JPS61704A - 精密位置決め移動台 - Google Patents
精密位置決め移動台Info
- Publication number
- JPS61704A JPS61704A JP60108132A JP10813285A JPS61704A JP S61704 A JPS61704 A JP S61704A JP 60108132 A JP60108132 A JP 60108132A JP 10813285 A JP10813285 A JP 10813285A JP S61704 A JPS61704 A JP S61704A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mirror
- beam splitter
- distance
- optical system
- center
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/02055—Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration
- G01B9/02056—Passive reduction of errors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
- G01B5/0011—Arrangements for eliminating or compensation of measuring errors due to temperature or weight
- G01B5/0014—Arrangements for eliminating or compensation of measuring errors due to temperature or weight due to temperature
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/02049—Interferometers characterised by particular mechanical design details
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (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】
〔発明の利用分野〕
本発意は精密位置決めのためのレーザ干渉光学系および
それを応用した静圧空気軸受式移動案内をもつ精密位置
決め移動台に関するものである。
それを応用した静圧空気軸受式移動案内をもつ精密位置
決め移動台に関するものである。
レーザ干渉測長は、原理的にレーザ波長の数分の１単位
の精度、分解能で位置（長さ）を測れるため、マイケル
ソン型の干渉計を基本として、いろいろ応用され、現在
位置決めスケールや精密長さ測定の手段として用いられ
ている。
の精度、分解能で位置（長さ）を測れるため、マイケル
ソン型の干渉計を基本として、いろいろ応用され、現在
位置決めスケールや精密長さ測定の手段として用いられ
ている。
移動台の移動距離を測定する時の構成は、第１図に示す
ように、レーザ光を発生するレーザ光源１、レーザビー
ム７を測長光８と基準光９に分けるビームスプリンタ２
．基準光９を反射する固定鏡３．移動ステージ４に載り
測長光８を反射する移動鏡５．二元の干渉光を検知する
ディテクタ６等で構成され、固定鏡３と移動鏡５の間の
距離（光路差）を波長の数分の１単位で計測するわけで
ある。この高性能の位置測定の手段を、十分駆使するた
めの要点が数点あるが、そのうちで、熱膨張による誤差
と、空気のゆらぎによる空気の疎密に伴う屈折率の変化
からくる測定値の誤差、不安定さをおさえることは、こ
のような計測システムを使いこなす重要なポイントであ
る。
ように、レーザ光を発生するレーザ光源１、レーザビー
ム７を測長光８と基準光９に分けるビームスプリンタ２
．基準光９を反射する固定鏡３．移動ステージ４に載り
測長光８を反射する移動鏡５．二元の干渉光を検知する
ディテクタ６等で構成され、固定鏡３と移動鏡５の間の
距離（光路差）を波長の数分の１単位で計測するわけで
ある。この高性能の位置測定の手段を、十分駆使するた
めの要点が数点あるが、そのうちで、熱膨張による誤差
と、空気のゆらぎによる空気の疎密に伴う屈折率の変化
からくる測定値の誤差、不安定さをおさえることは、こ
のような計測システムを使いこなす重要なポイントであ
る。
従来は、第１図に示すように、固定鏡３をビームスプリ
ッタ２に直接取付け、測定鏡の配置（位置）を配慮しな
い光学系が普通であった。この光学系では次のような欠
点があった。（１）温度の変動による熱膨張があった時
も、基準鏡側は、ビームスプリッタからの距離が矩かい
ため、はとんど変らず、測長鎖側のみ伸びるので、測定
される位置と、実際に移動した位置との間に得差を生じ
る。
ッタ２に直接取付け、測定鏡の配置（位置）を配慮しな
い光学系が普通であった。この光学系では次のような欠
点があった。（１）温度の変動による熱膨張があった時
