JP3944583B2 - Block gauge calibration method and apparatus that do not require optical contact - Google Patents

Block gauge calibration method and apparatus that do not require optical contact Download PDF

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Description

本発明は、長さ標準器として使用されているブロックゲージを、精密に長さ計測を行い校正を行う光学密着不要なブロックゲージ校正方法、およびその方法を実施する装置に関するものである。   The present invention relates to a block gauge calibration method that does not require optical contact and accurately performs length measurement by calibrating a block gauge used as a length standard, and an apparatus that implements the method.

ブロックゲージは最も広く利用されている実用長さ標準器である。その長さは両端面間の距離で定義される。このブロックゲージは経年変化等によって長さが微小に変化するため、定期的に精密な長さ測定を行って校正する必要がある。ブロックゲージを精密に長さ測定をするためには、光波干渉計を用いている。   Block gauge is the most widely used practical length standard. Its length is defined by the distance between the end faces. Since the length of this block gauge changes slightly due to aging, etc., it is necessary to calibrate by measuring the length regularly. An optical interferometer is used to accurately measure the length of the block gauge.

その際、ブロックゲージの一方の端面を平面基板に光学密着させて、もう一方の端面で反射した光と平面基板表面で反射した光の光路差を干渉計で測定することにより行っている。このときの密着させる作業において、ブロックゲージや平面基板に傷をつける場合があり、熟練を要する。また、光学密着の手間は効率的な校正や自動校正の妨げになる。また、光学密着の悪さに起因する校正の不確かさがあった。特にブロックゲージの端面に傷や錆がある場合には光学密着をさせることができない。   At this time, one end face of the block gauge is optically brought into close contact with the flat substrate, and the optical path difference between the light reflected from the other end face and the light reflected from the flat substrate surface is measured by an interferometer. In the contact work at this time, the block gauge or the flat substrate may be damaged, and skill is required. Also, the trouble of optical close-up hinders efficient calibration and automatic calibration. In addition, there was calibration uncertainty due to poor optical adhesion. In particular, when the end face of the block gauge has scratches or rust, optical adhesion cannot be achieved.

従来よりこの関連の技術として下記のような特許文献及び非特許文献が存在する。非特許文献１及び２の技術では、基板を用いることなく、三角光路干渉計内に被校正ブロックゲージを設置し、両端面で反射する光や三角光路を右回り、左回りで進行する光の干渉を利用してブロックゲージの長さを求めている。しかしながらこの技術では、安定な波長安定化レーザが複数必要であるだけでなく、大気ゆらぎの影響が大きかった。   Conventionally, the following patent documents and non-patent documents exist as related technologies. In the techniques of Non-Patent Documents 1 and 2, a block gauge to be calibrated is installed in a triangular optical path interferometer without using a substrate, and the light reflected at both end faces and the light traveling in the counterclockwise direction through the triangular optical path The length of the block gauge is obtained using interference. However, this technique not only requires a plurality of stable wavelength-stabilized lasers, but is also greatly affected by atmospheric fluctuations.

また、本件発明者が先に特許出願している下記特許文献１に示された従来の技術では、二つの干渉計を光ファイバーを用いて直接に接続し、低コヒーレンス光源を用い、一方の干渉計の光路差ともう一つの干渉計の光路差が一致するときにのみ干渉縞が発生することを利用して長さ情報を伝送するものであるが、この技術においても被測定物としてブロックゲージを用いる場合は、光学密着が必要であった。   Further, in the prior art disclosed in the following Patent Document 1 previously filed by the inventor of the present invention, two interferometers are directly connected using an optical fiber, a low coherence light source is used, and one interferometer is used. The length information is transmitted using the fact that interference fringes are generated only when the optical path difference of the other interferometer matches the optical path difference of the other interferometer. When used, optical contact was required.

このように従来は、ブロックゲージの干渉計による校正では、光学密着は必要不可欠という認識であった。そのため、光学密着の悪さに起因するブロックゲージと基板の間の距離は、校正の不確かさに含める必要があった。
特開２００２−１０７１１８号公報 Y. Ishii and S. Seino, "New method for interferometric measurement of gauge blocks without wringing onto a platen," Metrologia, 35, 67-73 (1998). V.M. Khavinson, "Ring interferometer for two-sided measurement of the absolute lengths of end standards," Applied Optics, 38, 126-135 (1999). Thus, in the past, it was recognized that optical contact was indispensable for calibration using a block gauge interferometer. For this reason, the distance between the block gauge and the substrate due to poor optical adhesion needs to be included in the calibration uncertainty.
JP 2002-107118 A Y. Ishii and S. Seino, "New method for interferometric measurement of gauge blocks without wringing onto a platen," Metrologia, 35, 67-73 (1998). VM Khavinson, "Ring interferometer for two-sided measurement of the absolute lengths of end standards," Applied Optics, 38, 126-135 (1999).

