JPS61130816A - リニアエンコ−ダ− - Google Patents
リニアエンコ−ダ−Info
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- JPS61130816A JPS61130816A JP25332784A JP25332784A JPS61130816A JP S61130816 A JPS61130816 A JP S61130816A JP 25332784 A JP25332784 A JP 25332784A JP 25332784 A JP25332784 A JP 25332784A JP S61130816 A JPS61130816 A JP S61130816A
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- JP
- Japan
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- grating
- laser
- concave mirror
- diffracted
- diffraction grating
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- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 claims description 13
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 17
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 7
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/36—Forming the light into pulses
- G01D5/38—Forming the light into pulses by diffraction gratings
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Optical Transform (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（１）技術分野
本発明は、 ｊｌ！密位綴位置検出装置に光の回折及び
干渉を利用したリニアエンコーダーに関する。
干渉を利用したリニアエンコーダーに関する。
（２）従来技術
近年、半導体製造装置等の精密機械において、ｌＩｉ、
ｍ以下の精密位置検出器の需要が高まっている。従来か
ら、精密位置検出器として、回折格子に可干渉光を照射
した時に発生する回折光を重ね合わせて、該回折光の干
渉による明暗の変化を利用したリニアエンコーダーが知
られている。
ｍ以下の精密位置検出器の需要が高まっている。従来か
ら、精密位置検出器として、回折格子に可干渉光を照射
した時に発生する回折光を重ね合わせて、該回折光の干
渉による明暗の変化を利用したリニアエンコーダーが知
られている。
第１図に従来のリニアエンコーダーの一例を示す、１は
レーザー、２はコリメーターレンズ、３は反射部及び透
過部が等間隔に設けられた回折格子で被検物体に取付け
られている。４び４′はｍ次の正負の回折光、５及び５
′はコーナーキューブ反射鏡、６及び６′は偏光方位が
互いに直交するように設けた偏光板、７はビームスプリ
ッタ−１８及び８′は偏光方位が互いに４５°になるよ
うに設けた偏光板、９及び９′は光検出器である。光！
１１から出射された可干渉光は、コリメーターレンズ２
によって平行光束となり被検物体に取り付けられ及び４
′は、コーナーキューブ反射鏡５及び５′と偏光板６及
び６′を介して回折格子３に再入射する。
レーザー、２はコリメーターレンズ、３は反射部及び透
過部が等間隔に設けられた回折格子で被検物体に取付け
られている。４び４′はｍ次の正負の回折光、５及び５
′はコーナーキューブ反射鏡、６及び６′は偏光方位が
互いに直交するように設けた偏光板、７はビームスプリ
ッタ−１８及び８′は偏光方位が互いに４５°になるよ
うに設けた偏光板、９及び９′は光検出器である。光！
１１から出射された可干渉光は、コリメーターレンズ２
によって平行光束となり被検物体に取り付けられ及び４
′は、コーナーキューブ反射鏡５及び５′と偏光板６及
び６′を介して回折格子３に再入射する。
再入射した可干渉光は再び回折され、そのうち±ｍ次の
回折光は重なり合って垂直方向に反射される。その後ビ
ームスプリッタ−７で分割され、偏光板８及び８′を介
して光検出器９及び９′に入射する。光検出器９及び９
′の検出面上で、±ｍ次の反射回折を受けた光は干渉し
合い、 ５ｉｒＩ！Ｊの矢印方向に回折格子３が移動す
ることにより干渉の明暗の変化となる。ここで、回折格
子３において等間隔に設けられた反射部及び透過部のピ
ッチをＰとすれば、干渉の明暗の周期は回折格子の移動
