを経て周期信号 a１となり、又、他方
の混合ビームは１／４波長板５２Ｘと検光子５４Ｘとに
よつて干渉した成分が、受光素子５６Ｘ及びプリアンプ
６２Ｘを経て周期信号 a１に対して９０゜位相の異なる
周期信号 b１となる。 これら２相の９０゜位相の異なる周期信号 a１、 b１
は、カウンタ６４Ｘに入力されて演算され、計算値はＸ
軸表示器６６Ｘに表示される。このＸ軸表示器６６Ｘに
表示された計数値は、光ビーム３４の光軸をＸ方向に横
切つた、２次元スケールにおける縦縞状の光学格子の数
にほかならない。 同様に、Ｙ軸方向についても、光ビーム３４をＹ方向に
横切つた縦縞状の光学格子の数をＹ軸表示器６６Ｙに表
示することができる。 従つて、Ｘ軸表示器６６Ｘ及びＹ軸表示器６６Ｙは２次
元スケール２２のＸ−Ｙ方向の変位量を表示することに
なる。 この実施例における変位検出装置１８においては、ガイ
ド２８Ｘ、２８Ｙの真直度が悪くても、２次元スケール
２２の目盛が真直であれば、これらガイド２８Ｘ、２８
Ｙの畝りは測定値にそのまま反映されるので、これを補
正してより高精度の測定を行うことができる。 ここで、２次元スケール２２は、テーブル１６の測定対
象物載置面１６Ａの裏側に、該測定対象物載置面１６Ａ
と平行に配置されている。 従つて、第１図及び第２図に示される測定点１４Ａは前
記光ビーム３４による２次元スケール２２の照射点に近
接していることになる。 前記測定対象物１４の被測長部分は前記測定点１４Ａを
含む線分であり、前記２次元スケール２２におけるＸ方
向及びＹ方向の目盛に対して、テーブル１６の厚さを除
いて略同一直線上にあると考えられる。 従つて、前述のアツベの原理の条件が略充足されること
になり、１次誤差が少なく、従来より高精度の座標特定
が可能となるので、測定精度の向上を図ることができ
る。 本発明においてその平行度が充分である場合は、基台部
に２次元スケールを設け、テーブルの背面に検出器を設
けてもよい。 次に第６図に示される本発明の第２実施例につき説明す
る。 前記第１実施例において、２次元スケール２２のスケー
ル格子により回折され反射された光ビーム３４の回折光
を混合波とするためのハーフミラー４８Ｘ及び４８Ｙが
光ビーム３４の２次元スケール２２へ向う光路と干渉し
ないようするため、ミラー４０Ｘ、４４Ｘ、４０Ｙ及び
４４Ｙを各々その反斜面がＹ軸及びＸ軸に対して僅かに
傾斜するようにしているが、この第２実施例において
は、２次元スケール２２のスケール格子からの回折光を
反射する手段としてプリズムを用いることにより、前記
光ビーム３４とミラーとの干渉を避けるようにしてい
る。 即ち、光ビーム３４によつて２次元スケール２２のＸ目
盛で生じた（１、０）次光Ｘ１と、（−１、０）次光Ｘ
２とは直角プリズム４１Ｘ及び４５Ｘによりそれぞれ反
射され偏光子４２Ｘ、４６Ｘを通り第１のハーフミラー
４８Ｘにおいて混合ビームとなつて第２のハーフミラー
５０Ｘ方向に反射される。 前記直角プリズム４１Ｘ及び４５Ｘ内での反射によつ
て、回折光は、Ｙ軸方向に光路が平行にずれることにな
る。 従つて、直角プリズム４１Ｘ及び４５Ｘから出た回折光
は光ビーム３４からＹ軸方向にずれるので、第１のハー
フミラー４８Ｘは光ビーム３４と干渉することがない。
同様に、２次元スケール２２のＹ目盛で生じた回折光に
ついてもこれらが直角プリズム４１Ｙ及び４５Ｙにより
それぞれ反射されることによつて、ハーフミラー４８Ｘ
に向うので、前記と同様に、ハーフミラー４８Ｘも光ビ
ーム３４と干渉することがない。従つて、この第２実施
例における回折光の反射手段である直角プリズム４１Ｘ
及び、４５Ｘ、４１Ｙ及び４５Ｙはその反射面をＹ軸又
はＸ軸に対して傾斜させる必要がない。 なお、上記実施例は、２次元スケールとしてガラス基板
２２Ａに目盛をクロム蒸着して形成したものであるが、
本発明は、これに限定されるものでなく、いわゆるホロ
グラフスケールであればよい。 又、上記実施例は、２次元変位検出装置を、Ｘ−Ｙテー
ブルに配置したものであるが、本発明はこれに限定され
るものでなく、２次元方向に相対移動する２つの部材の
移動量を計測する場合、その一方の部材に２次元スケー
ルを、他方の部材の対向する面に変位検出器を取付ける
場合に一般的に適用されるものである。
本発明は、上記のように構成したので、２次元変位検出
装置におけるＸ−Ｙ面での形状を小型化し、且つ、構造
を簡略化することができると共に、測定対象物の送り機
構のうねり等を補正して測定精度を向上させることがで
きるという優れた効果を有する。
装置におけるＸ−Ｙ面での形状を小型化し、且つ、構造
を簡略化することができると共に、測定対象物の送り機
構のうねり等を補正して測定精度を向上させることがで
きるという優れた効果を有する。
第１図は本発明に係る２次元変位検出装置を適用したＸ
−Ｙテーブルの実施例を示す斜視図、第２図は第１図の
II−II線に沿う断面図、第３図は同実施例における２次
元スケール及び２次元変位検出器を、テーブルの裏側か
ら見た、一部ブロツク図を含む拡大斜視図、第４図は同
実施例にかかる２次元変位検出器の概念を示す光学系統
図、第５図は同２次元変位検出器の要部の光学系統図、
第６図は本発明の他の実施例の要部を示す光学系統図、
第７図は従来の変位検出装置を備えたＸ−Ｙテーブルを
示す斜視図である。 １８……変位検出器、 ２０……Ｘ−Ｙテーブル、 ２２……２次元スケール、 ２２Ａ……ガラス基板、 ２４……２次元変位検出器、 ２６……可動テーブル、 ３４……光ビーム、 ３６……光源、 ３８Ｘ……Ｘ方向変位検出器、 ３８Ｙ……Ｙ方向変位検出器、 ４０Ｘ、４４Ｘ、４０Ｙ、４４Ｙ……ミラー、 ４１Ｘ、４５Ｘ、４１Ｙ、４５Ｙ……直角プリズム、 ４２Ｘ、４６Ｘ、４２Ｙ、４６Ｙ……偏光子、 ４８Ｘ、４８Ｙ……ハーフミラー、 ５６Ｘ、６０Ｘ、５６Ｙ、６０Ｙ……受光素子。
