TWI493151B - 位置偵測裝置 - Google Patents

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TWI493151B
TWI493151B TW100120705A TW100120705A TWI493151B TW I493151 B TWI493151 B TW I493151B TW 100120705 A TW100120705 A TW 100120705A TW 100120705 A TW100120705 A TW 100120705A TW I493151 B TWI493151 B TW I493151B
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Akihiro Kuroda
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Dmg Mori Seiki Co Ltd
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Description

位置偵測裝置
本發明係有關於偵測出繞射光柵之移動所致之光的相位變化而進行位置偵測的位置偵測裝置。
先前以來，作為用來偵測工作機械或半導體製造裝置等之可動部分的相對移動位置用的光學式位移測定裝置，利用光之干涉來偵測出移動尺規上所被記錄之繞射光柵之位置位移的使用光柵干涉計之位移測定裝置，係為習知。
本件發明人們之前已經提出了，使發生干涉的2道繞射光高精度地重合，而可高解析力且高精度地偵測出移動的可動部分之移動位置的光學式位移測定裝置(例如參照專利文獻1)。
在該專利文獻1的揭露技術中，可干涉光是藉由第1成像手段而成像在繞射光柵的光柵面，並且第1繞射光是被第2成像手段變成平行光而總是垂直地照射至反射光學系的反射器，藉由此種構造，即使第1繞射光的光軸發生偏差時，已被反射之第1繞射光係總是以和入射時完全相同之路徑而逆行，繞射光柵的光柵面上的成像位置不會變化，該第1繞射光進行繞射所產生的第2繞射光的光軸不會偏差，又，光路長不會發生改變，當繞射光柵是往平行於光柵向量之方向以外移動等情況下，例如，即使繞射光柵傾斜、或繞射光柵有皺屈等，仍不會降低所偵測的干涉訊號。
又，偵測出繞射光柵之移動所致之光的相位變化而進行位置偵測的光柵干涉計用之光學尺規中，一旦繞射光柵暴露於空氣中，則由於指紋或灰塵附著、刮傷等等，必須要以覆蓋著繞射光柵所被形成之面的方式形成保護層，以保護繞射光柵表面免受污染或刮傷(例如參照專利文獻2)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2000-81308號公報
[專利文獻2]日本特開平5-232318號公報
順便一提，在上記專利文獻1所揭露之技術中，藉由設計成入射角≠繞射角，可防止0次光混入至光路。然而，隨著條件不同有時候會發生高次繞射光，在繞射光柵的保護層的交界面等反射而成為迷光，而混入光路中導致偵測精度降低。
為了防止上記高次繞射光在保護層之交界面被反射而變成迷光，雖然想到了在上記保護層之表面設置反射防止膜，但要設計成完全防止高次繞射光之反射的構造，是很困難的。
於是，本發明係為了解決上記所述先前之問題點而研發，其目的在於提供一種，抑制2次以上之繞射光及迷光之發生，改善位置偵測訊號的S/N比並謀求偵測精度之提升的光柵干涉計用之光學尺規。
本發明的其他目的、本發明所能獲得的具體優點，係可藉由以下說明的的實施形態之說明而更進一步理解。
此處，如圖1所示，當波長λ0 的可干涉光La是透過折射率n之媒質2而以入射角θ0 入射至繞射光柵1時，上記繞射光柵1之所被形成的面的法線與光線所夾的角度所示的入射角θ0 與繞射角θ的正方向係取作如圖1所示，令上記繞射光柵1的狹縫為d、繞射次數為m，而會產生出入射角θ0 與繞射角θ是滿足下式(1)的各次數之繞射光。
sinθ=(mλ0 /dn)-sinθ0 　‧‧‧　式(1)
然而，於上記式(1)中，若入射角θ0 滿足以下條件式：
(2λ0 /dn)-sinθ0 >1，且(-2λ0 /dn)-sinθ0 <-1
則不會產生±2次以上的高次繞射光。
於是，在本發明中，藉由將可干涉光La對繞射光柵之入射角θ0 設定成滿足下式(2)，
d<2λ0 /n且∣sinθ0 ∣<(2λ0 /dn)-1‧‧‧式(2)
就不會產生±2次以上的高次繞射光。
亦即，本發明係屬於偵測出繞射光柵之移動所致之光的相位變化而進行位置偵測的位置偵測裝置，其特徵為，具有折射率n之保護膜，其係被形成為，覆蓋著繞射光柵所被形成的面；令真空中之波長為λ0 、上記繞射光柵之狹縫為d時，令d<2λ0 /n，並將可干涉光對上記繞射光柵之入射角θ0 設定成滿足下式的角度：
∣sinθ0 ∣<(2λ0 /dn)-1
並將1次繞射光使用於位置偵測。
又，本發明係屬於偵測出繞射光柵之移動所致之光的相位變化而進行位置偵測的位置偵測裝置，其特徵為，具有折射率n之保護膜，其係被形成為，覆蓋著繞射光柵所被形成的面；令真空中之波長為λ0 、上記繞射光柵之狹縫為d時，令d<3λ0 /2n，並將可干涉光對上記繞射光柵之入射角θ0 設定成滿足下式的角度：
1-(λ0 /dn)<sinθ0 <(2λ0 /dn)-1
上記繞射光柵所致之1次繞射光係經由反射光學系返回而再次入射，將已被上記繞射光柵進行再次繞射過的1次繞射光，使用於位置偵測。
在本發明中，當令繞射光柵的狹縫為d、保護層的折射率為n時，令d<2λ0 /n，將可干涉光對上記繞射光柵之入射角θ0 設定成滿足下式的角度：
∣sinθ0 ∣<(2λ0 /dn)-1
並將1次繞射光使用於位置偵測，藉此就可防止位置偵測時所不需要的高次繞射光之發生，防止在被形成為覆蓋繞射光柵所被形成之面的折射率n之保護層的交界面上之反射所致之多餘繞射光產生迷光，可預防迷光混入至位置偵測光。
甚至，藉由滿足下式：
d<3λ0 /2n
並將可干涉光對上記繞射光柵之入射角θ0 設定成滿足下式的角度：
1-(λ0 /dn)<sinθ0 <(2λ0 /dn)-1
上記繞射光柵所致之1次繞射光係經由反射光學系返回而再次入射，將已被上記繞射光柵進行再次繞射過的1次繞射光，使用於位置偵測，藉此，關於已被再次入射的1次繞射光也是，可防止位置偵測時所不需要的高次繞射光之發生，可防止在上記折射率n之保護層的交界面上之反射所致之多餘繞射光產生迷光，可預防迷光混入至位置偵測光。
因此，若依據本發明，則可抑制2次以上之繞射光及迷光之發生，可提供改善位置偵測訊號的S/N比並提升偵測精度的位置偵測裝置。
以下針對用以實施本發明的形態，一面參照圖面一面詳細說明。
本發明係被適用於，例如圖2所示之構成的光學式位移測定裝置100。
該光學式位移測定裝置100係具備形成了反射型之繞射光柵11的光學尺規10，是進行工作機械等之可動部分之位置偵測的裝置。
上記光學尺規10，係如圖3所示，係為偵測出繞射光柵11之移動所致之光的相位變化而進行位置偵測的光柵干涉計用之光學尺規，具有被形成為覆蓋繞射光柵11所被形成之面的折射率n之保護層12，令真空中之波長為λ0 、上記繞射光柵11的狹縫為d，令d<2λ0 /n，將可干涉光對上記繞射光柵11之入射角θ0 設定成滿足下式的角度：
∣sinθ0 ∣<(2λ0 /dn)-1
或，為了滿足下式：
d<3λ0 /2n
而設定上記繞射光柵11的狹縫d，將可干涉光對上記繞射光柵11之入射角θ0 設定成滿足下式的角度：
1-(λ0 /dn)<sinθ0 <(2λ0 /dn)-1
