JP6682097B2 - Optical interference length measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、迷光と多重光を抑制する光学系を有する光干渉長さ測定装置に関するものである。 The present invention relates to an optical interference length measuring device having an optical system that suppresses stray light and multiplexed light.
被測定対象の一端と他端にそれぞれミラーを設け、これらのミラーに光源からレーザ光を照射し、その反射光の受光結果を利用して被測定対象の長さを図る測定装置がある。
このような測定装置では、被測定対象が位置する空間の温度を変化させ、変化前の長さと変化後の長さから被測定対象の膨張係数を計測する。
There is a measuring device in which mirrors are provided at one end and the other end of the object to be measured, laser light is irradiated from these light sources to these mirrors, and the length of the object to be measured is measured by using the light reception result of the reflected light.
In such a measuring device, the temperature of the space in which the measured object is located is changed, and the expansion coefficient of the measured object is measured from the length before the change and the length after the change.
このような測定装置では、光源及び受光部に対して水平方向にビームスプリッタが位置し、当該ビームスプリッタの出射側にそれぞれ被測定対象の端部と接触する2つのミラーが設置されている。
光源からの光がプレート(板状)ビームスプリッタに入射され、プレートビームスプリッタで分離されて2つのミラーに出射され、当該2つのミラーでの反射光がプレートビームスプリッタで合成されて合成光(干渉光)となり、その合成波が受光部で受光される。当該測定装置は、例えば、受光部における上記合成光の受光結果を基に、光干渉法により、温度変化に応じた被測定対象の距離の変化量を測定することで被測定対象物の熱膨張率を測定する。
In such a measuring device, the beam splitter is positioned in the horizontal direction with respect to the light source and the light receiving unit, and two mirrors that are in contact with the ends of the object to be measured are provided on the emission side of the beam splitter.
Light from a light source enters a plate (plate-shaped) beam splitter, is separated by the plate beam splitter and is emitted to two mirrors, and the reflected light from the two mirrors is combined by the plate beam splitter to generate a combined light (interference). Light), and the combined wave is received by the light receiving section. The measurement device, for example, based on the light reception result of the combined light in the light receiving unit, by the optical interference method, by measuring the amount of change in the distance of the measurement target according to the temperature change, thermal expansion Measure the rate.
しかしながら、上述した従来の測定装置では、プレートビームスプリッタ内において光源からの光が内面で反射して生じた3次光以上の光や迷光等の不要光が、当該プレートビームスプリッタから出射されて、最終的に被測定対象に照射され、合成波に多重干渉が生じてしまい、高い測定精度が得られないという問題がある。 However, in the above-described conventional measurement device, unnecessary light such as stray light and light of the third order or more generated by the light from the light source reflected on the inner surface in the plate beam splitter is emitted from the plate beam splitter, Finally, the object to be measured is irradiated, and multiple interference occurs in the synthetic wave, which causes a problem that high measurement accuracy cannot be obtained.
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ビームスプリッタ内で生じる3次光や迷光等の不要光の影響を抑制し、被測定対象の長さを高精度に測定できる測定装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to suppress the influence of unnecessary light such as third-order light and stray light generated in a beam splitter, and to measure the length of an object to be measured with high accuracy. It is to provide a measuring device.
上述した従来技術の問題を解決し、上述した目的を達成するために、本発明の測定装置は、参照面と被検面との間の距離あるいは、当該距離の変化量を計測する測定装置であって、光源と、前記光源からの第1の光の一部の第2の光を第1の方向に向けて透過し、残りの第3の光を反射する第1の光分離面を有し、前記第3の光を前記第1の光分離面と平行な第1の面で前記第1の方向に向けて反射する台形ビームスプリッタである第1の光学手段と、前記第1の光学手段からの前記第2の光及び前記第3の光を入射し、前記第2の光及び前記第3の光のうち一方の光を前記参照面に向けて反射し、当該一方の光の前記参照面における反射光である第4の光を前記第1の光学手段に出射し、前記第2の光及び前記第3の光のうち他方の光を前記被検面に向けて反射し、当該他方の光の前記被検面における反射光である第5の光を前記第1の光学手段に出射する第2の光分離面を備えた第2の光学手段と、受光手段と、を有し、前記第1の光学手段は、前記第2の光学手段と一体的に形成されており、前記第3の光の前記第1の面での反射光が前記第1の光分離面に入射せず、且つ一体化された前記第1の光学手段及び前記第2の光学手段内のみを通って前記第2の光分離面に入射するように構成されており、前記第1の光分離面は前記第2の光学手段から前記第4の光と前記第5の光との一方を反射し、他方を透過して、前記第4の光と前記第5の光との合成光を生成し、前記受光手段は、前記合成光を受光する。
In order to solve the problems of the above-mentioned conventional techniques and achieve the above-mentioned object, the measuring device of the present invention is a measuring device that measures the distance between the reference surface and the surface to be inspected or the amount of change in the distance. A light source and a first light splitting surface that transmits a part of the second light of the first light from the light source in the first direction and reflects the remaining third light. And a first optical means that is a trapezoidal beam splitter that reflects the third light toward the first direction on a first surface parallel to the first light splitting surface; and the first optical means. enters the second light and the third light from the unit, one of the light of the second light and the third light reflected toward the reference surface, wherein the said one light The fourth light, which is the reflected light on the reference surface, is emitted to the first optical means, and the other light of the second light and the third light is forwarded. Second optical having a second light splitting surface that reflects toward the surface to be inspected and emits fifth light, which is the reflected light of the other light on the surface to be inspected, to the first optical means. Means and a light receiving means, the first optical means is formed integrally with the second optical means, and the reflected light on the first surface of the third light is generated. It is configured such that it does not enter the first light splitting surface, and that it enters the second light splitting surface only through the integrated first optical means and second optical means. cage, said first beam splitting surface reflects one of said fourth light and the fifth light from said second optical means, and transmits the other, the said fourth optical fifth Light is generated, and the light receiving means receives the combined light.
