JP2001108408A - レーザ干渉装置 - Google Patents
レーザ干渉装置Info
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Abstract
境温度の変動による本体ベースの熱変形やスライダの移
動に伴う本体ベースのたわみに起因した誤差を排除す
る。 【解決手段】 レーザ干渉測長計の参照光路24を可変
長光路22と同様にスライダ16の移動方向に延在させ
る。スライダ16に設けられた線度器5の目盛を検出す
る光電顕微鏡4の検出位置と参照光路24の端部に位置
する固定反射鏡21をスライダ16の移動方向において
同一直線上に配置する。光電顕微鏡4及び固定反射鏡2
1は本体ベース1に設けられたブリッジ構造体3に固定
される。本体ベース1の熱変形やたわみが生じても、光
電顕微鏡4の検出位置と固定反射鏡21が等量だけ変位
し、光電顕微鏡4の検出誤差を相殺できる。
Description
にレーザ干渉測長計で移動量が測定されるスライダ部に
設けられる物体の処理に関する。
サビリティが特に重要視され、計測精度の不確かさの提
示が要求されつつある。レーザ波長が長さの標準となっ
ている現状においては、長さ標準へのトレーサブルの容
易化及び測長精度の不確かさ要因の簡素化のため、計測
機器及び超精密加工装置などにおける測長手段としてレ
ーザ干渉測長システムが広く用いられている。
スライダの変位を高精度に測定する手段としてレーザ干
渉測長システムを用いる場合、大気中の空気の温度や気
圧、湿度、CO2濃度の変動による屈折率の変化に起因
したレーザ波長の変動が高精度測長の妨げとなるため、
レーザ光路を真空にすることが提案されている。
測長システムを用いて、線度器の精度を評価する場合、
以下のように行う。すなわち、スライダ部に線度器を取
り付け、光電顕微鏡などにより線度器の目盛線を検出す
る。そして、レーザ干渉測長計を用いて検出されたスラ
イダの変位量を基準とし、光電顕微鏡により検出される
目盛線間隔の偏差を算出することにより、線度器の精度
評価を行うことができる。
然ながら基準となるスライダの変位量をレーザ干渉測長
計により高精度に検出することが前提となる。本願出願
人は、このような線度器評価用測長器としても用いるこ
とができる、高精度なレーザ干渉装置を特願平10−2
23235号にて提案した。以下、このレーザ干渉装置
について簡単に説明する。
ザ干渉装置の構成が示されている。本体ベース10、レ
ーザ光源12、干渉計部14、スライダ16、スライダ
駆動機構18及び反射ミラー20が設けられている。ま
た、ベローズ駆動キャリッジ30が設けられ、このキャ
リッジ30はスライダ16に連動してベローズ駆動機構
32によりスライダ16とともに図中矢印方向に移動す
る。一方、固定部34は本体ベース10に固定されてお
り、スライダ16やベローズ駆動キャリッジ30の移動
によっても移動せず、その位置を保持する。ベローズ駆
動キャリッジ30と固定部34の間には主ベローズ36
が設けられ、反射ミラー20とベローズ駆動キャリッジ
30との間には副ベローズ38が、干渉計部14と固定
部34との間には副べローズ40が設けられている。主
ベローズ36の内部は真空である。また、副ベローズ3
8及び40は、二重構造のベローズであり、内側が真空
状態に維持されるとともに、外側が大気圧以上の所定の
圧力に維持される。副ベローズ38の一端は、反射ミラ
ー20に接続され、他端はベローズ駆動キャリッジ30
に接続されている。スライダ16及びベローズ駆動キャ
リッジ30の動きの相対差は厳密にはゼロではないが、
柔的な結合を可能とする副ベローズ38の伸縮が外乱と
なるベローズ駆動キャリッジ30のスライダ16との相
対的な運動誤差を吸収する。
は、レーザ光路を真空状態にするとともに、二重ベロー
ズ構造を採用することで、高精度な測長が可能となる。
