JP2990309B2 - 差動型干渉測長計の補正係数測定用光学部材 - Google Patents

差動型干渉測長計の補正係数測定用光学部材

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JP2990309B2 JP3137826A JP13782691A JP2990309B2 JP 2990309 B2 JP2990309 B2 JP 2990309B2 JP 3137826 A JP3137826 A JP 3137826A JP 13782691 A JP13782691 A JP 13782691A JP 2990309 B2 JP2990309 B2 JP 2990309B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光源からのレー
ザ光束を参照光束と測長光束に分岐して、平行な両光束
をそれぞれ戻し部材で来た方向に戻す往復光路に通した
後、両光束を合わせて両光束の前記戻し部材の間の距離
情報を担持した干渉光束を得る差動型干渉測長計の波長
補正に用いられる補正係数測定用光学部材(以下、単に
補正用部材と言う)に関する。
【0002】
【従来の技術】上述のような差動型干渉測長計は参照光
束と測長光束の前記戻し部材間の距離の変化をnm程度の
測長分解能の精度で求めることができる。しかし、それ
には、温湿度や大気圧等の環境条件の変化で変わる波長
が関係するから、波長変化に基づく誤差を補正する必要
があり、その補正には従来、参照光束と測長光束に予じ
め知り得る基準長の光路差を設けておいて環境条件の変
化に伴って波長が変化することによる基準長光路差の測
定波数変化を二つの環境条件間について求め、別途例え
ば同様の測長計により前記二つの環境条件のうちの一方
の環境条件を基準条件としてその条件で波数が例えば1
だけ変化する測長鏡の移動量から基準条件の波長すなわ
ち基準波長を求めて、この基準波長と基準長光路差と測
定波数変化とから基準条件に対して変化した他方の環境
条件での波長を計算し、得られた波長を別途同様の環境
条件と測長計により求めた測定波数に対して用いる第1
の方法、参照光束と測長光束をそれぞれ同じ距離の環境
条件が変化しない真空中と変化する空気中を通すことで
両光束から基準波長に対する環境条件の変化に伴う波長
変化を求め、別途第1の方法で基準波長を求めたのと同
じ方法で上述の波長変化に対応した環境条件の波長を求
めてその波長と波長変化とから基準波長を決定し、その
基準波長と環境条件に応じた波長変化から環境条件に応
じた波長を求めて、その波長を同様の環境条件と測長計
により求めた測定波数に対して用いる第2の方法、環境
条件の温度、湿度、大気圧、CO2濃度を測定し、Edl'en
らの関係式により空気の屈折率を求め、それからレーザ
光源の発振周波数によりレーザ光束の大気中での波長を
求めて、その波長を同様の環境条件で求めた測定波数に
対して用いる第3の方法、第3の方法で求めた波長を第
1の方法における基準波長や第2の方法における波長変
化に対応した環境条件の波長として用いる第3と第1ま
たは第2の方法を組合わせたような第4の方法が用いら
れている。これらの方法のうちでは第1と第2の方法、
特に第1の方法が最も直接的な測定に基づく簡便な補正
方法である。
【0003】第1および第2の方法にはそれぞれ図3お
よび図4に示したような補正用部材1が用いられる。図
3の補正用部材1は、例えば石英等の低線膨張係数材料
から成るスペーサ11によって部分裏面鏡板12と表面鏡板
13とを環境条件の変化に対し安定して予め正確に求める
ことができる間隔で平行に対峙させた構造から成る。ま
た、図4の補正用部材1は、石英等の低線膨張係数材料
から成る筒壁14と、筒壁14の両端を閉塞して筒壁14内の
真空を保ち筒壁14の少なくとも対向壁部分の両外側に張
り出す表面積を持った一端側の透光端板15と、他端側の
前記透光端板15と対向する面に反射面16aを形成されて