この構成によれば、前記第1の光学手段において、前記第3の光の前記第1の面での反射光が前記第1の光分離面に入射しないように構成されているから、前記第3光が前記第1の光学手段内でさらに反射されて、ゴースト、迷光、3次光、ミスアライメントが発生することを回避できる。
これにより、参照面と被検面との間の距離あるいは、当該距離の変化量を高精度に測定できる。本発明の測定装置では、温度変化に応じた上記距離の変化を測定することで、前記参照面と前記被検面との間の設置された被測定対象物の熱膨張を測定できる。
また、この構成によれば、前記第1の光学手段と前記第2の光学手段とを一体的に形成することで部品点数を少なくできると共に、アライメント調整も容易になり、迷光及び3次光を略完全に無くすことができる。また、前記第1の光学手段と前記第2の光学手段の位置関係がずれることによる測定誤差を略完全に無くすことができる。
According to this configuration, the first optical means is configured such that the reflected light of the third light on the first surface does not enter the first light splitting surface. It is possible to prevent the three lights from being further reflected in the first optical means and causing ghost, stray light, tertiary light, and misalignment.
Accordingly, the distance between the reference surface and the surface to be inspected or the amount of change in the distance can be measured with high accuracy. The measuring device of the present invention can measure the thermal expansion of the measured object placed between the reference surface and the surface to be measured by measuring the change in the distance according to the temperature change.
Further, according to this configuration, by integrally forming the first optical means and the second optical means, the number of components can be reduced, alignment adjustment can be facilitated, and stray light and tertiary light can be eliminated. It can be eliminated almost completely. Further, it is possible to substantially completely eliminate the measurement error due to the positional relationship between the first optical means and the second optical means being displaced.
好適には本発明の測定装置の前記第1の光学手段は、前記第1の光分離面と前記第1の面とは平行であり、前記第1の光分離面と前記第1の光及び前記第2の光の光線との間の角度が45°であり、前記第1の光の前記第1の光学手段への入射方向と前記第1の方向とは平行であり、前記第2の光学手段から前記第1の光学手段に入射した前記第4の光は、前記第1の光分離面に入射せずに前記第1の面に入射する。 Suitably, the said 1st optical means of the measuring apparatus of this invention is parallel to the said 1st light separation surface and the said 1st surface, and the said 1st light separation surface and the said 1st light and The angle between the ray of the second light and the light ray is 45 °, the incident direction of the first light to the first optical means and the first direction are parallel to each other, and The fourth light that has entered the first optical means from the optical means enters the first surface without entering the first light splitting surface.
好適には本発明の測定装置の前記第2の光学手段は、第2の光分離面と、第2の面と、第3の面とを有し、前記第2の光は前記第2の光分離面で前記被検面に向けて反射され、当該第2の光の反射光である前記第4の光を前記第2の光分離面に向けて透過し、当該第4の光の前記第2の面及び前記第3の面の反射光が前記第2の光分離面を前記被検面に向けて透過され、その前記被検面での反射光が前記第2の光分離面で前記第1の光学手段に向けて反射され、前記第3の光は前記第2の光分離面で前記参照面に向けて反射され、当該第3の光の反射光である前記第5の光を前記第2の光分離面に向けて透過し、当該第5の光の前記第2の面及び前記第3の面の反射光が前記第2の光分離面を前記参照面に向けて透過され、その前記参照面での反射光が前記第2の光分離面で前記第1の光学手段に向けて反射される。 Suitably, the said 2nd optical means of the measuring apparatus of this invention has a 2nd light separation surface, a 2nd surface, and a 3rd surface, The said 2nd light is the said 2nd light. The fourth light, which is reflected by the light separation surface toward the surface to be inspected, is the reflected light of the second light, is transmitted toward the second light separation surface, and the fourth light is transmitted. The reflected light from the second surface and the third surface is transmitted with the second light separating surface facing the surface to be inspected, and the reflected light on the surface to be inspected is reflected by the second light separating surface. The third light is reflected toward the first optical means, the third light is reflected toward the reference surface at the second light splitting surface, and the fifth light is reflected light of the third light. Is transmitted toward the second light separation surface, and reflected light of the fifth light on the second surface and the third surface is transmitted through the second light separation surface toward the reference surface. In the said reference plane The reflected light is reflected toward the first optical means at said second beam splitting surface.
好適には本発明の測定装置では、参照面と被検面とを光が入射される方向が重力方向になるように保持する保持手段を有し、前記光源は、水平方向に第1の光を出射し、前記受光手段は、水平方向から前記合成光を受光する。 Preferably, the measuring device of the present invention has a holding means for holding the reference surface and the surface to be inspected so that the direction in which light is incident is the direction of gravity, and the light source is the first light in the horizontal direction. And the light receiving means receives the combined light from the horizontal direction.
