JPH1038516A - ステージの垂直方向変位測定装置 - Google Patents
ステージの垂直方向変位測定装置Info
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- JPH1038516A JPH1038516A JP9095668A JP9566897A JPH1038516A JP H1038516 A JPH1038516 A JP H1038516A JP 9095668 A JP9095668 A JP 9095668A JP 9566897 A JP9566897 A JP 9566897A JP H1038516 A JPH1038516 A JP H1038516A
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- stage
- displacement
- scale glass
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- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D3/00—Control of position or direction
- G05D3/12—Control of position or direction using feedback
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Optical Transform (AREA)
- Details Of Measuring And Other Instruments (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ステージの垂直方向変位測定装置を提供す
る。 【解決手段】 光源（１）と、前記光源から出射され
た光を選択的に回折通過させる第１スケールガラス（１
３）と、第１スケールガラスを通過した光を受光する受
光部（２３）とを備えた固定部（１０）と、第１スケー
ルガラスを通過した光を選択的に反射及び吸収する第２
スケールガラス（１７）を備えた可動部（２０）と、前
記受光部から供給された信号からステージ（１）の変位
を算出し、ステージの垂直方向変位を制御する回路部
（３０）とを含む。
る。 【解決手段】 光源（１）と、前記光源から出射され
た光を選択的に回折通過させる第１スケールガラス（１
３）と、第１スケールガラスを通過した光を受光する受
光部（２３）とを備えた固定部（１０）と、第１スケー
ルガラスを通過した光を選択的に反射及び吸収する第２
スケールガラス（１７）を備えた可動部（２０）と、前
記受光部から供給された信号からステージ（１）の変位
を算出し、ステージの垂直方向変位を制御する回路部
（３０）とを含む。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は超精密サーボ制御シ
ステムのステージの垂直方向変位測定装置に係り、特に
フラウンホーファー（Fraunhoffer）回折現象を用いス
テージの垂直方向変位を測定かつ制御できるステージの
垂直方向変位測定装置に関する。
ステムのステージの垂直方向変位測定装置に係り、特に
フラウンホーファー（Fraunhoffer）回折現象を用いス
テージの垂直方向変位を測定かつ制御できるステージの
垂直方向変位測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】超精密ステージは高精密度でその位置を
検出し、これを制御するための手段を必要とする。この
ために、ステージの水平方向変位、即ちＸ，Ｙ方向の変
位はリニアスケール（linear scale）やレーザー干渉計
等を用いて測定し、垂直方向変位、即ちＺ方向の変位は
多様な種類のセンサを用いて測定する。前記測定結果は
ステージの制御器にフィードバックされ、これにより変
位に応じる位置補正が行われる。
検出し、これを制御するための手段を必要とする。この
ために、ステージの水平方向変位、即ちＸ，Ｙ方向の変
位はリニアスケール（linear scale）やレーザー干渉計
等を用いて測定し、垂直方向変位、即ちＺ方向の変位は
多様な種類のセンサを用いて測定する。前記測定結果は
ステージの制御器にフィードバックされ、これにより変
位に応じる位置補正が行われる。
【０００３】従来の超精密ステージの垂直方向変位測定
