JPH0712510A - ヘテロダイン干渉計用位相差測定装置 - Google Patents

ヘテロダイン干渉計用位相差測定装置

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JPH0712510A
JPH0712510A JP5150393A JP15039393A JPH0712510A JP H0712510 A JPH0712510 A JP H0712510A JP 5150393 A JP5150393 A JP 5150393A JP 15039393 A JP15039393 A JP 15039393A JP H0712510 A JPH0712510 A JP H0712510A
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JP
Japan
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signal
phase difference
triangular wave
measuring device
measurement
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP5150393A
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English (en)
Inventor
Ryoichi Kawaguchi
良一 川口
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ヘテロダイン干渉計用位相差測定装置の測定
に用いられる三角波信号の非線形性等により生ずる測定
精度の低下を改善する。 【構成】 参照光信号に対する測定光信号の位相差に応
じた値を測定するヘテロダイン干渉計用位相測定装置
は、参照光信号から三角波信号を作成して出力する三角
波信号作成手段と、測定光信号からクロック信号を作成
して出力するクロック信号作成手段と、前記クロック信
号に同期して前記三角波信号の電圧値を読み取り、該電
圧値をA/D変換して出力する電圧検出手段と、あらか
じめ測定により求めておいた前記三角波信号の電圧と位
相との関係を示す情報を格納したメモリとを有する。そ
して前記電圧検出手段の出力により前記メモリにアクセ
スして読み出すことにより前記参照光信号と前記測定光
信号の1周期以内の位相差出力する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、位相差の読みとりを行
うヘテロダイン干渉計用の位相差測定装置に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】ヘテロダイン干渉計用の位相差測定装置
は、ヘテロダイン干渉計から出力された参照干渉光と測
定干渉光との位相差を測定するものである。以下におい
て従来の装置について説明する。
【0003】まず参照干渉光と測定干渉光をそれぞれ電
気信号に変換する。変換して得られた信号を図3にそれ
ぞれ参照光信号a1 、測定光信号d1 として示す。これ
らの電気信号の位相差の検出は、参照光信号a1 と測定
光信号d1 のゼロクロス位置の時間差を検出して行われ
る。この時間差を測定するために図3(a)の参照光信
号a1 に基づいて(b)のような三角波信号b1 を作成
し、また(d)の測定光信号d1 に基づいて(c)のよ
うな矩形波信号c1 を作成する。そしてこれらの信号b
1 およびc1 を比較することにより参照光信号a1 と測
定光信号d1 との間の位相差を測定する。
【0004】上記の比較は次のように行なわれる。即
ち、図3に示すように参照光信号a1から三角波信号b1
を作成すれば、この信号b1 の電圧は参照光信号a1
のゼロクロス地点からの時間に比例することになる。そ
して測定光信号d1 の立ち上がりエッジでこの三角波信
号b1 の電圧値を読み取れば、参照光信号a1 と測定光
信号d1 との時間差、即ち位相差が測定できることにな
る。また、参照光信号a1 は、測定光信号を1周期ある
いはそれ以上遅れたり進んだりすることがあるので、ア
ップダウンカウンタを用いてある時間からの位相の進み
遅れの周期数を計数する。これら計数値は干渉測長の上
位桁として、また三角波信号を用いた位相差、即ち1周
期内の位相差は下位桁として利用される。
【0005】次に、互いに90゜位相差をもつ2つの三
角波信号を用いた方式について図4に示す。この方式
は、三角波信号の頂点付近に生じる線形性の劣化した部
分を使用せず、線形性の良好な部分のみを用いて位相差
検出を行う方式である。この方式では、参照光信号aを
もとに90゜位相差をもつ2つの三角波信号b1 ,b
を、また測定光信号dから矩形波信号cを発生させる。
位相差検出のアルゴリズムは上記方式と同様であるが、
信号b ,b2 の線形性の良好な部分(太線部)を切
