DE102010000817B4

DE102010000817B4 - Laserinterferometer

Info

Publication number: DE102010000817B4
Application number: DE102010000817.6A
Authority: DE
Inventors: Hidekazu Oozeki
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2009-01-13
Filing date: 2010-01-12
Publication date: 2023-03-23
Anticipated expiration: 2030-01-13
Also published as: US7876449B2; JP2010164328A; JP5480507B2; US20100177318A1; DE102010000817A1

Abstract

Laserinterferometer mit:einer Laserquelle (2) zum Emittieren eines Laserstrahls,einer Bezugsoberfläche, die an einer vorgegebenen Position vorgesehen ist, um den Laserstrahl zu reflektieren; undeiner Messoberfläche, die auf einem Zielobjekt vorgesehen ist, um den Laserstrahl zu reflektieren, wobei das Laserinterferometer (1) eine Verschiebung des Zielobjekts durch Berechnen einer Verschiebung der Messoberfläche auf der Grundlage eines von der Bezugsoberfläche und der Messoberfläche reflektierten Interferenzlichts misst, wobeidie Laserquelle (2) den Laserstrahl unter Stabilisierung einer Mittelwellenlänge des Laserstrahls durch Modulieren des Laserstrahls unter Verwendung eines Modulationssignals einer vorgegebenen Frequenz emittiert,wobei das Laserinterferometer (1) weiterhin Folgendes umfasst:eine Abtasteinheit (71), die einen Abtastwert durch Abtasten des Interferenzlichts nach Maßgabe einer Abtastfrequenz erfasst, die ein Vielfaches einer ganzen Zahl von zwei oder mehr einer Frequenz des Modulationssignals ist; undeinen Mittelwertrechner (721), der einen Mittelwert durch Mitteln des Abtastwerts in einer Zeitreihe berechnet, der durch die Abtasteinheit nach Maßgabe der Abtastfrequenz erfasst wurde,wobei eine Verschiebung der Messoberfläche auf der Grundlage des von dem Mittelwertrechner (721) berechneten Mittelwerts gemessen wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Laserinterferometer, insbesondere ein Laserinterferometer mit einer Laserquelle, die einen Laserstrahl unter Stabilisierung einer Mittelwellenlänge des Laserstrahls durch Modulieren des Laserstrahls unter Verwendung eines Modulationssignals von vorgegebener Frequenz emittiert.
2. BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Ein traditionell bekanntes Michelson-Interferometer beinhaltet: eine Laserquelle zum Abstrahlen eines Laserstrahls; eine Bezugsoberfläche, die an einer vorgegebenen Position vorgesehen ist, um den Laserstrahl zu reflektieren; und eine Messoberfläche, die auf einem Zielobjekt vorgesehen ist, um den Laserstrahl zu reflektieren. Das Michelson-Interferometer misst die Verschiebung des Zielobjekts durch Berechnen der Verschiebung der Messoberfläche auf der Grundlage von Interferenzlicht, das von der Bezugsoberfläche und der Messoberfläche reflektiert wird (zum Beispiel Dokument 1: JP-A-02-22503).
Ein solches Interferometer beinhaltet eine Abtasteinheit zum Erfassen eines Abtastwerts durch Umwandeln der Intensität des Interferenzlichts in ein elektrisches Signal und Abtasten des umgewandelten elektrischen Signals. Das Interferometer berechnet die Verschiebung der Messoberfläche auf der Grundlage des von der Abtasteinheit erfassten Abtastwerts und einer Mittelwellenlänge des Laserstrahls. Somit ist eine Laserquelle zum Emittieren eines Laserstrahls erforderlich, der eine hochstabile Mittelwellenlänge aufweist.
Als derartiger Laserstrahl ist eine iod-stabilisierte Laserquelle bekannt (zum Beispiel Dokument 2: JP-A-2001-274495 ).
Die im Dokument 2 offenbarte iod-stabilisierte Laserquelle erfasst eine sättigbare Jod-Absorptionslinie durch Modulieren des Laserstrahls nach Maßgabe eines Modulationssignals und emittiert den Laserstrahl unter gleichzeitiger Stabilisierung einer Mittelwellenlänge des Laserstrahls.
Das Modulationssignal wird dem emittierten Laserstrahl überlagert, so dass die Wellenlänge des Laserstrahls um die Mittelwellenlänge herum leicht fluktuiert. Wenn ein Abtastwert von einem Laserinterferometer erfasst wird, das eine solche Laserquelle (nachstehend als modulierte Laserquelle bezeichnet) aufweist, während eine Wellenlänge des Laserstrahls sich von einer Mittelwellenlänge unterscheidet, wird ein Berechnungsfehler der Verschiebung der Messoberfläche verursacht und somit ergibt sich ein Messfehler der Verschiebung des Zielobjekts.
Somit kann eine iod-stabilisierte Laserquelle mit externer Modulation, in der ein moduliertes Signal einem emittierten Laserstrahl nicht überlagert wird (nachstehend als nicht-modulierte Laserquelle bezeichnet), wie bei einem Laserinterferometer angewendet sein. Jedoch ist die nicht-modulierte Laserquelle kostenintensiver als die modulierte Laserquelle und muss mit einem Modulationselement, wie etwa einem AOM (akustooptischer Modulator) und einem EOM (elektrooptischer Modulator) zur externen Modulation verbunden sein. Dementsprechend wird die Anordnung eines Laserinterferometers kompliziert.
Daher ist der Wunsch entstanden, den Messfehler in einem Laserinterferometer mit modulierter Laserquelle zu reduzieren.
In diesem Kontext kann ein Abtastwert erfasst werden, wenn sich eine Wellenlänge des Laserstrahls in einer Mittelwellenlänge befindet, indem ein Modulationssignal einer Laserquelle synchronisiert wird, um den Messfehler zu reduzieren (nachstehend als Frequenzsynchronisierungsverfahren bezeichnet).
11A und 11B sind grafische Darstellungen, die jeweils die Beziehung zwischen einem Zeitsteuerungssignal zum Erfassen eines Abtastwerts und einer Modulationskomponente, die in dem Laserstrahl enthalten ist, zeigt. In 11A und 11B stellt eine Kurve GM das Zeitsteuerungssignal und eine Kurve GL die in dem Laserstrahl enthaltene Modulationskomponente dar. Zusätzlich stellt die vertikale Achse die Spannung des Zeitsteuerungssignals und eine Abweichung einer Wellenlänge des Laserstrahls von der Mittelwellenlänge (nachstehend als Wellenlängenabweichung bezeichnet) dar und die horizontale Achse stellt die Zeit dar.
Die Wellenlänge des Laserstrahls wird in einem Zyklus TL durch die in dem Laserstrahl enthaltene Modulationskomponente variiert.
Im Übrigen führt ein Laserinterferometer eine Abtastung beim Anstieg des Zeitsteuerungssignals von einem Pegel L auf einen Pegel H durch.
