KR100997948B1 - a system for simultaneous measurement of linear and angilar displacement - Google Patents

a system for simultaneous measurement of linear and angilar displacement Download PDF

Info

Publication number
KR100997948B1
KR100997948B1 KR1020080048027A KR20080048027A KR100997948B1 KR 100997948 B1 KR100997948 B1 KR 100997948B1 KR 1020080048027 A KR1020080048027 A KR 1020080048027A KR 20080048027 A KR20080048027 A KR 20080048027A KR 100997948 B1 KR100997948 B1 KR 100997948B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
splitter
polarization
displacement
polarized light
Prior art date
Application number
KR1020080048027A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20090121885A (en
Inventor
강주식
김재완
엄태봉
김종안
Original Assignee
한국표준과학연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국표준과학연구원 filed Critical 한국표준과학연구원
Priority to KR1020080048027A priority Critical patent/KR100997948B1/en
Publication of KR20090121885A publication Critical patent/KR20090121885A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100997948B1 publication Critical patent/KR100997948B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/21Polarisation-affecting properties
    • G01N21/211Ellipsometry
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/28Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
    • G02B27/283Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising used for beam splitting or combining
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/28Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
    • G02B27/286Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising for controlling or changing the state of polarisation, e.g. transforming one polarisation state into another

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

본 발명은 스테이지미러(stage mirror)로 입사 및 반사되는 빛을 변화시키는 수단을 1/4파장판으로 구성하여, 빛의 세기가 감소되어 선명도(contrast)가 떨어지는 것을 방지한, 변위와 변각을 동시에 측정하는 장치에 관한 것이다.According to the present invention, a means for changing the light incident and reflected by a stage mirror is composed of a quarter-wave plate, so that displacement and incidence at the same time are prevented from decreasing the intensity of the light to reduce the contrast. It relates to a measuring device.

이러한 본 발명의 변위와 변각을 동시에 측정하는 장치는 광원으로 조사된 빛 중 일부는 반사시키고, 일부는 투과시키는 광분할기와, 광분할기를 통과한 빛을 콜리메이티드 빔(collimated beam)으로 만들어 주는 렌즈와, 상기 렌즈를 통과한 빛 중 P-편광을 통과시키고 S-편광은 반사시키는 편광분할기와, 편광분할기를 통과한 빛을 반사시켜 다시 편광분할기로 보내는 스테이지미러와, 편광분할기에 의해 반사되면서 선편광이된 빛의 편광방향을 바꾸어 기준미러로 보내는 1/4파장판과, 상기 편광분할기를 투과한 P-편광과 S-편광 중 일측 편광만을 광검출기측으로 투과시키는 선편광기와, 상기 스테이지미러에 반사되어 되돌아오는 빛을 검출하는 광검출기를 포함하여 구성된 변위와 변각을 동시에 측정하는 장치에 있어서, 상기 편광분할기와 스테이지미러 사이에는 편광분할기를 통과한 빛의 편광 방향을 바꾸어주는 1/4파장판을 설치하여 구성됨을 특징으로 한다.The device for simultaneously measuring displacement and inclination of the present invention reflects some of the light irradiated by the light source, partially transmits the light splitter, and makes the light passed through the light splitter into a collimated beam. Reflected by a lens, a polarization splitter that passes P-polarized light and reflects S-polarized light among the light passing through the lens, a stage mirror that reflects the light that has passed through the polarizer and sends it back to the polarizer, A quarter-wave plate that changes the polarization direction of the linearly polarized light and sends it to the reference mirror, a linear polarizer that transmits only one side of the P-polarized light and the S-polarized light transmitted through the polarization splitter toward the photodetector, and is reflected on the stage mirror. A device for simultaneously measuring displacement and deflection angle, comprising a photodetector for detecting returning light, the polarizing splitter and a stage mirror It is characterized in that it is configured to install a quarter-wave plate for changing the polarization direction of the light passing through the polarization splitter.

간섭계, 오토콜리메이터, 1/4파장판 Interferometer, Autocollimator, 1/4 Wavelength Plate

Description

변위와 변각을 동시에 측정하는 장치{a system for simultaneous measurement of linear and angilar displacement}A system for simultaneous measurement of linear and angilar displacement

본 발명은 거리를 측정하는 레이저 간섭계와 각도를 측정하는 오토콜리메이터를 결합하여 하나의 장치로 거리와 각도를 측정할 수 있게 한 변위와 변각을 동시에 측정하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device for measuring displacement and deflection at the same time by combining a laser interferometer for measuring a distance and an autocollimator for measuring an angle so that the distance and the angle can be measured with one device.