−Ｙテーブルの実施例を示す斜視図、第２図は第１図の
II−II線に沿う断面図、第３図は同実施例における２次
元スケール及び２次元変位検出器を、テーブルの裏側か
ら見た、一部ブロツク図を含む拡大斜視図、第４図は同
実施例にかかる２次元変位検出器の概念を示す光学系統
図、第５図は同２次元変位検出器の要部の光学系統図、
第６図は本発明の他の実施例の要部を示す光学系統図、
第７図は従来の変位検出装置を備えたＸ−Ｙテーブルを
示す斜視図である。 １８……変位検出器、 ２０……Ｘ−Ｙテーブル、 ２２……２次元スケール、 ２２Ａ……ガラス基板、 ２４……２次元変位検出器、 ２６……可動テーブル、 ３４……光ビーム、 ３６……光源、 ３８Ｘ……Ｘ方向変位検出器、 ３８Ｙ……Ｙ方向変位検出器、 ４０Ｘ、４４Ｘ、４０Ｙ、４４Ｙ……ミラー、 ４１Ｘ、４５Ｘ、４１Ｙ、４５Ｙ……直角プリズム、 ４２Ｘ、４６Ｘ、４２Ｙ、４６Ｙ……偏光子、 ４８Ｘ、４８Ｙ……ハーフミラー、 ５６Ｘ、６０Ｘ、５６Ｙ、６０Ｙ……受光素子。
Claims (3)
- 【請求項１】相互に直交するＸ−Ｙ方向の目盛が形成さ
れ、相対的にＸ−Ｙ方向に移動する２つの部材の一方に
配設される２次元スケールと、前記目盛に対向して前記
他方の部材に設けられ、該目盛に一本の光ビームを射出
する光源と、前記光ビームの前記Ｘ方向の目盛による複
数の回折光の混合波を光電変換して第１の検出信号を得
るＸ方向変位検出器と、前記光ビームの前記Ｙ方向の目
盛による複数の回折光の混合波を光電変換して第２の検
出信号を得るＹ方向変位検出器と、を有してなり、前記
Ｘ方向変位検出器及びＹ方向変位検出器は、各々、前記
２次元スケールからの１次回折光及び−１次回折光を変
向する一対の反射手段と、これらの反射手段により変向
された回折光の混合波を形成するハーフミラーと、前記
２次元スケールとハーフミラーの間の、前記回折光の光
路上に配置された偏光方向が９０度異なる一対の偏光子
と、を備え、前記ハーフミラーは前記光源と２次元スケ
ール間の前記光ビームの光路外で、該光路に接近して配
置されてなる２次元変位検出装置。 - 【請求項２】前記反射手段はプリズムとされた請求項１
の２次元変位検出装置。 - 【請求項３】前記２次スケールは、前記Ｘ−Ｙ方向に移
動する２つの部材のうち、測定対象物を載置する一方の
部材の裏面に配設され、前記光源、Ｘ方向変位検出器及
びＹ方向変位検出器は、前記２次スケールに対向して、
前記一方の部材と他方の部材の間で、該他方の部材に設
けられた請求項１又は２の２次元変位検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63224260A JPH0627645B2 (ja) | 1988-09-07 | 1988-09-07 | ２次元変位検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63224260A JPH0627645B2 (ja) | 1988-09-07 | 1988-09-07 | ２次元変位検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0273118A JPH0273118A (ja) | 1990-03-13 |
| JPH0627645B2 true JPH0627645B2 (ja) | 1994-04-13 |
Family
ID=16810988
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63224260A Expired - Fee Related JPH0627645B2 (ja) | 1988-09-07 | 1988-09-07 | ２次元変位検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0627645B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
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| JP6076589B2 (ja) * | 2011-05-11 | 2017-02-08 | Dmg森精機株式会社 | 変位検出装置 |
| DE102011076178B4 (de) * | 2011-05-20 | 2022-03-31 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Positionsmesseinrichtung |
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| CN115046482B (zh) * | 2022-06-15 | 2023-07-07 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 二维光栅位移测量装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5781510U (ja) * | 1980-11-05 | 1982-05-20 |
-
1988
- 1988-09-07 JP JP63224260A patent/JPH0627645B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0273118A (ja) | 1990-03-13 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |