JPH02190701A - 変位の光学的測定装置 - Google Patents
変位の光学的測定装置Info
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- JPH02190701A JPH02190701A JP1009751A JP975189A JPH02190701A JP H02190701 A JPH02190701 A JP H02190701A JP 1009751 A JP1009751 A JP 1009751A JP 975189 A JP975189 A JP 975189A JP H02190701 A JPH02190701 A JP H02190701A
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- optical
- optical system
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野〕
本発明は周囲温度が変化する場合でも、その影響のない
光の干渉を利用した変位の光学的測定装置に関する。
光の干渉を利用した変位の光学的測定装置に関する。
（従来の技術〕
従来、温度変化に起因する測定誤差を除いた干渉測定装
置としては特開昭６２−２３３７０４にて開示されたも
のがある。この方法は１／４波長板、コーナキューブ等
を巧みに組み合せ干渉計本体から参照面を切り離し、参
照面のみを測定対象物の近くに設置することを可能にし
たものである。
置としては特開昭６２−２３３７０４にて開示されたも
のがある。この方法は１／４波長板、コーナキューブ等
を巧みに組み合せ干渉計本体から参照面を切り離し、参
照面のみを測定対象物の近くに設置することを可能にし
たものである。
上記従来技術は測定対象物としである程度の面積をもっ
た鏡面を想定しており、ごく小さい鏡面部（例えば測定
対象物の一部を鏡面加工したもの等）の変位は測定でき
ない。
た鏡面を想定しており、ごく小さい鏡面部（例えば測定
対象物の一部を鏡面加工したもの等）の変位は測定でき
ない。
本発明の目的は、＃１面、または、鏡面状に加工された
部分がごくわずかでも存在すれば、その部分の変位を温
度変化の影響を受けずに正確に測定できることを可能と
する変位の測定装置を提供することにある。
部分がごくわずかでも存在すれば、その部分の変位を温
度変化の影響を受けずに正確に測定できることを可能と
する変位の測定装置を提供することにある。
ＣＨＭを解決するための手段〕
上記の目的を達成するために、変位測定装置の干渉光学
系部を接着一体化し、原理上必要な部材のみで構成し、
その測定対象物に最も近い平面を基準にした測定した。
系部を接着一体化し、原理上必要な部材のみで構成し、
その測定対象物に最も近い平面を基準にした測定した。
また、周囲温度の変化に伴ない干渉光学系中で発生する
参照光と測定光の光路長差の変化を補償する補償要素を
付加した。
参照光と測定光の光路長差の変化を補償する補償要素を
付加した。
干渉光学系はその原理上必要な部材のみで構成されてお
り、不必要な部材がないので周囲温度が変化しても参照
光と測定光の光路長の変化自体が少ない、また、たとえ
、補償要素以外の部分に光路長の変化があってそれによ
り光路長差が変化しても、それは補償要素により補償さ
れるので干渉光学系全体としては光路長の変化はなくな
る。
り、不必要な部材がないので周囲温度が変化しても参照
光と測定光の光路長の変化自体が少ない、また、たとえ
、補償要素以外の部分に光路長の変化があってそれによ
り光路長差が変化しても、それは補償要素により補償さ
れるので干渉光学系全体としては光路長の変化はなくな
る。
また、測定対象物に最も近い面を基準として固定するの
で干渉光学系の部材が熱変形してもそれに起因しては測
定対象物との距離は変化しない。
で干渉光学系の部材が熱変形してもそれに起因しては測
定対象物との距離は変化しない。
以下１本発明の一実施例を第１図、第２図を用いて説明
する。第１図において１は２周波レーザで１紙面と平行
に振動する周波数ｆｌの光と垂直に振動する周波数ｆ２
の光を発する。２はビームスプリッタで、入射光をその
振動面の方向で区別せずに反射光と透過光に２分割する
。３は干渉光学系で、偏光ビームスプリッタ（Ｐ、Ｂ、
Ｓ、）４、同一材質、同一厚さの１７４波長板５，７を
接着一体止して構成する。１／４波長板５，７は入射光
の振動面を９０′回転させる軸方向にとり付ける。前記
１／４波長板５の裏面には反射膜６を付けておく。この
干渉光学系は面ＡＡ’ を基準としてこの面で固定する
。（第２図説明参照）８は測定対象物、９．１０は偏光
板である。１１．１２は光検出器、１３．１４は零クロ
ス検出器でそれぞれ前記光検出器１１．１２の出力の零