上記繞射光柵11所致之1次繞射光係經由反射光學系返回而再次入射，已被上記繞射光柵11進行再次繞射過的1次繞射光，係被使用於位置偵測。
該光學尺規10，係屬於反射型尺規，是在玻璃、陶瓷等基底基材13上形成帶有物理性凹凸的繞射光柵11，並具有形成在其表面的反射膜14，在其上形成有保護層12。
此處，在此光學式位移測定裝置100中，係如圖2所示，對於繞射光柵11之光柵面11a上的光柵向量方向所平行之1條假想直線加以含有之法線向量所平行之假想基準面，令與包含上記假想直線之上記基準面夾角為γ的假想面為傾斜面A，又，令與包含上記假想直線之基準面夾角為δ的假想面為傾斜面B，假設上記傾斜面A與傾斜面B是相對於繞射光柵11的光柵面11a而位於同一面側。
然後，於此光學式位移測定裝置100中，上記傾斜面A上所配置之構成要素，從對該傾斜面A垂直方向觀看的側面圖，示於圖4。又，入射至繞射光柵11的可干涉光及被該繞射光柵11所繞射之繞射光，從光柵向量方向觀看，示於圖5。再者，上記傾斜面B上所配置之構成要素，從對該傾斜面B垂直方向觀看的側面圖，示於圖6。
此光學式位移測定裝置100，係如圖2及圖4所示，具備：射出可干涉光La的可干涉光源20；和將已干涉之2道2次繞射光Lc1,Lc2予以受光而生成干涉訊號的受光元件30；和將從可干涉光源20所射出之可干涉光La分割成2道可干涉光La1,La2然後照射至繞射光柵11，並且將來自繞射光柵11的2次繞射光Lc1,Lc2予以重合而照射至受光元件30用的照射受光光學系41。
照射受光光學系41係具有：使從可干涉光源20所射出之可干涉光La成像於繞射光柵11之光柵面11a上用的第1成像元件21；和將從可干涉光源20所射出之可干涉光La分割成偏光方向正交之2道可干涉光La1,La2，並且將偏光方向正交之2道2次繞射光Lc1,Lc2予以重合用的偏光分束器43；和將已被偏光分束器43所分離之一方之可干涉光La1予以反射並且將來自繞射光柵11之2次繞射Lc1予以反射的反射器23；和將已被偏光分束器43所分離之另一方之可干涉光La2予以反射並且將2次繞射Lc2予以反射的反射器24；和使已被偏光分束器43所重合之偏光方向正交的2道2次繞射光Lc1,Lc2被成像在受光元件30的受光面30a用的第2成像元件25；和將已被偏光分束器43所重合之偏光方向正交的2道2次繞射光Lc1,Lc2的同一偏光方向成分加以取出的偏光板46。
此照射受光光學系41，係把各構件配置成，使得通過之可干涉光La(La1,La2)之光路及通過之2次繞射光Lc1,Lc2之光路，會被形成在傾斜面A上。因此，可干涉光La1,La2及2次繞射光Lc1,Lc2，係如圖5所示，從光柵向量方向觀看的入射角及繞射角係為γ。
從可干涉光源20所射出之可干涉光La，係對照射受光光學系41的偏光分束器43，將偏光方向傾斜45度而入射。
偏光分束器43，係將入射之可干涉光La，分割成偏光方向正交的2道可干涉光La1,La2。穿透過照射受光光學系41之偏光分束器43的可干涉光La1係成為P偏光的光，已反射之可干涉光La2係成為S偏光的光。
又，對偏光分束器43係入射著，已被繞射光柵11進行2次繞射的2次繞射光Lc1,Lc2。此處，2次繞射Lc1原本是P偏光的光，但藉由後述的反射光學系42使其偏光方向旋轉90度而變成S偏光的光。同樣地，2次繞射Lc2原本是S偏光的光，但藉由後述的反射光學系42使其偏光方向旋轉90度而變成P偏光的光。因此，偏光分束器43係將屬於S偏光的光的2次繞射Lc1予以反射，讓屬於P偏光的光的2次繞射Lc2穿透，使這2道2次繞射光Lc1,Lc2重合。
反射器23，係將穿透過偏光分束器43的可干涉光La1予以反射，而照射至繞射光柵11的光柵面11a的所定位置。又，反射器23係將來自繞射光柵11的2次繞射光Lc1予以反射，而照射至偏光分束器43。
