JP6371120B2 - 測定装置 - Google Patents
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Description
もしくは
によって記述され、
LMax:=平面鏡と測定用逆反射体との最大限の距離、
αMax:=平面鏡の最大限の傾斜角、
w:=1/e2−光線束の光線横断面、
η:=平面鏡が傾斜していない場合の信号レベルに対して最小限に許可される信号レベルである。
a)N=2: m1=−2、m2=−1/2
b)N=3: 正の結像倍率mnを有する結像素子および負の結像倍率mnを有する結像素子が設けられている
という条件が成り立ち、
n:=1…N
N:=2,3;結像素子の数
mn:=n番目の結像素子の結像倍率
である。
冒頭で検討した平面鏡干渉計では、通常は測定用アームに少なくとも1つの逆反射体が設けられている。逆反射体は、例えば、コーナーキューブ・ミラー、コーナーキューブ・プリズム、またはレンズと、レンズの焦点面に配置されたミラーとの組合せなどとして、種々異なる形式で干渉計内に形成されていてもよい。これら全ての逆反射体の変化態様は、逆反射体に入射する光線束の逆平行の反射をもたらす。レンズおよびミラーを備える逆反射体の変化態様から、逆反射体は基本的に結像倍率m=−1を備え、対物面および結像面がそれぞれ無限遠に位置する光学結像素子とみなすことができることは自明である。対物面および結像面が無限遠に位置することにより、コリメートされた光線束が再びコリメートされた光線束に移行される。したがって、図2に示すように、従来技術によれば、干渉計または平面鏡干渉計における光線分割により生じた部分光線束の光路を概略的に説明することができる。図2には、適宜な分割により生じた測定用光線束Mの光路が示されている。測定用光線束Mは、干渉計の測定用アームにおいて、測定用反射器もしくは平面鏡Pの形態の光学機能素子に入射し、これにより反射され、距離Dを介して、結像倍率m=−1を備える結像素子AEに伝搬し、再び平面鏡Pに入射し、再び反射された後に、最初に入射した測定用光線束Mに対して逆平行に伝搬する。
によって記述される:
ここで、x:=光線位置、
Kx:kベクトルのx要素である。
によって記述され、したがって数3式〜数6式(それぞれ結像倍率mnが異なる)は全部でN回使用される。
が成り立つ。
N=3,5,7,…:
n=1,2,…(N−1)/2,(N−1)/2+2,(N−1)/+3,…N,の場合、mn=−1
n=(N−1)/2+1の場合、mn=+1
N=3,6,9,…:
n=1,3,4,6,7,9,…N,の場合mn=−1
n=2,5,8,…N−1の場合mn=+1
m=+1 ミラー
格子‐ミラー‐格子
光線変位反射プリズム
放物面鏡
m=−1 コーナーキューブ・プリズム
コーナーキューブ・ミラー
レンズ‐ミラー‐レンズ
(焦点距離が等しい屈折または回折レンズ)
キャッツアイ
m≠+1およびm≠−1 レンズ‐ミラー‐レンズ
(焦点距離が等しくない屈折または回折レンズ)
焦点距離が等しくない、共通の焦点を有する放物面鏡の2つの分割部分
が成り立つ。
分割された部分光線束の方向および位置のずれの防止は、基準器を備える干渉式位置測定装置として形成された測定装置においても有利である;これについては以下に図8に基づいて詳述する。このような位置測定装置では、2つの部分光線束が適宜な光線分割によって生成される。これらの部分光線束は、以下では部分光線束Aおよび部分光線束Bと呼ぶ。部分光線束A,Bは、分割された後に異なる光線距離を通過し、最終的に干渉させられる。この場合、2つの部分光線束A,Bは、ここでは光学機能素子20として機能する基準器によってガイドされる。基準器の状態もしくは位置を決定しておくことが望ましい。この場合、一般に基準器は測定方向に周期的な格子からなっている。
が生じる。
もしくは
は、機能素子20において入射もしくは出射する部分光線束Aを記述し;同様に光線ベクトル
もしくは
は部分光線束Bの対応した光路区分を記述する。
が成り立つ。走査ユニット30の機能素子20と結像素子12.nAもしくは12.nBとの間でz方向に測定される走査距離Dにわたる伝搬は、kベクトルのx成分に従属する光線位置の変位Δx:
をもたらす。
が得られる。
が成り立つ。
を選択することができ、fin,xおよびfout,xはx方向の焦点距離であり、fin,yおよびfout,yはy方向の焦点距離である。x方向およびy方向の焦点距離の独立した選択により、数(13)式〜数(18)式および数(21)式によって2つの方向xおよびyについて結像倍率mxおよびmyを個別に決定することができる。
