JP3064613B2 - 高精度座標測定装置 - Google Patents
高精度座標測定装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ干渉を利用した
高精度座標測定装置に関する。
高精度座標測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】先ず従来技術に基づいて作られたレーザ
干渉座標測定器の概念を示す図１１について説明する。
Ｘ，Ｙ方向に移動可能なステージ６の上には長方形の反
射鏡Ｍｘ、Ｍｙが固定されている。これらの反射鏡Ｍ
ｘ、ＭｙはそれぞれＸ軸測定用レーザ干渉計（以下Ｘ軸
干渉計という）ＩｘおよびＹ軸測定用レーザ干渉計（以
下Ｙ軸干渉計という）Ｉｙの測定アームに垂直になるよ
うに配置されている。ステージ１がＸ方向に動く場合は
Ｘ軸干渉計ＩｘによってＸ方向の移動量が測定され、ま
たＹ方向に動く時はＹ軸干渉計ＩｙによってＹ方向の移
動量が測定される。３は被測定物４の上の描かれた図形
５の位置を検出する位置検出用顕微鏡等の表面位置検出
器である。Ｘ、Ｙ軸干渉計Ｉｘ、Ｉｙの光軸と、表面位
置検出器３の光軸は互いに垂直で、かつ１点で交わるよ
うになっている。このように構成されていれば、アッベ
の条件が満たされ、ステージ６がＸ軸および／あるいは
Ｙ軸の回りに僅か傾いたとしても、この傾き角に比例す
る測定誤差（アッベの誤差）は生じない。しかしこの例
では被測定物４を載せた重量のあるステージ６を動かさ
ねばならず、このためＸ軸干渉計Ｉｘ、Ｙ軸干渉計Ｉｙ
や、表面位置検出器３が固定されている基台（図示せ
ず）が十分な剛性を持っていないと、基台に撓みが生じ
る。その結果、干渉計と反射鏡の間隔が変わり誤差を生
じる。ナノメータの精度を実現するためには、このよう
な誤差を除去する必要がある。そのためには基台の剛性
を高めなければならず、装置全体が大きく、かつ重たい
ものになる。従って、移動する物体が出来るだけ軽量に
なる構成とすることが、精度向上の鍵となる。
干渉座標測定器の概念を示す図１１について説明する。
Ｘ，Ｙ方向に移動可能なステージ６の上には長方形の反
射鏡Ｍｘ、Ｍｙが固定されている。これらの反射鏡Ｍ
ｘ、ＭｙはそれぞれＸ軸測定用レーザ干渉計（以下Ｘ軸
干渉計という）ＩｘおよびＹ軸測定用レーザ干渉計（以
下Ｙ軸干渉計という）Ｉｙの測定アームに垂直になるよ
うに配置されている。ステージ１がＸ方向に動く場合は
Ｘ軸干渉計ＩｘによってＸ方向の移動量が測定され、ま
たＹ方向に動く時はＹ軸干渉計ＩｙによってＹ方向の移
動量が測定される。３は被測定物４の上の描かれた図形
５の位置を検出する位置検出用顕微鏡等の表面位置検出
器である。Ｘ、Ｙ軸干渉計Ｉｘ、Ｉｙの光軸と、表面位
置検出器３の光軸は互いに垂直で、かつ１点で交わるよ
うになっている。このように構成されていれば、アッベ
の条件が満たされ、ステージ６がＸ軸および／あるいは
Ｙ軸の回りに僅か傾いたとしても、この傾き角に比例す
る測定誤差（アッベの誤差）は生じない。しかしこの例
では被測定物４を載せた重量のあるステージ６を動かさ
ねばならず、このためＸ軸干渉計Ｉｘ、Ｙ軸干渉計Ｉｙ
や、表面位置検出器３が固定されている基台（図示せ
ず）が十分な剛性を持っていないと、基台に撓みが生じ
る。その結果、干渉計と反射鏡の間隔が変わり誤差を生
じる。ナノメータの精度を実現するためには、このよう
な誤差を除去する必要がある。そのためには基台の剛性
を高めなければならず、装置全体が大きく、かつ重たい
ものになる。従って、移動する物体が出来るだけ軽量に
なる構成とすることが、精度向上の鍵となる。
【０００３】図１２は３次元測定の概念図であり、図１
１に示す構成に対してＺ軸方向のＺ軸干渉計Ｉｚおよび
ステージ６の下面にＺ軸反射鏡Ｍｚを付加し、かつステ
ージ６がＸ、Ｙ、Ｚの３次元に動くように構成されてい
る。また５ａは３次元表面である。この例においても重
いステージ６を動かさねばならず、基台の撓みのよる誤
差は避けられない。移動物体を軽量化する方法は、ステ
ージ６の代わりに干渉計Ｉｘ、Ｉｙ、Ｉｚを３個の反射
鏡の内側に置き、表面位置検出器３と一体にして、これ
を移動させる方法である。この場合、干渉計も表面位置
検出器もステージに比べれば、遙に軽量にすることがで
きる。しかし、干渉計を表面位置検出器に近付けようと
すると、干渉計が被測定物にぶつかってしまう。そこで
