JPH0447222A - 高精度位置比較装置 - Google Patents
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- JPH0447222A JPH0447222A JP2154659A JP15465990A JPH0447222A JP H0447222 A JPH0447222 A JP H0447222A JP 2154659 A JP2154659 A JP 2154659A JP 15465990 A JP15465990 A JP 15465990A JP H0447222 A JPH0447222 A JP H0447222A
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- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 23
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 11
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/002—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates
-
- 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
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- 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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、モアレ縞グレーティング、レーザスケール、
目盛尺等を用いて物体の寸法形状の測定や二つの物体の
位置比較等を高精度で行なうための高精度位置比較装置
に関する。
目盛尺等を用いて物体の寸法形状の測定や二つの物体の
位置比較等を高精度で行なうための高精度位置比較装置
に関する。
従来よりモアレ縞グレーティング、レーザスケール、目
盛尺等を標準尺として物体の寸法を高精度で測定する装
置や二つの物体の位置合わせを精度良く行なう装置が知
られている。
盛尺等を標準尺として物体の寸法を高精度で測定する装
置や二つの物体の位置合わせを精度良く行なう装置が知
られている。
これらの装置は、例えば第16図に示した如く、ベース
1と、ベース1に固定された標準尺2と、ベース1の表
面から突出せしめられた固定台3と、ベースlの表面上
を摺動可能な可動台4とから成り、被測定物体5の長さ
を測る場合は、被測定物体5を固定台3と可動台4との
間に挾んで可動台4の位置を標準尺2で読むようになっ
ていた。ところが、第17図に示した如く測定軸が傾く
と標準尺2の読みに誤差か生してしまうので、これを防
ぐために所謂アツベの原理を適用して、第18図に示し
た如く被測定物体5の測定軸と標準尺2とを一直線上に
位置せしめることにより傾きによる誤差が最小となるよ
うにすることが行なわれている。しかし、その場合、測
定器全体の長さが少なくとも測定対象物体5の2倍以上
必要ということになり、測定器が非常に大型化するとい
う問題があった。
1と、ベース1に固定された標準尺2と、ベース1の表
面から突出せしめられた固定台3と、ベースlの表面上
を摺動可能な可動台4とから成り、被測定物体5の長さ
を測る場合は、被測定物体5を固定台3と可動台4との
間に挾んで可動台4の位置を標準尺2で読むようになっ
ていた。ところが、第17図に示した如く測定軸が傾く
と標準尺2の読みに誤差か生してしまうので、これを防
ぐために所謂アツベの原理を適用して、第18図に示し
た如く被測定物体5の測定軸と標準尺2とを一直線上に
位置せしめることにより傾きによる誤差が最小となるよ
うにすることが行なわれている。しかし、その場合、測
定器全体の長さが少なくとも測定対象物体5の2倍以上
必要ということになり、測定器が非常に大型化するとい
う問題があった。
これに対し、被測定物体の測定軸と標準尺とを異なる平
面上に置いてもアツベの誤差が生じないようにしたもの
も提案されてい−る。これは、所謂エラペンシュタイン
の原理を適用したもので、例えば第19図に示した如く
固定台3に対して動かないようにベース1に固定された
プリズム6及びレンズ7と、可動台4と一体に設けられ
たレンズ8及び9とを備えており、固定台3に設けられ
た指標10の像10’をプリズム6、レンズ8.プリズ
ム9を介して標準尺2上に投影することにより可動台4
の位置を読み取るようになっている。
面上に置いてもアツベの誤差が生じないようにしたもの
も提案されてい−る。これは、所謂エラペンシュタイン
の原理を適用したもので、例えば第19図に示した如く
固定台3に対して動かないようにベース1に固定された
プリズム6及びレンズ7と、可動台4と一体に設けられ
たレンズ8及び9とを備えており、固定台3に設けられ
た指標10の像10’をプリズム6、レンズ8.プリズ
ム9を介して標準尺2上に投影することにより可動台4
の位置を読み取るようになっている。
そして、測定軸と標準尺2との距離fをレンズ8の焦点
距離と等しくしておくと、例えば第20図に示した如く
可動台4が角度φ傾いたとするとほぼfφに等しい誤差
が生しるが、可動台4と一緒にレンズ8.プリズム9が
移動し傾いて指標10から発する主光線自身も角度φ傾
斜するので標準尺2上で誤差を消殺する方向にfφだけ
ずれた位置に投影され、その結果指標10の像10’が
常に標準尺2上の正しい位置に投影されるようになり、
誤差が生じないというものである。
距離と等しくしておくと、例えば第20図に示した如く
可動台4が角度φ傾いたとするとほぼfφに等しい誤差
が生しるが、可動台4と一緒にレンズ8.プリズム9が
