JPH11257915A - 変位測定用干渉計 - Google Patents

変位測定用干渉計

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JPH11257915A
JPH11257915A JP11017034A JP1703499A JPH11257915A JP H11257915 A JPH11257915 A JP H11257915A JP 11017034 A JP11017034 A JP 11017034A JP 1703499 A JP1703499 A JP 1703499A JP H11257915 A JPH11257915 A JP H11257915A
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JP
Japan
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measurement
mirror
interferometer
path
transmitted light
Prior art date
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Pending
Application number
JP11017034A
Other languages
English (en)
Inventor
Paul Zorabedian
ポール・ゾラベディアン
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HP Inc
Original Assignee
Hewlett Packard Co
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02Interferometers
    • G01B9/02055Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration
    • G01B9/0207Error reduction by correction of the measurement signal based on independently determined error sources, e.g. using a reference interferometer
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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    • G01B9/02Interferometers
    • G01B9/02001Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties
    • G01B9/02002Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties using two or more frequencies
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B2290/00Aspects of interferometers not specifically covered by any group under G01B9/02
    • G01B2290/60Reference interferometer, i.e. additional interferometer not interacting with object
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  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】干渉計のデッドパス・エラーを自動的に補償す
る。 【解決手段】従来の干渉計に改良を施した。まず基準ビ
ームの一部が四分の一波長板等(基準透過光遅延装置)
31を通過しないようにし、さらに、測定ビームに挿入
される測定透過光遅延装置33に測定ビームの一部を反
射するデッドパス・ミラーが設けられる。透過光遅延装
置を通る基準ビーム成分と測定ビーム成分の干渉を測定
受信機24が検出し、透過光遅延装置を通らない測定ビ
ーム成分と基準ビーム成分の干渉を基準受信機22が検
出する。両受信機の出力から測定値が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、干渉計に関し、と
りわけ、変位測定に関連したデッドパス・エラーの補正
を行う改良型レーザ干渉計に関するものである。
【0002】
【従来の技術】レーザ干渉計システムによって、多くの
製造技術が多大な進歩を示した。距離測定が精巧で、正
確であるため、レーザ干渉計によって、より高密度の集
積回路、精密機械部品、磁気記憶光ディスクの製造、及
び、工作機械の較正に成果が得られた。さらに優れた精
度の要求が増すにつれて、レーザ・システムのエラーを
減少させることがより重要になる。
【0003】干渉計は光路長の測定を行うので、周囲空
気の変動並びに他のエラー原因といった要素によってエ
ラーが導入される可能性がある。干渉計ステージのリセ
ット位置において、測定リフレクタまたはミラーと干渉
計間のレーザ・ビーム長が補償されないので、デッドパ
ス・エラーが生じる。該リセット位置は、一般に、零点
またはロック・アップ点ともいわれる。デッドパス距離
は、零点におけるレーザ・ビームの基準成分と測定成分
間の光路長差である。これらの不等成分によって測定エ
ラーが生じる。
【0004】図1は、従来の干渉計における光路を図式
的に示し、図2は対応する干渉計の構成を示す。図1に
おいてDzはデッドパス長、fvは基準成分、fhは測定
成分を表わす。
【0005】図1の(A)ではfhは、fvよりも光路長
がDzだけ長い。図1の(B)に示すように干渉計を使用
して測定を実施する場合、測定リフレクタは、距離L移
動して停止する。レーザ干渉計は、距離Lだけに関係す
る「移動波長」の測定だけしか行わないので、このシス
テムでは、Dzに生じる波長の変化は補正されない。こ
の結果、測定装置の零位置に関して見かけの偏移が生じ
ることになる。この零点偏移は、デッドパス・エラーで
あり、測定中に、環境条件が変化する毎に発生する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】より高い精度を要求す
る先端的用途では、できるだけ多くのエラーの原因、と
りわけ、デッドパス・エラーを排除することが望まし
い。さらに、エラー補正におけるオペレータの関与を排
除することが最も望ましい。換言すれば、さらなる別の
エラー原因(例えば、デッドパス・エラーの克服時にお
けるオペレータのエラー)を回避するため、エラー原因
を自動的に排除して、機械のオペレータには透明に、即
ちわかるようにすることが望まれる。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、ヘテロ
ダイン・レーザ変位測定装置におけるデッドパス・エラ
ーが自動的に補償される。こうした補償は、従来のヘテ
ロダイン・レーザ干渉計に改良を加えることによって可
能になる。基準ビームに挿入される四分の一波長板(以
下QWPと称する)等の、真にあるいはほぼ1/4波長
の遅延を生じる基準透過光遅延装置を改良し、基準ビー
ムの一部が測定透過光遅延装置を通過しないようした。
改良によって、さらに、部分的に測定ビームに挿入され
るQWP等の、真にあるいはほぼ1/4波長の遅延を生
じる測定透過光遅延装置と、該測定透過光遅延装置によ
って捕捉されない測定ビームの一部分に挿入される反射
素子(ミラー)が設けられる。これら透過光遅延装置を
通過する基準ビーム成分と測定ビーム成分の干渉を検出
する測定受信機が設けられる。さらに、これら透過光遅
延装置を通らない測定ビーム成分と基準ビーム成分間に
おける干渉を検出する基準受信機が設けられる。
【0008】
【発明の実施の形態】図3に示す従来のヘテロダイン・