接触しないように干渉計の光軸を上方にずらせば、アッ
ベの条件を満たすことができない。このような不都合は
２次元の場合も同じである。
１に示す構成に対してＺ軸方向のＺ軸干渉計Ｉｚおよび
ステージ６の下面にＺ軸反射鏡Ｍｚを付加し、かつステ
ージ６がＸ、Ｙ、Ｚの３次元に動くように構成されてい
る。また５ａは３次元表面である。この例においても重
いステージ６を動かさねばならず、基台の撓みのよる誤
差は避けられない。移動物体を軽量化する方法は、ステ
ージ６の代わりに干渉計Ｉｘ、Ｉｙ、Ｉｚを３個の反射
鏡の内側に置き、表面位置検出器３と一体にして、これ
を移動させる方法である。この場合、干渉計も表面位置
検出器もステージに比べれば、遙に軽量にすることがで
きる。しかし、干渉計を表面位置検出器に近付けようと
すると、干渉計が被測定物にぶつかってしまう。そこで
接触しないように干渉計の光軸を上方にずらせば、アッ
ベの条件を満たすことができない。このような不都合は
２次元の場合も同じである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】光波干渉を利用した測
長システムでは、ナノメータオーダの非常に高い精度が
実現できると謂われている。しかし、位置検出も含めた
測定系を総合的に考慮しないと、干渉計が本来有する高
い精度を実現することは出来ない。また、従来の座標測
定器では、重量のあるステージを２次元に動かさなけれ
ばならず、撓みの来ない頑丈な基台が要求され、大形に
なってしまうと言う問題がある。更に、３次元物体を精
度高く測定する手段は未だ知られていない。本発明は測
長あるいは座標の測定において、移動部分を軽量化する
ことによって、干渉計の有する高い精度を実現すること
を目的とする。
長システムでは、ナノメータオーダの非常に高い精度が
実現できると謂われている。しかし、位置検出も含めた
測定系を総合的に考慮しないと、干渉計が本来有する高
い精度を実現することは出来ない。また、従来の座標測
定器では、重量のあるステージを２次元に動かさなけれ
ばならず、撓みの来ない頑丈な基台が要求され、大形に
なってしまうと言う問題がある。更に、３次元物体を精
度高く測定する手段は未だ知られていない。本発明は測
長あるいは座標の測定において、移動部分を軽量化する
ことによって、干渉計の有する高い精度を実現すること
を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の高精度座標測定
装置は、基台に反射鏡を固設すると共に、この反射鏡に
垂直な方向に移動可能な可動ホルダを設け、可動ホルダ
には位置検出装置および反射鏡と位置検出装置との相対
的移動量を測定するための第１、第２の干渉計を設け、
更に第１、第２の干渉計が各々測定用光学系と参照用光
学系とを有し、第１、第２の干渉計の測定用光学系の光
軸が位置検出装置の測定点からそれぞれＬ，Ｄの距離
（但し、Ｄ≠Ｌ）にあり、第１、第２の干渉計により測
定される可動ホルダの移動量測定値をｄ1 、ｄ2 とし、
ｍ＝Ｌ／Ｄとするとき、 Ｓ＝（ｄ2 −ｍｄ1 ）／（１−ｍ） なる式により測定点の移動量Ｓを算出するようにしたも
のである。
装置は、基台に反射鏡を固設すると共に、この反射鏡に
垂直な方向に移動可能な可動ホルダを設け、可動ホルダ
には位置検出装置および反射鏡と位置検出装置との相対
的移動量を測定するための第１、第２の干渉計を設け、
更に第１、第２の干渉計が各々測定用光学系と参照用光
学系とを有し、第１、第２の干渉計の測定用光学系の光
軸が位置検出装置の測定点からそれぞれＬ，Ｄの距離
（但し、Ｄ≠Ｌ）にあり、第１、第２の干渉計により測
定される可動ホルダの移動量測定値をｄ1 、ｄ2 とし、
ｍ＝Ｌ／Ｄとするとき、 Ｓ＝（ｄ2 −ｍｄ1 ）／（１−ｍ） なる式により測定点の移動量Ｓを算出するようにしたも
のである。
【０００６】
【作用】ステージの代わりに位置検出装置を設けた可動
ホルダを移動させることにより、移動部分が軽量化さ
れ、測定誤差が生じ難くなる。また、測定点から高さの
異なる位置に２つの干渉計を設けて、各干渉計より得ら
れる干渉縞計測データに基づき、各干渉計の測定点から
の位置を含むパラメータを用いて移動距離を算出するこ
とにより、可動ホルダの傾きに伴うアッベの誤差が相殺
されて除去される。
ホルダを移動させることにより、移動部分が軽量化さ
れ、測定誤差が生じ難くなる。また、測定点から高さの