したがって本発明は、ブロックゲージを干渉計を用いて光学的に校正するに際して、ブロックゲージを平面基板に光学密着させることなしにブロックゲージを校正することを目的としている。   Accordingly, an object of the present invention is to calibrate a block gauge without optically contacting the block gauge with a flat substrate when the block gauge is optically calibrated using an interferometer.

本発明によるブロックゲージ校正方法は、上記課題を解決するため、低コヒーレンス光源を用いた三角光路干渉計の光路中にブロックゲージと透明基板とを光軸方向に一体移動可能に配置し、前記ブロックゲージと前記透明基板とを一体として光軸方向に走査しながら、透明基板裏面反射光またはブロックゲージ一端表面反射光と、透明基板透過後の透明基板裏面反射光または透明基板透過後のブロックゲージ他端表面反射光との組み合わせからなる低コヒーレンス干渉縞を少なくとも２組測定し、各干渉縞発生時の前記ブロックゲージと透明基板の一体移動距離を求めることによりブロックゲージの長さを測定するものである。   In order to solve the above-mentioned problem, the block gauge calibration method according to the present invention includes a block gauge and a transparent substrate disposed in an optical path of a triangular optical path interferometer using a low-coherence light source so as to be integrally movable in the optical axis direction. While the gauge and the transparent substrate are integrated and scanned in the optical axis direction, the reflected light from the back surface of the transparent substrate or the light reflected from the front surface of the block gauge, the reflected light from the back surface of the transparent substrate after passing through the transparent substrate, or the block gauge after passing through the transparent substrate, etc. It measures the length of the block gauge by measuring at least two sets of low coherence interference fringes composed of the combination of the light reflected from the end surface and determining the integral movement distance between the block gauge and the transparent substrate when each interference fringe is generated. is there.

また、本発明による他のブロックゲージ校正方法は、低コヒーレンス光源を用いた三角光路干渉計の光路中に第１透明基板とブロックゲージと第２透明基板とを順に配置するとともに、前記第１透明基板と第２透明基板のいずれか一方と前記ブロックゲージとを光軸方向に一体移動可能に配置し、前記ブロックゲージと前記透明基板とを一体として光軸方向に走査しながら、該透明基板裏面反射光またはブロックゲージ一端表面反射光と、該透明基板透過後の該透明基板裏面反射光または該透明基板透過後のブロックゲージ他端表面反射光との組み合わせからなる低コヒーレンス干渉縞を少なくとも２組測定し、各干渉縞発生時の前記ブロックゲージと透明基板の一体移動距離を求めることによりブロックゲージの長さを測定するものである。   According to another block gauge calibration method of the present invention, a first transparent substrate, a block gauge, and a second transparent substrate are sequentially arranged in the optical path of a triangular optical path interferometer using a low coherence light source, and the first transparent substrate Either the substrate or the second transparent substrate and the block gauge are arranged so as to be movable in the optical axis direction, and the back surface of the transparent substrate is scanned while scanning the block gauge and the transparent substrate together in the optical axis direction. At least two sets of low coherence interference fringes composed of a combination of reflected light or block gauge one-end surface reflected light and transparent substrate back-surface reflected light after passing through the transparent substrate or block gauge other-end surface reflected light after passing through the transparent substrate The length of the block gauge is measured by measuring and obtaining the integral moving distance between the block gauge and the transparent substrate when each interference fringe is generated.

また、本発明による他のブロックゲージ校正方法は、低コヒーレンス光源を用いた三角光路干渉計と他の干渉計とを直列に配置し、前記三角光路干渉計はその光路中にブロックゲージと透明基板とを配置し、或いは第１透明基板とブロックゲージと第２透明基板とを順に配置し、前記他の干渉計の光路長を変化させながら、該透明基板裏面反射光またはブロックゲージ一端表面反射光と、該透明基板透過後の該透明基板裏面反射光または該透明基板透過後のブロックゲージ他端表面反射光との組み合わせからなる低コヒーレンス干渉縞を少なくとも２組測定し、各干渉縞発生時の光路差を求めることによりブロックゲージの長さを測定するものである。   In another block gauge calibration method according to the present invention, a triangular optical path interferometer using a low-coherence light source and another interferometer are arranged in series, and the triangular optical path interferometer includes a block gauge and a transparent substrate in the optical path. Or the first transparent substrate, the block gauge, and the second transparent substrate in this order, and while changing the optical path length of the other interferometer, the transparent substrate back surface reflected light or the block gauge one end surface reflected light And at least two sets of low coherence interference fringes consisting of a combination of the reflected light from the back surface of the transparent substrate after passing through the transparent substrate or the reflected light from the other surface of the block gauge after passing through the transparent substrate. The length of the block gauge is measured by obtaining the optical path difference.