構造を用いたレーザ干渉装置を用いて、線度器の評価を
行う場合の一構成例が示されている。基本構成として
は、図2に示されたレーザ干渉装置に対し、さらにスラ
イダ16に評価対象となる線度器を設け、この線度器の
目盛りを検出するための光電顕微鏡を設けた構成であ
る。図において、(a)は平面図、(b)は側面図、
(c)は正面図である。レーザ干渉装置は本体ベース1
上に載置され、スライダ16上には評価対象となる線度
器5がスライダ16の移動方向に沿って固定される。線
度器5の目盛中心軸はレーザ干渉装置の光軸、すなわち
干渉計部14と反射ミラー20との間で形成される可変
長光路22の光軸上に配置される。また、本体ベース1
にアーム1aが設けられ、このアーム1aの先端に線度
器5の目盛を検出するための光電顕微鏡4を設置する。
光電顕微鏡4による線度器5の目盛の検出中心6は可変
長光路22の光軸上にある。
変位量はレーザ光源12と固定鏡21から成る参照光路
と可変長光路22の光路差に起因する干渉により高精度
に検出される。また、線度器5の目盛り線間隔は光電顕
微鏡4により検出される。そして、両検出値の偏差に基
づき線度器5の精度が評価される。
は、レーザ光路が真空であるため空気の屈折率変動など
に起因したレーザ波長変動の回避が可能であるが、その
一方で環境の温度変動に起因する干渉計部14から反射
ミラー20に至る区間、すなわち可変長光路22の区間
での本体ベース1の熱変形によるレーザ干渉測長方向の
伸縮の影響や、スライダ16の移動に伴う本体ベース1
に対する重量負荷の移動により本体ベース1にたわみが
生じ、光電顕微鏡4の検出中心6がレーザ干渉測長方向
に移動して大きな誤差要因となってしまう問題があっ
た。
ベース1に対する重量負荷の移動によって生じる本体ベ
ース1のたわみが模式的に示されている。図において、
実線で示される位置から二点鎖線で示される位置にスラ
イダ16が移動すると、スライダ16の重量により本体
ベース1の表面が図中下方向にたわむ。本体ベース1表
面のたわみ角をθ、本体ベース1の案内面(スライダ1
6がレール上に載置されている場合にはレール表面)か
らの光電顕微鏡4による検出中心6の高さをh、たわみ
による光電顕微鏡検出中心6の測長方向移動量をεとす
ると、
ってしまう。
長計を用いて測定し、スライダ16と一体となって移動
する線度器の移動量に対して補正することで誤差を解消
することも理論上は可能であるが、評価システムの構成
が徒に複雑化し、コストも増大する問題がある。
みなされたものであり、その目的は、環境温度の変動に
よる本体ベースの熱変形や、スライダの移動に伴う本体
ベースのたわみに起因する誤差を簡易に排除し、レーザ
干渉測長計を用いた高精度の処理が可能な装置を提供す
ることにある。
に、本発明は、参照光路と可変長光路を有し、スライダ
の移動量を前記参照光路と可変長光路間のレーザ光の干
渉を用いて測定するレーザ干渉計と、前記スライダ上に
前記スライダの移動方向の平行に固定された被処理物
と、前記レーザ干渉計の本体ベースに固定され、前記被
処理物を処理する処理手段とを有し、前記レーザ干渉計
にて同定される前記スライダの移動量を基準として前記
処理手段により前記被処理物を処理するレーザ干渉装置
であって、前記レーザ干渉計の光軸と前記処理手段によ
る前記被処理物への処理ポイントが直線上に配置され、
前記レーザ光の参照光路を構成する固定反射鏡は、前記
スライダの移動軸方向において前記処理ポイントと同一
位置となるように前記本体ベースに固定され、前記可変
長光路と前記参照光路が共に前記本体ベース上で前記ス
ライダの移動方向に延在することを特徴とする。
部、前記参照光路、及び前記可変長光路は真空状態であ
ることを特徴とする。ここで、前記参照光路は、パイプ
状構造体と2重構造のベローズからなり、前記ベローズ
を介して前記固定反射鏡に接続されることが好適であ
る。
は、前記スライダを跨ぐブリッジ構造体に設けられ、前
記ブリッジ構造体は前記本体ベースに固定されることを
特徴とする。
であり、前記処理手段は、前記処理ポイントで前記目盛
を検出する検出器であることが好適である。
定反射鏡は従来のように干渉計部内において可変長光路
と垂直に配置されるのではなく、スライダの移動軸方向
において処理ポイントと同一位置となるように本体ベー
スに固定される。被処理物を処理する際には、レーザ干
渉計における参照光路と可変長光路の干渉を用いてスラ
イダの移動量を検出しつつ行い、処理ポイント(線度器
評価の場合には目盛検出中心となる)は本体ベースのた
わみにより変位するが、レーザ干渉計の参照光路の反射
鏡位置も処理ポイントに同期して等量だけ変位するた
め、本体ベースのたわみによる処理ポイントの変位は相
殺され、誤差が自動的に除去される。
長光路を真空状態とすることで、屈折率の変動によるレ
ーザ波長の変動を防止し、高精度にスライダの移動量を
検出でき、処理ポイントでの高精度処理が可能となる。
移動軸方向において同一位置となるように本体ベースに
配置されるが、本体ベース上にスライダをまたぐような
ブリッジ構造を固設し、このブリッジ構造に処理手段及
び固定反射鏡を設けることでこの配置を容易に実現でき
る。本体ベースのたわみはブリッジ構造を介して処理手
段及び固定反射鏡を等量変位させ、処理ポイントと固定
反射鏡とのスライダ移動軸上における位置関係を維持し
て誤差を相殺する。
形態について、線度器評価を例にとり説明する。
用レーザ干渉装置の構成が示されている。図において、
(a)は平面図、(b)は側面図、(c)は正面図であ
る。図3の構成と主に異なる点は、参照光路の構成であ
る。すなわち、図3の構成においては、レーザ光源12
から射出したレーザ光は干渉計部14内のハーフプリズ
ムにて分割され、干渉計部14内の固定鏡21にて反射
し、再びハーフプリズムに戻ることで参照光路が形成さ
れているが、本実施形態においては、参照光路24は可
変長光路22と同様にスライダ16の移動方向に平行に
延在して存在する。参照光路26の端部を構成する固定
反射鏡21は、図3のように干渉計部14内に可変長光
路22に対して垂直に存在するのではなく、スライダ1
6の移動方向に沿って、可変長光路22と平行に、光電
顕微鏡4と検出中心6を結ぶ直線上に配置されている。
スライダ16には線度器5が設けられており、光電顕微
鏡4及び固定反射鏡21は(b)に示されるようにスラ
イダ16及び可変長光路22をまたぐように配置されて
いるブリッジ構造体3に固定されている。ブリッジ構造
体3は、その両脚が本体ベース1に固定される。
渉計部14内のハーフプリズムにて分割され、一方は可
変長光路24に沿って進行してスライダ16に設けられ
た反射鏡20で反射して干渉計部14に戻る。可変長光
路22は内部が真空状態のベローズ27及び二重ベロー
ズ28から構成される。ハーフミラーで分割された他方
は、干渉計部14内のミラー14aで反射されて可変長
光路22と平行な光となる。干渉計部14とブリッジ構
造体3に設けられた固定反射鏡21との間の参照光路2
4は内部が真空状態に維持されるパイプ状構造体26と
二重ベローズ28を含み、二重ベローズ28によりパイ
プ状構造体26とブリッジ構造体3及び干渉計部14が
柔的に接続され、双方に外力を与えない構造となってい
る。
端部である固定反射鏡21がスライダ16の移動軸方向
において光電顕微鏡4の検出中心6と同一位置に配置さ
れているため、環境温度の変動による本体ベースの熱変
形やスライダ16の移動に伴って本体ベース1にたわみ
が生じ、これにより光電顕微鏡4の検出中心6がレーザ
干渉測長方向において変位しても、このたわみにより同
時に参照光路を形成する固定反射鏡21も光電顕微鏡4
の検出中心6と等しくレーザ干渉測長方向に変位して光
電顕微鏡による検出誤差と基準となるレーザ干渉測長計