특히, 스테이지미러로 입사 및 반사되는 빛을 변화시키는 수단을 1/4파장판으로 구성하여 빛의 세기가 감소되어 선명도(contrast)가 떨어지는 것을 방지한 변위와 변각을 동시에 측정하는 장치에 관한 것이다.In particular, the present invention relates to a device for measuring displacement and incidence at the same time by configuring a means for changing light incident and reflected by a stage mirror into a quarter-wave plate to reduce the intensity of the light to prevent the contrast from falling.

통상, 정밀 측정기기나 가공기기에는 측정기나 가공기를 원하는 위치까지 이동시키기 위한 스테이지가 부착되어 있고, 이 스테이지가 구동되면 스테이지에는 구동축 방향의 직선운동과 구동축에 수직한 두 방향의 회전각(yaw 또는 pitch) 운동이 발생한다. In general, precision measuring instruments and processing equipment are equipped with a stage for moving the measuring instrument or the processing machine to a desired position. When the stage is driven, the stage has a linear motion in the direction of the drive shaft and a rotation angle (yaw or pitch in two directions perpendicular to the drive shaft). ) Movement occurs.

이러한 스테이지는 회전운동 없이 얼마나 정확한 직선운동을 하는지에 따라 그 성능이 결정되기 따문에 이송대의 정확한 구동이나 성능향상을 위해서는 이송축 의 위치변화(변위)와 두 축의 각도 변화(변각)를 측정할 수 있는 수단이 요구된다. Since the performance of these stages is determined by how accurate linear movement is performed without rotation, the position change (displacement) of the feed shaft and the angle change (declination) of the two axes can be measured for accurate driving or performance improvement of the feeder. Means are required.

이러한 변위를 측정하기 위한 수단으로는 간섭계가 사용되고 있고, 변각을 측정하기 위한 수단으로는 오토콜리메이터(autocollimator)가 사용되고 있다. An interferometer is used as a means for measuring such a displacement, and an autocollimator is used as a means for measuring an incidence.

그러나 상기한 간섭계는 각도의 변화를 측정할 수 없고, 오토콜리메이터는 변위를 측정할 수 없어 변위와 각도 변화를 모두 측정하기 위해서는 레이저 간섭계와 오토콜리메이터가 함께 사용되어야 하며, 이렇게 서로 다른 두 장비로 변위와 각도 변화를 측정하는 경우에는 두 물리량의 측정 축이 서로 다르므로 아베 오차(abbe error)가 생겨 측정성능의 제한이 생긴다. 또한 서로 다른 두 장비로 변화와 각도 변화를 동시에 측정하기 위해서는 별도의 추가 장치를 필요로 하므로 변위와 각도 변화측정을 위한 비용이 증가한다는 결점이 있었다.However, the above-mentioned interferometer cannot measure the change of angle, and the auto-collimator cannot measure the displacement, so the laser interferometer and the auto-collimator must be used together to measure both the displacement and the change of angle. In the case of measuring the angular change and the measurement axis of the two physical quantities are different from each other, there is an abbe error (abbe error), there is a limitation of the measurement performance. In addition, there was a drawback that the cost of measuring displacement and angle change was increased because a separate additional device was needed to measure change and angle change simultaneously with two different equipment.

이러한 단점을 개선하기 위해 개발된 것이 본 출원인 중의 일부에 의해 출원되어 등록된 등록특허 제10-0608892호(변위와 각도 변화를 동시에 측정하기 위한 방법과 장치)가 있다. There is a patent application No. 10-0608892 (method and apparatus for simultaneously measuring displacement and angular change) which has been developed and registered by some of the applicants to improve this disadvantage.

이 변위 및 변각 측정 장치는 도 6에 도시한 바와 같이 오토콜리메이터와 간섭계를 결합하여 구성된다. This displacement and deflection measuring apparatus is constructed by combining an auto collimator and an interferometer as shown in FIG.

즉, 빛을 조사하는 광원(51)과, 광원으로 조사된 빛 중 일부는 반사시키고, 일부는 투과시키는 광분할기(53)와, 광원에서 조사된 빛을 콜리메이티드 빔(collimated beam)으로 만들어 주는 렌즈(54)와, 렌즈를 통과한 빛 중 P-편광을 통과시키고 S-편광은 반사시키는 편광분할기(55)와, 편광분할기를 통과한 빛 중 특정 방향의 선편광만을 편광시키는 선편광기(56)와, 선편광기(56)를 통과한 빛을 반사시켜 다시 선편광기로 보내는 스테이지미러(57)와, 선편광 빛이 한번 투과했을 때 이를 원편광으로 바꾸어 주는 1/4파장판(58)과, 1/4파장판을 투과한 빛을 반사시키는 기준미러(59)와, 편광 분할기를 투과한 P-편광과 S-편광 중 일측 편광만을 광검출기(61)측으로 편광시키는 선편광기(60)와, 상기 스테이지미러에 반사되어 되돌아오는 빛을 검출하는 광검출기(62)를 포함하여 구성되며, That is, the light source 51 for irradiating light, the light splitter 53 for reflecting part of the light irradiated by the light source, and transmitting part of the light source, and the light emitted from the light source are collimated beams. A main lens 54, a polarization splitter 55 for passing P-polarized light and reflecting S-polarized light, and a linear polarizer 56 for polarizing only linearly polarized light in a specific direction of light passing through the polarizer ), A stage mirror 57 that reflects the light passing through the linear polarizer 56 and sends it back to the linear polarizer, and a quarter wave plate 58 that converts the linear polarized light into circular polarized light once transmitted, and 1 A reference mirror 59 for reflecting light transmitted through the / 4 wavelength plate, a linear polarizer 60 for polarizing only one side of the P-polarized light and the S-polarized light transmitted through the polarization splitter toward the photodetector 61; Including a photo detector 62 for detecting the light reflected back to the stage mirror Castle and,

광검출기(61)에 연결된 도시되지 않은 신호 처리회로와 컴퓨터에서 기준미러(59)에 반사된 빛과 스테이지미러(57)에서 반사된 빛의 위상차를 비교 분석하여 스테이지미러(57), 즉 스테이지에 의해 위치 이동된 정밀 측정기기의 측정기나 가공기기의 가공기의 전후 이동거리를 연산하고, 광검출기(62)에 연결된 도시되지 않은 신호 처리회로와 컴퓨터에 의해 광검출기(62)에 입사된 빛의 위치를 분석하여 스테이지미러(57), 즉 스테이지에 의해 위치 이동된 정밀 측정기기의 측정기나 가공기기의 가공기의 두 방향의 각도변화를 연산할 수 있게 하였다. A signal processing circuit (not shown) connected to the photodetector 61 and the phase difference between the light reflected by the reference mirror 59 and the light reflected by the stage mirror 57 in the computer are analyzed and compared to the stage mirror 57, that is, the stage. The position of the light incident on the photodetector 62 by a computer and a signal processing circuit (not shown) connected to the photodetector 62 are calculated by calculating the front and rear movement distances of the measuring instrument of the precision measuring instrument or the processing machine of the processing instrument moved by the position. It is possible to calculate the angle change in two directions of the stage mirror 57, that is, the measuring device of the precision measuring device or the processing machine of the processing device moved by the stage.

이렇게 구성된 종래의 변위와 각도 변화를 동시에 측정하는 장치에서, 상기한 선편광기(56)는 45°로 놓여져 수평한 P-편광성분이 이와 45°로 놓인 선편광기(56)를 지나면서 빛이 절반으로 줄어드는 손실을 피할 수 없는 단점이 있을 뿐만 아니라, 이로 인하여 기준미러(59)에서 반사되어 광검출기(61)로 입사하는 빛의 세기와, 스테이지에 부착된 스테이지미러(57)에서 반사되어 광검출기(61)로 입사하는 빛의 세기에 큰 차이가 생기게 되어, 간섭신호의 선명도(contrast)가 떨어지는 결과를 초래하였다. In the conventional arrangement for measuring the displacement and the angle change at the same time, the linear polarizer 56 is placed at 45 ° so that the light passes through the linear polarizer 56 having the horizontal P-polarized component at 45 °. In addition, there is a disadvantage that the loss to be reduced is not inevitable, and as a result, the intensity of light reflected from the reference mirror 59 and incident on the photodetector 61 and the photodetector reflected from the stage mirror 57 attached to the stage are reflected. A large difference occurs in the intensity of light incident on 61, resulting in a drop in contrast of the interference signal.

또한 상기한 선편광기를 통과하면서 생기는 빛의 손실로 인하여, 변각을 측 정하기 위한 빛의 세기도 상대적으로 약해지는 단점이 있었다. In addition, due to the loss of light generated through the linear polarizer, there was a disadvantage that the light intensity for measuring the inclination is also relatively weak.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 개발된 것으로서, 특정한 각도로 설치한 1/4파장판을 선편광의 회전 수단으로 사용함으로써, 기존의 발명에서 편광을 회전시키는 과정에서 발생하던 광 손실을 완전히 없애고, 각도를 측정하기 위한 빛의 세기도 증가시켜, 보다 정확한 변위 및 변각 정보를 측정할 수 있는 변위와 변각을 동시에 측정하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention was developed to solve the problems of the prior art as described above, by using a 1/4 wavelength plate installed at a particular angle as a rotation means of linearly polarized light, the light generated in the process of rotating the polarization in the existing invention It is an object of the present invention to provide a device for measuring displacement and inclination at the same time, which can completely eliminate the loss and increase the intensity of light for measuring the angle, thereby measuring more accurate displacement and inclination information.