具体的に説明した実施例の他に、本発明の範囲内で当然ながらさらに他の構成可能性が存在する。
AE;11.1〜11.3;11.n;12.1A〜12.NA,12.1B〜12.NB 結像素子
M,R 光線束
A,B 部分光線束
12.1A〜12.NA,12.1B〜12.NB 結像素子
20;410;510 光学機能素子
100;200;300;500 分割素子
220;320 光源
Claims (15)
- 光学式距離決定または位置決定を高精度に行うための測定装置であって、
光源と、
平面鏡の形態の少なくとも1つの光学機能素子と、
検出装置と、を備え、
少なくとも2つの部分光線束が生成され、該部分光線束のうちの少なくとも1つの部分光線束が機能素子に少なくとも3回衝突し、次いで前記部分光線束が干渉により重ね合わされた状態で検出装置の方向に伝搬し、該検出装置を介して、重ね合わされた前記部分光線束から少なくとも1つの位相変調された測定信号が生成可能である測定装置において、
部分光線束(M)が、光学機能素子(10;110;210;310)との衝突の間に少なくとも2つの結像素子(AE;11.1〜11.3;11.n)を通過し、該結像素子(AE;11.1〜11.3;11.n)の結像倍率(mN)が、光学機能素子(10;110;210;310)が目標状態に対して傾斜している場合に、干渉する部分光線束(M,R)の位置および方向のずれが生じないように構成されており、
前記結像素子(AE;11.1〜11.3;11.n)が、入射する光線束(M)に対して出射する部分光線束(M)の変位が生じるように形成されており、
前記結像素子(AE;11.1〜11.3;11.n;12.1 A 〜12.N A ,12.1 B 〜12.N B )が、少なくとも1つのレンズとミラーとの組合せにより形成されている
ことを特徴とする測定装置。 - 光学式距離決定または位置決定を高精度に行うための測定装置であって、
光源と、
平面鏡の形態の少なくとも1つの光学機能素子と、
検出装置と、を備え、
少なくとも2つの部分光線束が生成され、該部分光線束のうちの少なくとも1つの部分光線束が機能素子に少なくとも3回衝突し、次いで部分光線束が干渉により重ね合わされた状態で検出装置の方向に伝搬し、該検出装置を介して、重ね合わされた部分光線束から少なくとも1つの位相変調された測定信号が生成可能である測定装置において、
部分光線束(A,B)が、光学機能素子(20;410;510)との衝突の間に少なくとも2つの結像素子(12.1A〜12.NA,12.1B〜12.NB)を通過し、該結像素子(12.1A〜12.NA,12.1B〜12.NB)の結像倍率(mN)が、光学機能素子(20;410;510)が目標状態に対して傾斜している場合に、干渉する部分光線束(A,B)の位置および方向のずれが生じないように構成されており、
前記結像素子(AE;11.1〜11.3;11.n;12.1 A 〜12.N A ,12.1 B 〜12.N B )が、少なくとも1つのレンズとミラーとの組合せにより形成されている
ことを特徴とする測定装置。 - 請求項1または2に記載の測定装置において、
N個の結像素子(AE;11.1〜11.3;11.n;12.1A〜12.NA,12.1B〜12.NB)の結像倍率(mn)について以下の条件:
a)N=2: m1=−2、m2=−1/2
b)N=3: 正の結像倍率mnを有する結像素子および負の結像倍率mnを有する結像素子が設けられている
という条件が成り立ち、
n:=1…N
N:=2,3;結像素子の数
mn:=n番目の結像素子の結像倍率
である測定装置。 - 請求項1または2に記載の測定装置において、
少なくとも1つのレンズが回折レンズとして形成されている測定装置。 - 請求項1または2に記載の測定装置において、
前記結像素子(AE;11.1〜11.3;11.n;12.1A〜12.NA,12.1B〜12.NB)が2つのレンズを含み、
該レンズが、異なる焦点距離を有し、第1レンズに入射するコリメートされた部分光線束(M)が第2レンズを通過した後に再びコリメートされた状態でさらに伝搬するように配置されている測定装置。 - 請求項1から5までのいずれか一項に記載の測定装置において、
2つの部分光線束(M,R;A,B)への分割が、分割素子(100;200;300;500)または光源(220;320)を介して行われる測定装置。 - 請求項1から6までのいずれか一項に記載の測定装置において、
干渉により重ね合わされた部分光線束(M,R;A,B)が1つ以上の光ファイバを介して、後方に配置された検出装置に伝搬される測定装置。 - 請求項1に記載の測定装置において、