装置は次のような３つの方式により検出された信号にて
変位を制御した。
装置は次のような３つの方式により検出された信号にて
変位を制御した。
【０００４】一番目の方式は、ステージの上部に設けら
れた光センサを用いて変位を検出する方式である。とこ
ろが、この方式にはステージの表面の加工精度及び表面
状態に応じて光のバラツキが発生するという短所があ
る。
れた光センサを用いて変位を検出する方式である。とこ
ろが、この方式にはステージの表面の加工精度及び表面
状態に応じて光のバラツキが発生するという短所があ
る。
【０００５】二番目の方式は、ステージの垂直方向駆動
部に設けられたエンコーダーを用いて変位を検出する方
式である。前記垂直方向駆動部はステージを垂直方向に
駆動するためのモーターと前記モーターの回転をステー
ジの変位に変換させる減速ギアーとから構成され、前記
モーターに連結されたエンコーダーの情報を通してステ
ージの垂直方向変位を算出するようになる。ところが、
この方式にはギアーのバックラッシュ（backlash）現象
等により精度が低下される短所がある。
部に設けられたエンコーダーを用いて変位を検出する方
式である。前記垂直方向駆動部はステージを垂直方向に
駆動するためのモーターと前記モーターの回転をステー
ジの変位に変換させる減速ギアーとから構成され、前記
モーターに連結されたエンコーダーの情報を通してステ
ージの垂直方向変位を算出するようになる。ところが、
この方式にはギアーのバックラッシュ（backlash）現象
等により精度が低下される短所がある。
【０００６】三番目の方式はステージの下面に設けられ
た圧電素子を用いて変位を検出する方式である。前記方
式には、圧電素子に加えられる圧力を用いて変位を測定
するので高精度で変位を検出できる長所がある反面、検
出可能な変位が数μｍ範囲以内の微小な領域に限られ、
振動等の周辺条件により大きく影響される短所がある。
た圧電素子を用いて変位を検出する方式である。前記方
式には、圧電素子に加えられる圧力を用いて変位を測定
するので高精度で変位を検出できる長所がある反面、検
出可能な変位が数μｍ範囲以内の微小な領域に限られ、
振動等の周辺条件により大きく影響される短所がある。
【０００７】
【発明が解決しょうとする課題】本発明は前記のような
問題点を解決するために案出されたものであり、広範囲
にわたって変位を高精度で測定でき、検出された変位の
伝達時にバックラッシュが防止できるステージの垂直方
向変位測定装置を提供することをその目的とする。
問題点を解決するために案出されたものであり、広範囲
にわたって変位を高精度で測定でき、検出された変位の
伝達時にバックラッシュが防止できるステージの垂直方
向変位測定装置を提供することをその目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明によるステージの垂直方向変位測定装置は、光
を生成照射する光源と、前記光源から出射された光を選
択的に回折通過させ得るように反復的に交互に形成され
た透明領域と不透明領域とを有する第１スケールガラス
と、ステージと共に連動され前記ステージの垂直方向に
移動可能に設けられれ、前記第１スケールガラスを通過
した光を選択的に回折反射させ得るように反復的に交互
に形成された反射領域と吸収領域とを有する第２スケー
ルガラスと、前記第２スケールガラスから反射され前記
第１スケールガラスを通過した光を受光する受光部と、
前記受光部で受光された信号により前記ステージの第２
スケールガラスの変位を測定し、前記ステージの垂直方
向変位を制御する回路部とが具備されてなることを特徴
とする。
に本発明によるステージの垂直方向変位測定装置は、光
を生成照射する光源と、前記光源から出射された光を選
択的に回折通過させ得るように反復的に交互に形成され
た透明領域と不透明領域とを有する第１スケールガラス
と、ステージと共に連動され前記ステージの垂直方向に
移動可能に設けられれ、前記第１スケールガラスを通過
した光を選択的に回折反射させ得るように反復的に交互
に形成された反射領域と吸収領域とを有する第２スケー
ルガラスと、前記第２スケールガラスから反射され前記
第１スケールガラスを通過した光を受光する受光部と、
前記受光部で受光された信号により前記ステージの第２
スケールガラスの変位を測定し、前記ステージの垂直方
向変位を制御する回路部とが具備されてなることを特徴
とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明を添付した図面に基
づき更に詳細に説明する。
づき更に詳細に説明する。
【００１０】図１を参照すると、本発明の実施例による
ステージの垂直方向変位測定装置は、固定部１０と、ス
テージ１の垂直方向、即ちZ方向に動く可動部２０とを
含む。前記ステージ１は水平方向、即ちＸ−Ｙ平面、及
び垂直方向、即ちＺ方向に駆動され、前記Ｘ−Ｙ平面上
に置かれる部品（図示せず）を移送させる。ここで、前
記ステージ１の水平方向変位は通常のリニアスケールま
たはレーザー干渉計を用いて測定される。
ステージの垂直方向変位測定装置は、固定部１０と、ス
テージ１の垂直方向、即ちZ方向に動く可動部２０とを
含む。前記ステージ１は水平方向、即ちＸ−Ｙ平面、及
び垂直方向、即ちＺ方向に駆動され、前記Ｘ−Ｙ平面上
に置かれる部品（図示せず）を移送させる。ここで、前
記ステージ１の水平方向変位は通常のリニアスケールま
たはレーザー干渉計を用いて測定される。
【００１１】前記固定部１０は光を生成照射する光源１
１と、前記光源１１から出射された光を選択的に回折さ
せて通過させる第１スケールガラス１３と、前記可動部
２０から反射された光を受光してこれを受光量に対応す
る電流信号に変換する受光部２３と、前記受光部２３か
ら受けた信号を処理して変位量を計算して誤差量を前記
ステージ１の駆動モーター（図示せず）に伝達する回路
部３０とを含む。かつ、前記固定部１０は、前記光源１
１と第１スケールガラス１３との間の光経路上に位置し
て入射される発散光を収束させる第１収束レンズ１２
と、前記第２スケールガラス１３と前記受光部２３との
間の光経路上に位置して入射光を前記受光部２３に収束
させる第２収束レンズ２２とを更に含むことができる。
１と、前記光源１１から出射された光を選択的に回折さ
せて通過させる第１スケールガラス１３と、前記可動部
２０から反射された光を受光してこれを受光量に対応す
る電流信号に変換する受光部２３と、前記受光部２３か
ら受けた信号を処理して変位量を計算して誤差量を前記
ステージ１の駆動モーター（図示せず）に伝達する回路
部３０とを含む。かつ、前記固定部１０は、前記光源１
１と第１スケールガラス１３との間の光経路上に位置し
て入射される発散光を収束させる第１収束レンズ１２
と、前記第２スケールガラス１３と前記受光部２３との
間の光経路上に位置して入射光を前記受光部２３に収束
させる第２収束レンズ２２とを更に含むことができる。
【００１２】前記可動部２０は前記固定部１０から入射
される光を選択的に反射または吸収できるように反射領
域１８と吸収領域１９とが交互に反復的に形成された第
２スケールガラス１７を含む。前記可動部２０は連結部
２１により前記ステージ１と連結され、前記ステージ１
が垂直方向（Ｚ方向）に移動することに応じて共に動
く。従って、前記第２スケールガラス１７は前記ステー
ジ１の垂直方向変位と同一な距離だけＺ軸に沿って動
く。前記可動部２０の位置に応じて前記第２スケールガ
ラス１７から反射される光量が変わる。
される光を選択的に反射または吸収できるように反射領
域１８と吸収領域１９とが交互に反復的に形成された第
２スケールガラス１７を含む。前記可動部２０は連結部
２１により前記ステージ１と連結され、前記ステージ１
が垂直方向（Ｚ方向）に移動することに応じて共に動
く。従って、前記第２スケールガラス１７は前記ステー
ジ１の垂直方向変位と同一な距離だけＺ軸に沿って動
く。前記可動部２０の位置に応じて前記第２スケールガ
ラス１７から反射される光量が変わる。
【００１３】図２を参照すると、前記第１スケールガラ
ス１３は反復的に交互に形成された複数の透明領域１４
と不透明領域１５を有する。前記透明領域１４と不透明
領域１５とが反復的に形成された周期は「格子反復周
期」として定義され、その値は２Ｐである。前記光源１
１（図１）から前記透明領域１４に入射された光は、第
１スケールガラス１３を通過し、前記不透明領域１５に
入射された光は、反射される。前記光源１１から出射さ
れた光は、前記透明領域１４を通過するときにフラウン
ホーファー回折現象により０次回折光、±１次回折光、
±２次回折光、等に回折される。
ス１３は反復的に交互に形成された複数の透明領域１４
と不透明領域１５を有する。前記透明領域１４と不透明
領域１５とが反復的に形成された周期は「格子反復周
期」として定義され、その値は２Ｐである。前記光源１
