JP2022138127A - デュアルラインスキャンカメラに基づく単一ビーム３自由度レーザー干渉計 - Google Patents
デュアルラインスキャンカメラに基づく単一ビーム３自由度レーザー干渉計 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022138127A JP2022138127A JP2022027057A JP2022027057A JP2022138127A JP 2022138127 A JP2022138127 A JP 2022138127A JP 2022027057 A JP2022027057 A JP 2022027057A JP 2022027057 A JP2022027057 A JP 2022027057A JP 2022138127 A JP2022138127 A JP 2022138127A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- plane reflector
- line scan
- independent component
- laser interferometer
- scan camera
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 title claims abstract description 26
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 48
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 15
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 14
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 7
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 abstract description 9
- 238000004556 laser interferometry Methods 0.000 description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005305 interferometry Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/26—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
Abstract
【課題】デュアルラインスキャンカメラに基づく単一ビーム３自由度レーザー干渉計を提供する。【解決手段】本発明は、レーザー応用の技術分野に属し、単一周波数のレーザービームをマイケルソン干渉構造に入力し、基準平面反射鏡の角度を設定することによって測定ビームと基準ビームを非同軸干渉させて単一ビーム空間干渉縞画像を形成し、デュアルラインスキャンカメラを選択して単一ビーム空間干渉縞画像を効果的に受信し、最終的に、３自由度デカップリング方法により、各フレームの単一ビーム空間干渉縞画像に対して３自由度信号の線形デカップリングを実現する。本発明のレーザー干渉計は、角度デカップリング非線形を持たず、周期的非線形誤差を顕著に低減させ、他の従来の３自由度レーザー干渉計に比べて、構造がシンプルで、角度測定範囲が広く、集積しやすいという利点があり、３自由度レーザー干渉計の変位及び角度測定に対する高精度のニーズを満たす。【選択図】図１
Description
本出願は、２０２１年０３月０９日付けで中国特許庁に出願された、出願番号２０２１１０２５２６６７．０、発明の名称が「デュアルラインスキャンカメラに基づく単一ビーム３自由度レーザー干渉計」である中国特許出願の優先権を主張し、その内容全体は参照により本出願に組み込まれている。
本発明は、レーザー応用の技術分野に属し、主にデュアルラインスキャンカメラに基づく単一ビーム３自由度レーザー干渉計に関する。
レーザー干渉測定技術は、精密工学の基本的なコア技術であり、精密計測、ハイエンド機器製造及び大型科学機器等の分野で非常に重要な役割を果たしている。近年の上記分野の急速な発展に伴い、変位測定の精度をナノメートルレベルからサブナノメートルレベル、さらにはピコメートルレベルまで高める必要があるだけでなく、変位測定の形式を単軸変位測定から多軸／角変位３自由度複合測定に変換する必要もある。