移動し傾いて指標10から発する主光線自身も角度φ傾
斜するので標準尺2上で誤差を消殺する方向にfφだけ
ずれた位置に投影され、その結果指標10の像10’が
常に標準尺2上の正しい位置に投影されるようになり、
誤差が生じないというものである。
ところが、上記従来の装置は、何れも一次元方向しか測
定できず、2次元物体を2次元方向に測定する場合には
物体を置き直して2回測定しなければならず、甚だ面倒
であるという問題があった。
定できず、2次元物体を2次元方向に測定する場合には
物体を置き直して2回測定しなければならず、甚だ面倒
であるという問題があった。
本発明は、上記問題点に鑑み、被測定物体を置き直すこ
となく2次元的に測定2位置比較等を行ない得るように
した高精度位置比較装置を提供することを目的としてい
る。
となく2次元的に測定2位置比較等を行ない得るように
した高精度位置比較装置を提供することを目的としてい
る。
〔課題を解決するための手段及び作用〕本発明による高
精度位置比較装置は、 被測定物体の寸法を測定するためにベースに固定された
2次元に広がる測長用グレーティングと、前記ベースに
固定された反射手段と、格子方向が前記測長用グレーテ
ィングと同じインデックスグレーティングと、前記両グ
レーティングの一方の像を前記反射手段に向けて一旦無
限遠に投影する投影手段と前記反射手段で反射された無
限遠投影像を前記両グレーティングの他方に結像せしめ
る結像手段とから成るグレーティング重ね合わせ用光学
系と、該グレーティング重ね合わせ用光学系により生じ
た干渉縞を検出する干渉縞検出手段と、被測定物体にお
ける測定点位置検出手段とを備え、前記グレーティング
重ね合わせ用光学系と前記干渉縞検出手段と前記測定点
位置検出手段とを可動体に固定して成ることにより被測
定物体を置き直すことなく2次元的に測定7位置比較等
を行ない得るようにしたものである。
精度位置比較装置は、 被測定物体の寸法を測定するためにベースに固定された
2次元に広がる測長用グレーティングと、前記ベースに
固定された反射手段と、格子方向が前記測長用グレーテ
ィングと同じインデックスグレーティングと、前記両グ
レーティングの一方の像を前記反射手段に向けて一旦無
限遠に投影する投影手段と前記反射手段で反射された無
限遠投影像を前記両グレーティングの他方に結像せしめ
る結像手段とから成るグレーティング重ね合わせ用光学
系と、該グレーティング重ね合わせ用光学系により生じ
た干渉縞を検出する干渉縞検出手段と、被測定物体にお
ける測定点位置検出手段とを備え、前記グレーティング
重ね合わせ用光学系と前記干渉縞検出手段と前記測定点
位置検出手段とを可動体に固定して成ることにより被測
定物体を置き直すことなく2次元的に測定7位置比較等
を行ない得るようにしたものである。
又、本発明装置は、上記構成に加えて、被測定物体にお
ける測定点位置からグレーティングが重ね合わせられる
位置までの距離を前記投影手段の焦点距離と等しくして
、エラペンシュタインの原理と同様な原理により誤差が
生じないようにしたものである。
ける測定点位置からグレーティングが重ね合わせられる
位置までの距離を前記投影手段の焦点距離と等しくして
、エラペンシュタインの原理と同様な原理により誤差が
生じないようにしたものである。
又、本発明装置は、上記構成に加えて、前記反射手段が
前記測長用グレーティングに直交するように配置されて
いても良いし、又前記測長用グレーティングが前記反射
手段を兼ねていても良い。
前記測長用グレーティングに直交するように配置されて
いても良いし、又前記測長用グレーティングが前記反射
手段を兼ねていても良い。
以下、図示した実施例に基づき本発明の詳細な説明する
。
。
第1図は本発明による高精度位置比較装置の第1実施例
の縦断面図即ちY軸方向に対して垂直な断面図、第2図
はその要部平面図である。
の縦断面図即ちY軸方向に対して垂直な断面図、第2図
はその要部平面図である。
図中、11は試料載置部11aを有するベース、12X
、12Yは物体載置部11aと基本的には平行にベース
11に固定されたモアレ縞グレーティング、13X、1
3Yはモアレ縞グレーティング12X、12Yと直交す
るようにしてベース11に固定されたY軸方向、X軸方
向に夫々長い平面鏡であって、物体載置部11a上に被
測定物体14が載置されるようになっている。
、12Yは物体載置部11aと基本的には平行にベース
11に固定されたモアレ縞グレーティング、13X、1
3Yはモアレ縞グレーティング12X、12Yと直交す
るようにしてベース11に固定されたY軸方向、X軸方
向に夫々長い平面鏡であって、物体載置部11a上に被
測定物体14が載置されるようになっている。
15は物体載置部11a、モアレ縞グレーティング12
X、12Yに対してX軸方向及びY軸方向に移動可能な
可動体である。16は照明光源、17は半透鏡であって
、これらがモアレ縞グレーティング12Xを照明する照
明系を構成している。
X、12Yに対してX軸方向及びY軸方向に移動可能な
可動体である。16は照明光源、17は半透鏡であって
、これらがモアレ縞グレーティング12Xを照明する照
明系を構成している。
18はその焦点位置がモアレ縞グレーティング12Xと
一致するように配置されていてモアレ縞グレーティング
12Xの像を無限遠に投影するレンズ、19はレンズ1
8からの光を平面鏡13Xの方に向けると共に平面鏡1
3Xからの反射光をレンズ18に戻す平面鏡、20はレ
ンズ18によりモアレ縞グレーティング12X上に結像
せしめられたグレーティング像とグレーティングとの重
なって生じた干渉状態を検出する検出器であって、レン
ズ18と平面鏡19が投影手段と結像手段を兼ねたグレ
ーティング重ね合わせ用光学系21Xを構成している。
一致するように配置されていてモアレ縞グレーティング
12Xの像を無限遠に投影するレンズ、19はレンズ1
8からの光を平面鏡13Xの方に向けると共に平面鏡1
