JP3326441B2 - 測長用レーザ干渉計 - Google Patents

測長用レーザ干渉計

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JP3326441B2
JP3326441B2 JP16020393A JP16020393A JP3326441B2 JP 3326441 B2 JP3326441 B2 JP 3326441B2 JP 16020393 A JP16020393 A JP 16020393A JP 16020393 A JP16020393 A JP 16020393A JP 3326441 B2 JP3326441 B2 JP 3326441B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、測長用レーザ干渉計
に関する。
【0002】
【従来の技術】図4は従来の測長用レーザ干渉計を示す
全体構成図である。
【0003】従来の測長用レーザ干渉計として、レーザ
発振器からのレーザがビームスプリッタにより反射した
測長ビームBmの光路中に配置された三角形密閉容器1
04と、三角形密閉容器104を移動鏡105の動きに
合わせて直線移動させる駆動モータ111とを備え、測
長ビームBmとレーザ発振器からのレーザがビームスプ
リッタを透過後固定鏡108から戻って来る参照ビーム
Brとを、再びビームスプリッタで重ね合わせてフォト
ディテクタ112上で干渉させて移動鏡105の変位を
検出するものがある。三角形密閉容器104は測長ビー
ムBmが透過する側面部が透明で一定の厚みをもつ中空
の容器であって、内部には空気等の気体が封入されてい
るか、若しくは真空になっている。
【0004】移動鏡105がx方向に移動すると三角形
密閉容器104もd方向に動き、測長ビームBmが大気
中を通る距離が一定に保たれるように工夫されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、三角形密閉容
器104が移動の際に矢印122の方向に回転した場
合、測長ビームBmの光路長が変化して測長誤差が生じ
る。
【0006】図5は三角形密閉容器104と測長ビーム
Bmとの関係を示す図である。測長ビームBmは入射角
θで三角形密閉容器104の側面部104aに入射して
いる。三角形密閉容器104の回転により入射角θが変
化すると、測長ビームBmの光路長が変化する。
【0007】図6は測長ビームBmの入射部分の拡大図
である。図6のS間の光路長Lは次式のようになる。
【0008】
【数1】 但し、naは側面部104aの透明板をはさむ気体の屈
折率、ng は透明板の屈折率、na sin θ=ng sin
φ、tは透明板の厚さである。
【0009】図6の透明板が点Pを中心に矢印の方向に
微小角Δθだけ回転した場合の光路長Lの変化量ΔLは
次式のようになる。
【0010】
【数2】 次に、na =1.0、ng =1.5、θ=45度、t=
1mmの条件下で、変化量ΔL=1nmになるときの微小角
Δθの値を見積もる。
【0011】(2)式よりΔθ=3.0μrad となり非
常に微小な角度である。
【0012】したがって、ナノメータオーダの計測を行
うためには三角形密閉容器104が移動する際の回転を
非常に厳しく抑えなければならないという問題がある。
【0013】この発明はこのような事情に鑑みてなされ
たもので、その課題は可動密閉容器の回転による測長誤
差の発生を防ぐことができる測長用レーザ干渉計を提供
することである。
【0014】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めこの発明の測長用レーザ干渉計は、測長ビームの光路
中に配置された可動密閉容器と、前記測長ビームが通過
する大気中の距離を微小且つほぼ一定に保つように前記
可動密閉容器を前記移動鏡の動きに合わせて直線移動さ
せる駆動手段とを備え、前記測長ビームと固定鏡から戻
って来る参照ビームとを干渉させて前記移動鏡の変位を
検出する測長用レーザ干渉計において、前記測長ビーム
が斜めに通過する前記可動密閉容器の側面部と同じ厚さ
と材質とを有し、且つ前記測長ビームに対する前記側面
部の傾斜角度と同じ角度で前記参照ビームに対して傾い
ている参照ビーム透過部材を、前記測長ビームに対して
平行な前記参照ビームの光路中に前記可動密閉容器と一
体に設けた。
【0015】
【作用】可動密閉容器が移動鏡の動きに同期して動く際
に、可動密閉容器が回転した場合、測長ビームが通過す
る可動密閉容器の側面部中の距離が変化することになる
が、参照ビームも可動密閉容器と一体に設けられた参照
