JP2010038674A - Measuring apparatus of absolute position - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inexpensive measuring apparatus capable of precisely measuring an absolute position. <P>SOLUTION: This measuring apparatus 100 includes a first light source 1 for radiating a first light beam, a second light source 2 for radiating a second light beam whose coherency is lower than that of the first light beam, a first beam splitter 3 for superposing the second light beam to the first light beam, a second beam splitter 4 for splitting radiation light radiated from the first beam splitter into measurement light and reference light, an interference measuring device 8 for detecting an interference signal by synthesizing the reference light with reflection light of the measurement light, and a signal processing device 20 for processing a signal output from the interference measuring device. Wavelengths of the first light beam and the second light beam are set to be the same. The signal processing device 20 includes signal intensity measuring sections 14-1, 14-2 for measuring an intensity of an interference signal obtained from the second light source 2 and an origin determining section 16 that determines that a maximum point of the intensity of the interference signal obtained from the second light source 2 is an origin point. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は絶対位置の計測装置に係り、特に、二つの光源を用いて被計測物の絶対位置を計測する計測装置に関する。     The present invention relates to an absolute position measurement apparatus, and more particularly to a measurement apparatus that measures the absolute position of an object to be measured using two light sources.

従来から、干渉性と波長の異なる二つの光源を用いて被計測物の絶対位置を計測するレーザ干渉計が提案されている。このようなレーザ干渉計では、二つの光源のうち干渉性の低い光源による干渉信号の強度が最大となる点、又は、双方の光源による干渉信号の位相が一致した点に最も近い干渉性の高い光源による干渉信号位相の特定点を被計測物の原点と判定している。     Conventionally, a laser interferometer that measures the absolute position of an object to be measured using two light sources having different coherence and wavelengths has been proposed. In such a laser interferometer, the coherence that is closest to the point where the intensity of the interference signal from the light source with low coherence among the two light sources is maximized or the phase of the interference signal from both light sources coincides. The specific point of the interference signal phase by the light source is determined as the origin of the object to be measured.

例えば、特許文献1には、低可干渉性の光の干渉出力のピーク(振幅のピーク)と高可干渉性のレーザ光の干渉出力から原点(測定原点)を決定することが開示されている。また、特許文献2には、低可干渉性の光の干渉出力と高可干渉性のレーザ光の干渉出力の位相差と低可干渉性の光の干渉出力の強度情報から原点を検出することが開示されている。     For example, Patent Document 1 discloses that an origin (measurement origin) is determined from an interference output peak (amplitude peak) of low coherence light and an interference output of high coherence laser light. . Patent Document 2 discloses that the origin is detected from the phase difference between the interference output of the low coherence light and the interference output of the high coherence laser light and the intensity information of the interference output of the low coherence light. Is disclosed.


特開2007−33317号公報JP 2007-33317 A 特開2007−33318号公報JP 2007-33318 A

ところが、干渉計の内部に設けられた光学素子の特性は、波長に依存して変化する、すなわち光学素子は波長依存性を有する。このため、波長の異なる二つの光源を用いる場合、光学素子の波長依存性のため、双方の光源による干渉信号を最適な状態に保つことが困難となる。     However, the characteristics of the optical element provided in the interferometer change depending on the wavelength, that is, the optical element has wavelength dependency. For this reason, when two light sources having different wavelengths are used, it is difficult to keep the interference signals from both light sources in an optimum state due to the wavelength dependence of the optical element.

例えば、干渉計に用いられるガラス材料は、屈折率に波長依存性がある。このため、ガラス材料を一方の光源に対して最適な配置とした場合、他方の光源に対しては最適点からずれが生じる。この結果、干渉信号の不均一が生じる。同様の問題は、波長板、グレーチングなど、干渉計を構成する種々の部品で生じる。このため、干渉計の特性に制約が加えられることになる。     For example, a glass material used for an interferometer has a wavelength dependency in refractive index. Therefore, when the glass material is optimally arranged for one light source, the other light source is deviated from the optimum point. This results in non-uniform interference signals. Similar problems occur with various parts constituting the interferometer, such as wave plates and gratings. This places restrictions on the characteristics of the interferometer.

また、干渉性の低い光源による干渉信号の強度が最大となる位置、又は、双方の光源による干渉信号の位相が一致する位置は、光源波長の変化に伴って変動し、原点位置が正確に定まらないという問題がある。     In addition, the position where the intensity of the interference signal from the light source with low coherence becomes maximum, or the position where the phases of the interference signals from both light sources match, fluctuates with the change in the light source wavelength, and the origin position is accurately determined. There is no problem.