특히, 수평방향에 대하여 22.5° 로 놓인 1/4 파장판을 선편광의 회전 수단으로 사용함으로써, 수평한 P-편광의 빛이 1/4파장판을 통과하면 편광상태가 타원으로 바뀌고, 스테이지미러에서 반사한 후 다시 한 번 1/4파장판를 통과하면 입사 방향에 대해 45° 회전한 선편광으로 바뀌게 되어, P-편광과 S-편광 성분을 모두 가지게 되고, 입사광의 세기가 그대로 유지될 수 있게 한 변위와 변각을 동시에 측정하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. In particular, by using a quarter wave plate placed at 22.5 ° with respect to the horizontal direction as the means for rotating the linearly polarized light, when the horizontal P-polarized light passes through the quarter wave plate, the polarization state is changed to an ellipse, After the reflection, once again passing through the quarter-wave plate, it is converted into linearly polarized light rotated 45 ° in the incident direction, and has both P-polarized light and S-polarized light, and the displacement to maintain the intensity of the incident light. It is an object of the present invention to provide a device for simultaneously measuring the and angle of incidence.

이러한 목적을 이루기 위한 본 발명의 변위와 변각을 동시에 측정하는 장치는 광원으로 조사된 빛 중 일부는 반사시키고, 일부는 투과시키는 광분할기와, 광분할기를 통과한 빛을 콜리메이티드 빔(collimated beam)으로 만들어 주는 렌즈와, 상기 렌즈를 통과한 빛 중 P-편광을 통과시키고 S-편광은 반사시키는 편광분할기와, 편광분할기를 통과한 빛을 반사시켜 다시 편광분할기로 보내는 스테이지미러와, 편광분할기에 의해 선편광된 빛의 편광방향을 바꾸어 기준미러로 보내는 수평방향에 대해 45˚로 놓인 1/4파장판과, 상기 편광분할기를 투과한 P-편광과 S-편광 중 일측 편광만을 광검출기측으로 투과시키는 선편광기와, 상기 스테이지미러에 반사되어 되돌아오는 빛을 검출하는 광검출기를 포함하여 구성된 변위와 변각을 동시에 측정하는 장치에 있어서, 상기 편광분할기와 스테이지미러 사이에는 편광분할기를 통과한 빛의 편광 방향을 바꾸어주는 1/4파장판을 수평방향에 대해 45˚로 설치하여 구성됨을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a device for measuring displacement and inclination at the same time includes a light splitter that reflects some of the light irradiated by a light source, and transmits a part of the light, and a collimated beam of light passing through the light splitter. And a polarization splitter that passes P-polarized light and reflects S-polarized light, a stage mirror that reflects the light that has passed through the polarizer and sends it back to the polarizer, and a polarizer splitter. The polarization direction of the linearly polarized light is changed to 45 ° with respect to the horizontal direction to be sent to the reference mirror, and only one polarization of the P-polarized light and the S-polarized light transmitted through the polarization splitter is transmitted to the photodetector side. In the device for simultaneously measuring the displacement and the angle of deflection comprising a linear polarizer and a photodetector for detecting the light reflected back to the stage mirror In addition, between the polarization splitter and the stage mirror is characterized in that the 1/4 wavelength plate for changing the polarization direction of the light passing through the polarization splitter is installed by 45 ° to the horizontal direction.

본 발명은 스테이지미러로 입사 또는 반사되는 빛을 변화시키는 수단으로 1/4파장판을 사용함으로써, 수평한 P-편광의 빛이 1/4파장판을 통과하면 편광상태가 타원으로 바뀌고, 스테이지미러에서 반사한 후 다시 한 번 1/4파장판을 통과하면 입사 방향에 대해 45° 회전한 선편광으로 바뀌게 되어, P-편광과 S-편광 성분을 모두 가지게 될뿐만 아니라, 입사광의 세기가 그대로 유지될 수 있어 광검출기들에서 검출된 되는 빛의 세기가 세어 보다 정확한 변위 및 변각을 측정할 수 있는 효과가 있다. According to the present invention, a quarter wave plate is used as a means for changing the incident or reflected light into the stage mirror, so that when the horizontal P-polarized light passes through the quarter wave plate, the polarization state is changed to an ellipse, and the stage mirror After reflecting in, once again passing through the quarter-wave plate, it changes into linearly polarized light rotated 45 ° in the incident direction, not only having both P- and S-polarized components, but also maintaining the intensity of the incident light. It is possible to count the intensity of light detected by the photodetectors, which has the effect of measuring a more accurate displacement and deflection.