この構成によれば、重力方向と距離の測定方向とを一致させることで、前記参照面と前記被検面とを保持する保持手段が重力により傾いたり撓むことが原因で測定誤差が生じることを回避し、高精度な測定が可能となる。 According to this configuration, by causing the gravity direction and the distance measurement direction to coincide with each other, a measurement error occurs due to the holding means that holds the reference surface and the surface to be inspected tilts or bends due to gravity. It is possible to avoid the above and perform highly accurate measurement.
好適には本発明の測定装置では、前記受光手段の受光結果を基に、前記距離あるいは前記変化量を計算する演算手段をさらに有する。 Suitably, the measuring device of the present invention further comprises an arithmetic means for calculating the distance or the variation based on the light reception result of the light receiving means.
本発明によれば、ビームスプリッタ内で生じる3次光や迷光等の不要光の影響を抑制し、被測定対象の長さを高精度に測定できる測定装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a measuring device capable of measuring the length of an object to be measured with high accuracy by suppressing the influence of unnecessary light such as third-order light and stray light generated in the beam splitter.
以下、本発明の実施形態に係わる測定装置を説明する。
本実施形態の測定装置は、参照面と被検面とにそれぞれ照射した光を干渉させて、前記参照面と前記被検面との間の長さを測定する光干渉長さ測定装置である。
図1は、本発明の実施形態に係わる測定装置1の外観斜視図である。図2は、図1に示す測定装置1を側面方向から見た図である。図3は図1に示す断面線A−Aの断面図である。
Hereinafter, a measuring device according to an embodiment of the present invention will be described.
The measuring device of the present embodiment is an optical interference length measuring device for measuring the length between the reference surface and the surface to be inspected by interfering the light irradiated to the reference surface and the surface to be inspected, respectively. .
FIG. 1 is an external perspective view of a
図1に示すように測定装置1は、第1の基台11の上に、3本の支柱によって第2の基台13が固定されている。
第2の基台13には、円周方向に等間隔に3つのオイルタンク31(1),31(2),31(3)が固定されている。
As shown in FIG. 1, in the
Three oil tanks 31 (1), 31 (2), 31 (3) are fixed to the
また、図3に示すように、オイルタンク31(1),31(2),31(3)には緩衝液が収容されている。
オイルタンク31(1),31(2),31(3)の緩衝液内には、浮体21(1),21(2),21(3)がそれぞれ浮いている。
Further, as shown in FIG. 3, a buffer solution is stored in the oil tanks 31 (1), 31 (2), 31 (3).
Floating bodies 21 (1), 21 (2), 21 (3) are respectively floated in the buffer solutions of the oil tanks 31 (1), 31 (2), 31 (3).
浮体21(1),21(2),21(3)は、円板17(本発明の第1の部材の一例)を介して上部ミラー支持部9(本発明の第1の支持部の一例)が固定されている。
また、円板17の外側には、板バネ25(本発明の弾性部材の一例)を介してリング状部材27(本発明の第2の部材の一例)が設けられている。
リング状部材27は、その下方に位置するリング状部材29と3本の支柱で結合されている。
リング状部材29の内側には、板バネ23を介して円板15が固定されている。円板15の中心には上部ミラー支持部9が固定されている。
The floating bodies 21 (1), 21 (2), and 21 (3) are connected to the upper mirror support portion 9 (an example of the first supporting portion of the present invention) via the disc 17 (an example of the first member of the present invention). ) Is fixed.
A ring-shaped member 27 (an example of the second member of the present invention) is provided on the outer side of the
The ring-
The
また、円板15には、オイルタンク31(1),31(2),31(3)を貫通して設置するための穴が形成されている。
リング状部材29の外周の対向する2箇所にはスライドガイド33(1),33(2)が固定されている。
また、第2の基台13には、スライドガイド33(1),33(2)と対向する位置にスライドガイド固定用支柱39(1),39(2)が設けられている。
スライドガイド33(1),33(2)によって、リング状部材29の重力方向(本発明の光軸方向の一例)の移動がガイドされる。
Further, the
Slide guides 33 (1) and 33 (2) are fixed to two opposing positions on the outer periphery of the ring-shaped
Further, the
The slide guides 33 (1) and 33 (2) guide the movement of the ring-shaped
このようにスライドガイド33(1),33(2)を設けることで、上部ミラー支持部9の水平方向の移動と傾きが規制されているので、上部ミラー51を重力方向に沿って適切に移動できる。これにより、上部ミラー51が水平方向にぶれることがなく、高精度な測定が可能になる。
測定装置1では、上部ミラー支持部9の粗動がスライドガイド33(1),33(2)によって抑制され、上部ミラー支持部9の微動が板バネ25及び板バネ23によって抑制される。
By thus providing the slide guides 33 (1) and 33 (2), the horizontal movement and inclination of the upper
In the
図3に示すように、筒体の上部ミラー支持部9(第1の支持体)内には、上部ミラー51(本発明の被検面の一例)が固定されている。上部ミラー51の反射面は光学部41側に位置している。
上部ミラー支持部9内には、第2の基台13に固定された下部ミラー支持部53が上部ミラー支持部9とは非接触で設置されている。下部ミラー支持部53には、下部ミラー55(本発明の参照面の一例)が固定されている。下部ミラー支持部53は円筒状である。下部ミラー55の反射面は上部ミラー51側に位置している。
As shown in FIG. 3, an upper mirror 51 (an example of the test surface of the present invention) is fixed in the upper mirror support portion 9 (first support) of the cylindrical body. The reflecting surface of the
Inside the upper
また、第2の基台13の下部には、上部ミラー支持部9と対向する位置に光学部41が固定されている。
また、第1の基台11には、光源151と受光部153とが設けられている。光源151及び受光部153は、重力方向において光学部41と同じ高さに設けられている。
Further, an
A
光源151は、直線偏光のレーザ光源であり、水平方向に光学部41に向けて光(レーザ光)を出射する。波長の短いレーザ光を用いることで高精度な距離測定が可能になる。
受光部153は、複数の受光素子を備えたCCDセンサであり、光学部41からの光(合成光)を受光する。
The
The
また、測定装置1は、演算部35を有する。
演算部35は、光学部41の受光結果を基に、上部ミラー51と下部ミラー55との間の距離、すなわち、被測定対象7の長さを算出する。具体的には、演算部35は、受光結果を基に、マイケルソン干渉法による演算を行い、干渉縞の移動量を算出し、それを基に被測定対象7の膨張量を算出する。
Further, the measuring
The
測定装置1は、リザーブタンク61を有する。
リザーブタンク(本発明の第2のタンクの一例)61は、オイルタンク31(1),31(2),31(3)(本発明の第1のタンクの一例)との間に緩衝液の流路を備え、当該オイルタンク31(1),31(2),31(3)に比べて多くの緩衝液を収容している。緩衝液は、例えばシリコンオイルである。
The measuring
The reserve tank (an example of the second tank of the present invention) 61 has a buffer solution between it and the oil tanks 31 (1), 31 (2), 31 (3) (an example of the first tank of the present invention). It has a flow path and stores a larger amount of buffer solution than the oil tanks 31 (1), 31 (2), 31 (3). The buffer solution is, for example, silicone oil.