3Xからの反射光をレンズ18に戻す平面鏡、20はレ
ンズ18によりモアレ縞グレーティング12X上に結像
せしめられたグレーティング像とグレーティングとの重
なって生じた干渉状態を検出する検出器であって、レン
ズ18と平面鏡19が投影手段と結像手段を兼ねたグレ
ーティング重ね合わせ用光学系21Xを構成している。
そして、これと同じグレーティング重ね合わせ用光学系
21Yと照明系及び検出器20がモアレ縞グレーティン
グ12Yに対しても設けられている(第2図参照)。2
2は被測定物体14上の点を検出する顕微鏡(測定点位
置検出手段)である。そして、以上の部材は可動体15
に固定されている。
21Yと照明系及び検出器20がモアレ縞グレーティン
グ12Yに対しても設けられている(第2図参照)。2
2は被測定物体14上の点を検出する顕微鏡(測定点位
置検出手段)である。そして、以上の部材は可動体15
に固定されている。
次に本実施例の作用について説明する。
例えば、被測定物体14の左端から点PまでのX軸方向
の距離を測るものとする。
の距離を測るものとする。
モアレ縞グレーティング12Xが照明光源16により照
明される結果、グレーティング12Xの像がレンズ18
.平面鏡19.平面鏡13X、平面鏡19.レンズ18
の経路でグレーティング12X自身の上に投影される。
明される結果、グレーティング12Xの像がレンズ18
.平面鏡19.平面鏡13X、平面鏡19.レンズ18
の経路でグレーティング12X自身の上に投影される。
この時、グレーティング12Xの像がグレーティング1
2の面内で元のグレーティング12Xに対して僅かに傾
くように上記光学素子を配置すれば、グレーティング1
2Xとその像が干渉してモアレ縞が出、これが検出器2
0で検出される。
2の面内で元のグレーティング12Xに対して僅かに傾
くように上記光学素子を配置すれば、グレーティング1
2Xとその像が干渉してモアレ縞が出、これが検出器2
0で検出される。
ここで、可動体15をX軸方向に動かすと、グレーティ
ング12Xとその像が相対的に移動し、その結果モアレ
縞も動くので、このモアレ縞の数を検出器20で検出し
計数すれば、その計数値から可動体5の移動距離1位置
がわかる。
ング12Xとその像が相対的に移動し、その結果モアレ
縞も動くので、このモアレ縞の数を検出器20で検出し
計数すれば、その計数値から可動体5の移動距離1位置
がわかる。
そこで、まず被測定物体14の左端を顕微R22で見て
例えば顕微鏡視野内に設けた目盛と該左端とを合わせる
。この状態からスタートしてモアレ縞の数を数えはじめ
、点Pが視野内の同じ目盛に来たらモアレ縞の計数をや
める。
例えば顕微鏡視野内に設けた目盛と該左端とを合わせる
。この状態からスタートしてモアレ縞の数を数えはじめ
、点Pが視野内の同じ目盛に来たらモアレ縞の計数をや
める。
かくして、計数されたモアレ縞の数から被測定物体14
の左端から点Pまでの距離がわかるが、その距離がモア
レ縞の縞と縞との間の長さは丁度整数倍とは限らないの
で、単にモアレ縞の数を計数するだけでは精度は良くな
いが、縞と縞との間の中途半端な長さを比す方法は干渉
縞計数法で知られており、それを使えば良いので、詳し
く述べない。
の左端から点Pまでの距離がわかるが、その距離がモア
レ縞の縞と縞との間の長さは丁度整数倍とは限らないの
で、単にモアレ縞の数を計数するだけでは精度は良くな
いが、縞と縞との間の中途半端な長さを比す方法は干渉
縞計数法で知られており、それを使えば良いので、詳し
く述べない。
尚、Y軸方向の距離の測定も上記と同様にして行われる
。
。
ところで、この例では測定軸(被測定物体14の表面1
4aと一致する。)とモアレ縞グレーティング12Xと
が相当離れているので、可動体15が傾くと誤差がでる
が、これは被測定物体における測定定位置からグレーテ
ィングが重ね合わせられる位置までの距離をレンズ18
の焦点距離と等しくすれば除去される。以下、これにつ
いて詳しく述べる。
4aと一致する。)とモアレ縞グレーティング12Xと
が相当離れているので、可動体15が傾くと誤差がでる
が、これは被測定物体における測定定位置からグレーテ
ィングが重ね合わせられる位置までの距離をレンズ18
の焦点距離と等しくすれば除去される。以下、これにつ
いて詳しく述べる。
いま、点Pを中心にして可動体15がY軸のまわりに角
度aだけ回転したとする。この時、顕微鏡22と点Pは
相対的に同じ位置関係を保持しているが、第3図に示し
たように平面鏡19が19’の位置に動くと同時にaだ
け回転しているので、これによ方光束がレンズ18に戻
った時読光束は時計回りに4aだけ傾(。ここで、点P
からモアレ縞グレーティング12Xに下ろした垂線の足
をQ1点Pからモアレ縞グレーティング12Xまでの距
離をし、レンズ18の焦点距離をfとすると、レンズ1
Bはaだけ傾き横方向に(L+f)aだけ動いて18′
の位置に来ているので、Q点を通る主光線の傾きは(1
+L/f)aで平面鏡13Xから反射して戻った時には
−(1+L/f)aとなる。即ち、光束は全体として2
(1+L/f)aだけ時計回りに傾く。従って、4a=
2 (1+L/f)aの時即ちL=fの時Q点から出た
光束はQ点に戻る即ちグレーティングの像は可動体15
が回転する以前と同じ関係でモアレ縞グレーティング1
2Xの上に結像されるので、検出されるモアレ縞の数の
変化は無い。このように、被測定面14aをモアレ縞グ
レーティング12Xに対してレンズ18の焦点距離に等
しい距離だけ離して置くことにより、アツベの誤差を除
去することができる。尚、可動体15がX軸のまわりに
回転した時にはグレーティングの像の移動は角度aの2
乗以上の傾きだけが効くので殆と誤差にならない。
度aだけ回転したとする。この時、顕微鏡22と点Pは
相対的に同じ位置関係を保持しているが、第3図に示し
たように平面鏡19が19’の位置に動くと同時にaだ
け回転しているので、これによ方光束がレンズ18に戻
