JPH04319608A - 光ビームによる真直度・面内変位の測定方法及び装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光を直線基準と
して用いて、真直度（機械の直線部分やストロークが真
の直線から狂っている量）や面内変位（レーザ光に直交
する平面内における変位）などを高精度で測定する方法
及び装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】レーザ光の直進性と半導体位置検出器を
利用した真直度の測定は、どこでも手軽に数１０ｍ以上
の直線基準を設定できることから、広く実用化されてい
る。しかし、実際には、レーザ光発生器の熱変形などに
より、直線基準であるべきレーザ光自身が不規則に方向
変化するので、高精度な測定は望めない。従来、この問
題を解決するために、レーザ光を２本に分割し、そのう
ち１本を直線基準として真直度を測定すると同時に、他
の１本を用いてレーザ光自身の方向変化を測定し、前記
真直度の測定結果を補正する方法が提案されており、そ
の一例を図６に示す。図６において、テーブル１０１上
に固定されたレーザ光発生装置１０２を出射したレーザ
光は、ハーフミラー１０３とミラー１０４により２本の
平行なレーザ光１０５、１０６に分割される。また、被
測定物１０７には第１の半導体位置検出器１０８が、テ
ーブル１０１と一体構造であり被測定物の運動ストロー
クの終端近傍にあるテーブル１０９には第２の半導体位
置検出器１１０が固定されている。被測定物１０７は矢
印Ａ方向へ運動し、その真直度がレーザ光１０５と第１
の半導体位置検出器１０８とによって測定されるが、こ
の測定結果には、レーザ光の方向変化による誤差を含む
。一方、レーザ光１０６と第２の半導体位置検出器１１
０とによってレーザ光の方向変化を測定できるので、前
記真直度の測定結果からレーザの方向変化に起因する誤
差を補正することができる。１１１は演算回路である。 【０００３】また、特開昭５０−１０３３６２号公報に
は、光ビーム発生器から発生した光をプリズムにより２
本の平行な光に分割し、一方の光を基準面上で受光し、
他方の光を測定面上で受光し、各受光部で得られた信号
の差を求め、外乱を除去するようにした真直度測定器が
記載されている。特開昭６０−２０３８０４号公報には
、真直度を測定すべき機械の一方のストローク端近傍か
ら２本の平行なレーザ光を発生するレーザ光発生装置と
、真直度を測定すべき機械上に設けられ一方の光が入射
する第１の検出器と、機械の他方のストローク端近傍に
設けられ他方の光が入射する第２の検出器とからなり、
レーザ光のスポットの２次元位置を第１及び第２の検出
器で検出し、これらの出力に基づいて真直度を測定する
ようにした真直度測定装置が記載されている。また、特
開昭６３−９５３０２号公報には、レーザ光により、半
導体露光装置における位置合わせを行なうパターン検出
装置が記載されている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】図６に示す従来の装置
では、テーブル１０１とテーブル１０９との相対的な位
置関係が、装置全体の温度変化や外乱振動に起因して厳
密には常に変化しているために、第２の半導体位置検出
器１１０の出力からレーザ光１０６の方向変化だけを知
ることはできない。このため、真直度の測定結果に含ま
れるレーザ光の方向変化の影響を完全に補正することは
不可能である。この影響は、被測定物の運動ストローク
の増加にともなって顕著になり、真直度の測定精度は悪
化する欠点を持っていた。 【０００５】また、特開昭５０−１０３３６２号公報、
特開昭６０−２０３８０４号公報記載の真直度測定装置
は、いずれも、レーザ光を２本以上に分割し、そのうち
１本を直線基準として、被測定物の真直度を測定し、他
の数本を使ってポインティングスタビリティを測定し、
前者を後者によって補正することにより、正しい真直度
を導こうとするものである。このため、図６の場合と同
様に、真直度の測定精度が低いという問題点を有してい
る。また、特開昭６３−９５３０２号公報記載のものは
、パターン位置を検出する装置に関するもので、真直度
を測定するものとは、目的、構成を異にしている。本発
明は上記の諸点に鑑みなされたもので、レーザ光発生装
置の熱変形などによって生じるレーザ光の方向変化の影
響を原理的にキャンセルすることができる、光学系を使
用して構成される不動の直線基準を用いることにより、
従来の技術に比較して、長いストロークで運動する被測
定物の真直度や面内変化などを高精度に測定することが
できる方法及び装置を提供することを目的とするもので
ある。 【０００６】 【課題を解決するための手段及び作用】上記の目的を達
成するために、本発明の光ビームによる真直度・面内変
位の測定方法は、図１〜図５を参照して説明すれば、つ
ぎの（ａ）〜（ｃ）の過程、すなわち、（ａ）　　レー
ザ光２０７を、方向変化の方向と大きさが対称である平
行な２本のレーザ光２０８、２０９に分割する過程、（
ｂ）　　分割された２本のレーザ光の対称軸を直線基準
とし、２本のレーザ光の光路長が等しくなるように調節
して、被測定物２０４に固定された２個の位置検出器２
０５、２０６に入射する過程、（ｃ）　　前記２個の位
置検出器からの信号を演算する過程、を包含することを
特徴としている。本発明の方法において、２個の位置検
出器から得られる２信号は個々の位置検出器に入射する
レーザ光の２次元位置に対応しているので、前記２信号
を演算することにより、レーザ光の直進性を利用し、さ
らに原理的にレーザ光の方向変化の影響を全く受けない
で、真直度・面内変位を測定することができる。 【０００７】そして、本発明の光ビームによる真直度・