また、本発明によるブロックゲージ校正装置は、低コヒーレンス光源を用いた三角光路干渉計の光路中にブロックゲージと透明基板とを光軸方向に一体移動可能に配置し、前記ブロックゲージと前記透明基板とを一体として光軸方向に走査する手段と、前記走査手段により走査しながら前記透明基板裏面反射光またはブロックゲージ一端表面反射光と、該透明基板透過後の該透明基板裏面反射光または該透明基板透過後のブロックゲージ他端表面反射光との組み合わせからなる低コヒーレンス干渉縞を測定する手段とを備え、前記干渉縞を少なくとも２組測定し、各干渉縞発生時の前記ブロックゲージと透明基板の一体移動距離を求めることによりブロックゲージの長さを測定するものである。   Further, the block gauge calibration apparatus according to the present invention includes a block gauge and a transparent substrate disposed in an optical path of a triangular optical path interferometer using a low coherence light source so as to be integrally movable in the optical axis direction, and the block gauge and the transparent substrate. And the transparent substrate back surface reflected light or the block gauge one end surface reflected light while scanning by the scanning means, and the transparent substrate back surface reflected light or the transparent after passing through the transparent substrate. Means for measuring low coherence interference fringes composed of a combination of light reflected from the other surface of the block gauge after transmitting through the substrate, measuring at least two sets of the interference fringes, and the block gauge and the transparent substrate when each interference fringe is generated. The length of the block gauge is measured by obtaining the integral movement distance.

また、本発明による他のブロックゲージ校正装置は、低コヒーレンス光源を用いた三角光路干渉計の光路中に第１透明基板とブロックゲージと第２透明基板とを順に配置し、前記第１透明基板と第２透明基板のいずれか一方と前記ブロックゲージとを光軸方向に一体移動可能に配置し、前記ブロックゲージと前記透明基板とを一体として光軸方向に走査する手段と、前記走査手段により走査しながら前記透明基板裏面反射光またはブロックゲージ一端表面反射光と、該透明基板透過後の該透明基板裏面反射光または該透明基板透過後のブロックゲージ他端表面反射光との組み合わせからなる低コヒーレンス干渉縞を測定する手段とを備え、前記干渉縞を少なくとも２組測定し、各干渉縞発生時の前記ブロックゲージと透明基板の一体移動距離を求めることによりブロックゲージの長さを測定するものである。   In another block gauge calibration apparatus according to the present invention, a first transparent substrate, a block gauge, and a second transparent substrate are sequentially arranged in an optical path of a triangular optical path interferometer using a low coherence light source. And the second transparent substrate and the block gauge are arranged so as to be integrally movable in the optical axis direction, the block gauge and the transparent substrate are integrally scanned in the optical axis direction, and the scanning means Low light consisting of a combination of the reflected light from the back surface of the transparent substrate or the reflected light from one surface of the block gauge while scanning, and the reflected light from the back surface of the transparent substrate after passing through the transparent substrate or the reflected light from the other surface of the block gauge after passing through the transparent substrate. Means for measuring coherence interference fringes, measuring at least two sets of the interference fringes, and an integral moving distance of the block gauge and the transparent substrate when each interference fringe is generated Which measures the length of the gauge block by calculating.

また、本発明による他のブロックゲージ校正装置は、低コヒーレンス光源を用いた三角光路干渉計と他の干渉計とを直列に配置し、前記三角光路干渉計はその光路中にブロックゲージと透明基板とを配置し、或いは第１透明基板とブロックゲージと第２透明基板とを順に配置し、前記他の干渉計の光路長を変化する手段と、前記透明基板裏面反射光またはブロックゲージ一端表面反射光と、該透明基板透過後の該透明基板裏面反射光または該透明基板透過後のブロックゲージ他端表面反射光との組み合わせからなる低コヒーレンス干渉縞を測定する手段とを備え、前記干渉縞を少なくとも２組測定し、各干渉縞発生時の光路差を求めることによりブロックゲージの長さを測定するものである。   In another block gauge calibration apparatus according to the present invention, a triangular optical path interferometer using a low coherence light source and another interferometer are arranged in series, and the triangular optical path interferometer includes a block gauge and a transparent substrate in the optical path. Or a first transparent substrate, a block gauge, and a second transparent substrate in order, and a means for changing the optical path length of the other interferometer, the transparent substrate back surface reflected light or the block gauge one-end surface reflection Means for measuring a low coherence interference fringe comprising a combination of light and the back surface reflected light of the transparent substrate after passing through the transparent substrate or the light reflected from the other surface of the block gauge after passing through the transparent substrate. At least two sets are measured, and the length of the block gauge is measured by obtaining the optical path difference when each interference fringe is generated.

