超高感度角度センサに関する研究-測定レーザビーム径拡大に伴うレンズ収差の影響

摘要

各種デジタル機器や医療機器の分野において高精度形状を有した光学部品の需要が高まっている．また, 半導体分野においてプロセスのさらなる微細化が求められている．このような微細加工の要求に伴って, 超精密加工機や半導体製造装置などの産業機械の直動·回転機構の高精度位置決めが求められており, その運動を高精度に計測するセンサの開発が望まれている．こうした背景のもと, 筆者らは特に直動機構の位置決めに用いられる超精密リニアステージの角度誤差を計測する光学式角度センサの開発に取り組hでいる．レーザオートコリメーション法と4 分割フォトダイオード(QPD)による光スポット位置検出の組み合わせにより, 分解能0.01 角度秒での角度検出が可能である．また, 測定に用いるレーザビーム径拡大により, さらなる高感度化が期待できる．前報では, QPD にかわってシングルセルフォトダイオード(SPD)を用いる光スポット位置検出手法を提案して, 光スポットを小径化した場合に光スポットの大部分が不感帯である素子ギャップ部分に埋もれてしまう問題を解決し, 測定分解能0.001 角度秒の超高感度測定を実現した．本報では, 測定レーザビーム径を拡大した際にレンズの球面収差が角度センサの高感度化に与える影響について理論的·実験的に検証した結果について報告する．