本発明の一側面としての絶対位置の計測装置は、第一の光線を射出する第一の光源と、前記第一の光線より干渉性の低い第二の光線を射出する第二の光源と、前記第一の光線に前記第二の光線を重ね合わせる第一のビームスプリッタと、前記第一のビームスプリッタからの射出光を計測光と参照光とに分岐する第二のビームスプリッタと、前記参照光及び前記計測光の反射光を合成して干渉信号を検出する干渉計測装置と、前記干渉計測装置から出力された信号を処理する信号処理装置とを有し、前記第一の光線及び前記第二の光線の波長は同一に設定されており、前記信号処理装置は、前記第二の光源から得られる干渉信号の強度を計測する信号強度計測部、及び、該第二の光源から得られる干渉信号の強度の最大点を原点と判定する原点判定部、を有する。   The absolute position measuring device according to one aspect of the present invention includes a first light source that emits a first light beam, a second light source that emits a second light beam having lower coherence than the first light beam, A first beam splitter for superimposing the second light beam on the first light beam, a second beam splitter for branching the emitted light from the first beam splitter into measurement light and reference light, and the reference An interference measurement device for detecting an interference signal by combining light and reflected light of the measurement light, and a signal processing device for processing a signal output from the interference measurement device, wherein the first light beam and the first light beam The wavelengths of the two light beams are set to be the same, and the signal processing device includes a signal intensity measuring unit that measures the intensity of the interference signal obtained from the second light source, and the interference obtained from the second light source. Origin that determines the maximum point of signal strength as the origin Tough, with a.

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。   Other objects and features of the present invention are illustrated in the following examples.

本発明によれば、安価で高精度の絶対位置の計測装置を提供することができる。     According to the present invention, an inexpensive and highly accurate absolute position measuring device can be provided.

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。     Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each figure, the same members are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

まず、本実施例における計測装置100の全体構成について説明する。図1は、本実施例における計測装置100の全体構成図である。     First, the overall configuration of the measurement apparatus 100 in the present embodiment will be described. FIG. 1 is an overall configuration diagram of a measuring apparatus 100 according to the present embodiment.

計測装置100は絶対位置の計測装置であり、具体的には、第一の光源1及び第二の光源2からなる二つの光源を用いて、被計測物の原点計測が可能なレーザ干渉計である。計測装置100においては、第一の光源1から射出される第一の光線と第二の光源2から射出される第二の光線の波長が同一に設定されている。     The measuring apparatus 100 is an absolute position measuring apparatus. Specifically, the measuring apparatus 100 is a laser interferometer capable of measuring the origin of an object to be measured using two light sources including a first light source 1 and a second light source 2. is there. In the measuring apparatus 100, the wavelengths of the first light beam emitted from the first light source 1 and the second light beam emitted from the second light source 2 are set to be the same.

本実施例のように、第一の光線と第二の光線の波長が互いに等しい場合、計測装置内の各光学素子の特性は、双方の光源からの光に対して同等となる。このため、本実施例の計測装置100では、双方の光源から射出される光に対して、最適な部品配置が可能となる。     When the wavelengths of the first light beam and the second light beam are equal to each other as in the present embodiment, the characteristics of each optical element in the measuring device are equivalent to the light from both light sources. For this reason, in the measuring apparatus 100 of a present Example, optimal component arrangement | positioning is attained with respect to the light inject | emitted from both light sources.

第一の光源1はレーザダイオード(LD)であり、干渉性の高い第一の光線を射出する。第二の光源2は発光ダイオード(LED)であり、干渉性の低い第二の光線を射出する。すなわち、第二の光源2から射出される第二の光線は、第一の光源1から射出される第一の光線より干渉性が低い。具体的には、第二の光線の可干渉距離は、第一の光線の可干渉距離の1/10以下、より好ましくは、1/100以下になるように設定される。     The first light source 1 is a laser diode (LD) and emits a first light beam having high coherence. The second light source 2 is a light emitting diode (LED), and emits a second light beam having low coherence. That is, the second light beam emitted from the second light source 2 is less coherent than the first light beam emitted from the first light source 1. Specifically, the coherence distance of the second light beam is set to be 1/10 or less, more preferably 1/100 or less, of the coherence distance of the first light beam.