本発明は上記のような校正手法を採用したので、従来はブロックゲージを平面基板に光学密着しなければならず、ブロックゲージや平面基板を傷つけるおそれがあり、熟練者でなければ行えなず、また、ブロックゲージの密着面に傷や錆があると密着が行えなかったものであるが、本発明の手法では、光学密着が必要ないため、熟練技術は不要である。また、ブロックゲージを傷つける恐れはなく、傷や錆があっても校正することができる。更に、光学密着の時間が不要であるため、校正作業を大幅に効率化することができる。   Since the present invention employs the calibration method as described above, conventionally, the block gauge has to be optically adhered to the flat substrate, there is a risk of damaging the block gauge and the flat substrate, which can not be done by a skilled person, In addition, if there is a scratch or rust on the contact surface of the block gauge, the contact cannot be made. However, the technique of the present invention does not require optical contact, so that no skill is required. Moreover, there is no fear of damaging the block gauge, and calibration can be performed even if there is a scratch or rust. Furthermore, since the time for optical contact is not required, the calibration work can be greatly improved in efficiency.

本発明は、ブロックゲージを干渉計を用いて光学的に校正するに際して、ブロックゲージを平面基板に光学密着させることなしにブロックゲージを校正するため、光源に低コヒーレンス光源を用いた三角光路干渉計において、ブロックゲージと透明基板を用い、ブロックゲージと透明基板を一体として光軸方向に走査しながら、透明基板表面反射光や透過光による低コヒーレンス干渉縞を測定する。   The present invention relates to a triangular optical path interferometer using a low-coherence light source as a light source in order to calibrate the block gauge without optically contacting the block gauge with a flat substrate when the block gauge is optically calibrated using an interferometer. In FIG. 2, a block gauge and a transparent substrate are used, and the low coherence interference fringes due to the reflected light and the transmitted light on the transparent substrate surface are measured while the block gauge and the transparent substrate are integrally scanned in the optical axis direction.

図１、２は、本発明の第１実施例の原理図である。図１のように三角光路干渉計の光路中に被校正ブロックゲージ５と透明基板６を、別途設けた走査手段によって一体的にその光路の光軸方向に移動可能に配置する。被校正ブロックゲージ５の長さをL1、透明基板６の厚さをL2、屈折率をn、被校正ブロックゲージ５と透明基板６の間の距離をzとする。三角光路干渉計内のビームスプリッタ７から右回りの光路と左回りの光路の距離が等しくなる位置をこの干渉計の原点８とする。干渉計内に何も配置されていないときの、干渉計を一周する長さをDとする。被校正ブロックゲージ５と透明基板６は一体となって光軸方向へ走査され、透明基板６の中心９と干渉計の原点８の間の距離をdとする。 1 and 2 are principle diagrams of the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the block gauge 5 to be calibrated and the transparent substrate 6 are arranged in the optical path of the triangular optical path interferometer so as to be movable in the direction of the optical axis of the optical path by a separately provided scanning means. The length of the block gauge 5 to be calibrated is L 1 , the thickness of the transparent substrate 6 is L 2 , the refractive index is n, and the distance between the block gauge 5 to be calibrated and the transparent substrate 6 is z. A position where the distance between the clockwise optical path and the counterclockwise optical path from the beam splitter 7 in the triangular optical path interferometer becomes equal is set as the origin 8 of the interferometer. Let D be the length of a round of the interferometer when nothing is placed in the interferometer. The block gauge 5 to be calibrated and the transparent substrate 6 are integrally scanned in the optical axis direction, and the distance between the center 9 of the transparent substrate 6 and the origin 8 of the interferometer is d.

図２は、被校正ブロックゲージと透明基板部分の拡大図である。今、図２に示すような４つの光路を考える。光路１はビームスプリッタ７で反射し、透明基板６の図中右面１２で反射した後、ビームスプリッタ７を透過する光路である。光路２は、ビームスプリッタ７で反射し、透明基板６を透過して被校正ブロックゲージ５の図中左面１３で反射した後、ビームスプリッタ７を透過する光路である。光路３は、ビームスプリッタ７を透過し、被校正ブロックゲージ５の右面１４で反射した後、ビームスプリッタ７で反射する光路である。光路４は、ビームスプリッタ７を透過し、透明基板６の右面１２で反射した後、ビームスプリッタ７で反射する光路である。それぞれの光路の光路長xは、
x1(d)=D-L2+2nL2+2d (1)
x2(d)=D-L2+2nL2+2z+2d (2)
x3(d)=D-L2-2z-2L1-2d (3)
x4(d)=D-L2-2d (4)
となる。 FIG. 2 is an enlarged view of the block gauge to be calibrated and the transparent substrate portion. Consider four optical paths as shown in FIG. The optical path 1 is an optical path that is reflected by the beam splitter 7, reflected by the right surface 12 in the figure of the transparent substrate 6, and then transmitted through the beam splitter 7. The optical path 2 is an optical path that is reflected by the beam splitter 7, passes through the transparent substrate 6, is reflected by the left surface 13 of the block gauge 5 to be calibrated, and then passes through the beam splitter 7. The optical path 3 is an optical path that is transmitted through the beam splitter 7, reflected by the right surface 14 of the block gauge 5 to be calibrated, and then reflected by the beam splitter 7. The optical path 4 is an optical path that is transmitted through the beam splitter 7, reflected by the right surface 12 of the transparent substrate 6, and then reflected by the beam splitter 7. The optical path length x of each optical path is
x 1 (d) = DL 2 + 2nL 2 + 2d (1)
x 2 (d) = DL 2 + 2nL 2 + 2z + 2d (2)
x 3 (d) = DL 2 -2z-2L 1 -2d (3)
x 4 (d) = DL 2 -2d (4)
It becomes.

