JP2009115486A - Length measuring method by coincidence method of low coherence interference - Google Patents

Length measuring method by coincidence method of low coherence interference Download PDF

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Koichi Matsumoto
弘一 松本
Akiko Hirai
亜紀子 平井
Kaoru Sasaki
薫 佐々木
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a length measuring method capable of determining accurately a position of an interference fringe without being influenced by amplitude fluctuation of the interference fringe. <P>SOLUTION: A size measuring method utilizing a tandem low coherence interferometer 1 wherein a measuring interferometer 3 is connected to a reference interferometer 4 through an optical fiber 5, which is a high-precision length measuring method by a coincidence method of low coherence interference, is characterized as follows: two wavelengths having each different center wavelength are input into the tandem low coherence interferometer 1 by a low coherence light source; each interference fringe on two points (a gage surface and a base plate surface) of a block gage 2 to be measured is formed relative to the two respective wavelengths; each phase of mutually corresponding interference fringes on the two points is measured; and a distance between the two points of a measuring object is determined by a combination of phases of mutually most coincident values relative to the phases measured respectively with respect to the two respective wavelengths. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、低コヒーレンス干渉の合致法による高精度で長さを測定する方法に関する。   The present invention relates to a method for measuring a length with high accuracy by a low coherence interference matching method.

各種の産業技術分野の生産現場あるいは研究部門において、精密な長さ測定が重要であり、精密機械工業や半導体関連工業における精密加工や寸法測定において、特に精密な長さ測定が求められている。   Precise length measurement is important in production sites or research departments in various industrial technical fields, and particularly precise length measurement is required in precision processing and dimensional measurement in the precision machine industry and semiconductor-related industry.

(低コヒーレンス干渉)
従来、低いコヒーレンス長の光による二光束干渉計を利用した測長が知られている。この二光束干渉計によれば、干渉縞は、干渉計の光路長が等しい時に最大振幅で形成され、光路長の差が大きくなると干渉縞の振幅が次第に小さくなる。従って、このような干渉縞パターンのエンベロープを利用して、最大振幅の干渉縞の空間位置を決定すれば、精密な位置決めが可能である。
(Low coherence interference)
Conventionally, length measurement using a two-beam interferometer using light with a low coherence length is known. According to this two-beam interferometer, the interference fringes are formed with the maximum amplitude when the optical path lengths of the interferometers are equal, and the amplitude of the interference fringes gradually decreases as the optical path length difference increases. Therefore, if the spatial position of the interference fringe having the maximum amplitude is determined using the envelope of the interference fringe pattern, precise positioning is possible.

(タンデム低コヒーレンス干渉)
低いコヒーレンス長の光による二光束干渉計を利用したものとして、図1に示すように、二つの低コヒーレンス干渉計(参照干渉計と測定干渉計)をタンデムに構成するタンデム低コヒーレンス干渉を利用したものが知られている。
(Tandem low coherence interference)
As shown in Fig. 1, tandem low-coherence interference is used, which consists of two low-coherence interferometers (reference interferometer and measurement interferometer) in tandem as a two-beam interferometer using light of low coherence length. Things are known.

このタンデム低コヒーレンス干渉では、参照干渉計の光路長差(D−D)を、利用した光源のコヒーレンス長よりも長くしておくと、この干渉計だけでは干渉しない。これと同じように、測定干渉計も設定する。 In this tandem low coherence interference, if the optical path length difference (D 0 −D 1 ) of the reference interferometer is set longer than the coherence length of the light source used, this interferometer alone will not interfere. In the same way, a measurement interferometer is set up.

この参照干渉計からの出力光を、測定干渉計に入力させると、これらの干渉計は一体となるので、測定干渉計の光路長の差(D−D)が、参照干渉計と一致するときのみに、通常の単一干渉計と同種の干渉縞が形成されるので、空間位置決めが可能である。 When the output light from this reference interferometer is input to the measurement interferometer, these interferometers are integrated, so the optical path length difference (D 2 -D 3 ) of the measurement interferometer matches that of the reference interferometer. Only when this is done, an interference fringe of the same kind as that of a normal single interferometer is formed, so that spatial positioning is possible.

(遠隔測定)
ところで、このタンデム低コヒーレンス干渉を利用して、参照干渉計と測定干渉計とを光ファイバーで連結すると、参照干渉計と測定干渉計とを数百kmの距離も離すことができるので、遠隔測定が可能になる。本発明者等は、すでにこのような遠隔測定について提案を行っている(特許文献1参照)。
特許520327号公報
(Telemetry)
By the way, if the reference interferometer and the measurement interferometer are connected by an optical fiber using this tandem low coherence interference, the reference interferometer and the measurement interferometer can be separated by a distance of several hundred km. It becomes possible. The present inventors have already proposed such remote measurement (see Patent Document 1).
Japanese Patent No.520327

上記従来の低コヒーレンス干渉計の問題点を、図3を参照して説明する。図3(a)は、干渉計を電歪装置によって走査して形成される干渉縞の状態を示し、異なる時刻に取得されたデータである。ここで、ETRAC000、ETRAC010、ETRAC020等の記号は、繰り返し測定を行った時のデータ番号を示し、縦軸は干渉縞の振幅を示す電圧である。図3(b)はその一部(縦楕円太線で囲った部分)の拡大図である。大気ゆらぎや機械的振動などによって干渉縞の振幅の変動が発生し、干渉縞の振幅の最大と最小のセットが異なる場合がある。このため、干渉縞次数を一義的に決定することが困難である。   The problems of the conventional low coherence interferometer will be described with reference to FIG. FIG. 3A shows the state of interference fringes formed by scanning the interferometer with an electrostrictive device, and is data acquired at different times. Here, symbols such as ETRAC000, ETRAC010, and ETRAC020 indicate data numbers when repeated measurement is performed, and the vertical axis indicates a voltage indicating the amplitude of interference fringes. FIG. 3B is an enlarged view of a part (portion surrounded by a vertical ellipse thick line). Interference fringe amplitude fluctuations may occur due to atmospheric fluctuations, mechanical vibrations, etc., and the maximum and minimum sets of interference fringe amplitudes may be different. For this reason, it is difficult to uniquely determine the interference fringe order.

従来の低コヒーレンス干渉法は、大気ゆらぎや機械的振動などにより振幅ゆらぎを受けて、干渉縞の振幅が変動する場合が存在する。特に、低コヒーレンス干渉計をタンデムに配置すると、SN比がさらに悪くなるので、干渉縞の振幅変動が大きくなることが存在する。   In the conventional low coherence interferometry, there is a case where the amplitude of interference fringes fluctuates due to the amplitude fluctuation due to atmospheric fluctuation or mechanical vibration. In particular, when the low coherence interferometer is arranged in tandem, the SN ratio is further deteriorated, so that the amplitude fluctuation of the interference fringes may increase.

したがって、低コヒーレンス光源のスペクトル幅に応じて、干渉縞パターンの最大付近は振幅の変化が緩やかになることもあって、最大振幅の干渉縞がゼロ光路差で無い場合が存在する。このため、干渉縞の位置の決定が一義的にならないことがある。このために、数フリンジ(λ/2の整数倍)の誤差が発生することがある。   Therefore, depending on the spectral width of the low-coherence light source, the amplitude change may be moderate near the maximum of the interference fringe pattern, and there is a case where the interference fringe with the maximum amplitude is not a zero optical path difference. For this reason, the determination of the position of the interference fringes may not be unique. For this reason, an error of several fringes (integer multiple of λ / 2) may occur.

本発明は、上記従来の低コヒーレンス干渉計、特にタンデム低コヒーレンス干渉計の問題点を解決することを目的とするものであり、干渉縞の振幅ゆらぎに影響されず、干渉縞の位置の決定を精度良く行える長さ測定方法を実現することを課題とするものである。   The present invention aims to solve the problems of the above-described conventional low-coherence interferometer, in particular, a tandem low-coherence interferometer, and is able to determine the position of the interference fringe without being affected by the amplitude fluctuation of the interference fringe. It is an object of the present invention to realize a length measuring method that can be performed with high accuracy.

本発明は上記課題を解決するために、低コヒーレンス干渉を利用した寸法測定方法において、中心波長の異なる2つの波長の低コヒーレンス光源による干渉縞の位相決定を行い、これらの位相の測定値を用いて合致をとることによって、2点間の距離を決定することを特徴とする低コヒーレンス干渉の合致法による高精度長さ測定方法を提供する。   In order to solve the above-mentioned problems, the present invention performs phase determination of interference fringes using low-coherence light sources having two wavelengths having different center wavelengths in a dimension measurement method using low-coherence interference, and uses measured values of these phases. And providing a high-accuracy length measurement method using a low-coherence interference matching method, wherein the distance between two points is determined by matching.