異なる位置に２つの干渉計を設けて、各干渉計より得ら
れる干渉縞計測データに基づき、各干渉計の測定点から
の位置を含むパラメータを用いて移動距離を算出するこ
とにより、可動ホルダの傾きに伴うアッベの誤差が相殺
されて除去される。
【０００７】
【実施例】本発明を図面に基づき説明する。図１０は第
１の実施例の概念図を示した構成である。基台１の上に
は平面反射鏡Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚがそれぞれ図示しない適
宜手段により固定されている。可動ホルダ２には表面位
置検出器３、Ｘ軸干渉計Ｉｘ、Ｙ軸干渉計Ｉｙ、Ｚ軸干
渉計Ｉｚが取り付けられている。このホルダ２は周知の
３次元駆動機構によりＸ、Ｙ、Ｚの３軸方向にそれぞれ
自在に移動可能に構成されており、可動ホルダ２に取り
付けられた表面位置検出器３により基台１上に置かれた
３次元の被測定物４の表面位置を検出するようになって
いる。
１の実施例の概念図を示した構成である。基台１の上に
は平面反射鏡Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚがそれぞれ図示しない適
宜手段により固定されている。可動ホルダ２には表面位
置検出器３、Ｘ軸干渉計Ｉｘ、Ｙ軸干渉計Ｉｙ、Ｚ軸干
渉計Ｉｚが取り付けられている。このホルダ２は周知の
３次元駆動機構によりＸ、Ｙ、Ｚの３軸方向にそれぞれ
自在に移動可能に構成されており、可動ホルダ２に取り
付けられた表面位置検出器３により基台１上に置かれた
３次元の被測定物４の表面位置を検出するようになって
いる。
【０００８】ここで、アッベの誤差を除去する方法の一
実施例を図１ないし図４に従い説明する。図１は図１０
からＸ軸方向の測定を行なう部分のみを抜き出し描いた
図である。図において、可動ホルダ２に固定されたＸ軸
干渉計Ｉｘは、２つの干渉計２０および３０および、こ
れらの干渉計により計測された干渉縞数に基づいて所定
の演算を行なう引算器４１を備えている。干渉計２０お
よび３０は位置検出装置３の測定点Ｏに対してそれぞれ
ＤおよびＬの間隔で固定されている。
実施例を図１ないし図４に従い説明する。図１は図１０
からＸ軸方向の測定を行なう部分のみを抜き出し描いた
図である。図において、可動ホルダ２に固定されたＸ軸
干渉計Ｉｘは、２つの干渉計２０および３０および、こ
れらの干渉計により計測された干渉縞数に基づいて所定
の演算を行なう引算器４１を備えている。干渉計２０お
よび３０は位置検出装置３の測定点Ｏに対してそれぞれ
ＤおよびＬの間隔で固定されている。
【０００９】図２は図１に示した干渉計２０の要部光路
の説明図である。図において、全ての光学部品は可動ホ
ルダ２（ここでは図示せず）に固定されている。２１は
偏光プリズムで、これに入射する光束のうち、紙面に平
行に振動する直線偏光成分（ｐ成分）は、偏光プリズム
２１および 1/4波長板２３を透過しＸ軸反射鏡Ｍｘ（こ
こでは図示せず）で反射し再び 1/4波長板２３を透過し
た後、偏光プリズム２１で反射し、別の偏光プリズム２
２に向かう。ここで反射して 1/4波長板２４を透過し
て、固定反射鏡８で反射し、再び 1/4波長板２４を透過
し、今度は偏光プリズム２２を透過する。そして、直角
プリズム２５で反射した後、偏光プリズム２２、 1/4波
長板２４を透過してＸ軸反射鏡Ｍｘに向かう。更に、こ
こで反射した光束は、再び 1/4波長板２４を通り偏光プ
リズム２２、偏光プリズム２１で反射して、別の固定反
射鏡９で反射した後、再び 1/4波長板２３と偏光プリズ
ム２１を透過して干渉計２０から射出する。
の説明図である。図において、全ての光学部品は可動ホ
ルダ２（ここでは図示せず）に固定されている。２１は
偏光プリズムで、これに入射する光束のうち、紙面に平
行に振動する直線偏光成分（ｐ成分）は、偏光プリズム
２１および 1/4波長板２３を透過しＸ軸反射鏡Ｍｘ（こ
こでは図示せず）で反射し再び 1/4波長板２３を透過し
た後、偏光プリズム２１で反射し、別の偏光プリズム２
２に向かう。ここで反射して 1/4波長板２４を透過し
て、固定反射鏡８で反射し、再び 1/4波長板２４を透過
し、今度は偏光プリズム２２を透過する。そして、直角
プリズム２５で反射した後、偏光プリズム２２、 1/4波
長板２４を透過してＸ軸反射鏡Ｍｘに向かう。更に、こ
こで反射した光束は、再び 1/4波長板２４を通り偏光プ