反射器24，係將已被偏光分束器43所反射的可干涉光La2予以反射，而照射至繞射光柵11的光柵面11a的所定位置。又，將來自繞射光柵11的2次繞射光Lc2予以反射，而照射至偏光分束器43。
反射器23及反射器24，係使傾斜面A上的入射角呈θ0 ，而將可干涉光La1及可干涉光La2，照射至光柵面11a上的所定位置。此外，反射器23及反射器24，其反射面是彼此面對面地配置。因此，可干涉光La1與可干涉光La2，其光柵向量方向的入射方向，係為彼此逆向。又，反射器23及反射器24，係對朝光柵向量方向上離開所定量之位置，使可干涉光La1與可干涉光La2入射。可干涉光La1的入射點與可干涉光La2的入射點之間的距離，係設為1。1係為0以上的任意距離。
偏光板46，係讓已被偏光分束器43所重合之屬於S偏光的光的2次繞射光Lc1和屬於P偏光的光的2次繞射光Lc2穿透過去。該偏光板46，係對2次繞射Lc1及2次繞射Lc2，讓各道光的偏光方向為45度之成分穿透過去，變成彼此同一偏光方向的光。
受光元件30，係將穿透過該偏光板46的2道2次繞射光Lc1,Lc2，予以受光。
在此光學式位移測定裝置100中，係藉由此種可干涉光La1照射至繞射光柵11以使該可干涉光La1發生繞射，而產生1次繞射光Lb1。又，藉由此種可干涉光La2照射至繞射光柵11以使該可干涉光La2發生繞射，而產生1次繞射光Lb2。1次繞射光Lb1與1次繞射光Lb2的繞射角，若從光柵向量方向觀看時，則如圖5所示，係為δ。亦即，沿著傾斜面B而產生1次繞射光Lb1,Lb2。又，1次繞射光Lb1與1次繞射光Lb2的傾斜面B上的繞射角，係為θ。此外，1次繞射光Lb1與1次繞射光Lb2，係光柵向量方向上的出射方向為彼此逆向。
又，此光學式位移測定裝置100，係如圖2及圖6所示，具備反射光學系42。
反射光學系42，係具有：使可干涉光La1所產生之1次繞射光Lb1加以反射而再度照射至繞射光柵11用的反射器26、使可干涉光La2所產生之1次繞射光Lb2加以反射而再度照射至繞射光柵11用的反射器27、使可干涉光La1所產生之1次繞射光Lb1變成平行光而繞射至上記反射器26用的第3成像元件28、使可干涉光La2所產生之1次繞射光Lb2變成平行光而繞射至上記反射器27用的第4成像元件29、被設在1次繞射光Lb1之光路上的1/4波長板44、被設在1次繞射光Lb2之光路上的1/4波長板45。
反射光學系42，係如上述為了使2道1次繞射光Lb1,Lb2的從光柵向量方向觀看之繞射角係為δ，因此各構件係被配置成，使得所通過之1次繞射光Lb1,Lb2的光路會被形成在傾斜面B上。又，反射光學系42的反射器26與反射器27係被配置在，可使傾斜面B上的以繞射角θ而被繞射之1次繞射光Lb1,Lb2被垂直反射之位置。
又，1/4波長板44係為，相對於從繞射光柵11所入射之P偏光的光的1次繞射光Lb1的偏光方向，將光學軸傾斜45度而配置。1次繞射光Lb1，係通過該1/4波長板44達2次，被成像在繞射光柵11。因此，曾是P偏光的光的1次繞射光Lb1會變成S偏光的光，照射至繞射光柵11。
又，1/4波長板45係為，相對於從繞射光柵11所入射之S偏光的光的1次繞射光Lb2的偏光方向，將光學軸傾斜45度而配置。1次繞射光Lb2，係通過該1/4波長板45達2次，被成像在繞射光柵11。因此，曾是S偏光的光的1次繞射光Lb2會變成P偏光的光，照射至繞射光柵11。
從此種反射光學系42，會有1次繞射光Lb1,Lb2入射至繞射光柵11。該1次繞射光Lb1,Lb2的從光柵向量觀看之入射角，係與該1次繞射光Lb1,Lb2的繞射角相同，係為δ。又，傾斜面B上的入射角，係同樣與繞射角相同，係為θ。