った時読光束は時計回りに4aだけ傾(。ここで、点P
からモアレ縞グレーティング12Xに下ろした垂線の足
をQ1点Pからモアレ縞グレーティング12Xまでの距
離をし、レンズ18の焦点距離をfとすると、レンズ1
Bはaだけ傾き横方向に(L+f)aだけ動いて18′
の位置に来ているので、Q点を通る主光線の傾きは(1
+L/f)aで平面鏡13Xから反射して戻った時には
−(1+L/f)aとなる。即ち、光束は全体として2
(1+L/f)aだけ時計回りに傾く。従って、4a=
2 (1+L/f)aの時即ちL=fの時Q点から出た
光束はQ点に戻る即ちグレーティングの像は可動体15
が回転する以前と同じ関係でモアレ縞グレーティング1
2Xの上に結像されるので、検出されるモアレ縞の数の
変化は無い。このように、被測定面14aをモアレ縞グ
レーティング12Xに対してレンズ18の焦点距離に等
しい距離だけ離して置くことにより、アツベの誤差を除
去することができる。尚、可動体15がX軸のまわりに
回転した時にはグレーティングの像の移動は角度aの2
乗以上の傾きだけが効くので殆と誤差にならない。
尚、Y軸方向の測定の際の誤差も上記と同様の原理によ
り除去される。
り除去される。
かくして、本実施例によれば、被測定物体14を置き直
すことなく2次元的に測定1位置比較等を行なうことが
できる。
すことなく2次元的に測定1位置比較等を行なうことが
できる。
第4図は第2実施例の要部平面図である。これは二つの
モアレ縞グレーティング12X、12Yをアツベの条件
を満たすように配置したものであって、グレーティング
12X、12Y、被測定物体14が一体に固定されてい
ると共に、グレーティング重ね合わせ用光学系21X、
21Y、顕微@22が一体となってX軸方向、Y軸方向
に移動可能となっている。
モアレ縞グレーティング12X、12Yをアツベの条件
を満たすように配置したものであって、グレーティング
12X、12Y、被測定物体14が一体に固定されてい
ると共に、グレーティング重ね合わせ用光学系21X、
21Y、顕微@22が一体となってX軸方向、Y軸方向
に移動可能となっている。
第5図は第3実施例の要部平面図である。これは2次元
格子から成るモアレ縞グレーティング12を用いたもの
であって、X軸方向及びY軸方向のグレーティング重ね
合わせ用光学系21X及び21Yの光軸の交点を顕微鏡
22の光軸が通るように構成されている。この場合は測
定範囲の約2倍のスペースが必要であるが、第1実施例
に比べれば小さいスペースで済むという利点がある。
格子から成るモアレ縞グレーティング12を用いたもの
であって、X軸方向及びY軸方向のグレーティング重ね
合わせ用光学系21X及び21Yの光軸の交点を顕微鏡
22の光軸が通るように構成されている。この場合は測
定範囲の約2倍のスペースが必要であるが、第1実施例
に比べれば小さいスペースで済むという利点がある。
第6図は第4実施例の縦断面図である。これは、モアレ
縞グレーティング12とは別個にインデックスグレーテ
ィング23Xを用い且つグレーティング重ね合わせ用光
学系の投影手段と結像手段とを別個に構成したものであ
って、インデックスグレーティング23Xは投影用のレ
ンズ24の焦点位置に配置され、モアレ縞グレーティン
グ12は結像用のレンズ25の焦点位置と一致し、26
は半透鏡である。
縞グレーティング12とは別個にインデックスグレーテ
ィング23Xを用い且つグレーティング重ね合わせ用光
学系の投影手段と結像手段とを別個に構成したものであ
って、インデックスグレーティング23Xは投影用のレ
ンズ24の焦点位置に配置され、モアレ縞グレーティン
グ12は結像用のレンズ25の焦点位置と一致し、26
は半透鏡である。
照明光源16からの光がインデックスグレーティング2
3Xを照明し、インデックスグレーティング23Xから
の光はレンズ24により無限遠投影光となって半透鏡2
6を通過した後平面鏡13Xで反射され、更に半透鏡2
6で反射されてレンズ25によりインデックスグレーテ
ィング23Xの像としてモアレ縞グレーティング12上
に結像され、モアレ縞が検出器20で検出される。この
場合、可動体15が多少傾いても、第7図に示した如<
L=3fの時アツベの誤差は除去される。
3Xを照明し、インデックスグレーティング23Xから
の光はレンズ24により無限遠投影光となって半透鏡2
6を通過した後平面鏡13Xで反射され、更に半透鏡2
6で反射されてレンズ25によりインデックスグレーテ
ィング23Xの像としてモアレ縞グレーティング12上
に結像され、モアレ縞が検出器20で検出される。この
場合、可動体15が多少傾いても、第7図に示した如<
L=3fの時アツベの誤差は除去される。
即ち、本実施例は、グレーティング12から被測定物体
面14aまでの距離が第1実施例の3倍とれるので、装
置の構成が遥かに容易になるという利点がある。
面14aまでの距離が第1実施例の3倍とれるので、装
置の構成が遥かに容易になるという利点がある。
第8図は第5実施例の縦断面図、第9図はその要部平面
図である。これは、モアレ縞グレーティング12に平面
M13X、13Yの役割を兼ねさせると共に、照明光と
して直線偏光を用いたものであって、27は偏光ビーム
スプリッタ、28゜29は174波長板である。尚、第
3実施例と同様に、グレーティング重ね合わせ用光学系
21X。
図である。これは、モアレ縞グレーティング12に平面
M13X、13Yの役割を兼ねさせると共に、照明光と
して直線偏光を用いたものであって、27は偏光ビーム
スプリッタ、28゜29は174波長板である。尚、第
3実施例と同様に、グレーティング重ね合わせ用光学系
21X。
21Yの光軸の交点を顕微@22の光軸が通るように構
成されている。
成されている。
図示しない照明光源からの振動方向が紙面と平行な直線
偏光がインデックスグレーティング23Xを照明し、イ
ンデックスグレーティング23Xからの光はレンズ24