この構成によれば、オイルタンク31(1),31(2),31(3)とリザーブタンク61とで緩衝液の液面が一致する。そのため、被測定対象7の近傍にあるオイルタンク31(1),31(2),31(3)に収容された緩衝液の温度が変化しても、リザーブタンク61に収容された緩衝液の温度が変化していないとすると、オイルタンク31(1),31(2),31(3)の緩衝液が膨張することにより液面が高くなることを抑制できる。これにより、オイルタンク31(1),31(2),31(3)内に浮体21(1),21(2),21(3)の重力方向の位置を一定にでき、温度変化の影響を受けずに安定して高精度な測定ができる。
According to this configuration, the oil tanks 31 (1), 31 (2), 31 (3) and the
図7は、本発明の実施形態に係わる測定装置1の光学系を説明するための図である。
図7に示すように、測定装置1では、重力方向(図7中上下方向)の異なる位置にある上部ミラー51と下部ミラー55とによって被測定対象7が挟み込まれて保持されている。測定装置1は、被測定対象7の重力方向の距離、あるいはその変化を測定する。
FIG. 7 is a diagram for explaining an optical system of the measuring
As shown in FIG. 7, in the
図7に示すように、光源151及び受光部153と、光学部41とは重力方向において同じ高さに設けられており、光学部41の上方に被測定対象7が保持されている。
光学部41は、第1の光学部411及び第2の光学部413が一体的に成形されている。
第1の光学部411は、偏光無依存の台形ビームスプリッタである。
第1の光学部411は、光源151からの第1の光のL1一部の第2の光L2を第1の方向X1に向けて透過し、残りの第3の光L31をY2方向に向けて反射する第1の光分離面411aを有する。第1の光分離面411aは、ハーフミラーである。
また、第1の光学部411は、第1の光分離面411aで反射された第3の光L31をX1方向に向けて反射する第1の面S1を有する。
As shown in FIG. 7, the
In the
The first
The first
Further, the first
第1の光学部411は、第3の光L31の第1の面S1での反射光が第1の光分離面411aに入射しないように構成されている。また、第1の光分離面411aは第2の光学部413から第5の光L55を透過し、第4の光L46を反射することで得た合成光L6を受光部153に向けて出射する。
受光部153は、合成光L6を受光する。
The first
The
第1の光学部411では、第1の光分離面411aと第1の面S1とは平行である。第1の光分離面411aと、第1の光L1及び第2の光L21の光線との間の角度が45°である。
また、光源151からの第1の光L1の入射面S11への入射方向と水平方向(X1−X2:第1の方向)とは平行である。
第2の光学部413から第1の光学部411に入射した第4の光L45は、第1の光分離面411aに入射せずに第1の面S1に入射する。
In the first
The incident direction of the first light L1 from the
The fourth light L45 that has entered the first
第2の光学部413は、第1の光学部411からの第2の光L2を上部ミラー51に向けて第2の光L21として反射する第2の光分離面413aを有する。第2の光分離面413aは偏光ビームスプリッタである。
第2の光学部413の上部に位置する1/4波長板415は、通過する光の直線偏光を円偏光に変換し、通過する光の円偏光を直線偏光に変換する。
第2の光L21は、1/4波長板415を通過して円偏光に変換され上部ミラー51で反射され、その反射光である第4の光L41が、1/4波長板415を通過してL21と偏光軸が直交する直線偏光に変換され
第2の光分離面413aを透過して第2の光学部413の第2の面S2に入射する。
第4の光L41は第2の面S2で第3の面S3に向けて第4の光L42として反射され、その第3の面S3での反射光である第4の光L43が第2の光分離面413aを透過して1/4波長板415を通過して円偏光に変換されて上部ミラー51に入射する。
第4の光L43は、上部ミラー51で反射され、その反射光である第4の光L44が、1/4波長板415を通過してL43と偏光軸が直交する直線偏光に変換されて第2の光分離面413aで第1の光学部411に向けて第4の光L45として反射される。
The second
The quarter-
The second light L21 passes through the quarter-
The fourth light L41 is reflected by the second surface S2 toward the third surface S3 as the fourth light L42, and the fourth light L43 which is the reflected light on the third surface S3 is the second light L42. The light is transmitted through the
The fourth light L43 is reflected by the
第2の光分離面413aは、第1の光学部411からの第3の光L32を下部ミラー55に向けて第3の光L33として反射する。
第3の光L33は、1/4波長板415を通過して円偏光に変換され下部ミラー55で反射され、その反射光である第5の光L51が、1/4波長板415を通過してL33と偏光軸が直交する直線偏光に変換され第2の光分離面413aを透過して第2の光学部413の第3の面S3に入射する。
The second
The third light L33 passes through the quarter-
第5の光51は第3の面S3で第2の面S2に向けて第5の光L52として反射され、その第2の面S2での反射光である第5の光L53が第2の光分離面413aを透過して1/4波長板415を通過して円偏光に変換されて下部ミラー55に入射する。
第5の光L53は、下部ミラー55で反射され、その反射光である第5の光L54が、1/4波長板415を通過してL53と偏光軸が直交する直線偏光に変換されて第2の光分離面413aで第1の光学部411に向けて第5の光L55として反射される。
The
The fifth light L53 is reflected by the
