JPS6145165B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6145165B2 JPS6145165B2 JP60108132A JP10813285A JPS6145165B2 JP S6145165 B2 JPS6145165 B2 JP S6145165B2 JP 60108132 A JP60108132 A JP 60108132A JP 10813285 A JP10813285 A JP 10813285A JP S6145165 B2 JPS6145165 B2 JP S6145165B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- beam splitter
- mirror
- fixed
- stage
- movable
- 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.)
- Expired
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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
- 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
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明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。
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。
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。
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
るビームスプリツタ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、二光の干渉光を検知するデイテクタ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。
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
るビームスプリツタ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、二光の干渉光を検知するデイテクタ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
ムスプリツタ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つた。この光
学系では次のような欠点があつた。(1)温度の変動
による熱膨張があつた時も、基準鏡側は、ビーム
スプリツタからの距離が矩かいため、ほとんど変
らず、測長鏡側のみ伸びるので、測定される位置
と、実際に移動した位置との間に誤差を生じる。
(2)測長鏡とビームスプリツタ間の雰囲気と、ビー
ムスプリツ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、ビームスプリツタと基
準鏡間に揺れ動く空気が存在せず、測長鏡側のみ
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つた。
ムスプリツタ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つた。この光
学系では次のような欠点があつた。(1)温度の変動
による熱膨張があつた時も、基準鏡側は、ビーム
スプリツタからの距離が矩かいため、ほとんど変
らず、測長鏡側のみ伸びるので、測定される位置
と、実際に移動した位置との間に誤差を生じる。
(2)測長鏡とビームスプリツタ間の雰囲気と、ビー
ムスプリツ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、ビームスプリツタと基
準鏡間に揺れ動く空気が存在せず、測長鏡側のみ
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つた。
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ツタに固定
し、測長鏡とビームスプリツタ間にシールド筒１
０を取付けることも行なわれているが、結果的
に、次の欠点があつた。(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ツタに近づいた時の位置
がある一定値以下にはなり得ず、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、一軸ステージ
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54−155862号公報に記載されている。
で示すように、基準鏡をビームスプリツタに固定
し、測長鏡とビームスプリツタ間にシールド筒１
０を取付けることも行なわれているが、結果的
に、次の欠点があつた。(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ツタに近づいた時の位置
がある一定値以下にはなり得ず、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、一軸ステージ
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54−155862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。
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、ステイツクスリツプがないこと、低摩擦
であること等、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、従来問題となつていた点を解決する
ものである。
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、ステイツクスリツプがないこと、低摩擦
であること等、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、従来問題となつ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。
ホルダーと前記ホルダー上面を摺動可能に配置
した移動ステージと、前記ホルダーに固定され、
レーザ光源からのレーザ光を基準光と測長光とに
分割するためのビームスプリツタと、前記ビーム
スプリツタから入射した前記基準光を反射して前
記ビームスプリツタに戻すように前記ホルダーに
固定された固定鏡と、前記ビームスプリツタから
入射した前記測長光を反射して前記ビームスプリ
ツタに戻すように前記移動ステージに固定された
移動鏡とを有する精密位置決めの移動台におい
て、前記ビームスプリツタの中心から前記固定鏡
の反射面までの距離と、前記移動鏡の反射面が前
記移動ステージの移動範囲の中心にある時の前記
ビームスプリツタの中心から前記移動鏡の反射面
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。
した移動ステージと、前記ホルダーに固定され、
レーザ光源からのレーザ光を基準光と測長光とに
分割するためのビームスプリツタと、前記ビーム
スプリツタから入射した前記基準光を反射して前
記ビームスプリツタに戻すように前記ホルダーに
固定された固定鏡と、前記ビームスプリツタから
入射した前記測長光を反射して前記ビームスプリ
ツタに戻すように前記移動ステージに固定された
移動鏡とを有する精密位置決めの移動台におい
て、前記ビームスプリツタの中心から前記固定鏡
の反射面までの距離と、前記移動鏡の反射面が前
記移動ステージの移動範囲の中心にある時の前記
ビームスプリツタの中心から前記移動鏡の反射面
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、ビームスプリツタ１３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
反射され戻つてくる。一方、測長光１６は、移動
ステージ１７に載つている移動鏡１８に反射され
戻つてくる。この２つの光が干渉し、デイテクタ
１９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ツタ１３から、平面鏡
