專利名稱：位移檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過使用光的干涉來檢測(cè)衍射光柵(標(biāo)尺(scale))的位移(移動(dòng))量的位移檢測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)地，具有標(biāo)尺和檢測(cè)頭的位移檢測(cè)裝置被廣泛地用作用于精確地測(cè)量線性位移、轉(zhuǎn)動(dòng)位移等的測(cè)量?jī)x器。近年來，應(yīng)用利用從發(fā)光二極管或激光器發(fā)出的光的位移檢測(cè)裝置。此外，需要能夠測(cè)量Inm以下的位移的高分辨率的位移檢測(cè)裝置。例如日本特開2009-257841號(hào)公報(bào)記載了這些傳統(tǒng)位移檢測(cè)裝置中的一種位移檢測(cè)裝置。在日本特開2009-257841號(hào)公報(bào)記載的位移檢測(cè)裝置中，從光源發(fā)出的光被分光器分成兩束，該兩束光分別被兩個(gè)反射器反射，并且反射后的兩束光照射到衍射光柵的同一位置。此外，照射于衍射光柵的兩束光被衍射光柵衍射以生成兩束一次衍射光。一次衍射光均被反射器(例如鏡)反射并沿著與來自光源的光照射到衍射光柵的光路相同的光路再次照射到衍射光柵。以這種方式，通過被衍射光柵衍射兩次而生成兩束二次衍射光。接著，兩束二次衍射光通過分光器彼此疊加以彼此干涉，并且兩束二次衍射光的干涉光在光接收元件上成像。此外，基于干涉光由光接收元件檢測(cè)干涉信號(hào)，基于干涉信號(hào)獲得兩束二次衍射光之間的移動(dòng)差，以檢測(cè)衍射光柵的移動(dòng)量。此外，日本特開2007-218833號(hào)公報(bào)中記載了另一種位移檢測(cè)裝置，其中，通過由分光器分離從光源發(fā)出的光而獲得的兩束光照射到衍射光柵的兩個(gè)不同位置。

發(fā)明內(nèi)容
然而，在日本特開2009-257841號(hào)公報(bào)和日本特開2007-218833號(hào)公報(bào)所記載的位移檢測(cè)裝置中，從光源發(fā)出并由衍射光柵衍射的光的射出角度與由反射器反射并再次照射到衍射光柵的光的入射角度相等。因此，存在以下?lián)脑诒谎苌涔鈻叛苌淞藘纱蔚亩窝苌涔庵?，由各部件的多重反射而?dǎo)致的不需要的雜散光可能會(huì)與干涉光疊加。結(jié)果，由于不需要的雜散光與干涉光的疊加而可能會(huì)導(dǎo)致噪聲，由此檢測(cè)精度會(huì)降低。提出了諸如使部件傾斜、設(shè)置相位板等一些方法以避免雜散光與干涉光疊加。然而，如果設(shè)置相位板等，則會(huì)增加部件的數(shù)量。此外，在日本特開2007-218833號(hào)公報(bào)所記載的技術(shù)中，兩束光照射到衍射光柵的兩個(gè)不同位置。因此，如果衍射光柵的表面的面精度低，則會(huì)導(dǎo)致每束光的光路長(zhǎng)度改變。結(jié)果，光路長(zhǎng)度的變化會(huì)被檢測(cè)成誤差。
此外，在具有目前的半導(dǎo)體制造設(shè)備、檢查設(shè)備等的傾斜機(jī)構(gòu)的超精密定位臺(tái)中， 作為線性編碼器，在維持容許的傾斜和間隙的狀態(tài)下，要求高速響應(yīng)的Inm以下的位移檢測(cè)精度。由此，甚至需要消除上述輕微誤差。本發(fā)明的目的是提供一種位移檢測(cè)裝置，在該位移檢測(cè)裝置中，當(dāng)從光源發(fā)出的光被衍射光柵衍射兩次時(shí)，入射角度和射出角度彼此不同，從而干涉光和由各部件的多重反射導(dǎo)致的雜散光不彼此疊加，從而可提高檢測(cè)精度。為了解決上述問題并實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，根據(jù)本發(fā)明的方案的位移檢測(cè)裝置包括大致平板狀的衍射光柵，其適于衍射光；光柵干涉儀，其適于將光照射到所述衍射光柵，在所述衍射光柵中，所照射的光被衍射成兩束分別具有正級(jí)次和負(fù)級(jí)次的光，所述光柵干涉儀適于使兩束衍射光彼此干涉，以產(chǎn)生干涉信號(hào)；以及相對(duì)位置信息輸出部，其適于基于由所述光柵干涉儀產(chǎn)生的干涉信號(hào)檢測(cè)所述衍射光柵的相對(duì)位置信息。所述光柵干涉儀包括光源，其適于將光照射到所述衍射光柵；兩個(gè)反射器，其適于反射由所述衍射光柵所衍射的兩束一次衍射光，并適于使所反射的一次衍射光再次入射到所述衍射光柵的與來自所述光源的光所照射到的點(diǎn)基本上相同的位置；分光器，其適于使由所述衍射光柵衍射兩次的兩束二次衍射光彼此疊加；以及接收器，其適于接收由所述分光器彼此疊加的二次衍射光以生成干涉信號(hào)，其中，所述反射器使所述一次衍射光以與從所述光源入射到所述衍射光柵的光的入射角度和所述一次衍射光透過所述衍射光柵或被所述衍射光柵反射的角度均不同的角度入射到所述衍射光柵。利用根據(jù)本發(fā)明的位移檢測(cè)裝置，通過反射器，將被衍射光柵衍射的一次衍射光的輸出角度與一次衍射光再次入射到衍射光柵的入射角度設(shè)定成彼此不同。由此，被衍射兩次的二次衍射光的光路不與一次衍射光的光路或光從光源入射到衍射光柵的光路平行。 結(jié)果，能夠排除由部件的多重反射所導(dǎo)致的雜散光可能會(huì)與干涉光重疊的可能性，從而能夠精確地檢測(cè)出干涉強(qiáng)度。此外，由反射器反射的一次衍射光入射到衍射光柵的與來自光源的光入射到衍射光柵的位置基本上相同的位置。結(jié)果，可以消除由衍射光柵的表面粗糙度所導(dǎo)致的誤差，由此能夠提交檢測(cè)精度。


圖1是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置的光學(xué)系統(tǒng)的立體圖；圖2是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置的光學(xué)系統(tǒng)的側(cè)視圖；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置的復(fù)合衍射光柵的圖；圖4是用于說明衍射光柵的第一光柵矢量方向和第二光柵矢量方向之間的位置關(guān)系以及根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置的第一光柵干涉儀和第二光柵干涉儀之間的位置關(guān)系的圖；圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置的主要部分的放大圖；圖6是示出從復(fù)合衍射光柵的上側(cè)觀察的根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置的主要部分的變形例的放大圖7是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置的光學(xué)系統(tǒng)的側(cè)視圖；圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置的相對(duì)位置信息輸出部的方框圖；圖9是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置的光學(xué)系統(tǒng)的側(cè)視圖；圖IOA和圖IOB均是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置的主要部分的放大圖；圖11是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置的光學(xué)系統(tǒng)的側(cè)視圖；圖12是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置的光學(xué)系統(tǒng)的側(cè)視圖；圖13是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置的光學(xué)系統(tǒng)的側(cè)視圖；圖14是示出衍射光柵的第一變形例的圖；圖15是示出衍射光柵的第二變形例的圖。
