JP6765497B2 - 回折格子測定装置 - Google Patents
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Description
周波数の異なる2つのビームを生成し、前記2つのビームの中の一つは測定ビームとし、他の一つは参照ビームとする光源モジュールと、
回折格子測定プローブであって、二重周波数光入射モジュール、垂直測定モジュール、垂直検出モジュール及び参照検出モジュールを含み、前記二重周波数光入射モジュールは前記測定ビーム及び参照ビームを受信して、前記測定ビームを前記垂直測定モジュール及び参照検出モジュールに投射し、前記参照ビームを前記垂直検出モジュール及び参照検出モジュールに投射し、前記垂直測定モジュールは前記測定ビームを前記回折格子上に投射して、前記回折格子によって二回回折された後の回折光の0次回折光を収集し、前記0次回折光を前記垂直検出モジュールに投射し、前記0次回折光は前記参照ビームと前記垂直検出モジュールで干渉が発生して垂直干渉信号を形成し、前記参照検出モジュールにおける前記測定ビームと参照ビームは干渉を発生して参照干渉信号を形成する回折格子測定プローブと、
前記垂直干渉信号と参照干渉信号を受信して、前記回折格子の垂直変位を計算する信号処理モジュールと、を含む。
周波数の異なる2つの光束を生成し、区別のために、前記2つの光束中の一つを測定ビームと称し、もう一つは参照ビームと称する光源モジュール300と、
第一検出器と、
第二検出器と、
回折格子測定プローブ100であって、二重周波数光入射モジュール、垂直検出モジュール、垂直測定モジュール及び参照検出モジュールを含み、前記二重周波数光入射モジュールは前記測定ビーム及び参照ビームを受信して、前記測定ビームを前記垂直測定モジュール及び参照検出モジュールに投射し、前記参照ビームを前記垂直検出モジュール及び参照検出モジュールに投射し、前記垂直測定モジュールは前記測定ビームを前記回折格子200上に投射し、前記回折格子200によって二回回折された後の回折光の0次回折光を収集し、前記0次回折光を前記垂直検出モジュールに投射し、前記0次回折光は前記参照ビームと前記垂直検出モジュールで干渉が発生して垂直干渉信号を形成した後第一検出器によって検出され、前記参照検出モジュールにおける前記測定ビームと参照ビームが干渉を発生して参照干渉信号を形成した後第二検出器によって検出される回折格子測定プローブ100とを含み、前記装置は、前記垂直干渉信号と参照干渉信号を受信した後、前記回折格子200の垂直変位を計算する信号処理モジュールをさらに含む。
N1=[(f0+Δf2)T1+2ΔX/d]−[(f0+Δf1)T1−2ΔX/d]=(Δf2−Δf1)T1+4ΔX/d (1)
N2=(f0+Δf2)T1−(f0+Δf1)T1=(Δf2−Δf1)T1 (2)
ΔX=d(N1−N2)/4 (3)
N3=[(f0+Δf2)T2+2ΔY/d]−[(f0+Δf1)T2−2ΔY/d]=(Δf2−Δf1)T2+4ΔY/d (4)
ΔY=d(N3−N2)/4
前記角度が0、90、180、360度及び90度の倍数である時に、XまたはYの位置を検出することができ、回折格子200の水平方向の一次元位置測定を実現する。前記角度が0、90、180、360度及び90度の倍数以外の角度である場合、X及び/又はYの位置を検出することができ、回折格子スケールの水平方向の二次元位置測定を実現する。
特に、前記角度が45度、135度及び45+k*90度(kは自然数)である時に、回折格子測定プローブ100のX及びY方向は回折格子200の刻線方向に対して対称するように分布され、X及びY方向の光信号のエネルギー分布は均一であって、水平方向の二次元位置測定を良好に実現することができる。
111−第一視準器、112−第二視準器、113−ウェッジ対
121−偏光ビームスプリッタプリズム、122−コーナーキューブプリズム、123−偏光コントローラ
131−第一ビームスプリッタ、132−第二ビームスプリッタ、133−第三ビームスプリッタ、134−第四ビームスプリッタ、135−第一遠隔カプラ、136−第二遠隔カプラ、137−第一反射鏡、138−第二反射鏡、139−第三反射鏡、13a−第四反射鏡、13b−第五ビームスプリッタ