이하, 본 발명에 따른 변위와 변각을 동시에 측정하는 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, an apparatus for simultaneously measuring displacement and inclination according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 변위와 각도 변화를 동시에 측정하는 장치의 구성도이고, 도 2는 변위측정용 빛의 세기를 종래와 비교한 도표이고, 도 3은 간섭신호의 선명도를 종래와 비교한 도표이고, 도 4는 각도측정용 빛의 세기를 종래와 비교한 도표이고, 도 5는 빛의 손실을 종래와 비교한 도표이다. 1 is a configuration diagram of a device for simultaneously measuring displacement and angular change, FIG. 2 is a diagram comparing the intensity of light for displacement measurement with the conventional art, and FIG. 3 is a diagram comparing the sharpness of the interference signal with the conventional art. 4 is a chart comparing the intensity of light for angular measurement with a conventional one, and FIG. 5 is a chart comparing the loss of light with a conventional one.

본 발명에 따른 변위와 변각을 동시에 측정하는 장치의 특징은 스테이지미러(60)로 입사되거나 또는 스테이지미러(60)로부터 반사되는 빛을 변화시키는 수단으로 1/4파장판(50)을 구비하고 있다. A feature of the device for simultaneously measuring displacement and deflection angle according to the present invention is provided with a quarter wave plate 50 as a means for changing the light incident on or reflected from the stage mirror 60. .

즉, 본 발명에 따른 변위와 변각을 동시에 측정하는 장치는 광원(10)으로 조사된 빛 중 일부는 반사시키고, 일부는 투과시키는 광분할기(20)와, 광분할기를 통과한 빛을 콜리메이티드 빔(collimated beam)으로 만들어 주는 렌즈(30)와, 상기 렌즈(30)를 통과한 빛 중 P-편광을 통과시키고 S-편광은 반사시키는 편광분할기(40)와, 편광분할기(40)를 통과한 빛을 반사시켜 다시 편광분할기(40)로 보내는 스테이지미러(60)와, 편광분할기(40)에 의해 선편광된 빛의 편광방향을 바꾸어 기준미러(80)로 보내는 1/4파장판(70)과, 상기 편광분할기(40)를 투과한 빛 P-편광과 S-편광 중 일측 편광만을 광검출기(2)측으로 투과시키는 선편광기(90)와, 상기 스테이지미러에 반사되어 되돌아오는 빛을 검출하는 광검출기(1)를 포함하여 구성된 변위와 변각을 동시에 측정하는 장치에 있어서, 상기 편광분할기(40)와 스테이지미러(60) 사이에는 편광분할기(40)를 통과한 빛의 편광 방향을 바꾸어주는 1/4파장판(50)을 더 설치하여 구성된다. That is, the apparatus for measuring displacement and incidence at the same time according to the present invention collimated the light passing through the light splitter 20 and the light splitter 20 to reflect some of the light irradiated by the light source 10, and partially transmitted Through a lens 30 to make a beam (collimated beam), a polarization splitter 40 to pass the P-polarized light of the light passed through the lens 30 and reflects the S-polarized light, and a polarization splitter 40 The stage mirror 60 reflects the light and sends it back to the polarization splitter 40 and the quarter wave plate 70 which changes the polarization direction of the linearly polarized light by the polarization splitter 40 and sends it to the reference mirror 80. And a linear polarizer 90 which transmits only one side polarization of the light P-polarized light and the S-polarized light transmitted through the polarization splitter 40 toward the photodetector 2, and detects the light reflected by the stage mirror and returned. In the device for simultaneously measuring the displacement and the angle of variation comprising a photodetector (1), Between the polarization splitter 40 and the stage mirror 60, a quarter wave plate 50 for changing the polarization direction of the light passing through the polarization splitter 40 is further provided.

위와 같이 구성된 본 발명의 변위와 변각을 동시에 측정하는 장치를 구성하 는 구성 요소는 상기한 종래 기술의 변위와 변각을 동시에 측정하는 장치와 동일 유사한 것으로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. The components constituting the device for measuring the displacement and inclination of the present invention configured as described above are the same as those of the device for simultaneously measuring the displacement and the inclination of the prior art, and a detailed description thereof will be omitted.

본 발명의 요지가 되는 1/4파장판(50)에 대하여만 상세하게 설명한다. Only the quarter wave plate 50 which is the subject of this invention is demonstrated in detail.

상기 1/4파장판(50)은 상기한 바와 같이 편광분할기(40)를 통과한 빛의 P-편광을 바꾸어주는 역할을 하는 것으로 상기 편광분할기(40)를 통과한 빛의 편광방향인 수평방향에 대하여 22.5°로 놓여져 있다. The quarter-wave plate 50 serves to change the P-polarized light of the light passing through the polarization splitter 40 as described above, and the horizontal direction is the polarization direction of the light passing through the polarization splitter 40. It is set at 22.5 ° relative to.