具體實(shí)施例方式下面將參照?qǐng)D1至圖15說明用于實(shí)施本發(fā)明的位移檢測(cè)裝置的優(yōu)選實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng)注意的是，在圖中，同樣的部件由同樣的附圖標(biāo)記表示。還應(yīng)當(dāng)注意，本發(fā)明并不局限于這些實(shí)施方式。將以以下順序進(jìn)行說明。1.第一實(shí)施方式1-1.位移檢測(cè)裝置的構(gòu)造示例1-2.位移檢測(cè)裝置的操作2.第二實(shí)施方式3.第三實(shí)施方式4.第四實(shí)施方式5.第五實(shí)施方式6.第六實(shí)施方式7.衍射光柵的變形例<1.第一實(shí)施方式>首先，下面將參照?qǐng)D1至圖3說明根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式(以下被稱為“本實(shí)施方式”)的位移檢測(cè)裝置的構(gòu)造。1-1.位移檢測(cè)裝置的構(gòu)造示例圖1是示出根據(jù)本實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置1的光學(xué)系統(tǒng)的立體圖，圖2是示出位移檢測(cè)裝置1的光學(xué)系統(tǒng)的側(cè)視圖。根據(jù)本實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置1是能夠使用反射型復(fù)合衍射光柵檢測(cè)二維(平面)位移的位移檢測(cè)裝置。如圖1和圖2所示，位移檢測(cè)裝置1包括第一光柵干涉儀4、第二光柵干涉儀5、第一相對(duì)位置信息輸出部6和第二相對(duì)位置信息輸出部7 (參見圖2)，其中，第一光柵干涉儀4和第二光柵干涉儀5共用復(fù)合衍射光柵2和光源3。圖3是示出從上側(cè)觀察的復(fù)合衍射光柵2的圖。如圖3所示，復(fù)合衍射光柵2為平板狀，包括第一衍射光柵加和第二衍射光柵2b。 第一衍射光柵加和第二衍射光柵2b均通過以相等的間隔形成狹縫s而構(gòu)造。第一衍射光柵加的狹縫s形成為與第一光柵矢量方向C垂直，第一光柵矢量方向 C與復(fù)合衍射光柵2的表面平行。第一衍射光柵加的間距(pitch) Aa被設(shè)定為屯。順便說明，復(fù)合衍射光柵2的狹縫s僅是示例；作為替代，衍射光柵可以為透過型體全息(volume hologram)或具有凹凸?fàn)畋砻娴姆瓷湫脱苌涔鈻?。第二衍射光?b的狹縫s形成為與第二光柵矢量方向D垂直，第二光柵矢量方向 D與復(fù)合衍射光柵2的表面平行并且相對(duì)于第一光柵矢量方向C傾斜角度θ a。第二衍射光柵2b的間距Ab被設(shè)定為d2。順便說明，第一衍射光柵加的間距Aa和第二衍射光柵2b 的間距Ab可以彼此相等或彼此不同。此外，角度03可以等于90度或不同于90度。圖4是用于說明復(fù)合衍射光柵2的第一光柵矢量方向C和第二光柵矢量方向D之間的關(guān)系以及第一光柵干涉儀4的虛擬面和第二光柵干涉儀5的虛擬面之間的關(guān)系的圖。這里，如圖4所示，復(fù)合衍射光柵2的有光入射到的任意位置被定義為照射點(diǎn)P。 此外，通過照射點(diǎn)P的、與第一光柵矢量方向C平行并與復(fù)合衍射光柵2的表面垂直的平面被定義為第一虛擬面10A。此外，通過照射點(diǎn)P的、與第二光柵矢量方向D平行并與復(fù)合衍射光柵2的表面垂直的平面被定義為第二虛擬面10B。順便說明，與復(fù)合衍射光柵2的垂直的方向被定義為第三方向Z。第一光柵干涉儀4被配置成與第一虛擬面IOA對(duì)應(yīng)，第二光柵干涉儀5被配置成與第二虛擬面IOB對(duì)應(yīng)。第一光柵干涉儀4產(chǎn)生被第一衍射光柵加衍射的光的干涉信號(hào)， 第二光柵干涉儀5產(chǎn)生被第二衍射光柵2b衍射的光的干涉信號(hào)。順便說明，在本實(shí)施方式中，復(fù)合衍射光柵2的第一光柵矢量方向C與第一測(cè)量方向一致，復(fù)合衍射光柵2的第二光柵矢量方向D與第二測(cè)量方向一致。如圖2所示，由于第一光柵干涉儀4和第二光柵干涉儀5具有相同的構(gòu)造，所以， 這里將重點(diǎn)說明第一光柵干涉儀4。此外，在第二光柵干涉儀5的部件中，與第一光柵干涉儀4的部件相同的部件將由通過對(duì)第一光柵干涉儀4的部件的附圖標(biāo)記添加“B”而形成的附圖標(biāo)記表示。第一光柵干涉儀4包括上述光源3、透鏡11、第一反射器12、第二反射器13、第一鏡14、第二鏡16、分光器17、第一光接收部18以及第二光接收部19。光源3被配置成與復(fù)合衍射光柵2的表面基本垂直。順便說明，光源3還用作第二光柵干涉儀5的光源。優(yōu)選地，可干涉性(coherent)光源用作光源3。可干涉性光源的示例包括氣體激光器、半導(dǎo)體激光二極管、超輻射發(fā)光二極管(super luminescent diode)、 發(fā)光二極管等。順便說明，利用光源3被配置在第一光柵干涉儀4中的示例說明本實(shí)施方式 ’然而，本發(fā)明并不局限于這種構(gòu)造。例如，本發(fā)明還包括經(jīng)由光纖從被配置在第一光柵干涉儀 4外部的光源供給光的構(gòu)造。此外，通過將光源可拆裝地安裝到光纖，可在與位移檢測(cè)裝置 1分開的位置執(zhí)行光源的維護(hù)，從而可提高作業(yè)性。