クロス点を検出しパルスを発生する。１５はアップダウ
ンカウンタである。つぎに動作を説明する。
する。第１図において１は２周波レーザで１紙面と平行
に振動する周波数ｆｌの光と垂直に振動する周波数ｆ２
の光を発する。２はビームスプリッタで、入射光をその
振動面の方向で区別せずに反射光と透過光に２分割する
。３は干渉光学系で、偏光ビームスプリッタ（Ｐ、Ｂ、
Ｓ、）４、同一材質、同一厚さの１７４波長板５，７を
接着一体止して構成する。１／４波長板５，７は入射光
の振動面を９０′回転させる軸方向にとり付ける。前記
１／４波長板５の裏面には反射膜６を付けておく。この
干渉光学系は面ＡＡ’ を基準としてこの面で固定する
。（第２図説明参照）８は測定対象物、９．１０は偏光
板である。１１．１２は光検出器、１３．１４は零クロ
ス検出器でそれぞれ前記光検出器１１．１２の出力の零
クロス点を検出しパルスを発生する。１５はアップダウ
ンカウンタである。つぎに動作を説明する。
２周波レーザ１を発した光のうち紙面と平行な振動面を
持つ光をＢｌ、紙面と垂直な振動面を持つ光を８２とす
る。これらの光はビームスプリッタ（以下ＢＳと称す）
２に至り、透過光ＢＩＴ。
持つ光をＢｌ、紙面と垂直な振動面を持つ光を８２とす
る。これらの光はビームスプリッタ（以下ＢＳと称す）
２に至り、透過光ＢＩＴ。
Ｂ２Ｔと反射光ＢＩＲ，Ｂ２Ｒに２分割される。
反射光ＢＩＲ，Ｂ２Ｒは互いに直交する振動面を持つの
でこのままでは干渉しないが、偏光板９で紙面に対して
４５度の方向に振動する成分を取り出すと干渉をおこし
て２つの光の周波数差ΔＦ＝ｆｌ−ｆ２のビート信号を
発生する。これを光検出器１１で電気信号に変換し、そ
の零クロス点を。
でこのままでは干渉しないが、偏光板９で紙面に対して
４５度の方向に振動する成分を取り出すと干渉をおこし
て２つの光の周波数差ΔＦ＝ｆｌ−ｆ２のビート信号を
発生する。これを光検出器１１で電気信号に変換し、そ
の零クロス点を。
零クロス検出器１３で検出してパルス（ダウンパルス）
を発生させると、１秒間に２ΔＦの割合でパルスが発生
する（１周期の間に零クロス点は２個存在する）、これ
をアップダウンカウンタのダウン入力端子に入力してカ
ウントする。
を発生させると、１秒間に２ΔＦの割合でパルスが発生
する（１周期の間に零クロス点は２個存在する）、これ
をアップダウンカウンタのダウン入力端子に入力してカ
ウントする。
ＢＳ２透過光ＢＩＴ、Ｂ２Ｔは偏光ビームスプリッタ（
以下ＰＢＳと称す）４に至る。ここで。
以下ＰＢＳと称す）４に至る。ここで。
ＢＩＴは紙面と平行な振動面を持つので透過するが、Ｂ
２Ｔは紙面と垂直な振動面を持つのでここで反射する。
２Ｔは紙面と垂直な振動面を持つのでここで反射する。
ＢＩＴは１７４波長板７を透過して測定対象物８で反射
して再度１／４波長板７を透過してＰＢＳ４に至る。こ
のとき、測定対象物８の速度に比例した周波数シフトを
受ける。測定対象物の速度をＶ、光の速度をＣとすると
、周波数シフトをΔｆ１は（１）式で与えられる。
して再度１／４波長板７を透過してＰＢＳ４に至る。こ
のとき、測定対象物８の速度に比例した周波数シフトを
受ける。測定対象物の速度をＶ、光の速度をＣとすると
、周波数シフトをΔｆ１は（１）式で与えられる。
Δｆｌ＝ｆｌＸｖ／ｃ
＝２ｖ／λ ・・・（１）また、振動面は
１／４波長板７の作用で９０度回転して紙面と垂直にな
っている。したがって、この反射光は、Ｐ、Ｂ、８．４
で反射する。一方、Ｂ２Ｔは１７４波長板５を透過し
て参照面６で反射して再度１／４波長板５を透過してＰ
ＢＳ４に至る。このとき、振動面は１／４波長板の作用
で９０度回転して紙面と平行になっているのでここを透
過する。ＢＩＴ、Ｂ２Ｔは互いに直交する振動面を持つ
のでこのままでは干渉しないが、偏光板１０で紙面に対
して４５度の方向に振動する成分を取り出すと干渉をお
こして２つの光の周波数差ΔＦ’＝ｆｌ＋Δｆ １−ｆ
２のビート信号を発生する。これを光検出器１２で電
気信号に変換し、その零クロス点を、零クロス検出器１
４で検出してパルス（アップパルス）を発生させると、
１秒間に２ΔＦ′の割合でパルスが発生する。これをア
ップダウンカウンタのダウン入力端子に入力してカウン
トする。したがって、アップダウンカウンタ１５の出力
は、１秒間に２ΔＦ′−２ΔＦ；２ＸΔｆ１の割合で増
加する。（１）式を代入するとアップダウンカウンタ１
５の出力は、１秒間に４／λＸｖの割合で増加するので
、カウンタ出力にλ／４を乗じれば、１秒間のカウント
値の増加から速度が、また、積算カウント値から変位量
がわかる。
１／４波長板７の作用で９０度回転して紙面と垂直にな
っている。したがって、この反射光は、Ｐ、Ｂ、８．４
で反射する。一方、Ｂ２Ｔは１７４波長板５を透過し
て参照面６で反射して再度１／４波長板５を透過してＰ