２０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、ビームスプリツタから固定
鏡へ至る距離を等しくｂ＋ｌ＋Ｓ／２となるように固 定鏡を配置してある。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を吹出すオリフイス
２４を持つステージが動く基準となるものであ
る。駆動アクチユエータ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つたこと、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ユーブとし、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
でも考え方は同じである。
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、ビームスプリツタ１３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
反射され戻つてくる。一方、測長光１６は、移動
ステージ１７に載つている移動鏡１８に反射され
戻つてくる。この２つの光が干渉し、デイテクタ
１９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ツタ１３から、平面鏡
２０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、ビームスプリツタから固定
鏡へ至る距離を等しくｂ＋ｌ＋Ｓ／２となるように固 定鏡を配置してある。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を吹出すオリフイス
２４を持つステージが動く基準となるものであ
る。駆動アクチユエータ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つたこと、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ユーブとし、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
でも考え方は同じである。
このため次の利点が得られるようになつた。
(1) 熱膨張があつても、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
なつた。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ツタに最も近づいた場
合の（ｌ−ａ）から、最も遠ざかつた場合の
（ｌ＋ｓ−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、 （ｌ＋ｓ）（１＋α・Δｔ） −ａ（１＋α・Δｔ） ＝（ｌ＋ｓ−ａ）（１＋α・Δｔ） …(1) となり、α・Δｔ（ｌ＋ｓ−ａ）という最大誤
差が生ずる。これに対して、本発明では測定値
の読みは、移動鏡ビームスプリツタに近づいた
場合の （ｂ＋ｌ）−（ｂ＋ｌ＋ｓ／２）＝−ｓ／２ から、最も遠ざかつた場合の （ｂ＋ｌ＋ｓ）−（ｂ＋ｌ＋ｓ／２）＝ｓ／２ 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＋ｌ＋ｓ）（１＋α・Δｔ） −（ｂ＋ｌ＋ｓ／２）（１＋α・ｔ） ＝ｓ／２（１＋α・Δｔ） …(2) となり、ｓ／２・α・Δｔという最大誤差が生じる。
半分の長さに関係する分しか影響しないように
なつた。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ツタに最も近づいた場
合の（ｌ−ａ）から、最も遠ざかつた場合の
（ｌ＋ｓ−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、 （ｌ＋ｓ）（１＋α・Δｔ） −ａ（１＋α・Δｔ） ＝（ｌ＋ｓ−ａ）（１＋α・Δｔ） …(1) となり、α・Δｔ（ｌ＋ｓ−ａ）という最大誤
差が生ずる。これに対して、本発明では測定値
の読みは、移動鏡ビームスプリツタに近づいた
場合の （ｂ＋ｌ）−（ｂ＋ｌ＋ｓ／２）＝−ｓ／２ から、最も遠ざかつた場合の （ｂ＋ｌ＋ｓ）−（ｂ＋ｌ＋ｓ／２）＝ｓ／２ 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＋ｌ＋ｓ）（１＋α・Δｔ） −（ｂ＋ｌ＋ｓ／２）（１＋α・ｔ） ＝ｓ／２（１＋α・Δｔ） …(2) となり、ｓ／２・α・Δｔという最大誤差が生じる。
式(1)と式(2)を比較すれば、ｌ＞ａ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ｌ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＝2.3×10-5）、ストロークｓ＝100
mm、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。
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ｌ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＝2.3×10-5）、ストロークｓ＝100
mm、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ツタ間、およびビーム
スプリツ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。
スプリツ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。
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。
第１図は従来の光学系を示す概観図、第２，
３，４図はいずれも、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
ームスプリツタ、１４：基準光、１５：固定鏡、
１６：測長光、１７：移動ステージ、１８：移動
鏡、１９：デイテクタ、２０：平面鏡、２１：ホ
ルダー、２２：固定バー、２３：圧縮空気、２
４：オリフイス。
３，４図はいずれも、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
ームスプリツタ、１４：基準光、１５：固定鏡、
１６：測長光、１７：移動ステージ、１８：移動
鏡、１９：デイテクタ、２０：平面鏡、２１：ホ
ルダー、２２：固定バー、２３：圧縮空気、２
４：オリフイス。
Claims (1)
- １ ホルダーと前記ホルダー上面を摺動可能に配
置した移動ステージと、前記ホルダーに固定さ
れ、レーザ光源からのレーザ光を基準光と測長光
とに分割するためのビームスプリツタと、前記ビ
ームスプリツタから入射した前記基準光を反射し
て前記ビームスプリツタに戻すように前記ホルダ
ーに固定された固定鏡と、前記ビームスプリツタ
から入射した前記測長光を反射して前記ビームス
プリツタに戻すように前記移動ステージに固定さ
れた移動鏡とを有する精密位置決め移動台におい
て、前記ビームスプリツタの中心から前記固定鏡
の反射面までの距離と、前記移動鏡の反射面が前
記移動ステージの移動範囲の中心にある時の前記
ビームスプリツタの中心から前記移動鏡の反射面
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 JPS61704A (ja) | 1986-01-06 |
| JPS6145165B2 true 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) |
Families Citing this family (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 |
| JP2760830B2 (ja) * | 1989-01-20 | 1998-06-04 | 株式会社日立製作所 | 変位の光学的測定装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5251548Y2 (ja) * | 1971-04-12 | 1977-11-22 |
-
1985
- 1985-05-22 JP JP60108132A patent/JPS61704A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61704A (ja) | 1986-01-06 |
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