此外，透鏡11被布置在光源3和復(fù)合衍射光柵2之間。透鏡11將從光源3發(fā)出的光L會(huì)聚成任意直徑?？梢愿鶕?jù)將要使用的波長(zhǎng)范圍對(duì)透鏡11進(jìn)行消色差。通過對(duì)透鏡11進(jìn)行消色差，可減小由光源3的波長(zhǎng)變化引起的焦距的變化所施加的影響。結(jié)果，可更加穩(wěn)定地測(cè)量位移。順便說明，光源3和透鏡11是第一光柵干涉儀4與第二光柵干涉儀5共用的部件。第一反射器12和第二反射器13沿著第一光柵矢量方向C配置并且光源3位于第一反射器12和第二反射器13兩者之間。順便說明，在第二光柵干涉儀5中，第一反射器 12B和第二反射器1 沿著第二光柵矢量方向D配置。第一反射器12和第二反射器13均是適于將復(fù)合衍射光柵2反射來的光L再次朝向復(fù)合衍射光柵2反射的棱鏡。順便說明， 第一反射器12和第二反射器13均可以不是棱鏡而是通過組合多個(gè)鏡來構(gòu)造。第一鏡14和第二鏡16沿著第一光柵矢量方向C配置并且光源3位于第一鏡14 和第二鏡16之間。順便說明，在第二光柵干涉儀5中，第一鏡14B和第二鏡16B沿著第二光柵矢量方向D配置。第一鏡14和第二鏡16均適于將復(fù)合衍射光柵2反射了兩次的光L 朝向分光器17反射。此外，分光器17被布置在光源3的第三方向Z上的上方。分光器17適于使從第一鏡14和第二鏡16反射來的兩束光L彼此疊加，使兩束光L彼此干涉并將所述光分成兩束。此外，第一光接收部18和第二光接收部19被配置在分光器17的光出射口處。此外， 第一光接收部18和第二光接收部19被連接到第一相對(duì)位置信息輸出部6。此外，第二光柵干涉儀5的第一光接收部18B和第二光接收部19B被連接到第二相對(duì)位置信息輸出部7。順便說明，第一反射器12、第二反射器13、第一鏡14和第二鏡16中每一方的光反射面均可以由諸如金膜等金屬膜制成。由此，與一般的由電介體多層膜制成的反射面相比，可抑制由于濕度的變化引起的偏振光的波長(zhǎng)和特性的變化，從而可以穩(wěn)定地進(jìn)行位置檢測(cè)。此外，第一光柵干涉儀4、第二光柵干涉儀5、第一相對(duì)位置信息輸出部6和第二相對(duì)位置信息輸出部7構(gòu)成非接觸傳感器。1-2.位移檢測(cè)裝置的操作接著，下面將參照?qǐng)D1、圖2、圖5和圖6說明位移檢測(cè)裝置的操作。圖5是以放大的方式示出位移檢測(cè)裝置1的主要部分的圖。如圖1所示，從光源發(fā)出的光L透過透鏡11并基本垂直地入射到復(fù)合衍射光柵2 的表面上的任意照射點(diǎn)P。此外，光L被復(fù)合衍射光柵2的第一衍射光柵加和第二衍射光柵2b衍射成沿著第一光柵矢量方向C和第二光柵矢量方向D的四束一次衍射光。具體地，如圖5所示，光L入射至照射點(diǎn)P，從而由于被復(fù)合衍射光柵2的第一衍射光柵加衍射而獲得正的一次衍射光L1和負(fù)的一次衍射光-L10更具體地，復(fù)合衍射光柵2 的第一光柵矢量方向C的正向(行進(jìn)方向)上的一次衍射光L1為正，第一光柵矢量方向C 的負(fù)向上的一次衍射光L1為負(fù)。同樣的情況適于第二衍射光柵2b，因此，將省略對(duì)第二衍射光柵2b的衍射光的說明。這里，總體上可通過下式(1)獲得衍射光的衍射角。sin θ in+sin θ out = n · λ / Λ(1)
順便說明，角度“ θ in”表示入射到復(fù)合衍射光柵2的光的入射角，角度“ θ。ut”表示從復(fù)合衍射光柵2衍射的光的衍射角(在本實(shí)施方式中為反射角)。此外，“ Λ ”表示光柵的間距(寬度)，“ λ”表示光L的波長(zhǎng)，“η”表示衍射的次數(shù)。在本發(fā)明中，由于光基本上垂直地入射到復(fù)合衍射光柵2，所以，角度θ in為0度。一次衍射光Lp-L1被復(fù)合衍射光柵2以第一出射角度θ工朝向第一光柵干涉儀4 的第一反射器12或第二反射器13反射(衍射)。正的一次衍射光L1朝向第一反射器12 行進(jìn)，負(fù)的一次衍射光-L1朝向第二反射器13行進(jìn)。此外，兩束一次衍射光Lp -L1被第一反射器12和第二反射器13反射并再次入射到復(fù)合衍射光柵2的照射點(diǎn)P。由此，兩束一次衍射光Lp -L1再次被復(fù)合衍射光柵2衍射以變成二次衍射光L2、-L2并從復(fù)合衍射光柵 2射出。此時(shí)，兩束一次衍射光Lp -L1在第一反射器12或第二反射器13中被反射兩次。 由此，由第一反射器12和第二反射器13反射并入射到復(fù)合衍射光柵2的兩束一次衍射光 U、-L1的入射角度θ 2與出射角度Q1不同。順便說明，一次衍射光U、-L1被第一反射器 12和第二反射器13反射的次數(shù)并不限于兩次。例如，兩束一次衍射光Lp -L1可以在第一反射器12和第二反射器13中被反射三次以上。圖6是示出從照射點(diǎn)P的上側(cè)觀察的位移檢測(cè)裝置1的主要部分的另一示例的圖。順便說明，圖5示出一次衍射光Lp-L1和二次衍射光L2、_L2被配置于虛擬面10A、 IOB的示例。然而，如圖6所示，一次衍射光L^-L1和二次衍射光L2、_L2不是必須被配置于虛擬面10A、10B。由于一次衍射光Lp-L1以入射角度θ 2入射到衍射光柵，所以，如果一次衍射光Lp -L1被配置于虛擬面10Α、10Β，則一次衍射光L1的零次光(即光L)可能會(huì)與一次衍射光-L1疊加。同樣地，一次衍射光-L1的零次光(即光L)可能會(huì)與一次衍射光L1疊加。為了避免這種問題，如圖6所示，當(dāng)從復(fù)合衍射光柵2的上側(cè)觀察時(shí)，一次衍射光 Lp-L1還可以以角度θ4入射。利用這種配置，可有效地防止一次衍射光L1的零次光(即光L)可能會(huì)與一次衍射光-L1疊加的問題以及一次衍射光-L1的零次光(即光L)可能會(huì)與一次衍射光L1疊加的問題，因此，能夠防止不需要的雜散光返回到光源3。此外，被復(fù)合衍射光柵2衍射了兩次的二次衍射光L2、-L2以第二出射角度θ 3射出(即衍射)，該第二出射角度93與第一出射角度Q1和入射角度θ2不同。由此，二次衍射光L2、-L2將不會(huì)與一次衍射光Lp-L1或入射光L平行。因此，能夠排除由部件的多重反射所導(dǎo)致的雜散光可能會(huì)與干涉光疊加的可能性。此外，當(dāng)執(zhí)行第二衍射時(shí)，光還照射到與第一衍射相同的照射點(diǎn)P。由此，不用擔(dān)心復(fù)合衍射光柵2的表面的面精度的影響。因此，可以消除由復(fù)合衍射光柵2的表面粗糙度所導(dǎo)致的誤差。接著，二次衍射光L2、_L2分別入射到第一鏡14和第二鏡16。具體地，二次衍射光 L2入射到第一鏡14并被第一鏡14朝向分光器17反射。此外，二次衍射光-L2入射到第二鏡16并被第二鏡16朝向分光器17反射。此外，兩束二次衍射光L2、_L2以彼此干涉的方式彼此疊加以變成干涉光Ld。此外， 干涉光Ld被分光器17分成兩束，并且所述兩束光分別被引導(dǎo)到第一光接收部18和第二光接收部19.在第一光接收部18中，接收干涉光Ld，并且接收到的干涉光Ld被光電轉(zhuǎn)換以獲得被表示為“Acos (4Κχ+ δ )，，的干涉信號(hào)。在該表達(dá)式中，“A”表示干涉信號(hào)的振幅，“K”表示由“2 π / Λ ”表示的波數(shù)。此外，“X”表示復(fù)合衍射光柵2沿第一光柵矢量方向C的移動(dòng)量，“ δ ”表示初始相位。這里，如圖5所示，當(dāng)初始入射到復(fù)合衍射光柵2時(shí)，光L被分成正負(fù)兩束一次衍射光L1CL1。此外，一次衍射光L1被第二反射器13反射并被復(fù)合衍射光柵2衍射兩次QK)。 類似地，一次衍射光-L1被復(fù)合衍射光柵2衍射兩次QK)。此外，通過由分光器17彼此疊力口，系數(shù)“X”變?yōu)棣?2Κ = 4Κ。由此，如上述干涉信號(hào)的表達(dá)式所示的那樣，“X”乘以“4Κ”。由此，當(dāng)復(fù)合衍射光柵2沿第一光柵矢量方向C移動(dòng)時(shí)，可通過第一光接收部18 獲得第一衍射光柵加的四個(gè)波(即光的四個(gè)明暗條紋)/每間距(即1Λ)。