本発明は上記課題を解決するために、測定干渉計と参照干渉計が、光ファイバーを介して結合されているタンデム低コヒーレンス干渉計を利用した寸法測定方法において、2つの低コヒーレンス光源により、中心波長の異なる2つの波長をタンデム低コヒーレンス干渉計に入力し、2つの波長のそれぞれについて、被測定物の2点についての干渉縞を形成し、上記2点についての互いに対応する干渉縞の位相を測定し、2つの波長についてそれぞれ測定した上記位相について、互いに最も合致した値の位相の組み合わせにより、被測定物の2点間の距離を決定することを特徴とする低コヒーレンス干渉の合致法による高精度長さ測定方法を提供する。   In order to solve the above-described problem, the present invention provides a dimensional measurement method using a tandem low-coherence interferometer in which a measurement interferometer and a reference interferometer are coupled via an optical fiber. Two different wavelengths are input to a tandem low coherence interferometer, and for each of the two wavelengths, interference fringes are formed at two points of the object to be measured, and the phases of the corresponding interference fringes at the two points are measured. In addition, for the above-described phases measured for two wavelengths, the distance between two points of the object to be measured is determined by the combination of the phases that best match each other. Provide a length measurement method.

本発明によると次のような効果が生じる。
(1)本発明では、使用される光源のコヒーレンス度には依存しないで、精密測定が可能となる。つまり、ブロードスペクトルの光源を用いなくても(一般に、最大振幅の干渉縞次数の決定が困難)、任意の極大干渉縞の位相を求めれば良いので、正確な長さ測定が可能であることである。
According to the present invention, the following effects are produced.
(1) In the present invention, precise measurement is possible without depending on the degree of coherence of the light source used. That is, even if a broad spectrum light source is not used (in general, it is difficult to determine the order of interference fringes with the maximum amplitude), it is only necessary to obtain the phase of an arbitrary maximum interference fringe. is there.

(2)コヒーレンス度の良い光源においては、タンデムの単一の干渉計だけでも干渉現象が発生し、長さ測定特有の周期誤差が発生するが、本発明では、それぞれの干渉計の光路長差を、使用する光源のコヒーレンス長よりも長くしておくことにより、この問題を解決可能である。 (2) In a light source with a high degree of coherence, an interference phenomenon occurs even with a single tandem interferometer, and a periodic error peculiar to length measurement occurs. In the present invention, the optical path length difference of each interferometer Can be made longer than the coherence length of the light source to be used.

つまり、図9に示すような、波長1.55μmでスペクトル幅約500MHzのコヒーレンス度の良い光源では、コヒーレンス長が60cmとなるが、本願発明では、使用光源のコヒーレンス度に応じて、タンデム干渉計の各低コヒーレンス干渉計の光路差を変えることにより(図8参照)、長さ測定特有の周期誤差の問題を解決することが可能である。   That is, in the light source having a wavelength of 1.55 μm and a spectrum width of about 500 MHz with a good coherence degree as shown in FIG. 9, the coherence length is 60 cm. However, in the present invention, a tandem interferometer is used according to the coherence degree of the light source used. By changing the optical path difference of each of the low-coherence interferometers (see FIG. 8), it is possible to solve the problem of periodic error peculiar to length measurement.

本発明に係る低コヒーレンス干渉の合致法による長さ測定方法の実施の形態を実施例に基づいて図面を参照して、以下に説明する。   Embodiments of a length measurement method using a low coherence interference matching method according to the present invention will be described below with reference to the drawings based on examples.

本発明に係る長さ測定方法を、図2に示すタンデム低コヒーレンス干渉計1により、被測定物である被測定ブロックゲージ2を測定する例において説明する。このタンデム低コヒーレンス干渉計1は、測定干渉計3と参照干渉計4が、光ファイバー5(この例では遠隔地における測定でも可能なように一般通信用光ファイバーを利用している。)を介して結合されている。   The length measurement method according to the present invention will be described in an example in which the block gauge 2 to be measured is measured by the tandem low coherence interferometer 1 shown in FIG. In this tandem low coherence interferometer 1, a measurement interferometer 3 and a reference interferometer 4 are coupled via an optical fiber 5 (in this example, an optical fiber for general communication is used so that measurement at a remote place is possible). Has been.