も、基準鏡側は、ビームスプリッタからの距離が矩かい
ため、はとんど変らず、測長鎖側のみ伸びるので、測定
される位置と、実際に移動した位置との間に得差を生じ
る。
（２）測長鏡とビームスプリッタ間の雰囲気と、ビーム
スプリッタと基準鏡間の雰囲気が異なるため。
スプリッタと基準鏡間の雰囲気が異なるため。
すなわち、基準鏡側には、ビームスプリッタと基準鏡開
に揺れ動く空気が存在せず、−測長鎖側のみ空気による
ゆらぎが存在するため、移動ステージ（移動鏡）が固定
している時の測定値の読みの不安定性さが非常に大きか
った。
に揺れ動く空気が存在せず、−測長鎖側のみ空気による
ゆらぎが存在するため、移動ステージ（移動鏡）が固定
している時の測定値の読みの不安定性さが非常に大きか
った。
この空気のゆらぎの対策として、第１図の破線で示すよ
うに、基準鏡をビームスプリッタに固定し、測長鏡とビ
ームスプリッタ間にシールド筒１０を取付けることも行
なわれているが、結果的に、次の欠点があった。（３）
ステージの移動ストロークとの関係で決るシールド筒の
長さのため、測長鏡が最もビームスプリッタに近づいた
時の位置がある一定値以下にはなり得す、結果的に上記
（１）の熱膨張による誤差が増えることになる。（４）
シールド筒そのものが必要である上に、−軸ステージの
場合は取付も何とかなるが、二軸ステージの場合には、
その筒の構造も複雑となり、不可能な場合も多い。なお
、静圧空気軸受に関しては、例えば特開昭５４−１５５
８６２号公報に記載されている。
うに、基準鏡をビームスプリッタに固定し、測長鏡とビ
ームスプリッタ間にシールド筒１０を取付けることも行
なわれているが、結果的に、次の欠点があった。（３）
ステージの移動ストロークとの関係で決るシールド筒の
長さのため、測長鏡が最もビームスプリッタに近づいた
時の位置がある一定値以下にはなり得す、結果的に上記
（１）の熱膨張による誤差が増えることになる。（４）
シールド筒そのものが必要である上に、−軸ステージの
場合は取付も何とかなるが、二軸ステージの場合には、
その筒の構造も複雑となり、不可能な場合も多い。なお
、静圧空気軸受に関しては、例えば特開昭５４−１５５
８６２号公報に記載されている。
本発明は、これらの欠点をとり除き、正確で、安定で、
安価な光学系およびそれを備えた精密位置決め移動台を
提供するものである。
安価な光学系およびそれを備えた精密位置決め移動台を
提供するものである。
また、レーザ干渉を利用したサブミクロンの位置計測を
行うステージには、それ相応の移動案内、送り機構が必
要となる。静圧空気軸受式移動案内は、スティックスリ
ップがないこと、低摩擦であること等１種々の特徴を有
し、レーザ干渉測長システムと組合せて、精密測定機、
加工機等の超精密位置決めステージに用いられている。
行うステージには、それ相応の移動案内、送り機構が必
要となる。静圧空気軸受式移動案内は、スティックスリ
ップがないこと、低摩擦であること等１種々の特徴を有
し、レーザ干渉測長システムと組合せて、精密測定機、
加工機等の超精密位置決めステージに用いられている。
本発明は。
これらのステージにレーザ干渉光学系を利用する際に、
従来問題となっていた点を解決するものである。
従来問題となっていた点を解決するものである。
本発明の要旨は下記のとおりである。
レーザ光を基準光と測長光の２光に分けるビームスプリ
ッタの中心から基準光を反射する固定鏡の反射面までの
距離と、移動ステージに搭載され測長光を反射する移動
鏡の反射面が前記移動ステージの移動距離の中央にある
時の前記ビームスプリッタの中心から移動鏡の反射面ま
での距離とを等しくなるように配設したことを特徴とす
る精密位置決め移動台。。
ッタの中心から基準光を反射する固定鏡の反射面までの
距離と、移動ステージに搭載され測長光を反射する移動
鏡の反射面が前記移動ステージの移動距離の中央にある
時の前記ビームスプリッタの中心から移動鏡の反射面ま
での距離とを等しくなるように配設したことを特徴とす
る精密位置決め移動台。。
以下、本発明を実施例を参照して説明する。
第２図乃至第４図、発明の一実施例を示す図で、第２図
は全体を示す斜視図であり、第３，４図はそれぞれ光学
系の詳細を示す正面図、平面図である。レーザ光源１１
から出たレーザ光１２は、ビームスプリッタ】３で２つ
に分けられ、基準光１４は、固定されている固定鏡１５
に当たり反射され戻ってくる。一方、測長光１６は、移
動ステージＩ７に載っている移動鏡１８に反射され戻っ
てくる。この２つの光が干渉し、ディテクター９で検出
され、波長の４分の１単位で計測される。
は全体を示す斜視図であり、第３，４図はそれぞれ光学
系の詳細を示す正面図、平面図である。レーザ光源１１
から出たレーザ光１２は、ビームスプリッタ】３で２つ
に分けられ、基準光１４は、固定されている固定鏡１５
に当たり反射され戻ってくる。一方、測長光１６は、移
動ステージＩ７に載っている移動鏡１８に反射され戻っ
てくる。この２つの光が干渉し、ディテクター９で検出
され、波長の４分の１単位で計測される。
平面鏡２０は測長光を９０°曲げて移動鏡に当てるため