レーザの場合、ヘテロダイン・レーザ発生源は、互いに
わずかに異なる光周波数ωR及びωMを有する2つの直交
偏光ビームからなる出射ビームを出射する。サンプリン
グされたビーム成分が基準偏光アナライザ21によって
結合された後、基準受信機22が、発生源における初期
うなり周波数のサンプリングを行う。基準ビーム及び測
定ビームが、それぞれ、固定基準ミラー26及び可動測
定ミラー28によって反射されて、測定偏光アナライザ
23によって結合された後、測定受信機24が、ドップ
ラ偏移したうなり周波数を検出する。
【0009】基準ミラー26及び可動測定ミラー28か
らの反射ビームは透過光遅延装置32で偏光状態を回転
させた後、偏光ビーム・スプリッタ30によって出射ビ
ームから分離される。可動測定ミラー28の位置Aや位
置Bその他へと移動中における基準受信機と測定受信機
との瞬時周波数差を積分することによって、全変位の指
示する正味位相が得られる。
【0010】図4には、本発明の一実施例の装置が示さ
れている。従来のヘテロダイン・レーザ干渉計に改良を
施すことによって、基準アームに設けた基準透過光遅延
装置31は基準ビームに部分的に挿入される。さらに、
測定透過光遅延装置33が設けられ、その表面のある部
分がミラーになっており、測定ミラーの「リセット」位
置Dに配置される。
【0011】基準信号は、基準ビームの非偏光回転部分
と測定透過光遅延装置33のミラー部分からの反射測定
ビームの干渉によって発生する。 一方、測定信号
は、それぞれの透過光遅延装置31、33を通る基準ビ
ーム及び測定ビームの各成分の干渉によって発生する。
【0012】点Oは、測定ビームと基準ビームが再結合
する平面の位置である。点Rは、基準ミラー表面の位置
である。点Dは、リセット時における測定ミラーの平面
の位置である測定ミラー・リセット点を表している。点
Bは、変位測定のための最終位置における測定ミラー2
8の位置である。点Aは、変位測定のための点B以外の
測定ミラー28の位置である。
【0013】基準ビームと測定ビームが分割され、再結
合する点Oにおいて、戻り基準波すなわち反射基準ビー
ムの振幅は下記の式(1)によって得られる:
【数1】
【0014】測定ミラー位置Xから反射した反射測定ビ
ームの心服は下記の式(2)によって得られる:
【数2】
【0015】測定受信機の光電流JM(t)は、(ER
M2に比例する。従って下記の比例式である式(3)
によって与えられる:
【数3】
【0016】上記において、式(4)は基準光路の物理
的長さを、式(5)は基準光路に関して平均化した屈折
率を、式(6)は測定光路の物理的長さを、式(7)は
測定光路に関して平均化した屈折率を表している。
【0017】干渉計位相は、測定アームに沿った各点に
関連しており、次の式(8)のそれぞれで与えられる:
【数4】
【0018】位相差は測定される量であるため、光路長
での変位を求めることが可能である。例えば、点Aと点
B間の光路長は、下記の式(9)によって得られる:
【数5】
【0019】光路長は、光路のそれぞれの端点における
測定の瞬間を表した2つの独立した時間変数ta、tb
関数である。測定ミラーの停止時であっても、光路長
は、周囲空気の屈折率の揺動によって変動することがあ
る。
【0020】測定ミラーが点Aから点Bに並進する際
に、測定受信機における干渉縞をカウントすることによ
って式(9)の右辺の量(φB(tb)−φA(ta))が
求められる。この量には、測定期間の環境変動によるエ
ラーが含まれる可能性がある。
【0021】式(9)の右辺の量(φD(tb)−φ
D(ta))は、デッドパスに関する光学位相の変化を表
している。従来の干渉計(図3)は、この量を測定する
手段を備えておらず、このため、デッドパス・エラーを
生じ易い。図4に示す本発明の実施例によれば、デッド
パスに関する光学位相の変化は基準受信機の出力から直
接得られる。次に図示しない計算装置により、式(9)
に従ったデッドパス・エラーに関する自動補償がなされ
る。
【0022】以上実施例につき本発明の説明を行った
が、本発明の実施者の参考とするため、下記に本発明の
実施態様のいくつかを例示する。
【0023】(実施態様1)改良されたデッドパス補償
干渉計であって、垂直偏光ビームと水平偏光ビームを有
する光ビームを発生するヘテロダイン・レーザ発生源
と、前記光ビームを基準ビームと測定ビームに分割する
ための手段と、前記基準ビームは偏光ビーム・スプリッ
タの透過、基準ミラーからの反射、及び、偏光アナライ
ザの透過、及び、基準受信機への入射が含まれる、基準
光路を通り、前記測定ビームは偏光ビーム・スプリッ
タ、ほぼ1/4波長の遅延を生じる測定透過光遅延装置
の透過、及び、測定ミラーからの反射、偏光アナライザ
の透過、及び、測定受信機への入射が含まれる測定光路
を通る構成と、前記偏光ビーム・スプリッタと前記基準
ミラーの間の光路に部分的に挿入される、ほぼ1/4波
長の遅延を生じる基準透過光遅延装置と、前記測定透過
光遅延装置の入射面において測定ビームの一部を捕捉
し、測定ミラーのリセット点に対応する点において、測
定ビームを光学的に捕捉するように配置されたデッドパ
ス・ミラーが含まれていることを特徴とする干渉計。
【0024】(実施態様2)光源と、前記光源からの光
ビームを基準ビーム及び測定ビームに分割するための手
段と、前記基準ミラー及び測定ミラーが偏光ビーム・ス
プリッタによって結合され、基準偏光アナライザが、非
偏光ビーム・スプリッタと基準受信機の間に光学的に挿
入され、測定偏光アナライザが、偏光ビームスプリッタ
と測定受信機の間に光学的に挿入される、光学構成と、
前記偏光ビーム・スプリッタと前記基準ミラーの間に光
学的に一部分挿入されて、それを通過する基準ビームの
一部が、ほぼ1/4波長の遅延を生じるようになってい
る、ほぼ1/4波長の遅延を伴う基準透過光遅延装置と
が含まれていることを特徴とする変位測定用干渉計。
【0025】(実施態様3)さらに、前記偏光ビーム・
スプリッタと測定ミラーの間に光学的に挿入され、測定
ビームの一部を偏光回転透過性素子に通すことを可能に
する、ほぼ1/4波長の遅延を生じる測定透過光遅延装
置が含まれることを特徴とする、実施態様2に記載の変
位測定用干渉計。 (実施態様4)前記測定透過光遅延装置が、ほぼリセッ
ト点に位置すること、を特徴とする実施態様3に記載の
変位測定用干渉計。 (実施態様5)さらに、前記偏光ビーム・スプリッタと
測定ミラーの間に光学的に挿入されたデッドパス・ミラ
ーが含まれており、測定ビームの一部は、該デッドパス
・ミラーによって反射されるが、該測定ビームの他の一
部は、前記測定透過光遅延装置を通過できるようになっ
ていることを特徴とする実施態様3に記載の変位測定用
干渉計。
【0026】(実施態様6)前記デッドパス・ミラーが
ほぼ前記測定ミラーのリセット点に配置されていること
を特徴とする、実施態様5に記載の変位測定用干渉計。 (実施態様7)光学受信機が、前記基準ミラーから反射
された基準ビームの一部と前記測定ミラーから反射され
たビームの一部の間における干渉を検出することを特徴
とする、実施態様5に記載の変位測定用干渉計。 (実施態様8)さらに、前記デッドパス・ミラーが測定
ミラーのリセット位置にある時、前記基準ミラーから反
射された基準ビームの一部と前記デッドパス・ミラーか
ら反射された測定ビームの一部の間における干渉を検出
する働きをする測定受信機が含まれていることを特徴と
する、実施態様5に記載の変位測定用干渉計。
【図面の簡単な説明】
【図1】デッドパス長を図式的に示す図である。
【図2】デッドパス長を干渉計に即して示す図である。
【図3】従来のヘテロダイン・レーザ干渉計を図式的に
示す図である。
【図4】本発明の一実施例の装置を図式的に示す図であ
る。
【符号の説明】
21 基準偏光アナライザ 22 基準受信機 23 測定偏光アナライザ 24 測定受信機 26 固定基準ミラー 28 可動測定ミラー 280、281 異なる位置にある可動測定ミラー2
8 30 偏光ビーム・スプリッタ 31 四分の一波長板等(基準透過光遅延装置) 32 四分の一波長板等(測定および基準透過光遅
延装置) 33 デッドパス・ミラーを備える測定透過光遅延
装置