ビーム透過部材を通過し、しかも参照ビーム透過部材は
可動密閉容器の側面部と同じ厚さと材質とを有し、且つ
測長ビームに対する側面部の傾斜角度と同じ角度で参照
ビームに対して傾いているので、変化量は測長ビームと
全く同じであり、測長ビームと参照ビームとの光路長差
は変化しない。
【0016】
【実施例】以下この発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
【0017】図1はこの発明の一実施例に係る測長用レ
ーザ干渉計の斜視図、図2は図1のII−II線に沿う
断面図、図3は測長用レーザ干渉計の全体構成を示す平
面図である。
【0018】測長用レーザ干渉計は、レーザ発振器1、
偏光ビームスプリッタ2、密閉容器3、可動密閉容器
4、移動鏡5、密閉容器6、密閉容器7、固定鏡8、移
動テ−ブル9、駆動モータ10,11及びフォトディテ
クタ12等で構成されている。各密閉容器3,4,6,
7はそれぞれ測定ビームBm、参照ビームBrが透過す
る側面部が透明で一定の厚みをもつ中空の容器であっ
て、内部に空気等の気体が封入されているか、若しくは
真空になっている。密閉容器3、可動密閉容器4及び移
動鏡5は、測長ビームBmの光路中に位置している。密
閉容器3は偏光ビームスプリッタ2に固定され、密閉容
器3内には1/4波長板13が配置されている。密閉容
器3の側面部3aは測長ビームBmの光路中で可動密閉
容器4の側面部4aの一部と対向している。可動密閉容
器4の側面部4aは図1の上方へ突き出ており、突き出
た部分が参照ビーム透過板4cを構成している。可動密
閉容器4は駆動モータ11により図3の矢印20の方向
に移動可能である。可動密閉容器4の側面部4bの一部
は測長ビームBmの光路中で移動鏡5と対向している。
移動鏡5は移動テーブル9に取り付けられ、移動テーブ
ル9は駆動モータ10により測長ビームBmの光軸に平
行に移動可能である。駆動モータ10,11はCPU1
4からの制御信号により制御される。
【0019】前記密閉容器6、密閉容器7及び固定鏡8
は参照ビームBrの光路中に位置している。密閉容器6
は偏光ビームスプリッタ2に固定され、密閉容器6内に
は1/4波長板15が配置されている。密閉容器6の側
面部6aは参照ビームBrの光路中で参照ビーム透過板
4cを介して密閉容器7の側面部7aの一部と対向して
いる。密閉容器7には固定鏡8が取り付けられている。
【0020】レーザ発振器1から射出されたレーザビー
ムBoの内、偏光ビームスプリッタ2に対するS偏光成
分は接合面2aで反射されて測長ビームBmとなる。測
長ビームBmは密閉容器3内の1/4波長板13を通過
した後、可動密閉容器4を通り、移動鏡5で反射され
る。反射された測長ビームBmは再び可動密閉容器4を
通り、密閉容器3内の1/4波長板13を通過するが、
その1/4波長板13を一往復することにより偏光方向
は90度回転する。その結果測長ビームBmの偏光状態
は偏光ビームスプリッタ2に対してP偏光となり、偏光
ビームスプリッタ2を通過する。そして偏光板16を通
り、光学軸に平行な偏光成分がフォトディテクタ12に
到達する。
【0021】一方、レーザ発振器1から射出されたレー
ザビームBoの内、偏光ビームスプリッタ2に対するP
偏光成分は接合面2aを透過して参照ビームBrとな
る。参照ビームBrは密閉容器6内の1/4波長板15
を通過した後、参照ビーム透過板4cを通り、更に密閉
容器7を通過して固定鏡8で反射される。反射された参
照ビームBrは再び密閉容器7を通り、参照ビーム透過
板4cを経て、密閉容器6内の1/4波長板15を通過
する。参照ビームBrは1/4波長板15を一往復する
ことにより偏光方向が90度回転する。その結果参照ビ
ームBrの偏光状態は偏光ビームスプリッタ2の接合面
2aに対してS偏光となり、接合面2aで反射されて、
更に偏光板16を通過し、光学軸に平行な偏光成分がフ
ォトディテクタ12に到達する。
【0022】フォトディテクタ12に到達した測長ビー
ムBmと参照ビームBrとの偏光方向は互いに平行であ
るので干渉を生じる。このため移動鏡5が移動すると測
長ビームBmの光路長が変化し、フォトディテクタ12
上で干渉したビームの強度が変化する。この強度変化を
逐次CPU14で計測することにより、逆に移動鏡5の
変位を知ることができる。
【0023】移動鏡5が動くとき、移動鏡5の動きに同
期して可動密閉容器4も動く。図3に示すように、移動
鏡5が右側へ移動すると、可動密閉容器4も右斜め下側
へ移動し、測長ビームBmが大気中を通る距離は常に一
定に保たれる。逆に、移動鏡5が左側へ移動すると、可
動密閉容器4も左斜め上側へ移動する。
