JP3064614B2 - 高精度座標測定装置 - Google Patents
高精度座標測定装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ干渉を利用した
高精度座標測定装置に関する。
高精度座標測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】先ず従来技術に基づいて作られたレーザ
干渉座標測定器の概念を示す図１２について説明する。
Ｘ，Ｙ方向に移動可能なステージ６の上には長方形の反
射鏡Ｍｘ、Ｍｙが固定されている。これらの反射鏡Ｍ
ｘ、ＭｙはそれぞれＸ軸測定用レーザ干渉計（以下Ｘ軸
干渉計という）ＩｘおよびＹ軸測定用レーザ干渉計（以
下Ｙ軸干渉計という）Ｉｙの測定アームに垂直になるよ
うに配置されている。ステージ１がＸ方向に動く場合は
Ｘ軸干渉計ＩｘによってＸ方向の移動量が測定され、ま
たＹ方向に動く時はＹ軸干渉計ＩｙによってＹ方向の移
動量が測定される。３は被測定物４の上の描かれた図形
５の位置を検出する位置検出用顕微鏡等の表面位置検出
器である。Ｘ、Ｙ軸干渉計Ｉｘ、Ｉｙの光軸と、表面位
置検出器３の光軸は互いに垂直で、かつ１点で交わるよ
うになっている。このように構成されていれば、アッベ
の条件が満たされ、ステージ１がＸ軸および／あるいは
Ｙ軸の回りに僅か傾いたとしても、この傾き角に比例す
る測定誤差（アッベの誤差）は生じない。しかしこの例
では被測定物４を載せた重量のあるステージ６を動かさ
ねばならず、このためＸ軸干渉計Ｉｘ、Ｙ軸干渉計Ｉｙ
や、表面位置検出器３が固定されている基台（図示せ
ず）が十分な剛性を持っていないと、基台に撓みが生じ
る。その結果、干渉計と反射鏡の間隔が変わり誤差を生
じる。ナノメータの精度を実現するためには、このよう
な誤差を除去するためには基台の剛性を高めなければな
らず、装置全体が大きく、かつ重たいものになる。従っ
て、移動する物体が出来るだけ軽量になる構成とするこ
とが、精度向上の鍵となる。
干渉座標測定器の概念を示す図１２について説明する。
Ｘ，Ｙ方向に移動可能なステージ６の上には長方形の反
射鏡Ｍｘ、Ｍｙが固定されている。これらの反射鏡Ｍ
ｘ、ＭｙはそれぞれＸ軸測定用レーザ干渉計（以下Ｘ軸
干渉計という）ＩｘおよびＹ軸測定用レーザ干渉計（以
下Ｙ軸干渉計という）Ｉｙの測定アームに垂直になるよ
うに配置されている。ステージ１がＸ方向に動く場合は
Ｘ軸干渉計ＩｘによってＸ方向の移動量が測定され、ま
たＹ方向に動く時はＹ軸干渉計ＩｙによってＹ方向の移
動量が測定される。３は被測定物４の上の描かれた図形
５の位置を検出する位置検出用顕微鏡等の表面位置検出
器である。Ｘ、Ｙ軸干渉計Ｉｘ、Ｉｙの光軸と、表面位
置検出器３の光軸は互いに垂直で、かつ１点で交わるよ
うになっている。このように構成されていれば、アッベ
の条件が満たされ、ステージ１がＸ軸および／あるいは
Ｙ軸の回りに僅か傾いたとしても、この傾き角に比例す
る測定誤差（アッベの誤差）は生じない。しかしこの例
では被測定物４を載せた重量のあるステージ６を動かさ
ねばならず、このためＸ軸干渉計Ｉｘ、Ｙ軸干渉計Ｉｙ
や、表面位置検出器３が固定されている基台（図示せ
ず）が十分な剛性を持っていないと、基台に撓みが生じ
る。その結果、干渉計と反射鏡の間隔が変わり誤差を生
じる。ナノメータの精度を実現するためには、このよう
な誤差を除去するためには基台の剛性を高めなければな
らず、装置全体が大きく、かつ重たいものになる。従っ
て、移動する物体が出来るだけ軽量になる構成とするこ
とが、精度向上の鍵となる。
【０００３】図１３は３次元測定の概念図であり、図１
２に示す構成に対してＺ軸方向のＺ軸干渉計Ｉｚおよび
ステージ６の下面にＺ軸反射鏡Ｍｚを付加し、かつステ
ージ６がＸ、Ｙ、Ｚの３次元に動くように構成されてい
る。また５ａは３次元表面である。この例においても重
いステージ６を動かさねばならず、基台の撓みのよる誤
差は避けられない。移動物体を軽量化する方法は、ステ
ージ６の代わりに干渉計Ｉｘ、Ｉｙ、Ｉｚを３個の反射
鏡の内側に置き、表面位置検出器３と一体にして、これ
を移動させる方法である。この場合、干渉計も表面位置
検出器もステージに比べれば、遙に軽量にすることがで
きる。しかし、干渉計を表面位置検出器に近付けようと
すると、干渉計が被測定物にぶつかってしまう。そこで
接触しないように干渉計の光軸を上方にずらせば、アッ
ベの条件を満たすことができない。このような不都合は
２次元の場合も同じである。
２に示す構成に対してＺ軸方向のＺ軸干渉計Ｉｚおよび
ステージ６の下面にＺ軸反射鏡Ｍｚを付加し、かつステ
ージ６がＸ、Ｙ、Ｚの３次元に動くように構成されてい
る。また５ａは３次元表面である。この例においても重
いステージ６を動かさねばならず、基台の撓みのよる誤