低コヒーレンス光源(ASE、SLDなど)からの低コヒーレンス光が、光ファイバーサーキュレーター6と一般通信用光ファイバー5とを経て、測定干渉計3に入る。測定干渉計3では、コリメータ7を経てビームスプリッター8に入射し、ビームスプリッター8から、低コヒーレンス光がベースプレート9に向かう第1の低コヒーレンス光10と、被測定ブロックゲージ2に向かう第2の低コヒーレンス光11と、参照鏡12に向かう参照光13に分割される。   Low coherence light from a low coherence light source (ASE, SLD, etc.) enters the measurement interferometer 3 through the optical fiber circulator 6 and the general communication optical fiber 5. In the measurement interferometer 3, the light enters the beam splitter 8 through the collimator 7, and the low low coherence light 10 travels from the beam splitter 8 toward the base plate 9 and the second low coherence light travels toward the block gauge 2 to be measured. The light is divided into coherence light 11 and reference light 13 directed to the reference mirror 12.

第1の低コヒーレンス光10は、ベースプレート9から反射し、参照光13とともに、ビームスプリッター8、コリメータ7を経て、参照干渉計4に入る。   The first low-coherence light 10 is reflected from the base plate 9 and enters the reference interferometer 4 through the beam splitter 8 and the collimator 7 together with the reference light 13.

測定干渉計3からの第1の低コヒーレンス光10は、参照干渉計4において、コリメータ14を通してビームスプリッター15に入射し、ビームスプリッター15で、参照鏡16及びステージ17内のコーナーリフレクター18に向けて分割される。なお、コーナーリフレクター18は、ステージ17内で電歪素子19により光路方向に移動可能な構成となっている。   The first low-coherence light 10 from the measurement interferometer 3 enters the beam splitter 15 through the collimator 14 in the reference interferometer 4, and is directed toward the reference reflector 16 and the corner reflector 18 in the stage 17 by the beam splitter 15. Divided. The corner reflector 18 is configured to be movable in the optical path direction by the electrostrictive element 19 in the stage 17.

参照鏡16で反射された第1の低コヒーレンス光10は、ビームスプリッター15を通して検出器20に入る。コーナーリフレクター18で反射された第1低コヒーレンス光10は、さらに反射鏡21により反射されてコーナーリフレクター18に戻り、ビームスプリッター15を通して検出器20に入る。   The first low-coherence light 10 reflected by the reference mirror 16 enters the detector 20 through the beam splitter 15. The first low-coherence light 10 reflected by the corner reflector 18 is further reflected by the reflecting mirror 21 and returns to the corner reflector 18 and enters the detector 20 through the beam splitter 15.

参照干渉計4をベースプレート9の表面の位置と一致するように、ステージ17内で電歪素子19などによって光路長差を調整すると、第1の低コヒーレンス光10について、低コヒーレンス干渉縞が形成されるので、この干渉縞測定により、ベースプレート9の表面の空間位置決めが可能である。   When the optical path length difference is adjusted by the electrostrictive element 19 or the like in the stage 17 so that the reference interferometer 4 coincides with the position of the surface of the base plate 9, a low coherence interference fringe is formed for the first low coherence light 10. Therefore, spatial positioning of the surface of the base plate 9 is possible by this interference fringe measurement.

一方、測定干渉計3における第2の低コヒーレンス光11は、被測定ブロックゲージ2で反射され、参照光13とともに、第1の低コヒーレンス光10と同様の経路で参照干渉計4に入り、参照干渉計4内では第1の低コヒーレンス光10と同様にビームスプリッター15で、参照鏡16及びステージ17内のコーナーリフレクター18に向けて分割され、それぞれ参照鏡16及びコーナーリフレクター18で反射されて検出器20に入る。   On the other hand, the second low coherence light 11 in the measurement interferometer 3 is reflected by the block gauge 2 to be measured and enters the reference interferometer 4 along with the reference light 13 along the same path as the first low coherence light 10. In the interferometer 4, similarly to the first low-coherence light 10, the beam is split by the beam splitter 15 toward the reference mirror 16 and the corner reflector 18 in the stage 17, and reflected and detected by the reference mirror 16 and the corner reflector 18, respectively. Enter the vessel 20.

この第2の低コヒーレンス光11についても、参照干渉計4の光路長差を、ステージ17内で電歪素子19などによって測定干渉計3の被測定ブロックゲージ2の表面の位置に合わせると、前記の同様な干渉縞干渉縞が形成されるので、被測定ブロックゲージ2の表面の空間位置決めが可能となる。   For the second low-coherence light 11 as well, when the optical path length difference of the reference interferometer 4 is adjusted to the position of the surface of the block gauge 2 to be measured of the measurement interferometer 3 by the electrostrictive element 19 or the like in the stage 17, Since the similar interference fringes are formed, the spatial positioning of the surface of the block gauge 2 to be measured becomes possible.

