JP2997047B2 - 光学式計測装置 - Google Patents
光学式計測装置Info
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- JP2997047B2 JP2997047B2 JP2512639A JP51263990A JP2997047B2 JP 2997047 B2 JP2997047 B2 JP 2997047B2 JP 2512639 A JP2512639 A JP 2512639A JP 51263990 A JP51263990 A JP 51263990A JP 2997047 B2 JP2997047 B2 JP 2997047B2
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Classifications
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- 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
- G01B9/02055—Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration
- G01B9/02056—Passive reduction of errors
- G01B9/02059—Reducing effect of parasitic reflections, e.g. cyclic errors
-
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-
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- Dispersion Chemistry (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 この発明は、光学式計測装置、詳細には、レーザ干渉
計に関する。
計に関する。
光の干渉は、長さの計測に広く利用され、レーザ放射
の可干渉性は、フリンジ計数装置の計測範囲を空気中に
おいて50メートル以上にできる。最も一般的に利用され
る放射光原は、周波数安定しているヘリウム−ネオンレ
ーザである。これらの装置は、市中で容易に入手可能
で、周波数は、レーザ管の寿命の範囲で、108分の１程
度より多く変化することはない。干渉計を用いて、大気
中で、放射の波長によって長さを計測する際には、空気
の屈折率の補正が必要になる。この屈折率の補正を可能
にするために、大気圧、温度及び湿度を測定することで
エドレンの（Edlen′ｓ）方程式を用いて屈折率量を計
算する、及び、干渉屈折計を用いて直接計測する、２つ
の方法が現在利用されている。上記計算された量と計測
された量との比較の結果、上記計算された量に、上記空
気の屈折率として±107分の１の誤差が認められてい
る。この誤差は、屈折率計が利用されることで108分の
１まで低減できる。
の可干渉性は、フリンジ計数装置の計測範囲を空気中に
おいて50メートル以上にできる。最も一般的に利用され
る放射光原は、周波数安定しているヘリウム−ネオンレ
ーザである。これらの装置は、市中で容易に入手可能
で、周波数は、レーザ管の寿命の範囲で、108分の１程
度より多く変化することはない。干渉計を用いて、大気
中で、放射の波長によって長さを計測する際には、空気
の屈折率の補正が必要になる。この屈折率の補正を可能
にするために、大気圧、温度及び湿度を測定することで
エドレンの（Edlen′ｓ）方程式を用いて屈折率量を計
算する、及び、干渉屈折計を用いて直接計測する、２つ
の方法が現在利用されている。上記計算された量と計測
された量との比較の結果、上記計算された量に、上記空
気の屈折率として±107分の１の誤差が認められてい
る。この誤差は、屈折率計が利用されることで108分の
１まで低減できる。
光路長の変化から発生される電気信号を解析する電気
的装置を利用し、温度、振動及び気流などの障害を低減
できる干渉計装置を用いることで、ナノメータ単位（su
b−nanometric）の分解能を与えることができる。その
一方で、高解像度を正確に実現するに際して、２つの基
本的な装置的制約がある。
的装置を利用し、温度、振動及び気流などの障害を低減
できる干渉計装置を用いることで、ナノメータ単位（su
b−nanometric）の分解能を与えることができる。その
一方で、高解像度を正確に実現するに際して、２つの基
本的な装置的制約がある。
多くの干渉計装置は、光学出力端から戻されるフリン
ジを計数するために要求される電気信号を引出すために
偏光（を利用した技術）を利用している。この信号は、
光路差に関連して正弦的になるとともに、理想的には、
増幅度及び直角位相の直流レベルは、０を示す。現実に