141a、141b−第一コーナーキューブプリズム
153−第一偏光ビームスプリッタプリズム、154−第三遠隔カプラ、155−第四遠隔カプラ
200−回折格子
300−光源モジュール、301−レーザー、302−アイソレータ、303−ビームスプリッタ、304−反射鏡、305−第一周波数シフター、306−第二周波数シフター、307−第一カプラ、308−第二カプラ
401、402−偏波保持ファイバ、403、404、405、406−マルチモードファイバ
501、502、503、504、505、506−ビーム
Claims (17)
- 回折格子(200)の変位を測定するための回折格子測定装置において、
周波数の異なる2つのビームを生成し、前記2つのビームの中の一つは測定ビームとし、他の一つは参照ビームとする光源モジュール(300)と、
回折格子測定プローブ(100)であって、二重周波数光入射モジュール、垂直測定モジュール、垂直検出モジュール及び参照検出モジュールを含み、前記二重周波数光入射モジュールは前記測定ビーム及び参照ビームを受信して、前記測定ビームを前記垂直測定モジュール及び参照検出モジュールに投射し、前記参照ビームを前記垂直検出モジュール及び参照検出モジュールに投射し、前記垂直測定モジュールは前記測定ビームを前記回折格子(200)上に投射して、前記回折格子によって二回回折された後の回折光の0次回折光(506)を収集し、前記0次回折光を前記垂直検出モジュールに投射し、前記0次回折光(506)は前記参照ビームと前記垂直検出モジュールで干渉が発生して垂直干渉信号を形成し、前記参照検出モジュールにおける前記測定ビームと参照ビームは干渉を発生して参照干渉信号を形成する回折格子測定プローブ(100)と、
前記垂直干渉信号と参照干渉信号を受信して、前記回折格子(200)の垂直変位を計算する信号処理モジュールと、を含むものであり、
前記回折格子の表面に入射されるビームの偏光方向と前記回折格子(200)の格子方向の間に第二夾角が存在する、
ことを特徴とする回折格子測定装置。 - 前記光源モジュール(300)はレーザー301、アイソレータ(302)、ビームスプリッタ(303、304)、周波数シフター(305、306)、第一カプラ(307)及び第二カプラ(308)を含み、前記レーザーから発するビームはアイソレータを経て前記ビームスプリッタによって二つのビームに分割され、前記周波数シフターによって周波数の異なる2つのビームを生成し、前記2つのビームはそれぞれ第一カプラ及び第二カプラによってカップリングされた後、前記回折格子測定プローブ(100)に伝送される、
ことを特徴とする請求項1に記載の回折格子測定装置。 - 前記レーザー(301)から発するレーザーは400〜1500nmの間の何れかの波長を有する、
ことを特徴とする請求項2に記載の回折格子測定装置。 - 前記周波数シフター(305、306)はゼーマン周波数分割器、複屈折素子または2つの音響光学周波数シフターである、
ことを特徴とする請求項2に記載の回折格子測定装置。 - 前記回折格子(200)は一次元回折格子または二次元回折格子である、
ことを特徴とする請求項1に記載の回折格子測定装置。 - 前記垂直測定モジュールは、偏光ビームスプリッタプリズム(121)、コーナーキューブプリズム(122)、及び偏光コントローラ(123)を含み、前記測定ビームは、まず偏光ビームスプリッタプリズム(121)を透過し、前記偏光コントローラ(123)によって偏光方向を回転した後、前記回折格子(200)に投射されて回折され、回折光の中の0次回折光は再び前記偏光コントローラ(123)によって偏光方向を回転し、偏光ビームは前記偏光ビームスプリッタプリズム(121)を通過する時に反射が発生し、コーナーキューブプリズム(122)を経て偏光ビームスプリッタプリズムに戻り、再び前記回折格子(200)に入射されて二回の回折が発生し、二回回折した回折光の中の0次回折光(506)は前記偏光ビームスプリッタプリズム(121)によって最終的に前記垂直測定モジュールに投射される、
