JP5792992B2 - 干渉計測装置 - Google Patents
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Description
図1は第1実施形態の回折干渉型ロータリーエンコーダのヘッド部およびディスク部の構成図である。図1に示すように、レーザ光源LDから光ファイバーFBRを経由して発散光として光束を射出する。射出された光束は、コリメータレンズCOLにて平行光にされてから回折格子GT1にて±1次回折光の2つの光束に分割される。偏光素子POLP,POLSは、+1次光をP偏光、−1次光をS偏光に変換する。P偏光およびS偏光は、平行ミラーM1、M2をそれぞれ経由して、ヘッド部HEADに対して相対的に回転するディスクDSK上の放射状の回折格子(マーク)GT2に斜めに照射される。
OC(V)=N (N≧1) OC(V)=DEF(V)/C (N<1) ・・・(1)
OC(H)=N (N≧1) OC(H)=DEF(V)/C (N<1) ・・・(2)
C3m +C4m = Xv0 + Xv1 (1 + cosθ)
C1m +C2m = Yv0 + Yv1 (1 + cos(θ-δv)) ・・・(3)
C1m +C4m = Xh0 + Xh1 (1 + cosθ)
C2m +C3m = Yh0 + Yh1 (1 + cos(θ-δh)) ・・・(4)
X = Xv0 + Xv1×(1+cosθ)
Y = Yv0+ Yv1×(1+cos(θ-δv)) ・・・(5)
Xv0 =X_min
Xv1 =(X_max-X_min)/2
Yv0 =Y_min
Yv1 =(Y_max-Y_min)/2 ・・・(6)
複数のX座標値(C3+C4)をXi(ただし、iは自然数)とし、複数の前記Y座標値(C1+C2)をYiとするとき、リサージュ算出部は、式α=atan(Σyi/Σxi)を用いて傾きαを算出する。
S2で設定された定数Xv1、Yv1を用いて傾きαは、下記の式7で算出される。
α = atan (Yv1 / Xv1) ・・・(7)
<最小二乗法>
複数のX座標値をXi(ただし、iは自然数)とし、複数の前記Y座標値をYiとするとき、リサージュ算出部は、式Σ(Yi−αXi)2を最小にする値αを前記傾きαとして算出する。すなわち、各取得画像のデータを(C3m+C4m, C1m+C2m)とした場合、傾きαに対する各点の差分値σmをσm=(C1m+C2m)-α×(C3m+C4m)と定義する。次に、リサージュ算出部は、各取得画像の差分値σmの二乗を全取得画像分積算したΣσm2を下記の式8で算出する。傾きαは、このΣσm2を最小とする傾きとして算出される。
Σσm2= Σ{(C1m + C2m)- α×(C3m + C4m)}2 ・・・(8)
Xm’= Xm×cosα + Ym×sinα
Ym’= -Xm×cosα + Ym×cosα ・・・(9)
B =B’ / cosα ・・・(10)
δv = asin {(B’ / cosα) / A}=asin (B / A) ・・・(11)
Tilt-v = λ/(2π)*δv / ( PD(C1)とPD(C3)の間隔 ) ・・・(12)
前述した様に、第1の実施形態によりδ=asin{ (B’/cosα)/A }からワンカラー度δ(δv及びδh)を求めることが可能である。しかし、以下の手法を用いてさらに高精度にワンカラー度δvを算出することも可能である。図12を用いて第2実施形態におけるワンカラー度の算出手法について説明する。
Xv0 =X_min-(X_max-X_min) 〜X_min + (X_max-X_min)
Xv1 =(X_max-X_min)/2 〜(X_max-X_min)
Yv0 =Y_min-(Y_max-Y_min) 〜Y_min + (Y_max-Y_min)
Yv1 =(Y_max-Y_min)/2 〜(Y_max-Y_min) ・・・(13)
Xv0 =X_min
Xv1 =(X_max-X_min)/2
Yv0 =Y_min
Yv1 =(Y_max-Y_min)/2 ・・・(14)
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア(プログラム)を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介して干渉計測装置に供給し、その干渉計測装置のコンピュータ(またはCPUやMPU等)がプログラムを読み出して実行する処理である。
Claims (7)
- 被検物への光照射に基づき得られる干渉光の強度の変動に基づいて前記被検物の変位または角度を検出する干渉計測装置であって、
前記干渉光を受光して撮像する撮像素子と、
前記撮像素子における前記干渉光の位相分布の均一性を示す指標の値を求める処理部と、
前記処理部により算出された指標の値に基づいて前記撮像素子と前記被検物との相対位置を調整する必要性についての情報を出力する出力部と、
を備え、
前記処理部は、
前記撮像素子が受光した全体領域から第1部分領域および第2部分領域を抽出し、抽出された前記第1部分領域で受光した干渉光の強度と前記第2部分領域で受光した干渉光の強度とを複数の時刻のそれぞれにおいて取得し、
各時刻における前記強度のうちの一方および他方をそれぞれXY座標系のX座標値およびY座標値としたときの複数の前記Y座標値のうちの最大値と最小値との差分を第1差分として算出し、
複数の前記X座標値および前記Y座標値の組み合わせのデータを一次関数で近似した場合の傾きを算出し、
前記近似された一次関数の傾きがゼロとなるように前記XY座標系を回転し、回転後のXY座標系における複数の前記Y座標値のうちの最大値と最小値との差分を第2差分として算出し、
前記第1差分をAとし、前記第2差分をB’とし、前記傾きをαとするとき、δ=asin{ (B’/cosα)/A}で表される角度δを算出し、当該角度δを前記指標として決定する、
ことを特徴とする干渉計測装置。 - 光源から射出された光を分割して得られる2つの光束を前記被検物としてのスケールに設けたマーク列に照射し、該マーク列からの2つの回折光を重ね合わせることによって前記干渉光を生成する、ことを特徴とする請求項1に記載の干渉計測装置。
- 前記処理部は、少なくとも4つの時刻における前記強度を取得する、ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の干渉計測装置。
- 複数の前記X座標値をXi(ただし、iは自然数)とし、複数の前記Y座標値をYiとするとき、
前記処理部は、式α=atan(Σyi/Σxi)を用いて前記傾きαを算出する、ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の干渉計測装置。 - 複数の前記X座標値をXi(ただし、iは自然数)とし、その最大値をX_maxとし、その最小値をX_minとし、複数の前記Y座標値をYiとし、その最大値をY_maxとし、その最小値をY_minとするとき、
前記処理部は、式α=atan{(Y_max-Y_min)/ (X_max-X_min)を用いて前記傾きαを算出する、ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の干渉計測装置。 - 複数の前記X座標値をXi(ただし、iは自然数)とし、複数の前記Y座標値をYiとするとき、
前記処理部は、式Σ(Yi−αXi)2を最小にする値αを前記傾きαとして算出する、ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の干渉計測装置。 - 前記処理部は、前記角度δを、前記X座標値および前記Y座標値の組み合わせのデータが前記XY座標系でリサージュ波形を形成するとしたときの該リサージュ波形の位相差として決定する、ことを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の干渉計測装置。
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