前記平面鏡が干渉計の測定用アームに配置されており、測定用光線束(M)により少なくとも3回衝突される測定装置。 - 光学式距離決定または位置決定を高精度に行うための測定装置であって、
光源と、
平面鏡の形態の少なくとも1つの光学機能素子と、
検出装置と、を備え、
少なくとも2つの部分光線束が生成され、該部分光線束のうちの少なくとも1つの部分光線束が機能素子に少なくとも3回衝突し、次いで前記部分光線束が干渉により重ね合わされた状態で検出装置の方向に伝搬し、該検出装置を介して、重ね合わされた前記部分光線束から少なくとも1つの位相変調された測定信号が生成可能である測定装置において、
部分光線束(M)が、光学機能素子(10;110;210;310)との衝突の間に少なくとも2つの結像素子(AE;11.1〜11.3;11.n)を通過し、該結像素子(AE;11.1〜11.3;11.n)の結像倍率(m N )が、光学機能素子(10;110;210;310)が目標状態に対して傾斜している場合に、干渉する部分光線束(M,R)の位置および方向のずれが生じないように構成されており、
前記結像素子(AE;11.1〜11.3;11.n)が、入射する光線束(M)に対して出射する部分光線束(M)の変位が生じるように形成されており、
前記平面鏡が干渉計の測定用アームに配置されており、測定用光線束(M)により少なくとも3回衝突され、
干渉計が、結像倍率m1=−2およびm2=−1/2を有する2つの結像素子(AE;11.1〜11.3;11.n)を含む測定装置。 - 請求項8に記載の測定装置において、
前記干渉計が3つの結像素子(AE;11.1〜11.3;11.n)を含み、第1および第3結像素子(AE;11.1〜11.3;11.n)が、それぞれ結像倍率m1=m3=−1を有するコーナーキューブ・プリズムとして形成されており、第2結像素子(AE;11.1〜11.3;11.n)が、結像倍率m2=+1を有する光線変位反射プリズム、または格子‐ミラー‐格子の組合せとして形成されている測定装置。 - 請求項8に記載の測定装置において、
前記測定用光線束(M)が、平面鏡に対して垂直方向に入射する測定装置。 - 請求項2に記載の測定装置において、
基準器が、干渉式位置測定装置の2つの部分光線束(A,B)によって少なくとも3回衝突される測定装置。 - 光学式距離決定または位置決定を高精度に行うための測定装置であって、
光源と、
平面鏡の形態の少なくとも1つの光学機能素子と、
検出装置と、を備え、
少なくとも2つの部分光線束が生成され、該部分光線束のうちの少なくとも1つの部分光線束が機能素子に少なくとも3回衝突し、次いで部分光線束が干渉により重ね合わされた状態で検出装置の方向に伝搬し、該検出装置を介して、重ね合わされた部分光線束から少なくとも1つの位相変調された測定信号が生成可能である測定装置において、
部分光線束(A,B)が、光学機能素子(20;410;510)との衝突の間に少なくとも2つの結像素子(12.1 A 〜12.N A ,12.1 B 〜12.N B )を通過し、該結像素子(12.1 A 〜12.N A ,12.1 B 〜12.N B )の結像倍率(m N )が、光学機能素子(20;410;510)が目標状態に対して傾斜している場合に、干渉する部分光線束(A,B)の位置および方向のずれが生じないように構成されており、
基準器が、干渉式位置測定装置の2つの部分光線束(A,B)によって少なくとも3回衝突され、
干渉式位置測定装置が、結像倍率m1=−2およびm2=−1/2を有する2つの結像素子(12.1A〜12.NA,12.1B〜12.NB)を含む測定装置。 - 請求項1、2または12に記載の測定装置において、
干渉式位置測定装置が3つの結像素子(12.1A〜12.NA,12.1B〜12.NB)を含み、第1及び第3結像素子(12.1A〜12.NA,12.1B〜12.NB)が、それぞれ結像倍率m1=m3=−1を有するコーナーキューブ・プリズムとして形成されており、第2結像素子(12.1A〜12.NA,12.1B〜12.NB)が、結像倍率m2=+1を有する光線変位反射プリズム、または格子‐ミラー‐格子の組合せとして形成されている測定装置。 - 請求項2に記載の測定装置において、
前記結像素子(12.1A〜12.NA,12.1B〜12.NB)が、入射する部分光線束(A,B)に対して出射する部分光線束(A,B)の変位が生じるように形成されている測定装置。
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