リズム２２、偏光プリズム２１で反射して、別の固定反
射鏡９で反射した後、再び 1/4波長板２３と偏光プリズ
ム２１を透過して干渉計２０から射出する。
【００１０】一方、紙面に垂直に振動する直線偏光成分
（ｓ成分）は、偏光プリズム２１で反射し、裏面が反射
鏡になっている 1/4波長板２６で反射した後、偏光プリ
ズム２１，２２を透過し、前記 1/4波長板２６と同様に
裏面が反射鏡になっている 1/4波長板２７で反射する。
その後、偏光プリズム２２で反射し、直角プリズム２５
で折り返され、偏光プリズム２２で反射、再び 1/4波長
板２７で反射し、偏光プリズム２２、２１を透過し、 1
/4波長板２６、偏光プリズム２１で反射して干渉計から
射出する。ここでｐ成分とｓ成分は一緒になって射出す
る。
（ｓ成分）は、偏光プリズム２１で反射し、裏面が反射
鏡になっている 1/4波長板２６で反射した後、偏光プリ
ズム２１，２２を透過し、前記 1/4波長板２６と同様に
裏面が反射鏡になっている 1/4波長板２７で反射する。
その後、偏光プリズム２２で反射し、直角プリズム２５
で折り返され、偏光プリズム２２で反射、再び 1/4波長
板２７で反射し、偏光プリズム２２、２１を透過し、 1
/4波長板２６、偏光プリズム２１で反射して干渉計から
射出する。ここでｐ成分とｓ成分は一緒になって射出す
る。
【００１１】尚、図３は干渉計３０の一実施例の要部光
路の構成を示すが、図２に示すものと異なる点は、固定
反射鏡８、９が取り外されたものであり、干渉計２０で
は反射鏡Ｍｘに２本の光束が向かうが、干渉計３０の場
合は４本の光束が向かうようになっている。干渉計２
０、３０からの射出光はそれぞれ図４に示すような干渉
縞検出系に導かれる。図において１１は 1/2波長板であ
り、各干渉計からのｐ、ｓ成分はそれぞれ 1/2波長板１
１によって偏光面が光軸の回りに４５°回転した後、偏
光プリズム７を透過することによって、干渉縞が形成さ
れ、これを公知の光検出器１２によって検出するように
なっている。干渉縞の強度はこの光検出器１２で電気的
信号に変換され公知の手段によって干渉縞の数が計数さ
れる。
路の構成を示すが、図２に示すものと異なる点は、固定
反射鏡８、９が取り外されたものであり、干渉計２０で
は反射鏡Ｍｘに２本の光束が向かうが、干渉計３０の場
合は４本の光束が向かうようになっている。干渉計２
０、３０からの射出光はそれぞれ図４に示すような干渉
縞検出系に導かれる。図において１１は 1/2波長板であ
り、各干渉計からのｐ、ｓ成分はそれぞれ 1/2波長板１
１によって偏光面が光軸の回りに４５°回転した後、偏
光プリズム７を透過することによって、干渉縞が形成さ
れ、これを公知の光検出器１２によって検出するように
なっている。干渉縞の強度はこの光検出器１２で電気的
信号に変換され公知の手段によって干渉縞の数が計数さ
れる。
【００１２】可動ホルダ２の移動に伴い位置検出装置３
の測定点ＯがＸ軸方向にＳだけ動いたとする。また移動
後可動ホルダ２は時計回りにαだけ傾いたとする。干渉
計２０および３０でそれぞれ測定される干渉縞の数Ｚ1
、Ｚ2 は次式で与えられる。即ち、 Ｚ1 ＝（Ｓ−Ｄα）／（λ／４） （１） Ｚ2 ＝（Ｓ−Ｌα）／（λ／８） （２） 従って、引算器４１により差Ｚを算出すると、 Ｚ＝Ｚ2 −Ｚ1 ＝｛Ｓ−（２Ｌ−Ｄ）α｝／（λ／４） （３） この式から、 Ｄ＝２Ｌのとき Ｚ＝Ｓ／（λ／４） （４） となり、傾きαの影響は除去され、移動量Ｓは次式から
求められる。 Ｓ＝（λ／４）Ｚ （５） このように、測定点Ｏを中心に位置検出装置３が回転し
ても、この値は変化しないからアッベの誤差を除去でき
たことになる。図１中、１０は位置検出装置３の測定点
Ｏの位置を検出するブローブであり、光電顕微鏡、走査
型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）、原子間力顕微鏡（ＡＦ
Ｍ）など公知の装置を利用することができる。
の測定点ＯがＸ軸方向にＳだけ動いたとする。また移動
後可動ホルダ２は時計回りにαだけ傾いたとする。干渉
計２０および３０でそれぞれ測定される干渉縞の数Ｚ1
、Ｚ2 は次式で与えられる。即ち、 Ｚ1 ＝（Ｓ−Ｄα）／（λ／４） （１） Ｚ2 ＝（Ｓ−Ｌα）／（λ／８） （２） 従って、引算器４１により差Ｚを算出すると、 Ｚ＝Ｚ2 −Ｚ1 ＝｛Ｓ−（２Ｌ−Ｄ）α｝／（λ／４） （３） この式から、 Ｄ＝２Ｌのとき Ｚ＝Ｓ／（λ／４） （４） となり、傾きαの影響は除去され、移動量Ｓは次式から