このようにして、被測定ブロックゲージ2の表面とベースプレート9のそれぞれの空間位置が決められるので、被測定ブロックゲージ2の寸法測定が可能となる。この例では、遠隔での被測定ブロックゲージ2の寸法測定が実現される。   In this way, since the spatial positions of the surface of the block gauge 2 to be measured and the base plate 9 are determined, the dimensions of the block gauge 2 to be measured can be measured. In this example, remote measurement of the block gauge 2 to be measured is realized.

以上のとおり、図2に示すタンデム低コヒーレンス干渉計1は、低コヒーレンス光源(ASE)22からの光は、光ファイバーサーキュレーター6と一般通信用光ファイバー5とを経て、測定干渉計3に入射し、被測定ブロックゲージ2で反射して元に戻る。   As described above, in the tandem low coherence interferometer 1 shown in FIG. 2, the light from the low coherence light source (ASE) 22 enters the measurement interferometer 3 through the optical fiber circulator 6 and the general communication optical fiber 5, Reflected by the measurement block gauge 2 and returned to the original state.

この光は、参照干渉計4に入射し、参照干渉計4を被測定ゲージ表面の位置と一致するように、ステージ17内で電歪素子19などによって光路長差を調整すると、低コヒーレンス干渉縞が形成されるので、この干渉縞測定により空間位置決めが可能である。   When this light is incident on the reference interferometer 4 and the optical path length difference is adjusted by the electrostrictive element 19 or the like in the stage 17 so that the reference interferometer 4 coincides with the position of the surface of the gauge to be measured, a low coherence interference fringe is obtained. Therefore, spatial positioning is possible by this interference fringe measurement.

次に、参照干渉計4の光路長差を、測定干渉計3のベースプレート9の位置に合わせると、前記の同様な干渉縞干渉縞が形成されるので、空間位置決めが可能となり、当該の被測定ブロックゲージ2の寸法測定が遠隔で実現される。   Next, when the optical path length difference of the reference interferometer 4 is matched with the position of the base plate 9 of the measurement interferometer 3, the same interference fringe interference fringes as described above are formed, so that spatial positioning becomes possible and the measured object is measured. The dimension measurement of the block gauge 2 is realized remotely.

このようなタンデム低コヒーレンス干渉計1において、従来は、干渉縞次数の決定が、干渉縞の振幅を利用して行なわれていた。しかし、形成される干渉縞は、一般に、光学系、機械系の機械的振動、電気的SN比、および大気ゆらぎなどにより多くの雑音を含んで入るので、干渉縞の振幅の変動が存在する。このために、偽の干渉縞次数を決定することがある。   In such a tandem low-coherence interferometer 1, conventionally, the order of interference fringes has been determined by using the amplitude of the interference fringes. However, the interference fringes that are formed generally contain more noise due to the optical system, mechanical vibrations of the mechanical system, electrical signal-to-noise ratio, atmospheric fluctuations, etc., and therefore there are fluctuations in the amplitude of the interference fringes. For this purpose, the false fringe order may be determined.

本願発明の特徴は、このような低コヒーレンス干渉縞が光の振幅ゆらぎによる干渉縞の振幅変動による測定誤差の問題を解決するために、「合致法」という手段を採用する点である。   A feature of the present invention is that such a low coherence interference fringe employs a means called “matching method” in order to solve the problem of measurement error due to amplitude fluctuation of the interference fringe due to amplitude fluctuation of light.