又，藉由該1次繞射光Lb1,Lb2進行繞射，而會產生2次繞射光Lc1,Lc2。該2次繞射光Lc1,Lc2的從光柵向量方向觀看之繞射角，係和可干涉光La1,La2的入射角相同，係為γ。又，傾斜面A上的繞射角，係同樣與可干涉光La1,La2的入射角相同，係為θ0 。
因此，2次繞射光Lc1,Lc2，係在與可干涉光La1,La2的同光路中逆行，入射至偏光分束器43。
又，該光學式位移測定裝置100係具備，基於來自受光元件30的干涉訊號而偵測出繞射光柵11之移動位置用的未圖示之位置偵測部。
在此光學式位移測定裝置100中，係在對假想基準面帶有所定傾斜角之傾斜面A上，配置照射受光光學系41，在傾斜面B上配置反射光學系42，藉此而可將可干涉光與繞射光所形成的光路加以分離，增加裝置的設計自由度。又，可在不會有來自光柵面11a之0次繞射光或反射光，混入照射受光光學系41或反射光學系42的情況下，使繞射光Lb1,Lb2進行干涉，可高精度地進行位置測定。
亦即，於此光學式位移測定裝置100中，從可干涉光源20射出之可干涉光La係通過第1成像元件21，被偏光分束器43分割成2道可干涉光La1,La2，亦即穿透側P偏光、反射側S偏光。此外，使用半導體雷射來作為可干涉光的情況下，只要使偏光方向相對於該偏光分束器43傾斜45°入射即可。已被分割的2道可干涉光La1,La2，係被反射器23,24所反射，被成像在反射型之繞射光柵11的光柵面11a附近的幾乎同一點。所成像的束徑，係必須要在其範圍中包含有足以獲得繞射光之足夠條數的光柵，又，為了避免灰塵或刮傷之影響，而為數十μm以上較為理想，藉由調整成像光學系的開口數等，就可設成適當的束徑。
往繞射光柵11的入射角係為θ0 。被繞射光柵11以角度θ所繞射過的各光束係通過焦點是位於繞射光柵11的光柵面11a附近的第3成像元件28，並通過光學軸是對各光束之偏光方向呈45°傾斜的1/4波長板44，被對光軸垂直設置之反射器26所反射，再次通過1/4波長板44，P偏光係被轉換成S偏光，S偏光係被轉換成P偏光，通過第3成像元件28，在繞射光柵11的光柵面11a附近成像。已被繞射光柵11所繞射的光係從反射器24往偏光分束器43而返回原本的光路。
在偏光分束器43中，P偏光係會穿透，S偏光係被反射，因此二道可干涉光La1,La2係被重合而前往第2成像元件25。通過了第2成像元件25的光係會通過穿透軸是對偏光方向傾斜45度的偏光板46，被成像在受光元件30的受光面30a附近。
若令重合之2道2次繞射光Lc1,Lc2的強對為A1 ,A2 ，繞射光柵11往光柵向量方向的移動量為x，初期相位為δ，則由受光元件30所得之干涉訊號的強度I，係如以下式(3)所示：
I=A1 2 +A2 2 +2A1 A2 cos(4Kx+δ)　‧‧‧式(3)
K=2π/d(d係為光柵狹縫)
在位置偵測部中，可基於來自受光元件30的干涉訊號而偵測出繞射光柵11的移動位置。
在如此構成的光學式位移測定裝置100中，係隨著可動部分的移動，繞射光柵11會朝光柵向量方向移動，藉此，在2道2次繞射光Lc1,Lc2中會產生相位差。在此光學式位移測定裝置100中，係使這2道2次繞射光Lc1,Lc2發生干涉而偵測出干涉訊號，根據該干涉訊號而求出2道2次繞射光Lc1,Lc2的相位差，可偵測出繞射光柵11的移動位置。
如此藉由使可干涉光La1,La2成像在光柵面11a附近，通過焦點是位於光柵面11a附近的成像元件然後被反射器26,27反射，即使當繞射光柵11有傾斜時，由於第一次的繞射光總是會垂直入射至反射器26,27，因此反射光係總是與入射時完全相同的光路而逆行，第二次的繞射光之光路不會有偏差，因此不會發生干涉訊號的變動。
又，如圖5所示，可干涉光源20、受光元件30的傾斜面A係對光柵面11a傾斜一角度γ，反射器26,27的傾斜面B係以角度δ而傾斜。左右光路係為對稱，反射器26,27的位置係被調整成使得左右光路的光路長相等。
藉此可以防止因為波長變動所造成的測定誤差之發生。由於進行該調整，因此可干涉光源20係可使用可干涉距離較短者。例如若使用可干涉距離為數百μm的多模之半導體雷射，則干涉條紋的調變率(Visibility)最大時，只要調整反射器26,27的位置，就可將光程差抑制成數十μm以下。
在此光學式位移測定裝置100中，由於使用1次繞射光，因此角度θ0 、θ、γ、δ係可用以下關係式來表示。θ0 、θ係分別為面A上、面B上的值。
sinθ=(λ0 /dn)-sinθ0
sinγ/sinδ=cosθ/cosθ0
然後，該光學式位移測定裝置100中的光學尺規10，係如上述，係為偵測出繞射光柵11之移動所致之光的相位變化而進行位置偵測的光柵干涉計用之光學尺規，具有被形成為覆蓋繞射光柵11所被形成之面的折射率n之保護層12，令真空中之波長為λ0 、上記繞射光柵11的狹縫為d時，令d<2λ0 /n，將可干涉光對上記繞射光柵11之入射角θ0 設定成滿足下式的角度：
∣sinθ0 ∣<(2λ0 /dn)-1
因此，就可使得第1次繞射中不會產生±2次以上的高次繞射光。
此外，在此光學式位移測定裝置100中，由於係使繞射光柵11所產生的1次繞射光再度以同樣角度入射，利用其再次繞射而產生的1次繞射光，因此只將可干涉光對上記繞射光柵11之入射角θ0 設定成滿足下式：
∣sinθ0 ∣<(2λ0 /dn)-1
則在上記再度繞射之際，有可能會產生1次以外的繞射光。
若假設第2次繞射之際的繞射次數為m2 、繞射角度為θ’，則
sinθ’=(m2 -1)λ0 /dn+sinθ0
因此m2=-1的-1次光係為
sinθ’=-2λ0 /dn+sinθ0
而當sinθ0 是滿足
∣sinθ0 ∣<(2λ0 /dn)-1
則總是為
-2λ0 /dn+sinθ0 <-1
而為無解，-1次光係不會發生。
同樣地，若m2 =-2的-2次光是滿足
∣sinθ0 ∣<(2λ0 /dn)-1
則總是成為
-3λ0 /dn+sinθ0 <-1
而為無解，-2次光係不會發生。
甚至，m2 =+2的+2次光係為
sinθ’=λ0 /dn+sinθ0
而當sinθ0 是滿足
∣sinθ0 ∣<(2λ0 /dn)-1
時仍會有解，但在此光學式位移測定裝置100中，上記繞射光柵11的狹縫d與上記保護層12的折射率n是以滿足d<3λ0 /2n且1-(λ0 /dn)<sinθ0 <(2λ0 /dn)-1的方式，而設定上記繞射光柵11的狹縫d，藉此就亦可抑制+2次光的發生。因此，雖然相較於僅在第1次繞射中不產生2次以上之繞射光的條件，d及θ0 的範圍較窄，但若第2次繞射中高次光的影響較大時，係採用這邊的條件，較為理想。至於要使用哪種條件，則是看設計時的配置上之限制與高次光之影響是能容許到何種程度而定。又，如日本特開2000-18917公報所揭露的例子，當僅使用第1次繞射光的時候，則用僅在第1次繞射中不產生2次以上之繞射光的條件就很足夠。
亦即，在此光學式位移測定裝置100中，係令被折射率n之保護層12覆蓋著光柵面11a的繞射光柵11之狹縫為d、所照射之可干涉光的真空中之波長為λ0 時，令d<2λ0 /n，將可干涉光對上記繞射光柵11之入射角θ0 設定成滿足下式的角度：
∣sinθ0 ∣<(2λ0 /dn)-1
並將1次繞射光使用於位置偵測，藉此就可防止位置偵測時所不需要的高次繞射光之發生，防止在被形成為覆蓋上記繞射光柵11所被形成之光柵面11a的折射率n之保護層12的交界面上之反射所致之多餘繞射光產生迷光，可預防迷光混入至位置偵測光。
甚至，在此光學式位移測定裝置100中，上記繞射光柵11的狹縫d與上記保護層12的折射率n係設定成滿足下式：
d<3λ0 /2n
將入射角θ0 設定成滿足下式的角度：
1-(λ0 /dn)<sinθ0 <(2λ0 /dn)-1
上記繞射光柵11所致之1次繞射光係經由反射光學系42返回而再次入射，將已被上記繞射光柵11進行再次繞射過的1次繞射光，使用於位置偵測，藉此，關於已被再次入射的1次繞射光也是，可防止位置偵測時所不需要的高次繞射光之發生，可防止在上記折射率n之保護層12的交界面上之反射所致之多餘繞射光產生迷光，可預防迷光混入至位置偵測光。
此外，上記光學式位移測定裝置100係具備有被形成了反射型繞射光柵11的光學尺規10，但亦可為夾著沒有反射膜之穿透型尺規而將照射受光光學系41與反射光學系42做對稱配置之構造。
亦即，在以上說明之本發明的實施形態中，雖然是對具備有，具有被形成在光柵面11a之表面的反射膜14、其上形成有保護層12的反射型光學尺規10的光學式位移測定裝置100，適用本發明，但本發明係不限定於具備反射型尺規者，亦可適用於具備沒有反射膜之穿透型尺規的光學式位移測定裝置。
又，上記光學式位移測定裝置100中所具備的光學尺規10，係朝光柵向量方向延伸的直線尺規，但本發明係不只有限定於具備直線尺規的光學式位移測定裝置100，亦可適用於具備轉動型光學尺規的光學式位移測定裝置。
10．．．光學尺規
11．．．繞射光柵
11a．．．光柵面
12．．．保護層
13．．．基底基材
14．．．反射膜
20．．．可干涉光源
21．．．第1成像元件
23,24,26,27．．．反射器
25．．．第2成像元件
28．．．第3成像元件
29．．．第4成像元件
30．．．受光元件
30a．．．受光面
41．．．照射受光光學系
42．．．反射光學系
43．．．偏光分束器
44,45．．．1/4波長板
46．．．偏光板
100．．．光學式位移測定裝置
La1,La2．．．可干涉光
Lb1,Lb2．．．1次繞射光
Lc1,Lc2．．．2次繞射光
A,B．．．傾斜面
[圖1]繞射光柵所產生之繞射光之樣子的模式性圖示。
[圖2]適用了本發明的光學式位移測定裝置之構成的外觀斜視圖。
[圖3]適用了上記光學式位移測定裝置的光學尺規之構造的剖面圖。
[圖4]上記光學式位移測定裝置的傾斜面A上所配置之構成要素，從對該傾斜面A垂直方向觀看的側面圖。
[圖5]上記光學式位移測定裝置之繞射光柵所被入射之可干涉光及被該繞射光柵所繞射之繞射光，從光柵向量方向觀看的側面圖。
[圖6]上記光學式位移測定裝置的傾斜面B上所配置之構成要素，從對該傾斜面B垂直方向觀看的側面圖。
10．．．光學尺規
11．．．繞射光柵
12．．．保護層
13．．．基底基材
14．．．反射膜

Claims (2)

  1. 一種位置偵測裝置，係屬於偵測出繞射光柵之移動所致之光的相位變化而進行位置偵測的位置偵測裝置，其特徵為，具有折射率n之保護膜，其係被形成為，覆蓋著繞射光柵所被形成的面；上記繞射光柵係為反射型，是對光源做移動；令真空中之波長為λ0 、上記繞射光柵之狹縫為d時，令d<2 λ0 /n，並將可干涉光對上記繞射光柵之入射角θ0 設定成滿足下式：| sin θ0 |<(2 λ0 /dn)-1並將1次繞射光使用於位置偵測。
  2. 一種位置偵測裝置，係屬於偵測出繞射光柵之移動所致之光的相位變化而進行位置偵測的位置偵測裝置，其特徵為，具有折射率n之保護膜，其係被形成為，覆蓋著繞射光柵所被形成的面；上記繞射光柵係為反射型，是對光源做移動；令真空中之波長為λ0 、上記繞射光柵之狹縫為d時，令d<3 λ0 /2n，並將可干涉光對上記繞射光柵之入射角θ0 設定成滿足下式： 1-(λ0 /dn)<sin θ0 <(2 λ0 /dn)-1上記繞射光柵所致之1次繞射光係經由反射光學系返回而再次入射，將已被上記繞射光柵進行再次繞射過的1次繞射光，使用於位置偵測。
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