量にしてＰ ／ ４ ｍで表わすことができる０例えば
１回折格子３のピッチを １．８ＪＬｍとすれば１反射
回折光として一次回折光を取り出した時の干渉の明暗周
期は０．４終履となり、光検出器９及び９′から得られ
る該明暗周期の信号を、電気的に更に４分割することに
より ０．１ト■の分解能が容易に達成される。又、偏
光板６及び６′と８及び８′の組み合わせにより光検出
器９及び９′の出力信号間に９０’の位相差をもたらし
、回折格子３の移動方向を弁別することが可能である。
回折光は重なり合って垂直方向に反射される。その後ビ
ームスプリッタ−７で分割され、偏光板８及び８′を介
して光検出器９及び９′に入射する。光検出器９及び９
′の検出面上で、±ｍ次の反射回折を受けた光は干渉し
合い、 ５ｉｒＩ！Ｊの矢印方向に回折格子３が移動す
ることにより干渉の明暗の変化となる。ここで、回折格
子３において等間隔に設けられた反射部及び透過部のピ
ッチをＰとすれば、干渉の明暗の周期は回折格子の移動
量にしてＰ ／ ４ ｍで表わすことができる０例えば
１回折格子３のピッチを １．８ＪＬｍとすれば１反射
回折光として一次回折光を取り出した時の干渉の明暗周
期は０．４終履となり、光検出器９及び９′から得られ
る該明暗周期の信号を、電気的に更に４分割することに
より ０．１ト■の分解能が容易に達成される。又、偏
光板６及び６′と８及び８′の組み合わせにより光検出
器９及び９′の出力信号間に９０’の位相差をもたらし
、回折格子３の移動方向を弁別することが可能である。
上記従来例のようなリニアエンコーダーに用いる光源と
しては、装置の小型、低コスト化及び高出力の観点から
半導体レーザーが最も望ましいが、半導体レーザの発振
波長は周囲の温度によって変動するため、±ｍ次の回折
光の光路長に差がある場合、レーザー光の波長変動及び
光路長差に比例した測定誤差を生じる。光路長差をＬ、
レーザー光の波長を入、波長変動量をΔλとすれば。
しては、装置の小型、低コスト化及び高出力の観点から
半導体レーザーが最も望ましいが、半導体レーザの発振
波長は周囲の温度によって変動するため、±ｍ次の回折
光の光路長に差がある場合、レーザー光の波長変動及び
光路長差に比例した測定誤差を生じる。光路長差をＬ、
レーザー光の波長を入、波長変動量をΔλとすれば。
波長変動の前後で、回折格子３の移動とは無関係に干渉
の明暗が生じ、その明暗の本数Ｎは次のとすればＮ ＝
（１，１４５木となり、この時回折格子のピッチを
１．８４ｍ 、反射回折光として±１次回折光を取り出
す場合、 ０．０５８１Ｌｒａの測定誤差となる。測
定誤差として０．０１ｇ膳を限度とすると、光路長りは
０．０２ｓ＋＋ｗ以下に抑えなければならず、前記従来
例ではコーナキューブ反射鏡５及び５′を微調 ）
整することにより、反射回折光４及びｌの光路長差を０
．０２層層以下にする必要があるが非常に難しい、又、
レーザーの波長変動により回折光の回折角度が変化し、
前記従来例においては１反射回折光４及び４′の反射角
度が変化するため、反射鏡５及び５′で反射された後、
回折格子３によって再回折されたレーザー光は重なり合
うことができない、従って光検出器９及び９′の検出面
上での干渉による明暗の変化のＳ／Ｎ比が低下する。
の明暗が生じ、その明暗の本数Ｎは次のとすればＮ ＝
（１，１４５木となり、この時回折格子のピッチを
１．８４ｍ 、反射回折光として±１次回折光を取り出
す場合、 ０．０５８１Ｌｒａの測定誤差となる。測
定誤差として０．０１ｇ膳を限度とすると、光路長りは
０．０２ｓ＋＋ｗ以下に抑えなければならず、前記従来
例ではコーナキューブ反射鏡５及び５′を微調 ）
整することにより、反射回折光４及びｌの光路長差を０
．０２層層以下にする必要があるが非常に難しい、又、
レーザーの波長変動により回折光の回折角度が変化し、
前記従来例においては１反射回折光４及び４′の反射角
度が変化するため、反射鏡５及び５′で反射された後、
回折格子３によって再回折されたレーザー光は重なり合
うことができない、従って光検出器９及び９′の検出面
上での干渉による明暗の変化のＳ／Ｎ比が低下する。
以上のように、従来のリニアエンコーダーは、可干渉光
の波長変動がある場合、回折光の反射光学系の光路長に
よって測定誤差を生じると共に、回折角度の変化によっ
て光検出器出力信号のＳ／Ｎ比が低下するという欠点を
有していた。
の波長変動がある場合、回折光の反射光学系の光路長に
よって測定誤差を生じると共に、回折角度の変化によっ
て光検出器出力信号のＳ／Ｎ比が低下するという欠点を
有していた。
（３）発明の概要
本発明の目的は、上記従来例の欠点を除去し、可干渉光
の波長変動に強いリニアエンコーダーを提供する事にあ
る。
の波長変動に強いリニアエンコーダーを提供する事にあ
る。
本発明に係るリニアエンコーダーは、可干渉光源と、移
動物体に取付けた回折格子と、該回折格子に可干渉光を
照射する事によって生じる特定次数の正負の反射回折光
を、前記回折格子に再反射する凹面鏡と、再回折されて
重ね合わされた可干渉光の干渉による明暗の変化を検出