差は避けられない。移動物体を軽量化する方法は、ステ
ージ６の代わりに干渉計Ｉｘ、Ｉｙ、Ｉｚを３個の反射
鏡の内側に置き、表面位置検出器３と一体にして、これ
を移動させる方法である。この場合、干渉計も表面位置
検出器もステージに比べれば、遙に軽量にすることがで
きる。しかし、干渉計を表面位置検出器に近付けようと
すると、干渉計が被測定物にぶつかってしまう。そこで
接触しないように干渉計の光軸を上方にずらせば、アッ
ベの条件を満たすことができない。このような不都合は
２次元の場合も同じである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】光波干渉を利用した測
長システムでは、ナノメータオーダの非常に高い精度が
実現できると謂われている。しかし、位置検出も含めた
測定系を総合的に考慮しないと、干渉計が本来有する高
い精度を実現することは出来ない。また、従来の座標測
定器では、重量のあるステージを２次元に動かさなけれ
ばならず、撓みの来ない頑丈な基台が要求され、大形に
なってしまうと言う問題がある。更に、３次元物体を精
度高く測定する手段は未だ知られていない。本発明は測
長あるいは座標の測定において、移動部分を軽量化する
ことによって、干渉計の有する高い精度を実現すること
を目的とする。
長システムでは、ナノメータオーダの非常に高い精度が
実現できると謂われている。しかし、位置検出も含めた
測定系を総合的に考慮しないと、干渉計が本来有する高
い精度を実現することは出来ない。また、従来の座標測
定器では、重量のあるステージを２次元に動かさなけれ
ばならず、撓みの来ない頑丈な基台が要求され、大形に
なってしまうと言う問題がある。更に、３次元物体を精
度高く測定する手段は未だ知られていない。本発明は測
長あるいは座標の測定において、移動部分を軽量化する
ことによって、干渉計の有する高い精度を実現すること
を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段と作用】本発明の高精度座
標測定装置は、基台と、該基台に固設された反射鏡と、
該基台に設けられた前記反射鏡に垂直な方向に移動可能
な可動ホルダと、該可動ホルダに固設された位置検出装
置と、該可動ホルダに固設され前記反射鏡との相対的移
動量を測定する干渉計とを備え、特にこれらの干渉計は
測定用光学系と参照用光学系とを備え、前記測定用光学
系は前記反射鏡との間をＮ回（Ｎは２以上の整数）往復
する測定光路を有し、前記参照用光学系は前記反射鏡と
の間をＭ回（ＭはＮより小さい整数）往復する参照光路
を有し、測定点から測定用光学系の光軸および参照用光
学系の光軸までの距離をそれぞれＬ、Ｄとするとき、Ｎ
Ｌ＝ＭＤなる関係を満足するように測定用光学系および
参照用光学系の位置を設定したことを特徴とする。更
に、干渉計と反射鏡を入れ換えて、干渉計を基台に、反
射鏡を可動ホルダに固設して、ＮＬ＝ＭＤの関係を満足
させても良い。この関係を満足させると、測定点を中心
として可動ホルダが傾いたときに、測定用光学系と参照
用光学系とで光路差の変動が同じ値となるため，アッベ
の誤差が除去される。
標測定装置は、基台と、該基台に固設された反射鏡と、
該基台に設けられた前記反射鏡に垂直な方向に移動可能
な可動ホルダと、該可動ホルダに固設された位置検出装
置と、該可動ホルダに固設され前記反射鏡との相対的移
動量を測定する干渉計とを備え、特にこれらの干渉計は
測定用光学系と参照用光学系とを備え、前記測定用光学
系は前記反射鏡との間をＮ回（Ｎは２以上の整数）往復
する測定光路を有し、前記参照用光学系は前記反射鏡と
の間をＭ回（ＭはＮより小さい整数）往復する参照光路
を有し、測定点から測定用光学系の光軸および参照用光
学系の光軸までの距離をそれぞれＬ、Ｄとするとき、Ｎ
Ｌ＝ＭＤなる関係を満足するように測定用光学系および
参照用光学系の位置を設定したことを特徴とする。更
に、干渉計と反射鏡を入れ換えて、干渉計を基台に、反
射鏡を可動ホルダに固設して、ＮＬ＝ＭＤの関係を満足
させても良い。この関係を満足させると、測定点を中心
として可動ホルダが傾いたときに、測定用光学系と参照
用光学系とで光路差の変動が同じ値となるため，アッベ
の誤差が除去される。
【０００６】
【実施例】本発明を図面に基づき説明する。図３は３次
元測定の概念図を示した構成である。基台１の上には平
面反射鏡Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚがそれぞれ図示しない適宜手
段により固定されている。可動ホルダ２には表面位置検
出器３、Ｘ軸干渉計Ｉｘ、Ｙ軸干渉計Ｉｙ、Ｚ軸干渉計
Ｉｚが取り付けられている。このホルダ２は周知の３次
元駆動機構によりＸ、Ｙ、Ｚの３軸方向にそれぞれ自在