現在、多軸レーザー干渉測定の分野で最も広く使用されているのは、平行ビーム測定に基づくレーザー干渉計である。平行ビーム測定に基づくレーザー干渉計は、原理に従ってホモダイン／ヘテロダインレーザー干渉測定に分けることができ、通常は３軸（又は多軸）の互いに平行な測定ビームで測定対象目標の様々な部分を同時に測定し、各軸の測定ビームは、単軸変位測定を実現し、測定スポットは測定対象目標面に「品」字型又は「Ｌ」字型等のように配列されている。各測定軸から得られた変位結果を用いて、変位、ヨー角及びピッチ角を含む測定対象目標の３自由度情報を計算することができる。
レーザー干渉計の多くの誤差源の中で、周期的非線形誤差は、レーザー干渉計がナノ精度を突破することを制限する主なボトルネックである。Ｈｅｙｄｅｍａｎｎ楕円フィッティング補正方法は、ホモダインレーザー干渉計の周期的非線形誤差をサブナノメートルレベルに抑制することができ（Ｃｏｌｌｅｔｔ Ｍ．Ｊ．，Ｔｅｅ Ｇ．Ｊ．Ｅｌｌｉｐｓｅ Ｆｉｔｔｉｎｇ ｆｏｒ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ．Ｐａｒｔ １：Ｓｔａｔｉｃ Ｍｅｔｈｏｄｓ［Ｊ］．Ｊ Ｏｐｔ Ｓｏｃ Ａｍ Ａ Ｏｐｔ Ｉｍａｇｅ Ｓｃｉ Ｖｉｓ，２０１４，３１（１２）：２５７３－２５８３）、多軸レーザー干渉測定の深いサブナノメートル／ピコメートルレベルの精度要件にはまだギャップがある。光学エイリアシングを除去した非共通光路ヘテロダイン干渉構造は、ヘテロダインレーザー干渉計の周期的非線形誤差を深いサブナノメートルレベルに抑制することができ、ここで、ハルビン工業大学の胡鵬程らによって提案された非共通光路ヘテロダイン干渉構造（ＦｕＨ．，Ｗｕ Ｇ．，Ｈｕ Ｐ．，ｅｔ ａｌ．Ｈｉｇｈｌｙ Ｔｈｅｒｍａｌ－Ｓｔａｂｌｅ Ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ ｗｉｔｈＭｉｎｉｍｉｚｅｄ Ｐｅｒｉｏｄｉｃ Ｎｏｎｌｉｎｅａｒｉｔｙ［Ｊ］．Ａｐｐｌ Ｏｐｔ，２０１８，５７（６）：１４６３－１４６７）及びドイツＰＴＢのＷｅｉｃｈｅｒｔらによって提案された非共通光路ヘテロダイン干渉構造（Ｗｅｉｃｈｅｒｔ Ｃ．， Ｋoｃｈｅｒｔ Ｐ．， Ｋoｎｉｎｇ Ｒ．，ｅｔａｌ．Ａ Ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ ｗｉｔｈ Ｐｅｒｉｏｄｉｃ Ｎｏｎｌｉｎｅａｒｉｔｉｅｓ Ｓｍａｌｌｅｒ Ｔｈａｎ±１０ｐｍ［Ｊ］．Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１２，２３（９）：０９４００５）は、周期的非線形誤差を１０ｐｍ程度に抑制し、しかし、非共通光路ヘテロダイン干渉構造は、部品構成が複雑であり、その原理により、入力ビームの数は従来の共通光路ヘテロダイン干渉構造の２倍になり、多軸変位測定及び角度測定では、各測定軸の周期的非線形誤差を結合して重畳するため、現在は単軸測定のみに適用されている。
それ以外に、平行ビームに基づくレーザー干渉計は、一般的には従来のプリズム群を用いて段階的に分光し、その設計及び加工が非常に難しく、その分光過程における平行度誤差が入射ビーム数の増加に伴って累積される。キーサイト（旧アジレント）、ザイゴ等の少数のレーザー干渉計の大手企業は、プリズム群を用いて段階的に分光することにより達成された高精度の平行分光技術を把握し、これに基づいて単体式多軸干渉鏡群を開発した。キーサイト社の単体三軸干渉鏡群の光軸平行度は２５μｒａｄに達するが、単体五軸干渉鏡群の光軸平行度は既に１００μｒａｄまで低下した。また、測定距離が大きい場合、空気の乱流により、各軸の測定ビームに様々な程度の外乱が発生し、変位及び角度の測定安定性に影響を与える。
精密な多軸レーザー干渉測定を実現できる別の代表的な技術は、単一ビーム測定に基づく差分波面レーザー干渉計であり、差分波面干渉計において干渉を形成する２つのビームの波面に角度があり、その基準干渉信号と測定干渉信号の４象限検出器の各象限における位相差は異なり、４つの象限の交流信号の合計は変位を計算するために用いることができ、左側の２つの象限と右側の２つの象限の信号の差を用いてヨー角を計算でき、上側の２つの象限と下側の２つの象限の信号の差を用いてピッチ角を計算できる。代表的なものは、米国学者Ｇｉｌｌｍｅｒらによって提案されたコンパクトな差分波面干渉計であり（Ｙｕ Ｘ．，Ｇｉｌｌｍｅｒ Ｓ．Ｒ．，Ｅｌｌｉｓ Ｊ．Ｄ．Ｂｅａｍ Ｇｅｏｍｅｔｒｙ，Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ，ａｎｄ Ｗａｖｅｆｒｏｎｔ Ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＷａｖｅｆｒｏｎｔ Ｓｅｎｓｉｎｇ［Ｊ］．Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１５，２６（１２）：１２５２０３）、しかし、該差分波前干渉計は、角度デカップリング非線形性の原理誤差があり、かつ角度測定精度及び角度測定範囲を直接制限するため、その角度測定範囲は従来のヘテロダインレーザー干渉計より小さく、通常は０．１ｍｒａｄレベル以下である。