は、これらの信号は、理想と異なり、（この誤差は）干
渉計装置によるナノメータ単位の精度での分解に際し
て、正確さの点で制約を加える。十分に間隔があけられ
たオルソゴナル（結晶板に対して平行に入射される）偏
光ビームによって設計された薄膜偏光ビームスプリッタ
は入手困難であるから、光成分の偏光アジマスの整列
（精度）を要求することは難しい。しかしながら、現実
には、光信号を電気的に補正する装置が可能である。こ
のことは、信号の増幅度と直流レベルの双方の多くの変
化が計算された少なくとも１つのフリンジと試験位相に
よって干渉計の光路を走査することで、及び、干渉計
（からの）信号の正弦量を確認することで、達成され
る。
ジを計数するために要求される電気信号を引出すために
偏光（を利用した技術）を利用している。この信号は、
光路差に関連して正弦的になるとともに、理想的には、
増幅度及び直角位相の直流レベルは、０を示す。現実に
は、これらの信号は、理想と異なり、（この誤差は）干
渉計装置によるナノメータ単位の精度での分解に際し
て、正確さの点で制約を加える。十分に間隔があけられ
たオルソゴナル（結晶板に対して平行に入射される）偏
光ビームによって設計された薄膜偏光ビームスプリッタ
は入手困難であるから、光成分の偏光アジマスの整列
（精度）を要求することは難しい。しかしながら、現実
には、光信号を電気的に補正する装置が可能である。こ
のことは、信号の増幅度と直流レベルの双方の多くの変
化が計算された少なくとも１つのフリンジと試験位相に
よって干渉計の光路を走査することで、及び、干渉計
（からの）信号の正弦量を確認することで、達成され
る。
散発的な反射も、干渉計装置における精度及び分解能
の双方を達成することに対して、著しい装置的制約を与
える。レーザ光源は、可干渉性の高い不所望なビーム、
即ち、干渉計信号に含まれ、ビーム強度で10％を占める
不規則出力及び測定された光路長における1.6nmの非線
形誤差を伴っている。
の双方を達成することに対して、著しい装置的制約を与
える。レーザ光源は、可干渉性の高い不所望なビーム、
即ち、干渉計信号に含まれ、ビーム強度で10％を占める
不規則出力及び測定された光路長における1.6nmの非線
形誤差を伴っている。
英国特許第2012450Bには、板状ビームスプリッタが利
用されている干渉計（以下、NPL干渉計とする）が開示
されている。上記NPL干渉計は、この種の干渉計として
の標準プラクティスであって、僅かにウェッジング（く
さび形の傾斜）が与えられたビームスプリッタによる、
或いは、標準的な反射防止コーティングが施されている
非ビームスプリッタ面からの反射の影響を最小にでき
る。後述（ウェッジングされたビームスプリッタに関す
る）のプラクティスは、解像力の問題に対してもっと有
益である。ロウェリ（Rowley）の方程式（WRC Rowley
“Single strength in two−beaminterferometers w
ith laser illumination"Optica Acta16,＜1969＞159−
168）には、ビームの発散は、１＋0.5分の弧のくさびに
よって導かれるフリンジと1mm直径の開口が直交するこ
とで生じるガウス分布は、散発的な反射によって光検出
器上に投影されるナノメータ単位（nanometric）のイン
ターフェログラムの位相の影響以下となることを示して
いる。
用されている干渉計（以下、NPL干渉計とする）が開示
されている。上記NPL干渉計は、この種の干渉計として
の標準プラクティスであって、僅かにウェッジング（く
さび形の傾斜）が与えられたビームスプリッタによる、
或いは、標準的な反射防止コーティングが施されている
非ビームスプリッタ面からの反射の影響を最小にでき
る。後述（ウェッジングされたビームスプリッタに関す
る）のプラクティスは、解像力の問題に対してもっと有
益である。ロウェリ（Rowley）の方程式（WRC Rowley
“Single strength in two−beaminterferometers w
ith laser illumination"Optica Acta16,＜1969＞159−
168）には、ビームの発散は、１＋0.5分の弧のくさびに
よって導かれるフリンジと1mm直径の開口が直交するこ
とで生じるガウス分布は、散発的な反射によって光検出
器上に投影されるナノメータ単位（nanometric）のイン
ターフェログラムの位相の影響以下となることを示して
いる。
しかしながら、ウェッジングは、散発的な反射によっ
て生じる新らたな問題即ちビームスプリッタからウィー
ク（屈折力が僅かな）プリズムへの戻りを除去できる。
この残留ビームによる発散は、光ビームと機械軸との移
動を整合させるためにビームスプリッタが位置されるべ
き条件のもとで、プレートに対する入射角45゜に起因す
る変位を伴う。プラクティスでは、上記整合を得ること