り換えて使用することにより、分解能向上をはかってい
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来のヘテロダイン干
渉計用位相差測定装置は、1つの三角波信号を使用し一
般に1MHz以上の帯域が要求されることから線形性の
良いアナログ信号を発生させることが困難となり、分解
能10ナノメートル程度においては問題とならないが、
1ナノメートルオーダの分解能が実現できないという問
題があった。また、2つの三角波信号を用いた位相差検
出方式においては、2つの三角波信号の間で線形性、振
幅、オフセット電圧値、三角波信号のスロープの傾きの
差などに定常的に差がある場合、誤差が生じ1ナノメー
トルオーダの分解能が実現できないという問題点があっ
た。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の参照光信号に対
する測定光信号の位相差に応じた値を測定するヘテロダ
イン干渉計用位相測定装置は、参照光信号から三角波信
号を作成して出力する三角波信号作成手段と、測定光信
号からクロック信号を作成して出力するクロック信号作
成手段と、前記クロック信号に同期して前記三角波信号
の電圧値を読み取り、該電圧値をA/D変換して出力す
る電圧検出手段と、あらかじめ測定により求めておいた
前記三角波信号の電圧と位相との関係を示す情報を格納
したメモリとを有する。そして前記電圧検出手段の出力
により前記メモリにアクセスして読み出すことにより前
記参照光信号と前記測定光信号の1周期以内の位相差を
出力する。ここで前記三角波信号は単一の三角波信号で
も良いし、上述したような2つの三角波信号の線形性の
良い部分を合成した信号でもよい。
【0008】
【作用】本発明のヘテロダイン干渉計用の位相差測定装
置では、参照干渉光から得た三角波信号の電圧値と位相
の関係をあらかじめ求めてメモリに格納しておき、測定
干渉光から作成したクロック信号に同期して読み取った
該三角波信号の電圧値により該メモリにアドレスして位
相値を読み出すようにしたので、三角波信号の非線形性
が補正されナノメーターオーダーの正確な測定が可能で
ある。
【0009】また2つの三角波信号を用いた場合にも、
両信号間での線形性、振幅、オフセット電圧値、スロー
プの傾きなどの定常的な差を補正することが出来る。ま
た両三角信号切り換え時の不連続性も補正することがで
きる。また、メモリ回路を用いることにより演算処理を
減らし、高速にデータを出力することが可能である。
【0010】
【実施例】本発明の実施例を図面を参照して説明する。
図1は、本発明に係るヘテロダイン干渉計用位相差測定
装置の一実施例を示すブロック図である。図1におい
て、1、2はフォトダイオードであり、それぞれ参照干
渉光ref および測定干渉光measを二乗検波して電流信号
(参照光信号および測定光信号)に変換する。得られた
正弦波状の参照および測定光信号の電流はそれぞれ電流
/電圧変換器(I/V変換器)3および4により電圧に
変換される。変換されて得られた電圧信号をコンパレー
タ5および6によりそれぞれ矩形波信号に変換する。
【0011】図2は本実施例の装置内での信号の相互の
タイミングを示すタイミングチャートである。コンパレ
ータ5の出力信号、即ち参照光信号から得られた矩形波
信号を図2にSig.5として示す。その矩形波信号S
ig.5の立ち上がりエッジに同期して1/2分周器7
により1/2分周して信号Sig.7を得る。更にそれ
を1/2分周器9および10によりそれぞれ立ち上がり
立ち下がりの各々のエッジに同期して1/2分周して互
いに1/4周期位相のずれた2つの矩形波信号Sig.
9およびSig.10を発生させる。こうして得られた
2つの矩形波信号をそれぞれ積分器13および14で積
分することにより2種類の三角波信号Sig.13およ
びSig.14に変換する。
【0012】これら2つの三角波をマルチプレクサ15
において所定のタイミングで選択することによりそれぞ
れの三角波信号の線形性の良好な部分のみ(図2のSi
g.13,14の太線部)を用いるようにする。この選
択はSig.11に基づいて行なわれる。Sig.11
の作成法を以下に説明する。
【0013】Sig.11を作成するためにコンパレー
タ5の出力信号Sig.5を立ち下がりエッジに同期し
て1/2分周した信号Sig.8を発生する。この場合
発生した分周信号は上記の矩形波信号Sig.9を基準
としてみると2通りの論理が考えられ,それらを図2の
Sig.8およびSig.8’として示す。図1に示さ
れているように1/2分周器8の出力を2分しその一方
をインバータ21に通して反転させることにより異なる
論理を持つ2通りの信号を作成できる。ここでエッジ検
出回路11によりSig.9の立ち上がりエッジ後の最
初のSig.8のエッジの向きを検出し、論理切換回路
12によりSig.8とSig.8’とのうちSig.