由此，可高分辨率地檢測(cè)位移。順便說明，通過第二光接收部19所獲得的信號(hào)的相位與通過第一光接收部18所獲得的干涉信號(hào)的相位相差90度。由此，可以獲得正弦信號(hào)和余弦信號(hào)。此外，可通過將正弦信號(hào)和余弦信號(hào)輸出到第一相對(duì)位置信息輸出部6來檢測(cè)第一光柵矢量方向C上的位移量。后面在其他實(shí)施方式中將詳細(xì)說明第一相對(duì)位置信息輸出部6。在被復(fù)合衍射光柵2衍射的正負(fù)一次衍射光Lp-L1中，不僅正的一次衍射光L1而且負(fù)的一次衍射光-L1也用于生成干涉信號(hào)。由于負(fù)的一次衍射光-L1或正的一次衍射光 L1并不變成不需要的雜散光，所以可精確地檢測(cè)干涉強(qiáng)度。此外，可增加由第一光接收部18 和第二光接收部19接收到的干涉光Ld的光量，從而可提高檢測(cè)精度。順便說明，通過已從光源3入射到照射點(diǎn)P處并沿著第二光柵矢量方向D衍射的兩束衍射光L1CL1來檢測(cè)在第二光柵干涉儀5的第二光柵矢量方向D上的位移量。由于檢測(cè)在第二光柵矢量方向D上的位移量的操作的其他方面與檢測(cè)在第一光柵矢量方向C上的位移量的操作的其他方面相同，所以，這里將省略對(duì)它們的說明。在上述方式中，第一光柵干涉儀4和第二光柵干涉儀5可有效地使用從一個(gè)光源 3發(fā)出的光L。由此，可通過從一個(gè)光源3發(fā)出的光L來檢測(cè)復(fù)合衍射光柵2在第一光柵矢量方向C和第二光柵矢量方向D兩者上的位移量。因此，無需準(zhǔn)備分別用于光柵干涉儀4、 5的兩個(gè)光源，由此可減少部件的數(shù)量。<2.第二實(shí)施方式>接著，下面將參照?qǐng)D7和圖8說明根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置31。圖7是示出根據(jù)第二實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置31的光學(xué)系統(tǒng)的側(cè)視圖，圖8是示出位移檢測(cè)裝置31的相對(duì)位置信息輸出部的方框圖。根據(jù)第二實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置31與第一實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置1的不同之處在于透鏡被設(shè)置在復(fù)合衍射光柵2和各反射器之間以及第一光接收部和第二光接收部?jī)烧叩臉?gòu)造不同，因此，以下將重點(diǎn)說明這些不同之處。因此，在第二實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置31中，同樣的部件由與第一實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置1同樣的附圖標(biāo)記表示，并將省略對(duì)它們的說明。如圖7所示，位移檢測(cè)裝置31包括復(fù)合衍射光柵2、光源3、第一光柵干涉儀34、第二光柵干涉儀35、第一相對(duì)位置信息輸出部6和第二相對(duì)位置信息輸出部7。根據(jù)第二實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置31的光源3適于發(fā)出圓偏振光。由于第一光柵干涉儀34與第二光柵干涉儀35具有相同的構(gòu)造，所以，這里將重點(diǎn)說明第一光柵干涉儀34。此外，在第二光柵干涉儀35的部件中，與第一光柵干涉儀34的部件相同的部件將由通過對(duì)第一光柵干涉儀34的部件的附圖標(biāo)記添加“B”而形成的附圖標(biāo)記表不。如圖7所示，第一透鏡37布置在復(fù)合衍射光柵2和第一反射器12之間。此外，第二透鏡38布置在復(fù)合衍射光柵2和第二反射器13之間.第一透鏡37的焦距與復(fù)合衍射光柵2和透鏡11之間的距離相等。第二透鏡38 的焦距也與復(fù)合衍射光柵2和透鏡11之間的距離相等。由此，由于第一透鏡37和第二透鏡38兩者的焦距都與復(fù)合衍射光柵2和透鏡11 之間的距離相等，所以，在復(fù)合衍射光柵2傾斜的情況中通過第一透鏡37之后的光路與在復(fù)合衍射光柵2不傾斜的情況中通過第一透鏡37之后的光路基本上平行。此外，由于第一反射器12和第二反射器13均由兩個(gè)鏡形成，所以，當(dāng)光再次入射到復(fù)合衍射光柵2時(shí)，光可照射到照射點(diǎn)P的附近。利用這種配置，可減小由復(fù)合衍射光柵2的傾斜所導(dǎo)致的測(cè)量誤差。結(jié)果，由被第一反射器12和第二反射器13反射的光所形成并入射到復(fù)合衍射光柵2的第二入射點(diǎn)將不太可能偏離所述任意的照射點(diǎn)P。此外，能夠提高復(fù)合衍射光柵2的傾斜的容許量。第一相位板39和第二相位板40被配置于分光器17的光入射口側(cè)。具體地，第一相位板39被配置在分光器17和第一鏡14之間的光路中，第二相位板40被配置在分光器 17和第二鏡16之間的光路中。第一相位板39和第二相位板40均由例如四分之一波片(quarter-wave plate) 構(gòu)成并且適于將二次衍射光L2、-L2(其為圓偏振光)轉(zhuǎn)換成直線偏振光。此外，為了將透過的二次衍射光L2、-L2轉(zhuǎn)換成彼此垂直的直線偏振光，第一相位板39和第二相位板40被配置成使得它們的晶軸(crystal axis)彼此垂直。此外，第一光接收部18包括第一偏振光束分光器42、第一光接收元件43和第二光接收元件44。第二光接收部19包括第二偏振光束分光器46、第三光接收元件47和第四光接收元件48。第三透鏡49被配置在分光器17和第一光接收部18之間的光路中。此外，第三相位板41和第四透鏡50被配置在分光器17和第二光接收部19之間的光路中。已被第一相位板39和第二相位板40轉(zhuǎn)換成彼此垂直的兩束直線偏振光的二次衍射光L2、-L2彼此疊加并被分光器17分成兩束，該兩束已被分離的光被分別引導(dǎo)到第三透鏡 49和第四透鏡50中。這里，第一偏振光束分光器42被傾斜地布置成使得兩束二次衍射光L2、_L2的偏振方向相對(duì)于第一偏振光束分光器42的入射面分別傾斜45度的角度，其中，兩束二次衍射光 L2> -L2的偏振方向彼此相差90度。這里，第一偏振光束分光器42適于通過反射具有S-偏振光分量的干涉光以及透過具有P-偏振光分量的干涉光來分光。利用這種配置，兩束二次衍射光L2、-L2相對(duì)于第一偏振光束分光器42分別具有P-偏振光分量和S-偏振光分量。由此，由于例如透過第一偏振光束分光器42的兩束二次衍射光L2、-L2是相同具有偏振方向的ρ-偏振光，所以，兩束二次衍射光L2、-L2能夠彼此干涉。同樣的，由于被第一偏振光束分光器42反射的兩束二次衍射光L2、-L2相對(duì)于第一偏振光束分光器42為S-偏振光，并且由于被第一偏振光束分光器42反射的兩束二次衍射光L2、-L2具有相同的偏振方向，所以，兩束二次衍射光L2、-L2能夠彼此干涉。透過第一偏振光束分光器42的干涉光Ld被第一光接收元件43接收。此外，被第一偏振光束分光器42反射的干涉光Ld被第二光接收元件44接收。