これらの光路長差yは、
y13(d)= x1(d)- x3(d)=2nL2+2z+2L1+4d (5)
y14(d) = x1(d)- x４(d)=2nL2+4d (6)
y23(d) = x2(d)- x3(d)=2nL2+4z+2L1+4d (7)
y24(d) = x2(d)- x4(d)=2nL2+2z+4d (8)
となる。光路長差がゼロになるときに検出器１１上で低コヒーレンス光の干渉縞が観測される。 These optical path length differences y are
y 13 (d) = x 1 (d)-x 3 (d) = 2nL 2 + 2z + 2L 1 + 4d (5)
y 14 (d) = x 1 (d)-x 4 (d) = 2nL 2 + 4d (6)
y 23 (d) = x 2 (d)-x 3 (d) = 2nL 2 + 4z + 2L 1 + 4d (7)
y 24 (d) = x 2 (d)-x 4 (d) = 2nL 2 + 2z + 4d (8)
It becomes. When the optical path length difference becomes zero, interference fringes of low coherence light are observed on the detector 11.

それぞれの光路長差がゼロになるときのdは、
d13=(-nL2-z-L1)/2 (9)
d14=(-nL2)/2 (10)
d23=(-nL2-2z-L1)/2 (11)
d24=(-nL2-z)/2 (12)
である。式(9),(12)より、
2(d24-d13)= L1 (13)
となり、被校正ブロックゲージ５の長さL1が求められる。 When each optical path length difference becomes zero, d is
d 13 = (-nL 2 -zL 1 ) / 2 (9)
d 14 = (-nL 2 ) / 2 (10)
d 23 = (-nL 2 -2z-L 1 ) / 2 (11)
d 24 = (-nL 2 -z) / 2 (12)
It is. From equations (9) and (12),
2 (d 24 -d 13 ) = L 1 (13)
Thus, the length L 1 of the block gauge 5 to be calibrated is obtained.

同様にして、前記式(9),(11)によって、或いは式(10),(11)によっても被校正ブロックゲージ５の長さL1を求めることができる。但しその際には被校正ブロックゲージ５と透明基板６との間の距離zの値が必要となるが、この距離zは、式(10)，(12)より、
2(d14-d24)= z (14)
で求めることができる。 Similarly, the length L 1 of the block gauge 5 to be calibrated can be obtained by the above equations (9) and (11) or by the equations (10) and (11). However, in this case, the value of the distance z between the block gauge 5 to be calibrated and the transparent substrate 6 is required. This distance z is calculated from the equations (10) and (12).
2 (d 14 -d 24 ) = z (14)
Can be obtained.

したがって本発明においては、ブロックゲージ５と透明基板６とを一体として光軸方向に走査しながら、透明基板６の裏面反射光４またはブロックゲージ５の一端１４の表面からの反射光３と、透明基板６を透過した後の透明基板６の裏面１２からの反射光１または透明基板６を透過した後のブロックゲージ５の他端１３の表面からの反射光２との組み合わせからなる低コヒーレンス干渉縞を少なくとも２組測定し、各干渉縞発生時の前記ブロックゲージ５と透明基板６の一体移動距離(d24-d13)等を求めることによりブロックゲージの長さL1 を測定することができる。 Therefore, in the present invention, while the block gauge 5 and the transparent substrate 6 are integrally scanned in the optical axis direction, the back surface reflected light 4 of the transparent substrate 6 or the reflected light 3 from the surface of one end 14 of the block gauge 5 and the transparent Low coherence interference fringes comprising a combination of reflected light 1 from the back surface 12 of the transparent substrate 6 after passing through the substrate 6 or reflected light 2 from the surface of the other end 13 of the block gauge 5 after passing through the transparent substrate 6 The length L 1 of the block gauge can be measured by measuring at least two sets and obtaining the integral movement distance (d 24 -d 13 ) of the block gauge 5 and the transparent substrate 6 when each interference fringe is generated. .