상기 22.5°로 놓여진 1/4파장판(50)은 편광을 회전시키는 과정에서 광 손실을 일으키지 않아 이를 통과한 빛은 각 광검출기(1, 2)로 전달되어 변위 및 변각을 측정하기에 충분한 세기가 된다. The quarter-wave plate 50 placed at 22.5 ° does not cause light loss in the course of rotating the polarization so that light passing therethrough is transmitted to each of the photodetectors 1 and 2 to have sufficient intensity to measure displacement and variation. Becomes

수평한 P-편광의 빛이 이 상기 1/4파장판(50)을 통과하면 편광상태가 타원으로 바뀌고, 스테이지미러(60)에서 반사한 후 다시 한 번 상기 1/4파장판(50)를 통과하면 입사 방향에 대해 45°회전한 선편광으로 바뀌게 되어, P-편광과 S-편광 성분을 모두 가지게 되며, 입사광의 세기가 그대로 유지하게 된다. When the horizontal P-polarized light passes through the quarter wave plate 50, the polarization state is changed to an ellipse, and the quarter wave plate 50 is once again reflected by the stage mirror 60. When passed, the light is changed to linearly polarized light rotated by 45 ° with respect to the direction of incidence, thereby having both P-polarized light and S-polarized light, and maintaining the intensity of incident light.

또한 각도를 측정하기 위한 빛의 세기도 기존방법에 비해 강해지게 된다. In addition, the intensity of light for measuring the angle is also stronger than the conventional method.

표 1에 종래의 변위와 변각을 동시에 측정 장치를 이용할 때와 본 발명을 이용할 때 각 부분의 빛의 세기를 나타내었다. Table 1 shows the light intensity of each part when using a conventional measuring device and the present invention at the same time the displacement and deflection angle.

종래와 1실시예는 전체적으로 동일한 조건에서 비교한 것이며, 2실시예는 전체적인 조건이 종래 및 1실시예와 동일하나 편광분할기(40)로 입사하는 빛의 편광 방향이 수평 방향에 대해 35.26°일때이다. Conventional and one embodiment are compared under the same conditions as a whole, and the second embodiment is when the overall conditions are the same as the conventional and the first embodiment, but the polarization direction of the light incident on the polarization splitter 40 is 35.26 ° with respect to the horizontal direction. .

Figure 112008036753691-pat00001
Figure 112008036753691-pat00001

표 1에서 A는 편광분할기에 입사하는 빛의 세기, In Table 1, A is the intensity of light incident on the polarization splitter,

B는 기준미러(80)에서 반사된 후 편광분할기를 투과하여 선편광기(90)로 입사되는 빛의 세기, B is the intensity of light incident on the linear polarizer 90 after passing through the polarization splitter after being reflected by the reference mirror 80,

C는 스테이지미러(60)에서 반사된 후 편광분할기에서 반사되어 선편광기(90)로 입사되는 빛의 세기, C is the intensity of light reflected by the stage mirror 60 and then reflected by the polarization splitter and incident on the linear polarizer 90,

D는 스테이지미러(60)에서 반사된 후 편광분할기를 투과하여 각도 측정을 위해 광분할기(20)에서 반사되어 광검출기(1)로 입사하는 빛을 나타낸다.D is a light reflected by the stage mirror 60, then transmitted through the polarization splitter, and reflected by the light splitter 20 for angle measurement, and then incident to the photodetector 1.

표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 2실시예의 경우 입사광의 편광 방향을 수평에 대해 35.26°가 되게 하여 빛을 입사시킬 경우에는 편광 분할기(40)에서 빛이 1/3은 반사하고, 2/3는 투과하게 되며, 거리 측정을 위하여 사용되는 두 빛의 세기가 동일하게 되어, 간섭신호의 선명도가 최고값인 1이 되게 되어 거리 측정에 최적의 조건이 된다. As can be seen in Table 1, in the second embodiment, when the incident light is incident by making the polarization direction of the incident light 35.26 ° with respect to the horizontal, the light is reflected by 1/3 in the polarization splitter 40 and 2/3 Is transmitted, and the intensity of the two lights used for distance measurement is the same, and the sharpness of the interference signal becomes 1, which is the maximum value, which is an optimal condition for distance measurement.

표 1에서 선명도는 간섭무늬의 선명도를 의미하며, 1에 가까울수록 신호가 선명해짐을 의미한다. 선명도는 B와 C의 크기가 같을 수록 높아지므로, 간섭계를 꾸밀 때는 가급적 간섭하는 빛의 세기가 동일해지도록 만드는 것이 좋다. 선명도(V)를 산출한 방법은 아래의 식에 의해 이루어진다.In Table 1, the sharpness means the sharpness of the interference fringe, and the closer to 1, the sharper the signal. The sharpness increases as the size of B and C is the same, so when decorating the interferometer it is best to make the intensity of the interfering light the same. The method of calculating the sharpness V is made by the following equation.

Figure 112008036753691-pat00002
Figure 112008036753691-pat00002

여기서 V는 선명도이고, B와 C는 상기한 바와 같다. Where V is the sharpness and B and C are as described above.