要約すると、従来の平行ビーム測定に基づくレーザー干渉計には、複雑な構造、非常に困難な加工及び多軸周期的非線形結合の問題があり、単一ビーム測定に基づく差分波面干渉計には、角度結合の非線形及び小さな角度測定範囲の問題があり、レーザー干渉計の３自由度測定能力の向上を大幅に制限している。
本発明の目的は、３自由度レーザー干渉計の測定精度と角度測定範囲を総合的に向上させることができる、デュアルラインスキャンカメラに基づく単一ビーム３自由度レーザー干渉計を提供することである。
上記目的を達成するために、本発明は以下の解決手段を提供する。
単一周波数の第１の入力ビーム、マイケルソン干渉構造、デュアルリニアアレイ検出及び画像デカップリングモジュールを含むデュアルラインスキャンカメラに基づく単一ビーム３自由度レーザー干渉計であって、
マイケルソン干渉構造は、第１の１／４波長板、第２の１／４波長板、第１の分光面、固定された基準平面反射鏡及び移動可能な目標平面反射鏡を含み、第１の分光面に偏光分光膜がめっきされ、第１の入力ビームは直線偏光レーザーであり、マイケルソン干渉構造に入射した後に第１の測定ビームと第１の基準ビームに分割され、第１の測定ビームは、目標平面反射鏡によって少なくとも１回反射され、第１の基準ビームは、基準平面反射鏡によって少なくとも１回反射され、第１の測定ビーム及び第１の基準ビームは、出力走行経路において少なくとも一部が重なり合って第１の単一ビーム空間干渉縞画像を形成する。
マイケルソン干渉構造は、第１の１／４波長板、第２の１／４波長板、第１の分光面、固定された基準平面反射鏡及び移動可能な目標平面反射鏡を含み、第１の分光面に偏光分光膜がめっきされ、第１の入力ビームは直線偏光レーザーであり、マイケルソン干渉構造に入射した後に第１の測定ビームと第１の基準ビームに分割され、第１の測定ビームは、目標平面反射鏡によって少なくとも１回反射され、第１の基準ビームは、基準平面反射鏡によって少なくとも１回反射され、第１の測定ビーム及び第１の基準ビームは、出力走行経路において少なくとも一部が重なり合って第１の単一ビーム空間干渉縞画像を形成する。
選択的に、デュアルリニアアレイ検出及び画像デカップリングモジュールは、第１のラインスキャンカメラ及び第２のラインスキャンカメラを含み、第１のラインスキャンカメラの検出面の中心は、第１の単一ビーム空間干渉縞画像の中心に位置し、第２のラインスキャンカメラの検出面の中心は、第１の単一ビーム空間干渉縞画像の中心に位置しない。
選択的に、デュアルリニアアレイ検出及び画像デカップリングモジュールはさらに、３自由度デカップリング方法により、各フレームの第１の単一ビーム空間干渉縞画像に対して３自由度信号の線形デカップリングを行い、目標平面反射鏡の固定された基準平面反射鏡に対するヨー角、ピッチ角及び変位情報を取得するために用いられるホストコンピュータを含む。
選択的に、３自由度デカップリング方法は、
デュアルラインスキャンカメラによって検出された空間干渉縞画像において、第１のラインスキャンカメラは、空間干渉縞画像の中心を通過するラインを第１の水平独立成分として選択し、第２のラインスキャンカメラは、空間干渉縞画像の中心を通過しないラインを第２の水平独立成分として選択する第１ステップと、
目標平面反射鏡の基準平面反射鏡に対する変位は、第１の水平独立成分の位相に正比例し、第１の水平独立成分に対して離散フーリエ変換を行った後、信号位相スペクトルの対応する周波数成分でその位相値を取得し、位相値に基づいて目標平面反射鏡の基準平面反射鏡に対する変位を計算する第２ステップと、
目標平面反射鏡の基準平面反射鏡に対するヨー角は、第１の水平独立成分の空間周波数に正比例し、第１の水平独立成分に対して離散フーリエ変換を行った後、信号振幅スペクトルでその空間周波数を取得でき、空間周波数に基づいて目標平面反射鏡の基準平面反射鏡に対するヨー角を計算する第３ステップと、
目標平面反射鏡の基準平面反射鏡に対するピッチ角は、第１の水平独立成分と第２の水平独立成分の位相差に正比例し、第１の水平独立成分と第２の水平独立成分に対してそれぞれ離散フーリエ変換を行った後、信号位相スペクトルの対応する周波数成分でその位相値をそれぞれ取得し、かつ第１の水平独立成分と第２の水平独立成分の位相差を取得し、位相値に基づいて目標平面反射鏡の基準平面反射鏡に対するピッチ角を計算する第４ステップと、を含む。