求められる。 Ｓ＝（λ／４）Ｚ （５） このように、測定点Ｏを中心に位置検出装置３が回転し
ても、この値は変化しないからアッベの誤差を除去でき
たことになる。図１中、１０は位置検出装置３の測定点
Ｏの位置を検出するブローブであり、光電顕微鏡、走査
型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）、原子間力顕微鏡（ＡＦ
Ｍ）など公知の装置を利用することができる。
【００１３】図５は第２の実施例を示す。この例は図１
に示した例の干渉計２０の光学系を図３に示した干渉計
光学系で置き換えた構成となっている。この干渉縞の数
を計数するとき２つの干渉縞に対して１個の計数パルス
を出す間引回路４２を通って引算器４１に入る。他の干
渉計３１は、干渉計３０と同じであるが１干渉縞に対し
て１個の計数パルスが引算器４１に入る。この構成で
は、各干渉計における１つの干渉縞計数パルスがλ／８
の長さに相当するので、引算器４１の出力は前と同様
（３）式で表される。故に前実施例のようにＤ＝２Ｌの
とき、アッベの誤差は除去される。
に示した例の干渉計２０の光学系を図３に示した干渉計
光学系で置き換えた構成となっている。この干渉縞の数
を計数するとき２つの干渉縞に対して１個の計数パルス
を出す間引回路４２を通って引算器４１に入る。他の干
渉計３１は、干渉計３０と同じであるが１干渉縞に対し
て１個の計数パルスが引算器４１に入る。この構成で
は、各干渉計における１つの干渉縞計数パルスがλ／８
の長さに相当するので、引算器４１の出力は前と同様
（３）式で表される。故に前実施例のようにＤ＝２Ｌの
とき、アッベの誤差は除去される。
【００１４】ここでは、説明の便宜上、干渉計３１の１
干渉縞に対して１個の計数パルスを対応させたが、公知
の干渉縞分割法により、１干渉縞に２個あるいは４個な
どの複数パルスを対応させて干渉縞の端数を測定するこ
とは容易である。今、干渉計３０の干渉縞検出系として
１干渉縞にＭ個の計数パルスを検出させるものを用い、
干渉計３１の干渉縞検出系としては１干渉縞にＮ個（Ｎ
はＭより大）の計数パルスを発生させるものを用いれ
ば、ＭＤ＝ＮＬを満足するとき、アッベの誤差は除去さ
れ、且つ干渉縞をＭ分割して、より細かく計測すること
ができる。
干渉縞に対して１個の計数パルスを対応させたが、公知
の干渉縞分割法により、１干渉縞に２個あるいは４個な
どの複数パルスを対応させて干渉縞の端数を測定するこ
とは容易である。今、干渉計３０の干渉縞検出系として
１干渉縞にＭ個の計数パルスを検出させるものを用い、
干渉計３１の干渉縞検出系としては１干渉縞にＮ個（Ｎ
はＭより大）の計数パルスを発生させるものを用いれ
ば、ＭＤ＝ＮＬを満足するとき、アッベの誤差は除去さ
れ、且つ干渉縞をＭ分割して、より細かく計測すること
ができる。
【００１５】図６は第３の実施例を示す。即ち、計数器
４３で干渉計３０からの計数パルスを計数したのち掛算
器４５でパルス数をＭ倍にし、計数器４４で干渉計３１
からの計数パルスを計数した後、掛算器４６でパルス数
をＮ倍した後、引算器４１に入力する。この場合もＭＤ
＝ＮＬのときアッベの誤差は除去される。干渉計３０ま
たは干渉計３１からの１計数パルスがλ／２Ｋ（Ｋは整
数）の長さに対応するとすれば位置検出装置３の測定点
の移動量Ｓは引算器４１の出力をＺとすれば、 Ｓ＝λＺ／２Ｋ（Ｎ−Ｍ） （６） で与えられる。
４３で干渉計３０からの計数パルスを計数したのち掛算
器４５でパルス数をＭ倍にし、計数器４４で干渉計３１
からの計数パルスを計数した後、掛算器４６でパルス数
をＮ倍した後、引算器４１に入力する。この場合もＭＤ
＝ＮＬのときアッベの誤差は除去される。干渉計３０ま
たは干渉計３１からの１計数パルスがλ／２Ｋ（Ｋは整
数）の長さに対応するとすれば位置検出装置３の測定点
の移動量Ｓは引算器４１の出力をＺとすれば、 Ｓ＝λＺ／２Ｋ（Ｎ−Ｍ） （６） で与えられる。
【００１６】図７は、計数器４３、４４の計数値Ｚ1 、
Ｚ2 を入力として演算器４７で移動量Ｓを求める第４の
実施例である。干渉計３０によって測定された計数値を
Ｚ1とすると、その部分での可動ホルダ２の移動量ｄ1
は、 ｄ1 ＝Ｓ−Ｄα＝Ｚ1 一（λ／２Ｋ） （７） 干渉計３１によって測定された計数値をＺ2 とすると、