Das Interferenzlicht wird synchron mit dem Zeitsteuerungssignal abgetastet, während der Modulationszyklus TL des Laserstrahls gleich einem Zyklus TT des Zeitsteuerungssignals ist. Wenn eine Phasendifferenz zwischen dem Zeitsteuerungssignal und der in dem Laserstrahl enthaltenen Modulationskomponente 0 Grad beträgt, kann das Laserinterferometer einen Abtastwert erwerben, wenn sich eine Wellenlänge des Laserstrahls in einer Mittelwelle befindet, wie in 11A gezeigt.
Wenn jedoch die Phasendifferenz zwischen dem Zeitsteuerungssignal und der in dem Laserstrahl enthaltenen Modulationskomponente beispielsweise 90 Grad beträgt, kann das Laserinterferometer keinen Abtastwert erwerben, wenn sich die Wellenlänge des Laserstrahls in der Mittelwellenlänge befindet.
Die Verursachung der Phasendifferenz zwischen dem Zeitsteuerungssignal und der in dem Laserstrahl enthaltenen Modulationskomponente wird zum Beispiel der Phasendifferenz zwischen dem Modulationssignal und der in dem Laserstrahl enthaltenen Modulationskomponente aufgrund von Frequenzcharakteristiken eines Elements, das den Laserstrahl in der modulierten Laserquelle moduliert, oder der Phasendifferenz zwischen dem Zeitsteuerungssignal und dem Abtastwert aufgrund einer Verzögerungszeit eines ADC (Analog-zu-Digital-Wandler) zum Abtasten des Interferenzlichts in der Abtasteinheit zugeschrieben. Im Übrigen wird die durch die Verzögerungszeit des ADC verursachte Phasendifferenz in der folgenden Beschreibung nicht betrachtet.
Wenn es gemäß dem Frequenzsynchronisierungsverfahren eine Phasendifferenz zwischen dem Zeitsteuerungssignal und der in dem Laserstrahl enthaltenen Modulationskomponente gibt, wird der Abtastwert erfasst, wenn sich die Wellenlänge des Laserstrahls nicht in der Mittelwellenlänge befindet, womit die Reduzierung des Messfehlers fehlschlägt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Laserinterferometers, das imstande ist, Herstellungskosten zu senken und eine Anordnung zu vereinfachen.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Laserinterferometer gemäß Anspruch 1. Abhängige Ansprüche betreffen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung.
Ein Laserinterferometer gemäß einem Aspekt der Erfindung beinhaltet: eine Laserquelle zum Emittieren eines Laserstrahls, eine Bezugsoberfläche, die an einer vorgegebenen Position vorgesehen ist, um den Laserstrahl zu reflektieren; und eine Messoberfläche, die auf einem Zielobjekt vorgesehen ist, um den Laserstrahl zu reflektieren, wobei das Laserinterferometer die Verschiebung des Zielobjekts durch Berechnen einer Verschiebung der Messoberfläche auf der Grundlage eines von der Bezugsoberfläche und der Messoberfläche reflektierten Interferenzlichts misst, bei dem die Laserquelle den Laserstrahl unter Stabilisierung einer Mittelwellenlänge des Laserstrahls durch Modulieren des Laserstrahls unter Verwendung eines Modulationssignals einer vorgegebenen Frequenz emittiert, wobei das Laserinterferometer weiterhin Folgendes umfasst: eine Abtasteinheit, die einen Abtastwert durch Abtasten des Interferenzlichts nach Maßgabe einer Abtastfrequenz erfasst, die ein Vielfaches einer ganzen Zahl von zwei oder mehr einer Frequenz des Modulationssignals ist; und einen Mittelwertrechner, der einen Mittelwert durch Mitteln des Abtastwerts in einer Zeitreihe berechnet, der durch die Abtasteinheit nach Maßgabe der Abtastfrequenz erfasst worden ist, wobei eine Verschiebung der Messoberfläche auf der Grundlage des von dem Mittelwertrechner berechneten Mittelwerts gemessen wird.
Beispielsweise wird angenommen, dass das Zeitsteuerungssignal ein Rechteckwellensignal ist, die in dem Laserstrahl enthaltene Modulationskomponente eine Sinuswelle ist und eine Phasendifferenz zwischen dem Zeitsteuerungssignal und der in dem Laserstrahl enthaltenen Modulationskomponente 90 Grad beträgt. Zu diesem Zeitpunkt, wenn ein Abtastwert synchron zu dem Zeitsteuerungssignal erfasst wird, wird die Wellenlänge des Laserstrahls, wenn der Abtastwert erfasst wird, maximiert oder minimiert, da das Zeitsteuerungssignal und die in dem Laserstrahl enthaltene Modulationskomponente dieselbe Frequenz haben. Dementsprechend wird eine Wellenlängenabweichung maximiert (siehe 11B). Somit erfasst das Laserinterferometer den Abtastwert, während die Wellenlänge des Laserstrahls sich von der Mittelwellenlänge unterscheidet, so dass ein Berechnungsfehler der Verschiebung der Messoberfläche auftritt und sich somit ein Messfehler der Verschiebung eines Zielobjekts ergibt.
Wenn andererseits ein Abtastwert durch Einstellen der Frequenz des Zeitsteuerungssignals (Abtastfrequenz) so eingestellt wird, dass er das Zweifache der Frequenz des Modulationssignals beträgt, wird die Wellenlänge des Laserstrahls, wenn einer von zwei benachbarten Abtastwerten erfasst wird, maximiert, und die Wellenlänge des Laserstrahls, wenn der andere Abtastwert erfasst wird, wird minimiert. Dementsprechend ist ein durch Mitteln der beiden benachbarten Abtastwerte berechneter Mittelwert gleich dem Abtastwert, der erfasst wird, wenn sich die Wellenlänge des Laserstrahls in der Mittelwellenlänge befindet. Somit kann der Messfehler reduziert werden.
Die Anzahl der zu mittelnden Abtastwerte hängt von der Abtastfrequenz ab. Wenn beispielsweise eine Doppelabtastfrequenz verwendet wird, werden zwei Abtastwerte gemittelt. Wenn eine Abtastfrequenz eines Vielfachen einer ganzen Zahl a verwendet wird, werden vielfache Abtastwerte der ganzen Zahl a gemittelt.
Gemäß dem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Laserinterferometer die modulierte Laserquelle, die Abtasteinheit und den Mittelwertrechner. Dementsprechend kann der Messfehler reduziert werden, selbst wenn es eine Phasendifferenz zwischen dem Zeitsteuerungssignal und der in dem Laserstrahl enthaltenen Modulationskomponente gibt. Somit können die Herstellungskosten des Laserinterferometers gesenkt und seine Anordnung kann vereinfacht werden.
In dem obigen Aspekt der Erfindung berechnet der Mittelwertrechner bevorzugt jedes Mal einen Mittelwert, wenn die Abtasteinheit Abtastwerte einer Zahl erfasst, die der Abtastfrequenz entspricht.
Mit der obigen Anordnung können die gleichen Vorteile wie bei dem vorstehend beschriebenen Laserinterferometer erzielt werden.