本実施例において、後述のように、第一の光源1は常時点灯し、第二の光源2は間歇的に点滅を繰り返す。     In the present embodiment, as will be described later, the first light source 1 is always lit and the second light source 2 repeats blinking intermittently.

第一の光源1及び第二の光源2から射出される光線は、反射率50%のノンポラライズドビームスプリッタ3(第一のビームスプリッタ)で合成される。すなわち、ノンポラライズドビームスプリッタ3は、第一の光源1からの光線の透過光と第二の光源2からの光線の反射光とを合成する。このように、ノンポラライズドビームスプリッタ3は、第一の光線に第二の光線を重ね合わせる。ノンポラライズドビームスプリッタ3で合成された光線は、ポラライズドビームスプリッタ4へ導かれる。     Light rays emitted from the first light source 1 and the second light source 2 are combined by a non-polarized beam splitter 3 (first beam splitter) having a reflectance of 50%. That is, the non-polarized beam splitter 3 combines the transmitted light of the light beam from the first light source 1 and the reflected light of the light beam from the second light source 2. In this way, the non-polarized beam splitter 3 superimposes the second light beam on the first light beam. The light beam synthesized by the non-polarized beam splitter 3 is guided to the polarized beam splitter 4.

第一の光源1及び第二の光源2は、ポラライズドビームスプリッタ4に入射した双方の光線が45°の偏向角となるように配置されている。また、ノンポラライズドビームスプリッタ3は、図1中の右方向(ポラライズドビームスプリッタ4の方向)に射出される光線以外に、図1中の下方向へも同様の光線(上下方向の光軸)が射出される。下方向へ射出される光線は、適当な吸収体で処理することができる。また、これに代えて、他のもう一つの干渉計の光源として利用することも可能である。     The first light source 1 and the second light source 2 are arranged so that both light beams incident on the polarized beam splitter 4 have a deflection angle of 45 °. Further, the non-polarized beam splitter 3 has the same light beam (in the vertical direction) in the downward direction in FIG. 1 in addition to the light beam emitted in the right direction (in the direction of the polarized beam splitter 4) in FIG. The optical axis) is emitted. Light rays emitted downward can be treated with a suitable absorber. Alternatively, it can be used as a light source of another interferometer.

ポラライズドビームスプリッタ4(第二のビームスプリッタ)は、入射した光線の半分を透過させ、他の半分を反射する。ポラライズドビームスプリッタ4を透過した光線(計測光)は、1/4波長板5−1を通過することにより円偏光となり、可動のターゲットミラー6で反射する。同様に、ポラライズドビームスプリッタ4において反射した光線(参照光)は、1/4波長板5−2を通過することにより円偏光となり、固定のリファレンスミラー7で反射する。このように、ポラライズドビームスプリッタ4は、ノンポラライズドビームスプリッタ3からの射出光を計測光と参照光とに分岐する。     The polarized beam splitter 4 (second beam splitter) transmits half of the incident light beam and reflects the other half. The light beam (measurement light) that has passed through the polarized beam splitter 4 passes through the quarter-wave plate 5-1 to become circularly polarized light, and is reflected by the movable target mirror 6. Similarly, the light beam (reference light) reflected by the polarized beam splitter 4 becomes circularly polarized light by passing through the quarter-wave plate 5-2 and is reflected by the fixed reference mirror 7. Thus, the polarized beam splitter 4 branches the emitted light from the non-polarized beam splitter 3 into measurement light and reference light.

ターゲットミラー6で反射した円偏光は、再度、1/4波長板5−1を通過して直線偏光に戻る。同様に、リファレンスミラー7で反射した円偏光は、再度、1/4波長板5−2を通過して直線偏光に戻る。このとき、ターゲットミラー6及びリファレンスミラー7で反射した反射光の円偏光の方向は反転している。このため、偏向角は、元の方向から90°回転している。従って、ポラライズドビームスプリッタ4における反射と透過の関係は以前の逆となり、全ての光線は、干渉計測装置8に導かれる。     The circularly polarized light reflected by the target mirror 6 passes through the quarter wavelength plate 5-1 again and returns to linearly polarized light. Similarly, the circularly polarized light reflected by the reference mirror 7 passes again through the quarter wavelength plate 5-2 and returns to linearly polarized light. At this time, the direction of the circularly polarized light of the reflected light reflected by the target mirror 6 and the reference mirror 7 is reversed. For this reason, the deflection angle is rotated by 90 ° from the original direction. Therefore, the relationship between reflection and transmission in the polarized beam splitter 4 is reversed, and all the light beams are guided to the interference measuring device 8.