いる反射鏡端板16との結合構造から成る。
【0004】図3の測長計は、不図示のレーザ光源から
の矢印を符した実線Lで示した、ヘテロダイン方式では
互いに直交した直線偏光の2波長のレーザ光束、または
干渉縞係数方式では単一波長の円偏光のレーザ光束が、
偏光ビームスプリッタ2により矢印を符した一点鎖線で
示した参照光束Rと矢印を符した二点鎖線で示した測長
光束Mとに分岐され、参照光束Rが補正用部材1の部分
裏面鏡板12で反射される往復光路を2度通り、測長光束
Mが補正用部材1の表面鏡板13で反射される往復光路を
2度通って、その後両光束M,Rが偏光ビームスプリッ
タ2により会合させられて部分裏面鏡板12と表面鏡板13
の反射面間の距離情報を担持した矢印を符した点線で示
した干渉光束Iを与え、この干渉光束Iを図3には不図
示の検出手段に入力して環境条件の変化で波長が変化す
ることによる前記反射面間の測定長変化をヘテロダイン
方式では2波長のビート周波数の変化として、また干渉
縞係数方式では干渉縞の強度変化として求めるものであ
る。そして第1の方法は、図3の測長計で求めた測定長
変化と、スペーサ11の長さとして別に求められる基準長
と、別の同様の差動型干渉測長計を用いて図3の測長計
で測定長変化を求めたときの一方の環境条件と同じ条件
により測長鏡の1波長分の移動量として求められる基準
波長とから測定長変化を求めたときの他方の環境条件に
対応する波長を求めて、この波長を同様の環境条件と測
長計により求めた測定波数の波長として用いる方法であ
る。なお、第4の方法は、上述の基準波長の代りに前述
の第3の方法で得られる同じ環境条件に対応した波長を
用いる方法である。また図3の参照光束Rと測長光束M
は入れ換っても結果は変らない。そして、3はコーナー
キューブプリズム、4はλ/4移相板、5は反射鏡であ
る。
【0005】図4の測長計は、図3と同様のレーザ光束
Lが図3と同様の光学系または従来公知の偏光シェアリ
ング板等を用いた光学系あるいは先に本発明者により発
明されて特願平3-44890号により出願されている干渉プ
リズムを用いた光学系から成るような干渉用の分岐会合
光学系6によって参照光束Rと測長光束Mに分岐され、
参照光束Rが筒壁14の内側の真空中を通って反射鏡端板
16の反射面16aで反射される往復光路を2度通り、測長
光束Mが筒壁14の外側の空気中を通って反射鏡端板16の
反射面16aで反射される往復光路を2度通った後、参照
光束Rと測長光束Mが分岐会合光学系6によって会合さ
せられて環境条件の変化で基準波長に対し変化した波長
情報を担持している干渉光束Iとして検出手段7に入射
され、検出手段7により基準波長に対し相対的に変化し
た波長を求めるものである。この場合も基準波長を第1
の方法と同様別途測長計または第3の方法により求め、
その基準波長と上述の相対的変化の波長とから環境条件
に応じて変化した波長を求め、その波長を同様の環境条
件と測長計により求めた測定波数に乗ずることになる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来の図3に示した補
正用部材1は、前述のように、少なくともスペーサ部材
11と、透光板の片面中央部に反射防止コートを設け、そ
の両側に反射コートを設けたような部分裏面鏡板12と、
表面鏡板13とを接合した構造から成るため、精度よく作
るのに手間が掛ってコストが高く付くと言う問題があ
る。また図4に示した補正用部材1は、透光端板15が反
射コートを必要としないだけ図3の部分裏面鏡板12によ
り簡単であるとしても、筒壁14の内側を真空にしなけれ
ばならないから一層製作に手間が掛ってコスト高になる
と言う問題がある。
【0007】本発明は、上述の問題を解消するためにな
されたものであり、構造が簡単で容易に精度よく安価に
得られて堅牢性にも優れ、機能が図3の補正用部材1と
変わらない補正用部材の提供を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、レーザ光源か