デュアルラインスキャンカメラによって検出された空間干渉縞画像において、第１のラインスキャンカメラは、空間干渉縞画像の中心を通過するラインを第１の水平独立成分として選択し、第２のラインスキャンカメラは、空間干渉縞画像の中心を通過しないラインを第２の水平独立成分として選択する第１ステップと、
目標平面反射鏡の基準平面反射鏡に対する変位は、第１の水平独立成分の位相に正比例し、第１の水平独立成分に対して離散フーリエ変換を行った後、信号位相スペクトルの対応する周波数成分でその位相値を取得し、位相値に基づいて目標平面反射鏡の基準平面反射鏡に対する変位を計算する第２ステップと、
目標平面反射鏡の基準平面反射鏡に対するヨー角は、第１の水平独立成分の空間周波数に正比例し、第１の水平独立成分に対して離散フーリエ変換を行った後、信号振幅スペクトルでその空間周波数を取得でき、空間周波数に基づいて目標平面反射鏡の基準平面反射鏡に対するヨー角を計算する第３ステップと、
目標平面反射鏡の基準平面反射鏡に対するピッチ角は、第１の水平独立成分と第２の水平独立成分の位相差に正比例し、第１の水平独立成分と第２の水平独立成分に対してそれぞれ離散フーリエ変換を行った後、信号位相スペクトルの対応する周波数成分でその位相値をそれぞれ取得し、かつ第１の水平独立成分と第２の水平独立成分の位相差を取得し、位相値に基づいて目標平面反射鏡の基準平面反射鏡に対するピッチ角を計算する第４ステップと、を含む。
本発明によって提供された具体的な実施例によれば、本発明は、以下の技術的効果を開示する。
（１）本発明のレーザー干渉計は、単一ビーム空間干渉縞画像に対して３自由度信号の線形デカップリングを実現する。
（２）本発明のレーザー干渉計は、周期的非線形誤差源が少なく、多重反射のみに由来し、かつ直交検出器を使用しないため、直交検出における交流信号振幅の不均一、直流バイアス、信号非直交等の問題はない。
（３）本発明のレーザー干渉計は、１０ｍｒａｄまでの角度測定範囲を有する。まず、本発明は、角度デカップリング非線形の問題がなく、角度測定範囲はデカップリング線形区間によって制限されない。次に、角度偏向により生じた空間縞は従来の方法における干渉信号のコントラストを低下させ、本発明は、縞自体を利用して角度測定を行い、原理上はその角度測定範囲を拡大する。
（４）本発明のレーザー干渉計は、光路が簡潔で、部品が少なく、偏光デバイスを使用しない等の特徴を有し、工学における実施に役立ち、実施の難しさ、集積性、性能価格比等において利点を有する。
本発明の実施例又は従来技術における技術的解決手段をより明確に説明するために、以下に実施例に必要な図面を簡単に紹介し、明らかに、これらの図面は本発明のいくつかの実施例に過ぎず、当業者であれば、創造的な労力を要することなく、これらの図面に基づいて他の図面に想到し得る。
以下に本発明の実施例における図面を参照して本発明の実施例における技術的解決手段を明確かつ完全に説明し、説明された実施例は、本発明の一部の実施例に過ぎず、すべての実施例ではない。本発明の実施例に基づき、当業者が創造的な労力を要さずに想到し得る他の実施例はすべて、本発明の技術的範囲に属する。
本発明の目的は、単一ビーム空間干渉縞画像に対して３自由度信号の線形デカップリングを実現することができる、デュアルラインスキャンカメラに基づく単一ビーム３自由度レーザー干渉計を提供することである。
本発明の上記の目的、特徴及び利点をより分かりやすくするために、以下に図面及び具体的な実施形態を参照して本発明をさらに詳細に説明する。
図１及び図２に示すように、本発明のデュアルラインスキャンカメラに基づく単一ビーム３自由度レーザー干渉計は、レーザー光源１、デュアルリニアアレイ検出及び画像デカップリングモジュール２、第２の１／４波長板３、固定された基準平面反射鏡４、第１の分光面５、第１の１／４波長板６、移動可能な目標平面反射鏡７、ホストコンピュータ８、第２の分光面９、第１のラインスキャンカメラ１０、第２のラインスキャンカメラ１１を含む。
そのうち、レーザー光源１は、第１の入力ビームを提供する。固定された基準平面反射鏡４、第１の分光面５、第２の１／４波長板３、第１の１／４波長板６及び移動可能な目標平面反射鏡７は、マイケルソン干渉構造を構成し、かつ第１の分光面に偏光分光膜がめっきされる。
ホストコンピュータ８、第２の分光面９、第１のラインスキャンカメラ１０及び第２のラインスキャンカメラ１１は、デュアルリニアアレイ検出及び画像デカップリングモジュール２を構成し、かつ第２の分光面に非偏光分光膜がめっきされる。固定された基準平面反射鏡４の反射面は、第１の基準ビームに垂直ではないため、第１の測定ビーム及び第１の基準ビームは、出力走行経路において非同軸に伝搬し、該反射面は、図２に示すような破線基準面と小さな角度があり、該角度は、通常、ミリアークのレベルである。