這里，由第一光接收元件43光電轉(zhuǎn)換后的信號(hào)的相位與由第二光接收元件44光電轉(zhuǎn)換后的信號(hào)的相位彼此相差 180 度。與第一實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置1相同，通過第一光接收元件43和第二光接收元件44獲得被表示為“Acos (4Κχ+ δ )，，的干涉信號(hào)。另一方面，被引導(dǎo)到第四透鏡50中的兩束二次衍射光L2、-L2入射到第三相位板 41，第三相位板41由四分之一波片等構(gòu)成。兩束二次衍射光L2、-L2 (它們是偏振方向彼此相差90度的直線偏振光)透過第三相位板41并且由此變成兩束具有相互反向的轉(zhuǎn)動(dòng)方向的圓偏振光。此外，由于兩束具有相互反向的轉(zhuǎn)動(dòng)方向的圓偏振光位于相同的光路中，所以，它們彼此疊加，從而變成直線偏振光，并且這種直線偏振光入射到第二偏振光束分光器 46。這種直線偏振光的S-偏振光分量被第二偏振光束分光器46反射并被第三光接收元件47接收。此外，ρ-偏振光分量透過第二偏振光束分光器46并被第四光接收元件48接收。通過使兩束具有相互反向的轉(zhuǎn)動(dòng)方向的圓偏振光彼此疊加而產(chǎn)生入射到第二偏振光束分光器46的直線偏振光。此外，復(fù)合衍射光柵2每在第一光柵矢量方向C上移動(dòng) Λ/2，入射到第二偏振光束分光器46的直線偏振光的偏振方向就轉(zhuǎn)一圈。由此，以相同的方式，通過第三光接收元件47和第四光接受元件48獲得由“Ac0S(4Kx+S ’)”所表示的干涉信號(hào)。這里，“ S ’”表示初始相位。此外，由第三光接收元件47光電轉(zhuǎn)換后的信號(hào)的相位與由第四光接收元件48光電轉(zhuǎn)換后的信號(hào)的相位彼此相差180度。順便說明，在本實(shí)施方式中，適于分離由第三光接收元件47和第四光接收元件48 所接收的光的第二偏振光束分光器46被布置成相對(duì)于第一偏振光束分光器42成45度的角度。由此，由第三光接收元件47和第四光接收元件48獲得的信號(hào)的相位與由第一光接收元件43和第二光接收元件44獲得的信號(hào)的相位相差90度。因此，可以通過將第一光接收元件43和第二光接收元件44獲得的信號(hào)用作正弦信號(hào)以及將第三光接收元件47和第四光接收元件48獲得的信號(hào)用作余弦信號(hào)而獲得 Lissajous (李薩茹)信號(hào)。由第一相對(duì)位置信息輸出部6計(jì)算由這些光接收元件所獲得的信號(hào)，對(duì)待測(cè)面的位移量進(jìn)行計(jì)算。如圖8所示，第一相對(duì)位置信息輸出部6包括第一差分放大器51a、第二差分放大器51b、第一 A/D轉(zhuǎn)換器52a、第二 A/D轉(zhuǎn)換器52b、波形校正處理部53以及增量信號(hào)發(fā)生器54。例如，在本實(shí)施方式的第一相對(duì)位置信息輸出部6中，由第一光接收元件43獲得的信號(hào)和由第二光接收元件44獲得的信號(hào)(它們的相位彼此相差180度)被第一差分放大器51a差分放大，從而消除了干涉信號(hào)的DC分量。此外，該信號(hào)被第一 A/D轉(zhuǎn)換器52a A/D轉(zhuǎn)換，該信號(hào)的信號(hào)振幅、偏移(offset) 以及相位被波形校正處理部53校正。在增量信號(hào)發(fā)生器M中，該信號(hào)被計(jì)算為例如A-相
增量信號(hào)。同樣地，第三光接收元件47中獲得的信號(hào)和第四光接收元件48中獲得的信號(hào)被第二差分放大器51b差分放大、被第二 A/D轉(zhuǎn)換器52b A/D轉(zhuǎn)換。此外，該信號(hào)的信號(hào)振幅、 偏移以及相位被波形校正處理部53校正，從增量信號(hào)發(fā)生器M輸出作為B-相增量信號(hào)的信號(hào)，該B-相增量信號(hào)的相位與A-相增量信號(hào)的相位相差90度。由脈沖鑒別電路等(圖中未示出)判斷以上述方式獲得的增量信號(hào)的兩個(gè)相位是正還是負(fù)，由此可檢測(cè)出待測(cè)面在第一光柵矢量方向C上的位移量是沿正向還是沿負(fù)向。此外，可以通過利用計(jì)數(shù)器(圖中未示出)計(jì)數(shù)增量信號(hào)的脈沖數(shù)量來測(cè)量?jī)墒苌涔鈒2、-L2的干涉光強(qiáng)度的上述周期已變化了多少周期。由此，可通過上述方法檢測(cè)出第一光柵矢量方向C上的位移量。順便說明，由本實(shí)施方式的第一相對(duì)位置信息輸出部6輸出的相對(duì)位置信息可以是上述增量信號(hào)的兩個(gè)相位或包括基于該增量信號(hào)的兩個(gè)相位算出的位移的量和方向的信號(hào)。由于第二相對(duì)位置信息輸出部7的構(gòu)造與第一相對(duì)位置信息輸出部6的構(gòu)造相同，所以將省略對(duì)它的說明。由于位移檢測(cè)裝置31的構(gòu)造的其它方面與第一實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置1的構(gòu)造的其它方面相同，所以，將省略對(duì)它們的說明。通過具有上述構(gòu)造的位移檢測(cè)裝置31也可實(shí)現(xiàn)與第一實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置1的優(yōu)點(diǎn)相同的優(yōu)點(diǎn)。<3.第三實(shí)施方式〉接著，下面將參照?qǐng)D9、圖IOA和圖IOB說明根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置61。圖9是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置61的光學(xué)系統(tǒng)的側(cè)視圖。 圖IOA和圖IOB均是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置61的主要部分的放大圖。第三實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置61與第二實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置31的不同之處在于第一透鏡和第二透鏡的構(gòu)造。因此，在第三實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置61中，同樣的部件由與第二實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置31同樣的附圖標(biāo)記表示，并將省略對(duì)它們的說明，從而將重點(diǎn)說明第一透鏡和第二透鏡。如圖9所示，位移檢測(cè)裝置61包括第一光柵干涉儀64和第二光柵干涉儀65。第一透鏡組62被配置在第一光柵干涉儀64的第一反射器12和復(fù)合衍射光柵2之間的光路中。此外，第二透鏡組63被配置在第二反射器13和復(fù)合衍射光柵2之間的光路中。第一透鏡組62包括第一透鏡6 和第二透鏡62b。