위의 1, 2실시예에 따른 변위측정용 빛의 세기, 간섭신호의 선명도, 각도측정용 빛의 세기 및, 빛의 손실을 종래와 비교한 것을 도 2내지 도 5에 도표로 표시하였다. Comparison of the intensity of light for displacement measurement, the intensity of interference signals, the intensity of light for angular measurement, and the loss of light according to the first and second embodiments of the present invention are shown in a diagram in FIGS. 2 to 5.

각 도표에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 변위와 변각을 동시에 측정하는 장치가 종래의 변위와 변각을 동시에 측정하는 장치보다 빛의 세기 및 선명도가 우수함을 알 수 있다. As can be seen from each diagram, it can be seen that the device for simultaneously measuring displacement and inclination according to the present invention is superior in intensity and clarity of light than the device for simultaneously measuring displacement and inclination.

즉, 본 발명의 변위와 변각을 동시에 측정하는 장치가 스테이지미러(60)로 입사되거나 또는 스테이지미러(60)로부터 반사되는 빛의 편광 상태를 변화시키는 수단으로 수평방향에 대해 22.5˚로 놓인 1/4파장판(50)을 구비함으로서 빛의 손실을 완전히 없앴음을 알수 있으며, That is, the apparatus for measuring the displacement and the angle of incidence of the present invention is a means for changing the polarization state of the light incident on or reflected from the stage mirror 60 to 12.5 placed in the horizontal direction 1 / By providing a four-wave plate 50 can be seen that completely eliminated the loss of light,

이렇게 빛의 손실을 줄임으로서 각 광검출기(1, 2)에 도달하는 빛의 세기가 충분하여 변위 및 변각 측정이 용이해 질 수 있는 것이다. By reducing the loss of light as described above, the intensity of light reaching each photodetector 1 or 2 is sufficient, so that displacement and angular measurement can be facilitated.

상기와 같이 구성된 본 발명의 변위 및 변각 측정 장치의 작동이나 원리는 이미 선행된 기술로부터 용이하게 이해될 수 있는 것으로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.The operation or principle of the displacement and deflection measurement apparatus of the present invention configured as described above can be easily understood from the prior art, and a detailed description thereof will be omitted.

도 1은 변위와 각도 변화를 동시에 측정하는 장치의 구성도이고, 1 is a configuration diagram of a device for measuring displacement and angle change simultaneously;

도 2는 변위측정용 빛의 세기를 종래와 비교한 도표이고, 2 is a chart comparing the intensity of light for displacement measurement with the prior art,

도 3은 간섭신호의 선명도를 종래와 비교한 도표이고, 3 is a diagram comparing the sharpness of the interference signal with the prior art,

도 4는 각도측정용 빛의 세기를 종래와 비교한 도표이고, 4 is a chart comparing the intensity of light for angular measurement with the prior art,

도 5는 빛의 손실을 종래와 비교한 도표이고, 5 is a diagram comparing the loss of light with the prior art,

도 6은 종래의 변위와 변각을 동시에 측정하는 장치의 일예를 도시한 구성도이다. 6 is a block diagram showing an example of a conventional apparatus for simultaneously measuring displacement and inclination.

Claims (2)

광원(10)으로 조사된 빛 중 일부는 반사시키고, 일부는 투과시키는 광분할기(20)와, 광분할기를 통과한 빛을 콜리메이티드 빔(collimated beam)으로 만들어 주는 렌즈(30)와, 상기 렌즈(30)를 통과한 빛 중 P-편광을 통과시키고 S-편광은 반사시키는 편광분할기(40)와, 편광분할기(40)를 통과한 빛을 반사시켜 다시 편광분할기(40)로 보내는 스테이지미러(60)와, 편광분할기(40)에 의해 반사되면서 선편광된 빛의 편광방향을 바꾸어 기준미러(80)로 보내는 1/4파장판(70)과, 상기 편광분할기(40)를 투과한 P-편광과 S-편광 중 일측 편광만을 광검출기(2)측으로 투과시키는 선편광기(90)와, 상기 스테이지미러에 반사되어 되돌아오는 빛을 검출하는 광검출기(1)를 포함하여 구성된 변위와 변각을 동시에 측정하는 장치에 있어서, A light splitter 20 which reflects some of the light irradiated by the light source 10 and transmits a part thereof, a lens 30 which makes the light passing through the light splitter into a collimated beam; Polarizer splitter 40 which passes P-polarized light and reflects S-polarized light among the light passing through the lens 30, and a stage mirror which reflects the light passed through the polarizer splitter 40 and sends it back to the polarizer splitter 40. (60), the quarter wave plate (70) to be transmitted to the reference mirror (80) by changing the polarization direction of the linearly polarized light reflected by the polarization splitter (40), and P- passing through the polarization splitter (40). A linear polarizer 90 for transmitting only one side of the polarized light and the S-polarized light to the photodetector 2 side, and a photodetector 1 for detecting the light reflected by the stage mirror and return, simultaneously In the measuring device, 상기 편광분할기(40)와 스테이지미러(60) 사이에는 편광분할기(40)를 통과한 빛의 편광 방향을 바꾸어주는 1/4파장판(50)을 더 설치하여 구성됨을 특징으로 하는 변위와 변각을 동시에 측정하는 장치.Between the polarization splitter 40 and the stage mirror 60, a quarter wave plate 50 for changing the polarization direction of the light passing through the polarization splitter 40 is further installed. Device for simultaneous measurement. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 1/4파장판(50)은 상기 편광분할기(40)를 통과한 빛의 편광 방향인 수평방향에 대하여 22.5°로 놓여짐을 특징으로 하는 변위와 변각을 동시에 측정하는 장치.And the quarter-wave plate (50) is placed at 22.5 ° with respect to the horizontal direction, which is the polarization direction of light passing through the polarization splitter (40).
KR1020080048027A 2008-05-23 2008-05-23 a system for simultaneous measurement of linear and angilar displacement KR100997948B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080048027A KR100997948B1 (en) 2008-05-23 2008-05-23 a system for simultaneous measurement of linear and angilar displacement