ＢＳ４に至る。このとき、振動面は１／４波長板の作用
で９０度回転して紙面と平行になっているのでここを透
過する。ＢＩＴ、Ｂ２Ｔは互いに直交する振動面を持つ
のでこのままでは干渉しないが、偏光板１０で紙面に対
して４５度の方向に振動する成分を取り出すと干渉をお
こして２つの光の周波数差ΔＦ’＝ｆｌ＋Δｆ １−ｆ
２のビート信号を発生する。これを光検出器１２で電
気信号に変換し、その零クロス点を、零クロス検出器１
４で検出してパルス（アップパルス）を発生させると、
１秒間に２ΔＦ′の割合でパルスが発生する。これをア
ップダウンカウンタのダウン入力端子に入力してカウン
トする。したがって、アップダウンカウンタ１５の出力
は、１秒間に２ΔＦ′−２ΔＦ；２ＸΔｆ１の割合で増
加する。（１）式を代入するとアップダウンカウンタ１
５の出力は、１秒間に４／λＸｖの割合で増加するので
、カウンタ出力にλ／４を乗じれば、１秒間のカウント
値の増加から速度が、また、積算カウント値から変位量
がわかる。
第２図は干渉光学系の保持部を示したもので２１は干渉
光学系取付用台で、ＡＡ’面が測定の基準（？ＩＩ！定
対象物の変位量を測定する際の基準）となる、また、２
１′は前記取り付け台２１に開けた測定光を通過させる
ための穴である。２２゜２３．３０は干渉光学系固定用
部材で、２２は上板、３０は下板、２３は押え板である
。上板２２゜押え板２３には干渉光学系を押えつけるバ
ネ２４゜２５．２６及びバネ押え２７，２８．２９を取
付けるための小穴が開いている。バネ２５．２６で干渉
計を基準面ＡＡ’に一定圧で押えつける。また、バネ２
４で下板３０に押えつける。このようにすると周囲温度
が変化して干渉光学系が変形しても参照光の光路長（Ｂ
Ｏ＋０Ｄ）Ｘ２と測定光の光路長（ＢＯ＋０Ｃ）Ｘ２は
等しいのでその差は一定となる。（ただし、干渉光学系
内部に温度分布はないものとする） 第３図は他の実施例を示し１図中第１図、第２図と同一
番号のものは同一部分を表すものとする。
光学系取付用台で、ＡＡ’面が測定の基準（？ＩＩ！定
対象物の変位量を測定する際の基準）となる、また、２
１′は前記取り付け台２１に開けた測定光を通過させる
ための穴である。２２゜２３．３０は干渉光学系固定用
部材で、２２は上板、３０は下板、２３は押え板である
。上板２２゜押え板２３には干渉光学系を押えつけるバ
ネ２４゜２５．２６及びバネ押え２７，２８．２９を取
付けるための小穴が開いている。バネ２５．２６で干渉
計を基準面ＡＡ’に一定圧で押えつける。また、バネ２
４で下板３０に押えつける。このようにすると周囲温度
が変化して干渉光学系が変形しても参照光の光路長（Ｂ
Ｏ＋０Ｄ）Ｘ２と測定光の光路長（ＢＯ＋０Ｃ）Ｘ２は
等しいのでその差は一定となる。（ただし、干渉光学系
内部に温度分布はないものとする） 第３図は他の実施例を示し１図中第１図、第２図と同一
番号のものは同一部分を表すものとする。
第３図は第２の変形例であり、７′は１／４波長板３１
は固定用部材、３２．３３はバネ、３４゜３５はバネ押
えである。ここでは、１７４波長板７′の大きさを実施
例１より大きくし、その周辺部を使って取付用台２１に
取付けている。
は固定用部材、３２．３３はバネ、３４゜３５はバネ押
えである。ここでは、１７４波長板７′の大きさを実施
例１より大きくし、その周辺部を使って取付用台２１に
取付けている。
第４図、第５図は取付台の他の実施例を示したものであ
る。第４図において取付台２１’は中央の光線が通過す
るための穴と同心円上に円周を３等分する位置に突起４
１，４２．４３が付けてありこれが１／４波長板７′
（第２図参照）の測定対象物側の面と接する。第５図は
、第４図の取り付け台の３個の孤立した突起のかわりに
リング状の突起４５を付けた例である。
る。第４図において取付台２１’は中央の光線が通過す
るための穴と同心円上に円周を３等分する位置に突起４
１，４２．４３が付けてありこれが１／４波長板７′
（第２図参照）の測定対象物側の面と接する。第５図は
、第４図の取り付け台の３個の孤立した突起のかわりに
リング状の突起４５を付けた例である。
第６図は光路長差補償要素を参照光の光路中に挿入した
例である。５１は測定対象物８に測定光を集光するため
の平凸レンズで、平凸レンズ５１は周囲温度が変化する
と熱変形するので測定光の光路長が変化する。この光路
長変化を参照光の光路中に補償要素５２を挿入して相殺
する。
例である。５１は測定対象物８に測定光を集光するため
の平凸レンズで、平凸レンズ５１は周囲温度が変化する
と熱変形するので測定光の光路長が変化する。この光路
長変化を参照光の光路中に補償要素５２を挿入して相殺
する。
このとき、参照光の反射膜６′は補償要素５２の裏面に
付ける。
付ける。
測定光の光路のうち、ＢＯ＋ＯＣの部分は参照光の光路
のＢＯ＋ＯＤの部分と相殺している。したがって、レン