図３は、本発明の第２実施例の原理図である。図１の干渉計に透明基板６と同一材料の透明基板１５を加える。透明基板１５は、透明基板６の屈折率の波長分散による干渉縞の非対称性や歪みを補償するために利用する。つまり、図１、図２では光路１と２は透明基板６を一往復透過するのに対し、光路３と４は空中伝播のみなので、透明基板材料の屈折率分散により、光路１と３、光路２と４の干渉縞は非対称性や歪みを生じる。ビームスプリッタ７から時計回りの光路中に透明基板１５を挿入すると光路３と４も透明基板を一往復透過するため、干渉縞は対称になる。透明基板６と１５の厚さの差は、数百μm以下になることが望ましい。   FIG. 3 shows the principle of the second embodiment of the present invention. A transparent substrate 15 made of the same material as the transparent substrate 6 is added to the interferometer shown in FIG. The transparent substrate 15 is used to compensate for interference fringe asymmetry and distortion due to wavelength dispersion of the refractive index of the transparent substrate 6. That is, in FIGS. 1 and 2, the optical paths 1 and 2 pass through the transparent substrate 6 once, whereas the optical paths 3 and 4 only propagate in the air. Therefore, due to the refractive index dispersion of the transparent substrate material, the optical paths 1 and 3, the optical path The interference fringes 2 and 4 cause asymmetry and distortion. When the transparent substrate 15 is inserted into the clockwise optical path from the beam splitter 7, the optical paths 3 and 4 pass through the transparent substrate once and again, so that the interference fringes are symmetric. The difference in thickness between the transparent substrates 6 and 15 is preferably several hundred μm or less.

図４は、本発明の第３実施例の原理図である。二つの干渉計を直列に配置する。即ち、第一番目の干渉計２０の出射光が第二番目の干渉計２１の入射光１０となる。どちらかの干渉計を図１または図３の干渉計の配置とする。図４では、第二番目の干渉計２１が図１の干渉計となっている。第一番目の干渉計２０は、例えばマイケルソン型干渉計で、光路長差2Δを与える。この光路長差が式(5)-(8)の光路長差と一致するとき、検出器１１で対応する干渉縞が検出される。干渉縞が検出されるときの第一番目の干渉計の光路長差2Δから、式(9)-(14)を用いて、被校正ブロックゲージ５を校正することができる。二つの干渉計を単一モード光ファイバで接続すれば、第一番目の干渉計２０と第二番目の干渉計２１を遠方に配置することができ、ブロックゲージの遠隔校正も可能である。   FIG. 4 shows the principle of the third embodiment of the present invention. Two interferometers are placed in series. That is, the outgoing light from the first interferometer 20 becomes the incident light 10 from the second interferometer 21. One of the interferometers is the arrangement of the interferometer of FIG. 1 or FIG. In FIG. 4, the second interferometer 21 is the interferometer of FIG. The first interferometer 20 is a Michelson interferometer, for example, and provides an optical path length difference 2Δ. When this optical path length difference matches the optical path length difference of the equations (5)-(8), the corresponding interference fringes are detected by the detector 11. From the optical path length difference 2Δ of the first interferometer when the interference fringe is detected, the block gauge 5 to be calibrated can be calibrated using the equations (9) to (14). If the two interferometers are connected by a single mode optical fiber, the first interferometer 20 and the second interferometer 21 can be arranged far away, and remote calibration of the block gauge is also possible.

本発明の原理は、式で解析的に証明した。また、二つの干渉計を直列に接続し、光源に低コヒーレンス光源を用いた干渉計において、双方の光路差が一致したときのみ干渉縞が発生することを利用して、一方の干渉計の光路差を測定する方法については、実証実験済みである。さらに、透明基板の表面反射光や裏面反射光、透過光を利用して、光路差が一致した光のみが寄与する干渉縞を測定して光路差を測定する方法についても実証実験済みである。   The principle of the present invention was analytically proved by a formula. In addition, in an interferometer in which two interferometers are connected in series and a low-coherence light source is used as the light source, the optical path of one of the interferometers is utilized by utilizing the fact that an interference fringe is generated only when the optical path difference between the two is the same. A method for measuring the difference has been verified. Further, a method for measuring the optical path difference by measuring the interference fringes contributed only by the light having the same optical path difference using the front surface reflected light, the back surface reflected light, and the transmitted light of the transparent substrate has been already verified.

本発明は、実用長さ標準器校正、精密長さ計測に適用できる。   The present invention can be applied to practical length standard calibration and precision length measurement.

本発明の方法を実施する基本的な光学系等を示す図である。It is a figure which shows the basic optical system etc. which implement the method of this invention. 本発明における被校正ブロックゲージと透明基板部分の拡大図である。It is an enlarged view of a block gauge to be calibrated and a transparent substrate part in the present invention. 本発明における干渉縞歪みを補償するための透明基板を配置した実施例の光学系等を示す図である。It is a figure which shows the optical system etc. of the Example which has arrange | positioned the transparent substrate for compensating interference fringe distortion in this invention. 本発明において、二つの干渉計を直列に接続した実施例の光学系等を示す図である。In this invention, it is a figure which shows the optical system etc. of the Example which connected two interferometers in series.