In dem obigen Aspekt der Erfindung berechnet der Mittelwertrechner vorzugsweise einen gleitenden Mittelwert von Intervallen, die der Abtastfrequenz entsprechen.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren, bei dem ein Mittelwert jedes Mal berechnet wird, wenn Abtastwerte einer Zahl, die der Abtastfrequenz entspricht, von der Abtasteinheit erfasst werden, kann der Mittelwertrechner den Mittelwert nicht berechnen, bis Abtastwerte der Zahl, die der Abtastfrequenz entspricht, erfasst werden. Es nimmt beträchtliche Zeit in Anspruch, den Mittelwert zu berechnen.
Da der Mittelwertrechner den Mittelwert durch Berechnen des gleitenden Mittelwerts von Intervallen, die der Abtastfrequenz entsprechen, berechnet, kann die Berechnungsgeschwindigkeit des Mittelwerts im Vergleich zu dem vorstehend beschriebenen Verfahren erhöht werden. Somit kann die Messgeschwindigkeit des Laserinterferometers erhöht werden.
Figurenliste

1 zeigt schematisch ein Laserinterferometer gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
2 ist eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen einem Modulationssignal und einem Zeitsteuerungssignal gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform zeigt.
3A ist eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen dem Zeitsteuerungssignal und der in dem Laserstrahl enthaltenen Modulationskomponente gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform zeigt.
3B ist eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen dem Zeitsteuerungssignal und einer in einem Laserstrahl enthaltenen Modulationskomponente gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform zeigt.
4A zeigt eine Beziehung zwischen einer Wellenlänge des Laserstrahls, wenn ein Abtastwert erfasst wird, und einer Wellenlänge des Laserstrahls, wenn ein Mittelwert berechnet wird, gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform.
4B zeigt die Beziehung zwischen der Wellenlänge des Laserstrahls, wenn der Abtastwert erfasst wird, und der Wellenlänge des Laserstrahls, wenn der Mittelwert berechnet wird, gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform.
5 zeigt den Vergleich einer Wellenlängenabweichung, wenn ein Mittelwert durch eine Mittelrecheneinheit mit einer Wellenlängenabweichung berechnet wird, wenn ein Frequenzsynchronisierungsverfahren eingesetzt wird, wo eine Phasendifferenz zwischen dem Zeitsteuerungssignal und der in dem Laserstrahl enthaltenen Modulationskomponente 0 bis 360 Grad beträgt, gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform.
6 zeigt den Vergleich der Wellenlängenabweichung, wenn der Mittelwert durch die Mittelrecheneinheit mit der Wellenlängenabweichung berechnet wird, wenn das Frequenzsynchronisierungsverfahren eingesetzt wird, während eine Amplitude des Modulationssignals variiert wird, gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform.
7 zeigt eine Beziehung zwischen einer Vergrößerung des Zeitsteuerungssignals und der Wellenlängenabweichung gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform.
8 zeigt schematisch ein Laserinterferometer gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
9 zeigt eine Beziehung zwischen einer Wellenlänge eines Laserstrahls, wenn ein Abtastwert erfasst wird, und einer Wellenlänge des Laserstrahls, wenn ein Mittelwert berechnet wird, wo eine Phasendifferenz zwischen einem Zeitsteuerungssignal und einer in dem Laserstrahl enthaltenen Modulationskomponente 0 Grad beträgt, gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform.
10 zeigt eine Beziehung zwischen einer Wellenlänge des Laserstrahls, wenn ein Abtastwert erfasst wird, und einer Wellenlänge des Laserstrahls, wenn ein Mittelwert berechnet wird, wo die Phasendifferenz zwischen dem Zeitsteuerungssignal und der in dem Laserstrahl enthaltenen Modulationskomponente 90 Grad beträgt, gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform.
11A ist eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen einem Modulationssignal und der in dem Laserstrahl enthaltenen Modulationskomponente zeigt.
11B ist eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen dem Modulationssignal und der in dem Laserstrahl enthaltenen Modulationskomponente zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINER ODER MEHRERER BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
[Erste beispielhafte Ausführungsform]
Eine erste beispielhafte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
[Anordnung des Laserinterferometers]
1 zeigt schematisch ein Laserinterferometer 1 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
Wie in 1 gezeigt, beinhaltet das Laserinterferometer 1: eine Laserquelle 2 zum Emittieren eines Laserstrahls; eine Lichtführungseinheit 3 zum Führen des aus der Laserquelle 2 emittierten Laserstrahls; einen Bezugsspiegel 4 und einen Messspiegel 5 zum Reflektieren des durch die Lichtführungseinheit 3 hindurchgehenden Laserstrahls; eine Lichterfassungseinheit 6 zum Empfangen von Licht, das durch die Lichtführungseinheit 3 hindurchgeht und von dem Bezugsspiegel 4 und dem Messspiegel 5 reflektiert wird; und eine Messeinheit 7 zum Messen einer Verschiebung eines (nicht gezeigten) Zielobjekts durch Berechnen einer Verschiebung des Messspiegels 5 auf der Grundlage des von der Lichterfassungseinheit 6 empfangenen Lichts. In 1 ist eine optische Achse des Lichts, das von der Laserquelle 2 emittiert wird und die Lichterfassungseinheit 6 erreicht, durch eine ausgezogene Linie dargestellt.
Die Laserquelle 2 wird von einem iod-stabilisierten Laser bereitgestellt, um den Laserstrahl durch Stabilisieren einer Mittelwellenlänge des Laserstrahls durch Modulieren des Laserstrahls mit einem Modulationssignal von vorgegebener Frequenz zu emittieren. Die Laserquelle 2 gibt an die Messeinheit 7 ein Rechteckwellensignal mit der gleichen Frequenz wie das Modulationssignal aus.
Der Bezugsspiegel 4 ist an einer vorgegebenen Position vorgesehen und weist eine Bezugsoberfläche 4A zum Reflektieren des Laserstrahls auf.
Der Messspiegel 5 ist an dem Zielobjekt angebracht und weist eine Messoberfläche 5A zum Reflektieren des Laserstrahls auf.
Die Lichtführungseinheit 3 beinhaltet: einen Polarisator 31, der stromabwärts eines optischen Wegs der Laserquelle 2 zum Emittieren des auftreffenden Laserstrahls unter Ausrichtung seiner Polarisierungsrichtungen vorgesehen ist; einen Polarisierungsstrahlteiler 32 zum Teilen des aus dem Polarisator 31 emittierten Laserstrahls und Führen des geteilten Laserstrahls zu dem Bezugsspiegel 4 und dem Messspiegel 5, während Interferenzlicht, das durch Kombinieren von Licht, das von dem Bezugsspiegel 4 und dem Messspiegel 5 reflektiert wird, geführt wird; und zwei Viertelwellenplatten 33 und 34, die zwischen dem Polarisierungsstrahlteiler 32 und dem Bezugsspiegel 4 und zwischen dem Polarisierungsstrahlteiler 32 und dem Messspiegel 5 vorgesehen sind.