は非常に困難であって、加えて、特別な厚さ及びくさび
角に形成されたビームスプリッタが交差させることはで
きない（防止される）。ナノメータ単位の解像力を提供
するために、ビームスプリッタ板を含む干渉計装置、ビ
ームスプリッタ及び補正板装置が既に考案されている。
て生じる新らたな問題即ちビームスプリッタからウィー
ク（屈折力が僅かな）プリズムへの戻りを除去できる。
この残留ビームによる発散は、光ビームと機械軸との移
動を整合させるためにビームスプリッタが位置されるべ
き条件のもとで、プレートに対する入射角45゜に起因す
る変位を伴う。プラクティスでは、上記整合を得ること
は非常に困難であって、加えて、特別な厚さ及びくさび
角に形成されたビームスプリッタが交差させることはで
きない（防止される）。ナノメータ単位の解像力を提供
するために、ビームスプリッタ板を含む干渉計装置、ビ
ームスプリッタ及び補正板装置が既に考案されている。
この発明によれば、くさび型ビームスプリッタ及び実
質的に同一のくさび角及び厚さに形成された補正板を有
し、この補正板は上記ビームスプリッタによって導かれ
るビーム変位及び偏向を中和することを特徴とするマイ
ケルソン干渉計が提供される。
質的に同一のくさび角及び厚さに形成された補正板を有
し、この補正板は上記ビームスプリッタによって導かれ
るビーム変位及び偏向を中和することを特徴とするマイ
ケルソン干渉計が提供される。
このことは、干渉計ブロックが装置に統合的整合を残
す前に、装置の光学軸及び機械軸の双方を最適に整合で
きる。
す前に、装置の光学軸及び機械軸の双方を最適に整合で
きる。
以下の図面を参照して、この発明の実施例を詳細に説
明する。図１は、この発明の一実施例に関するマイケル
ソン干渉計を概略的に示す。図２は、図１の干渉計のた
めのビームスプリッタ及び補正板を示す、及び、図３
は、この発明の別の実施例に関する干渉計測長装置を示
す。
明する。図１は、この発明の一実施例に関するマイケル
ソン干渉計を概略的に示す。図２は、図１の干渉計のた
めのビームスプリッタ及び補正板を示す、及び、図３
は、この発明の別の実施例に関する干渉計測長装置を示
す。
図面を参照すれば、図１は、補正板を含むマイケルソ
ン干渉計を示している。レーザ源からの放射は、レーザ
ビーム１として干渉計に入射する。レーザビーム１は、
くさび形プリズム７を介して透過ビーム３と反射ビーム
５に分離される。透過ビーム３は、くさび型補正板９を
通過し、再帰反射装置11（へ到達し）及びくさび型補正
板９を経てビームスプリッタへ再び戻される。反射ビー
ム５は、再帰反射装置13によってさらに反射されて再び
ビームスプリッタ７を通過し、透過ビーム３が反射され
た（ビーム）と結合され、２つの干渉（ビーム）15及び
17を型づくる。補正板として機能する１枚の板は、ビー
ムスプリッタ板によるビーム変位及び偏向を中和する。
ン干渉計を示している。レーザ源からの放射は、レーザ
ビーム１として干渉計に入射する。レーザビーム１は、
くさび形プリズム７を介して透過ビーム３と反射ビーム
５に分離される。透過ビーム３は、くさび型補正板９を
通過し、再帰反射装置11（へ到達し）及びくさび型補正
板９を経てビームスプリッタへ再び戻される。反射ビー
ム５は、再帰反射装置13によってさらに反射されて再び
ビームスプリッタ７を通過し、透過ビーム３が反射され
た（ビーム）と結合され、２つの干渉（ビーム）15及び
17を型づくる。補正板として機能する１枚の板は、ビー
ムスプリッタ板によるビーム変位及び偏向を中和する。
ビームスプリッタ板は、必要な大きさの２倍形成され
る。このビームスプリッタ板は、等しい大きさのパート
Ａ及びＢに分割され（図2a）、図2bに示されている光学
的配置で利用される。このことは、ビームが導かれるビ
ームスプリッタ板（some means）に関し、方向性（図に
おいて＊によって示されている端部の配置）を明確にで
きることが重要となり、例えば、切断する以前に、２つ
の角の一端（即ちある側）を僅かに面取りするなどが好
ましい。
る。このビームスプリッタ板は、等しい大きさのパート
Ａ及びＢに分割され（図2a）、図2bに示されている光学
的配置で利用される。このことは、ビームが導かれるビ
ームスプリッタ板（some means）に関し、方向性（図に
おいて＊によって示されている端部の配置）を明確にで
きることが重要となり、例えば、切断する以前に、２つ
の角の一端（即ちある側）を僅かに面取りするなどが好
ましい。
この配列は、オルソゴナル板のくさび角及び厚さを無
意味なものとする（補正の必要を除去できる）。この干
渉計装置は、進行する及び反射された光ビームをビーム
スプリッタ板の中心に関して対称に排出することから、
ビームスプリッタ板のくさびの方向がビームの配列によ
って制限された場合であっても、常に色補正可能であ
る。このことは、多波長光源に対しても有益である。1