に本実施例の場合に必要となるもので、構造を考慮すれ
ば不可欠なものではない。第２，３図においてビームス
プリッタ１３から、平面鏡２ｏを経て、移動ストローク
の中央にある場合の移動・鏡へ至る距離と、ビームスプ
リッタから固定鏡へ至る距離を等しく ｂ＋Ｑ＋−とな
るように固定鏡を配置しである。また固定鏡、移動鏡は
同材質のホルダー２１の上に設置されている。なお固定
バー２２は、圧縮空気２３を吹出すオリフィス２４を持
つステージが動く基準となるものである。
に本実施例の場合に必要となるもので、構造を考慮すれ
ば不可欠なものではない。第２，３図においてビームス
プリッタ１３から、平面鏡２ｏを経て、移動ストローク
の中央にある場合の移動・鏡へ至る距離と、ビームスプ
リッタから固定鏡へ至る距離を等しく ｂ＋Ｑ＋−とな
るように固定鏡を配置しである。また固定鏡、移動鏡は
同材質のホルダー２１の上に設置されている。なお固定
バー２２は、圧縮空気２３を吹出すオリフィス２４を持
つステージが動く基準となるものである。
駆動アクチュエータ２５はステージを移動するためのも
のである。本実施例では、移動物の重さを極力軽くする
ことが不可欠であったこと、光学系のアライメントがや
り易いように、移動鏡、固定鏡ともコーナーキューブと
し、レーザ光源等の配置も図のようにしたが、平面鏡を
用いる方式でも考え方は同しである。
のである。本実施例では、移動物の重さを極力軽くする
ことが不可欠であったこと、光学系のアライメントがや
り易いように、移動鏡、固定鏡ともコーナーキューブと
し、レーザ光源等の配置も図のようにしたが、平面鏡を
用いる方式でも考え方は同しである。
このため次の利点が得られるようになった。
（１）熱膨張があっても、ステージのストロークの半分
の長さに関係する分しか影響しないようになった。即ち
従来の光学系では、測定値の読みは移動鏡がビームスプ
リッタに最も近づいた場合の（Ω−ａ）から、最も遠ざ
かった場合の（Ｑ十５−ａ）まで変化する。もちろんそ
の差はストロークＳである。Δｔという温度変動がある
時の最大読みは膨張率をαとすると、 （ｆｆ＋ｓ） （１＋α・Δｔ） ａ（１＋α・Δｔ
）＝ （Ｑ＋５−ａ） （１＋α・Δｔ） ・
−−−（１）となり、α・Δｔ （Ｑ＋５−ａ）とい
う最大誤差が生ずる。これに対して２本発明では測定値
の読みは、移動鏡ビームスプリッタに近づいた場合の（
ｂ＋ｐ）−（ｂ十ｇ＋−）＝−− まで変化し、その差はもちろんストロークＳである。同
様にΔｔという温度変動がある時の最大読みは、 （ｂ＋ｐ＋５）（１＋α・Δｔ） −（ｂ十氾十−）（１＋α・Δｔ） ＝−（１＋α・Δｔ） ・・・・・・・・・（２
）となり、−・α・Δｔという最大誤差が生じる。
の長さに関係する分しか影響しないようになった。即ち
従来の光学系では、測定値の読みは移動鏡がビームスプ
リッタに最も近づいた場合の（Ω−ａ）から、最も遠ざ
かった場合の（Ｑ十５−ａ）まで変化する。もちろんそ
の差はストロークＳである。Δｔという温度変動がある
時の最大読みは膨張率をαとすると、 （ｆｆ＋ｓ） （１＋α・Δｔ） ａ（１＋α・Δｔ
）＝ （Ｑ＋５−ａ） （１＋α・Δｔ） ・
−−−（１）となり、α・Δｔ （Ｑ＋５−ａ）とい
う最大誤差が生ずる。これに対して２本発明では測定値
の読みは、移動鏡ビームスプリッタに近づいた場合の（
ｂ＋ｐ）−（ｂ十ｇ＋−）＝−− まで変化し、その差はもちろんストロークＳである。同
様にΔｔという温度変動がある時の最大読みは、 （ｂ＋ｐ＋５）（１＋α・Δｔ） −（ｂ十氾十−）（１＋α・Δｔ） ＝−（１＋α・Δｔ） ・・・・・・・・・（２
）となり、−・α・Δｔという最大誤差が生じる。
式（１）と式（２）を比較すれば、Ω〉αであるため誤
差は明らかに本発明の方が小さい。前記の空気のゆらぎ
のシールド筒も式（１）のαを増すことになるので、従
来法の欠点（３）の意味も明らかである。
差は明らかに本発明の方が小さい。前記の空気のゆらぎ
のシールド筒も式（１）のαを増すことになるので、従
来法の欠点（３）の意味も明らかである。
もちろん、レーザ干渉測長を行う精密機械において、温
度変動をへらすことは不可欠であろうが、ストロークの
長い場合、ステージ軽量化のため、熱膨張係数の大きい
アルミニウム等を使用する場合等は無視できない数値と
なる。例えば、材質アルミニウム（α＝２．３Ｘ１０−
”）、ストロークｓ＝１００ｍｍ、温度変動±０．５℃
の場合、本発明では上記誤差は１μｍ以下となるが、従
来法では１μｍをはるかに越える数値となる。
度変動をへらすことは不可欠であろうが、ストロークの
長い場合、ステージ軽量化のため、熱膨張係数の大きい
アルミニウム等を使用する場合等は無視できない数値と
なる。例えば、材質アルミニウム（α＝２．３Ｘ１０−
”）、ストロークｓ＝１００ｍｍ、温度変動±０．５℃
の場合、本発明では上記誤差は１μｍ以下となるが、従
来法では１μｍをはるかに越える数値となる。
（２）移動鏡とビームスプリッタ間、およびビームスプ
リッタと固定鏡間の両方に空気が存在するという同条件
になるので、空気のゆらぎによる影響が緩和され、干渉
システムの読みは安定する。