干渉計測装置8は、ターゲットミラー6からの反射光とリファレンスミラー7からの反射光との位相差に対応するコサイン信号Cとサイン信号Sとを出力する。これらのコサイン信号C及びサイン信号Sは、本実施例の計測装置100に設けられている信号処理装置20に導かれる。     The interference measuring device 8 outputs a cosine signal C and a sine signal S corresponding to the phase difference between the reflected light from the target mirror 6 and the reflected light from the reference mirror 7. These cosine signal C and sine signal S are led to the signal processing device 20 provided in the measuring device 100 of the present embodiment.

本実施例の計測装置100において、干渉計内部のターゲットミラー6を反射する光路とリファレンスミラー7を反射する光路に含まれる硝材厚さの差が大きい場合、硝材屈折率の非線形性により、光の波長が変動すると原点が移動する。この大きさは、例えば、硝材厚さの差100μmに対して波長変動1nmあたり約10nm、20nmの波長差に対しては約200nmとなる。     In the measurement apparatus 100 of the present embodiment, when the difference in the thickness of the glass material included in the optical path that reflects the target mirror 6 inside the interferometer and the optical path that reflects the reference mirror 7 is large, the nonlinearity of the refractive index of the glass material causes The origin moves when the wavelength fluctuates. This size is, for example, about 10 nm for a wavelength variation of 1 nm for a glass material thickness difference of 100 μm and about 200 nm for a wavelength difference of 20 nm.

このような大きさの原点移動が許容できない場合、双方の光の波長差をより小さくする必要がある。このためには、波長のそろった光源を入手すること、入手した光源を選別して波長の近接した光源を組み合わせて使用することなどの方法が採り得る。     When such a movement of the origin cannot be allowed, it is necessary to make the wavelength difference between the two lights smaller. For this purpose, methods such as obtaining a light source having a uniform wavelength, selecting the obtained light source, and using a light source having a wavelength close to each other can be employed.

ただし、波長に対する仕様範囲を狭めると、光源の製造側での良品率が低下し、コストアップとなる。また、入手した光源を選別して組み合わせる際にも、波長の差に対する要求を厳しくすると適当な組み合わせを得ることが難しくなる。このため、光の波長差として、例えば5nmを大きく下回る仕様を要求することは現実的ではない。     However, if the specification range with respect to the wavelength is narrowed, the non-defective product rate on the light source manufacturing side is reduced, and the cost is increased. In addition, when selecting and combining the obtained light sources, it becomes difficult to obtain an appropriate combination if the requirement for the difference in wavelength is tightened. For this reason, it is not realistic to require a specification that is much less than, for example, 5 nm as the wavelength difference of light.

このように、本実施例では、第一の光源1から射出される第一の光線、及び、第二の光源2から射出される第二の光線の波長は、それぞれ、一般的に10nm前後の誤差を有する。このため、第一の光線及び第二の光線の波長が同一となるように設計した場合でも、双方の光の波長には最大20nm程度の誤差が生じる。     Thus, in the present embodiment, the wavelengths of the first light beam emitted from the first light source 1 and the second light beam emitted from the second light source 2 are generally around 10 nm, respectively. Has an error. For this reason, even when the first light beam and the second light beam are designed to have the same wavelength, an error of about 20 nm at the maximum occurs in the wavelength of both light beams.

従って、本実施例において、第一の光線及び第二の光線の波長が同一に設定されているとは、双方の光の波長が厳密に同一であるということだけでなく、双方の光の波長の誤差が20nm以下の場合を含む実質的同一として定義される。ただし、本実施例において、第一の光線及び第二の光線の波長の誤差は、好ましくは10nm以下、より好ましくは5nm以下である。     Therefore, in the present embodiment, the wavelengths of the first light beam and the second light beam are set to be the same, not only that the wavelengths of both lights are exactly the same, but also the wavelengths of both lights. Is defined as substantially the same including the case where the error is 20 nm or less. However, in this embodiment, the error in wavelength of the first light beam and the second light beam is preferably 10 nm or less, more preferably 5 nm or less.