図7に示す光学部41の構成によれば、第1の光学部411において、第3の光L31の第1の面S1での反射光である第3の光L32が第1の光分離面411aに入射しないように構成されているため、第3の光L32が第1の光学部411内でさらに反射されて、ゴースト、迷光、3次光、ミスアライメントが発生することを回避できる。
According to the configuration of the
これにより、上部ミラー51と下部ミラー55との間の距離あるいは、当該距離の変化量を高精度に測定できる。
また、測定装置1では、温度変化に応じた上記距離の変化を測定することで、上部ミラー51と下部ミラー55との間に設置された被測定対象7の熱膨張を測定できる。
This makes it possible to measure the distance between the
In addition, the measuring
第1の光分離面411aにおいて分離された第2の光L2による上部ミラー51との間の光路長と、第3の光L31による下部ミラー55との間の光路長との間には被測定対象7の長さの4倍の光路差があり、被測定対象7が熱膨張して長さが変化すると、その光路差も変化する。
また、第4の光L46と、第5の光L55とを第1の光分離面411aで干渉させることで第6の光L6(合成光)に生じる縞パターンは、上記光路差の変化によって移動する。演算部35では、受光部153の受光結果から、当該移動量を検出することにより、被測定対象7の熱膨張率を検出する。
Between the optical path length between the second light L2 separated by the first
Further, the striped pattern generated in the sixth light L6 (combined light) by causing the fourth light L46 and the fifth light L55 to interfere with each other on the first
図7に示す光学部41の構成によれば、第1の光学部411と第2の光学部413とを一体的に形成することで部品点数を少なくできると共に、光路長のアライメント調整も容易になり、迷光及び3次光を略完全に無くすことができる。
これは、第1の光学部411として台形ビームスプリッタを用いたことで可能になった。なお、従来は、プレート状のビームスプリッタを用いていたため、一体化できなかった。
According to the configuration of the
This is possible by using a trapezoidal beam splitter as the first
図7に示す例では、第1の光学部411及び第2の光学部413が一体的に成形された場合を例示したが、図8に示すように分離してもよい。
In the example shown in FIG. 7, the first
また、図7に示す光学部41の構成によれば、重力方向と距離の測定方向とを一致させることで、上部ミラー51と下部ミラー支持部53との間に保持された被測定対象7が重力により傾いたり撓むことが原因で測定誤差が生じることを回避し、高精度な測定が可能となる。
Further, according to the configuration of the
以下、測定装置1の緩衝機構について詳細に説明する。
前述したように、測定装置1では、図3に示すように、オイルタンク31(1),31(2),31(3)に収容された緩衝液内に、浮体21(1),21(2),21(3)がそれぞれ浮いている。
上部ミラー支持部9及び上部ミラー51は、浮体21(1),21(2),21(3)と一体となって重力方向(Y1−Y2方向)に移動する。
Hereinafter, the buffer mechanism of the measuring
As described above, in the measuring
The upper
すなわち、上部ミラー51は、被測定対象7の上部と接した状態で、緩衝液内に浮いている。
また、単に浮いているだけだと、被測定対象7の上部を支点として傾きや平行移動が発生してしまうので、スライドガイド33(1),33(2)によって、リング状部材29及びリング状部材27(上部ミラー51)の重力方向の移動がガイドされている。このとき、図4等に示す板バネ25及び板バネ23(平行移動バネ)の組み合わせにより、傾きや平行移動が発生せず、上部ミラー51が重力方向(上下方向)にのみ動く。
That is, the
Further, if it simply floats, tilting or parallel movement occurs with the upper part of the measured
測定装置1では、設置面からの振動が第1の基台11に印加されると、これが第2の基台13を介して下部ミラー支持部53、被測定対象7及び下部ミラー55に伝わる。
ここで、上部ミラー51は、緩衝液に浮いているだけの状態であるため、被測定対象7を介して下部ミラー55と同一の振動状態となる。その結果、被測定対象7の距離の計算(上部ミラー光路長−下部ミラー光路長)では、振動の影響は打ち消しあって、結果に影響しない。
また、上部ミラー51を浮かせるための緩衝液は、粘性流体であるシリコンオイルを使用しているため、オイルのダンピング効果により振動そのものも低減させる効果がある。
In the measuring
Here, since the
Further, since silicon oil, which is a viscous fluid, is used as the buffer solution for floating the
図9は、図1に示す測定装置1に振動が印加された場合の作用を説明するための図である。
図9において、「A0」は、第2の基台13の表面から下部ミラー55までの重力方向の光路長55(L)を示す。また、「B0」は、第2の基台13の表面から上部ミラー51までの重力方向の光路長51(L)を示す。
FIG. 9 is a diagram for explaining the operation when vibration is applied to the
In FIG. 9, “A0” indicates the optical path length 55 (L) in the gravity direction from the surface of the
第2の基台13が振動して、下部ミラー55がδAだけ重力方向に移動すると、以下の式(1),(2)が成立する。
[数1]
光路長55(L)=A0+δA ・・・(1)
When the