１（図１）から前記透明領域１４に入射された光は、第
１スケールガラス１３を通過し、前記不透明領域１５に
入射された光は、反射される。前記光源１１から出射さ
れた光は、前記透明領域１４を通過するときにフラウン
ホーファー回折現象により０次回折光、±１次回折光、
±２次回折光、等に回折される。
【００１４】前記第２スケールガラス１７は前記第１ス
ケールガラス１３の透明領域１４を通過した光を吸収ま
たは反射できるように反復的に形成された複数の反射領
域１８と吸収領域１９を有する。この第２スケールガラ
ス１７に入射された光は前記反射領域１８で０次回折光
と、±１次回折光と、±２次回折光、等に回折反射され
る。この回折反射された光の一部は前記第１スケールガ
ラス１３の透明領域１４を再び通過して前記受光部２３
（図１）に向うようになる。
ケールガラス１３の透明領域１４を通過した光を吸収ま
たは反射できるように反復的に形成された複数の反射領
域１８と吸収領域１９を有する。この第２スケールガラ
ス１７に入射された光は前記反射領域１８で０次回折光
と、±１次回折光と、±２次回折光、等に回折反射され
る。この回折反射された光の一部は前記第１スケールガ
ラス１３の透明領域１４を再び通過して前記受光部２３
（図１）に向うようになる。
【００１５】前記第１及び第２スケールガラス１３、１
７の透明領域１４、不透明領域１５、反射領域１８及び
吸収領域１９の幅は全て同一なことが望ましく、この際
に規則的なフラウンホーファー回折現象が現れるので、
前記可動部２０の変位量を高精度に測定することができ
る。
７の透明領域１４、不透明領域１５、反射領域１８及び
吸収領域１９の幅は全て同一なことが望ましく、この際
に規則的なフラウンホーファー回折現象が現れるので、
前記可動部２０の変位量を高精度に測定することができ
る。
【００１６】前記フラウンホーファー回折現象とは回折
物体から無限距離で観測される平行光の回折現象のこと
をいう。前記光源１１から出射され前記第１及び第２ス
ケールガラス１３、１７を経由して前記受光部２３に入
射された光の経路は前記第１及び第２スケールガラス１
３、１７の各領域の幅（Ｐ）に比べて非常に長いので、
光経路を無限距離だと仮定することができる。これを用
いて、精度をλ/(回折格子の間隔)だけ向上させること
ができるので、高精度の変位測定が可能になり、同一な
精度を有する既存のセンサに比べて非常に大きい変位測
定範囲を有することができる。
物体から無限距離で観測される平行光の回折現象のこと
をいう。前記光源１１から出射され前記第１及び第２ス
ケールガラス１３、１７を経由して前記受光部２３に入
射された光の経路は前記第１及び第２スケールガラス１
３、１７の各領域の幅（Ｐ）に比べて非常に長いので、
光経路を無限距離だと仮定することができる。これを用
いて、精度をλ/(回折格子の間隔)だけ向上させること
ができるので、高精度の変位測定が可能になり、同一な
精度を有する既存のセンサに比べて非常に大きい変位測
定範囲を有することができる。
【００１７】前記光源１１から出射された光が前記受光
部２３に入射される光経路は次の通りである。
部２３に入射される光経路は次の通りである。
【００１８】前記第１スケールガラス１３の透明領域１
４を透過した光は０次回折光（Ｌ１）、+１次回折光
（Ｌ２）、+１次回折光（Ｌ３）、+２次回折光（Ｌ
４）、−２次回折光（Ｌ５）等に回折される。
４を透過した光は０次回折光（Ｌ１）、+１次回折光
（Ｌ２）、+１次回折光（Ｌ３）、+２次回折光（Ｌ
４）、−２次回折光（Ｌ５）等に回折される。
【００１９】前記光は第２スケールガラス１７の反射領
域１８で回折反射される。即ち、前記０次回折光(L1)は
反射領域１８で０次回折光（ａ２）、+１次回折光（ａ
１）、−１次回折光（ａ３）に回折反射される。ここ
で、−１次回折光（ａ３）が前記第１スケールガラス１
３の透明領域１４に再入射され、受光部２３に向う。か
つ、前記１次回折光（Ｌ２）は他の反射領域１８で０次
回折光（ｂ２）、+１次回折光（ｂ１）、−１次回折光
（ｂ３）等に回折反射される。ここで、+１次回折光
（ｂ１）は前記第１スケールガラス１３の透明領域１４
を通過して前記受光部２３に向う。
域１８で回折反射される。即ち、前記０次回折光(L1)は
反射領域１８で０次回折光（ａ２）、+１次回折光（ａ
１）、−１次回折光（ａ３）に回折反射される。ここ
で、−１次回折光（ａ３）が前記第１スケールガラス１
３の透明領域１４に再入射され、受光部２３に向う。か
