JPH10501334A - 相対移動検出装置 - Google Patents
相対移動検出装置Info
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- JPH10501334A JPH10501334A JP8500975A JP50097596A JPH10501334A JP H10501334 A JPH10501334 A JP H10501334A JP 8500975 A JP8500975 A JP 8500975A JP 50097596 A JP50097596 A JP 50097596A JP H10501334 A JPH10501334 A JP H10501334A
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Abstract
Description
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.相対移動を検出するための装置であって、 回折格子を備え、この回折格子は、光の供給源に対して相対移動可能である と共に、周期Pと、光を予め選択された波長λにおいて正と負の1次に回折させ る特性とを有し、その正と負の1次は回折格子に近接する自然干渉の領域で互い に干渉することと、 波長λの光の第1と第2のビームで前記回折格子の領域を照明するための手 段と、 光の第1と第2のビームからの正と負との第1次の間の回折格子の自然干渉 の領域内に位置した検知面を有する周期検出器とを備え、 上記周期検出器は、予め選択された波長λ及び回折格子の周期Pの関数とし ての周期を有し、更に上記周期検出器は、それに入射する光に応答して出力信号 を与えることにより、上記周期検出器は、前記検知面における前記回折格子から の正と負との1次回折の間の干渉に対して原理的に応答する相対移動検出装置。 2.前記照明するための手段が、 波長λの光を与えるレーザーダイオードと、 前記レーザーダイオードからの光を受けて、波長λのコリメートされた光の ビームを与えるコリメートレンズと、 コリメートされた光のビームを第1と第2のビームヘ変更させる複孔構造体 とを含む請求項1の装置。 3.前記照明するための手段が、 波長λのコリメートされた光のビームを与える光源と、 波長λのコリメートされた光のビームを受けるように配置されると共に、波 長λのコリメートされた光のビームの軸からの予め定められた角度において第1 と第2のビームを発生させる波面補正構造とを含む請求項1の装置。 4.前記波面補正構造が、屈折光学要素である請求項3の装置。 5.前記波面補正構造が、回折格子である請求項3の装置。 6.部材の相対移動を検出できる装置であり、その部材は回折格子を含み、この 回折格子は、周期Pと、光を予め選択された波長λにおいて正と負の1次に回折 させる特性とを有し、その正と負の1次は回折格子に近接する自然干渉の領域で 互いに干渉し、この装置は、 ヘッド構造と、 このヘッド構造により支持された担体構造と、 コリメートされ、且つ予め選択された波長λのコヒーレント光を与えると共 に、上記ヘッド構造により支持された光源と、 上記担体構造に位置した周期検出器であって、この周期検出器は、検出面を 有し、且つ予め選択された波長λと回折格子の周期Pの関数としての周期を有す ると共に、この周期検出器に入射する光に応答して出力信号を与えることと、 上記担体構造に位置し、上記周期検出器からの出力信号を調整するための電 気的回路系と、 上記ヘッド構造に支持されたミラー構造とを備え、 上記ミラー構造は、上記ヘッド構造が回折格子に近接して位置する際に、上 記光源から回折格子へ入射する光に応答して回折格子により回折される正と負の 1次の間の自然干渉を上記周期検出器へ向かわせるように、上記ヘッド構造上に 光源に関係した位置を有する装置。 7.前記担体構造が、フレックスケーブルである請求項6の装置。 8.前記担体構造が、ハイブリッド基板である請求項6の装置。 9.前記ミラー構造が、前記ヘッド構造に位置を有し、これは上記光源からの光 を回折格子へ向かわせ、且つ上記ヘッド構造が回折格子に近接して位置する際に 、前記光源からの光に応答して回折格子により回折される正と負の1次の間の自 然干渉を上記周期検出器へ向かわせる請求項6の装置。 10.前記ミラー構造が、前記光源と担体構造との間に位置している請求項6の装 置。 11.前記担体構造は、前記光源とミラー構造との間に前記周期検出器が介在して 配置されるように位置している請求項6の装置。 12.前記光源、前記担体構造、及び前記ミラー構造は、これらが全て回折格子の 方の側に配置されるように、前記ヘッド構造に位置している請求項6の装置。 13.前記ヘッド構造が、通路を有し、この通路を通じて前記部材が移動可能であ り、更に前記担体構造が、この通路の一方の側に位置し、且つ前記ミラー構造が 、この通路の他方の側に配置されている請求項6の装置。 