[Equation 1]
Optical path length 55 (L) = A0 + δA (1)
[数2]
光路長51(L)=B0+δA ・・・(2)
[Equation 2]
Optical path length 51 (L) = B0 + δA (2)
上部ミラー51と下部ミラー55との間の距離(被測定対象7の測定距離)は、「光路長51(L)−光路長55(L)」となり、以下式(3)が成立する。
The distance between the
[数3]
光路長51(L)−光路長55(L)=(A0+δA)−(B0+δA)=A0−B0 ・・・(3)
[Equation 3]
Optical path length 51 (L) -optical path length 55 (L) = (A0 + δA)-(B0 + δA) = A0-B0 (3)
すなわち、δAの影響を受けない。 That is, it is not affected by δA.
なお、従来では、ミラーを横型に保持し、それぞれのミラーは、片持ち状に支持されている。振動が印加されると、片持ちの先端が振れるようにそれぞれの独立に励振される。振動の影響は、2つのミラーでそれぞれ異なる。そのため、被測定対象の測定結果には、その振動影響がそのまま残る形となる。被測定対象の長さ方向への影響だけでなく、重力方向へ傾く方向への影響も出る可能性がある。 Incidentally, conventionally, the mirrors are held horizontally, and each mirror is supported in a cantilever manner. When vibration is applied, each cantilever tip is excited independently so that it swings. The effects of vibration are different for the two mirrors. Therefore, the influence of the vibration remains on the measurement result of the measurement target. Not only the length of the object to be measured may be affected, but also the direction of inclination to the direction of gravity may be affected.
測定装置1では、例えば、上部ミラー51及び下部ミラー55に被測定対象7を取り付ける際の静的な移動量(mmレベル)は、スライドガイド33(1),33(2)に案内されながら、上部ミラー支持部9がリング状部材27等と一体となって全体として上下移動する。
また、被測定対象7の長さの測定時のμm〜nmレベルの小さな動的な振動は、板バネ23,25のバネ性およびオイルダンパのダンピング効果で吸収・制振する。
In the measuring
Also, small dynamic vibrations of the μm to nm level when measuring the length of the
この構成によれば、上部ミラー支持部9の回転も平行移動も拘束され、板バネ23,25の弾性変形により、その内側の円板15,17及び上部ミラー支持部9が上下動のみ平行移動する。
被測定対象7の熱膨張による静的な伸び(測定対象)は極微小量であるため、緩衝液面に浮きつつ、板バネ23,25が極微小量の弾性変形をすることにより、板バネ23,25の内側部分の上下動は妨げられない。
According to this configuration, both rotation and parallel movement of the upper
Since the static elongation (measurement target) of the measured
以下、測定装置1の温度制御(保温)機構について説明する。
図10は、図1に示す測定装置1の温度制御(保温)機構を説明するための断面構成図である。
測定装置1は、上部ミラー51と下部ミラー55との間に保持された被測定対象7が位置する第1の領域71を加熱する第1の温度制御部73を有する。
第1の温度制御部73は、内部に第1の領域71を形成する第1熱伝導部81(ラビリンスシールド)と、その外側に位置するペルチェ素子83とを有する。
筒状の上部ミラー支持部9の内側に第1の領域71が形成されている。
Hereinafter, the temperature control (heat retention) mechanism of the measuring
FIG. 10 is a cross-sectional configuration diagram for explaining the temperature control (heat retention) mechanism of the measuring
The measuring
The first
A
第1の領域71を囲むように第2の領域93が形成されている。第2の領域93の温度は、ヒートシンク(循環路)95を流れる液体によって調整される。測定装置1は、ヒートシンク95を制御して第2の領域93の温度を調整する第2の温度制御部173を有する。
A
この構成によれば、第2の温度制御部173は第1の領域71を囲むように形成された第2の領域93の温度調整を行うため、被測定対象7が位置する第1の領域71で急激な温度変化が生じることを抑制できる。第2の領域93は、恒温槽となる。
また、第1の温度制御部73は、第1の領域71をペルチェ素子83で加熱して温度制御するため、第2の温度制御部173による温度制御により第2の領域93に生じる温度のゆらぎを高い応答性で制御できる。
これにより、被測定対象7が位置する第1の領域71の温度制御を高精度に行うことができる。
According to this configuration, since the second
Further, since the first
Thereby, the temperature control of the
第1の領域71及び第2の領域93の下方には上部ミラー支持部9及び下部ミラー支持部53を挿通する(内側に位置する)開口部が形成されている。
当該開口部を介して、第1の領域71及び第2の領域93の外側に位置する光源151からの光が上部ミラー51及び下部ミラー55に照射されると共に、その反射光が受光部153に出射される。
Below the
Light from the