の検出誤差が相殺される。すなわち、本実施形態におい
ては、従来であれば固定であった参照光路が本体ベース
のたわみにより光電顕微鏡の検出中心と同期して変位
し、これにより光電顕微鏡の検出誤差が自動補正され
る。したがって、本体ベース1のたわみは線度器の評価
に影響を与えないことになり、高精度の評価が可能とな
る。
変長光路の軸)を包含する鉛直面に対して左右対称とな
るように構成し、スライダ16の重心移動がレーザ干渉
光軸を包含する鉛直面内となるように設計することで、
本体ベース1はスライダ16の重心移動によるねじれや
熱の非対称性によるねじれの発生を最小限に抑えること
ができ、参照光路の構成と相俟ってより確実に誤差を除
去することができる。
に被処理物である線度器5を設け、処理手段として光電
顕微鏡を設けて線度器の精度を評価する処理を行う場合
について示したが、本発明はこれに限定されるものでは
なく、他の処理にも適用することができる。例えば、ブ
リッジ構造体3に設けられた光電顕微鏡4に代え、処理
手段としてプローブや加工ヘッド、あるいは露光ヘッド
などを設け、それぞれ端度器評価処理や加工処理、露光
処理を行うことで、ゲージブロックやステップゲージな
どの端度器評価用装置や超精密加工機械、高精度露光装
置などを構成することができる。超精密加工機械を例に
とると、スライダ16に被加工物を設け、レーザ干渉測
長計で高精度に位置決めしつつ加工ヘッドで加工処理を
行うことになり、本体ベース1のたわみの影響を受けず
高精度の加工が可能となる。
環境温度の変動による本体ベースの熱変形やスライダの
移動に伴う本体ベースのたわみに起因した誤差を簡易に
排除することができ、これによりレーザ干渉測長計を用
いて高精度の処理が可能となる。
度器評価機の構成図である。
スのたわみ発生説明図である。
鏡、5 線度器、16スライダ、21 固定反射鏡、2
2 可変長光路、24 参照光路。
Claims (5)
- 【請求項1】 参照光路と可変長光路を有し、スライダ
の移動量を前記参照光路と可変長光路間のレーザ光の干
渉を用いて測定するレーザ干渉計と、前記スライダ上に
前記スライダの移動方向の平行に固定された被処理物
と、前記レーザ干渉計の本体ベースに固定され、前記被
処理物を処理する処理手段とを有し、前記レーザ干渉計
にて同定される前記スライダの移動量を基準として前記
処理手段により前記被処理物を処理するレーザ干渉装置
であって、 前記レーザ干渉計の光軸と前記処理手段による前記被処
理物への処理ポイントが直線上に配置され、 前記レーザ光の参照光路を構成する固定反射鏡は、前記
スライダの移動軸方向において前記処理ポイントと同一
位置となるように前記本体ベースに固定され、前記可変
長光路と前記参照光路が共に前記本体ベース上で前記ス
ライダの移動方向に延在することを特徴とするレーザ干
渉装置。 - 【請求項2】 請求項1記載の装置において、 前記レーザ測長計を構成する干渉計部、前記参照光路、
及び前記可変長光路は真空状態であることを特徴とする
レーザ干渉装置。 - 【請求項3】 請求項2記載の装置において、 前記参照光路は、パイプ状構造体と2重構造のベローズ
からなり、前記ベローズを介して前記固定反射鏡に接続
されることを特徴とするレーザ干渉装置。 - 【請求項4】 請求項1記載の装置において、 前記処理手段及び前記固定反射鏡は、前記スライダを跨
ぐブリッジ構造体に設けられ、前記ブリッジ構造体は前
記本体ベースに固定されることを特徴とするレーザ干渉
装置。 - 【請求項5】 請求項1〜4のいずれかに記載の装置に
おいて、 前記被処理物は目盛を有する線度器であり、 前記処理手段は、前記処理ポイントで前記目盛を検出す
る検出器であることを特徴とするレーザ干渉装置。
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