第一透鏡6 被配置在以下光路中從復(fù)合衍射光柵2反射的一次衍射光L1通過該光路入射到第一反射器12。此外，第二透鏡62b被配置在以下光路中被第一反射器12反射的一次衍射光L1通過該光路照射到復(fù)合衍射光柵2。此外，從第一透鏡6 通過第一反射器12到第二透鏡62b的光路的長(zhǎng)度與第一透鏡62a的焦距和第二透鏡62b的焦距的總和相等。第二透鏡組63包括第一透鏡63a和第二透鏡63b。第一透鏡63a被配置在以下光路中從復(fù)合衍射光柵2反射的一次衍射光-L1通過該光路入射到第二反射器13。此外，第二透鏡6 被配置在以下光路中被第二反射器13反射的一次衍射光-L1通過該光路照射到復(fù)合衍射光柵2。此外，從第一透鏡63a通過第二反射器13到第二透鏡6 的光路的長(zhǎng)度與第一透鏡63a的焦距和第二透鏡63b的焦距的總和相等。此外，構(gòu)成第一透鏡組62的第一透鏡6 和第二透鏡62b以及構(gòu)成第二透鏡組63 的第一透鏡63a和第二透鏡63b中的每一方的焦距均與復(fù)合衍射光柵2和透鏡11之間的距離相等。由此，如圖IOA所示，在復(fù)合衍射光柵2傾斜的情況中通過第一透鏡組62的第一透鏡6 之后的光路與在復(fù)合衍射光柵2不傾斜的情況中通過第一透鏡6 之后的光路基本上平行。這里，在第一反射器12和第二反射器13均由兩個(gè)鏡構(gòu)成的情況中，當(dāng)光再次入射到復(fù)合衍射光柵2時(shí)，光可入射到照射點(diǎn)P的附近。利用這種配置，可減小由復(fù)合衍射光柵2的傾斜所導(dǎo)致的測(cè)量誤差。此外，在第一反射器12和第二反射器13均由三個(gè)鏡構(gòu)成的情況中，當(dāng)光再次入射到復(fù)合衍射光柵2時(shí)，光入射到照射點(diǎn)P的附近，并且入射角度與傾斜方向相同。由此，可使由第二衍射導(dǎo)致的衍射光穩(wěn)定。結(jié)果，由入射到復(fù)合衍射光柵2的光形成的第二入射點(diǎn)將不太可能偏離所述任意照射點(diǎn)P。此外，即使在復(fù)合衍射光柵2傾斜或復(fù)合衍射光柵2的表面上形成有波紋等的情況中，一次衍射光‘ -L1也能夠入射到由入射到復(fù)合衍射光柵2的光L最初形成的照射點(diǎn) P，因此，能夠防止檢測(cè)精度劣化。此外，能夠減小當(dāng)存在諸如傾斜(波動(dòng))和間隙波動(dòng)等所謂“第三方向Z上的波動(dòng)”時(shí)會(huì)變大的波像差(wave aberration)，由此可以獲得穩(wěn)定的干涉信號(hào)。順便說明，與第一光柵干涉儀64類似，第二光柵干涉儀65包括第一透鏡組62B和第二透鏡組63B。由于第一透鏡組62B和第二透鏡組6 的構(gòu)造與第一光柵干涉儀64的第一透鏡組62和第二透鏡組63的構(gòu)造相同，所以將省略對(duì)它們的說明。由于位移檢測(cè)裝置61的構(gòu)造的其它方面與第二實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置31的構(gòu)造的其它方面相同，所以，將省略對(duì)它們的說明。通過具有上述構(gòu)造的位移檢測(cè)裝置61也可實(shí)現(xiàn)與第二實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置31的優(yōu)點(diǎn)相同的優(yōu)點(diǎn)。<4.第四實(shí)施方式〉接著，下面將參照?qǐng)D11說明根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置71。圖11是示出根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置71的光學(xué)系統(tǒng)的側(cè)視圖。根據(jù)第四實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置71與第二實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置31的不同之處在于從光源3發(fā)出的光是直線偏振光，并省去了位移檢測(cè)裝置31的第三相位板41。 因此，在第四實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置71中，同樣的部件由與第二實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置31同樣的附圖標(biāo)記表示，并將省略對(duì)它們的說明。如圖11所示，從根據(jù)第四實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置71的光源3發(fā)出直線偏振光 L0第一相位板39和第二相位板40均由例如四分之一波片構(gòu)成。此外，第一相位板39和第二相位板40將兩束二次衍射光L2、-L2 (其為直線偏振光)轉(zhuǎn)換成具有相互反向的轉(zhuǎn)動(dòng)方向的圓偏振光。由此，第一相位板39的晶軸與第二相位板40的晶軸彼此垂直。作為具有相互反向的轉(zhuǎn)動(dòng)方向的兩束圓偏振光的兩束二次衍射光L2、-L2被分光器17彼此疊加。此外，由于具有相互反向的轉(zhuǎn)動(dòng)方向的兩束圓偏振光位于相同的光路中， 所以它們彼此疊加，由此變成偏振方向轉(zhuǎn)動(dòng)的直線偏振光，并且這種直線偏振光入射到第一偏振光束分光器42或第二偏振光束分光器46。由于位移檢測(cè)裝置71的構(gòu)造的其它方面與第二實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置31的構(gòu)造的其它方面相同，所以，將省略對(duì)它們的說明。通過具有上述構(gòu)造的位移檢測(cè)裝置71也可實(shí)現(xiàn)與第二實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置31的優(yōu)點(diǎn)相同的優(yōu)點(diǎn).順便說明，在第四實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置71中，省去了第二實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置31的第三相位板41，因此，可減少部件的數(shù)量。<5.第五實(shí)施方式〉接著，下面將參照?qǐng)D12說明根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置81。圖12是示出根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置81的光學(xué)系統(tǒng)的側(cè)視圖。除了位移檢測(cè)裝置81還設(shè)置有第二光源83之外，根據(jù)第五實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置81與第一實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置1相同。