ズ５１の厚さの分ＯＥの変化を補償するように補償要素
の厚さＤＦを決める。つぎにその決め方を述べる。レン
ズ５１の屈折率をｎＬ 、線膨張係数をαＬ（１／’Ｃ
）、屈折率の温度変化の係数をβＬ（１／’Ｃ）とする
。また、補償要素の屈折率をｎｃ、線膨張係数をαＣ１
屈折率の温度変化の係数をβｃ（１／’Ｃ）とする、レ
ンズ５２の光路長をれＯＰｔ％ Ｊ％ｉ償要素５２の光
路長をｊｌｃｏハとすると該光路長は、それぞれ（２）
式、（３）式で表わされる。
のＢＯ＋ＯＤの部分と相殺している。したがって、レン
ズ５１の厚さの分ＯＥの変化を補償するように補償要素
の厚さＤＦを決める。つぎにその決め方を述べる。レン
ズ５１の屈折率をｎＬ 、線膨張係数をαＬ（１／’Ｃ
）、屈折率の温度変化の係数をβＬ（１／’Ｃ）とする
。また、補償要素の屈折率をｎｃ、線膨張係数をαＣ１
屈折率の温度変化の係数をβｃ（１／’Ｃ）とする、レ
ンズ５２の光路長をれＯＰｔ％ Ｊ％ｉ償要素５２の光
路長をｊｌｃｏハとすると該光路長は、それぞれ（２）
式、（３）式で表わされる。
Ｑ ｂｏｐｔ ＝ ｎ ＬＸ ＣＥ
−（２）ｍｃｏｐｔ＝ ｎｃＸ Ｄ Ｆ
−−−（３）周囲温度がＴ （”Ｃ
）変化すると（２）式、（３）式で表わされる光路長は
それぞれ（４）式、（５）式で表わされる意だけ変化す
る。
−（２）ｍｃｏｐｔ＝ ｎｃＸ Ｄ Ｆ
−−−（３）周囲温度がＴ （”Ｃ
）変化すると（２）式、（３）式で表わされる光路長は
それぞれ（４）式、（５）式で表わされる意だけ変化す
る。
ΔＱｂｏｐｔ＝Δｎ Ｌ Ｘ ＣＥ 十ｎ Ｌ ＸΔ（
ＣＥ）＝Ｔ（βｂ＋ｎｂａＬ）ＸＣＥ −（４
）Δｎｃｏｐｔ＝ΔｎｃＸＤＦ＋ｎｃＸΔ （ＤＦ）＝
Ｔ（βＣ＋ ｎｃαｃ）ＸＤＦ −（５）測定光
の光路長変化をΔＪ！ｔｏｐｔとすると。
ＣＥ）＝Ｔ（βｂ＋ｎｂａＬ）ＸＣＥ −（４
）Δｎｃｏｐｔ＝ΔｎｃＸＤＦ＋ｎｃＸΔ （ＤＦ）＝
Ｔ（βＣ＋ ｎｃαｃ）ＸＤＦ −（５）測定光
の光路長変化をΔＪ！ｔｏｐｔとすると。
Δｊ１Ｍｏｐｔはレンズ５１が伸びた分αｃ、 Ｔ Ｘ
ＣＥ だけ測定対象物８と干渉光学系との間の媒質（
ここでは空気屈折率＝１）と入れかわることを考慮する
と（６）式で与えられる。
ＣＥ だけ測定対象物８と干渉光学系との間の媒質（
ここでは空気屈折率＝１）と入れかわることを考慮する
と（６）式で与えられる。
ΔＩＩＨｏｐｔ＝Δｊｌ＋、＋ｏｐｔ−αＬＴＸＣＥ＝
Ｔ（βＬ＋（ｎｂ １）ｃｃＬ）ＸＣＥ・・・（６） 参照光の光路長の増加分は補償要素５２の光路長変化と
等しいことが必要である。したがって（６）式の右辺と
（５）式の右辺が等しいと置けば補償要素５２の厚さＤ
Ｆが求まる。
Ｔ（βＬ＋（ｎｂ １）ｃｃＬ）ＸＣＥ・・・（６） 参照光の光路長の増加分は補償要素５２の光路長変化と
等しいことが必要である。したがって（６）式の右辺と
（５）式の右辺が等しいと置けば補償要素５２の厚さＤ
Ｆが求まる。
第７図はダミ一部材５５の表面をレンズ５１と同じ材質
のものを同じ厚さに研磨し、その面を基準として、たと
えば第６図に示した取り付け用台に固定できるようにし
た干渉光学系で、５２′はレンズ５２と同じ材質、同じ
厚さの補償要素である。
のものを同じ厚さに研磨し、その面を基準として、たと
えば第６図に示した取り付け用台に固定できるようにし
た干渉光学系で、５２′はレンズ５２と同じ材質、同じ
厚さの補償要素である。
第８図は測定光の光路中に補償要素をそう人した実施例
で、６０はビームスプリッタ、３′は干渉光学系である
。干渉光学系３′は１／４波長板６２、ガラス板６４．
スペーサ６３からなる。１７４波長板６２の表面には反
射膜６１を付ける。
で、６０はビームスプリッタ、３′は干渉光学系である
。干渉光学系３′は１／４波長板６２、ガラス板６４．
スペーサ６３からなる。１７４波長板６２の表面には反
射膜６１を付ける。
また、１／４波長板６２．ガラス板６４及びスペーサ６
３でつくられる空間には光学用オイル６５が満たされて
いる。前記スペーサ６３の上部には小穴６６が空けてお
く、これにより、前記空間の容積が周囲温度の変化に伴
って変化しても、前記光学用オイルの液面６７が上下で
きるので、圧力を一定に保つことができる。１０′は偏
光板で、紙面と垂直な方向に振動する光の成分を透過す
るように設置する。この例では１反射膜６１で反射した
光（参照光）と測定対象物８で反射した光（測定光）が
偏光板１０′を通過後干渉する。
３でつくられる空間には光学用オイル６５が満たされて
いる。前記スペーサ６３の上部には小穴６６が空けてお
く、これにより、前記空間の容積が周囲温度の変化に伴
って変化しても、前記光学用オイルの液面６７が上下で
きるので、圧力を一定に保つことができる。１０′は偏
光板で、紙面と垂直な方向に振動する光の成分を透過す
るように設置する。この例では１反射膜６１で反射した