該レーザー干渉計の動作原理は以下のとおりである。第１の入力ビームが第１の分光面５に入射した後、その反射ビーム及び透過ビームは、それぞれ第１の測定ビーム及び第１の基準ビームを形成する。第１の入力ビームは直線偏光レーザーである。
そのうち、第１の測定ビームは、第１の１／４波長板６を通過し、移動可能な目標平面反射鏡７に接触してから反射され、第１の分光面５を通過した後に透過して出力される。
第１の基準ビームは、第２の１／４波長板３を通過し、固定された基準平面反射鏡４に接触してから反射され、第１の分光面５を通過した後に反射して出力される。
出力された第１の測定ビーム及び第２の基準ビームは、出力走行経路において少なくとも一部が重なり合って第１の単一ビーム空間干渉縞画像を形成する。第１のラインスキャンカメラ１０及び第２のラインスキャンカメラ１１は、第２の分光面９の分光作用を介して第１の単一ビーム空間干渉縞画像を同時に受信する。そのうち、第１のラインスキャンカメラ１０の検出面の中心は、第１の単一ビーム空間干渉縞画像の中心に位置し、第２のラインスキャンカメラ１１の検出面の中心は、第１の単一ビーム空間干渉縞画像の中心に位置しない。
ホストコンピュータ８は、目標平面反射鏡７の固定された基準平面反射鏡４に対するヨー角、ピッチ角及び変位情報を得るために、３自由度デカップリング方法により、各フレームの第１の単一ビーム空間干渉縞画像に対して３自由度信号の線形デカップリングを実現する。３自由度デカップリング方法は以下を含む。
デュアルラインスキャンカメラによって検出された空間干渉縞画像において、第１のラインスキャンカメラ１０は、空間干渉縞画像の中心を通過するラインを第１の水平独立成分として選択し、第２のラインスキャンカメラ１１は、空間干渉縞画像の中心を通過しないラインを第２の水平独立成分として選択する第１ステップ。
目標平面反射鏡７の固定された基準平面反射鏡４に対する変位は、第１の水平独立成分の位相に正比例し、第１の水平独立成分に対して離散フーリエ変換を行った後、信号位相スペクトルの対応する周波数成分でその位相値を取得でき、この位相値を用いて目標平面反射鏡７の固定された基準平面反射鏡４に対する変位を計算できる第２ステップ。
目標平面反射鏡７の固定された基準平面反射鏡４に対するヨー角は、第１の水平独立成分の空間周波数に正比例し、第１の水平独立成分に対して離散フーリエ変換を行った後、信号振幅スペクトルでその空間周波数を取得でき、この空間周波数を用いて目標平面反射鏡７の固定された基準平面反射鏡４に対するヨー角を計算できる第３ステップ。
目標平面反射鏡７の固定された基準平面反射鏡４に対するピッチ角は、第１の水平独立成分と第２の水平独立成分の位相差に正比例し、第１の水平独立成分と第２の水平独立成分に対してそれぞれ離散フーリエ変換を行った後、信号位相スペクトルの対応する周波数成分でその位相値をそれぞれ取得し、かつ第１の水平独立成分と第２の水平独立成分の位相差を取得でき、この位相値を用いて目標平面反射鏡７の固定された基準平面反射鏡４に対するピッチ角を計算できる第４ステップ。
本明細書において具体的な例を用いて本発明の原理及び実施形態を説明したが、以上の実施例の説明は本発明の方法及びその中核思想の理解を助けるためのものに過ぎず、同時に、当業者であれば、本発明の思想に基づき、具体的な実施形態及び応用範囲に変更が生じる。要約すると、本明細書の内容は本発明を限定するものと解釈すべきではない。
１ レーザー光源、２ デュアルリニアアレイ検出及び画像デカップリングモジュール、３ 第２の１／４波長板、４ 固定された基準平面反射鏡、５ 第１の分光面、６ 第１の１／４波長板、７ 移動可能な目標平面反射鏡、８ ホストコンピュータ、９ 第２の分光面、１０ 第１のラインスキャンカメラ、１１ 第２のラインスキャンカメラ。
Claims (5)
- 単一周波数の第１の入力ビーム、マイケルソン干渉構造、デュアルリニアアレイ検出及び画像デカップリングモジュールを含むデュアルラインスキャンカメラに基づく単一ビーム３自由度レーザー干渉計であって、
前記マイケルソン干渉構造は、第１の１／４波長板、第２の１／４波長板、第１の分光面、固定された基準平面反射鏡及び移動可能な目標平面反射鏡を含み、前記第１の分光面に偏光分光膜がめっきされ、
前記第１の入力ビームは、直線偏光レーザーであり、マイケルソン干渉構造に入射した後に第１の測定ビーム及び第１の基準ビームに分割され、第１の測定ビームは、目標平面反射鏡によって少なくとも１回反射され、第１の基準ビームは、基準平面反射鏡によって少なくとも１回反射され、第１の測定ビーム及び第１の基準ビームは、出力走行経路において少なくとも一部が重なり合って第１の単一ビーム空間干渉縞画像を形成することを特徴とするデュアルラインスキャンカメラに基づく単一ビーム３自由度レーザー干渉計。 - 固定された基準平面反射鏡の反射面は、第１の基準ビームに垂直ではないため、第１の測定ビーム及び第１の基準ビームは出力走行経路において非同軸に伝搬することを特徴とする請求項１に記載のデュアルラインスキャンカメラに基づく単一ビーム３自由度レーザー干渉計。