【0024】このように可動密閉容器4が移動鏡5の動
きに同期して動く際に、可動密閉容器4が矢印22の方
向に回転することがあるが、可動密閉容器4が回転する
と測長ビームBmが通過する可動密閉容器4の側面部4
a,4b中の距離が変化することになる。この量は測長
ビームBmが斜めに通過する側面部4aで最も多く、精
密測定を行う場合には無視できない。この実施例では、
前述のように参照ビームBrも可動密閉容器4の側面部
4aの一部(参照ビーム透過板4c)を通過しており、
可動密閉容器4が回転した場合、参照ビームBrが通過
する参照ビーム透過板4c中の距離も変化する。この可
動密閉容器4の側面部4aの厚さが一様であるとする
と、測長ビームBmの場合と全く同じであり、測長ビー
ムBmと参照ビームBrとの光路長差は変化しない。
【0025】測長用レーザ干渉計では、測長ビームBm
と参照ビームBrとの光路長差の変化だけを計測するの
で、可動密閉容器4の側面部4a中での測長ビームBm
の光路長の変化は完全に補正されることになる。一方、
可動密閉容器4の側面部4a中での測長ビームBmの光
路長の変化は特に大きくないので無視することができ
る。
【0026】入射角θ=0度に対して微小角Δθだけ回
転した場合、光路長Lの変化量ΔLは近似的に次式のよ
うになる。
【0027】
【数3】 したがって、na =1.0、ng =1.5、t=1mmの
条件下で、変化量ΔL=1nmになるときの微小角Δθの
値を計算すると、Δθ=2.5mrad になり、通常の機
械精度でも容易にこれ以上の精度を得ることができるの
で、測長ビームBmが直角に通過する可動密閉容器4の
側面部4b中での光路長の変化は無視することができ
る。
【0028】なお、前述の実施例では可動密閉容器4の
側面部4aを拡大させて参照ビーム透過板4cを形成し
たが、これに代え、可動密閉容器4の側面部4aとは別
体ではあるが、側面部4aと同じ厚さと材質とを有し、
且つ測長ビームBmに対する側面部4aの傾斜角度と同
じ角度で参照ビームBrに対して傾いている参照ビーム
透過板を、測長ビームBmに対して平行な参照ビームB
rの光路中に配置し、可動密閉容器4に設けるようにし
てもよい。
【0029】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明の測長用レ
ーザ干渉計によれば、可動密閉容器の回転による測長誤
差の発生を防ぐことができるので、移動鏡の変位を大気
のゆらぎにかかわらず正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1はこの発明の一実施例に係る測長用レーザ
干渉計の斜視図である。
【図2】図2は図1のII−II線に沿う断面図であ
る。
【図3】図3は測長用レーザ干渉計の全体構成を示す平
面図である。
【図4】図4は従来の測長用レーザ干渉計を示す全体構
成図である。
【図5】図5は三角形密閉容器と測長ビームとの関係を
示す図である。
【図6】図6は測長ビームの入射部分の拡大図である。
【符号の説明】
4 可動密閉容器 4a 側面部 5 移動鏡 8 固定鏡 Bm 測長ビーム Br 参照ビーム

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 測長ビームの光路中に配置された可動密
    閉容器と、 前記測長ビームが通過する大気中の距離を微小且つほぼ
    一定に保つように前記可動密閉容器を移動鏡の動きに合
    わせて直線移動させる駆動手段とを備え、 前記測長ビームと固定鏡から戻って来る参照ビームとを
    干渉させて前記移動鏡の変位を検出する測長用レーザ干
    渉計において、 前記測長ビームが斜めに通過する前記可動密閉容器の側
    面部と同じ厚さと材質とを有し、且つ前記測長ビームに
    対する前記側面部の傾斜角度と同じ角度で前記参照ビー
    ムに対して傾いている参照ビーム透過部材を、前記測長
    ビームに対して平行な前記参照ビームの光路中に前記可
    動密閉容器と一体に設けたことを特徴とする測長用レー
    ザ干渉計。
JP16020393A 1993-06-04 1993-06-04 測長用レーザ干渉計 Expired - Fee Related JP3326441B2 (ja)

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JP5541722B2 (ja) * 2010-10-29 2014-07-09 キヤノン株式会社 測長装置、及び工作機械
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