光（参照光）と測定対象物８で反射した光（測定光）が
偏光板１０′を通過後干渉する。
干渉光学系３′はガラス板６４の測定対象物側の表面Ａ
Ａ’ を基準にして第３図に示した型の取付台に固定し
て使用する。このようにするとスペーサ６３の厚さｔ、
光学用オイル６５を選ぶと周囲温度が変化して干渉光学
系３′が熱変形しても、測定光と参照光の光路長差（図
中Ａ点からＢ点。
Ａ’ を基準にして第３図に示した型の取付台に固定し
て使用する。このようにするとスペーサ６３の厚さｔ、
光学用オイル６５を選ぶと周囲温度が変化して干渉光学
系３′が熱変形しても、測定光と参照光の光路長差（図
中Ａ点からＢ点。
０点を経てＤ点に至る光路長を２倍したもの）を不変に
保つことができる６たとえば温度が上昇したとすると、
光路長ＡＢ、ＣＤはそれぞれ、温度に比例して増加、ま
た、光路長ＢＣを考えると。
保つことができる６たとえば温度が上昇したとすると、
光路長ＡＢ、ＣＤはそれぞれ、温度に比例して増加、ま
た、光路長ＢＣを考えると。
物理的距離はスペーサ６３が熱膨張するので大きくなる
が、光学用オイル６５の屈折率が小さくなるので（資料
Ａ）−１結果として温度に比例して減少する。したがっ
て、前者を後者が打ち消すようスペーサ６３の厚さ、光
学用オイル６５を選ぶことができる。
が、光学用オイル６５の屈折率が小さくなるので（資料
Ａ）−１結果として温度に比例して減少する。したがっ
て、前者を後者が打ち消すようスペーサ６３の厚さ、光
学用オイル６５を選ぶことができる。
第９図は補償要素を参照光と測定光の共通光路途中にそ
う人した実施例である。
う人した実施例である。
干渉光学系部３′は、補償要素、たとえば複屈折特性を
もった結晶７１．ビームスプリッタ７０゜偏光子７２，
７３．レンズ７４からなり、ＡＡ’面を基準として取付
台に固定する。結晶７１の軸は紙面と平行および垂直の
方向に合わす。偏光子７１は紙面と平行な光成分を透過
する軸方向に。
もった結晶７１．ビームスプリッタ７０゜偏光子７２，
７３．レンズ７４からなり、ＡＡ’面を基準として取付
台に固定する。結晶７１の軸は紙面と平行および垂直の
方向に合わす。偏光子７１は紙面と平行な光成分を透過
する軸方向に。
偏光子７３は垂直な光成分を透過する軸方向に設置する
。温度が変化すると熱変形で参照光と測定光の光路長差
が変化する。また、結晶７１の紙面と垂直に振動する光
に対する屈折率と平行に振動する光に対する屈折率も変
化し、その結果２つの光の間の光路長差も変化する。し
たがって、参照光と測定光の振動面が９０°異っている
ので結晶７１の厚さを選べば補償することができる。
。温度が変化すると熱変形で参照光と測定光の光路長差
が変化する。また、結晶７１の紙面と垂直に振動する光
に対する屈折率と平行に振動する光に対する屈折率も変
化し、その結果２つの光の間の光路長差も変化する。し
たがって、参照光と測定光の振動面が９０°異っている
ので結晶７１の厚さを選べば補償することができる。
第１０図は本発明の応用例である。７０はレンズ、７１
は偏波面保存ファイバで、入射光は振動面を保って伝搬
する。７２はプローブで、該プローブ７２はレンズ７３
．’１７，７９、ビームスプリッタ７４．補償要素例え
ば複屈折結晶８０．反射膜８２を施した１／４波長板８
１，３角プリズム７５，７８．偏光板７６．９０からな
る。８３゜８４は光ファイバ、８５．８６は光検出器、
８７゜８８は入射信号のビート周波数から変位量を測定
するヘテロダイン方式の変位センサ、８９は前記変位セ
ンサ８７の出力から８８の出力を減算する減算器である
６ ２周波レーザ１を発した光のうち紙面と平行な振動面を
持つ光をＢ１．紙面と垂直な振動面を持つ光を８２とす
る。これらの光はレンズ７０．偏波面保存ファイバ７１
を介してプローブ７２に至るが、このとき振動面の方向
は保存している。偏波面保存ファイバ７１を出た光はビ
ームスプリッタ７４に至り、透過光ＢＩＴ、Ｂ２Ｔと反
射光ＢＩＲ，Ｂ２Ｒに２分割される。反射光ＢＩＲ。
は偏波面保存ファイバで、入射光は振動面を保って伝搬
する。７２はプローブで、該プローブ７２はレンズ７３
．’１７，７９、ビームスプリッタ７４．補償要素例え
ば複屈折結晶８０．反射膜８２を施した１／４波長板８
１，３角プリズム７５，７８．偏光板７６．９０からな
る。８３゜８４は光ファイバ、８５．８６は光検出器、
８７゜８８は入射信号のビート周波数から変位量を測定
するヘテロダイン方式の変位センサ、８９は前記変位セ
ンサ８７の出力から８８の出力を減算する減算器である
６ ２周波レーザ１を発した光のうち紙面と平行な振動面を
持つ光をＢ１．紙面と垂直な振動面を持つ光を８２とす
る。これらの光はレンズ７０．偏波面保存ファイバ７１
を介してプローブ７２に至るが、このとき振動面の方向
は保存している。偏波面保存ファイバ７１を出た光はビ