つ、前記１次回折光（Ｌ２）は他の反射領域１８で０次
回折光（ｂ２）、+１次回折光（ｂ１）、−１次回折光
（ｂ３）等に回折反射される。ここで、+１次回折光
（ｂ１）は前記第１スケールガラス１３の透明領域１４
を通過して前記受光部２３に向う。
【００２０】前記受光部２３で受光される回折光の分布
は前記固定部１０（図１）に対する前記可動部２０の相
対的な位置に応じて変わる。このように変化する光分布
を測定することにより、ステージ１の変位を高精度で測
定することができる。
は前記固定部１０（図１）に対する前記可動部２０の相
対的な位置に応じて変わる。このように変化する光分布
を測定することにより、ステージ１の変位を高精度で測
定することができる。
【００２１】受光部と回路部の構成は図３に詳細に示さ
れている。図３を参照すると、前記受光部２３は受光さ
れた光をその光量に比例する電流信号に変換する４つの
光センサ（Ｐ１）（Ｐ２）（Ｐ３）（Ｐ４）を含む。そ
れぞれ独立して駆動される前記光センサ（Ｐ１）（Ｐ
２）（Ｐ３）（Ｐ４）は格子状に相互に隣接して設けら
れているので、各光センサ（Ｐ１）（Ｐ２）（Ｐ３）
（Ｐ４）で受光された光の間には位相差が発生され得
る。即ち、隣接した光センサ（Ｐ１）（Ｐ２）（Ｐ３）
（Ｐ４）の間には９０°の位相差があり、光センサ（Ｐ
１）に対してそれぞれの光センサ（Ｐ２）（Ｐ３）（Ｐ
４）は９０°、１８０°、２７０°の位相差を有する。
れている。図３を参照すると、前記受光部２３は受光さ
れた光をその光量に比例する電流信号に変換する４つの
光センサ（Ｐ１）（Ｐ２）（Ｐ３）（Ｐ４）を含む。そ
れぞれ独立して駆動される前記光センサ（Ｐ１）（Ｐ
２）（Ｐ３）（Ｐ４）は格子状に相互に隣接して設けら
れているので、各光センサ（Ｐ１）（Ｐ２）（Ｐ３）
（Ｐ４）で受光された光の間には位相差が発生され得
る。即ち、隣接した光センサ（Ｐ１）（Ｐ２）（Ｐ３）
（Ｐ４）の間には９０°の位相差があり、光センサ（Ｐ
１）に対してそれぞれの光センサ（Ｐ２）（Ｐ３）（Ｐ
４）は９０°、１８０°、２７０°の位相差を有する。
【００２２】前記回路部３０は前記光センサ（Ｐ１）
（Ｐ２）（Ｐ３）（Ｐ４）の出力端にそれぞれ連結さ
れ、検出された電流信号を電圧信号に変換する４つの電
流-電圧変換器３１、３２、３３、３４と、前記それぞ
れの電流−電圧変換器３１、３２、３３、３４で変換さ
れた電圧信号のうち相互に１８０°の位相差を有する２
つの電圧信号がそれぞれ入力されて差動増幅する第１及
び第２差動増幅器３５、３６と、前記第１及び第２差動
増幅器３５、３６から出力された信号を受けて信号波形
を整形化し、前記整形化信号を計数する波形整形／計数
器３７と、前記波形整形／計数器３７で計数された値が
入力されて前記ステージ１（図１）の移動変位量を計算
する演算器３８と、検出された移動変位量と実際に移動
すべき変位量とを比較し誤差値を検出して誤差を補正で
きるように前記ステージ駆動用モーター制御部（図示せ
ず）に誤差信号を伝送する比較器３９とを含む。
（Ｐ２）（Ｐ３）（Ｐ４）の出力端にそれぞれ連結さ
れ、検出された電流信号を電圧信号に変換する４つの電
流-電圧変換器３１、３２、３３、３４と、前記それぞ
れの電流−電圧変換器３１、３２、３３、３４で変換さ
れた電圧信号のうち相互に１８０°の位相差を有する２
つの電圧信号がそれぞれ入力されて差動増幅する第１及
び第２差動増幅器３５、３６と、前記第１及び第２差動
増幅器３５、３６から出力された信号を受けて信号波形
を整形化し、前記整形化信号を計数する波形整形／計数
器３７と、前記波形整形／計数器３７で計数された値が
入力されて前記ステージ１（図１）の移動変位量を計算
する演算器３８と、検出された移動変位量と実際に移動
すべき変位量とを比較し誤差値を検出して誤差を補正で
きるように前記ステージ駆動用モーター制御部（図示せ
ず）に誤差信号を伝送する比較器３９とを含む。
【００２３】前記第１及び第２差動増幅器３５、３６は
それぞれ１８０°の位相差を有する信号を差動増幅する
ことにより、入力される信号に含まれるそれぞれのノイ
ズを取り除き、ノイズの取り除かれた信号を信号処理に
好適な信号レベルに増幅する。前記波形整形／計数器３
７は、前記第１及び第２差動増幅器３５、３６の出力信
号であるサイン（ＳＩＮ）及びコサイン（ＣＯＳ）波形
を矩形波に変換して４逓倍して計数する。前記演算器３
８は入力された計数値と前記第１及び第２スケールガラ