する装置から構成され、前記凹面鏡を、前記回折格子上
の可干渉光照射位置を曲率中心として設置することによ
り、前記回折光反射光学系において光路長差は生じない
、又、回折角度が変化しても、反射回折光は全て可干渉
光照射位置に戻るため、光検出器の出力信号のＳ／Ｎ比
が低下することはない。
動物体に取付けた回折格子と、該回折格子に可干渉光を
照射する事によって生じる特定次数の正負の反射回折光
を、前記回折格子に再反射する凹面鏡と、再回折されて
重ね合わされた可干渉光の干渉による明暗の変化を検出
する装置から構成され、前記凹面鏡を、前記回折格子上
の可干渉光照射位置を曲率中心として設置することによ
り、前記回折光反射光学系において光路長差は生じない
、又、回折角度が変化しても、反射回折光は全て可干渉
光照射位置に戻るため、光検出器の出力信号のＳ／Ｎ比
が低下することはない。
（４）実施例
第２図は本発明に係るリニアエンコーダーの構成例を示
し、１〜９は第１図と同様のものを指しており、１０は
光軸上にレーザー光を透過させるための開口を穿設した
凹面鏡で１曲車中心が回折格子３上のレーザー光照射位
置と一致するように設置されている。
し、１〜９は第１図と同様のものを指しており、１０は
光軸上にレーザー光を透過させるための開口を穿設した
凹面鏡で１曲車中心が回折格子３上のレーザー光照射位
置と一致するように設置されている。
以下、本実施例のリニアエンコーダーの動作原理を説明
する。レーザーｌから出射したレーザー光は、コリメー
ターレンズ２によって平行光束となり、ビームスプリッ
タ−７を介して凹面鏡１０の光軸上の開口を通った後、
回折格子３で反射回折される０反射回折されたレーザー
光４及び４′は、偏光板６及び６′を透過して凹面鏡１
０で反射され１元の光路を戻って回折格子３を再照射す
る。この時の照射位置は、回折格子３上のレ−ザー光入
射位置と同一位置となる。そして、再び回折格子３によ
って回折されて重なり合い、凹面鏡の光軸上の開口部を
再通過し、ビームスプリッタ−７及び７′により分割さ
れる０分割された光は、それぞれ偏光板８及び８′を透
過して光検出器９及び９′に入射する。光検出器９及び
９′の検出面上で重なり合ったレーザ光は干渉し、回折
格子３の移動に伴って明暗の変化を生じる。又、偏光板
６．６′及び８，８′の組み合わせにより、光検出器９
及び９′の出力信号間に９０”の位相差をもたらし、回
折格子３の移動方向を弁別できるのは従来例と同様であ
る。
する。レーザーｌから出射したレーザー光は、コリメー
ターレンズ２によって平行光束となり、ビームスプリッ
タ−７を介して凹面鏡１０の光軸上の開口を通った後、
回折格子３で反射回折される０反射回折されたレーザー
光４及び４′は、偏光板６及び６′を透過して凹面鏡１
０で反射され１元の光路を戻って回折格子３を再照射す
る。この時の照射位置は、回折格子３上のレ−ザー光入
射位置と同一位置となる。そして、再び回折格子３によ
って回折されて重なり合い、凹面鏡の光軸上の開口部を
再通過し、ビームスプリッタ−７及び７′により分割さ
れる０分割された光は、それぞれ偏光板８及び８′を透
過して光検出器９及び９′に入射する。光検出器９及び
９′の検出面上で重なり合ったレーザ光は干渉し、回折
格子３の移動に伴って明暗の変化を生じる。又、偏光板
６．６′及び８，８′の組み合わせにより、光検出器９
及び９′の出力信号間に９０”の位相差をもたらし、回
折格子３の移動方向を弁別できるのは従来例と同様であ
る。
本実施例のレーザーリニエンコーダーは、凹面鏡の曲率
中心をレーザー照射位置としているため１反射回折光４
及び４′の光路長は完全に等しい。従って、レーザー１
の発振波長が変動しても、回折格子３の移動量の測定誤
差は起こり得ない。又、レーザー１の発振波長の変動の
ために反射回折光４及び４′の反射回折角が変化しても
、凹面鏡１０で反射された後、必ず元の光路を戻るため
に光検出器９及び９′の検出面上に生ずる干渉の明暗変
化のＳ／Ｎ比が低下することもない。
中心をレーザー照射位置としているため１反射回折光４
及び４′の光路長は完全に等しい。従って、レーザー１
の発振波長が変動しても、回折格子３の移動量の測定誤
差は起こり得ない。又、レーザー１の発振波長の変動の
ために反射回折光４及び４′の反射回折角が変化しても
、凹面鏡１０で反射された後、必ず元の光路を戻るため
に光検出器９及び９′の検出面上に生ずる干渉の明暗変
化のＳ／Ｎ比が低下することもない。
尚、凹面鏡１０で反射されるため、光検出器９及び９′
には発散光束が入射する。しかし、反射回折光４及び４
′は完全に共通な光路を通っているため、干渉の明暗変
化のＳ／Ｎ比は低下せず、実用上問題とはならない。
には発散光束が入射する。しかし、反射回折光４及び４
′は完全に共通な光路を通っているため、干渉の明暗変
化のＳ／Ｎ比は低下せず、実用上問題とはならない。
第３図、第４図は本発明の別の実施例を示し。
第３図は透過回折光を利用したもの、第４図は凹面鏡で
の反射によって発散したレーザー光を集光させる集光レ