本実施例のように、同一波長の第一の光線及び第二の光線を用いて原点を検出する場合、双方の光源から得られる干渉信号の位相差が一致する点を原点とするような、従来一般的に行われていた手法は採用することができない。しかし、二つの光源の一方に、干渉性の低い光源を用い、この光源の干渉信号の強度が最大となる点を検出することで原点を検出することができる。     As in this embodiment, when the origin is detected using the first light beam and the second light beam having the same wavelength, the point where the phase difference of the interference signals obtained from both light sources matches is used as the origin. Conventionally generally used methods cannot be adopted. However, the origin can be detected by using a light source with low coherence as one of the two light sources and detecting the point where the intensity of the interference signal of this light source is maximum.

また、同一波長に設定された二つの光源を用いる場合、これら二つの光源の干渉信号を、例えばダイクロミックミラーなどの光学的手段で分離することはできず、双方の干渉信号は電子的に分離する必要がある。     When two light sources set to the same wavelength are used, the interference signals of these two light sources cannot be separated by optical means such as a dichroic mirror, and both interference signals are separated electronically. There is a need to.

このため、本実施例では、第一の光源1より干渉性の低い第二の光源2を点滅させる。第二の光源2の消灯中に、干渉性の高い第一の光源1から得られた干渉信号を用いて計測された位相を時間に対して回帰する。この回帰定数(回帰係数)を用いて、双方の光源が点灯中において、第一の光源1による干渉信号を推定し、これを双方の光源の干渉信号が重畳した信号から差し引くことで、第二の光源2の干渉信号を計測する。このような制御は、計測装置100の信号処理装置20にて実行される。     For this reason, in the present embodiment, the second light source 2 having lower coherence than the first light source 1 is blinked. While the second light source 2 is turned off, the phase measured using the interference signal obtained from the first light source 1 having high coherence is regressed with respect to time. By using this regression constant (regression coefficient), the interference signal from the first light source 1 is estimated while both light sources are turned on, and this is subtracted from the signal on which the interference signals from both light sources are superimposed, thereby obtaining the second. The interference signal of the light source 2 is measured. Such control is executed by the signal processing device 20 of the measurement device 100.

次に、本実施例の信号処理装置20について説明する。信号処理装置20は、干渉計測装置8から出力された信号を処理する。図2は、本実施例における信号処理装置20のブロック図である。     Next, the signal processing apparatus 20 of the present embodiment will be described. The signal processing device 20 processes the signal output from the interference measurement device 8. FIG. 2 is a block diagram of the signal processing device 20 in the present embodiment.

信号処理装置20の内部では、まず、干渉計測装置8から入力されたコサイン信号C及びサイン信号Sの双方のアナログ信号を、それぞれ、アナログ/デジタル変換器9−1、9−2を用いてデジタル信号に変換する。アナログ/デジタル変換器9−1、9−2から出力されるそれぞれのデジタル信号は、第一の光源1による干渉信号と第二の光源2による干渉信号が重畳した値(重畳信号)を示す。     Inside the signal processing device 20, first, analog signals of both the cosine signal C and the sine signal S input from the interference measuring device 8 are digitally converted using analog / digital converters 9-1 and 9-2, respectively. Convert to signal. Each digital signal output from the analog / digital converters 9-1 and 9-2 indicates a value (superimposed signal) in which the interference signal from the first light source 1 and the interference signal from the second light source 2 are superimposed.

そこで、第二の光源2による干渉信号が重畳されている際には、内部で更新されている第一の光源2による干渉信号の位相に基づき、予想器10−1、10−2を用いて現在の第一の光源1による干渉信号を予想する。そして、減算器31−1、31−2を用いて、アナログ/デジタル変換器9−1、9−2からの出力値(重畳信号)から予想器10−1、10−2で予想した干渉信号を差し引く。     Therefore, when the interference signal from the second light source 2 is superimposed, the predictors 10-1 and 10-2 are used based on the phase of the interference signal from the first light source 2 updated inside. An interference signal from the current first light source 1 is predicted. The interference signals predicted by the predictors 10-1 and 10-2 from the output values (superimposed signals) from the analog / digital converters 9-1 and 9-2 using the subtractors 31-1 and 31-2. Is deducted.