図11は、図10に示す第1熱伝導部81の上部ミラー支持部9との接触部分の拡大断面構成図である。
図11に示すように、第1の領域71を形成する第1熱伝導部81は、上部ミラー支持部9との接触部に、重力方向(Z1−Z2方向)である光の進行方向に対して所定間隔で設けられた複数の空間領域121a,121bを有している。
FIG. 11 is an enlarged cross-sectional configuration diagram of a contact portion of the first
As shown in FIG. 11, the first
空間領域121a,121bの開口部の縁は、上部ミラー支持部9の外周面に接しており、空間領域121a,121bは上部ミラー支持部9の中心軸を中心としたリング状の領域である。
ここで、空間領域121bは空間領域121aに比べて体積が大きい。すなわち、リング状領域の径が長い。また、空間領域121aと空間領域121bとは重力方向(Z1−Z2方向)に交互に位置している。
The edges of the openings of the
Here, the
この構成では、外部との間で空気の流出入が生じる第1熱伝導部81と、上部ミラー支持部9の外周との接触部を空気が流れ難くなり、外部との間での熱伝導率を下げることができる。これにより、第1の領域71の温度を安定化できる。
また、この構成によれば、空間領域121a,121bで渦流が生じ、第1熱伝導部81と上部ミラー支持部9との接触部における空気が流れ難くなり、熱伝導性を落とすことができる。
In this configuration, it becomes difficult for air to flow through the contact portion between the first
Further, according to this configuration, a vortex flow is generated in the
図12は、図10に示す測定装置1の保温機構の機能ブロック図である。
測定装置1は、第1の領域71内の被測定対象7の近傍に設けられた第1の温度計131を有する。
また、測定装置1は、第1熱伝導部81の上部ミラー支持部9との接触部付近に設けられた第2の温度計133を有する。
また、測定装置1は、ヒートシンク95の近傍に設けられ、第2の領域93の温度を計測する第3の温度計135を有する。
FIG. 12 is a functional block diagram of the heat retaining mechanism of the measuring
The measuring
The measuring
The measuring
第1の温度制御部73は、第1の温度計131及び第2の温度計133の計測結果を基に第1の領域71の温度制御を行う。第1の温度制御部73は、個体ヒートポンプと高速チョップ制御により、1/100℃台のフィードバック制御を行う。
The first
第2の温度制御部173は、第3の温度計135の計測結果を基に第2の領域93の温度制御を行う。第2の温度制御部173は、熱ベース(恒温循環器)により、第2の領域93を5/100℃程度の揺らぎに制御する。
The second
この構成によれば、計測した温度を基に、第1の温度制御部73及び第2の温度制御部173による温度制御を適切に行うことができる。
図13は、被測定対象7が位置する第1の領域71の温度と、測定装置1の外気温度とを時間軸で示す図である。
図13から分かるように、外気温度が変化しても、第1の領域71の温度を安定している。
With this configuration, the temperature control by the first
13: is a figure which shows the temperature of the 1st area |
As can be seen from FIG. 13, the temperature of the
なお、測定装置1の主要構造材料及び光学材料としては低膨張材料が用いられる。例えば、測定装置1の構造部材には、CFRPやクリアセラム等が用いられる。
A low expansion material is used as the main structural material and the optical material of the measuring
本発明は上述した実施形態には限定されない。
すなわち、当業者は、本発明の技術的範囲またはその均等の範囲内において、上述した実施形態の構成要素に関し、様々な変更、コンビネーション、サブコンビネーション、並びに代替を行ってもよい。
The present invention is not limited to the above embodiments.
That is, those skilled in the art may make various changes, combinations, sub-combinations, and substitutions with respect to the constituent elements of the above-described embodiments within the technical scope of the present invention or the equivalent scope thereof.
例えば、上述した実施形態では、オイルタンク31(1),31(2),31(3)を3つ設けたが、オイルタンクの数、並びに配置等は特に限定されない。 For example, in the above-described embodiment, three oil tanks 31 (1), 31 (2), 31 (3) are provided, but the number and arrangement of oil tanks are not particularly limited.
また、上述した実施形態では、第1の光学部411として台形ビームスプリッタを例示したが、第3の光L31の内面での反射光が第2の光学部413に入射しない構成であれば特に限定されない。
Further, in the above-described embodiment, the trapezoidal beam splitter is illustrated as the first
本発明は、被測定対象の長さを測るシステムに適用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to a system for measuring the length of an object to be measured.
