JP2000186925A - 移動台の姿勢誤差に起因する誤差を除去した測長装置 - Google Patents
移動台の姿勢誤差に起因する誤差を除去した測長装置Info
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Abstract
移動量を複数の検出手段で検出し、Y座標値に生ずる姿
勢誤差の影響を除いた測長装置において、X軸を決定す
る時に発生した移動台の姿勢誤差に起因して座標系に生
ずる直角度誤差を排除した高精度な測長装置を提供する
ことにある。 【解決手段】少なくとも直角2方向に移動する移動台を
有し、該移動台の所定の1方向における位置を求める第
1及び第2の位置検出手段を前記移動台の前記移動方向
と直角方向に所定距離離れた位置に夫々備えると共に、
前記移動台の他の1方向における位置を求める第3の位
置検出手段を更に備え、前記第1及び第2の位置検出手
段の夫々の検出値と、前記第3の位置検出手段の検出値
とに基づいて前記移動台の観察位置における前記所定方
向の位置を求める演算手段を有する測長装置において、
前記演算手段は、前記移動台の前記所定方向の位置の基
準位置を、所定の位置近傍の所定の範囲において前記第
1及び第2の位置検出手段が検出した夫々複数の検出値
に基づいて求めることを特徴とする測長装置とした。
Description
方向に移動する移動台を有する測長装置において、移動
台の基準位置について移動台の姿勢誤差に起因する誤差
を除去した測長装置に関する。
台の前記直角2方向における位置を検出する位置検出手
段を有するステージ装置は、例えば顕微鏡や投影検査器
の載物台部として用いられ、前記位置検出手段によっ
て、顕微鏡や投影検査器の対物レンズで観察している位
置、即ち観察位置の2次元座標値を求める。前記2次元
座標値に基づいて、前記ステージ装置に載置された被検
物の寸法が求められる。
動台が所定の位置にある時の観察位置を原点とし、前記
直角2方向を座標軸方向とする座標における座標値とし
て決定される。さて、前記ステージ装置の移動台をヨー
イング、ピッチング、ローリング等の姿勢誤差なく、完
全に真直に移動させることは困難である。従って、前記
被検物が観察される位置、即ち前記対物レンズの位置と
前記位置検出手段との位置関係がアッベの条件を満足し
ていないとき、換言すれば前記対物レンズと前記位置検
出手段の検出方向とが移動台の測定すべき移動方向にお
いて一直線上にないときには、測長結果はアッベの1次
誤差を含んだものとなる。
(以下、Y方向と言うことがある)への移動機構が他方
向(以下、X方向と言うことがある)への移動機構上に
設けられ、Y方向への移動機構全体がX方向に移動する
構成のステージ装置においては、X方向における前記位
置検出手段から前記対物レンズまでの距離が変化するの
で前記距離が大きくなる場合があることを排除できず、
結果的に大きな誤差を生じ易い。
前記Y方向の位置を検出する位置検出手段をX方向に所
定の距離隔てた2カ所に備え、前記2つの位置検出手段
が夫々検出した値Y1、Y2と、その時の前記X方向に
おける前記位置検出手段から前記対物レンズまでの距離
とに基づく内挿又は外挿演算によって、前記観察位置に
対する値を求める測長機が知られている(特公昭50−
23304)。
を除去した装置では、前記X方向の座標軸、即ちX軸
を、移動台が所定の基準位置にあるときの前記2つの位
置検出手段の検出値Y1、Y2に基づいて、前記2つの
位置検出手段がY1、Y2を検出した前記位置検出手段
の位置を結ぶ直線として決定している。この為、前記X
軸を決定する時に移動台に姿勢誤差が発生していると、
前記決定したX軸は本来のX軸に対して傾いたものとな
り、直角度誤差を有する座標系が設定されてしまう。そ
の結果、任意の観察位置を示す座標値もこの座標系の直
角度誤差を含む値となるという問題があった。その詳細
は、発明の実施の形態の説明の中で説明する。
除去した装置における前記直角度誤差を排除した高精度
な測長装置を提供することにある。
明装置は、少なくとも直角2方向に移動する移動台を有
し、該移動台の所定の1方向における位置を求める第1
及び第2の位置検出手段を前記移動台の前記移動方向と
直角方向に所定距離離れた位置に夫々備えると共に、前
記移動台の他の1方向における位置を求める第3の位置
検出手段を更に備え、前記第1及び第2の位置検出手段
の夫々の検出値と、前記第3の位置検出手段の検出値と
に基づいて前記移動台の観察位置における前記所定方向
の位置を求める演算手段を有する測長装置において、前
記演算手段は、前記移動台の前記所定方向の位置の基準
位置を、所定の位置近傍の所定の範囲において前記第1
及び第2の位置検出手段が検出した夫々複数の検出値に
基づいて求めることを特徴とする測長装置である。
1及び/又は第2の位置検出手段に設けられた基準点信
号生成手段によって基準点信号が生成される位置とする
ことができる。上記装置において、前記第1及び第2の
位置検出手段が検出した夫々複数の検出値は、前記第1
及び第2の位置検出手段の検出値を1対とする複数組の
検出値であり、前記基準位置は、前記各対の検出値の差
の平均値に基づいて求めることが好ましい。
明するが、本発明の技術的範囲はこれによって限定され
るものではない。図1は、本発明の1実施の形態例とし
てのステージ装置を備えた測定装置の斜視図である。測
定装置100は載置された図示しない被検物を水平面内
で直角2方向に移動させるステージ装置10と、前記被
検物を光学的に観察する観察部12とを備える。観察部
12は、その光学系の光軸上に位置する被検物を観察す
る。ステージ装置10は観察中の被検物の前記光軸上の
点、即ち測定点の位置を求める位置検出手段としてリニ
アエンコーダ及びカウンタを備え、該求めた位置に基づ
いて被検物の寸法が求められる。
図を用いてステージ装置10について詳説する。ステー
ジ装置10の下板10Xは測定装置10の基台10A
(図1も参照)に支持・案内され左右方向(X方向)に
移動自在である。ステージ装置10の上板10Yは下板
10Xに支持・案内され前後方向(Y方向)に移動自在
である。従って上板10YはX、Y方向に移動自在であ
る。
ないリニアエンコーダ(以下、リニアエンコーダXと言
う)が設けられ、下板10Xの移動信号を検出し、該移
動信号を受けたカウンタが下板10XのX方向の位置を
表す座標値を求める。下板10Xと上板10Yとの間に
はリニアエンコーダ22、24が設けられている。リニ
アエンコーダ22は上板10Yの左端面に、リニアエン
コーダ24は右端面に、互いに距離W隔てて配置され、
それぞれのリニアエンコーダ22、24は上板10Yの
左右両端面の移動量を検出する。そして、リニアエンコ
ーダ22、24から移動信号を受けたカウンタが上板の
Y方向の位置を表す座標値を求める。
移動するから、前記カウンタは上板10Yの2次元的位
置を2次元座標値として検出する。この2次元座標値は
前記測定点の2次元座標を示すものである。なお、前記
2次元座標値は、リニアエンコーダXの所定の位置、及
びリニアエンコーダ22、24の一方の所定の位置にそ
れぞれ設けられた基準位置信号生成手段の位置を基準と
している。
られている。前記カウンタの詳細については後述する。
図3は、リニアエンコーダX、リニアエンコーダ22、
24の移動信号に基づいて前記測定点の位置を求める処
理部30の構成の概要を示す図である。処理部30は前
述したカウンタ21を有する。前記カウンタ21はリニ
アエンコーダXの信号Lxを受けるカウンタ21Aと、
リニアエンコーダ22の信号Ly1を受けるカウンタ2
1Bと、リニアエンコーダ24の信号Ly2を受けるカ
ウンタ21Cとで構成される。
検出範囲の所定の位置、例えば左端に設けられた基準位
置信号発生手段からの基準位置信号によってゼロリセッ
トされ、その位置を基準とする測定点のX座標値を求め
る。以上説明した内容は、従来のステージ装置も同様で
ある。さて、従来のステージ装置においては、カウンタ
21B、21Cは、リニアエンコーダ22又は24の基
準位置信号発生手段からの基準位置信号Refによって
同時にゼロリセットされ、その位置を基準とする測定点
のY座標値を求めていた。つまり、カウンタ21B、2
1Cが求める測定点のY座標値は、前記基準位置信号の
生成位置を基準とする座標値であり、両者の値は本来的