9,21及び23が符されている非ビームスプリット面からの
主散乱の反射が図１に点線で示されている。光線２及び
３は、逸脱される、が、しかし、このことは重要であっ
て、ビームスプリッタのエッジは、主干渉光と反射
（光）１との間のいかなる角度の偏向も入射させない。
その一方で、２つの相対的に低い輝度を有する反射の変
化による不所望な潜在光源であって、１％程度で、光検
出器に入射しない位置に配置され、ビームスプリッタ板
の厚さが数ミリの際には、有益である。
意味なものとする（補正の必要を除去できる）。この干
渉計装置は、進行する及び反射された光ビームをビーム
スプリッタ板の中心に関して対称に排出することから、
ビームスプリッタ板のくさびの方向がビームの配列によ
って制限された場合であっても、常に色補正可能であ
る。このことは、多波長光源に対しても有益である。1
9,21及び23が符されている非ビームスプリット面からの
主散乱の反射が図１に点線で示されている。光線２及び
３は、逸脱される、が、しかし、このことは重要であっ
て、ビームスプリッタのエッジは、主干渉光と反射
（光）１との間のいかなる角度の偏向も入射させない。
その一方で、２つの相対的に低い輝度を有する反射の変
化による不所望な潜在光源であって、１％程度で、光検
出器に入射しない位置に配置され、ビームスプリッタ板
の厚さが数ミリの際には、有益である。
この発明の別の形態として、干渉計ブロックから離れ
て供試される２つの干渉光を測定できる反射装置（図３
に示されている）が追加されることで変形された測長干
渉計がある。
て供試される２つの干渉光を測定できる反射装置（図３
に示されている）が追加されることで変形された測長干
渉計がある。
この装置では、入射レーザビーム31は、透過ビーム33
と反射ビーム35とにくさび型ビームスプリッタ37を介し
て分離される。透過ビーム33は、くさび型補正板39を通
過され、移動可能な再帰反射装置41に導かれる。反射ビ
ーム35は、λ/8位相板43を通過され、再帰反射装置45に
導かれた後ビームスプリッタへ入射される。反射装置47
は、透過干渉光及び反射干渉光の双方を、偏光子55及び
ビームスプリッタ57を従えるとともに等しい距離隔てら
れている光検出器49,51及び53に入射させる。
と反射ビーム35とにくさび型ビームスプリッタ37を介し
て分離される。透過ビーム33は、くさび型補正板39を通
過され、移動可能な再帰反射装置41に導かれる。反射ビ
ーム35は、λ/8位相板43を通過され、再帰反射装置45に
導かれた後ビームスプリッタへ入射される。反射装置47
は、透過干渉光及び反射干渉光の双方を、偏光子55及び
ビームスプリッタ57を従えるとともに等しい距離隔てら
れている光検出器49,51及び53に入射させる。
この配置は、重要な装置を干渉計ブロック59に載置可
能である。
能である。
干渉計から供給される正弦的に変化する光路長信号の
電気的解析によって、ナノメータ単位の精度及び解像力
を達成できる。その一方で、機械的誤差を引起こす散乱
反射は、光検出器に到達する多くの散乱光の波面を傾か
せる光学配置及びこの装置の精度によって、解消され
る。
電気的解析によって、ナノメータ単位の精度及び解像力
を達成できる。その一方で、機械的誤差を引起こす散乱
反射は、光検出器に到達する多くの散乱光の波面を傾か
せる光学配置及びこの装置の精度によって、解消され
る。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01B 9/00 - 11/30 102
Claims (7)
- 【請求項１】くさび型ビームスプリッタ（７）及び実質
的に同一のくさび角及び厚さに形成された補正板（９）
を有し、この補正板は上記ビームスプリッタ（７）によ
って導かれるビーム変位及び偏向を中和することを特徴
とするマイケルソン干渉計。 - 【請求項２】上記ビームスプリッタ（７）と上記補正板
（９）は、同一の板から製造されることを特徴とする請
求項１に請求したマイケルソン干渉計。 - 【請求項３】前記共通な板は、同一方向を方向付ける機
能（＊）とその後端部とを有し、分離された後、ビーム
スプリッタと補正板とに分割されることを特徴とする請
求項２に請求したマイケルソン干渉計。 - 【請求項４】前記同一方向を方向付ける機能は、面取り
によって構成されることを特徴とする請求項３に請求し
たマイケルソン干渉計。 - 【請求項５】前記ビームスプリッタ板（７）のくさび角
の方向は、出射される時には色補正のために選択され、
反射光ビームは、ビームスプリッタ板の概ね中心から対
称に排出されることを特徴とする請求項１に請求したマ
イケルソン干渉計。 - 【請求項６】前記ビームスプリッタ板（７）の厚さは、
不所望な多重反射が検出器（49）上に位置されないよう
規定されることを特徴とする請求項１に請求したマイケ
ルソン干渉計。 - 【請求項７】反射手段（47）は、干渉計ブロック（59）