Der Polarisierungsstrahlteiler 32 weist einen Polarisationstrennungsfilm 32A zum Übertragen von P-polarisiertem Licht und Reflektieren von S-polarisiertem Licht relativ zu dem Polarisationstrennungsfilm 32A auf. Dementsprechend führt der Polarisierungsstrahlteiler 32 das S-polarisierte Licht aus dem von dem Polarisator 31 emittierten Laserstrahl zu dem Bezugsspiegel 4 und führt das P-polarisierte Licht zu dem Messspiegel 5.
Das zu dem Bezugsspiegel 4 von dem Polarisierungsstrahlteiler 32 geführte Licht (nachstehend als Bezugslicht bezeichnet) wird von der Bezugsoberfläche 4A reflektiert und fällt wieder auf den Polarisierungsstrahlteiler 32. Das Bezugslicht geht zweimal durch die Viertelwellenplatte 33 hindurch, so dass die Polarisierungsrichtung des Lichts bis zu 90 Grad rotiert und das Bezugslicht P-polarisiertes Licht relativ zu dem Polarisationstrennungsfilm 32A wird. Dementsprechend geht das Bezugslicht durch den Polarisationstrennungsfilm 32A hindurch und wird auf die Lichterfassungseinheit 6 abgestrahlt.
Das zu dem Messspiegel 5 von dem Polarisierungsstrahlteiler 32 geführte Licht (nachstehend als Messlicht bezeichnet) wird von der Messoberfläche 5A reflektiert und fällt wieder auf den Polarisierungsstrahlteiler 32. Das Messlicht geht zweimal durch die Viertelwellenplatte 34 hindurch, so dass die Polarisierungsrichtung des Lichts bis zu 90 Grad rotiert und das Messlicht S-polarisiertes Licht relativ zu dem Polarisationstrennungsfilm 32A wird. Dementsprechend wird das Messlicht von dem Polarisationstrennungsfilm 32A reflektiert und auf die Lichterfassungseinheit 6 abgestrahlt.
Somit strahlt der Polarisierungsstrahlteiler 32 Interferenzlicht, das durch Kombinieren des Bezugslichts und des Messlichts vorgesehen wird, auf die Lichterfassungseinheit 6 ab.
Die Lichterfassungseinheit 6 beinhaltet: eine Halbwellenplatte 61, die stromabwärts eines optischen Wegs des Polarisierungsstrahlteilers 32 zum Abstrahlen des auftreffenden Interferenzlichts vorgesehen ist, während eine Polarisierungsrichtung derselben in eine vorgegebene Richtung gedreht wird; einen Nicht-Polarisierungsstrahlteiler 62 zum Teilen des von der Halbwellenretardationsplatte 61 abgestrahlten Lichts; zwei fotoelektrische Wandler 63 und 64 zum Empfangen des von dem Nicht-Polarisierungsstrahlteiler 32 abgestrahlten Lichts und Umwandeln des Lichts in ein elektrisches Signal; und eine Viertelwellenplatte 65, die zwischen dem Nicht-Polarisierungsstrahlteiler 62 und dem fotoelektrischen Wandler 64 vorgesehen ist, wobei die Viertelwellenplatte 65 eine Phasendifferenz des auftreffenden Interferenzlichts um 90 Grad verzögert.
Die Messeinheit 7 beinhaltet: eine Abtasteinheit 71 zum Abtasten des Interferenzlichts, das von den fotoelektrischen Wandler 63 und 64 in das elektrische Signal umgewandelt wurde, um einen Abtastwert zu erwerben; und einen Rechner 72 zum Berechnen einer Verschiebung des Messspiegels 5 auf der Grundlage des von der Abtasteinheit 71 erfassten Abtastwerts.
Die Abtasteinheit 71 beinhaltet: einen Zeitsteuerungssignal-Generator 711 zum Erzeugen eines vorgegebenen Zeitsteuerungssignals auf der Grundlage eines Rechteckwellensignals mit der gleichen Frequenz wie ein von der Laserquelle 2 ausgegebenes Modulationssignal; und ADC 712, 713 zum Abtasten des Interferenzlichts, das von den fotoelektrischen Wandlern 63, 64 in das elektrische Signal umgewandelt wurde, um einen Abtastwert auf der Grundlage des Zeitsteuerungssignals zu erwerben, das von dem Zeitsteuerungssignal-Generator 711 ausgegeben wurde.
Zum Ausgeben eines Zeitsteuerungssignals, das eine größere Frequenz als eine Frequenz des Modulationssignals hat, gibt der Zeitsteuerungssignal-Generator 711 das Zeitsteuerungssignal durch Multiplizieren des vorstehend beschriebenen Rechteckwellensignals aus. Zum Ausgeben eines Zeitsteuerungssignals mit einer kleineren Frequenz als einer Frequenz des Modulationssignals gibt der Zeitsteuerungssignal-Generator 711 das Zeitsteuerungssignal durch Dividieren des Rechteckwellensignals aus.
2 ist eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen dem Rechteckwellensignal und dem Zeitsteuerungssignal zeigt. In 2 stellt eine vertikale Achse das Modulationssignal und das Zeitsteuerungssignal dar und eine horizontale Achse stellt die Zeit dar. 2(A) ist eine grafische Darstellung, die das Rechteckwellensignal zeigt, und 2(B) und 2(C) sind grafische Darstellungen, die ein Beispiel des Zeitsteuerungssignals zeigen.
Insbesondere, wenn ein Zyklus des von der Laserquelle 2 ausgegebenen Rechteckwellensignals mit T bezeichnet ist (siehe 2(A)), beträgt ein Zyklus des Zeitsteuerungssignals, wenn das Rechteckwellensignal von dem Zeitsteuerungssignal-Generator 711 verdoppelt wird, (1/2)*T (siehe 2(B)).
Auch beträgt ein Zyklus des Zeitsteuerungssignals, wenn das Rechteckwellensignal von dem Zeitsteuerungssignal-Generator 711 halbiert wird, 2T (2(C)).
In dieser beispielhaften Ausführungsform gibt der Zeitsteuerungssignal-Generator 711 das Zeitsteuerungssignal aus, wenn das Rechteckwellensignal verdoppelt wird (siehe 2(B)). Dementsprechend erfasst der ADC 712, 713 einen Abtastwert durch Abtasten von Interferenzlicht mit einer Abtastfrequenz, die zweimal so hoch wie die Frequenz des Modulationssignals ist.
3(A) und 3(B) sind grafische Darstellungen, die eine Beziehung zwischen dem Zeitsteuerungssignal und der in dem Laserstrahl enthaltenen Modulationskomponente zeigen. In 3(A) und 3(B) stellt eine Kurve GT das Zeitsteuerungssignal dar, eine Kurve GL stellt die in dem Laserstrahl enthaltene Modulationskomponente dar, TT stellt einen Zyklus zum Abtasten von Interferenzlicht dar und TL stellt einen Zyklus der in dem Laserstrahl enthaltenen Modulationskomponente dar. Eine vertikale Achse stellt die Spannung des Zeitsteuerungssignals und die Wellenabweichung dar, und eine horizontale Achse stellt die Zeit dar.