により無限遠投影光となって偏光ビームスプリッタ27
を透過し1/4波長板28で円偏光となり、平面鏡19
で反射された後モアレ縞グレーティング12に入射する
。続いてモアレ縞グレーティング12で反射された光は
、平面鏡19で反射され1/4波長板28で振動方向が
紙面と垂直な直線偏光となり、偏光ビームスプリッタ2
7で反射する。その後1/4波長板29で円偏光となり
レンズ25によってもモアレ縞グレーティング12上に
インデックスグレーティング23Xの像として結像せし
められる。更に、モアレ縞グレーティング12上で重ね
合わせられたグレーティングの像の光は1/4波長板2
9で再び振動方向が紙面と平行な直線偏光となり、偏光
ビームスプリッタ27を透過し、図示しない検出器でモ
アレ縞が検出される。この場合、被測定物体面14aか
らモアレ縞グレーティング12までの距離りがレンズ2
5の焦点距離fの2倍の時アツベの誤差が除去される。
偏光がインデックスグレーティング23Xを照明し、イ
ンデックスグレーティング23Xからの光はレンズ24
により無限遠投影光となって偏光ビームスプリッタ27
を透過し1/4波長板28で円偏光となり、平面鏡19
で反射された後モアレ縞グレーティング12に入射する
。続いてモアレ縞グレーティング12で反射された光は
、平面鏡19で反射され1/4波長板28で振動方向が
紙面と垂直な直線偏光となり、偏光ビームスプリッタ2
7で反射する。その後1/4波長板29で円偏光となり
レンズ25によってもモアレ縞グレーティング12上に
インデックスグレーティング23Xの像として結像せし
められる。更に、モアレ縞グレーティング12上で重ね
合わせられたグレーティングの像の光は1/4波長板2
9で再び振動方向が紙面と平行な直線偏光となり、偏光
ビームスプリッタ27を透過し、図示しない検出器でモ
アレ縞が検出される。この場合、被測定物体面14aか
らモアレ縞グレーティング12までの距離りがレンズ2
5の焦点距離fの2倍の時アツベの誤差が除去される。
本実施例は、顕微鏡22.グレーティング重ね合わせ用
光学系21X、21Yをコンパクトに構成できるという
利点がある。又、可動体15とモアレ縞グレーティング
12及び被測定物体14とが干渉し難いという利点があ
る。又、第3実施例(第5図)と異なり、モアレ縞グレ
ーティング12の周囲に平面鏡13X、13Yを配置す
る必要がないので、装置全体をモアレ縞グレーティング
12の大きさとほぼ同じにでき、るという利点もある。
光学系21X、21Yをコンパクトに構成できるという
利点がある。又、可動体15とモアレ縞グレーティング
12及び被測定物体14とが干渉し難いという利点があ
る。又、第3実施例(第5図)と異なり、モアレ縞グレ
ーティング12の周囲に平面鏡13X、13Yを配置す
る必要がないので、装置全体をモアレ縞グレーティング
12の大きさとほぼ同じにでき、るという利点もある。
第1O図は第6実施例の縦断面図、第11図はその要部
平面図である。これは、第5実施例においてインデック
スグレーティング23X、23Yとレンズ24X、24
Yをベース11に固定すると共に、Y軸方向及びX軸方
向にのみ夫々移動するダハプリズム30X及び30Yを
用いて常に直線偏光がビームスプリッタ27に入射する
ようにしたものである。
平面図である。これは、第5実施例においてインデック
スグレーティング23X、23Yとレンズ24X、24
Yをベース11に固定すると共に、Y軸方向及びX軸方
向にのみ夫々移動するダハプリズム30X及び30Yを
用いて常に直線偏光がビームスプリッタ27に入射する
ようにしたものである。
第12図に示した如(、ダハプリズム30Xは可動体1
5が移動する時Y方向には可動体15と共に動くが、X
方向には動かないようになっている。又、ダハプリズム
30YはX方向には可動体と共に動くが、Y方向には動
かないようになっている。即ち、可動体15には案内溝
100Xをもつアームl0IXが固定されている。この
案内溝100Xに滑合するピン102XはY方向に動き
得る可動台103Xに固定されている。この可動台10
3Xにはダハプリズム30Xも固定されている。可動台
103Xはガイド104X、105Xに沿ってY方向に
移動することができる。従って可動体15がX方向に動
くときにはダハプリズム30Xは動かず、Y方向に動く
ときには可動台103Xと共にY方向に動く。ダハプリ
ズム30Yの動きについても全く同様である。第11図
において、ダハプリズム30X、30Yが僅かに傾きな
がら移動したとしても、ダハプリズムの性質によりX軸
まわりの回転とY軸まわりの回転に対してはここで反射
した光束の進行方向は変化しない。従って、これらの二
つの軸のまわりの回転に対しては誤差を生ずることはな
い。又、Z軸まわりの回転に対しては光束の方向は変化
するが、インデックスグレーティング23X、23Yの
像がY方向に動くだけであるから、この場合も誤差を生
ずることはない。
5が移動する時Y方向には可動体15と共に動くが、X
方向には動かないようになっている。又、ダハプリズム
30YはX方向には可動体と共に動くが、Y方向には動
かないようになっている。即ち、可動体15には案内溝
100Xをもつアームl0IXが固定されている。この
案内溝100Xに滑合するピン102XはY方向に動き
得る可動台103Xに固定されている。この可動台10
3Xにはダハプリズム30Xも固定されている。可動台
103Xはガイド104X、105Xに沿ってY方向に
移動することができる。従って可動体15がX方向に動
くときにはダハプリズム30Xは動かず、Y方向に動く
ときには可動台103Xと共にY方向に動く。ダハプリ
ズム30Yの動きについても全く同様である。第11図
において、ダハプリズム30X、30Yが僅かに傾きな
がら移動したとしても、ダハプリズムの性質によりX軸
まわりの回転とY軸まわりの回転に対してはここで反射
した光束の進行方向は変化しない。従って、これらの二