から離れた位置に干渉光を提示できることを特徴とする
請求項１に請求したマイケルソン干渉計。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB8920364.0 | 1989-09-08 | ||
| GB898920364A GB8920364D0 (en) | 1989-09-08 | 1989-09-08 | Optical measuring instruments |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05500712A JPH05500712A (ja) | 1993-02-12 |
| JP2997047B2 true JP2997047B2 (ja) | 2000-01-11 |
Family
ID=10662773
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2512639A Expired - Fee Related JP2997047B2 (ja) | 1989-09-08 | 1990-09-07 | 光学式計測装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5847828A (ja) |
| EP (1) | EP0490956B1 (ja) |
| JP (1) | JP2997047B2 (ja) |
| DE (1) | DE69014205T2 (ja) |
| GB (2) | GB8920364D0 (ja) |
| WO (1) | WO1991003702A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005078297A1 (ja) | 2004-02-12 | 2005-08-25 | Ntn Corporation | シェル型針状ころ軸受、コンプレッサ主軸の支持構造およびピストンポンプ駆動部の支持構造 |
| US8661686B2 (en) | 2003-09-16 | 2014-03-04 | Ntn Corporation | Method of manufacturing a shell type needle roller bearing including drawing and ironing operations |
Families Citing this family (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0611438B1 (en) * | 1991-11-08 | 1996-07-03 | British Technology Group Ltd | Optical measuring instruments |
| GB9210488D0 (en) * | 1992-05-15 | 1992-07-01 | British Tech Group | Mechanical mounting |
| DE19801469C2 (de) | 1998-01-16 | 2001-05-17 | Campus Technologies Ag Zug | Vorrichtung zur Erfassung oder Erzeugung optischer Signale |
| EP1031868B1 (de) * | 1999-02-26 | 2003-05-14 | Dr. Johannes Heidenhain GmbH | Kompensierter Parallel-Strahlteiler mit zwei Platten sowie Interferometer |
| US6163379A (en) * | 1999-08-27 | 2000-12-19 | Zygo Corporation | Interferometer with tilted waveplates for reducing ghost reflections |
| US6989901B2 (en) | 2003-07-02 | 2006-01-24 | Inlight Solutions, Inc. | Interferometer |
| US6952266B2 (en) * | 2003-01-15 | 2005-10-04 | Inlight Solutions, Inc. | Interferometer alignment |
| WO2004065894A2 (en) * | 2003-01-15 | 2004-08-05 | Inlight Solutions, Inc. | Optical path difference scanning interferometer |
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