ームスプリッタ７４に至り、透過光ＢＩＴ、Ｂ２Ｔと反
射光ＢＩＲ，Ｂ２Ｒに２分割される。反射光ＢＩＲ。
Ｂ２Ｒは三角プリズム７５で反射して偏向板７６に至る
。ＢＩＲ，Ｂ２Ｒは互いに直交する振動面を持つのでこ
のままでは干渉しないが、偏光板７６で紙面に対して４
５度の方向に振動する成分を取り出すと干渉をおこして
２つの光の周波数差のビート信号を発生する。その周波
数はＢＩＲ。
。ＢＩＲ，Ｂ２Ｒは互いに直交する振動面を持つのでこ
のままでは干渉しないが、偏光板７６で紙面に対して４
５度の方向に振動する成分を取り出すと干渉をおこして
２つの光の周波数差のビート信号を発生する。その周波
数はＢＩＲ。
Ｂ２Ｒの光路長差に応じて変化するので、これを光信号
としてレンズ７７、ファイバ８３を介して光検出器８６
に導き、電気信号に変換して変位センサ８８に入力する
と、偏波面保存ファイバ７１に加わった外乱によって発
生した光路長差の変動分を変位量に換算した値を求める
ことが出来る。
としてレンズ７７、ファイバ８３を介して光検出器８６
に導き、電気信号に変換して変位センサ８８に入力する
と、偏波面保存ファイバ７１に加わった外乱によって発
生した光路長差の変動分を変位量に換算した値を求める
ことが出来る。
一方、透過光ＢＩＴ、Ｂ２Ｔは複屈折結晶８０を通過し
て１／４波長板８１に至るが１／４波長板８１につけた
反射膜８２に一部反射する。この光をそれぞれＢＩＴＲ
，Ｂ２ＴＲとする０反射膜８２を透過した光をそれぞれ
ＢＩＴＴ、Ｂ２ＴＴとする。ＢＩＴＴは１７４波長板８
１を透過して測定対象物８で反射して再度１７４波長板
８１を透過して複屈折結晶８０に至る。
て１／４波長板８１に至るが１／４波長板８１につけた
反射膜８２に一部反射する。この光をそれぞれＢＩＴＲ
，Ｂ２ＴＲとする０反射膜８２を透過した光をそれぞれ
ＢＩＴＴ、Ｂ２ＴＴとする。ＢＩＴＴは１７４波長板８
１を透過して測定対象物８で反射して再度１７４波長板
８１を透過して複屈折結晶８０に至る。
このときのＢＩＴＴ、Ｂ２ＴＴの振動面は、途中１７４
波長板８１を１往復しているので９０度回転している。
波長板８１を１往復しているので９０度回転している。
したがって、ＢＩＴＲとＢ２ＴＴ（紙面と平行な振動面
を持つ）、Ｂ２ＴＲとＢＩＴＴ（紙面と垂直な振動面を
持つ）が干渉している。
を持つ）、Ｂ２ＴＲとＢＩＴＴ（紙面と垂直な振動面を
持つ）が干渉している。
そこで偏光板８３で紙面と重直な振動面を持つ成分のみ
を透過させ、レンズ７９．ファイバ８４を介して光検出
器８６に導く、これを電気信号に変換して変位センサ８
７に入力すると偏波面保存ファイバ７１に加わった外乱
によって発生した光路長差の変動分の変位蓄換算値と測
定対象物の変位との和を求めねことが呂来る。したがっ
て、変位センサ８７の出力と変位センサ８８の出力との
差を減算器８９で求めると、測定対象物の変位のみを求
めることが出来る。
を透過させ、レンズ７９．ファイバ８４を介して光検出
器８６に導く、これを電気信号に変換して変位センサ８
７に入力すると偏波面保存ファイバ７１に加わった外乱
によって発生した光路長差の変動分の変位蓄換算値と測
定対象物の変位との和を求めねことが呂来る。したがっ
て、変位センサ８７の出力と変位センサ８８の出力との
差を減算器８９で求めると、測定対象物の変位のみを求
めることが出来る。
本発明によれば、周囲温度が変化してもそれによる測定
光と参照光の光路長差は発生しないのでｓｒｓな測定が
できる。また、測定対象物に対しては一本の光ビームの
みを照射するので光を反射するために大きな鏡面部は必
要ない。
光と参照光の光路長差は発生しないのでｓｒｓな測定が
できる。また、測定対象物に対しては一本の光ビームの
みを照射するので光を反射するために大きな鏡面部は必
要ない。
第１図は本発明の一実施例の変位の光学的測定装置の構
成図、第２図は第１図の干渉光学系の詳細図、第３図は
他の実施例の干渉光学系の断面図、第４図及び第５図は
夫々取付台の他の実施例を示し、（ａ）図は断面図、（
ｂ）図は正面図を示す。 第６図は光路長差補償要素の構成図、第７図は干渉光学
系の補償要素の他の実施例を示し、（ａ）図は側面図、
（ｂ）は正面図を示す、第８図は更に他の実施例の変位
の光学的測定装置の構成図、第９図は更に他の実施例の
干渉光学系の補償要素の構成図、第１０図は本発明の応
用側の変位の光学的８１１Ｊ定装置の構成図である。 ３・・・干渉光学系、４・・・ビームスプリッタ、５，
７・・・１／４波長板、６・・・基準面、２１・・・取
り付け台、２３・・・押え板。 ５２・・・補償要素。 荊 ＋ｔ２１ ７−・−製表パ ノｌ、／２−・・うｊｉ、９ス１Ｓシ Ｂ−；ｉ’昆対帥 ｙ、ｉθ′−条カ板猶 図 ２１′−・−叉 ２４．２Σ２ｚ−・−バネ ＜ａ） 第 乞 （ｂ） ２１’・−一取り４１す台 ４１．４２．４３−−一免起 ２／−一一本“へオリち ４５−−−リン７”ｔ（の戻好 ■ η 〆 目 カ フ 図 （久） （ｂ） ６′ ５２−・・科１１）ギ ５５−−−り゛ず一名予バ 拓 図