符号の説明Explanation of symbols

５ 被校正ブロックゲージ
６ 透明基板
７ ビームスプリッタ
８ 三角光路干渉計の原点
９ 透明基板の中心
１０ 三角光路干渉計の入射光
１１ 検出器
１２ 透明基板の裏面
１３ ブロックゲージの端面
１４ ブロックゲージの端面
１５ 透明基板
２０ 第一番目の干渉計
２１ 第二番目の干渉計 5 Block gauge to be calibrated 6 Transparent substrate 7 Beam splitter 8 Origin of triangular optical path interferometer 9 Center of transparent substrate 10 Incident light of triangular optical path interferometer 11 Detector 12 Back surface of transparent substrate 13 End face of block gauge 14 End face of block gauge 15 Transparent substrate 20 First interferometer 21 Second interferometer

Claims (6)

低コヒーレンス光源を用いた三角光路干渉計の光路中にブロックゲージと透明基板とを光軸方向に一体移動可能に配置し、
前記ブロックゲージと前記透明基板とを一体として光軸方向に走査しながら、透明基板裏面反射光またはブロックゲージ一端表面反射光と、透明基板透過後の透明基板裏面反射光または透明基板透過後のブロックゲージ他端表面反射光との組み合わせからなる低コヒーレンス干渉縞を少なくとも２組測定し、
各干渉縞発生時の前記ブロックゲージと透明基板の一体移動距離を求めることによりブロックゲージの長さを測定することを特徴とするブロックゲージの校正方法。 A block gauge and a transparent substrate are arranged in the optical path of a triangular optical path interferometer using a low-coherence light source so that they can move together in the optical axis direction.
While the block gauge and the transparent substrate are integrally scanned in the optical axis direction, the transparent substrate back surface reflected light or the block gauge one end surface reflected light, the transparent substrate back surface reflected light after passing through the transparent substrate, or the block after passing through the transparent substrate. Measure at least two sets of low coherence interference fringes consisting of a combination with light reflected from the other surface of the gauge,
A method for calibrating a block gauge, comprising: measuring a length of the block gauge by obtaining an integral moving distance between the block gauge and the transparent substrate when each interference fringe is generated. 低コヒーレンス光源を用いた三角光路干渉計の光路中に第１透明基板とブロックゲージと第２透明基板とを順に配置するとともに、前記第１透明基板と第２透明基板のいずれか一方と前記ブロックゲージとを光軸方向に一体移動可能に配置し、
前記ブロックゲージと前記透明基板とを一体として光軸方向に走査しながら、該透明基板裏面反射光またはブロックゲージ一端表面反射光と、該透明基板透過後の該透明基板裏面反射光または該透明基板透過後のブロックゲージ他端表面反射光との組み合わせからなる低コヒーレンス干渉縞を少なくとも２組測定し、
各干渉縞発生時の前記ブロックゲージと透明基板の一体移動距離を求めることによりブロックゲージの長さを測定することを特徴とするブロックゲージの校正方法。 A first transparent substrate, a block gauge, and a second transparent substrate are sequentially arranged in the optical path of a triangular optical path interferometer using a low coherence light source, and one of the first transparent substrate and the second transparent substrate and the block are arranged. The gauge and the optical axis are arranged so that they can move together,
While the block gauge and the transparent substrate are integrally scanned in the optical axis direction, the transparent substrate back surface reflected light or the block gauge one end surface reflected light and the transparent substrate back surface reflected light after passing through the transparent substrate or the transparent substrate Measure at least two sets of low coherence interference fringes consisting of a combination with the reflected light from the other surface of the block gauge after transmission,
A method for calibrating a block gauge, comprising: measuring a length of the block gauge by obtaining an integral moving distance between the block gauge and the transparent substrate when each interference fringe is generated. 低コヒーレンス光源を用いた三角光路干渉計と他の干渉計とを直列に配置し、
前記三角光路干渉計はその光路中にブロックゲージと透明基板とを配置し、或いは第１透明基板とブロックゲージと第２透明基板とを順に配置し、
前記他の干渉計の光路長を変化させながら、該透明基板裏面反射光またはブロックゲージ一端表面反射光と、該透明基板透過後の該透明基板裏面反射光または該透明基板透過後のブロックゲージ他端表面反射光との組み合わせからなる低コヒーレンス干渉縞を少なくとも２組測定し、
各干渉縞発生時の光路差を求めることによりブロックゲージの長さを測定することを特徴とするブロックゲージの校正方法。 A triangular optical path interferometer using a low coherence light source and another interferometer are placed in series.
The triangular optical path interferometer arranges a block gauge and a transparent substrate in the optical path, or arranges a first transparent substrate, a block gauge, and a second transparent substrate in order,
While changing the optical path length of the other interferometer, the reflected light from the back surface of the transparent substrate or the light reflected from the surface of one end of the block gauge, the reflected light from the back surface of the transparent substrate after passing through the transparent substrate, or the block gauge after passing through the transparent substrate, etc. Measure at least two sets of low-coherence interference fringes consisting of a combination with end-surface reflected light,