具体的には、マルチプレクサ36−1、36−2は、第二の光源2による干渉信号が重畳されている場合、予想器10−1、10−2の信号を選択して減算器31−1、31−2に出力する。一方、マルチプレクサ36−1、36−2は、第一の光源1による干渉信号のみが入力されている場合、ゼロ信号を選択して減算器31−1、31−2に出力する。     Specifically, the multiplexers 36-1 and 36-2 select the signals of the predictors 10-1 and 10-2 when the interference signal from the second light source 2 is superimposed, and the subtracter 31-1. , 31-2. On the other hand, when only the interference signal from the first light source 1 is input, the multiplexers 36-1 and 36-2 select the zero signal and output it to the subtracters 31-1 and 31-2.

第一の光源1及び第二の光源2による干渉信号の重畳信号の値は、予想器10−1、10−2にて算出された第一の光源1による干渉信号の予想値を用いて、減算器31−1,31−2にて減算される。     The value of the superimposed signal of the interference signal by the first light source 1 and the second light source 2 is calculated using the predicted value of the interference signal by the first light source 1 calculated by the predictors 10-1 and 10-2. Subtraction is performed by the subtracters 31-1 and 31-2.

なお、図2において、参照符号「*」は、第二の光源1による干渉信号が重畳されているか否かを示す選択信号を表している。この選択信号に基づいて、各部の動作は制御される。     In FIG. 2, reference symbol “*” represents a selection signal indicating whether or not an interference signal from the second light source 1 is superimposed. Based on this selection signal, the operation of each unit is controlled.

このような演算処理により、第二の光源2による干渉信号が重畳されている期間において、信号処理装置20は第二の光源2による干渉信号を得ることができる。また、第一の光源1による干渉信号のみが入力されている期間には、信号処理装置20は第一の光源1による干渉信号を得ることができる。     By such arithmetic processing, the signal processing device 20 can obtain the interference signal from the second light source 2 during the period in which the interference signal from the second light source 2 is superimposed. In addition, during the period in which only the interference signal from the first light source 1 is input, the signal processing device 20 can obtain the interference signal from the first light source 1.

これらの干渉信号は、位相演算器11に入力される。位相演算器11は、第一の光源1による干渉信号及び第二の光源2による干渉信号に基づいて、干渉信号の位相を求める。位相演算器11は、例えばアークタンジェントによる演算を行うことにより位相を求めるが、これに限定されるものではなく、他の方法で位相を求めるものであってもよい。     These interference signals are input to the phase calculator 11. The phase calculator 11 obtains the phase of the interference signal based on the interference signal from the first light source 1 and the interference signal from the second light source 2. The phase calculator 11 calculates the phase by performing, for example, an arctangent calculation. However, the phase calculator 11 is not limited to this, and the phase may be calculated by other methods.

第一の光源1による干渉信号のみが入力されている場合、内部レジスタ12に保持されている第一の光源1による干渉信号の位相を更新する。具体的には、減算器32により、位相演算器11の出力値から内部レジスタ12の保持値が減算される。減算した値は、内部レジスタ12の保持値に加算される。内部レジスタ12は、位相を記憶するために必要な領域(ビット長)よりも多いビット長を有する。本実施例では、内部レジスタ12における上位ビットは、第一の光源1による干渉信号の波数を示すように設定されている。     When only the interference signal from the first light source 1 is input, the phase of the interference signal from the first light source 1 held in the internal register 12 is updated. Specifically, the subtracter 32 subtracts the value held in the internal register 12 from the output value of the phase calculator 11. The subtracted value is added to the value held in the internal register 12. The internal register 12 has a bit length larger than an area (bit length) required for storing the phase. In this embodiment, the upper bits in the internal register 12 are set to indicate the wave number of the interference signal from the first light source 1.

回帰演算器13は、位相演算器11で算出された第一の光源1による干渉信号の位相に基づいて、この位相の計測時刻に対する回帰係数を算出する。回帰係数は、計測値である第一の光源1による干渉信号の位相に、計測時刻からの経過時間に応じた指数関数的重み係数を乗じて算出される。回帰演算器13は、例えばカルマンフィルタにより構成されるが、これに限定されるものではない。     Based on the phase of the interference signal from the first light source 1 calculated by the phase calculator 11, the regression calculator 13 calculates a regression coefficient for this phase measurement time. The regression coefficient is calculated by multiplying the phase of the interference signal by the first light source 1 that is a measurement value by an exponential weighting coefficient corresponding to the elapsed time from the measurement time. Although the regression calculator 13 is comprised by a Kalman filter, for example, it is not limited to this.