つの軸のまわりの回転に対しては誤差を生ずることはな
い。又、Z軸まわりの回転に対しては光束の方向は変化
するが、インデックスグレーティング23X、23Yの
像がY方向に動くだけであるから、この場合も誤差を生
ずることはない。
本実施例の場合、被測定物体面14aからモアレ縞グレ
ーティング12までの距離りがレンズ25の焦点距離f
の3倍の時アツベの誤差が除去される。即ち、第5実施
例に比べLを大きくとれるので、第4実施例と同様に部
品配置上の自由度が大きいという特徴がある。
ーティング12までの距離りがレンズ25の焦点距離f
の3倍の時アツベの誤差が除去される。即ち、第5実施
例に比べLを大きくとれるので、第4実施例と同様に部
品配置上の自由度が大きいという特徴がある。
第13図は第7実施例の縦断面図である。これは、平面
鏡19の代わりにペンタプリズム31を用いたものであ
る。この例では、実線で示した可動体15に固定された
光学系を移動させる場合と点線で示した可動体15に固
定された光学系を移動させる場合とがある。何れの場合
でもモアレ縞グレーティング12に関してグレーティン
グ重ね合わせ用光学系と反対側に被測定物体面14aが
存在している。前者の場合には、被測定物体面14aか
らモアレ縞グレーティング12までの距離りがレンズ2
5の焦点距離fと等しい時アツベの誤差が除去される。
鏡19の代わりにペンタプリズム31を用いたものであ
る。この例では、実線で示した可動体15に固定された
光学系を移動させる場合と点線で示した可動体15に固
定された光学系を移動させる場合とがある。何れの場合
でもモアレ縞グレーティング12に関してグレーティン
グ重ね合わせ用光学系と反対側に被測定物体面14aが
存在している。前者の場合には、被測定物体面14aか
らモアレ縞グレーティング12までの距離りがレンズ2
5の焦点距離fと等しい時アツベの誤差が除去される。
後者の場合には、被測定物体面14aからモアレ縞グレ
ーティング12までの距離りがレンズ25の焦点距離の
2倍の時アツベの誤差が除去される。
ーティング12までの距離りがレンズ25の焦点距離の
2倍の時アツベの誤差が除去される。
第14図はモアレ縞検出の他の例を示す。インデックス
グレーティング23Xを透過した光束は0次光(−点鎖
線)と1次光(実線)にわかれるが、レンズ24によっ
て各々光軸に平行な光路を進み偏光ビームスプリッタ2
7.1/4波長板28を透過して平面鏡19で反射し、
モアレ縞グレーティング12に到達する。二つの光束は
ここで反射して逆方向に進み、1/4波長板28を透過
した後偏光ビームスプリッタ27で反射し、1−/4波
長板29を透過した後レンズ25によりモアレ縞グレー
ティング12の上に投影される。ここで入射じた0次光
は垂直に反射する成分と1次の回折成分とに分かれる。
グレーティング23Xを透過した光束は0次光(−点鎖
線)と1次光(実線)にわかれるが、レンズ24によっ
て各々光軸に平行な光路を進み偏光ビームスプリッタ2
7.1/4波長板28を透過して平面鏡19で反射し、
モアレ縞グレーティング12に到達する。二つの光束は
ここで反射して逆方向に進み、1/4波長板28を透過
した後偏光ビームスプリッタ27で反射し、1−/4波
長板29を透過した後レンズ25によりモアレ縞グレー
ティング12の上に投影される。ここで入射じた0次光
は垂直に反射する成分と1次の回折成分とに分かれる。
同じく1次光も正反射する成分と回折する成分とに分か
れる。ここで0次光が回折した成分(01(−点鎖線)
)と1次光が正反射した成分(IO(実線))とに注目
する。
れる。ここで0次光が回折した成分(01(−点鎖線)
)と1次光が正反射した成分(IO(実線))とに注目
する。
これら二つの成分(01,10)はモアレ縞グレーティ
ング12で反射したあとは同一の光路を通るのでお互い
に干渉する。その結果、モアレ縞グレーティング12が
右又は左に動いたときグレーティングの格子間隔を周期
として変化するモアレ縞が得られる。このモアレ縞を計
数することによりグレーティングの移動量を求めること
ができる。
ング12で反射したあとは同一の光路を通るのでお互い
に干渉する。その結果、モアレ縞グレーティング12が
右又は左に動いたときグレーティングの格子間隔を周期
として変化するモアレ縞が得られる。このモアレ縞を計
数することによりグレーティングの移動量を求めること
ができる。
本発明には公知の他のモアレ縞検出の方法も適用できる
ことは言うまでもない。更に、所謂レーザスケールにつ
いてもインデックスグレーティング23X、23Yの部
分が光束分割の光学系になっているだけで、本質的にモ
アレ縞検出の場合と変わりない。
ことは言うまでもない。更に、所謂レーザスケールにつ
いてもインデックスグレーティング23X、23Yの部
分が光束分割の光学系になっているだけで、本質的にモ
アレ縞検出の場合と変わりない。
以上の説明に於いては、モアレ縞グレーティングにイン
デックスグレーティングの像を投影した例のみを示した
が、光束が逆行しても本発明の効果を得ることができる
。第15図は第4実施例(第6図)から導きだしたこの
ような場合の変形例の縦断面図である。同図において光
源I6と検出器20を互いに置換した点が第6図と異な
る。
デックスグレーティングの像を投影した例のみを示した
が、光束が逆行しても本発明の効果を得ることができる
。第15図は第4実施例(第6図)から導きだしたこの
ような場合の変形例の縦断面図である。同図において光
源I6と検出器20を互いに置換した点が第6図と異な
る。
光源16からの光束がモアレ縞グレーティング12を照
明する。モアレ縞グレーティング12からの光束は、レ
ンズ25を通った後、半透鏡26゜平面鏡13Xで夫々
反射して半透鏡26を透過する。そして、レンズ24で
モアレ縞グレーティング12の像をインデックスグレー
ティング23Xの上に投影する。この結果生じたモアレ