に移動可能になっており、可動ホルダ２に取り付けられ
た表面位置検出器３により基台１上に置かれた３次元の
被測定物４の表面位置を検出できるようになっている。
元測定の概念図を示した構成である。基台１の上には平
面反射鏡Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚがそれぞれ図示しない適宜手
段により固定されている。可動ホルダ２には表面位置検
出器３、Ｘ軸干渉計Ｉｘ、Ｙ軸干渉計Ｉｙ、Ｚ軸干渉計
Ｉｚが取り付けられている。このホルダ２は周知の３次
元駆動機構によりＸ、Ｙ、Ｚの３軸方向にそれぞれ自在
に移動可能になっており、可動ホルダ２に取り付けられ
た表面位置検出器３により基台１上に置かれた３次元の
被測定物４の表面位置を検出できるようになっている。
【０００７】ここで、干渉計の第１の実施例を図１、２
に基づき説明する。これらの図は可動ホルダ２に固定さ
れたＸ軸干渉計Ｉｘの光路図を示す。図において７は偏
光プリズムで、紙面に平行に振動する直線偏光すなわち
ｐ偏光はこれを透過し、参照系光学系２０に入射する。
紙面に垂直に振動する直線偏光すなわちｓ偏光は偏光プ
リズム７で反射して測定用光学系３０に入射する。測定
用光学系３０は偏光プリズム３１、３２、 1/4波長板３
３、３４、３６、直角プリズム３５、反射プリズム３７
から構成されている。また前記参照系光学系２０は偏光
プリズム２１、２２、 1/4波長板２３、２４、反射プリ
ズム２５から構成されている。また、前記可動ホルダ２
には反射鏡８、９が固定されている。
に基づき説明する。これらの図は可動ホルダ２に固定さ
れたＸ軸干渉計Ｉｘの光路図を示す。図において７は偏
光プリズムで、紙面に平行に振動する直線偏光すなわち
ｐ偏光はこれを透過し、参照系光学系２０に入射する。
紙面に垂直に振動する直線偏光すなわちｓ偏光は偏光プ
リズム７で反射して測定用光学系３０に入射する。測定
用光学系３０は偏光プリズム３１、３２、 1/4波長板３
３、３４、３６、直角プリズム３５、反射プリズム３７
から構成されている。また前記参照系光学系２０は偏光
プリズム２１、２２、 1/4波長板２３、２４、反射プリ
ズム２５から構成されている。また、前記可動ホルダ２
には反射鏡８、９が固定されている。
【０００８】前記偏光プリズム７を透過したｐ偏光は、
参照系光学系２０の偏光プリズム２１および 1/4波長板
２３を透過した後、基台１（ここには図示しない）に固
定されたＸ軸反射鏡Ｍｘで反射し再び 1/4波長板２３を
透過した後、偏光プリズム２１で反射し、別の偏光プリ
ズム２２に向かう。ここで反射して 1/4波長板２４を透
過して、可動ホルダ２に固定されている反射鏡８で反射
し、再び 1/4波長板２４を透過し、今度は偏光プリズム
２２を透過する。そして、直角プリズム２５で反射した
後、偏光プリズム２２、 1/4波長板２４を透過してＸ軸
反射鏡Ｍｘに向かう。更に、ここで反射した光束は、 1
/4波長板２４を透過した後、偏光プリズム２２で反射
し、偏光プリズム２１に向かう。更に、ここで反射し
て、可動ホルダ２に固定された別の固定反射鏡９で反射
した後、再び 1/4波長板２３と偏光プリズム２１を透過
して参照用光学系２０から射出する。従って、この参照
用光学系２０は、Ｘ軸反射鏡Ｍｘが例え傾いても可動ホ
ルダ２に固定された偏光プリズム７から射出する光束の
進行方向に変化が無いと云う特徴がある。
参照系光学系２０の偏光プリズム２１および 1/4波長板
２３を透過した後、基台１（ここには図示しない）に固
定されたＸ軸反射鏡Ｍｘで反射し再び 1/4波長板２３を
透過した後、偏光プリズム２１で反射し、別の偏光プリ
ズム２２に向かう。ここで反射して 1/4波長板２４を透
過して、可動ホルダ２に固定されている反射鏡８で反射
し、再び 1/4波長板２４を透過し、今度は偏光プリズム
２２を透過する。そして、直角プリズム２５で反射した
後、偏光プリズム２２、 1/4波長板２４を透過してＸ軸
反射鏡Ｍｘに向かう。更に、ここで反射した光束は、 1
/4波長板２４を透過した後、偏光プリズム２２で反射
し、偏光プリズム２１に向かう。更に、ここで反射し
て、可動ホルダ２に固定された別の固定反射鏡９で反射
した後、再び 1/4波長板２３と偏光プリズム２１を透過
して参照用光学系２０から射出する。従って、この参照
用光学系２０は、Ｘ軸反射鏡Ｍｘが例え傾いても可動ホ
ルダ２に固定された偏光プリズム７から射出する光束の
進行方向に変化が無いと云う特徴がある。
【０００９】一方、ｓ偏光は偏光プリズム７、反射プリ
ズム３７で反射し 1/4波長板３６を透過する。その後偏
光プリズム３１，３２及び直角プリズム３５からなる測
定用光学系３０に入射する。光束の進路については、光
束が可動ホルダ２に固定された反射鏡８、９の代わりに
Ｘ軸干渉計Ｉｘで反射することを除きｐ偏光の場合と同
様である。
ズム３７で反射し 1/4波長板３６を透過する。その後偏
光プリズム３１，３２及び直角プリズム３５からなる測
定用光学系３０に入射する。光束の進路については、光
束が可動ホルダ２に固定された反射鏡８、９の代わりに
Ｘ軸干渉計Ｉｘで反射することを除きｐ偏光の場合と同
様である。
【００１０】今、測定点Ｏを中心に可動ホルダ２が例え
ば時計回りに、僅かに回転した場合について考えてみ
る。回転角をαとすると、２次以上の誤差を無視できる
とすれば、参照用光学系においては光路長は４Ｄαだけ
短くなる。但しＤはＺ軸方向に計ったときの測定点から
参照用光学系の光軸までの距離である。この光学系の光
軸は反射鏡に向かう４本の光束の対称軸である。測定用
光学系については固定反射鏡が無いので可動ホルダ２の
傾きによる光路長の減少は８Ｌαになる。ここで、Ｌは
測定点と測定用光学系の光軸の間隔である。従ってＤ＝
２Ｌのとき可動ホルダ２の傾きに関わらず光路差は０に
なる。即ち測定点Ｏを中心に傾く限り光路差に変化がな
いので、可動ホルダ２の傾きにも関わらずＯ点の位置を
正しく測定することができる。すなわち、アッベの誤差
を除去するこができる。可動ホルダ２に固定されている
ブローブ１０は測定点Ｏの位置を検出する位置検出装置
の一例であって、光電顕微鏡、走査型トンネル顕微鏡
（ＳＴＭ）、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）など公知の装置
を利用することができる。この位置検出装置は測定軸が
紙面内にあれば干渉計の光学系とぶつからないように例
えば左方にずらしてもよい。以上説明した干渉計はＸ軸
干渉計としても使用できる。
ば時計回りに、僅かに回転した場合について考えてみ
る。回転角をαとすると、２次以上の誤差を無視できる
とすれば、参照用光学系においては光路長は４Ｄαだけ
短くなる。但しＤはＺ軸方向に計ったときの測定点から
参照用光学系の光軸までの距離である。この光学系の光
軸は反射鏡に向かう４本の光束の対称軸である。測定用
光学系については固定反射鏡が無いので可動ホルダ２の
傾きによる光路長の減少は８Ｌαになる。ここで、Ｌは
測定点と測定用光学系の光軸の間隔である。従ってＤ＝
２Ｌのとき可動ホルダ２の傾きに関わらず光路差は０に
なる。即ち測定点Ｏを中心に傾く限り光路差に変化がな
いので、可動ホルダ２の傾きにも関わらずＯ点の位置を
正しく測定することができる。すなわち、アッベの誤差
を除去するこができる。可動ホルダ２に固定されている
ブローブ１０は測定点Ｏの位置を検出する位置検出装置
の一例であって、光電顕微鏡、走査型トンネル顕微鏡
（ＳＴＭ）、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）など公知の装置
を利用することができる。この位置検出装置は測定軸が
紙面内にあれば干渉計の光学系とぶつからないように例
えば左方にずらしてもよい。以上説明した干渉計はＸ軸
干渉計としても使用できる。
【００１１】図４は第２の実施例であって、図２の直角
プリズム２５に代えてレンズ１１とその焦点に置かれた
反射鏡１５とからなる所謂キャッツアイ（１１─１５）
を用いた参照用光学系の例である。尚、図２では、偏光
プリズム２１、２２は別々で２個になっているが、この
例では一体型のプリズム２６にしてある。この系では固
定反射鏡９との間を２往復し、Ｘ軸反射鏡Ｍｘとの間を
２往復する。測定用光学系には固定反射鏡９を外したも
のを使用する。従って測定用光学系はＸ軸反射鏡Ｍｘと
の間を４往復する。
プリズム２５に代えてレンズ１１とその焦点に置かれた
反射鏡１５とからなる所謂キャッツアイ（１１─１５）
を用いた参照用光学系の例である。尚、図２では、偏光
プリズム２１、２２は別々で２個になっているが、この
例では一体型のプリズム２６にしてある。この系では固
定反射鏡９との間を２往復し、Ｘ軸反射鏡Ｍｘとの間を
２往復する。測定用光学系には固定反射鏡９を外したも
のを使用する。従って測定用光学系はＸ軸反射鏡Ｍｘと
の間を４往復する。
【００１２】図５は第３の実施例を示す。この例は、図
２に示した光学系で射出した光束を直角プリズム２７に
より、もう１度干渉計光学系に戻したものである。この
例では、参照用光束はＸ軸反射鏡Ｍｘとの間を６往復す
る。測定用光学系の場合は、この図中の反射鏡９、８を
使用しないので、測定用光束は８往復する。従って、３
Ｄ＝４Ｌが成立すれば、可動ホルダ２が傾いても光路差
が変化しない。参照用光学系と測定用光学系との光軸間
隔はＤ−Ｌであるが、Ｄ−Ｌ＝Ｌ／３となる。従ってＬ
が同じとすれば干渉計光学系の間隔を詰めて、干渉計を
コンパクトに構成することができる。間隔が同じとすれ
ば測定点をより離れた位置に設定することができる。
２に示した光学系で射出した光束を直角プリズム２７に
より、もう１度干渉計光学系に戻したものである。この
例では、参照用光束はＸ軸反射鏡Ｍｘとの間を６往復す
る。測定用光学系の場合は、この図中の反射鏡９、８を
使用しないので、測定用光束は８往復する。従って、３
Ｄ＝４Ｌが成立すれば、可動ホルダ２が傾いても光路差
が変化しない。参照用光学系と測定用光学系との光軸間
隔はＤ−Ｌであるが、Ｄ−Ｌ＝Ｌ／３となる。従ってＬ
が同じとすれば干渉計光学系の間隔を詰めて、干渉計を
コンパクトに構成することができる。間隔が同じとすれ
ば測定点をより離れた位置に設定することができる。
【００１３】図６は１次元の長さ測定および２次元の座
標測定あるいは限られた範囲であるが、Ｚ軸方向の３次
元測定にも適用可能な干渉計光学系の第４の実施例であ
る。偏光プリズム２６は図４に示したものと同じ構造で
ある。Ｘ軸反射鏡Ｍｘの前に複プリズム１２が置かれて
いる。これはＸ軸反射鏡Ｍｘと共に基台１（ここには図
示なし）に固定されている。図７は、直角プリズム２
５、偏光プリズム２６以外の光学素子の図示を省略した
光路説明図である。矢印の位置から入射した光束（実線
で示す）は偏光プリズム２６および 1/4波長板２３を透
過した後、複プリズム１２で屈折してＸ軸反射鏡Ｍｘで
反射して、再び複プリズム１２を通って光軸に平行な光
束として偏光プリズム２６に入り、ここで反射して 1/4
波長板２３、プリズムａを透過、反射鏡８で反射、、プ
リズムｂ、 1/4波長板２３を経て偏光プリズム２６を透
過し、直角プリズム２５で反射、同様に点線で示す光路
を通って点線矢印の位置から射出する。ここでプリズム
ａ、ｂおよびｃ、ｄは複プリズム１２の対応する部分を
切り取った形状のプリズムであって、偏光プリズム２６
と同じく可動ホルダ（ここには図示せず）に固定されて
いる。この構成は参照用干渉計のものであり、測定用干
渉計は、これからプリズムａ、ｂ、ｃ、ｄおよび反射鏡
８、９を除いたものとなる。この干渉計を用いた場合に
は、Ｄ＝２Ｌの関係が成立することによりアッベの誤差
がなくなる。以上の実施例に示した干渉計を図３の干渉
計Ｉｘ、Ｉｙに用いればアッベの誤差のない座標測定器
を実現することができる。
標測定あるいは限られた範囲であるが、Ｚ軸方向の３次
元測定にも適用可能な干渉計光学系の第４の実施例であ
る。偏光プリズム２６は図４に示したものと同じ構造で
ある。Ｘ軸反射鏡Ｍｘの前に複プリズム１２が置かれて
いる。これはＸ軸反射鏡Ｍｘと共に基台１（ここには図
示なし）に固定されている。図７は、直角プリズム２
５、偏光プリズム２６以外の光学素子の図示を省略した
光路説明図である。矢印の位置から入射した光束（実線
で示す）は偏光プリズム２６および 1/4波長板２３を透
過した後、複プリズム１２で屈折してＸ軸反射鏡Ｍｘで
反射して、再び複プリズム１２を通って光軸に平行な光
束として偏光プリズム２６に入り、ここで反射して 1/4
波長板２３、プリズムａを透過、反射鏡８で反射、、プ
リズムｂ、 1/4波長板２３を経て偏光プリズム２６を透
過し、直角プリズム２５で反射、同様に点線で示す光路
を通って点線矢印の位置から射出する。ここでプリズム
ａ、ｂおよびｃ、ｄは複プリズム１２の対応する部分を
切り取った形状のプリズムであって、偏光プリズム２６
と同じく可動ホルダ（ここには図示せず）に固定されて
いる。この構成は参照用干渉計のものであり、測定用干
渉計は、これからプリズムａ、ｂ、ｃ、ｄおよび反射鏡
８、９を除いたものとなる。この干渉計を用いた場合に
は、Ｄ＝２Ｌの関係が成立することによりアッベの誤差
がなくなる。以上の実施例に示した干渉計を図３の干渉
計Ｉｘ、Ｉｙに用いればアッベの誤差のない座標測定器
を実現することができる。
【００１４】また、図３において、Ｚ軸干渉計Ｉｚに
は、位置検出装置の測定軸と干渉計の光軸を合致させれ
ば公知の干渉計を用いてもアッベの誤差を除去すること
ができる。例えば図８に示すような第５の実施例による
干渉計を用いることができる。即ち、図８において紙面
に対して４５°の振動面を有する直線偏光ＩＰが偏光プ
リズム２６に入射すると、紙面に平行に振動する直線偏
光成分、即ちｐ偏光成分（実線で示す）は偏光プリズム
２６を透過し、垂直に振動する直線偏光成分、即ちｓ偏
光成分（点線で示す）は偏光プリズム２６で反射する。
図８では光路が重なって１線または１破線で示されてい
るので、光路説明用に図９を用いて先ず、ｐ偏光成分の
経路を説明する。ここでは反射鏡Ｍｘ、Ｍｙ、 1/4波長
板２３、２４の図は省略してある。図中、、、
は反射鏡Ｍz での反射順位を示す。偏光プリズム２６を
透過したｐ偏光成分は 1/4波長板２３を透過した後、Ｚ
軸反射鏡Ｍｚで１回目の反射をして再び偏光プリズム
２６に戻るが 1/4波長板２３を２度透過して偏光面が９
０°回転しているので偏光プリズム２６で反射して、第
２の偏光プリズム２７で反射し 1/4波長板２４を透過し
た後Ｚ軸反射鏡Ｍｚで２回目反射して偏光プリズム２
７に戻って透過し、直角プリズム２５で反射した後、Ｚ
軸反射鏡Ｍｚで３回目の反射をする。反射光は偏光プ
リズム２７、２６で反射しＺ軸反射鏡Ｍｚで４回目の反
射をする。そして 1/4波長板２３と偏光プリズム２６
を透過する。
は、位置検出装置の測定軸と干渉計の光軸を合致させれ
ば公知の干渉計を用いてもアッベの誤差を除去すること
ができる。例えば図８に示すような第５の実施例による
干渉計を用いることができる。即ち、図８において紙面
に対して４５°の振動面を有する直線偏光ＩＰが偏光プ
リズム２６に入射すると、紙面に平行に振動する直線偏
光成分、即ちｐ偏光成分（実線で示す）は偏光プリズム
２６を透過し、垂直に振動する直線偏光成分、即ちｓ偏
光成分（点線で示す）は偏光プリズム２６で反射する。
図８では光路が重なって１線または１破線で示されてい
るので、光路説明用に図９を用いて先ず、ｐ偏光成分の
経路を説明する。ここでは反射鏡Ｍｘ、Ｍｙ、 1/4波長
板２３、２４の図は省略してある。図中、、、
は反射鏡Ｍz での反射順位を示す。偏光プリズム２６を
透過したｐ偏光成分は 1/4波長板２３を透過した後、Ｚ
軸反射鏡Ｍｚで１回目の反射をして再び偏光プリズム
２６に戻るが 1/4波長板２３を２度透過して偏光面が９
０°回転しているので偏光プリズム２６で反射して、第
２の偏光プリズム２７で反射し 1/4波長板２４を透過し
た後Ｚ軸反射鏡Ｍｚで２回目反射して偏光プリズム２
７に戻って透過し、直角プリズム２５で反射した後、Ｚ
軸反射鏡Ｍｚで３回目の反射をする。反射光は偏光プ
リズム２７、２６で反射しＺ軸反射鏡Ｍｚで４回目の反
射をする。そして 1/4波長板２３と偏光プリズム２６
を透過する。
【００１５】一方、ｓ偏光成分については図９での図示
説明を省略したが、偏光プリズム２６で反射した後、固
定反射鏡Ｍｂ、Ｍａでそれぞれ２回反射して、最後に偏
光プリズム２６で反射して、Ｚ軸反射鏡Ｍｚから反射し
て戻った前記ｐ偏光成分と同一光路をとりＯＰとして射
出する。その後、図示しない公知の干渉縞検出手段によ
って干渉縞を検出する。勿論、図１に示した干渉計を用
いることもできる。この場合図１の干渉計を反時計回り
に９０°回転してＯ点を測定軸、即ち固定用干渉計の光
軸が通るようにすれば良い。
説明を省略したが、偏光プリズム２６で反射した後、固
定反射鏡Ｍｂ、Ｍａでそれぞれ２回反射して、最後に偏
光プリズム２６で反射して、Ｚ軸反射鏡Ｍｚから反射し
て戻った前記ｐ偏光成分と同一光路をとりＯＰとして射
出する。その後、図示しない公知の干渉縞検出手段によ
って干渉縞を検出する。勿論、図１に示した干渉計を用
いることもできる。この場合図１の干渉計を反時計回り
に９０°回転してＯ点を測定軸、即ち固定用干渉計の光
軸が通るようにすれば良い。
【００１６】図１０、１１は１次元測定の場合の第６の
実施例であって、測定用光束は２往復、参照用光束は１
往復する実施例を示す。偏光プリズム２１を透過したｐ
偏光はレンズ１４とその焦点に置かれた反射鏡９から所
謂キャッツアイ（９─１４）で反射して再び偏光プリズ
ム２１を透過する。一方、偏光プリズム２１で反射した
ｓ偏光はもう一つの偏光プリズム２２で反射し、 1/4波
長板２４を透過し、基台１に固定されたレンズ１１と反
射鏡１５から構成されたもう一つのキャッツアイ（１１
─１５）で反射し、再び偏光プリズム２２に戻り、これ
を透過し直角プリズム２５で反射した後、偏光プリズム
２２、 1/4波長板２４を透過し再びキャッツアイ（１１
─１５）で反射してから偏光プリズム２２、２１で反射
しｐ偏光と一緒になって射出する。この射出した二つの
光束を、ｐ偏光に対して４５°の方位にある検光子を通
すことにより干渉縞を検出することができる。尚、この
ような干渉縞の検出方法については、何れの実施例にお
いても公知の方法が適用できる。
実施例であって、測定用光束は２往復、参照用光束は１
往復する実施例を示す。偏光プリズム２１を透過したｐ
偏光はレンズ１４とその焦点に置かれた反射鏡９から所
謂キャッツアイ（９─１４）で反射して再び偏光プリズ
ム２１を透過する。一方、偏光プリズム２１で反射した
ｓ偏光はもう一つの偏光プリズム２２で反射し、 1/4波
長板２４を透過し、基台１に固定されたレンズ１１と反
射鏡１５から構成されたもう一つのキャッツアイ（１１
─１５）で反射し、再び偏光プリズム２２に戻り、これ
を透過し直角プリズム２５で反射した後、偏光プリズム
２２、 1/4波長板２４を透過し再びキャッツアイ（１１
─１５）で反射してから偏光プリズム２２、２１で反射
しｐ偏光と一緒になって射出する。この射出した二つの