ス１３、１７（図１）の格子反復周期とを比較して前記
ステージ１（図１）の移動変位量を感知する。
それぞれ１８０°の位相差を有する信号を差動増幅する
ことにより、入力される信号に含まれるそれぞれのノイ
ズを取り除き、ノイズの取り除かれた信号を信号処理に
好適な信号レベルに増幅する。前記波形整形／計数器３
７は、前記第１及び第２差動増幅器３５、３６の出力信
号であるサイン（ＳＩＮ）及びコサイン（ＣＯＳ）波形
を矩形波に変換して４逓倍して計数する。前記演算器３
８は入力された計数値と前記第１及び第２スケールガラ
ス１３、１７（図１）の格子反復周期とを比較して前記
ステージ１（図１）の移動変位量を感知する。
【００２４】以下、本発明の実施例によるステージ垂直
方向変位測定装置の動作を詳細に説明する。
方向変位測定装置の動作を詳細に説明する。
【００２５】前記ステージ１の初期位置を測定するため
に、前記光源１１と、受光部２３及び回路部３０が動作
される。即ち、前記光源１１は前記第２スケールガラス
１７に光を照射し、前記受光部２３は前記光源１１から
照射され前記第２スケールガラス１７で反射された光を
受光する。このような場合、前記ステージ１が変位され
る以前なので、前記波形整形／計数器３７で計数された
値はゼロである。その後、前記ステージが駆動用モータ
ー（図示せず）により垂直方向に移動され、前記可動部
２０が前記ステージの垂直方向変位の幅だけ共に連動さ
れる。従って、前記第１スケールガラス１３に対する前
記第２スケールガラス１７の相対的な位置が変わるの
で、フラウンホーファー回折現象により前記反射領域１
８で反射され前記受光部２３に受光された光の回折分布
が変わるようになる。即ち、光波形が周期的に変わる。
前記受光部２３から出力される電流信号は前記光波形に
対応する交流成分を有し、この電気信号は前記電流-電
圧変換器３１、３２、３３、３４及び、第１及び第２差
動増幅器３５、３６を経由して前記波形整形／計数器３
７に入力され、前記光波形の周期的な変化に対応する整
形化された波形の数を計数する。この計数された信号と
前記格子反復周期（２Ｐ）から、前記演算器３８は前記
ステージ１の位置移動量を計算する。計算された前記ス
テージ１の位置移動量は実際の前記ステージ１の移動量
に当たり、前記比較器３９を通して前記所望するステー
ジ１の位置移動量と比較され、これにより移動の誤差が
検出される。検出された誤差値は前記ステージ駆動用の
モーター制御部（図示せず）にフィードバックされ前記
ステージの垂直方向変位誤差の調整に用いられる。
に、前記光源１１と、受光部２３及び回路部３０が動作
される。即ち、前記光源１１は前記第２スケールガラス
１７に光を照射し、前記受光部２３は前記光源１１から
照射され前記第２スケールガラス１７で反射された光を
受光する。このような場合、前記ステージ１が変位され
る以前なので、前記波形整形／計数器３７で計数された
値はゼロである。その後、前記ステージが駆動用モータ
ー（図示せず）により垂直方向に移動され、前記可動部
２０が前記ステージの垂直方向変位の幅だけ共に連動さ
れる。従って、前記第１スケールガラス１３に対する前
記第２スケールガラス１７の相対的な位置が変わるの
で、フラウンホーファー回折現象により前記反射領域１
８で反射され前記受光部２３に受光された光の回折分布
が変わるようになる。即ち、光波形が周期的に変わる。
前記受光部２３から出力される電流信号は前記光波形に
対応する交流成分を有し、この電気信号は前記電流-電
圧変換器３１、３２、３３、３４及び、第１及び第２差
動増幅器３５、３６を経由して前記波形整形／計数器３
７に入力され、前記光波形の周期的な変化に対応する整
形化された波形の数を計数する。この計数された信号と
前記格子反復周期（２Ｐ）から、前記演算器３８は前記
ステージ１の位置移動量を計算する。計算された前記ス
テージ１の位置移動量は実際の前記ステージ１の移動量
に当たり、前記比較器３９を通して前記所望するステー
ジ１の位置移動量と比較され、これにより移動の誤差が
検出される。検出された誤差値は前記ステージ駆動用の
モーター制御部（図示せず）にフィードバックされ前記
ステージの垂直方向変位誤差の調整に用いられる。
【００２６】
【発明の効果】以上、本発明によるステージ垂直方向変
位測定装置はステージ表面の加工精度に問わず広範囲の
ステージ変位位置を高精度で測定することができ、検出
された変位誤差値の伝達時に招かれるバックラッシュを
防止することができる。