Wenn beispielsweise die Phasendifferenz zwischen dem Zeitsteuerungssignal und der in dem Laserstrahl enthaltenen Modulationskomponente 0 Grad beträgt, erfasst die Abtasteinheit 71 einen Abtastwert durch Abtasten des Interferenzlichts, wenn sich die Wellenlänge des Laserstrahls in der Mittelwellenlänge befindet, wie in 3A gezeigt.
Wenn die Phasendifferenz zwischen dem Zeitsteuerungssignal und der in dem Laserstrahl enthaltenen Modulationskomponente 90 Grad beträgt, erfasst die Abtasteinheit 71 einen Abtastwert, indem sie das Interferenzlicht abtastet, wenn die Wellenlänge des Laserstrahls der Maximalwert oder der Minimalwert ist, wie in 3B gezeigt.
Der Rechner 72 wird durch einen Mittelwertrechner 721 und einen Verschiebungsrechner 722 bereitgestellt, wie in 1 gezeigt.
Der Mittelwertrechner 721 berechnet einen Mittelwert durch Mitteln eines von der Abtasteinheit 71 erfassten Zeitreihen-Abtastwerts nach Maßgabe einer Abtastfrequenz der Abtasteinheit 71, d. h. einer Frequenz des Zeitsteuerungssignals.
Da das Zeitsteuerungssignal durch Verdoppeln des Rechteckwellensignals ausgegeben wird, berechnet der Mittelwertrechner 721 jedes Mal einen Mittelwert D_k, wenn die Abtasteinheit 71 zwei Abtastwerte d_2k-1 und d_2k erfasst, wie in der folgenden Formel (1) dargestellt: $D_{k} = \frac{d_{2 k - 1} + d_{2 k}}{2} (k = 1,2,3 \dots, n/2)$
4A und 4B zeigen eine Beziehung zwischen einer Wellenlänge des Laserstrahls, wenn der Abtastwert erfasst wird, und einer Wellenlänge des Laserstrahls, wenn der Mittelwert berechnet wird. In den 4A und 4B stellt eine Kurve GL die Wellenlänge des Laserstrahls dar, eine vertikale Achse stellt eine Wellenlängenabweichung dar und eine horizontale Achse stellt die Zeit dar. Auch zeigen in den 4A und 4B obere Figuren die Wellenlänge des Laserstrahls, wenn der Abtastwert von der Abtasteinheit 71 erfasst wird (runde Markierungen) und untere Figuren zeigen die Wellenlänge des Laserstrahls, wenn der Mittelwert von dem Mittelwertrechner 721 berechnet wird (dreieckige Markierungen).
Wenn die Phasendifferenz zwischen dem Zeitsteuerungssignal und der in dem Laserstrahl enthaltenen Modulationskomponente 0 Grad beträgt, erfasst die Abtasteinheit 71 den Abtastwert durch Abtasten des Interferenzlichts, wenn die Wellenlänge des Laserstrahls in der Mittelwellenlänge ist, wie in 4A gezeigt.
Wenn die Phasendifferenz zwischen dem Zeitsteuerungssignal und der in dem Laserstrahl enthaltenen Modulationskomponente 90 Grad beträgt, erfasst die Abtasteinheit 71 den Abtastwert durch Abtasten des Interferenzlichts, wenn die Wellenlänge des Laserstrahls der Maximalwert oder der Minimalwert ist, wie in 4B gezeigt. Genauer gesagt, die Wellenlänge des Laserstrahls, wenn die Abtasteinheit 71 einen von zwei benachbarten Abtastwerten erfasst, wird maximiert, und die Wellenlänge des Laserstrahls, wenn die Abtasteinheit 71 den anderen Abtastwert erfasst, wird minimiert.
Dementsprechend befindet sich eine Wellenlänge des Laserstrahls, wenn der Mittelwertrechner 721 einen Mittelwert berechnet, in der Mittelwellenlänge in beiden Phasendifferenzen zwischen dem Zeitsteuerungssignal und der in dem Laserstrahl enthaltenen Modulationskomponente, d. h. beträgt 0 oder 90 Grad.
Nachstehend werden die Wellenlängenabweichung, wenn der Mittelwertrechner 721 den Mittelwert berechnet, und die Wellenlängenabweichung, wenn das vorstehend beschriebene Frequenzsynchronisierungsverfahren angewendet wird, verglichen.
5 zeigt einen Vergleich der Wellenlängenabweichung, wenn der Mittelwertrechner 721 den Mittelwert mit der Wellenlängenabweichung berechnet, wenn das Frequenzsynchronisierungsverfahren eingesetzt wird, wo die Phasendifferenz zwischen dem Zeitsteuerungssignal und der in dem Laserstrahl enthaltenen Modulationskomponente im Bereich von 0 bis 360 Grad liegt. In 5 stellt eine vertikale Achse die Wellenlänge und eine horizontale Achse die Phasendifferenz dar. Auch ist die Wellenlänge in 5 normalisiert, wobei die maximale Wellenlängenabweichung 1 beträgt.
Die Wellenlängenabweichung, wenn das Frequenzsynchronisierungsverfahren angewendet wird, variiert nach Maßgabe der Phasendifferenz zwischen dem Zeitsteuerungssignal und der in dem Laserstrahl enthaltenen Modulationskomponente, wie in 5 gezeigt (dreieckige Markierungen in 5).
Andererseits bleibt die Wellenlängenabweichung, wenn der Mittelwertrechner 721 einen Mittelwert berechnet, bei 0, ungeachtet der Phasendifferenz zwischen dem Zeitsteuerungssignal und der in dem Laserstrahl enthaltenen Modulationskomponente (kreisförmige Markierungen in 5).
6 zeigt einen Vergleich der Wellenlängenabweichung, wenn der Mittelwertrechner den Mittelwert mit der Wellenlängenabweichung berechnet, wenn das Frequenzsynchronisierungsverfahren unter Variierung der Amplitude des Modulationssignals angewendet wird. In 6 stellt eine vertikale Achse die maximale Wellenlängenabweichung und eine horizontale Achse die Amplitude des Modulationssignals dar.
Wie in 6 gezeigt, wird die maximale Wellenlängenabweichung, wenn das Frequenzsynchronisierungsverfahren verwendet wird, größer, wenn die Amplitude des Modulationssignals größer ist (rautenförmige Markierungen in 6).
Andererseits ist die maximale Wellenlängenabweichung 0, wenn der Mittelwertrechner 721 den Mittelwert berechnet, ungeachtet der Vergrößerung des Modulationssignals (runde Markierungen in 6).
Als Nächstes wird das Prinzip erläutert, dass die Wellenlängenabweichung 0 ist, wenn der Mittelwertrechner 721 den Mittelwert berechnet.