因此，在位移檢測(cè)裝置81中，同樣的部件由與第一實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置1同樣的附圖標(biāo)記表示，并將省略對(duì)它們的說明，從而將重點(diǎn)說明第二光源83。如圖12所示，位移檢測(cè)裝置81包括第一光柵干涉儀84和第二光柵干涉儀85。第一光柵干涉儀84和第二光柵干涉儀85具有第一光源3、第二光源83和第二分光器88。第二分光器88將從第一光源3發(fā)出的光和從第二光源83發(fā)出的光彼此疊加，使得疊加后的光照射到復(fù)合衍射光柵2的任意照射點(diǎn)P。由于位移檢測(cè)裝置81的構(gòu)造的其它方面與第一實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置1的構(gòu)造的其它方面相同，所以，將省略對(duì)它們的說明。通過具有上述構(gòu)造的位移檢測(cè)裝置81也可實(shí)現(xiàn)與第一實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置1的優(yōu)點(diǎn)相同的優(yōu)點(diǎn)。順便說明，在第五實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置81中，在從第一光源3發(fā)出的光的波長(zhǎng)與從第二光源83發(fā)出的光的波長(zhǎng)基本上彼此相等的情況中，第一光源3和第二光源83 交替地發(fā)光，因此，能夠延長(zhǎng)兩個(gè)光源的使用壽命。此外，即使當(dāng)在第一光源3中發(fā)生失靈或故障時(shí)，也可將第二光源83用作備用光源。因此，可長(zhǎng)時(shí)間使用該位移檢測(cè)裝置。此外，從第一光源3發(fā)出的光和從第二光源83發(fā)出的光還可以是偏振軸彼此垂直的直線偏振光。在這種情況中，第二分光器88是偏振光束分光器。利用這種配置，當(dāng)由于使用壽命期滿等而不能使用第一光源時(shí)，可將光源切換為第二光源83，由此可延長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間。此外，可將由分光器17導(dǎo)致的光損失減小到最小。此外，在從第一光源3發(fā)出的光的波長(zhǎng)與從第二光源83發(fā)出的光的波長(zhǎng)被設(shè)定為彼此不同的值的情況中，第二分光器88是波長(zhǎng)選擇濾光器。利用這種配置，在不同的光源的任意照射點(diǎn)相同的條件下，第一光柵干涉儀84和第二光柵干涉儀85可利用不同的光源獲得干涉信號(hào)。結(jié)果，可防止高級(jí)次衍射光和雜散光對(duì)彼此的光柵干涉儀84和85產(chǎn)生影響。<6.第六實(shí)施方式〉接著，下面將參照?qǐng)D13說明根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置91。圖13是示出根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置91的光學(xué)系統(tǒng)的側(cè)視圖。第六實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置91與第一實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置1的不同之處在于反射型復(fù)合衍射光柵被改變?yōu)橥高^型復(fù)合衍射光柵。因此，在第六實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置91中，同樣的部件由與第一實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置1同樣的附圖標(biāo)記表示，并將省略對(duì)它們的說明，從而將重點(diǎn)說明復(fù)合衍射光柵和反射器。如圖13所示，根據(jù)第六實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置91的復(fù)合衍射光柵92是透過型衍射光柵。由于位移檢測(cè)裝置91的復(fù)合衍射光柵92的其它方面與第一實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置1的復(fù)合衍射光柵2的其它方面相同，所以，將省略對(duì)它們的說明。如復(fù)合衍射光柵 2的衍射角那樣，透過型復(fù)合衍射光柵92的衍射角也可由表達(dá)式(1)表示。如圖13所示，由于第一光柵干涉儀94和第二光柵干涉儀95具有相同的構(gòu)造，所以這里將重點(diǎn)說明第一光柵干涉儀94。此外，在第二光柵干涉儀95的部件中，與第一光柵干涉儀94的部件相同的部件將由通過對(duì)第一光柵干涉儀94的部件的附圖標(biāo)記添加“B”所形成的附圖標(biāo)記表示。第一光柵干涉儀94包括上述光源3、透鏡11、第一反射器102、第二反射器103、第一鏡14、第二鏡16、分光器17、第一光接收部18以及第二光接收部19。第一反射器102和第二反射器103相對(duì)于復(fù)合衍射光柵92被配置在光源3和方向Z的相反側(cè)。透過復(fù)合衍射光柵92并被復(fù)合衍射光柵92衍射的一次衍射光Lp-L1分別入射到第一反射器102和第二反射器103。具體地，正的一次衍射光L1入射到第一反射器 102，負(fù)的一次衍射光-L1入射到第二反射器103。此外，第一反射器102和第二反射器103使兩束一次衍射光Lp -L1以與兩束一次衍射光Lp -L1透過復(fù)合衍射光柵92的角度(即衍射角)不同的角度再次入射到復(fù)合衍射光柵92。因此，已透過復(fù)合衍射光柵92并被復(fù)合衍射光柵92再次衍射的二次衍射光L2、_L2 經(jīng)由與光源3發(fā)出的光L所經(jīng)過的光路不同的光路分別入射到第一鏡14和第二鏡16。由于位移檢測(cè)裝置91的構(gòu)造的其它方面與第一實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置1的構(gòu)造的其它方面相同，所以，將省略對(duì)它們的說明。通過具有上述構(gòu)造的位移檢測(cè)裝置91也可實(shí)現(xiàn)與第一實(shí)施方式的位移檢測(cè)裝置1的優(yōu)點(diǎn)相同的優(yōu)點(diǎn)。<7.衍射光柵的變形例〉接著，下面將參照?qǐng)D14和圖15說明復(fù)合衍射光柵的變形例。圖14是示出復(fù)合衍射光柵的第一變形例的圖。圖15是示出復(fù)合衍射光柵的第二變形例的圖。圖14所示的復(fù)合衍射光柵112中形成有徑向延伸的狹縫s以及同心圓狀配置的基本圓形的狹縫s。作為所謂的轉(zhuǎn)動(dòng)編碼器，復(fù)合衍射光柵112能夠?qū)C(jī)床的轉(zhuǎn)動(dòng)部等進(jìn)行位置檢測(cè)。此外，利用復(fù)合衍射光柵112，可以在檢測(cè)角度信息的同時(shí)測(cè)量第二光柵矢量方向D的偏心分量。