14.前記ヘッド構造が、通路を有し、この通路を通じて前記部材が移動可能であ り、更に前記担体構造及びミラー構造が、この通路の一方の側に位置し、且つ前 記光源が、この通路の他方の側に配置されている請求項6の装置。 15.包囲体の内部の閉止空間に配置された要素の位置を制御するための方法であ って、要素は、位置決め信号に応答する位置決め機構により閉止空間内の経路に 沿って位置決め自在であり、その位置決め機構は閉止空間内に配置され、且つ上 記包囲体は穴を有し、この穴を通じて要素の少なくとも一部が、要素の全経路に 亘って上記包囲体の外側から可視であり、この方法は、 前記穴を通じて上記包囲体の外側から可視である要素の部分に、干渉構造を 設け、この干渉構造は、それに波長λの光が入射したときに、上記包囲体の外側 の点において干渉縞を生起可能である行程と、 上記干渉構造を波長λの光で照明する行程と、 干渉縞内に干渉検出器を位置決めすることにより、干渉検出器に出力として の参照信号を出させる行程と、 上記位置決め機構を制御することにより、上記参照信号を上記干渉検出器の いずれかの位置についての上記干渉検出器の出力として保持する行程と、 上記干渉検出器を指定された位置へ移動させることにより、上記位置決め機 構が同様な方式で要素を指定された位置へ移動させるように制御する行程とから なる方法。 16.干渉構造を設ける行程が、要素に回折格子断片を設ける行程を含む請求項1 5の方法。 17.回折格子断片を設ける行程が、回折格子断片を要素上に付着させる行程を含 む請求項16の方法。 18.位置決め機構を制御する行程が、前記干渉検出器、前記位置決め機構、及び 前記干渉構造の間に、閉じたサーボループを形成する行程を含む請求項15の方 法。 19.干渉検出器の移動を制御する行程が、閉じたサーボループのもとに前記干渉 検出器の移動を制御する行程を含む請求項15の方法。 20.閉じたサーボループの制御行程が、位置センサを用いて前記干渉検出器の実 際の位置を決定する行程と、 前記干渉検出器の実際の位置と前記干渉検出器の所望の位置とを比較する行 程と、 前記干渉検出器の位置を、その実際の位置が所望の位置に一致するまで調整 する行程とを含む請求項19の方法。 21.実際の位置を決定する行程が、光学エンコーダを用いて前記干渉検出器の実 際の位置を計測する行程を含む請求項20の方法。 22.実際の位置を決定する行程が、マイケルソン干渉計を用いて前記干渉検出器 の実際の位置を計測する行程を含む請求項20の方法。 23.包囲体の内部の閉止空間に配置された要素の位置を制御するための方法であ って、要素は、サーボ制御からの位置決め信号に応答する位置決め機構により閉 止空間内の経路に沿って位置決め自在であり、その位置決め機構は閉止空間内に 配置され、且つ上記包囲体は穴を有し、この穴を通じて要素の少なくとも一部が 、要素の全経路に亘って上記包囲体の外側から可視であり、また要素は回転軸を 有し、この方法は、 前記穴を通じて上記包囲体の外側から可視である要素の部分に、格子構造を 設け、この格子構造は、干渉構造に波長λの光が入射したときに、上記包囲体の 外側の点において干渉縞を生起可能である行程と、 要素の回転軸と同軸な回転軸を有する回転自在な構造に、上記干渉検出器と 波長λの光の光源とを支持させる行程と、 回転自在な構造を位置決めすることにより、上記光源からの光が上記格子構 造を照明し、且つ上記干渉検出器が結果的な干渉縞内に位置させる行程と、 上記干渉検出器により検出された干渉縞の選択されたセグメントに対応する 上記干渉検出器の出力を、格子設定位置として指定する行程と、 格子設定位置に対応する上記干渉検出器の出力を、サーボ制御回路系へ与え ることにより、要素による任意の移動の間、上記干渉検出器の出力としての格 子設定位置を保持するように位置決めアセンブリを制御する行程と、 上記回転自在な構造をサーボ制御のもとに指定された位置へ回転させること により、位置決め機構が要素を現在の位置へ移動させる行程とからなる方法。 24.位置決めシステムと共に使用可能な包囲体であって、位置決めシステムは、 移動のために位置決め構造に支持された干渉検出器を含み、その位置決め構造は 、選択された位置へ移動可能であり、位置決めシステムは更に処理回路系を含み 、この処理回路系は、干渉検出器から信号を解析し、且つ干渉検出器からの信号 と所定の信号との間の差を示す制御信号を与えることが可能であり、この包囲体 は、 閉止空間を規定するハウジングと、 このハウジング内に位置し、このハウジング内の経路に沿って移動自在な要 素と、 制御回路系からの制御信号に応答し、且つ上記要素を上記経路に沿って位置 決め可能な位置決め機構と、 上記ハウジング内の要素に位置した格子構造とを備え、 上記ハウジングは窓を有し、この窓を通じて、上記格子構造は、選択された 波長において、上記要素の全経路に亘って、封止されたハウジングの外側から光 学的に可視であり、更に上記格子構造は、選択された波長の光で照明された際に 、封止されたハウジングの外側に干渉縞を生起可能であるので、干渉検出器は、 干渉縞を検出するようにハウジングの窓に関して位置決め自在であり、且つ上記 制御回路系は、上記位置決め機構へ制御信号を供給可能であることにより、上記 要素は制御信号に応答して上記経路に沿って位置決めされる包囲体。 