Wellenlängenabweichungen, wenn die Abtasteinheit 71 die Abtastwerte d_2k-1 und d_2k erfasst, sind durch die maximale Wellenlängenabweichung Δλ und die Phasendifferenz Δθ dargestellt, wie durch die folgenden Formeln (2) und (3) dargestellt. $d_{2 k - 1} = Δ λ \cdot sin (Δ θ)$
$\begin{array}{l} d_{2 k} = Δ λ \cdot sin (Δ θ - π) \\ (k = 1,2,3 \dots, n/2) \end{array}$
Die folgende Formel (3) kann unter Verwendung einer trigonometrischen Funktion, wie durch die folgende Formel (4) dargestellt, umgewandelt werden. Dementsprechend ist die Wellenlängenabweichung 0, wenn der Mittelwertrechner 721 einen Mittelwert D_k berechnet, wie durch die folgende Formel (5) dargestellt. $d_{2 k} = Δ λ \cdot sin (Δ θ - π) = - Δ λ \cdot sin (Δ θ)$
$D_{k} = \frac{d_{2 k - 1} + d_{2 k}}{2} = \frac{Δ λ \cdot sin (Δ θ) + Δ λ \cdot sin (Δ θ - π)}{2} = \frac{Δ λ \cdot sin (Δ θ) - Δ λ \cdot sin (Δ θ)}{2} = 0$
Wenn eine Vergrößerung relativ zu dem Modulationssignal des Zeitsteuerungssignals mit a bezeichnet ist, ist die Wellenlängenabweichung, wenn der Mittelwertrechner 721 den Mittelwert berechnet, jedes Mal 0, wenn die Abtasteinheit 71 einen Abtastwert erfasst.
Eine Wellenlängenabweichung, wenn die Abtasteinheit 71 einen Abtastwert d_a(k-1)+m+1 erfasst, ist durch die maximale Wellenlängenabweichung Δλ und die Phasendifferenz Δθ dargestellt, wie durch die folgende Formel (6) dargestellt. $d_{a (k - 1) + m + 1} = Δ λ \cdot sin (Δ θ - \frac{2 π}{a} \cdot m) (k = 1,2,3 \dots, n/a, m = 0,1,2 \dots, a - 1)$
Dementsprechend ist die Wellenlängenabweichung, wenn der Mittelwertrechner 721 den Mittelwert D_k berechnet, durch die folgende Formel (7) dargestellt. $D_{k} = \frac{1}{a} \cdot \sum_{m = 0}^{a - 1} d_{a (k - 1) + m + 1} = \frac{1}{a} \cdot \sum_{m = 0}^{a - 1} Δ λ \cdot sin (Δ θ - \frac{2 π}{a} \cdot m) = \frac{Δ λ}{a} \cdot \sum_{m = 0}^{a - 1} sin (Δ θ - \frac{2 π}{a} \cdot m)$
Hier wird die Euler'sche Knickformel, wie durch die folgende Formel (8) dargestellt, in die Formel (7) eingesetzt, was zu der folgenden Formel (9) führt. $sin (θ) = \frac{e^{i θ} - e^{i θ}}{2 i}$
$\begin{array}{l} D_{k} = \frac{Δ λ}{a} \cdot \sum_{m = 0}^{a - 1} sin (Δ θ - \frac{2 π}{a} \cdot m) = \frac{Δ λ}{a} \cdot \sum_{m = 0}^{a - 1} \frac{e^{i (Δ θ - \frac{2 k}{a} \cdot m)} - e^{- i (Δ θ - \frac{2 π}{a} \cdot m)}}{2 i} = \frac{Δ λ}{a \cdot 2 i} \cdot \sum_{m = 0}^{a - 1} (e^{i (Δ θ - \frac{2 π}{a} \cdot m)} - e^{- i (Δ θ - \frac{2 k}{a} \cdot m)}) \\ = \frac{Δ λ}{a \cdot 2 i} \cdot (\sum_{m = 0}^{a - 1} e^{i (Δ θ - \frac{2 π}{a} \cdot m)} - \sum_{m = 0}^{a - 1} e^{- i (Δ θ - \frac{2 k}{a} \cdot m)}) = \frac{Δ λ}{a \cdot 2 i} \cdot (e^{i \cdot Δ θ} \cdot \sum_{m = 0}^{a - 1} e^{- i \frac{2 k}{a} \cdot m} - e^{- i \cdot Δ θ} \cdot \sum_{m = 0}^{a - 1} e^{i \cdot \frac{2 π}{a} \cdot m}) \\ = \frac{Δ λ}{a \cdot 2 i} \cdot (e^{i \cdot Δ θ} \cdot {\sum_{m = 0}^{a - 1} (e^{- i \frac{2 k}{a}})}^{m} - e^{- i \cdot Δ θ} \cdot {\sum_{m = 0}^{a - 1} (e^{i \cdot \frac{2 π}{a}})}^{m}) \end{array}$
Weiterhin werden die Summierungsformel der geometrischen Progression und die durch die folgende Formel (10) dargestellte Euler'sche Knickformel zur Ableitung der folgenden Formeln (11) und (12) verwendet. $\sum_{i = 0}^{n} P^{i} = \frac{1 - P^{n + 1}}{1 - p}, e^{i \cdot 2 π} = {(e^{i π})}^{2} = {(- 1)}^{2} = 1$
${\sum_{m = 0}^{a - 1} (e^{i \cdot \frac{2 π}{a}})}^{m} = \frac{1 - {(e^{i \cdot \frac{2 π}{a}})}^{a}}{1 - e^{i \cdot \frac{2 π}{a}}} = \frac{1 - e^{i \cdot 2 π}}{1 - e^{i \cdot \frac{2 π}{a}}} = \frac{1 - 1}{1 - e^{i \cdot \frac{2 π}{a}}} = 0$
${\sum_{m = 0}^{a - 1} (e^{i \cdot \frac{2 π}{a}})}^{m} = \frac{1 - {(e^{i \cdot \frac{2 π}{a}})}^{a}}{1 - e^{i \cdot \frac{2 π}{a}}} = \frac{1 - e^{- i \cdot 2 π}}{1 - e^{- i \cdot \frac{2 π}{a}}} = \frac{1 - 1}{1 - e^{- i \cdot \frac{2 π}{a}}} = 0$
Dann werden die Formeln (11) und (12) in die Formel (9) eingesetzt, was zu der folgenden Formel (13) führt. $D_{k} = \frac{Δ λ}{a \cdot 2 i} \cdot (e^{i \cdot Δ θ} \cdot 0 - e^{- i \cdot Δ θ} \cdot 0) = 0$
Wie durch die folgende Formel (13) dargestellt, ist die Wellenlängenabweichung 0, wenn der Mittelwertrechner 721 den Mittelwert D_k berechnet, selbst wenn die Vergrö-ßerung des Zeitsteuerungssignals a ist.