面内変位の測定装置は、図１〜図５を参照して説明すれ
ば、直線基準となるレーザ光を発生するレーザ光発生装
置２０２と、前記レーザ光を、方向変化の方向と大きさ
が対称である平行な２本のレーザ光２０８、２０９に分
割するとともに、２本のレーザ光の光路長が等しくなる
ように調節する光学系２０３と、前記２本のレーザ光が
それぞれ入射する受光面を有する、被測定物２０４に固
定された２個の位置検出器２０５、２０６と、前記２個
の位置検出器からの出力を演算するための演算回路２１
０と、を包含することを特徴としている。位置検出器と
しては、一例として、半導体位置検出器、４分割フォト
センサ、ＰＳＤ（位置検出素子）などが用いられる。 【０００８】レーザ光発生装置２０２から出射するレー
ザ光は、この装置２０２の熱変形等によって常に方向変
化しているが、この変化の方向と大きさが対称であるよ
うな２本のレーザ光２０８、２０９の対称軸は不動であ
る。そこで、本発明は上記対称軸を直線基準として利用
することにより、レーザ光の直進性を利用し、さらにレ
ーザ光の方向変化の影響を全く受けないで、真直度を測
定することができる。レーザ光発生装置２０２を出たレ
ーザ光は、方向変化の方向と大きさが対称であるような
２本のレーザ光２０８、２０９に分割される。直線運動
の真直度が測定されるべき被測定物２０４には、２個の
半導体位置検出器２０５、２０６が固定されている。こ
れら２個の半導体位置検出器には上記２本のレーザ光が
入射しており、レーザ光の入射位置に応じた信号Ｓ１、
Ｓ２がそれぞれ出力される。これら２信号の平均値Ａ＝
（Ｓ１＋Ｓ２）／２は上記２本のレーザ光の対称軸の位
置を表わす。そこで、平均値Ａの変化を検出することに
よって、２本のレーザ光の対称軸を直線基準とし、結果
として、レーザ光の方向変化の影響を全く受けない真直
度測定ができる。 【０００９】 【実施例】以下、図面を参照して本発明の好適な実施例
を詳細に説明する。ただし、この実施例に記載されてい
る構成機器の形状、その相対配置などは、とくに特定的
な記載がない限りは、本発明の範囲をそれらのみに限定
する趣旨のものではなく、単なる説明例にすぎない。図
１に示すように、テーブル２０１には、レーザ光発生装
置２０２と、このレーザ光発生装置２０２から出射した
レーザ光２０７を２本の平行なレーザ光２０８、２０９
に分割する光学系２０３とが設けられ、矢印Ｂ方向への
運動の真直度を測定されるべき被測定物２０４には、２
個の半導体位置検出器２０５、２０６が固定されている
。演算回路２１０は、半導体位置検出器２０５、２０６
からの出力Ｓ１、Ｓ２の平均値Ａを出力する。光学系２
０３は少なくとも次の３機能を有する。第１は、レーザ
光２０７をほぼ平行な２本のレーザ光２０８、２０９に
分割する機能、第２は、レーザ光２０７に方向変化が生
じると２本のレーザ光２０８、２０９に対称な方向変化
を生じさせる機能、第３は、レーザ光２０８、２０９が
レーザ光発生装置２０２を出射してから半導体位置検出
器２０５、２０６にそれぞれ入射するまでの光路長Ｌを
等しくする機能である。 【００１０】図２は、光学系２０３の一例を示し、図３
は、プリズム２１１により構成した光学系２０３の他の
例を示している。図２において、レーザ光２０７はハー
フミラー３０１によって２本のレーザ光２０８と２０９
とに分割される。レーザ光２０８は、さらにミラー３０
２、３０３によって反射され、半導体位置検出器２０５
（図１参照）に向けて出射される。レーザ光２０９はミ
ラー３０４、３０５によってレーザ光２０８とほぼ平行
で光路長が等しくなるように調節された後、半導体位置
検出器２０６（図１参照）に向けて出射される。ここで
レーザ光２０７に角度θの方向変化が生じると、レーザ
光２０８、２０９は互いに対称な方向変化を生じ、図４
に示すように、半導体位置検出器２０５、２０６上にお
けるレーザ光の位置変化は、それぞれ−Ｌθ、Ｌθであ
り、半導体位置検出器２０５、２０６からそれらの位置
変化に対応した信号の変化ΔＳ１＝−ｎＬθ、ΔＳ２＝
ｎＬθ＝−ΔＳ１（ｎはレーザ光の入射位置と半導体位
置検出器の出力との関係を表わす係数）が出力される。 したがって、演算回路２１０の出力の変化はΔＡ＝０に
なる。さらに、図５に示すように、被測定物２０４の真
直度の狂いＸが加わると、演算回路２１０からの出力の
変化はΔＡ＝ｎＸとなり、レーザ光の方向変化θの影響
を全く受けることなく、真直度だけを表わす信号を得る
ことができる。なお、図１、図２、図４、図５では、本
発明の原理の説明を容易にするために、平面における真
直度測定を図示したが、この原理が空間における真直度
測定にも成り立つことは言うまでもない。また、前述の
ように、光学系２０３をプリズムによって構成すること
も可能である。　　 【００１１】 【発明の効果】本発明は上記のように構成されているの
で、つぎのような効果を奏する。 （１）　　レーザ光の方向変化を、光学的手段により原
理的にキャンセルしてしまうために、不動な直線基準を
設定することができ、真直度や面内変化の測定を、従来
法に比較して大幅に高精度化することができる。 （２）　　本発明によれば、レーザ光の方向変化の影響
を全く受けないので、数１０ｍ以上の直線運動の真直度
をサブミクロンオーダの高精度で測定可能である。 （３）　　１本のレーザ光を、２本の平行なレーザ光に
分割し、それらの対称軸を直線基準として用いるために
、従来技術におけるようにポインティングスタビリティ
の影響を全く受けることはない。そして、２個の位置検
出器を用いることにより、迅速に、かつ、連続的に測定
を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光ビームによる真直度・面内変位の測
定装置の一実施例を示す機器配置説明図である。