光束を、ｐ偏光に対して４５°の方位にある検光子を通
すことにより干渉縞を検出することができる。尚、この
ような干渉縞の検出方法については、何れの実施例にお
いても公知の方法が適用できる。
【００１７】以上の実施例に見られるように一般的に測
定光束が反射鏡との間をＮ回（Ｎは２以上の整数）往復
し、参照用光束が反射鏡との間をＭ回（ＭはＮより小さ
い整数）往復するようにしたとき、ＮＬ＝ＭＤの関係が
満たされればアッベの誤差を除去することができる。ま
た、実施例では、可動ホルダ２にＸ軸干渉計Ｉｘを固定
し、基台１にＸ軸反射鏡Ｍｘを固定したが、可動ホルダ
２に反射鏡を、基台１に干渉計を固定してもＮＬ＝ＭＤ
の関係が満たされれば、アッベの誤差を除去することが
できる。
定光束が反射鏡との間をＮ回（Ｎは２以上の整数）往復
し、参照用光束が反射鏡との間をＭ回（ＭはＮより小さ
い整数）往復するようにしたとき、ＮＬ＝ＭＤの関係が
満たされればアッベの誤差を除去することができる。ま
た、実施例では、可動ホルダ２にＸ軸干渉計Ｉｘを固定
し、基台１にＸ軸反射鏡Ｍｘを固定したが、可動ホルダ
２に反射鏡を、基台１に干渉計を固定してもＮＬ＝ＭＤ
の関係が満たされれば、アッベの誤差を除去することが
できる。
【発明の効果】本発明による高精度座標測定装置は、移
動部分が軽量化され、アッベの誤差を排除した高精度の
測定が可能なものである。
動部分が軽量化され、アッベの誤差を排除した高精度の
測定が可能なものである。
【図１】本発明による高精度座標測定装置の第１の実施
例の構成図である。
例の構成図である。
【図２】同じく要部の光路説明図である。
【図３】同じく構成の概念を示す図である。
【図４】本発明による高精度座標測定装置の第２の実施
例による要部の構成図である。
例による要部の構成図である。
【図５】本発明による高精度座標測定装置の第３の実施
例による要部の光路説明図である。
例による要部の光路説明図である。
【図６】本発明による高精度座標測定装置の第４の実施
例による要部の構成図である。
例による要部の構成図である。
【図７】同じく要部の光路説明図である。
【図８】本発明による高精度座標測定装置の第５の実施
例による要部の構成図である。
例による要部の構成図である。
【図９】同じく要部の光路説明図である。
【図１０】本発明による高精度座標測定装置の第６の実
施例による要部の構成図である。
施例による要部の構成図である。
【図１１】同じく要部の光路説明図である。
【図１２】従来の２次元測定の概念を示した構成図であ
る。
る。
【図１３】同じく３次元測定の概念を示した構成図であ
る。
る。
１ 基台 ２ 可動ホルダ ３ 表面位置検出器 ４ 被測定物 ６ ステージ ７ 偏光プリズム ８ 反射鏡 ９ 反射鏡 １０ ブローブ １１ レンズ １２ 複プリズム １３ レンズ １４ レンズ １５ 反射鏡 ２０ 参照用光学系 ２１ 偏光プリズム ２２ 偏光プリズム ２３ 1/4波長板 ２４ 1/4波長板 ２５ 反射プリズム ２６ 偏光プリズム ２７ 偏光プリズム ３０ 測定用光学系 ３１ 偏光プリズム ３２ 偏光プリズム ３３ 1/4波長板 ３４ 1/4波長板 ３５ 直角プリズム ３６ 1/4波長板 ３７ 反射プリズム Ｍｘ Ｘ軸反射鏡 Ｍｙ Ｙ軸反射鏡 Ｍｚ Ｚ軸反射鏡 Ｉｘ Ｘ軸干渉計 Ｉｙ Ｙ軸干渉計 Ｉｚ Ｚ軸干渉計 Ｏ 測定点
Claims (5)
- 【請求項１】 基台と、該基台に固設された反射鏡と、
該基台に設けられた前記反射鏡に垂直な方向に移動可能
な可動ホルダと、該可動ホルダに固設された位置検出装
置と、該可動ホルダに固設され前記反射鏡との相対的移
動量を測定する干渉計とを備え、該干渉計は測定用光学
系と参照用光学系とを備え、前記測定用光学系は前記反
射鏡との間をＮ回（Ｎは２以上の整数）往復する測定光
路を有し、前記参照用光学系は前記反射鏡との間をＭ回
（ＭはＮより小さい整数）往復する参照光路を有し、測
定点から測定用光学系の光軸および参照用光学系の光軸
までの距離をそれぞれＬ、Ｄとするとき、ＮＬ＝ＭＤな
る関係を満足するように測定用光学系および参照用光学
系の位置を設定したことを特徴とする高精度座標測定装
置。 - 【請求項２】 基台と、該基台に対して一方向に移動可
能に設けられた可動ホルダと、該可動ホルダに固設され
た位置検出装置と、該可動ホルダに固設された反射鏡
と、前記基台に固設され前記反射鏡との移動量を測定す
る干渉計とを備え、該干渉計は測定用光学系と参照用光
学系と備え、前記測定用光学系は前記反射鏡との間をＮ
回（Ｎは２以上の整数）往復する測定光路を有し、前記
参照用光学系は前記反射鏡との間をＭ回（ＭはＮより小
さい整数）往復する参照光路を有し、測定点から測定用
光学系の光軸および参照用光学系の光軸までの距離をそ
れぞれＬ、Ｄとするとき、ＮＬ＝ＭＤなる関係を満足す
るように測定用光学系および参照用光学系の位置を設定
したことを特徴とする高精度座標測定装置。 - 【請求項３】 基台と、ＸおよびＹ軸上で前記基台に各
々固設されたＸ軸およびＹ軸反射鏡と、前記基台に対し
て少なくとも前記Ｘ、Ｙ方向に沿って移動可能に設けら
れた可動ホルダと、前記ＸおよびＹ軸反射鏡との相対的
位置を検出するために前記可動ホルダに固定されたＸ軸
干渉計光学系およびＹ軸干渉計光学系とを備え、前記各
干渉計は各々測定用光学系と参照用光学系とを備え、前
記測定用光学系は前記反射鏡との間をＮ回（Ｎは２以上
の整数）往復する測定光路を有し、前記参照用光学系は
前記反射鏡との間をＭ回（ＭはＮより小さい整数）往復
する参照光路を有し、測定点から測定用光学系の光軸お
よび参照用光学系の光軸までの距離をそれぞれＬ、Ｄと
するとき、ＮＬ＝ＭＤなる関係を満足するように測定用
光学系および参照用光学系の位置を設定したことを特徴
とする高精度座標測定装置。 - 【請求項４】 基台と、Ｘ、ＹおよびＺ軸上で前記基台
に各々固設されたＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸反射鏡と、前記
基台に対して少なくとも前記Ｘ、ＹおよびＺ軸方向に沿
って移動可能に設けられた可動ホルダと、前記Ｘ、Ｙお
よびＺ軸反射鏡との相対的位置を検出するために前記可
動ホルダに固定されたＸ、ＹおよびＺ軸干渉計光学系と
を備え、前記Ｘ軸干渉計光学系およびＹ軸干渉計光学系
は各々測定用光学系と参照用光学系とを備え、前記測定
用光学系は前記反射鏡との間をＮ回（Ｎは２以上の整
数）往復する測定光路を有し、前記参照用光学系は前記
反射鏡との間をＭ回（ＭはＮより小さい整数）往復する
参照光路を有し、測定点から測定用光学系の光軸および
参照用光学系の光軸までの距離をそれぞれＬ、Ｄとする
とき、ＮＬ＝ＭＤなる関係を満足するように測定用光学
系および参照用光学系の位置が設定され、前記Ｚ軸干渉
計光学系は前記位置検出装置の測定軸上に配置されてい
ることを特徴とする高精度座標測定装置。 - 【請求項５】 前記Ｚ軸干渉光学系が測定用光学系と参
照用光学系とを備え、前記測定用光学系は前記反射鏡と
の間をＮ回（Ｎは２以上の整数）往復する測定光路を有
し、前記参照用光学系は前記反射鏡との間をＭ回（Ｍは
Ｎより小さい整数）往復する参照光路を有し、測定点か
ら測定用光学系の光軸および参照用光学系の光軸までの
距離をそれぞれＬ、Ｄとするとき、ＮＬ＝ＭＤなる関係
を満足するように測定用光学系および参照用光学系の位
置を設定したことを特徴とする請求項４の高精度座標測
定装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3344784A JP3064614B2 (ja) | 1991-12-26 | 1991-12-26 | 高精度座標測定装置 |
| US07/986,787 US5369488A (en) | 1991-12-10 | 1992-12-08 | High precision location measuring device wherein a position detector and an interferometer are fixed to a movable holder |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3344784A JP3064614B2 (ja) | 1991-12-26 | 1991-12-26 | 高精度座標測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05172519A JPH05172519A (ja) | 1993-07-09 |
| JP3064614B2 true JP3064614B2 (ja) | 2000-07-12 |
Family
ID=18371961
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3344784A Expired - Fee Related JP3064614B2 (ja) | 1991-12-10 | 1991-12-26 | 高精度座標測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3064614B2 (ja) |
-
1991
- 1991-12-26 JP JP3344784A patent/JP3064614B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05172519A (ja) | 1993-07-09 |
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