7 zeigt eine Beziehung zwischen der Vergrößerung des Zeitsteuerungssignals und der Wellenlängenabweichung. In 7 stellt eine vertikale Achse die Wellenlängenabweichung und eine horizontale Achse die Vergrößerung des Zeitsteuerungssignals dar. Auch ist die Wellenlänge in 7 normalisiert, wobei die maximale Wellenlängenabweichung 1 beträgt.
Wenn die Vergrößerung des Zeitsteuerungssignals ein Vielfaches einer ganzen Zahl von zwei oder mehr ist, ist die Wellenlängenabweichung 0, wie in 7 gezeigt (rautenförmige Markierungen in 7).
Der Verschiebungsrechner 722 berechnet eine Verschiebung des Messspiegels 5 auf der Grundlage des von dem Mittelwertrechner 721 berechneten Mittelwerts D_k und der Mittelwellenlänge.
Nachstehend wird erläutert, wie die Verschiebung des Messspiegels 5 durch den Verschiebungsrechner 722 berechnet wird.
Die Helligkeit des von dem Polarisierungsstrahlteiler 32 abgestrahlten Interferenzlichts variiert periodisch nach Maßgabe der Änderung in einer Optischer-Weg-Differenz (D2-D1) zwischen einem optischen Weg D1 von dem Polarisierungsstrahlteiler 32 zum Bezugsspiegel 4 und einem optischen Weg D2 von dem Polarisierungsstrahlteiler 32 zum Messspiegel 5. Insbesondere, wenn die Mittelwellenlänge der Laserquelle 2 532 nm beträgt, variiert die Helligkeit des Interferenzlichts periodisch pro einem Zyklus einer Optischer-Weg-Differenz (266 nm), die die Hälfte der Mittelwellenlänge der Laserquelle 2 ist.
Dementsprechend ist das von den fotoelektrischen Wandlern 63 und 64 in ein elektrisches Signal umgewandelte Interferenzlicht ein zyklisches Signal nach Maßgabe der Änderung in der Optischer-Weg-Differenz. Somit sind ein von dem fotoelektrischen Wandler 63 umgewandeltes elektrisches Signal φA und ein von dem fotoelektrischen Wandler 64 umgewandeltes elektrisches Signal φB durch die folgenden Formeln (14) und (15) dargestellt. In den Formeln (14) und (15) sind A und B Amplituden der elektrischen Signale φA und φB, und Va und Vb sind Versatzwerte der elektrischen Signale φA und φB.
Dementsprechend werden, wenn die Amplituden A und B normalisiert und die Versatzwerte Va und Vb entfernt sind, die elektrischen Signale φA' und φB' durch die folgenden Formeln (16) und (17) dargestellt. $ϕ A = A sin θ + V_{a}$
$ϕ B = B cos θ + V_{b}$
$ϕ A' = sin θ$
$ϕ B' = cos θ$
Dementsprechend berechnet der Verschiebungsrechner 722 θ in den Formeln (16) und (17) auf der Grundlage der elektrischen Signale φA' und φB', d. h. dem durch den Mittelwertrechner 721 berechneten Mittelwert D_k.
Wenn die Optischer-Weg-Differenz (D1-D2) um einen Zyklus geändert wird, wird θ um 2π geändert. Wenn 1/2 der Mittelwellenlänge der Laserquelle 2 λ_i und eine Anzahl von Zyklen N ist, wird die Optischer-Weg-Differenz durch die folgende Formel (18) dargestellt. $D 2 - D 1 = N \cdot λ_{i} + \frac{θ}{2 π} λ_{i}$
Dann wird die Verschiebung ΔD2 des Messspiegels 5 durch die folgende Formel (19) dargestellt, wenn eine Anfangsposition des Messspiegels 5 D2o und eine aktuelle Position D2n ist. Dementsprechend kann die Verschiebung ΔD2 des Messspiegels 5 nacheinander berechnet werden, indem D2n-D1 in Formel (19) der Reihe nach berechnet wird. $Δ D 2 = D 2_{n} - D 2_{a} = (D 2_{n} - D 1) - (D 2_{a} - D 1)$
Somit berechnet der Verschiebungsrechner 722 die Verschiebung des Messspiegels 5 auf der Grundlage des Mittelwerts D_k, der von dem Mittelwertrechner 721 berechnet wird, und der Mittelwellenlänge.
Die folgenden Vorteile lassen sich gemäß der beispielhaften Ausführungsform erzielen.
(1) Da das Laserinterferometer 1 Folgendes beinhaltet: die Laserquelle 2 zum Stabilisieren und Abstrahlen der Mittelwellenlänge des Laserstrahls durch Modulieren des Laserstrahls unter Verwendung des Modulationssignals mit einer vorgegebenen Frequenz; die Abtasteinheit 71; und der Mittelwertrechner 721, kann der Messfehler selbst dann reduziert werden, wenn die Phasendifferenz zwischen dem Zeitsteuerungssignal und der in dem Laserstrahl enthaltenen Modulationskomponente vorhanden ist. Somit kann das Laserinterferometer 1 Herstellungskosten senken und die Anordnung vereinfachen.
[Zweite beispielhafte Ausführungsform]
Nachstehend wird eine zweite beispielhafte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
8 zeigt schematisch ein Laserinterferometer 1A gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
In der folgenden Beschreibung werden die gleichen Komponenten wie diejenigen, die oben beschrieben sind, durch dieselben Bezugszeichen angegeben und auf ihre Beschreibung wird verzichtet.
In der ersten beispielhaften Ausführungsform beinhaltet das Laserinterferometer 1 den Mittelwertrechner 721, der jedes Mal, wenn die Abtasteinheit 71 die Anzahl von Abtastwerten gemäß der Abtastfrequenz erfasst, einen Mittelwert berechnet.
Andererseits beinhaltet das Laserinterferometer 1A, wie in 8 gezeigt, den Mittelwertrechner 721A, der einen gleitenden Mittelwert von Intervallen, die der Abtastfrequenz entsprechen, berechnet.
Da insbesondere das Zeitsteuerungssignal durch Verdoppeln des Modulationssignals ausgegeben wird, berechnet der Mittelwertrechner 721A einen gleitenden Mittelwert von Intervallen, die der Abtastfrequenz entsprechen, d. h. zwei Abtastwerte d_k und d_k+1, wie durch die folgende Formel (20) dargestellt. $D_{k} = \frac{d_{k} + d_{k + 1}}{2} (k = 1,2,3 \dots, n)$
9 zeigt eine Beziehung zwischen der Wellenlänge des Laserstrahls, wenn der Abtastwert erfasst wird, und der Wellenlänge des Laserstrahls, wenn der Mittelwert berechnet wird, wo die Phasendifferenz zwischen dem Zeitsteuerungssignal und der in dem Laserstrahl enthaltenen Modulationskomponente 0 Grad beträgt. 10 zeigt eine Beziehung zwischen der Wellenlänge des Laserstrahls, wenn der Abtastwert erfasst wird, und der Wellenlänge des Laserstrahls, wenn der Mittelwert in einem Fall berechnet wird, in dem die Phasendifferenz zwischen dem Zeitsteuerungssignal und der in dem Laserstrahl enthaltenen Modulationskomponente 90 Grad beträgt.