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】改良されたデッドパス補償干渉計であっ
    て、 垂直偏光ビームと水平偏光ビームを有する光ビームを発
    生するヘテロダイン・レーザ発生源と、 前記光ビームを基準ビームと測定ビームに分割するため
    の手段と、 前記基準ビームは偏光ビーム・スプリッタの透過、基準
    ミラーからの反射、及び、偏光アナライザの透過、及
    び、基準受信機への入射が含まれる、基準光路を通り、
    前記測定ビームは偏光ビーム・スプリッタ、ほぼ1/4
    波長の遅延を生じる測定透過光遅延装置の透過、及び、
    測定ミラーからの反射、偏光アナライザの透過、及び、
    測定受信機への入射が含まれる測定光路を通る構成と、 前記偏光ビーム・スプリッタと前記基準ミラーの間の光
    路に部分的に挿入される、ほぼ1/4波長の遅延を生じ
    る基準透過光遅延装置と、 前記測定透過光遅延装置の入射面において測定ビームの
    一部を捕捉し、測定ミラーのリセット点に対応する点に
    おいて、測定ビームを光学的に捕捉するように配置され
    たデッドパス・ミラーが含まれていることを特徴とする
    干渉計。
JP11017034A 1998-01-29 1999-01-26 変位測定用干渉計 Pending JPH11257915A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US1526198A 1998-01-29 1998-01-29
US015,261 1998-01-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH11257915A true JPH11257915A (ja) 1999-09-24