位測定装置はステージ表面の加工精度に問わず広範囲の
ステージ変位位置を高精度で測定することができ、検出
された変位誤差値の伝達時に招かれるバックラッシュを
防止することができる。
【図１】本発明の実施例によるステージの垂直方向変位
測定装置を示した概略図。
測定装置を示した概略図。
【図２】図１の第１スケールガラスと第２スケールガラ
スを示した概略的図。
スを示した概略的図。
【図３】図１の受光部と回路部を示した概略的図。
１０ 固定部 １１ 光源 １２ 第１収束レンズ １３ 第１スケールガラス １４ 透明領域 １５ 不透明領域 １７ 第２スケールガラス １８ 反射領域 １９ 吸収領域 ２０ 可動部 ２１ 連結部 ２２ 第２収束レンズ ２３ 受光部 ３０ 回路部
Claims (8)
- 【請求項１】 光を生成照射する光源と、 前記光源から出射された光を選択的に回折通過させ得る
ように反復的に交互に形成された透明領域と不透明領域
とを有する第１スケールガラスと、 ステージと連動して前記ステージの垂直方向に移動可能
に設けられ、前記第１スケールガラスを通過した光を選
択的に回折反射させ得るように反復的に交互に形成され
た反射領域と吸収領域とを有する第２スケールガラス
と、 前記第２スケールガラスから反射され前記第１スケール
ガラスを通過した光を受光する受光部と、 前記受光部で受光された信号により第２スケールガラス
の変位を測定し、前記ステージの垂直方向変位を制御す
る回路部とを有することを特徴とするステージの垂直方
向変位測定装置。 - 【請求項２】 前記光源と前記第１スケールガラスと
の間の光経路上に配置され前記光源から出射された発散
光を収束させる第１収束レンズを更に有することを特徴
とする請求項１に記載のステージの垂直方向変位測定装
置。 - 【請求項３】 前記第１スケールガラスと前記受光部
との間の光経路上に配置され入射光を収束させる第２収
束レンズを更に有することを特徴とする請求項１に記載
のステージの垂直方向変位測定装置。 - 【請求項４】 前記透明領域、不透明領域、反射領
域、及び吸収領域の幅が全て同一とされていて、規則的
なフラウンホーファー回折現象が発生されることを特徴
とする請求項１に記載のステージの垂直方向変位測定装
置。 - 【請求項５】 前記受光部は受光された光をその光量
に対応する電流信号に変換する４つの光センサを含むこ
とを特徴とする請求項１に記載のステージの垂直方向変
位測定装置。 - 【請求項６】 前記光センサは格子状になるように相
互に隣接して設けられ、相互に隣接した光センサの間に
９０°の位相差を有するようになったことを特徴とする
請求項５に記載のステージの垂直方向変位測定装置。 - 【請求項７】 前記回路部は、 前記受光部から電流信号を受けて電圧信号に変換する複
数の電流−電圧変換器と、 前記電流−電圧変換器で変換された電圧信号のうち１８
０°の位相差を有する２つの電圧信号をそれぞれ入力さ
れて差動増幅する第１及び第２差動増幅器と、 前記第１及び第２差動増幅器から出力された信号を入力
されて信号の波形を整形化し、この整形化された波形を
計数する波形整形／計数器と、 前記波形整形／計数器で計数された値と前記第１及び第
２スケールガラスの格子反復周期とを比較して変位量を
計算する演算器と、 前記計算された変位量と目標の変位量とを比較し誤差値
を検出して誤差を補正できるように、前記ステージの駆
動用モーター制御部に誤差信号を伝送する比較器とを含
んでなることを特徴とする請求項６に記載のステージの
垂直方向変位測定装置。 - 【請求項８】 前記回路部は、 前記受光部から電流信号を受けて電圧信号に変換する複
数の電流−電圧変換器と、 前記電流−電圧変換器で変換された電圧信号のうち１８
０°の位相差を有する２つの電圧信号をそれぞれ入力さ
れて差動増幅する第１及び第２差動増幅器と、 前記第１及び第２差動増幅器から出力された信号を入力
されて信号の波形を整形化し、この整形化された波形を
計数する波形整形／計数器と、 前記波形整形／計数器で計数された値と前記第１及び第
２スケールガラスの格子反復周期とを比較して変位量を
計算する演算器と、 前記計算された変位量と目標の変位量とを比較し誤差値
を検出して誤差を補正できるように、前記ステージの駆
動用モーター制御部に誤差信号を伝送する比較器とを含
んでなることを特徴とする請求項１に記載のステージの
垂直方向変位測定装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1996-11454 | 1996-04-16 | ||