25.上記格子構造が、格子断片である請求項24の装置。 26.上記格子構造が、複製された格子断片である請求項24の装置。 27.上記格子構造が、フォトレジストの精密被覆から形成されている請求項24 の装置。 28.上記フォトレジストの被覆上に形成された被包材料の層を更に含む請求項2 7の装置。 29.回折格子が、フォトレジストの精密被覆から形成されている請求項1の装置 。 30.上記フォトレジストの被覆上に形成された被包材料の層を更に含む請求項2 9の装置。 31.上記被包材料の層が、光を反射するように形成されたアルミニウムの層であ る請求項30の装置。 32.上記被包材料の層が、反射防止層である請求項30の装置。 33.前記光源が、この光源からの波長λのコリメートされた光のビームを受ける ように前記ヘッド構造に位置された波面補正構造を更に含み、この波面補正構造 は、波長λのコリメートされた光のビームの軸からの予め定められた角度にて、 波長λの光の第1と第2のビームを生起し、更に、前記ヘッド構造が前記回折格 子に近接して位置した際に、これら光の第1と第2の傾けられたビームが前記回 折格子に入射する請求項6の装置。 34.前記波面補正構造が、屈折光学要素である請求項33の装置。 35.前記波面補正構造が、回折格子である請求項33の装置。 36.相対移動を検出するための装置であって、 波長λのコリメートされた光のビームを与える光源と、 波長λのコリメートされた光のビームを受けるように位置され、且つ波長λ のコリメートされた光のビームの軸からの角度θwfcにて、第1と第2のビーム を生じさせる波面補正構造と、 上記光源及び波面補正構造に対して相対移動自在であり、且つ上記波面補正 構造からの第1と第2のビームにより照明される領域を有するように位置した回 折格子であり、この回折格子は、周期PGと、光を予め選択された波長λにおい て正と負の1次に回折させる特性とを有し、その正と負の1次は、この回折格子 に近接する自然干渉の領域で互いに干渉することと、 光の第1と第2のビームからの正と負との第1次の間の回折格子の自然干渉 の領域内に位置した検出面を有する周期検出器であり、この周期検出器は、周期 PDを有する干渉縞の検出に適合し、更にこの周期検出器は、それに入射する光 に応答して出力信号を与えることとを備え、 上記波面補正構造は、第1と第2のビームを生じさせる角度に起因して、自 然干渉の領域における正と負との1次の間の干渉が、実質的にPDの周期を持つ ように形成されることにより、上記周期検出器は、上記回折格子から回折された 正と負との1次の間の上記検出面における干渉に対して原理的に応答する相対移 動検出装置。 37.上記波面補正構造が、第1と第2のビームを生じさせる角度θwfcの結果と して、上記回折格子の自然干渉の領域における正と負との1次の間の干渉に線形 干渉縞を生じるように形成されている請求項36の装置。 38.上記回折格子が、法線に対して角度θgにて正と負の1次ビームを生じ、上 記周期検出器が、λ/sinθeの周期を有する干渉縞の検出に適合し、更に上 記波面補正構造が、法線に対して角度θwfcにて傾けられた第1と第2のビーム を生じる結果、θe=θg=θwfcである請求項36の装置。 39.相対移動を検出するための装置であって、 光の供給源に対して相対移動可能であると共に、周期Pと、光を予め選択さ れた波長λにおいて正と負の1次に回折させる特性とを有する回折格子であり、 その正と負の1次は回折格子に近接する自然干渉の領域で互いに干渉することと 、 波長λの光のビーム与える光源と、 偏光ビームスプリッタと、 1/4波長位相遅延板を備え、ここで上記偏光ビームスプリッタは、この位 相遅延板を通過する実質的に全てのビームを反射させて上記回折格子に向かわせ るように、ビームの経路に位置し、更に上記偏光ビームスプリッタ及び位相遅延 板は、上記回折格子からの回折された正と負との1次を上記位相遅延板及び偏光 ビームスプリッタを通過させるように位置していることと、 上記位相遅延板及び偏光ビームスプリッタを通過した回折格子からの正と負 との1次回折ビームの間の自然干渉の領域内に位置した検出面を有する検出器と を備える相対移動検出装置。 40.前記位相遅延板及び偏光ビームスプリッタが、その後、前記回折格子に対し て法線をなす経路に沿って回折格子へ光のビームを向かわせる請求項39の装置 。
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