ことを特徴とする請求項1に記載の回折格子測定装置。 - 前記偏光コントローラ(123)はファラデー回転子または1/2波長板を用いる、
ことを特徴とする請求項6に記載の回折格子測定装置。 - 前記二重周波数光入射モジュールは、第一ビームスプリッタ(131)及び第二ビームスプリッタ(132)を含み、前記垂直検出モジュールは第一遠隔カプラ(135)を含み、前記測定ビームは前記第一ビームスプリッタ(131)によって第一測定分割ビーム及び第二測定分割ビームに分割され、第一測定分割ビーム(501)は前記垂直測定モジュールによって前記回折格子(200)に投射され、第二測定分割ビーム(502)は前記参照検出モジュールに投射され、前記参照ビームは前記第二ビームスプリッタ(132)によって第一参照分割ビーム及び第二参照分割ビームに分割され、第一参照分割ビーム(503)は、第一測定分割ビームが前記垂直測定モジュールを経て出射された後のビーム(506)と前記第一遠隔カプラ(135)によってカップリングされ、第二参照分割ビーム(504)は前記参照検出モジュールに投射される、
ことを特徴とする請求項1に記載の回折格子測定装置。 - 前記二重周波数光入射モジュールは、第一ビームスプリッタ(131)及び第二ビームスプリッタ(132)を含み、前記垂直検出モジュールは第一遠隔カプラ(135)及び第五ビームスプリッタ(13b)を含み、前記測定ビームは前記第一ビームスプリッタ(131)によって第一測定分割ビーム及び第二測定分割ビームに分割され、第一測定分割ビーム(501)は前記垂直測定モジュールによって前記回折格子(200)に投射され、第二測定分割ビーム(502)は前記参照検出モジュールに投射され、前記参照ビームは前記第二ビームスプリッタ(132)によって第一参照分割ビーム及び第二参照分割ビームに分割され、第一参照分割ビーム(503)は前記第五ビームスプリッタ(13b)を通過して第一測定分割ビームが前記垂直測定モジュールを経て出射された後のビーム(506)と組み合わせた後、前記第一遠隔カプラ(135)によってカップリングされ、第二参照分割ビーム(504)は前記参照検出モジュールに投射される、
ことを特徴とする請求項1に記載の回折格子測定装置。 - ビームのステアリング及び伝播を実現するための複数の反射鏡アセンブリをさらに含む、
ことを特徴とする請求項8または9に記載の回折格子測定装置。 - 前記二重周波数光入射モジュールは第一視準器(111)、第二視準器(112)及びウェッジ対(113)をさらに含み、前記測定ビームは前記第一視準器(111)及びウェッジ対(113)によって視準され、且つ角度が制御され、前記参照ビームは前記第二視準器(112)によって視準される、
ことを特徴とする請求項1、8または9に記載の回折格子測定装置。 - 前記光源モジュール(300)と前記回折格子測定プローブ(100)は偏波保持ファイバ(401、402)を介して連結される、
ことを特徴とする請求項1に記載の回折格子測定装置。 - 前記測定ビームの偏光方向と前記参照ビームの偏光方向の間に第一夾角が存在し、相応して、前記偏光ビームスプリッタプリズム(121)の配置方向は第一夾角だけ回転し、前記偏光コントローラ(123)を経て出射されるビームの偏光方向も第一夾角だけ回転する、
ことを特徴とする請求項6に記載の回折格子測定装置。 - 前記第一夾角は45度である、
ことを特徴とする請求項13に記載の回折格子測定装置。 - 前記第二夾角は45+k*90度であり、kは自然数である、
ことを特徴とする請求項1に記載の回折格子測定装置。 - 前記垂直検出モジュールはマルチモードファイバ(403)を介して前記信号処理モジュールに連結される、
ことを特徴とする請求項1に記載の回折格子測定装置。 - 前記参照検出モジュールはマルチモードファイバ(404)を介して前記信号処理モジュールに連結される、
ことを特徴とする請求項1に記載の回折格子測定装置。
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