合致法は、波長の異なる光源から、波長λ1、λ2をそれぞれ干渉計に入光させ、ある干渉縞の位相φ1、φ2(実際は、λ/πを乗じたもの)を測定する。これらの位相の測定から、干渉縞の次数を一義的に決定するために、1フリンジ(2分の1波長)だけずれたセットを次のように用意する。
・・・ ・・・
λ1+φ1 λ2+φ2
λ1/2+φ1 λ2/2+φ2
φ1 φ2
−λ1/2+φ1 −λ2/2+φ2
−λ1+φ1 −λ2+φ2
・・・ ・・・
この波長λ1とλ2のセットの中で、両者の値が最も合致するする組み合わせを見つけると、干渉縞の次数が求まり、この時の値が真の決定値となる。
In the coincidence method, the wavelengths λ 1 and λ 2 are respectively incident on the interferometers from light sources having different wavelengths, and the phases φ 1 and φ 2 of the interference fringes (actually multiplied by λ / π) are measured. In order to uniquely determine the order of interference fringes from these phase measurements, a set shifted by one fringe (half wavelength) is prepared as follows.
...
λ 1 + φ 1 λ 2 + φ 2
λ 1/2 + φ 1 λ 2/2 + φ 2
φ 1 φ 2
-Λ 1/2 + φ 1 -λ 2/2 + φ 2
−λ 1 + φ 1 −λ 2 + φ 2
...
When a combination that matches the values of the wavelengths λ 1 and λ 2 is found, the order of the interference fringes is obtained, and the value at this time becomes a true decision value.

図4に示すように、中心波長の異なる、二つの光源による波長λ1(図4の例では中心波長λ1=1.30μm)と波長λ2(図4の例では中心波長λ=1.50μm)を干渉計に入力すると、図4に示すような干渉縞のパターン信号(光強度の信号)が形成され、検出される。この図4に示すように、波長の異なる2つの波長が合致する箇所は、干渉縞の振幅が最大となる箇所である。 As shown in FIG. 4, a wavelength λ 1 (center wavelength λ 1 = 1.30 μm in the example of FIG. 4) and a wavelength λ 2 (center wavelength λ 2 = 1 in the example of FIG. 4) having different center wavelengths. .50 μm) is input to the interferometer, an interference fringe pattern signal (light intensity signal) as shown in FIG. 4 is formed and detected. As shown in FIG. 4, a location where two wavelengths having different wavelengths match is a location where the amplitude of the interference fringe is maximized.

そこで、このような合致法の原理を本発明に適用し、図2に示すタンデム低コヒーレンス干渉計1において、2つの光源を用い、互いに異なる2波長λ1、λ2を入力すると、図5に示すように、2波長λ1、λ2のそれぞれについて、第1低コヒーレンス光10による被測定ゲージ面における干渉信号、及び第2低コヒーレンス光11によるベースプレート9における干渉縞のパターン信号(光強度の信号)が得られる。 Therefore, when the principle of the matching method is applied to the present invention and two light sources are used in the tandem low coherence interferometer 1 shown in FIG. 2 and two different wavelengths λ 1 and λ 2 are input, FIG. As shown, for each of the two wavelengths λ 1 and λ 2 , an interference signal on the measurement gauge surface by the first low-coherence light 10 and an interference fringe pattern signal on the base plate 9 by the second low-coherence light 11 (of the light intensity). Signal).

2波長λ1、λ2について、図5に示す干渉縞のパターン信号の内で、最大振幅の干渉縞を見つけるのではなくて、どれか一つの極大の干渉縞を特定し、その干渉縞の位相を測定する。2波長λ1、λ2について、それぞれ測定して得られた位相のうち、互いに最も近いものの組み合わせが、被測定ブロックゲージ2長さの真の値に近い。 For the two wavelengths λ 1 and λ 2 , instead of finding the interference pattern having the maximum amplitude in the pattern signal of the interference pattern shown in FIG. Measure the phase. Of the phases obtained by measuring the two wavelengths λ 1 and λ 2 , the combination of the phases closest to each other is close to the true value of the length of the block gauge 2 to be measured.

図6は、2波長λ1、λ2のそれぞれについて、各極大の干渉縞の位相の測定例を示す図である。このような測定から、各波長においていろいろな寸法(長さ)が想定される。だが、これらの測定値は、使用した光源の中心波長の二分の一の整数倍となっていることが分かる。 FIG. 6 is a diagram illustrating a measurement example of the phase of each interference fringe for each of the two wavelengths λ 1 and λ 2 . From these measurements, various dimensions (lengths) are assumed at each wavelength. However, it can be seen that these measurements are an integral multiple of one-half of the center wavelength of the light source used.

実際に、各波長での測定値について、互いに近い値の組み合わせを示すと、図7に示すものが得られる。これから、波長λ1の+2.50と波長λの+2.52の組み合わせが、合致度が−0.02であり、最も互いに近似した値の組み合わせであるので、その算術平均値である2.51を決定値とした。 Actually, when the measured values at each wavelength are shown as combinations of values close to each other, what is shown in FIG. 7 is obtained. Since the combination of +2.50 of the wavelength λ 1 and +2.52 of the wavelength λ 2 has a matching degree of −0.02 and is a combination of values that are closest to each other, it is the arithmetic average value thereof. 51 was determined.