その部分での可動ホルダ２の移動量ｄ2 は、 ｄ2 ＝Ｓ−Ｌα＝Ｚ2 （λ／２Ｋ） （８） 演算器４７では、 ｍ＝Ｌ／Ｄ （９） とするとき、次の演算を行う。 Ｓ＝（λ／２Ｋ）（Ｚ2 −ｍＺ1 ）／（１−ｍ） （１０） または、 Ｓ＝（ｄ2 −ｍｄ1 ）／（１−ｍ） （１１） この様にすればアッベの誤差を含まない正しい移動量Ｓ
が求められる。ここで、ｍ＝２／３とすればＤ−Ｌ＝Ｌ
／２となり、２つの干渉計光軸の間隔（Ｄ−Ｌ）をＬ／
２にすることができる。２つの干渉計の測定光束が反射
鏡との往復する回数が異なる場合も、（１０）式または
（１１）式に相当する式を導き出すことは極めて容易で
あり、このような場合も本発明の範疇に含まれることは
言うまでもない。
Ｚ2 を入力として演算器４７で移動量Ｓを求める第４の
実施例である。干渉計３０によって測定された計数値を
Ｚ1とすると、その部分での可動ホルダ２の移動量ｄ1
は、 ｄ1 ＝Ｓ−Ｄα＝Ｚ1 一（λ／２Ｋ） （７） 干渉計３１によって測定された計数値をＺ2 とすると、
その部分での可動ホルダ２の移動量ｄ2 は、 ｄ2 ＝Ｓ−Ｌα＝Ｚ2 （λ／２Ｋ） （８） 演算器４７では、 ｍ＝Ｌ／Ｄ （９） とするとき、次の演算を行う。 Ｓ＝（λ／２Ｋ）（Ｚ2 −ｍＺ1 ）／（１−ｍ） （１０） または、 Ｓ＝（ｄ2 −ｍｄ1 ）／（１−ｍ） （１１） この様にすればアッベの誤差を含まない正しい移動量Ｓ
が求められる。ここで、ｍ＝２／３とすればＤ−Ｌ＝Ｌ
／２となり、２つの干渉計光軸の間隔（Ｄ−Ｌ）をＬ／
２にすることができる。２つの干渉計の測定光束が反射
鏡との往復する回数が異なる場合も、（１０）式または
（１１）式に相当する式を導き出すことは極めて容易で
あり、このような場合も本発明の範疇に含まれることは
言うまでもない。
【００１７】図８、９に更に第５の実施例を示す。これ
らは図２、３に示した光学系で射出した光束を直角プリ
ズム４８によりもう１度干渉計に戻すようにした例で、
図１の実施例の干渉計２０として図８の光学系を、干渉
計３０として図９の光学系をそれぞれ使用するようにし
ている。この例では、干渉計２０の測定用光束は反射鏡
Ｍｘとの間を６往復する。干渉計３０の測定用光束は８
往復する。従って、３Ｄ＝４Ｌが成り立つようにすれば
アッベの誤差が除去される。干渉計２０と干渉計３０の
光軸間隔はＤ−Ｌであるが、Ｄ−Ｌ＝Ｌ／３となる。従
って、Ｌが同じとすれば干渉計光学系の間隔をつめるこ
とができ、干渉計をコンパクトに纏めることができる。
間隔が同じとすれば、測定点を一層離れた位置に設定す
ることができる。
らは図２、３に示した光学系で射出した光束を直角プリ
ズム４８によりもう１度干渉計に戻すようにした例で、
図１の実施例の干渉計２０として図８の光学系を、干渉
計３０として図９の光学系をそれぞれ使用するようにし
ている。この例では、干渉計２０の測定用光束は反射鏡
Ｍｘとの間を６往復する。干渉計３０の測定用光束は８
往復する。従って、３Ｄ＝４Ｌが成り立つようにすれば
アッベの誤差が除去される。干渉計２０と干渉計３０の
光軸間隔はＤ−Ｌであるが、Ｄ−Ｌ＝Ｌ／３となる。従
って、Ｌが同じとすれば干渉計光学系の間隔をつめるこ
とができ、干渉計をコンパクトに纏めることができる。
間隔が同じとすれば、測定点を一層離れた位置に設定す
ることができる。
【００１８】以上の実施例に見られるように、２つの干
渉計を用い、ｍ＝Ｎ／Ｍ＝Ｌ／Ｄとするとき、（１０）
式または（１１）式によりアッベの誤差を含まない正し
い移動量Ｓが求められる。
渉計を用い、ｍ＝Ｎ／Ｍ＝Ｌ／Ｄとするとき、（１０）
式または（１１）式によりアッベの誤差を含まない正し
い移動量Ｓが求められる。
【００１９】以上の実施例では、可動ホルダに干渉計を
固設し、基台に反射鏡を固定したが、これに制約される
ものではなく、可動ホルダに反射鏡を、基台に干渉計を
それぞれ固設して、上記の関係が満たされれば、アッベ
の誤差を除去することができる。
固設し、基台に反射鏡を固定したが、これに制約される
ものではなく、可動ホルダに反射鏡を、基台に干渉計を
それぞれ固設して、上記の関係が満たされれば、アッベ
の誤差を除去することができる。
【発明の効果】本発明による高精度座標測定装置は、ア
ッベの誤差を排除し高精度の測定が可能なものである。
ッベの誤差を排除し高精度の測定が可能なものである。
【図１】本発明による高精度座標測定装置の第１の実施
例の構成図である。
例の構成図である。