成図、第２図は第１図の干渉光学系の詳細図、第３図は
他の実施例の干渉光学系の断面図、第４図及び第５図は
夫々取付台の他の実施例を示し、（ａ）図は断面図、（
ｂ）図は正面図を示す。 第６図は光路長差補償要素の構成図、第７図は干渉光学
系の補償要素の他の実施例を示し、（ａ）図は側面図、
（ｂ）は正面図を示す、第８図は更に他の実施例の変位
の光学的測定装置の構成図、第９図は更に他の実施例の
干渉光学系の補償要素の構成図、第１０図は本発明の応
用側の変位の光学的８１１Ｊ定装置の構成図である。 ３・・・干渉光学系、４・・・ビームスプリッタ、５，
７・・・１／４波長板、６・・・基準面、２１・・・取
り付け台、２３・・・押え板。 ５２・・・補償要素。 荊 ＋ｔ２１ ７−・−製表パ ノｌ、／２−・・うｊｉ、９ス１Ｓシ Ｂ−；ｉ’昆対帥 ｙ、ｉθ′−条カ板猶 図 ２１′−・−叉 ２４．２Σ２ｚ−・−バネ ＜ａ） 第 乞 （ｂ） ２１’・−一取り４１す台 ４１．４２．４３−−一免起 ２／−一一本“へオリち ４５−−−リン７”ｔ（の戻好 ■ η 〆 目 カ フ 図 （久） （ｂ） ６′ ５２−・・科１１）ギ ５５−−−り゛ず一名予バ 拓 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、レーザを基準面と測定対象物に照射し、その反射光
を干渉させて測定対象物の変位を求める変位の光学的測
定装置において、 基準面と測定対象物に照射する測定光と、基準となる前
記基準面に照射する参照光とに２分割するビーム分割手
段と、前記測定光、または、前記参照光、または、その
両方の光路中に設置され、透過光の偏光状態を規定する
偏光手段とを接着一体化した干渉光学系と、光を通すた
めの穴を具備した平面部を持つ前記干渉光学系取付け用
台と、前記平面部に対して垂直方向に力を加えて干渉光
学系を固定するための固定用部材を具備し、前記干渉光
学系のなかで、測定対象物の最も近くに位置し、光が通
過する部材の測定対象物側の面を前記平面部に密着させ
たことを特徴とする変位の光学的測定装置。 ２、第１項記載の変位の光学的測定装置において、それ
以外の要素で発生する温度変化に起因した参照光と測定
光の光路長差の変化を相殺する補償要素を光路途中に挿
入し、他の部分を含め接着一体化し、干渉光学系を構成
したことを特徴とする変位の光学的測定装置。 ３、第２項記載の変位の光学的測定装置において前記補
償要素は測定光の光路中に設置された透明な部材である
ことを特徴とする変位の光学的測定装置。 ４、第２項記載の変位の光学的測定装置において前記補
償要素は参照光の光路中の設置された透明な部材である
ことを特徴とする変位の光学的測定装置。 ５、第２項記載の変位の光学的測定装置において前記補
償要素は参照光と測定光の共通光路中に設置された複屈
折特性を持つた透明な部材であることを特徴とする変位
の光学的測定装置。 ６、第１項〜第５項のいずれか一つに記載の変位の光学
的測定装置において前記取り付け台の平面部を少なくと
も３点の孤立した突起部で置き換え、その突起部に対し
て前記干渉光学系の測定対象物に最も近い平面を前記平
面部に密着させたことを特徴とする変位の光学的測定装
置。 ７、第１項〜第５項のいずれか一つに記載の変位の光学
的測定装置において前記取り付け台の平面部を、前記取
り付け台の平面部に設けられた光を通すための穴の周辺
のリング状の突起部で置き換え、その突起部に対して前
記干渉光学系の測定対象物に最も近い平面を前記平面部
に密着させたことを特徴とする変位の光学的測定装置。 ８、第１項〜第７項のいずれか一つに記載の光学的測定
装置において、前記干渉光学系のなかで、測定対象物の
最も近くに位置し光が通過する部材の測定対象物側の平
面を、測定対象物の最も近くに設置された光が通過する
部材と同じ材質で作られた、前記光が通過する部材と同
じ厚さで、それを取り囲むように設置されたダミーの部
材の測定対象物側の平面で置き換えたことを特徴とする
変位の光学的測定装置。 ９、干渉光学系内の干渉光学系以外の要素で発生する温
度変化に起因した参照光と測定光の光路長差の変化を相
殺する補償要素を光路途中に挿入し、他の部分を含め接
着一体化した干渉光学系装置。 １０、干渉光学系の中で、測定対象物の最も近くに設置
された光が通過する部材と同じ材質で作られた、前記光
が通過する部材と同じ厚さでその部材を取り囲むように
設置されたダミーの部材を具備した干渉光学系装置。 １１、光線を通過させるための穴の周囲に少なくとも３
個の孤立した突起部を設けた干渉光学系の取付台。 １２、第１項〜第１０項のいずれか一つに記載の干渉光
学系に光ファイバを介してレーザ光を導き、基準面、お