| KR1019960011454A KR0165222B1 (ko) | 1996-04-16 | 1996-04-16 | X-y스테이지의 수직방향 변위 측정장치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1038516A true JPH1038516A (ja) | 1998-02-13 |
Family
ID=19455827
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9095668A Pending JPH1038516A (ja) | 1996-04-16 | 1997-04-14 | ステージの垂直方向変位測定装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1038516A (ja) |
| KR (1) | KR0165222B1 (ja) |
| CN (1) | CN1168968A (ja) |
| TW (1) | TW351753B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103148779A (zh) * | 2013-01-30 | 2013-06-12 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 位置测量设备中光源的调整装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100554876C (zh) * | 2005-10-14 | 2009-10-28 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | 光学式定位装置 |
| CN108195293B (zh) * | 2018-03-26 | 2024-05-10 | 磐石电气（常州）有限公司 | 一种数字式位移传感器及其位移测量方法 |
| CN108981623B (zh) * | 2018-07-23 | 2020-04-28 | 浙江大学 | 一种基于微波信号的远距离微小位移探测方法 |
| CN109164465B (zh) * | 2018-08-29 | 2023-04-28 | 西安电子科技大学 | 基于微脉冲激光雷达测量云高的同轴光学系统 |
| WO2024101465A1 (ko) * | 2022-11-08 | 2024-05-16 | 엘지전자 주식회사 | 릴레이티브 액티브 얼라인 장치 |
-
1996
- 1996-04-16 KR KR1019960011454A patent/KR0165222B1/ko not_active IP Right Cessation
-
1997
- 1997-04-14 JP JP9095668A patent/JPH1038516A/ja active Pending
- 1997-04-15 TW TW086104883A patent/TW351753B/zh active
- 1997-04-16 CN CN97111636A patent/CN1168968A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103148779A (zh) * | 2013-01-30 | 2013-06-12 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 位置测量设备中光源的调整装置 |
| CN103148779B (zh) * | 2013-01-30 | 2016-01-13 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 位置测量设备中光源的调整装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1168968A (zh) | 1997-12-31 |
| KR0165222B1 (ko) | 1999-03-20 |
| KR970071034A (ko) | 1997-11-07 |
| TW351753B (en) | 1999-02-01 |
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