縞を検出器20で検出する。本実施例は、光線が逆行す
るだけであるから第6図の場合と同様にL=fのときア
ツベの誤差を除去することができる。他の実施例につい
ても同様の関係が成り立つ。
明する。モアレ縞グレーティング12からの光束は、レ
ンズ25を通った後、半透鏡26゜平面鏡13Xで夫々
反射して半透鏡26を透過する。そして、レンズ24で
モアレ縞グレーティング12の像をインデックスグレー
ティング23Xの上に投影する。この結果生じたモアレ
縞を検出器20で検出する。本実施例は、光線が逆行す
るだけであるから第6図の場合と同様にL=fのときア
ツベの誤差を除去することができる。他の実施例につい
ても同様の関係が成り立つ。
上述の如く、本発明による高精度位置比較装置は、被測
定物体を置き直すことなく二次元的に測定9位置比較等
を行ない得るという実用上重要な利点を有している。
定物体を置き直すことなく二次元的に測定9位置比較等
を行ない得るという実用上重要な利点を有している。
第1図は本発明による高精度位置比較装置の第1実施例
の縦断面図、第2図は第1実施例の要部平面図、第3図
は第1実施例における誤差除去原理を示す図、第4図は
第2実施例の要部平面図、第5図は第3実施例の要部平
面図、第6図は第4実施例の縦断面図、第7図は第4実
施例における誤差除去原理を示す図、第8図は第5実施
例の縦断面図、第9図は第5実施例の要部平面図、第1
0図は第6実施例の縦断面図、第11図は第6実施例の
要部平面図、第12図は第6実施例のダハプリズム案内
機構の平面図、第13図は第7実施例の縦断面図、第1
4図はモアレ縞検出の他の例を示す図、第15図は第4
実施例の変形例の縦断面図、第16図は一従来例の概略
縦断面図、第17図及び第18図は夫々上記従来例にお
ける誤差発生原理及びアツベの原理の適用を示す図、第
19図は他の従来例の概略縦断面図、第20図は上記能
の従来例におけるエラペンシュタインの原理の適用を示
す図である。 11−・・・ベース、12,12X、12Y・・・・モ
アレ縞グレーティング、13X、13Y、19・・・・
平面鏡、14・・・・被測定物体、15・・・・可動体
、16・・・・照明光源、17.26・・・・半透鏡、
18゜24.25・・・・レンズ、20・・・・検出器
、21X。 21Y・・・・グレーティング重ね合わせ用光学系、2
2・・・・顕微鏡、23X、23Y・・・・インデック
スグレーテインク、27・・・・偏光ビームスプリッタ
、28.29−−−−1/4波長板、30X、30Y・
・・・ダハプリズム、31・・・・ペンタプリズム。 1−13図 第14図 第16図 矛17図 矛18図
の縦断面図、第2図は第1実施例の要部平面図、第3図
は第1実施例における誤差除去原理を示す図、第4図は
第2実施例の要部平面図、第5図は第3実施例の要部平
面図、第6図は第4実施例の縦断面図、第7図は第4実
施例における誤差除去原理を示す図、第8図は第5実施
例の縦断面図、第9図は第5実施例の要部平面図、第1
0図は第6実施例の縦断面図、第11図は第6実施例の
要部平面図、第12図は第6実施例のダハプリズム案内
機構の平面図、第13図は第7実施例の縦断面図、第1
4図はモアレ縞検出の他の例を示す図、第15図は第4
実施例の変形例の縦断面図、第16図は一従来例の概略
縦断面図、第17図及び第18図は夫々上記従来例にお
ける誤差発生原理及びアツベの原理の適用を示す図、第
19図は他の従来例の概略縦断面図、第20図は上記能
の従来例におけるエラペンシュタインの原理の適用を示
す図である。 11−・・・ベース、12,12X、12Y・・・・モ
アレ縞グレーティング、13X、13Y、19・・・・
平面鏡、14・・・・被測定物体、15・・・・可動体
、16・・・・照明光源、17.26・・・・半透鏡、
18゜24.25・・・・レンズ、20・・・・検出器
、21X。 21Y・・・・グレーティング重ね合わせ用光学系、2
2・・・・顕微鏡、23X、23Y・・・・インデック
スグレーテインク、27・・・・偏光ビームスプリッタ
、28.29−−−−1/4波長板、30X、30Y・
・・・ダハプリズム、31・・・・ペンタプリズム。 1−13図 第14図 第16図 矛17図 矛18図
Claims (4)
- (1)被測定物体の寸法を測定するためにベースに固定
された2次元に広がる測長用グレーティングと、前記ベ
ースに固定された反射手段と、格子方向が前記測長用グ
レーティングと同じインデックスグレーティングと、前
記両グレーティングの一方の像を前記反射手段に向けて
一旦無限遠に投影する投影手段と前記反射手段で反射さ
れた無限遠投影像を前記両グレーティングの他方に結像
せしめる結像手段とから成るグレーティング重ね合わせ
用光学系と、該グレーティング重ね合わせ用光学系によ
り生じた干渉縞を検出する干渉縞検出手段と、被測定物
体における測定点位置検出手段とを備え、前記グレーテ
ィング重ね合わせ用光学系と前記干渉縞検出手段と前記
測定点位置検出手段とを可動体に固定して成る高精度位
置比較装置。 - (2)被測定物体における測定点位置からグレーティン
グが重ね合わせられる位置までの距離が前記投影手段の
焦点距離と等しいことを特徴とする請求項(1)に記載
の高精度位置比較装置。 - (3)前記反射手段が前記測長用グレーティングに直交
するように配置されていることを特徴とする請求項(1
)又は(2)に記載の高精度位置比較装置。 - (4)前記測長用グレーティングが前記反射手段を兼ね
ていることを特徴とする請求項(1)又は(2)に記載
の高精度位置比較装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2154659A JPH0447222A (ja) | 1990-06-13 | 1990-06-13 | 高精度位置比較装置 |