リッタと固定鏡間の両方に空気が存在するという同条件
になるので、空気のゆらぎによる影響が緩和され、干渉
システムの読みは安定する。
このように本発明の光学系と静圧空気軸受式移動案内を
もつステージの組み合わせにより、サブミクロンの位置
決めが可能なステージを作ることができた。
もつステージの組み合わせにより、サブミクロンの位置
決めが可能なステージを作ることができた。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来の光学系を示す概観図、第２，３゜４図は
いず九も、本発明の一実施例を示すものであり、第２図
は全体斜視図、第３図は光学系の配置の詳細を示す正面
図、第４図は平面図である。 １１：レーザ光源、１２：レーザ光、１３：ビームスプ
リッタ、工４：基準光、１５：固定鏡、１６：測長光、
１７：移動ステージ、１８：移動鏡、１９：ディテクタ
、２０：平面鏡、２１：ホルダー、２２：固定バー、２
３：圧縮空気、２４；オリフィス。
いず九も、本発明の一実施例を示すものであり、第２図
は全体斜視図、第３図は光学系の配置の詳細を示す正面
図、第４図は平面図である。 １１：レーザ光源、１２：レーザ光、１３：ビームスプ
リッタ、工４：基準光、１５：固定鏡、１６：測長光、
１７：移動ステージ、１８：移動鏡、１９：ディテクタ
、２０：平面鏡、２１：ホルダー、２２：固定バー、２
３：圧縮空気、２４；オリフィス。
Claims (1)
- レーザ光を基準光と測長光の２光に分けるビームスプリ
ッタの中心から基準光を反射する固定鏡の反射面までの
距離と、移動ステージに搭載され測長光を反射する移動
鏡の反射面が前記移動ステージの移動距離の中央にある
時の前記ビームスプリッタの中心から移動鏡の反射面ま
での距離とを等しくなるように配設したことを特徴とす
る精密位置決め移動台。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60108132A JPS61704A (ja) | 1985-05-22 | 1985-05-22 | 精密位置決め移動台 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60108132A JPS61704A (ja) | 1985-05-22 | 1985-05-22 | 精密位置決め移動台 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61704A true JPS61704A (ja) | 1986-01-06 |
| JPS6145165B2 JPS6145165B2 (ja) | 1986-10-07 |
Family
ID=14476742
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60108132A Granted JPS61704A (ja) | 1985-05-22 | 1985-05-22 | 精密位置決め移動台 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61704A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4491754A (en) * | 1981-03-03 | 1985-01-01 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Charging generator for car |
| JPH02190701A (ja) * | 1989-01-20 | 1990-07-26 | Hitachi Ltd | 変位の光学的測定装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4684U (ja) * | 1971-04-12 | 1971-11-05 |
-
1985
- 1985-05-22 JP JP60108132A patent/JPS61704A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4684U (ja) * | 1971-04-12 | 1971-11-05 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4491754A (en) * | 1981-03-03 | 1985-01-01 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Charging generator for car |
| JPH02190701A (ja) * | 1989-01-20 | 1990-07-26 | Hitachi Ltd | 変位の光学的測定装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6145165B2 (ja) | 1986-10-07 |
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