【図２】図１中の干渉計の光路説明図である。
【図３】図１中の別の干渉計の光路説明図である。
【図４】図１で省略した光検出器の概要図である。
【図５】本発明による高精度座標測定装置の第２の実施
例による構成図である。
例による構成図である。
【図６】本発明による高精度座標測定装置の第３の実施
例による要部の構成図である。
例による要部の構成図である。
【図７】本発明による高精度座標測定装置の第４の実施
例による要部の構成図である。
例による要部の構成図である。
【図８】本発明の第５の実施例による１干渉計の光路説
明図である
明図である
【図９】本発明の第５の実施例による他の干渉計の光路
説明図である。
説明図である。
【図１０】本発明による３次元測定の概念を示した構成
図である。
図である。
【図１１】従来の２次元測定の概念を示した構成図であ
る。
る。
【図１２】同じく３次元測定の概念を示した構成図であ
る。
る。
１ 基台 ２ 可動ホルダ ３ 表面位置検出器 ４ 被測定物 ６ ステージ ７ 偏光プリズム ８ 反射鏡 ９ 反射鏡 １０ ブローブ １１ 1/2波長板 １２ 光検出器 ２０ 干渉計 ２１ 偏光プリズム ２２ 偏光プリズム ２３ 1/4波長板 ２４ 1/4波長板 ２５ 直角プリズム ２６ 1/4波長板 ２７ 1/4波長板 ３０ 干渉計 ４１ 引算器 ４２ 間引回路 ４３ 計数器 ４４ 計数器 ４５ 掛算器 ４６ 掛算器 ４７ 演算器 ４８ 直角プリズム Ｍｘ Ｘ軸反射鏡 Ｍｙ Ｙ軸反射鏡 Ｍｚ Ｚ軸反射鏡 Ｉｘ Ｘ軸干渉計 Ｉｙ Ｙ軸干渉計 Ｉｚ Ｚ軸干渉計
Claims (6)
- 【請求項１】 基台と、該基台に固設された反射鏡と、
前記基台に該反射鏡に垂直な方向に移動可能に設けられ
た可動ホルダと、該可動ホルダに固設された位置検出装
置と、該可動ホルダに固設され前記反射鏡と位置検出装
置との相対的移動量を測定する第１、第２の干渉計とを
備え、前記第１、第２の干渉計が各々測定用光学系と参
照用光学系とを有し、第１の干渉計の測定用光学系の光
軸が前記位置検出装置の測定点からＬの距離に在り、前
記第２の干渉計の測定用光学系の光軸は前記測定点から
Ｄ（但しＤ≠Ｌ）の距離に在り、前記第１の干渉計によ
り測定される前記可動ホルダの移動量測定値をｄ1 、前
記第２の干渉計により測定される前記可動ホルダの移動
量測定値をｄ2 、ｍ＝Ｌ／Ｄとするとき、 Ｓ＝（ｄ2 −ｍｄ1 ）／（１−ｍ） なる式により測定点の移動量Ｓを算出することを特徴と
する高精度座標測定装置。 - 【請求項２】 基台と、該基台に対して一方向に移動可
能に設けられた可動ホルダと、該可動ホルダに固設され
た位置検出装置と、該可動ホルダに固設された反射鏡
と、前記基台に固設され前記反射鏡と位置検出装置との
相対的移動量を測定する第１、第２の干渉計とを備え、
前記第１、第２の干渉計が各々測定用光学系と参照用光
学系とを有し、第１の干渉計の測定用光学系の光軸が前
記位置検出装置の測定点からＬの距離に在り、前記第２
の干渉計の測定用光学系の光軸は前記測定点からＤ（但
しＤ≠Ｌ）の距離に在り、前記第１の干渉計により測定
される前記可動ホルダの移動量測定値をｄ1 、前記第２
の干渉計により測定される前記可動ホルダの移動量測定
値をｄ2 、ｍ＝Ｌ／Ｄとするとき、 Ｓ＝（ｄ2 −ｍｄ1 ）／（１−ｍ） なる式により測定点の移動量Ｓを算出することを特徴と
する高精度座標測定装置。 - 【請求項３】 基台と、該基台に固設された反射鏡と、
前記基台に該反射鏡に垂直な方向に移動可能に設けられ
た可動ホルダと、該可動ホルダに固設された位置検出装
置と、前記可動ホルダ２に固設され前記反射鏡と位置検
出装置との相対的移動量を測定する第１、第２の干渉計
とを備え、前記第１、第２の干渉計が各々測定用光学系
と参照用光学系とを有し、第１の干渉計の測定用光学系
の光軸が前記位置検出装置の測定点からＬの距離に在
り、前記第２の干渉計の測定用光学系の光軸は前記測定
点からＤ（但しＤ≠Ｌ）の距離に在り、前記第１の干渉
計の測定用光束が前記反射鏡との間を往復する回数をＮ
回（Ｎは２以上の整数）、前記第２の干渉計の測定用光
束が前記反射鏡との間を往復する回数をＭ回（ＭはＮよ
り小さい整数）とするとき、ＮＬ＝ＭＤなる関係を満足
し、更に前記２つの干渉計により測定された端数を含む
干渉縞の差より測定点の移動量を算出することを特徴と
する高精度座標測定装置。 - 【請求項４】 基台と、該基台に対して一方向に移動可