ンズ１１を具備したものである。上記実施例においても
動作原理は第２図に示したものと同様であり、測定条件
、設置、条件等を考慮してｌ、各々使用する事ができる
。
の反射によって発散したレーザー光を集光させる集光レ
ンズ１１を具備したものである。上記実施例においても
動作原理は第２図に示したものと同様であり、測定条件
、設置、条件等を考慮してｌ、各々使用する事ができる
。
（５）発明の詳細
な説明したように、本発明に係るリニアエンコーダーは
、簡便な構成で、可干渉光の波長変動に起因する測定誤
差やＳ／Ｎ比の低下を生じることのない、高精度な位置
検出装置である。
、簡便な構成で、可干渉光の波長変動に起因する測定誤
差やＳ／Ｎ比の低下を生じることのない、高精度な位置
検出装置である。
第１図はレーザーリニアエンコーダーの従来例を示す図
、第２図は本発明に係るレーザーリニアエンコーダーの
構成例を示す図、第３図、第４図は別の実施例を示す図
。 １−−−−−レーザー等の可干渉光源、２−−−−−コ
リメーターレンズ、 ３−−−−一回折格子、 ４ 、４’−−−−一正負の回折光、′５ 、５′−−
−−−コーナーキューブ反射鏡、６ 、６’、 ８ 、
８′−−一偏光板。 ７ 、７’−−−−−ビームスプリッタ−１９、９’−
−−−一光検出器、 １０−−−−一凹面鏡、 １１−−−−一集光レンズ
、第２図は本発明に係るレーザーリニアエンコーダーの
構成例を示す図、第３図、第４図は別の実施例を示す図
。 １−−−−−レーザー等の可干渉光源、２−−−−−コ
リメーターレンズ、 ３−−−−一回折格子、 ４ 、４’−−−−一正負の回折光、′５ 、５′−−
−−−コーナーキューブ反射鏡、６ 、６’、 ８ 、
８′−−一偏光板。 ７ 、７’−−−−−ビームスプリッタ−１９、９’−
−−−一光検出器、 １０−−−−一凹面鏡、 １１−−−−一集光レンズ
Claims (1)
- （１）回折格子を取り付けた移動物体に可干渉光を照射
する手段と、該移動物体からの回折光を該移動物体に再
入射させる凹面鏡と、前記移動物体で再度回折された光
を検出する手段とを有する事を特徴とするリニアエンコ
ーダー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25332784A JPS61130816A (ja) | 1984-11-30 | 1984-11-30 | リニアエンコ−ダ− |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25332784A JPS61130816A (ja) | 1984-11-30 | 1984-11-30 | リニアエンコ−ダ− |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61130816A true JPS61130816A (ja) | 1986-06-18 |
Family
ID=17249760
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25332784A Pending JPS61130816A (ja) | 1984-11-30 | 1984-11-30 | リニアエンコ−ダ− |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61130816A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63309816A (ja) * | 1987-06-12 | 1988-12-16 | Tokyo Seimitsu Co Ltd | リニアスケ−ル |
| JPS63311121A (ja) * | 1987-06-15 | 1988-12-19 | Canon Inc | エンコ−ダ− |
| JP2007292735A (ja) * | 2006-03-21 | 2007-11-08 | Asml Netherlands Bv | 変位測定システム、リソグラフィ装置およびデバイス製造方法 |
-
1984
- 1984-11-30 JP JP25332784A patent/JPS61130816A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63309816A (ja) * | 1987-06-12 | 1988-12-16 | Tokyo Seimitsu Co Ltd | リニアスケ−ル |
| JPS63311121A (ja) * | 1987-06-15 | 1988-12-19 | Canon Inc | エンコ−ダ− |
| JP2007292735A (ja) * | 2006-03-21 | 2007-11-08 | Asml Netherlands Bv | 変位測定システム、リソグラフィ装置およびデバイス製造方法 |
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