In den 9 und 10 stellt eine Kurve GL die in dem Laserstrahl enthaltene Modulationskomponente dar, eine vertikale Achse stellt die Wellenlängenabweichung dar und eine horizontale Achse stellt die Zeit dar. Auch zeigen in 9 und 10 obere Figuren die Wellenlänge des Laserstrahls, wenn der Abtastwert durch die Abtasteinheit 71 erfasst wird (runde Markierungen) und untere Figuren zeigen die Wellenlänge des Laserstrahls, wenn der Mittelwert von dem Mittelwertrechner 721A berechnet wird (dreieckige Markierungen).
Wenn die Phasendifferenz zwischen dem Zeitsteuerungssignal und der in dem Laserstrahl enthaltenen Modulationskomponente 0 Grad beträgt, erfasst die Abtasteinheit 71 einen Abtastwert durch Abtasten des Interferenzlichts, wenn sich die Wellenlänge des Laserstrahls in der Mittelwellenlänge befindet, wie in 9 gezeigt.
Wenn die Phasendifferenz zwischen dem Zeitsteuerungssignal und der in dem Laserstrahl enthaltenen Modulationskomponente 90 Grad beträgt, erfasst die Abtasteinheit 71 einen Abtastwert durch Abtasten des Interferenzlichts, wenn die Wellenlänge des Laserstrahls der Maximalwert und der Minimalwert ist, wie in 10 gezeigt.
Dementsprechend befindet sich die Wellenlänge des Laserstrahls, wenn der Mittelwertrechner 721A den gleitenden Mittelwert berechnet, in der Mittelwellenlänge, wenn die Phasendifferenz zwischen dem Zeitsteuerungssignal und der in dem Laserstrahl enthaltenen Modulationskomponente entweder 0 oder 90 Grad beträgt.
In der zweiten beispielhaften Ausführungsform können die folgenden Vorteile zusätzlich zu den Vorteilen in der ersten beispielhaften Ausführungsform erreicht werden.
(2) Da der Mittelwertrechner 721A den Mittelwert durch Berechnen des gleitenden Mittelwerts von Intervallen, die der Abtastfrequenz entsprechen, berechnet, kann die Berechnungsgeschwindigkeit des Mittelwerts im Vergleich zum Mittelwertrechner 721 in der ersten beispielhaften Ausführungsform erhöht werden. Somit kann die Messgeschwindigkeit des Laserinterferometers 1A erhöht werden.
[Modifikation(en) einer oder mehrerer beispielhafter Ausführungsformen]
Die Erfindung ist nicht auf die beispielhaften Ausführungsformen beschränkt, sondern beinhaltet Modifikationen und Verbesserungen, solange eine Aufgabe der Erfindung gelöst werden kann.
Zum Beispiel kann, obwohl die Vergrößerung des Zeitsteuerungssignals im Verhältnis zum Modulationssignal in den beispielhaften Ausführungsformen 2 beträgt, die Vergrö-ßerung ein Vielfaches einer ganzen Zahl von 3 oder mehr sein. Kurz gesagt, es ist nur erforderlich, dass die Abtasteinheit den Abtastwert durch Abtasten des Interferenzlichts nach Maßgabe der Abtastfrequenz erfasst, die ein Vielfaches einer ganzen Zahl von zwei oder mehr der Frequenz des Modulationssignals ist.
In den beispielhaften Ausführungsformen berechnet der Mittelwertrechner 721 den Mittelwert durch Mitteln des Zeitreihen-Abtastwerts, der durch die Abtasteinheit 71 nach Maßgabe der Abtastfrequenz der Abtasteinheit 71 erfasst wurde, und der Verschiebungsrechner 722 berechnet die Verschiebung des Messspiegels 5 auf der Grundlage des durch der Mittelwertrechner 721 berechneten Mittelwerts und der Mittelwellenlänge. Jedoch kann der Mittelwertrechner den Mittelwert durch Mitteln des Abtastwerts nach Maßgabe der Verschiebung der Zeitreihen-Messoberfläche berechnen, nachdem der Abtastwert nach Maßgabe der Verschiebung der Messoberfläche auf der Grundlage des Abtastwerts nach Maßgabe des Interferenzlichts, der durch die Abtasteinheit 71 erfasst wurde, und der Mittelwellenlänge berechnet wurde. Kurz gesagt, es ist nur erforderlich, dass der Mittelwertrechner den Mittelwert durch Mitteln des Zeitreihen-Abtastwerts berechnet, der von der Abtasteinheit nach Maßgabe der Abtastfrequenz erfasst wurde.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen Beispiele der vorliegenden Erfindung dar. Die vorliegende Erfindung wird jedoch nicht durch die beschriebenen Ausführungsbeispiele begrenzt. Insbesondere können Details, Aspekte oder Merkmale der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele im Rahmen der Erfindung modifiziert bzw. kombiniert werden, um weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung zu bilden.

Claims

Laserinterferometer mit: einer Laserquelle (2) zum Emittieren eines Laserstrahls, einer Bezugsoberfläche, die an einer vorgegebenen Position vorgesehen ist, um den Laserstrahl zu reflektieren; und einer Messoberfläche, die auf einem Zielobjekt vorgesehen ist, um den Laserstrahl zu reflektieren, wobei das Laserinterferometer (1) eine Verschiebung des Zielobjekts durch Berechnen einer Verschiebung der Messoberfläche auf der Grundlage eines von der Bezugsoberfläche und der Messoberfläche reflektierten Interferenzlichts misst, wobei die Laserquelle (2) den Laserstrahl unter Stabilisierung einer Mittelwellenlänge des Laserstrahls durch Modulieren des Laserstrahls unter Verwendung eines Modulationssignals einer vorgegebenen Frequenz emittiert, wobei das Laserinterferometer (1) weiterhin Folgendes umfasst: eine Abtasteinheit (71), die einen Abtastwert durch Abtasten des Interferenzlichts nach Maßgabe einer Abtastfrequenz erfasst, die ein Vielfaches einer ganzen Zahl von zwei oder mehr einer Frequenz des Modulationssignals ist; und einen Mittelwertrechner (721), der einen Mittelwert durch Mitteln des Abtastwerts in einer Zeitreihe berechnet, der durch die Abtasteinheit nach Maßgabe der Abtastfrequenz erfasst wurde, wobei eine Verschiebung der Messoberfläche auf der Grundlage des von dem Mittelwertrechner (721) berechneten Mittelwerts gemessen wird.
Laserinterferometer nach Anspruch 1, wobei der Mittelwertrechner (721) jedes Mal, wenn die Abtasteinheit (71) Abtastwerte einer Zahl erfasst, die der Abtastfrequenz entspricht, einen Mittelwert berechnet.
Laserinterferometer nach Anspruch 1, wobei der Mittelwertrechner (721) einen gleitenden Mittelwert von Intervallen, die der Abtastfrequenz entsprechen, berechnet.