このように、本発明では、干渉縞の内、最も大きな振幅を有するものに着目するのではなく、2つの波長のそれぞれについて、適宜大きな干渉縞に注目しその位相を測定し、互いに近似した位相を利用して長さの測定を行なうことで、雑音の多い信号においても、最終の測定精度は大幅に向上することができる。   Thus, in the present invention, instead of focusing on the interference fringe having the largest amplitude, for each of the two wavelengths, pay attention to the appropriately large interference fringe, measure the phase thereof, and approximate phases to each other. By measuring the length using, the final measurement accuracy can be greatly improved even in a noisy signal.

本発明では、使用される光源のコヒーレンス度には依存しないで、精密測定が可能であることである。つまり、ブロードスペクトルの光源を用いなくても(一般に、最大振幅の干渉縞次数の決定が困難)、任意の極大干渉縞の位相を求めれば良いので、正確な長さ測定が可能であることである。   In the present invention, precise measurement is possible without depending on the degree of coherence of the light source used. That is, even if a broad spectrum light source is not used (in general, it is difficult to determine the order of interference fringes with the maximum amplitude), it is only necessary to obtain the phase of an arbitrary maximum interference fringe. is there.

しかしながら、コヒーレンス度の良い光源においては、タンデムの単一の干渉計だけでも干渉現象が発生し、長さ測定特有の周期誤差が発生する。この問題を解決するためには、それぞれの干渉計の光路長差を、使用する光源のコヒーレンス長よりも長くしておけば良い。例えば、図8に示すように、ベースプレート9に向かう第1の低コヒーレンス光10と、被測定ブロックゲージ2に向かう第2の低コヒーレンス光11との光路長差を大きくしておく。   However, in a light source having a high degree of coherence, an interference phenomenon occurs even with a single tandem interferometer, and a periodic error peculiar to length measurement occurs. In order to solve this problem, the optical path length difference of each interferometer may be set longer than the coherence length of the light source to be used. For example, as shown in FIG. 8, the optical path length difference between the first low-coherence light 10 traveling toward the base plate 9 and the second low-coherence light 11 traveling toward the block gauge 2 to be measured is increased.

つまり、図9のようなコヒーレンス度の良い光源を使用した場合、使用光源のコヒーレンス度に応じて、タンデム干渉計の各低コヒーレンス干渉計の光路差を変えることが可能である。この意義は非常に大きい。   That is, when a light source with a good coherence degree as shown in FIG. 9 is used, the optical path difference of each low-coherence interferometer of the tandem interferometer can be changed according to the coherence degree of the light source used. This significance is very great.

以上、本発明に係る低コヒーレンス干渉の合致法による長さ測定方法の最良の形態を実施例に基づいて説明したが、本発明はこのような実施例に限定されることなく、特許請求の範囲記載の技術的事項の範囲内で、いろいろな実施例があることは言うまでもない。   The best mode of the length measurement method using the low coherence interference matching method according to the present invention has been described above based on the embodiments. However, the present invention is not limited to such embodiments, and It goes without saying that there are various embodiments within the scope of the technical matter described.

本発明に係る低コヒーレンス干渉の合致法による長さ測定方法は、以上のような構成であるから、各家庭に連結されている、一般通信用光源(スペクトル幅が狭いが、各波長分野においてL、Sなどのスペクトル)を利用しても、精密な長さ測定が可能になり、今後、通信分野の事業との連携が可能になり、今後の発展が大いに期待される。計測光ファイバーネットワークだけでなく、光通信ネットワークの利用も可能になるので今後の大きな発展を期待出来る。   Since the length measurement method according to the low coherence interference matching method according to the present invention has the above-described configuration, it is connected to each home and is connected to a general communication light source (having a narrow spectrum width, but in each wavelength field, L , S, etc.) can be used for precise length measurement, and in the future it will be possible to collaborate with businesses in the communications field, and future development is highly expected. Since not only the measurement optical fiber network but also the optical communication network can be used, a great future development can be expected.

タンデム型低コヒーレンス干渉計の原理を説明する図である。It is a figure explaining the principle of a tandem type low coherence interferometer. 本発明の方法が適用されるタンデム型低コヒーレンス干渉計を説明する図である。It is a figure explaining the tandem type low coherence interferometer to which the method of the present invention is applied. 形成される低コヒーレンス干渉縞の振幅ゆらぎによる干渉縞次数の決定の問題点を説明する図である。It is a figure explaining the problem of the determination of the interference fringe order by the amplitude fluctuation of the low coherence interference fringe formed. 異なる波長の光源で測定した場合の低コヒーレンス干渉縞の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the low coherence interference fringe at the time of measuring with the light source of a different wavelength. 異なる波長の光源で測定した場合のタンデム型低コヒーレンス干渉計の干渉縞の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the interference fringe of a tandem type | mold low coherence interferometer at the time of measuring with the light source of a different wavelength. タンデム型低コヒーレンス干渉計に合致法を適用した実験例の解析を説明する図である。It is a figure explaining the analysis of the experiment example which applied the coincidence method to the tandem-type low coherence interferometer. タンデム型低コヒーレンス干渉計に合致法を適用した実験例の解析結果を説明する図である。It is a figure explaining the analysis result of the example of experiment which applied the coincidence method to the tandem type low coherence interferometer. 本発明の方法が適用される光路差の大きなタンデム型低コヒーレンス干渉計を説明する図である。It is a figure explaining the tandem type | mold low coherence interferometer with a large optical path difference with which the method of this invention is applied. コヒーレンスの良い光源を使用した場合の低コヒーレンス干渉計の干渉縞の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the interference fringe of a low-coherence interferometer at the time of using a light source with good coherence.

符号の説明Explanation of symbols

1 タンデム低コヒーレンス干渉計
2 被測定ブロックゲージ
3 測定干渉計
4 参照干渉計
5 光ファイバー
6 光ファイバーサーキュレーター
7 コリメータ
8 ビームスプリッター
9 ベースプレート
10 第1の低コヒーレンス光
11 第2の低コヒーレンス光
12 参照鏡
13 参照光
14 コリメータ
15 ビームスプリッター
16 参照鏡
17 ステージ
18 コーナーリフレクター
19 電歪素子
20 検出器
21 反射鏡
22 低コヒーレンス光源(ASE)
1 Tandem low coherence interferometer
2 Block gauge to be measured
3 Measurement interferometer
4 Reference interferometer
5 Optical fiber
6 Optical fiber circulator
7 Collimator
8 Beam splitter
9 Base plate
10 First low coherence light
11 Second low-coherence light
12 Reference mirror
13 Reference light
14 Collimator
15 Beam splitter
16 Reference mirror
17 stages
18 Corner reflector
19 Electrostrictive element
20 Detector
21 Reflector
22 Low coherence light source (ASE)

Claims (2)

低コヒーレンス干渉を利用した寸法測定方法において、
中心波長の異なる2つの波長の低コヒーレンス光源による干渉縞の位相決定を行い、これらの位相の測定値を用いて合致をとることによって、2点間の距離を決定することを特徴とする低コヒーレンス干渉の合致法による高精度長さ測定方法。
In the dimension measurement method using low coherence interference,
Low coherence, characterized in that the phase of interference fringes is determined by a low-coherence light source of two wavelengths having different central wavelengths, and the distance between the two points is determined by matching the measured values of these phases. High-precision length measurement method by interference matching method.
測定干渉計と参照干渉計が、光ファイバーを介して結合されているタンデム低コヒーレンス干渉計を利用した寸法測定方法において、
2つの低コヒーレンス光源により、中心波長の異なる2つの波長をタンデム低コヒーレンス干渉計に入力し、2つの波長のそれぞれについて、被測定物の2点についての干渉縞を形成し、上記2点についての互いに対応する干渉縞の位相を測定し、
2つの波長についてそれぞれ測定した上記位相について、互いに最も合致した値の位相の組み合わせにより、被測定物の2点間の距離を決定することを特徴とする低コヒーレンス干渉の合致法による高精度長さ測定方法。
In a dimensional measurement method using a tandem low coherence interferometer in which a measurement interferometer and a reference interferometer are coupled via an optical fiber,
Two low-coherence light sources are used to input two wavelengths having different center wavelengths to a tandem low-coherence interferometer, and for each of the two wavelengths, interference fringes are formed for two points of the object to be measured. Measure the phase of the corresponding interference fringes,
For the above-mentioned phases measured for two wavelengths, the distance between two points of the object to be measured is determined by the combination of the phases that best match each other. Measuring method.
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