在上述實(shí)施方式的復(fù)合衍射光柵2中，第一光柵矢量方向C和第二光柵矢量方向D 是測(cè)量方向，然而，本發(fā)明并不限于此。例如，本發(fā)明還包括以下構(gòu)造例如根據(jù)圖15所示的第二變形例的復(fù)合衍射光柵122的情況，第一光柵矢量方向C和第二光柵矢量方向D不是測(cè)量方向。如圖15所示，復(fù)合衍射光柵122包括第一衍射光柵12 和第二衍射光柵122b。 第一衍射光柵12 的光柵間距Aa被設(shè)定為Cl1,第二衍射光柵122b的光柵間距Ab被設(shè)定為d2。此外，第二衍射光柵122b的第二光柵矢量方向D與復(fù)合衍射光柵122的表面平行并相對(duì)于第一衍射光柵12 的第一光柵矢量方向C傾斜角度θ5。此外，復(fù)合衍射光柵122 被配置成使得第二光柵矢量方向D相對(duì)于第一測(cè)量方向X傾斜角度θ 6并相對(duì)于第二測(cè)量方向Y傾斜角度θ7。這里，在θ 5 = 90度、θ 6 = θ 7 = 45度的情況中，通過用乘第一衍射光柵12 的光柵間距Aa或第二衍射光柵122b的光柵間距Ab而獲得第一測(cè)量方向X的位移。順便說明，能夠以相同的方式獲得第二測(cè)量方向Y的位移。因此，第一光柵矢量方向C和第二光柵矢量方向D可以不是第一測(cè)量方向X和第二測(cè)量方向Y。換句話說，基于來自第一衍射光柵12 的光柵間距和第二衍射光柵122b的光柵間距的信息能夠檢測(cè)出二維位移。通常，由于光電轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)的處理，位移檢測(cè)的響應(yīng)速度受限。因此，當(dāng)移動(dòng)速度相同時(shí)，衍射光柵的光柵間距的間隔越小，電信號(hào)的頻率將變得越高。為了解決該問題，如圖15所示的復(fù)合衍射光柵122，光柵矢量方向相對(duì)于測(cè)量方向傾斜，使得特別在速度高的情況中，能夠減小頻率。結(jié)果，在相同測(cè)量方向上的移動(dòng)速度相同的條件下，與光柵矢量方向是第一測(cè)量方向的復(fù)合衍射光柵相比，通過采用圖15所示的復(fù)合衍射光柵122可以將電信號(hào)的頻率減小到1/·^。例如，在具有工件臺(tái)(wafer stage)和掩模臺(tái)(reticle stage)的半導(dǎo)體曝光裝置的情況中，掩模臺(tái)的分辨率無需比晶圓臺(tái)的分辨率高，然而，掩模臺(tái)以數(shù)倍于晶圓臺(tái)的移動(dòng)速度的速度移動(dòng)。已知，可有效地將圖15所示的復(fù)合衍射光柵122應(yīng)用到掩模臺(tái)。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不限于以上所述以及附圖中所示的實(shí)施方式，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可進(jìn)行各種變形。盡管利用使用兩個(gè)光柵干涉儀以及具有第一衍射光柵和第二衍射光柵的復(fù)合衍射光柵(作為衍射光柵)檢測(cè)二維位移的示例說明了上述實(shí)施方式，但是，還可以使用具有一個(gè)光柵干涉儀的位移檢測(cè)裝置來檢測(cè)一維位移。在這種情況中，僅具有一個(gè)光柵矢量方向的衍射光柵作為衍射光柵將是足夠的。此外，從光源發(fā)出的光還可以經(jīng)過液體空間或真空空間來供給，而不經(jīng)過氣體空間來供給。此外，通過使用光纖，光接收部的各光接收元件可以配置在分開的位置。利用這種配置，能夠減小光接受元件與諸如相對(duì)位置信息輸出部等通訊部之間的距離，由此能夠提高響應(yīng)速度。
權(quán)利要求
1.一種位移檢測(cè)裝置，包括大致平板狀的衍射光柵，其適于衍射光；光柵干涉儀，其適于將光照射到所述衍射光柵，在所述衍射光柵中，所照射的光被衍射成兩束分別具有正級(jí)次和負(fù)級(jí)次的光，所述光柵干涉儀適于使兩束衍射光彼此干涉，以產(chǎn)生干涉信號(hào)；以及相對(duì)位置信息輸出部，其適于基于由所述光柵干涉儀產(chǎn)生的干涉信號(hào)檢測(cè)所述衍射光柵的相對(duì)位置信息，其中，所述光柵干涉儀包括 光源，其適于將光照射到所述衍射光柵；兩個(gè)反射器，其適于反射由所述衍射光柵所衍射的兩束一次衍射光，并適于使所反射的一次衍射光再次入射到所述衍射光柵的與來自所述光源的光所照射到的點(diǎn)基本上相同的位置；分光器，其適于使由所述衍射光柵衍射兩次的兩束二次衍射光彼此疊加；以及接收器，其適于接收由所述分光器彼此疊加的二次衍射光以生成干涉信號(hào)， 其中，所述反射器使所述一次衍射光以與從所述光源入射到所述衍射光柵的光的入射角度和所述一次衍射光透過所述衍射光柵或被所述衍射光柵反射的角度均不同的角度入射到所述衍射光柵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位移檢測(cè)裝置，其特征在于，在所述衍射光柵和各所述反射器之間配置透鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的位移檢測(cè)裝置，其特征在于， 所述衍射光柵是復(fù)合衍射光柵，該復(fù)合衍射光柵具有 第一衍射光柵；以及第二衍射光柵，其中，所述第一衍射光柵沿著與所述光照射到的表面平行的第一光柵矢量方向排列， 所述第二衍射光柵沿著與所述表面平行并且相對(duì)于所述第一光柵矢量方向以預(yù)定角度傾斜的第二光柵矢量方向排列， 所述光柵干涉儀包括第一光柵干涉儀，其適于產(chǎn)生由所述第一衍射光柵所衍射的光的干涉信號(hào)；以及第二光柵干涉儀，其適于產(chǎn)生由所述第二衍射光柵所衍射的光的干涉信號(hào)， 其中，所述第一光柵干涉儀和所述第二光柵干涉儀以如下方式配置所述第一光柵干涉儀和所述第二光柵干涉儀中的一方相對(duì)于另一方繞第三方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使得所述第一光柵干涉儀和所述第二光柵干涉儀彼此形成預(yù)定角度，其中所述第三方向是經(jīng)過來自光源的光所照射到的點(diǎn)并與所述表面垂直的方向。
全文摘要
一種位移檢測(cè)裝置，具有衍射光柵(2)、光柵干涉儀(4、5)以及相對(duì)位置信息輸出部(6、7)。光柵干涉儀(4、5)具有光源(3)、反射器(12、13)、分光器(17)以及光接收部(18、19)。反射器(12、13)反射由衍射光柵(2)所衍射的一次衍射光(L1、-L1)，并使所反射的一次衍射光(L1、-L1)入射到與來自光源(3)的光(L)所照射到的位置基本上相同的位置。此外，反射器(12、13)使一次衍射光(L1、-L1)以與光從光源(3)入射到衍射光柵(2)的入射角度不同或與一次衍射光(L1、-L1)透過衍射光柵(2)或被衍射光柵(2)反射的角度不同的角度入射到衍射光柵(2)。
文檔編號(hào)G01B11/02GK102364298SQ20111016756
公開日2012年2月29日 申請(qǐng)日期2011年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月21日
發(fā)明者田宮英明 申請(qǐng)人:株式會(huì)社森精機(jī)制作所