能に設けられた可動ホルダと、該可動ホルダに固設され
た位置検出装置と、該可動ホルダに固設された反射鏡
と、前記基台に固設され前記反射鏡と位置検出装置との
相対的移動量を測定する第１、第２の干渉計とを備え、
前記第１、第２の干渉計が各々測定用光学系と参照用光
学系とを有し、第１の干渉計の測定用光学系の光軸が前
記位置検出装置の測定点からＬの距離に在り、前記第２
の干渉計の測定用光学系の光軸は前記測定点からＤ（但
しＤ≠Ｌ）の距離に在り、前記第１の干渉計の測定用光
束が前記反射鏡との間を往復する回数をＮ回（Ｎは２以
上の整数）、前記第２の干渉計の測定用光束が前記反射
鏡との間を往復する回数をＭ回（ＭはＮより小さい整
数）とするとき、ＮＬ＝ＭＤなる関係を満足し、更に前
記２つの干渉計により測定された端数を含む干渉縞の差
より測定点の移動量を算出することを特徴とする高精度
座標測定装置。 - 【請求項５】 請求項１または３において、前記反射鏡
は、Ｘ軸およびＹ軸上に各々Ｘ軸およびＹ軸反射鏡が固
設されており、前記可動ホルダは前記基台に対してＸお
よびＹ軸方向に平行移動可能に設けられており、該可動
ホルダには前記Ｘ軸およびＹ軸反射鏡の各々に対向して
前記第１、第２の干渉計を備えたＸ軸干渉計およびＹ軸
干渉計が設けられていることを特徴とする請求項１また
は３の高精度座標測定装置。 - 【請求項６】 請求項５において、Ｚ軸反射鏡が固定さ
れており、前記可動ホルダは前記基台に対してＺ軸方向
に平行移動可能に設けられおり、該可動ホルダには前記
Ｚ軸反射鏡に対向して前記第１、第２の干渉計を備えた
Ｚ軸干渉計が設けられていることを特徴とする請求項５
の高精度座標測定装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3344782A JP3064613B2 (ja) | 1991-12-26 | 1991-12-26 | 高精度座標測定装置 |
| US07/986,787 US5369488A (en) | 1991-12-10 | 1992-12-08 | High precision location measuring device wherein a position detector and an interferometer are fixed to a movable holder |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3344782A JP3064613B2 (ja) | 1991-12-26 | 1991-12-26 | 高精度座標測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05172518A JPH05172518A (ja) | 1993-07-09 |
| JP3064613B2 true JP3064613B2 (ja) | 2000-07-12 |
Family
ID=18371944
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3344782A Expired - Fee Related JP3064613B2 (ja) | 1991-12-10 | 1991-12-26 | 高精度座標測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3064613B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100465415C (zh) * | 2004-05-24 | 2009-03-04 | 日野自动车株式会社 | 排气净化装置 |
-
1991
- 1991-12-26 JP JP3344782A patent/JP3064613B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100465415C (zh) * | 2004-05-24 | 2009-03-04 | 日野自动车株式会社 | 排气净化装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05172518A (ja) | 1993-07-09 |
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