よび、測定対象物に照射し、そこからの反射光を再び光
ファイバを介して信号処理回路に導くことを特徴とする
変位の光学的測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1009751A JP2760830B2 (ja) | 1989-01-20 | 1989-01-20 | 変位の光学的測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1009751A JP2760830B2 (ja) | 1989-01-20 | 1989-01-20 | 変位の光学的測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02190701A true JPH02190701A (ja) | 1990-07-26 |
| JP2760830B2 JP2760830B2 (ja) | 1998-06-04 |
Family
ID=11729000
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1009751A Expired - Lifetime JP2760830B2 (ja) | 1989-01-20 | 1989-01-20 | 変位の光学的測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2760830B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010096767A (ja) * | 2009-12-28 | 2010-04-30 | Hitachi Ltd | 変位計測方法とその装置 |
| US8064066B2 (en) | 2005-03-28 | 2011-11-22 | Hitachi, Ltd. | Method and apparatus for measuring displacement of a sample to be inspected using an interference light |
| JP2012053065A (ja) * | 2011-11-10 | 2012-03-15 | Hitachi Ltd | 変位計測方法とその装置 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS49123646A (ja) * | 1973-03-31 | 1974-11-26 | ||
| JPS61704A (ja) * | 1985-05-22 | 1986-01-06 | Hitachi Ltd | 精密位置決め移動台 |
-
1989
- 1989-01-20 JP JP1009751A patent/JP2760830B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS49123646A (ja) * | 1973-03-31 | 1974-11-26 | ||
| JPS61704A (ja) * | 1985-05-22 | 1986-01-06 | Hitachi Ltd | 精密位置決め移動台 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8064066B2 (en) | 2005-03-28 | 2011-11-22 | Hitachi, Ltd. | Method and apparatus for measuring displacement of a sample to be inspected using an interference light |
| US8659761B2 (en) | 2005-03-28 | 2014-02-25 | Hitachi, Ltd. | Method and apparatus for measuring displacement of a sample using a wire grid polarizer to generate interference light |
| JP2010096767A (ja) * | 2009-12-28 | 2010-04-30 | Hitachi Ltd | 変位計測方法とその装置 |
| JP2012053065A (ja) * | 2011-11-10 | 2012-03-15 | Hitachi Ltd | 変位計測方法とその装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2760830B2 (ja) | 1998-06-04 |
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