A method for calibrating a block gauge, wherein the length of the block gauge is measured by obtaining an optical path difference when each interference fringe is generated. 低コヒーレンス光源を用いた三角光路干渉計の光路中にブロックゲージと透明基板とを光軸方向に一体移動可能に配置し、
前記ブロックゲージと前記透明基板とを一体として光軸方向に走査する手段と、
前記走査手段により走査しながら前記透明基板裏面反射光またはブロックゲージ一端表面反射光と、該透明基板透過後の該透明基板裏面反射光または該透明基板透過後のブロックゲージ他端表面反射光との組み合わせからなる低コヒーレンス干渉縞を測定する手段とを備え、
前記干渉縞を少なくとも２組測定し、各干渉縞発生時の前記ブロックゲージと透明基板の一体移動距離を求めることによりブロックゲージの長さを測定することを特徴とするブロックゲージの校正装置。 A block gauge and a transparent substrate are arranged in the optical path of a triangular optical path interferometer using a low-coherence light source so that they can move together in the optical axis direction.
Means for scanning the block gauge and the transparent substrate together in the optical axis direction;
While being scanned by the scanning means, the transparent substrate back surface reflected light or the block gauge one end surface reflected light and the transparent substrate back surface reflected light after passing through the transparent substrate or the block gauge other end surface reflected light after passing through the transparent substrate. Means for measuring low coherence fringes comprising a combination,
A block gauge calibration apparatus, wherein at least two sets of the interference fringes are measured, and a length of the block gauge is measured by obtaining an integral moving distance between the block gauge and the transparent substrate when each interference fringe is generated. 低コヒーレンス光源を用いた三角光路干渉計の光路中に第１透明基板とブロックゲージと第２透明基板とを順に配置し、前記第１透明基板と第２透明基板のいずれか一方と前記ブロックゲージとを光軸方向に一体移動可能に配置し、
前記ブロックゲージと前記透明基板とを一体として光軸方向に走査する手段と、
前記走査手段により走査しながら前記透明基板裏面反射光またはブロックゲージ一端表面反射光と、該透明基板透過後の該透明基板裏面反射光または該透明基板透過後のブロックゲージ他端表面反射光との組み合わせからなる低コヒーレンス干渉縞を測定する手段とを備え、
前記干渉縞を少なくとも２組測定し、各干渉縞発生時の前記ブロックゲージと透明基板の一体移動距離を求めることによりブロックゲージの長さを測定することを特徴とするブロックゲージの校正装置。 A first transparent substrate, a block gauge, and a second transparent substrate are sequentially arranged in the optical path of a triangular optical path interferometer using a low-coherence light source, and one of the first transparent substrate and the second transparent substrate and the block gauge are arranged. And can be moved together in the optical axis direction,
Means for scanning the block gauge and the transparent substrate together in the optical axis direction;
While being scanned by the scanning means, the transparent substrate back surface reflected light or the block gauge one end surface reflected light and the transparent substrate back surface reflected light after passing through the transparent substrate or the block gauge other end surface reflected light after passing through the transparent substrate. Means for measuring low coherence fringes comprising a combination,
A block gauge calibration apparatus, wherein at least two sets of the interference fringes are measured, and a length of the block gauge is measured by obtaining an integral moving distance between the block gauge and the transparent substrate when each interference fringe is generated. 低コヒーレンス光源を用いた三角光路干渉計と他の干渉計とを直列に配置し、
前記三角光路干渉計はその光路中にブロックゲージと透明基板とを配置し、或いは第１透明基板とブロックゲージと第２透明基板とを順に配置し、
前記他の干渉計の光路長を変化する手段と、
前記透明基板裏面反射光またはブロックゲージ一端表面反射光と、該透明基板透過後の該透明基板裏面反射光または該透明基板透過後のブロックゲージ他端表面反射光との組み合わせからなる低コヒーレンス干渉縞を測定する手段とを備え、
前記干渉縞を少なくとも２組測定し、各干渉縞発生時の光路差を求めることによりブロックゲージの長さを測定することを特徴とするブロックゲージの校正装置。 A triangular optical path interferometer using a low coherence light source and another interferometer are placed in series.
The triangular optical path interferometer arranges a block gauge and a transparent substrate in the optical path, or arranges a first transparent substrate, a block gauge, and a second transparent substrate in order,
Means for changing the optical path length of the other interferometer;
Low coherence interference fringes comprising a combination of the transparent substrate back surface reflected light or block gauge one end surface reflected light and the transparent substrate back surface reflected light after passing through the transparent substrate or the block gauge other end surface reflected light after passing through the transparent substrate And means for measuring
A block gauge calibration apparatus, wherein at least two sets of the interference fringes are measured, and a length of the block gauge is measured by obtaining an optical path difference when each interference fringe is generated.
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