- デュアルリニアアレイ検出及び画像デカップリングモジュールは、第１のラインスキャンカメラ及び第２のラインスキャンカメラを含み、第１のラインスキャンカメラの検出面の中心は、前記第１の単一ビーム空間干渉縞画像の中心に位置し、第２のラインスキャンカメラの検出面の中心は、前記第１の単一ビーム空間干渉縞画像の中心に位置しないことを特徴とする請求項１に記載のデュアルラインスキャンカメラに基づく単一ビーム３自由度レーザー干渉計。
- 前記デュアルリニアアレイ検出及び画像デカップリングモジュールはさらに、
３自由度デカップリング方法により、各フレームの第１の単一ビーム空間干渉縞画像に対して３自由度信号の線形デカップリングを行い、目標平面反射鏡の固定された基準平面反射鏡に対するヨー角、ピッチ角及び変位情報を取得するために用いられるホストコンピュータを含むことを特徴とする請求項３に記載のデュアルラインスキャンカメラに基づく単一ビーム３自由度レーザー干渉計。 - 前記３自由度デカップリング方法は、
デュアルラインスキャンカメラによって検出された空間干渉縞画像において、第１のラインスキャンカメラは、空間干渉縞画像の中心を通過するラインを第１の水平独立成分として選択し、第２のラインスキャンカメラは、空間干渉縞画像の中心を通過しないラインを第２の水平独立成分として選択する第１ステップと、
目標平面反射鏡の基準平面反射鏡に対する変位は、第１の水平独立成分の位相に正比例し、第１の水平独立成分に対して離散フーリエ変換を行った後、信号位相スペクトルの対応する周波数成分でその位相値を取得し、位相値に基づいて目標平面反射鏡の基準平面反射鏡に対する変位を計算する第２ステップと、
目標平面反射鏡の基準平面反射鏡に対するヨー角は、第１の水平独立成分の空間周波数に正比例し、第１の水平独立成分に対して離散フーリエ変換を行った後、信号振幅スペクトルでその空間周波数を取得し、空間周波数に基づいて目標平面反射鏡の基準平面反射鏡に対するヨー角を計算する第３ステップと、
目標平面反射鏡の基準平面反射鏡に対するピッチ角は、第１の水平独立成分と第２の水平独立成分の位相差に正比例し、第１の水平独立成分と第２の水平独立成分に対してそれぞれ離散フーリエ変換を行った後、信号位相スペクトルの対応する周波数成分でその位相値をそれぞれ取得し、かつ第１の水平独立成分と第２の水平独立成分の位相差を取得し、位相値に基づいて目標平面反射鏡の基準平面反射鏡に対するピッチ角を計算する第４ステップと、を含む請求項４に記載のデュアルラインスキャンカメラに基づく単一ビーム３自由度レーザー干渉計。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110252667.0 | 2021-03-09 | ||
| CN202110252667.0A CN112857209B (zh) | 2021-03-09 | 2021-03-09 | 基于双线阵相机的单光束三自由度激光干涉仪 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022138127A true JP2022138127A (ja) | 2022-09-22 |
Family
ID=75994787
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2022027057A Ceased JP2022138127A (ja) | 2021-03-09 | 2022-02-24 | デュアルラインスキャンカメラに基づく単一ビーム３自由度レーザー干渉計 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2022138127A (ja) |
| CN (1) | CN112857209B (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114964181B (zh) * | 2022-05-27 | 2023-04-25 | 哈尔滨工业大学 | 基于波前零差干涉的高精度双轴激光水平仪及测量方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01178804A (ja) * | 1988-01-11 | 1989-07-17 | Hitachi Ltd | レーザ干渉計 |
| JP2008096295A (ja) * | 2006-10-12 | 2008-04-24 | Mitsutoyo Corp | 三次元センサおよび接触プローブ |