9の立ち上がりエッジ後の最初のエッジが立ち上がりで
ある方を選択し(図2に示した場合ではSig.8の
方)、それをSig.11とする。
【0014】マルチプレクサ15ではこのSig.11
を用いて、Sig.11がハイレベルである時はSi
g.13を選択し、Sig.11がローレベルである時
はSig.14を選択して出力することにより、2つの
三角波信号の太線で示された線形性の良好な部分が抽出
される。
【0015】このようにして得られた合成信号はA/D
変換器16に送られる。また一方でコンパレータ6の出
力信号、即ち測定干渉光から得られた矩形波Sig.6
をクロック信号として同じくA/D変換器16に入力す
る。そしてA/D変換器16において該クロック信号の
立ち上がりに同期して前記マルチプレクサ15によって
選択された信号の電圧値を読み取り、デジタル値に変換
して出力する。該出力はメモリ17のアドレス信号とし
て用いられる。ここでSig.5とSig.6の位相差
(図2のP1、P2、P3、P4)が計測したい位相差
であり、以下に位相差の計測方法を説明する。
【0016】メモリ17にはマルチプレクサ15によっ
て選択された三角波信号の非線形成分、電圧振幅、オフ
セット成分、スロープの傾きなどをあらかじめ測定して
得た値に基づいて求めた電圧値と位相との関係をA/D
変換器の分解能に応じた分割数の情報として格納してお
く。この情報はマルチプレクサ15によって選択抽出さ
れた三角波の各部位(図2のa,b,c,d)によって
異なり、都合4種類の情報群から成っている。コンパレ
ータ6の出力信号がクロック信号としてA/D変換器1
6に入力された時点に、これら4種類の情報群の内から
該当する情報群を特定するためには、情報群弁別回路2
0を使用する。情報群弁別回路20にはSig.9、S
ig.10、Sig11の3種類の信号が入力されてい
るが、これらの信号と弁別される情報群との関係は次の
表1の通りである。
【0017】
【表1】 このようにしてメモリ17に格納された情報の中から所
定の情報群を特定し、更にSig.6の立ち上がり信号
によって読み取られた電圧値のディジタル信号に相当す
るメモリアドレスに格納された位相値(図2のP1、P
2、P3、P4)が読み出される。読み出された位相値
は演算器19に入力され、演算器19において、アップ
ダウンカウンタ18から入力された1周期以上の位相の
遅れ進みと合わせて演算処理され、参照干渉光と測定干
渉光との最終的な位相差として出力される。なおここで
は2つの三角波信号を用いた実施例を示したが、本発明
はこれに限定されることはなく、1つの三角波信号を用
いてもよい。
【0018】
【発明の効果】本発明のヘテロダイン干渉計用の位相差
測定装置では、参照干渉光から得た三角波信号の電圧値
と位相の関係をあらかじめ求めてメモリに格納してお
き、測定干渉光から作成したクロック信号に同期して読
み取った該三角波信号の電圧値により該メモリにアドレ
スして位相値を読み出すようにしたので、三角波信号の
非線形性を補正した正確な測定が可能である。
【0019】また2つの三角波信号を用いた場合にも、
両信号間での線形性、振幅、オフセット電圧値、スロー
プの傾きなどの定常的な差を補正することが出来る。ま
た両三角信号切り換え時の不連続性も補正することがで
きる。また、メモリ回路を用いることにより演算処理を
減らし、高速にデータを出力することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例のヘテロダイン干渉計用位相差
測定装置の構成を示すブロック図。
【図2】本発明の実施例のヘテロダイン干渉計用位相差
測定装置内における各信号のタイミングチャート。
【図3】従来技術のヘテロダイン干渉計用位相差測定装
置において用いられる信号を概略的にしめす図。
【図4】従来技術の2つの三角波信号を用いたヘテロダ
イン干渉計用位相差測定装置において用いられる信号を
概略的に示す図。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 参照光信号に対する測定光信号の位相差
    に応じた値を測定するヘテロダイン干渉計用位相差測定
    装置において、 参照光信号から三角波信号を作成して出力する三角波信
    号作成手段と、 測定光信号からクロック信号を作成して出力するクロッ
    ク信号作成手段と、 前記クロック信号に同期して前記三角波信号の電圧値を
    読み取り、該電圧値をA/D変換して出力する電圧検出
    手段と、 あらかじめ測定により求めておいた前記三角波信号の電
    圧と位相との関係を示す情報を格納したメモリと、を有
    し、前記電圧検出手段の出力により前記メモリにアクセ
    スして読み出すことにより前記参照光信号と前記測定光
    信号の1周期以内の位相差を出力することを特徴とする
    ヘテロダイン干渉計用位相差測定装置。
  2. 【請求項2】 前記三角波信号作成手段により作成され
    る三角波信号は、参照光信号に基づいて作成された互い
    に1/4周期ずれた2つの三角波信号をのそれぞれの頂
    点付近を除いた1/4周期分の直線部分を1/4周期ご
    とに交互に合成した合成信号であることを特徴とする請
    求項1に記載のヘテロダイン干渉計用位相差測定装置。
  3. 【請求項3】 前記参照光信号に対する測定光信号の1
    周期以上の進み遅れを計数して出力するアップダウンカ
    ウンタと、該アップダウンカウンタの出力計数値と前記
    メモリから読み出された1周期以内の位相差とに基づ
    き、参照光信号と測定光信号の総位相差を演算する演算
    手段を更に有することを特徴とする請求項1または2に
    記載のヘテロダイン干渉計用位相差測定装置。
JP5150393A 1993-06-22 1993-06-22 ヘテロダイン干渉計用位相差測定装置 Withdrawn JPH0712510A (ja)

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JP (1) JPH0712510A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6955012B2 (en) 1999-12-15 2005-10-18 Kabushiki Kaisha Muzukuwa Roof and roof board material
JP2009103686A (ja) * 2007-10-25 2009-05-14 Mitsubishi Electric Research Laboratories Inc 干渉分光法用の装置、干渉分光法を使用した方法、干渉測定装置

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20000905