US07/714,722 US5142146A (en) | 1990-06-13 | 1991-06-13 | High-accuracy position comparator using 2 dimensional grating |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2154659A JPH0447222A (ja) | 1990-06-13 | 1990-06-13 | 高精度位置比較装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0447222A true JPH0447222A (ja) | 1992-02-17 |
Family
ID=15589077
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2154659A Pending JPH0447222A (ja) | 1990-06-13 | 1990-06-13 | 高精度位置比較装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5142146A (ja) |
JP (1) | JPH0447222A (ja) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3495783B2 (ja) * | 1994-05-13 | 2004-02-09 | キヤノン株式会社 | エンコーダ |
US7561270B2 (en) * | 2000-08-24 | 2009-07-14 | Asml Netherlands B.V. | Lithographic apparatus, device manufacturing method and device manufactured thereby |
TW527526B (en) * | 2000-08-24 | 2003-04-11 | Asml Netherlands Bv | Lithographic apparatus, device manufacturing method, and device manufactured thereby |
US7289212B2 (en) * | 2000-08-24 | 2007-10-30 | Asml Netherlands B.V. | Lithographic apparatus, device manufacturing method and device manufacturing thereby |
GB0411837D0 (en) * | 2004-05-27 | 2004-06-30 | Leuven K U Res & Dev | A measurement configuration based on linear scales able to measure to a target also moving perpendicular to the measurement axis |
US7515281B2 (en) * | 2005-04-08 | 2009-04-07 | Asml Netherlands B.V. | Lithographic apparatus and device manufacturing method |
US7483120B2 (en) * | 2006-05-09 | 2009-01-27 | Asml Netherlands B.V. | Displacement measurement system, lithographic apparatus, displacement measurement method and device manufacturing method |
CN103247348B (zh) * | 2013-05-16 | 2015-06-10 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 应用于光栅刻划机的工作台 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2240968A1 (de) * | 1972-08-21 | 1974-03-07 | Leitz Ernst Gmbh | Optisches verfahren zur messung der relativen verschiebung eines beugungsgitters sowie einrichtungen zu seiner durchfuehrung |
US4656347A (en) * | 1984-01-30 | 1987-04-07 | Nippon Telegraph & Telephone Public Corporation | Diffraction grating position adjuster using a grating and a reflector |
JPH07119574B2 (ja) * | 1988-09-12 | 1995-12-20 | 富士通株式会社 | 二次元位置検出方法 |
US4991962A (en) * | 1989-01-04 | 1991-02-12 | Kantilal Jain | High precision alignment system for microlithography |
-
1990
- 1990-06-13 JP JP2154659A patent/JPH0447222A/ja active Pending
-
1991
- 1991-06-13 US US07/714,722 patent/US5142146A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US5142146A (en) | 1992-08-25 |
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