らのレーザ光束を参照光束と測長光束に分岐して、平行
な両光束をそれぞれ戻し部材で来た方向に戻す往復光路
に通した後、両光束を合わせて両光束の前記戻し部材の
間の距離情報を担持した干渉光束を得る差動型干渉測長
計の波長補正に用いられる補正用部材において、両端面
が平滑面に研摩されてそのうちの一方の端面を反射面と
された棒状の定長反射部材と、該定長反射部材の他方の
端面から横に食み出す長さの一側面を平滑面に研摩され
てその中央部を前記定長反射部材の他方の端面に合わせ
て定長反射部材とT字型に組合わされ定長反射部材から
両側に食み出た前記一側面の平滑面を反射面とされた棒
状の桁型反射部材とから成ることを特徴とする差動型干
渉測長計の補正用部材にあり、この構成によって前記目
的を達成する。
【0009】
【作用】すなわち、本発明の補正用部材は、両端面を平
滑面に研摩されてそのうちの一端面を反射面にした棒状
の定長反射部材と、定長反射部材の端面から食み出す長
さの一側面を平滑面に研摩されてその面の定長反射部材
の端面から両側に食み出す部分を反射面にした棒状の桁
型反射部材とをT字型に組合わした簡単な構造から成る
から、容易に精度よく安価に作ることができて、堅牢性
に優れ、定長反射部材の反射面と桁型反射部材の反射面
とをそれぞれ参照光束と測長光束を往復させる反射面と
することによって、図3で述べたと同様に環境条件によ
って変化する波長の影響を補正するのに用いることがで
きる。
【0010】
【実施例】以下、本発明を図1、図2に示した実施例に
よって説明する。
【0011】図1は本発明の補正用部材の例を示す斜視
図、図2は本発明の補正用部材を用いた補正係数測定用
の測長計の例を示す概要構成平面図である。
【0012】図1の補正用部材1は、石英等の低線膨張
係数材料、好ましくは線膨張係数が10-7以下の材料から
成っていて、両端面が平滑面に研摩され、一方の端面が
反射コートを設けられて反射面17aにされた角棒状の定
長反射部材17と、同様の材料から成っていて定長反射部
材17の端面から食み出す長さの一側面が平滑面に研摩さ
れ、その面の定長反射部材17の端面から両側に食み出す
部分が反射コートを設けられて反射面18aにされた角棒
状の桁型反射部材18とをT字型に結合した構造のもので
あり、この結合は定長反射部材17の平滑端面と桁型反射
部材18の平滑側面中央部との平滑面のリンギングによる
ものでもよいし、あるいはさらに桁型反射部材18の平滑
側面とは反対側の面側から定長反射部材17内に結合用の
ねじや摩擦ピンを通して行われたものでもよい。
【0013】図2の測長計は、レーザ光束Lを参照光束
Rと測長光束Mに分岐し、また両光束R,Mを会合させ
て干渉光束Iを検出手段7に出射する分岐会合光学系6
に特願平3-44890号の干渉プリズムを用い、図1の補正
用部材1を用いて環境条件が変化して波長が変化したこ
とによる光路長差の測定波数変化を求めるものである。
環境条件に応じた波長は以下のように求める。
【0014】参照光束Rと測長光束Mの幾何学的な光路
長差Dは、両光束RとMが補正用部材1で反射される往
復光路を共に2回取るから、定長反射部材17の長さの基
準長Lの4倍である。この光路長差Dをある環境条件の
波長λ0で波数M0として求めてD=4L=M0λ0の関係
が得られ、また光路長差Dを異なる環境条件の波長λ1
で波数M1として求めてD=4L=M1λ1の関係が得ら
れる。しかし、図2の測長計で求められるのは環境条件
の変化による波数変化のM1−M0=ΔMである。そこ
で、λ0を基準波長としてλ1を前述の両関係式からλ0,
L,ΔMの関数として求めると、λ1=λ0/(1+λ0・Δ
M/4L)となる。
【0015】λ0は、前述のある環境条件で同様の差動
型干渉測長計により参照光束と測長光束の光路長差が4
波長分変化する測長鏡の移動距離を求める方法や、先の
述べた第3の方法の関係式を用いる方法によって求める
ことができる。したがって、環境条件に応じた波長λ1
はλ0,L,ΔMから得られる。この波長λ1を同様の環境