回帰演算器13にて算出された回帰係数は、予想器10−1、10−2に入力される。このように、予想器10−1、10−2は、第二の光源2による干渉信号が入力されているとき、第一の光源1による干渉信号の現在の予想値を算出する。     The regression coefficients calculated by the regression calculator 13 are input to the predictors 10-1 and 10-2. As described above, the predictors 10-1 and 10-2 calculate the current predicted value of the interference signal from the first light source 1 when the interference signal from the second light source 2 is input.

第二の光源2による干渉信号が入力されている場合、回帰演算器13から出力される変化速度(回帰係数)が、マルチプレクサ37を介して、加算器34により内部レジスタ12の内容に加算される。このようにして、第一の光源1による干渉信号の位相及び波数情報が更新される。     When the interference signal from the second light source 2 is input, the change speed (regression coefficient) output from the regression calculator 13 is added to the contents of the internal register 12 by the adder 34 via the multiplexer 37. . In this way, the phase and wave number information of the interference signal from the first light source 1 is updated.

第一の光源1による干渉信号のみが入力されている場合、位相演算器11の出力信号から内部レジスタ12の内容を差し引いた値を内部レジスタ12のビット長に符号拡張した値を内部レジスタ12の内容に加算する。このようにして、第一の光源1による干渉信号の位相及び波数に関わる情報が更新される。     When only the interference signal from the first light source 1 is input, the value obtained by subtracting the value obtained by subtracting the contents of the internal register 12 from the output signal of the phase calculator 11 to the bit length of the internal register 12 is stored in the internal register 12. Add to content. In this way, information related to the phase and wave number of the interference signal from the first light source 1 is updated.

第二の光源2による干渉信号は、二乗器14−1、14−2を用いて二乗される。二乗器14−1、14−2で二乗された値が加算器33で加算されることにより、第二の光源2による干渉信号の強度に変換される。すなわち、二乗器14−1、14−2は、第二の光源2から得られる干渉信号の強度を計測する信号強度計測部として機能する。     The interference signal from the second light source 2 is squared using the squarers 14-1 and 14-2. The values squared by the squarers 14-1 and 14-2 are added by the adder 33 to be converted into the intensity of the interference signal from the second light source 2. That is, the squarers 14-1 and 14-2 function as a signal intensity measuring unit that measures the intensity of the interference signal obtained from the second light source 2.

第二の光源2による干渉信号の強度は、ピーク検出器15に入力される。ピーク検出器15は、第二の光源2による干渉信号の強度が最大となる点(ピーク位置)を検出する。ピーク検出器15は、その時点における内部レジスタ12の上位、すなわち第一の光源1による干渉信号の波数を示す部分を、バイアスレジスタ16に転送する。バイアスレジスタ16は、第二の光源2から得られる干渉信号の強度の最大点を原点と判定する原点判定部として機能する。     The intensity of the interference signal from the second light source 2 is input to the peak detector 15. The peak detector 15 detects a point (peak position) where the intensity of the interference signal from the second light source 2 is maximum. The peak detector 15 transfers the upper part of the internal register 12 at that time, that is, the part indicating the wave number of the interference signal from the first light source 1 to the bias register 16. The bias register 16 functions as an origin determination unit that determines the maximum point of the intensity of the interference signal obtained from the second light source 2 as the origin.

ピーク検出器15が第二の光源2による干渉信号のピーク位置を検出すると、バイアスレジスタ16に記憶された値は、減算器35により、内部レジスタ12の値から差し引かれる。このようにして、第二の光源2による干渉信号のピーク位置を原点とする絶対位置信号を得ることができる。     When the peak detector 15 detects the peak position of the interference signal from the second light source 2, the value stored in the bias register 16 is subtracted from the value in the internal register 12 by the subtractor 35. In this way, an absolute position signal having the origin at the peak position of the interference signal from the second light source 2 can be obtained.

以上のとおり、本実施例における絶対位置の計測装置は、簡素なハードウエア構成で正確に被計測物の原点を計測することができる。このため、本実施例によれば、安価に高精度な絶対位置の計測装置を提供することが可能になる。     As described above, the absolute position measuring apparatus according to the present embodiment can accurately measure the origin of an object to be measured with a simple hardware configuration. For this reason, according to the present embodiment, it is possible to provide a highly accurate absolute position measuring apparatus at low cost.