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DE (1) DE19840523A1 (ja)
GB (1) GB2333834A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104748672A (zh) * 2015-03-05 2015-07-01 哈尔滨工业大学 干涉量分离单频激光干涉仪非线性误差修正方法及装置
KR101678891B1 (ko) * 2015-12-24 2016-11-23 조선대학교산학협력단 분산판을 이용한 방향판별 분산간섭계 및 이를 이용한 측정시스템

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0206008D0 (en) * 2002-03-14 2002-04-24 Farfield Sensors Ltd Optical interferometer
CN104048596B (zh) * 2014-06-12 2016-12-07 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 补偿器及补偿器与干涉仪共轴的调节方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL6707681A (ja) * 1967-06-02 1968-12-03
US4717250A (en) * 1986-03-28 1988-01-05 Zygo Corporation Angle measuring interferometer
JPS62233704A (ja) * 1986-03-28 1987-10-14 ジゴ− コ−ポレ−シヨン 差動平面鏡干渉計システム
JPH0587518A (ja) * 1990-06-12 1993-04-06 Zygo Corp 直線および上下左右の変位測定用干渉計
US5444532A (en) * 1992-02-25 1995-08-22 Nikon Corporation Interferometer apparatus for detecting relative movement between reflecting members

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104748672A (zh) * 2015-03-05 2015-07-01 哈尔滨工业大学 干涉量分离单频激光干涉仪非线性误差修正方法及装置
KR101678891B1 (ko) * 2015-12-24 2016-11-23 조선대학교산학협력단 분산판을 이용한 방향판별 분산간섭계 및 이를 이용한 측정시스템

Also Published As

Publication number Publication date
DE19840523A1 (de) 1999-08-12
GB9901038D0 (en) 1999-03-10
GB2333834A (en) 1999-08-04

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