1…測定装置
7…被測定対象
9…上部ミラー支持部
11…第1の基台
13…第2の基台
17…円板
23,25…板バネ
21(1),21(2),21(3)…浮体
27,29…リング状部材
31(1),31(2),31(3)…オイルタンク
33(1),33(2)…スライドガイド
39(1),39(2)…スライドガイド
41…光学部
51…上部ミラー
53…下部ミラー支持部
55…下部ミラー
61…リザーブタンク
71…第1の領域
73…第1の温度制御部
81…第1熱伝導部
93…第2の領域
131…第1の温度計
133…第2の温度計
135…第3の温度計
151…光源
153…受光部
173…第2の温度制御部
411…第1の光学部
411a…第1の光分離面
413…第2の光学部
413a…第2の光分離面
415…1/4波長板
DESCRIPTION OF
Claims (5)
光源と、
前記光源からの第1の光の一部の第2の光を第1の方向に向けて透過し、残りの第3の光を反射する第1の光分離面を有し、前記第3の光を前記第1の光分離面と平行な第1の面で前記第1の方向に向けて反射する台形ビームスプリッタである第1の光学手段と、
前記第1の光学手段からの前記第2の光及び前記第3の光を入射し、前記第2の光及び前記第3の光のうち一方の光を前記参照面に向けて反射し、当該一方の光の前記参照面における反射光である第4の光を前記第1の光学手段に出射し、前記第2の光及び前記第3の光のうち他方の光を前記被検面に向けて反射し、当該他方の光の前記被検面における反射光である第5の光を前記第1の光学手段に出射する第2の光分離面を備えた第2の光学手段と、
受光手段と、
を有し、
前記第1の光学手段は、前記第2の光学手段と一体的に形成されており、前記第3の光の前記第1の面での反射光が前記第1の光分離面に入射せず、且つ一体化された前記第1の光学手段及び前記第2の光学手段内のみを通って前記第2の光分離面に入射するように構成されており、
前記第1の光分離面は前記第2の光学手段から前記第4の光と前記第5の光との一方を反射し、他方を透過して、前記第4の光と前記第5の光との合成光を生成し、
前記受光手段は、前記合成光を受光する
測定装置。 A distance between the reference surface and the surface to be inspected, or a measuring device for measuring the amount of change in the distance,
A light source,
A first light splitting surface that transmits a part of the second light of the first light from the light source in the first direction and reflects the remaining third light; First optical means, which is a trapezoidal beam splitter that reflects light toward a first direction on a first surface parallel to the first light splitting surface;
The first incident second light and the third light from the optical means reflects one of the optical of the second light and the third light toward the reference surface, the Fourth light, which is reflected light of one light on the reference surface, is emitted to the first optical means, and the other light of the second light and the third light is directed to the surface to be inspected. Second optical means having a second light splitting surface that reflects the other light and emits fifth light, which is reflected light of the other light on the surface to be inspected, to the first optical means,
A light receiving means,
Have
The first optical means is formed integrally with the second optical means, and the light reflected by the first surface of the third light does not enter the first light splitting surface. And is configured to enter the second light splitting surface only through the inside of the integrated first optical means and second optical means,
The first light splitting surface reflects one of the fourth light and the fifth light from the second optical means, transmits the other, and transmits the fourth light and the fifth light. Produces synthetic light with
The light receiving unit is a measuring device that receives the combined light.
前記第1の光分離面と前記第1の光及び前記第2の光の光線との間の角度が45°であり、
前記第1の光の前記第1の光学手段への入射方向と前記第1の方向とは平行であり、
前記第2の光学手段から前記第1の光学手段に入射した前記第4の光は、前記第1の光分離面に入射せずに前記第1の面に入射する
請求項1に記載の測定装置。 The first optical means is
The angle between the first light splitting surface and the rays of the first light and the second light is 45 °,
The direction of incidence of the first light on the first optical means is parallel to the first direction,
The measurement according to claim 1, wherein the fourth light that has entered the first optical means from the second optical means does not enter the first light splitting surface but enters the first surface. apparatus.
第2の光分離面と、
第2の面と、
第3の面と
を有し、
前記第2の光は前記第2の光分離面で前記被検面に向けて反射され、当該第2の光の反射光である前記第4の光を前記第2の光分離面に向けて透過し、当該第4の光の前記第2の面及び前記第3の面の反射光が前記第2の光分離面を前記被検面に向けて透過され、その前記被検面での反射光が前記第2の光分離面で前記第1の光学手段に向けて反射され、
前記第3の光は前記第2の光分離面で前記参照面に向けて反射され、当該第3の光の反射光である前記第5の光を前記第2の光分離面に向けて透過し、当該第5の光の前記第2の面及び前記第3の面の反射光が前記第2の光分離面を前記参照面に向けて透過され、その前記参照面での反射光が前記第2の光分離面で前記第1の光学手段に向けて反射される
請求項1又は請求項2に記載の測定装置。 The second optical means is
A second light splitting surface,
The second side,
And a third surface,
The second light is reflected by the second light separation surface toward the surface to be inspected, and the fourth light, which is reflected light of the second light, is directed toward the second light separation surface. The light reflected by the second surface and the third surface of the fourth light is transmitted with the second light splitting surface directed toward the test surface, and is reflected by the test surface. Light is reflected at the second light splitting surface towards the first optical means,
The third light is reflected by the second light separation surface toward the reference surface, and the fifth light, which is reflected light of the third light, is transmitted toward the second light separation surface. However, the reflected light of the fifth light on the second surface and the third surface is transmitted with the second light separating surface facing the reference surface, and the reflected light on the reference surface is the light. The measuring device according to claim 1, wherein the measuring device is reflected by the second light splitting surface toward the first optical means.
を有し、
前記光源は、水平方向に第1の光を出射し、
前記受光手段は、水平方向から前記合成光を受光する
請求項1〜3のいずれかに記載の測定装置。 A holding means for holding the reference surface and the surface to be inspected so that the direction in which light is incident is the direction of gravity;
The light source emits a first light in a horizontal direction,
The measurement device according to claim 1, wherein the light receiving unit receives the combined light from a horizontal direction.
をさらに有する請求項1〜4のいずれかに記載の測定装置。
The measuring device according to any one of claims 1 to 4, further comprising a calculating unit that calculates the distance or the amount of change based on a light reception result of the light receiving unit.
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