| JP2016503493A (ja) * | 2012-11-02 | 2016-02-04 | ユニバーシティ オブ ケントＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｏｆ Ｋｅｎｔ | スペクトル領域干渉法における信号処理方法および装置、並びにスペクトル領域光コヒーレンストモグラフィの方法および装置 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0587518A (ja) * | 1990-06-12 | 1993-04-06 | Zygo Corp | 直線および上下左右の変位測定用干渉計 |
| CN103063608B (zh) * | 2013-01-05 | 2015-04-29 | 浙江理工大学 | 基于双频正交线偏振光干涉的空气折射率测量方法及装置 |
| CN103076304B (zh) * | 2013-01-05 | 2015-01-14 | 浙江理工大学 | 调制式激光干涉空气折射率测量方法及装置 |
| CN106248123B (zh) * | 2016-09-12 | 2018-10-12 | 哈尔滨工程大学 | 一种差分反馈式相位载波迈克尔逊光纤干涉仪闭环解调方法 |
| CN106705858A (zh) * | 2016-11-29 | 2017-05-24 | 中国计量大学 | 一种基于合成干涉信号偏振态检测技术的纳米测量系统 |
| CN106885535B (zh) * | 2017-02-10 | 2019-02-01 | 浙江理工大学 | 单频干涉直线度误差及其位置测量与补偿的装置及方法 |
| CN107806821B (zh) * | 2017-10-31 | 2019-09-24 | 浙江理工大学 | 用集成四光电探测器的差分单频干涉信号处理装置及方法 |
| CN109539975A (zh) * | 2018-11-14 | 2019-03-29 | 哈尔滨工业大学 | 单频激光干涉仪非线性误差修正方法与装置 |
| CN110567400A (zh) * | 2019-09-30 | 2019-12-13 | 华中科技大学 | 一种基于激光干涉的低非线性角度测量装置和方法 |
-
2021
- 2021-03-09 CN CN202110252667.0A patent/CN112857209B/zh active Active
-
2022
- 2022-02-24 JP JP2022027057A patent/JP2022138127A/ja not_active Ceased
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01178804A (ja) * | 1988-01-11 | 1989-07-17 | Hitachi Ltd | レーザ干渉計 |
| JP2008096295A (ja) * | 2006-10-12 | 2008-04-24 | Mitsutoyo Corp | 三次元センサおよび接触プローブ |
| JP2016503493A (ja) * | 2012-11-02 | 2016-02-04 | ユニバーシティ オブ ケントＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｏｆ Ｋｅｎｔ | スペクトル領域干渉法における信号処理方法および装置、並びにスペクトル領域光コヒーレンストモグラフィの方法および装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112857209A (zh) | 2021-05-28 |
| CN112857209B (zh) | 2023-02-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wyant | Computerized interferometric surface measurements | |
| WO2020052056A1 (zh) | 一种五自由度外差光栅干涉测量系统 | |
| US11733026B2 (en) | Single-beam three-degree-of-freedom homodyne laser interferometer based on array detector | |
| WO2019210734A1 (zh) | 一种基于平面镜反射的激光外差干涉测量装置和方法 | |
| US11150077B2 (en) | Heterodyne laser interferometer based on integrated secondary beam splitting component | |