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080048027A KR100997948B1 (en) 2008-05-23 2008-05-23 a system for simultaneous measurement of linear and angilar displacement

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090121885A KR20090121885A (en) 2009-11-26
KR100997948B1 true KR100997948B1 (en) 2010-12-02

Family

ID=41604766

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080048027A KR100997948B1 (en) 2008-05-23 2008-05-23 a system for simultaneous measurement of linear and angilar displacement

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100997948B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101206061B1 (en) 2011-06-10 2012-11-28 광주과학기술원 Device and Method for Measuring Motion Error of Linear Stage

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101955466B1 (en) 2010-10-26 2019-03-12 삼성디스플레이 주식회사 Device and method for inspecting sealing state
KR101358091B1 (en) * 2012-01-11 2014-02-06 주식회사 고영테크놀러지 An Interferometer using asymmetric polarization and Optical Apparatus using the Interferometer
CN107643055A (en) * 2017-09-29 2018-01-30 中国科学院西安光学精密机械研究所 Self-reference collimated light path system and calculating tested angle method based on light beam

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101206061B1 (en) 2011-06-10 2012-11-28 광주과학기술원 Device and Method for Measuring Motion Error of Linear Stage

Also Published As

Publication number Publication date
KR20090121885A (en) 2009-11-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7355719B2 (en) Interferometer for measuring perpendicular translations
WO2018103268A1 (en) Laser measurement system for measuring geometric error in six degrees of freedom of rotating shaft, and method therefor
WO2016123812A1 (en) Laser heterodyne interference linearity measuring apparatus and method having six-degrees-of-freedom detection
US20120287441A1 (en) Displacement Detecting Device
US7612888B2 (en) Method and apparatus for measuring heterodyne optical interference utilizing adjustable polarizing plate
US10663589B2 (en) Laser interferometer system for measuring six degrees of freedom with respect to a linear axis
TWI452262B (en) Interferometer system for simultaneous measurement of linear displacement and tilt angle
WO2018045735A1 (en) Apparatus used for laser-measurement signal correction
KR100997948B1 (en) a system for simultaneous measurement of linear and angilar displacement
KR100608892B1 (en) Displacement, yaw and pitch measuring method and measuring apparatus therefor
CN101118199A (en) Method for measuring birefraction optical devices phase-delay quantity and fast axis direction and device
JP2013050448A (en) Mechanism for measuring interval by interferometer system
KR20100041024A (en) Apparatus for six-degree-of-freedom displacement measurement using a two-dimensional grating
JP5858670B2 (en) Laser beam shake amount detecting device, displacement measuring device, and optical element molding die manufacturing method
TWI274139B (en) Optical measurement unit for real-time measuring angular error of platform and the method thereof
TWI579525B (en) An optical system and measuring methods for simultanuous absolute positioning distance and tilting angular measurements of a moving object
JPH095059A (en) Flatness measuring device
JP2011164090A (en) Heterodyne laser interferometric measuring machine
JP6169420B2 (en) Optical interferometer
EP2538169B1 (en) Grazing incidence interferometer
JP2592254B2 (en) Measuring device for displacement and displacement speed
US11598629B2 (en) Optical displacement sensor
JPH02298804A (en) Interferometer
EP2652519B1 (en) Tracking type laser interferometer for objects with rotational degrees of freedom
JP3045567B2 (en) Moving object position measurement device

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131015

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141010

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151030

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee