JPH06229922A - 高精度空気屈折率計 - Google Patents
高精度空気屈折率計Info
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- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
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- G01N21/45—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length using interferometric methods; using Schlieren methods
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Abstract
(57)【要約】
【構成】非線形結晶によって発生された第２高調波と基
本波を用いた２色法において、これらの波を再び非線形
結晶に入射させて基本波とその第２高調波を干渉させる
ことによって、２波長による干渉縞の数の差を高分解能
で測定し、空気の屈折率を精密に求める装置。 【効果】空気の屈折率を高い精度で測定する干渉計を提
供する。
本波を用いた２色法において、これらの波を再び非線形
結晶に入射させて基本波とその第２高調波を干渉させる
ことによって、２波長による干渉縞の数の差を高分解能
で測定し、空気の屈折率を精密に求める装置。 【効果】空気の屈折率を高い精度で測定する干渉計を提
供する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電子工業・機械工業な
どの精密生産分野及び測長機などの校正技術において課
題となっている位置決め・寸法計測のためのレーザ光の
応用法に関するものである。
どの精密生産分野及び測長機などの校正技術において課
題となっている位置決め・寸法計測のためのレーザ光の
応用法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】最近、長さを精密に測定するために、多
くの種類の光波干渉測長計が開発され、その測定の分解
能が１ナノメートルに達しているが、数十ミリメートル
以上の長さにおいては、これらの測長計は空気の影響に
よってその測定精度が数ｐｐｍ程度に限定されていた。
このために、２色法といって、光波干渉計測長計の光源
として、波長が異なる２色レーザを用いて測定すること
によって、光波干渉による光学的測長値における空気の
補正を実時間で行い、幾何学的長さを得ることが提案さ
れている。
くの種類の光波干渉測長計が開発され、その測定の分解
能が１ナノメートルに達しているが、数十ミリメートル
以上の長さにおいては、これらの測長計は空気の影響に
よってその測定精度が数ｐｐｍ程度に限定されていた。
このために、２色法といって、光波干渉計測長計の光源
として、波長が異なる２色レーザを用いて測定すること
によって、光波干渉による光学的測長値における空気の
補正を実時間で行い、幾何学的長さを得ることが提案さ
れている。
【０００３】いま、２光束型干渉計などにおいて波長λ
1とλ2による測長値をそれぞれＬ1、Ｌ2、またその時の
空気の屈折率をｎ1、ｎ2とすると、空気の屈折率（ｎ2
−１）は、 （ｎ2−１）＝（Ｌ2−Ｌ1）・Ａ／Ｌx （１） によって与えられる。ここで、Ｌxは概略値でよいの
で、Ｌ1またはＬ2の値を用いてよい。また、”Ａ”係数
は、｛（ｎ02−１）／（ｎ02−ｎ01）｝で与えられ、定
数であることが知られている。ここで、ｎ01及びｎ02は
標準状態おける空気の屈折率である。Ａ係数の値は使用
する２波長に依存し、数１０〜数１００の値となるの
で、通常の干渉計による測定方法では空気の屈折率の決
定分解能が悪くなり、数十から数百ｃｍの比較的短い長
さ領域では光波干渉による測長精度の向上が困難であ
る。
1とλ2による測長値をそれぞれＬ1、Ｌ2、またその時の
空気の屈折率をｎ1、ｎ2とすると、空気の屈折率（ｎ2
−１）は、 （ｎ2−１）＝（Ｌ2−Ｌ1）・Ａ／Ｌx （１） によって与えられる。ここで、Ｌxは概略値でよいの
で、Ｌ1またはＬ2の値を用いてよい。また、”Ａ”係数
は、｛（ｎ02−１）／（ｎ02−ｎ01）｝で与えられ、定
数であることが知られている。ここで、ｎ01及びｎ02は
標準状態おける空気の屈折率である。Ａ係数の値は使用
する２波長に依存し、数１０〜数１００の値となるの
で、通常の干渉計による測定方法では空気の屈折率の決
定分解能が悪くなり、数十から数百ｃｍの比較的短い長
さ領域では光波干渉による測長精度の向上が困難であ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとしている課題】本発明は、従来の
２色法による干渉測長計において、２つの波長による干
渉縞を別々に光電検出して計数していたので、干渉縞測
定の分解能が悪いだけでなく、干渉性の良い光源が必要
であるなどの測定系が複雑であったことを解決するもの
である。
２色法による干渉測長計において、２つの波長による干
渉縞を別々に光電検出して計数していたので、干渉縞測
定の分解能が悪いだけでなく、干渉性の良い光源が必要
であるなどの測定系が複雑であったことを解決するもの
である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するに
は、上述の議論より、２色法におけるＡ係数が小さいこ
とが重要であると同時に、干渉縞の測定の分解能を上げ
ることが必要である。本発明は、非線形結晶の特徴を利
用して基本波と第２高調波の干渉を実現し高分解能な干
渉縞計測を可能とするものであり、装置が簡単になると
いう利点もある。
は、上述の議論より、２色法におけるＡ係数が小さいこ
とが重要であると同時に、干渉縞の測定の分解能を上げ
ることが必要である。本発明は、非線形結晶の特徴を利
用して基本波と第２高調波の干渉を実現し高分解能な干
渉縞計測を可能とするものであり、装置が簡単になると
いう利点もある。
【０００６】いま、波長λ1とλ2における空気の屈折率
をそれぞれｎ1，ｎ2とすると、あらかじめλ2に変換さ
れて伝搬する波とλ1のままで伝搬した後λ2に変換され
る波との干渉における光路差ΔＬは、 ΔＬ＝Ｌ（ｎ2−ｎ1） ＝（ｎ2−１）Ｌ／Ａ （２） によって与えられる。ここで、Ｌは光路長であり、概略
値でよい。従って、ΔＬつまり干渉縞の位相を精密に測
定し、その値をＬで割ると空気の屈折率が求められる。
本発明では、（２）式から分かるように、単一の波長の
場合と等価なΔＬの測定だけでよいので、高い分解能で
位相が測定される。つまり、従来は、ビームスプリッタ
ーを用いて基本波と第２高調波を別々に干渉させ測定し
た後で、計数された干渉縞の数の差をとっていたので、
生成される干渉縞の数が多くて干渉縞の測定の分解能を
向上させることが困難であった。これに対し、本発明は
従来のビームスプリッターの代わりに非線形結晶を用い
て基本波と第２高調波を干渉させるので、これらの波長
の違いによる分だけの干渉縞が形成されるため、干渉縞
の数は従来の場合の１０-6のオーダと格段に少なくなる
ので、発生される干渉縞を高密度でコンピュータなどに
記録でき、干渉縞の位相の精密測定が可能となり、ナノ
メートルのオーダでの高精度測長が実現される。
をそれぞれｎ1，ｎ2とすると、あらかじめλ2に変換さ
れて伝搬する波とλ1のままで伝搬した後λ2に変換され
る波との干渉における光路差ΔＬは、 ΔＬ＝Ｌ（ｎ2−ｎ1） ＝（ｎ2−１）Ｌ／Ａ （２） によって与えられる。ここで、Ｌは光路長であり、概略
値でよい。従って、ΔＬつまり干渉縞の位相を精密に測
定し、その値をＬで割ると空気の屈折率が求められる。
本発明では、（２）式から分かるように、単一の波長の
場合と等価なΔＬの測定だけでよいので、高い分解能で
位相が測定される。つまり、従来は、ビームスプリッタ
ーを用いて基本波と第２高調波を別々に干渉させ測定し
た後で、計数された干渉縞の数の差をとっていたので、
生成される干渉縞の数が多くて干渉縞の測定の分解能を
向上させることが困難であった。これに対し、本発明は
従来のビームスプリッターの代わりに非線形結晶を用い
て基本波と第２高調波を干渉させるので、これらの波長
の違いによる分だけの干渉縞が形成されるため、干渉縞
の数は従来の場合の１０-6のオーダと格段に少なくなる
ので、発生される干渉縞を高密度でコンピュータなどに
記録でき、干渉縞の位相の精密測定が可能となり、ナノ
メートルのオーダでの高精度測長が実現される。
【０００７】
【作用】現在、光波干渉測長計は多くの科学・工業の分
野において利用されており、先端的電子・機械工業にお
ける部品寸法の高精度化に利用できることのほか、測定
環境の安定でない場所や長い光路での使用の要求も増え
てきている。この場合、問題となるのが空気ゆらぎとそ
の屈折率の補正である。本発明では、空気の屈折率を実
時間的に自動補正することによって、空気中における光
波干渉測長の精度が容易でかつ高くなるので、光計測に
関連・熟知していない研究者・技術者でも有効に利用す
ることができる。
野において利用されており、先端的電子・機械工業にお
ける部品寸法の高精度化に利用できることのほか、測定
環境の安定でない場所や長い光路での使用の要求も増え
てきている。この場合、問題となるのが空気ゆらぎとそ
の屈折率の補正である。本発明では、空気の屈折率を実
時間的に自動補正することによって、空気中における光
波干渉測長の精度が容易でかつ高くなるので、光計測に
関連・熟知していない研究者・技術者でも有効に利用す
ることができる。
【０００８】
【実施例】図１に干渉縞計数方式による２色干渉測長計
を示す。レーザ光１は、レンズ２を経て非線形結晶３に
入射し第２高調波が発生された後、レンズ４によってコ
リメートされる。この第２高調波と基本波が干渉測長な
どのために空気中を伝搬し、移動台に配置された反射鏡
５からの反射光の偏光状態を波長板６などによって調整
した後、レンズ７を経てから非線形結晶８に入射し、第
２高調波はそのまま進行するが、基本波の一部は第２高
調波に変換されるので、この波と元の第２高調波とが干
渉する。この干渉縞は媒質としての空気の分散特性にお
ける基本波と第２高調波との違いの分だけ発生されるの
で、第２高調波による単一の波長による通常の干渉縞の
数の約１０の６乗分の４となり、計測すべき干渉縞の数
が極端に少なくなり、高精度な干渉縞の位相測定が可能
となる。また、２波長の干渉縞を別々に測定する場合に
比較して、外乱による誤差要因も少なくなる。これらの
干渉縞信号はリバーシブルカウンターで計数され、ま
た、パーソナルコンピュータに入力され、空気の屈折率
が計算される。
を示す。レーザ光１は、レンズ２を経て非線形結晶３に
入射し第２高調波が発生された後、レンズ４によってコ
リメートされる。この第２高調波と基本波が干渉測長な
どのために空気中を伝搬し、移動台に配置された反射鏡
５からの反射光の偏光状態を波長板６などによって調整
した後、レンズ７を経てから非線形結晶８に入射し、第
２高調波はそのまま進行するが、基本波の一部は第２高
調波に変換されるので、この波と元の第２高調波とが干
渉する。この干渉縞は媒質としての空気の分散特性にお
ける基本波と第２高調波との違いの分だけ発生されるの
で、第２高調波による単一の波長による通常の干渉縞の
数の約１０の６乗分の４となり、計測すべき干渉縞の数
が極端に少なくなり、高精度な干渉縞の位相測定が可能
となる。また、２波長の干渉縞を別々に測定する場合に
比較して、外乱による誤差要因も少なくなる。これらの
干渉縞信号はリバーシブルカウンターで計数され、ま
た、パーソナルコンピュータに入力され、空気の屈折率
が計算される。
【０００９】
【発明の効果】以上の実施例で述べた計測技術は既存し
ない新しい長さの測定技術であり、半導体デバイスな
どの電子関連生産産業分野、及び機械など各種の精密
工業関連の分野において、部品・製品の高精度な寸法測
定技術や他の長さ測定機の高精度校正技術のための空気
の屈折率の補正法として価値が高い。
ない新しい長さの測定技術であり、半導体デバイスな
どの電子関連生産産業分野、及び機械など各種の精密
工業関連の分野において、部品・製品の高精度な寸法測
定技術や他の長さ測定機の高精度校正技術のための空気
の屈折率の補正法として価値が高い。
【００１０】
【図１】本発明の実施例を示す光学的構成図である。
１ レーザ光源 ２，７，９ レンズ ３，８ ＫＴＰ結晶 ４ コリメータ ５ プローブ鏡 ６ λ／２板板 １０ フィルター １１ 光電検出器 １２ 信号処理回路 １３ パーソナルコンピュータ
Claims (1)
- 【請求項１】非線形光学結晶で発生される第２高調波と
基本波の２波長レーザをもう一度非線形結晶に入射さ
せ、第２高調波と基本波を干渉させることによって、空
気の分散特性の差のみの干渉縞を発生させ空気の屈折率
を精密に求める方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5037529A JPH06229922A (ja) | 1993-02-02 | 1993-02-02 | 高精度空気屈折率計 |
| US08/187,483 US5394240A (en) | 1993-02-02 | 1994-01-28 | High-accuracy air refractometer utilizing two nonlinear optical crystal producing 1st and 2nd second-harmonic-waves |
| DE4403021A DE4403021C2 (de) | 1993-02-02 | 1994-02-01 | Luftrefraktometer hoher Genauigkeit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5037529A JPH06229922A (ja) | 1993-02-02 | 1993-02-02 | 高精度空気屈折率計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06229922A true JPH06229922A (ja) | 1994-08-19 |
Family
ID=12500073
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5037529A Pending JPH06229922A (ja) | 1993-02-02 | 1993-02-02 | 高精度空気屈折率計 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5394240A (ja) |
| JP (1) | JPH06229922A (ja) |
| DE (1) | DE4403021C2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004286575A (ja) * | 2003-03-20 | 2004-10-14 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 光学材料の群屈折率精密計測方法及び装置 |
| JP2009186366A (ja) * | 2008-02-07 | 2009-08-20 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 位相安定化光学装置 |
| JP2012103140A (ja) * | 2010-11-11 | 2012-05-31 | Canon Inc | 干渉計測方法および干渉計測装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5488230A (en) * | 1992-07-15 | 1996-01-30 | Nikon Corporation | Double-beam light source apparatus, position detecting apparatus and aligning apparatus |
| EP0645616A4 (en) * | 1992-12-25 | 1996-03-27 | Vladimir Prokopievich Drachev | DISPERSIONS INTERFEROMETER. |
| US5404222A (en) * | 1994-01-14 | 1995-04-04 | Sparta, Inc. | Interferametric measuring system with air turbulence compensation |
| US5767971A (en) * | 1994-12-20 | 1998-06-16 | Nikon Corporation | Apparatus for measuring refractive index of medium using light, displacement measuring system using the same apparatus, and direction-of-polarization rotating unit |
| JPH08320206A (ja) * | 1995-03-23 | 1996-12-03 | Nikon Corp | 光波干渉測定装置および光波干渉測定方法 |
| JP2805045B2 (ja) * | 1996-08-27 | 1998-09-30 | 工業技術院長 | 空間位置決め方法 |
| US5870185A (en) * | 1996-10-21 | 1999-02-09 | C.F.C. Technology, Inc. | Apparatus and method for fluid analysis |
| US6611339B1 (en) | 2000-06-09 | 2003-08-26 | Massachusetts Institute Of Technology | Phase dispersive tomography |
| CN102033053B (zh) | 2010-11-12 | 2012-06-20 | 浙江理工大学 | 基于激光合成波长干涉的空气折射率测量方法及装置 |
| ITTO20120785A1 (it) * | 2012-09-12 | 2014-03-13 | Fond Istituto Italiano Di Tecnologia | Micro-interferometro per microscopia interferenziale in n-esima armonica. |
| US10648908B2 (en) | 2016-03-14 | 2020-05-12 | Agency For Science, Technology And Research | Optical system, method of forming and operating the same |
| DE102022120607B4 (de) | 2022-08-16 | 2024-08-01 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Optische Vorrichtung, System und Verfahren zur Dispersionsinterferometrie |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0401576B1 (de) * | 1989-06-07 | 1993-07-14 | Tabarelli, Werner, Dr. | Interferometeranordnung |
| US5172186A (en) * | 1990-07-03 | 1992-12-15 | Konica Corporation | Laser interferometry length measuring an apparatus employing a beam slitter |
| US5116126A (en) * | 1991-01-07 | 1992-05-26 | Optodyne, Inc. | Interferometer requiring no critical component alignment |
| GB9202691D0 (en) * | 1992-02-08 | 1992-03-25 | Renishaw Transducer Syst | Straightness interferometer system |
-
1993
- 1993-02-02 JP JP5037529A patent/JPH06229922A/ja active Pending
-
1994
- 1994-01-28 US US08/187,483 patent/US5394240A/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-02-01 DE DE4403021A patent/DE4403021C2/de not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2004286575A (ja) * | 2003-03-20 | 2004-10-14 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 光学材料の群屈折率精密計測方法及び装置 |
| JP2009186366A (ja) * | 2008-02-07 | 2009-08-20 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 位相安定化光学装置 |
| JP2012103140A (ja) * | 2010-11-11 | 2012-05-31 | Canon Inc | 干渉計測方法および干渉計測装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE4403021C2 (de) | 1996-09-12 |
| DE4403021A1 (de) | 1994-08-04 |
| US5394240A (en) | 1995-02-28 |
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