には常に一致するものである。
検出する移動量は、上板10Yの移動に伴う姿勢誤差
(ヨーイング)のためにわずかに異なる値となることが
ある。即ち、1つの測定点に対して2種類のY座標値Y
1、Y2が求められる。そこで、前記姿勢誤差の影響を
除去したY座標値を求めるために、処理部30で前記特
許公告公報に記載の技術である、以下の処理を行ってい
た。即ち、各カウンタ21A、21B、21Cが求めた
座標値X、Y1、Y2をそれぞれ演算手段32に入力
し、演算手段32で前記入力された座標値X、Y1、Y
2に基づいて、 Y=Y1+X*(Y2−Y1)/W …式1 を演算して上板10Yの観察位置におけるY方向の位置
を表す座標値を求めていた。
算出原理を説明する図である。同図においてRefA、
RefBは基準位置信号Refが検出されたときのリニ
アエンコーダ22、24の検出位置(以下、リセット位
置という)である。Obは観察装置12の観察位置であ
る。その他の構成等は図2及び式1と符号を一致させて
説明は省略する。そして、式1で求めたY座標値と前記
X座標値とによって前記観察位置Obの2次元座標
(X、Y)が表される。この2次元座標値はヨーイング
に起因する誤差が除かれたものである。
は、ステージ装置の電源がONされたときに同時にゼロ
リセットされるので、前記基準位置信号に基づくゼロリ
セットをしない場合であっても上記と同様となる。しか
しながら、前述のように、式1の処理によってもまだ除
去できない姿勢誤差に起因する誤差が存在する。即ち、
式1からわかるように、カウンタ21B、21Cの値Y
1、Y2が等しい位置を結んだ直線上においては、Xの
値に関わらず前記式1で求めたYの値は一定である。換
言すれば前記直線はX軸に平行な直線であり、前記Yの
値が「0」の直線、即ちリセット位置RefA、Ref
Bを結んだ直線はX軸である。そして、基準位置信号R
efが入力されたとき、ヨーイングが発生していなけれ
ば前記直線は下板10Xの移動方向と平行である。
fが入力される位置においてもヨーイングをもって移動
する。これが前記式1によっても除去しきれない誤差の
原因である。図5は基準位置信号Refが入力される位
置においてヨーイングが発生したときのリニアエンコー
ダ22、24の検出位置を説明する図である。同図にお
いて、基準位置信号Refが入力されたとき、角Δのヨ
ーイングが発生すると、前記基準位置信号Refによる
リニアエンコーダ24のリセット位置RefBはRef
B’となる。その結果、基準位置信号Refによるリニ
アエンコーダ22、24のリセット位置RefAとRe
fB’とを結ぶ直線L1は、ヨーイングが発生していな
い場合のリセット位置RefAとRefBとを結ぶ直線
L2に対して角Δをなす。つまり、基準位置信号Ref
が入力されたとき角Δのヨーイングが発生すると、X軸
の方向が左右の移動方向に対して角Δだけ傾き、直角度
誤差Δを有する2次元座標系が設定されてしまう。その
結果、図5に示したように、X座標値がxである任意点
の座標値(X、Y)のY座標値Yは (Δ*x)の誤差を含
むものとなる。
るために式1の処理に加えて行う処理の詳細を説明す
る。なお、本発明においては、リニアエンコーダ22ま
たは24からの基準位置信号Refは図3に示したよう
に処理部30の演算手段32に入力される。前記上板1
0Yのヨーイングは、その発生状況の観察からヨーイン
グ誤差=0を中心としてほぼ正規分布することが知られ
ている。そこで、基準信号Refの生成位置の付近の所
定の範囲におけるリニアエンコーダ22、24のそれぞ
れ複数の検出値y11〜y1n(カウンタ21Bの
値)、y21〜y2n(カウンタ21Cの値)の差y1
n−y2nの平均値yを求め、カウンタ21Cの値に−
yを加算する。即ち、(現在の値−y)にプリセットす
る。これによって基準位置信号Refが生成された位置
におけるカウンタ21Bの値とカウンタ21Cの値とが
平均的に一致する。なお、yの期待値は0である。
号Refが生成された位置におけるカウンタ21Bおよ
びカウンタ21Cの値が0になるようにプリセットする
ことが好ましい。その結果、カウンタ21Bが「0」と
なる位置と21Cが「0」となる位置とを結ぶ直線、即
ちX軸は図5のRefAとRefBとを結ぶ直線とな
る。yの期待値は0であるから前記直線(X軸)は左右
の移動方向と平行になると期待される。
を含むカウンタ21B、21Cの値を式1の演算に用い
れば、求めた測定点のY座標値は前記座標系の直角度誤
差も除去された値となる。前記プリセットに用いられ
る、前記検出値の差の平均値yを求める処理は第1の処
理と第2の処理とからなり、演算手段32によって行わ
れる。
は、リニアエンコーダ22または24の基準位置検出手
段が設けられた側のリニアエンコーダに対応するカウン
タの値が所定量変化する毎にカウンタ21B及び21C
の値y1、y2を読み込んで両者の差y1−y2を求
め、該差の値を最新の値から過去の所定の数量、n個を
記憶する。演算手段32はカウンタ21B、21Cから
最新の差の値を求めると、最も古い記憶値を放棄し、最
新の値を記憶に加える。前記第1の処理は、ステージ装
置の電源がONされ、カウンタ21A〜21Cが夫々ゼ
ロリセットされたときに開始される。
号によって起動され、該割り込み信号以降に記憶した前
記差y1−y2の数、mを計数し、m=n/2となった
ときに、記憶しているn個の差y1−y2の平均値yを
求め、該平均値yを出力する。nが奇数の時、mの端数
は切り捨て又は切り上げとする。演算処理手段32は、
更に、第3の処理として前記座標系の直角度誤差に起因
する誤差を除去するための処理、即ち前記プリセット及
び測定点における姿勢誤差に起因する誤差を除去するた
めの処理を行う。図6は、演算手段32による第3処理
の手順を説明するフローチャートである。
理が開始されると演算手段32は、リニアエンコーダか
らの基準位置信号Refが既に検出済みであるか否かを
判断し(S11)、検出済みであればS21以降の測定
点における姿勢誤差に起因する誤差を除去するための処
理に進む。未検出であればS12に進み、基準位置信号
Refの検出を待つ(S12)。
号Refは未検出であるから、まずはS12に進む。そ
して、基準位置信号Refが検出されたならばS13に
進む。S13では、基準位置信号Refが検出されたと
きのカウンタ21B、21Cの値y1ref、y2re
fを記憶し、S14に進む。S14では、第2の処理に
対して平均値の算出及び出力を行わせる割り込み信号を
出力し、第2の処理から出力される前記平均値yを受け
取る。そしてS15に進む。
ンタ21Cの値y1、y2を夫々y1−y1ref、y
2−y2ref−yにプリセットしてS11に戻る。S
15の処理によって、姿勢誤差が発生していない状態で
基準位置信号Refが生成されたときの、リニアエンコ
ーダ22及び24の検出位置RefA、RefBに対応
するカウンタ21B、21Cの値は共に0となる。
号Refは検出済みであるからS21に進み、カウンタ
21AからXを、カウンタ21B、21CからY1、Y
2を読み込む(S21)。読み込んだY1、Y2は前記
プリセット値を含む値である。そして、これらの値を前
記式1に適用して、観察位置におけるY座標値を算出す
る(S22)。そして、2次元座標値(X、Y)を、例
えば座標表示部や外部の装置に出力し(S23)、S2
1に戻る。
おき、次回以降のステージ装置使用開始時にはこの値を
用いることができる。第1、第2の処理をステージ装置
を初めて使用する時だけとすることができるので、日常
の装置の立ち上げ時間が短縮される。次に、前記検出値
の差の平均yを求める処理に用いる差(y1−y2)の
数についてt−検定を用いて検討する。基準位置信号R
efが検出されたときのリニアエンコーダ22、24そ
れぞれの検出位置の差(y1−y2)を求めることをn
回実行した時のn個の差(y1−y2)の平均値Dは、
Δ=0の時を基準とすると、式2である。
え字で、1〜n。ここで、n個の差(y1−y2)のバ
ラツキの巾が2σで1μm(σは前記バラツキの標準偏
差)、要求される基準位置の再現性を0.01μmとす
ると、前記平均値Dの分布はt−分布となり、そのバラ
ツキの標準偏差σ(D)は式3である。
で、nが無限大の時1.96である。そこで、t0.0
5=2とし、tを前記要求される基準位置の再現性から
0.01μmとして平均化に用いるデータの数nを求め
る。
ンコーダ22、24それぞれの位置の差(y1−y2)
が、その近傍における上板10Y移動時のヨーイングに
よって2σ=1μmのバラツキがあっても、本発明の演
算部32によって前記検出位置の近傍10,000点の
値を平均化することによって0.01μmの再現性を得
ることができる。その結果、前記ヨーイングのためにX
座標軸が傾いて設定され、求める2次元座標値に直角度
誤差に起因する誤差が生ずることを防止することができ
る。
位置信号発生手段を有する場合、先に検出された基準位
置信号Ref1によって前記説明した処理を行い、後に
検出された基準位置信号Ref2は無効とする。上記説
明の基準位置信号Refの位置は、ステージ装置の電源
がONにされたときの位置に代えても良い。この場合
は、基準位置信号の位置を再現することができないの
で、ステージ装置の使用時毎に演算手段32の第1の処
理、第2の処理を行う必要がある。
ではなく、対象物を載置して直角2方向に移動すると共
に、該2方向への移動量を検出する移動台を有する装置
全般、例えば所定の1カ所で切削等の各種加工を行う加
工装置や所定の1カ所でマーキングを行うマーキング装
置にも適用することができる。
て、更に座標軸の直角度誤差が排除され、高精度な測長
装置が実現される。
装置を備える測定装置の斜視図。
図。
Claims (3)
- 【請求項1】 少なくとも直角2方向に移動する移動台
を有し、該移動台の所定の1方向における位置を求める
第1及び第2の位置検出手段を前記移動台の前記移動方
向と直角方向に所定距離離れた位置に夫々備えると共
に、前記移動台の他の1方向における位置を求める第3
の位置検出手段を更に備え、前記第1及び第2の位置検
出手段の夫々の検出値と、前記第3の位置検出手段の検
出値とに基づいて前記移動台の観察位置における前記所
定方向の位置を求める演算手段を有する測長装置におい
て、 前記演算手段は、前記移動台の前記所定方向の位置の基
準位置を、所定の位置近傍の所定の範囲において前記第
1及び第2の位置検出手段が検出した夫々複数の検出値
に基づいて求めることを特徴とする測長装置。 - 【請求項2】 請求項1において、 前記所定の位置は、前記第1及び/又は第2の位置検出
手段に設けられた基準位置信号生成手段によって基準位
置信号が生成される位置であることを特徴とする測長装
置。 - 【請求項3】 請求項1または請求項2において、 前記第1及び第2の位置検出手段が検出した夫々複数の
検出値は、前記第1及び第2の位置検出手段の検出値を
1対とする複数組の検出値であり、 前記基準位置は、前記各対の検出値の差の平均値に基づ
いて求めることを特徴とする測長装置。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP36676598A JP4238402B2 (ja) | 1998-12-24 | 1998-12-24 | 移動台の姿勢誤差に起因する誤差を除去した測長装置 |
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Cited By (2)
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JP2008309690A (ja) * | 2007-06-15 | 2008-12-25 | Hitachi High-Technologies Corp | 異種計測装置間のキャリブレーション方法及びそのシステム |
CN114577103A (zh) * | 2021-09-28 | 2022-06-03 | 长光(沧州)光栅传感技术有限公司 | 磁栅精度校准检测装置及其检测方法 |
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-
1998
- 1998-12-24 JP JP36676598A patent/JP4238402B2/ja not_active Expired - Lifetime
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