また、本実施例における信号処理装置(論理演算部分)は、LSI化も容易であるが、速度を必要としない論理演算部分は、MPU(マイクロプロセッサ)又はDSP(デジタル信号プロセッサ)を用いてソフトウエアにより実現することが可能である。本実施例の信号処理装置をソフトウエアで実現すれば、更に安価に計測装置を構成することができる。
以上、本発明の実施例について具体的に説明した。ただし、本発明は上記実施例として記載された事項に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。
In addition, the signal processing device (logical operation part) in this embodiment can be easily implemented as an LSI, but the logical operation part that does not require speed can be softened using an MPU (microprocessor) or DSP (digital signal processor). It can be realized by hardware. If the signal processing apparatus of the present embodiment is realized by software, the measurement apparatus can be configured at a lower cost.
The embodiment of the present invention has been specifically described above. However, the present invention is not limited to the matters described as the above-described embodiments, and can be appropriately changed without departing from the technical idea of the present invention.

本実施例における計測装置の全体構成図である。It is a whole block diagram of the measuring device in a present Example. 本実施例における計測装置の信号処理装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the signal processing apparatus of the measuring device in a present Example.

符号の説明Explanation of symbols

1:第一の光源
2:第二の光源
3:ノンポラライズドビームスプリッタ
4:ポラライズドビームスプリッタ
5−1、5−2:1/4波長板
6:ターゲットミラー
7:リファレンスミラー
8:干渉計測装置
9−1、9−2:アナログ/デジタル変換器
10−1、10−2:予想器
11:位相演算器
12:内部レジスタ
13:回帰演算器
14−1、14−2:二乗器
15:ピーク検出手段
16:バイアスレジスタ
20:信号処理装置
31−1、31−2、32、35:減算器
33、34:加算器
36−1、36−2、37:マルチプレクサ
100:計測装置
1: First light source 2: Second light source 3: Non-polarized beam splitter 4: Polarized beam splitter 5-1, 5-2: 1/4 wavelength plate 6: Target mirror 7: Reference mirror 8: Interference measuring devices 9-1, 9-2: analog / digital converters 10-1, 10-2: predictor 11: phase calculator 12: internal register 13: regression calculator 14-1, 14-2: squarer 15: Peak detection means 16: Bias register 20: Signal processing devices 31-1, 31-2, 32, 35: Subtractors 33, 34: Adders 36-1, 36-2, 37: Multiplexer 100: Measuring device

Claims (2)

第一の光線を射出する第一の光源(1)と、
前記第一の光線より干渉性の低い第二の光線を射出する第二の光源(2)と、
前記第一の光線に前記第二の光線を重ね合わせる第一のビームスプリッタ(3)と、
前記第一のビームスプリッタからの射出光を計測光と参照光とに分岐する第二のビームスプリッタ(4)と、
前記参照光及び前記計測光の反射光を合成して干渉信号を検出する干渉計測装置(8)と、
前記干渉計測装置から出力された信号を処理する信号処理装置(20)と、を有し、
前記第一の光線及び前記第二の光線の波長は同一に設定されており、
前記信号処理装置(20)は、前記第二の光源から得られる干渉信号の強度を計測する信号強度計測部(14−1、14−2)、及び、該第二の光源から得られる干渉信号の強度の最大点を原点と判定する原点判定部(16)、を有することを特徴とする絶対位置の計測装置。
A first light source (1) for emitting a first light beam;
A second light source (2) that emits a second light beam that is less coherent than the first light beam;
A first beam splitter (3) for superimposing the second light beam on the first light beam;
A second beam splitter (4) for branching the emitted light from the first beam splitter into measurement light and reference light;
An interference measurement device (8) for detecting an interference signal by combining the reference light and the reflected light of the measurement light;
A signal processing device (20) for processing a signal output from the interference measurement device,
The wavelengths of the first light beam and the second light beam are set to be the same,
The signal processing device (20) includes a signal intensity measuring unit (14-1, 14-2) for measuring the intensity of an interference signal obtained from the second light source, and an interference signal obtained from the second light source. An absolute position measuring device, comprising: an origin determining unit (16) for determining the maximum point of the intensity as an origin.
前記第一の光線と前記第二の光線の波長の誤差は20nm以下であることを特徴とする請求項1記載の絶対位置の計測装置。

The absolute position measuring apparatus according to claim 1, wherein an error in wavelength between the first light beam and the second light beam is 20 nm or less.

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