【図２】本発明において使用する光学系の一例を示す説
明図である。

【図３】本発明を空間的に応用するための光学系をプリ
ズムによって構成した一例を示す説明図である。

【図４】図１において、レーザ光が方向変化した状態を
示す説明図である。

【図５】図１において、レーザ光が方向変化し、さらに
、被測定物に真直度の狂いが生じた状態を示す説明図で
ある。

【図６】従来の真直度測定装置の一例を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１０１　　テーブル １０２　　レーザ光発生装置 １０３　　ハーフミラー １０４　　ミラー １０５　　レーザ光 １０６　　レーザ光 １０７　　被測定物 １０８　　第１の位置検出器 １０９　　テーブル １１０　　第２の位置検出器 １１１　　演算回路 ２０１　　テーブル ２０２　　レーザ光発生装置 ２０３　　光学系 ２０４　　被測定物 ２０５　　位置検出器 ２０６　　位置検出器 ２０７　　レーザ光 ２０８　　レーザ光 ２０９　　レーザ光 ２１０　　演算回路 ２１１　　プリズム ３０１　　ハーフミラー ３０２　　ミラー ３０３　　ミラー ３０４　　ミラー ３０５　　ミラー

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　つぎの（ａ）〜（ｃ）の過程、すなわ
   ち、（ａ）　　レーザ光（２０７）を、方向変化の方向
   と大きさが対称である平行な２本のレーザ光（２０８）
   、（２０９）に分割する過程、（ｂ）　　分割された２
   本のレーザ光の対称軸を直線基準とし、２本のレーザ光
   の光路長が等しくなるように調節して、被測定物（２０
   ４）に固定された２個の位置検出器（２０５）、（２０
   ６）に入射する過程、（ｃ）　　前記２個の位置検出器
   からの信号を演算する過程、を包含することを特徴とす
   る光ビームによる真直度・面内変位の測定方法。
2. 【請求項２】　　直線基準となるレーザ光を発生するレ
   ーザ光発生装置（２０２）と、前記レーザ光を、方向変
   化の方向と大きさが対称である平行な２本のレーザ光（
   ２０８）、（２０９）に分割するとともに、２本のレー
   ザ光の光路長が等しくなるように調節する光学系（２０
   ３）と、前記２本のレーザ光がそれぞれ入射する受光面
   を有する、被測定物（２０４）に固定された２個の位置
   検出器（２０５）、（２０６）と、前記２個の位置検出
   器からの出力を演算するための演算回路（２１０）と、
   を包含することを特徴とする光ビームによる真直度・面
   内変位の測定装置。