条件と測長計により求めた測定波数に乗じて環境条件の
変化による波長変化の影響を補正した測定長を得ること
ができる。
【0016】なお、定長反射部材17の長さを基準長Lと
するためには、定長反射部材17の反射面17aと桁型反射
部材18の反射面18aの反射コート厚を等しいとして、定
長反射部材17の平滑端面が接する桁型反射部材18の平滑
側面中央部分は反射コートを設けないことが好ましい。
それは接合を平滑面のリンギングによるものとする場合
に強い接着力を得るためにも好ましいことである。接合
面間に反射コートを設けたり接着剤を用いたりすると、
接合後に反射面17aと反射面18a間の距離を測定するこ
とや接着剤の熱膨縮を考慮することが必要になる。
【0017】また、定長反射部材17の線膨張係数をαと
すれば、定長反射部材17の0℃の長さをL0としてt℃
の基準長LがL0(1+αt)で変化するから、光路長差
を求めた波長と波数をλ、Mとして、λ=4L0(1+α
t)/Mが得られるから、このλを波長とすればよい。し
かし、定長反射部材17にαが10-7以下の材料を用いた場
合は、一般的なレーザ干渉測長計の測長精度が10-7〜10
-8程度であるから、定長反射部材17の長さを一定として
十分である。
【0018】桁型反射部材18の線膨張係数は定長反射部
材17におけるほど重要ではないが、両者の結合部に熱応
力や歪が生じないように、桁型反射部材18にも定長反射
部材17と同様の線膨張係数の材料さらには10-7以下の線
膨張係数の材料を用いるのが好ましい。また、定長反射
部材17と桁型反射部材18は、図示例のように角棒状とす
るのが生産性等から好ましいが、それに限られるもので
はない。
【0019】
【発明の効果】本発明の補正用部材は、構造が簡単で、
容易に精度よく安価に作ることができ、堅牢性にも優れ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の補正用部材の例を示す斜視図。
【図2】本発明の補正用部材を用いた補正係数測定用の
測長計の例を示す概要構成平面図。
【図3】波長変化の影響の補正係数を求めるための測長
計の例を示す構成概要図。
【図4】波長変化の影響の補正係数を求めるための測長
計の例を示す構成概要図。
【符号の説明】
1 補正用部材 17 定長反射部材 18 桁型反射部材 17a 反射面 18a 反射面 6 分岐会合光学系 7 検出手段 L レーザ光束 R 参照光束 M 測長光束 I 干渉光束

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ光源からのレーザ光束を参照光束
    と測長光束に分岐して、平行な両光束をそれぞれ戻し部
    材で来た方向に戻す往復光路に通した後、両光束を合わ
    せて両光束の前記戻し部材の間の距離情報を担持した干
    渉光束を得る差動型干渉測長計の波長補正に用いられる
    補正係数測定用光学部材において、両端面が平滑面に研
    摩されてそのうちの一方の端面を反射面とされた棒状の
    定長反射部材と、該定長反射部材の他方の端面から横に
    食み出す長さの一側面を平滑面に研摩されてその中央部
    を前記定長反射部材の他方の端面に合わせて定長反射部
    材とT字型に組合わされ定長反射部材から両側に食み出
    た前記一側面の平滑面を反射面とされた棒状の桁型反射
    部材とから成ることを特徴とする差動型干渉測長計の補
    正係数測定用光学部材。
  2. 【請求項2】 少なくとも前記定長反射部材に線膨張係
    数が10-7以下の材料が用いられている請求項1の差動型
    干渉測長計の補正係数測定用光学部材。
  3. 【請求項3】 前記定長反射部材と桁型反射部材とが平
    滑面のリンギングでT字型に組合わされている請求項1
    の差動型干渉測長計の補正係数測定用光学部材。
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