| CN109470176B (zh) | 基于双光栅的高精度三维角度测量方法与装置 | |
| WO2020098227A1 (zh) | 单频激光干涉仪非线性误差修正方法与装置 | |
| CN110567400A (zh) | 一种基于激光干涉的低非线性角度测量装置和方法 | |
| De Nicola et al. | Reflective grating interferometer for measuring the refractive index of transparent materials | |
| Straube et al. | A heterodyne interferometer with separated beam paths for high-precision displacement and angular measurements | |
| WO2013013345A1 (zh) | 六轴4细分干涉仪 | |
| Hahn et al. | A heterodyne interferometer for angle metrology | |
| JP2022138127A (ja) | デュアルラインスキャンカメラに基づく単一ビーム３自由度レーザー干渉計 | |
| CN109579995B (zh) | 一种增强静态双折射干涉光谱分辨率的方法及其装置 | |
| Wang et al. | Investigation of heterodyne interferometer technique for dynamic angle measurement: error analysis and performance evaluation | |
| JPH06229922A (ja) | 高精度空気屈折率計 | |
| Zhu et al. | 600-mm aperture simultaneous phase-shifting Fizeau interferometer | |
| US5028137A (en) | Angular displacement measuring interferometer | |
| CN111006582B (zh) | 一种基于莫尔条纹的干涉相移灵敏度增强方法 | |
| Zhao et al. | A displacement measuring system based on grating double diffraction | |
| Pengcheng et al. | Highly stable heterodyne interferometer without periodic nonlinearity | |
| CN112857208B (zh) | 基于高速相机的单光束三自由度激光干涉仪 | |
| CN112857210B (zh) | 基于阵列式探测器的单光束三自由度外差激光干涉仪 | |
| JP4613310B2 (ja) | 表面形状測定装置 | |
| CN114136465B (zh) | 一种瞬时两步相移横向剪切干涉测量系统和方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220224 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230228 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230427 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230808 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20230929 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20230929 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20231023 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20231106 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20231219 |
|
| A045 | Written measure of dismissal of application [lapsed due to lack of payment] |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A045 Effective date: 20240423 |