JPH10221020A

JPH10221020A - 測長システム

Info

Publication number: JPH10221020A
Application number: JP9025325A
Authority: JP
Inventors: Masaru Hachisuga; 勝蜂須賀
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-02-07
Filing date: 1997-02-07
Publication date: 1998-08-21

Abstract

(57)【要約】【課題】空気ゆらぎによって測定精度が左右されない測
長システムを提供する。【解決手段】移動体Ａに固定した鏡２との位置関係がア
ッベの原則に従うように、干渉計４を置く。干渉計４の
隣には、超音波ｂの送受波器５を置く。波形処理装置６
は、超音波ｂが送受波器５と鏡２間を往復する時間ｔを
検出し、補正装置１１は、センサ８,９,１０の出力を用
いてレーザ光ａ₁の波長を環境補正する。処理装置１２
は、補正装置１１が補正した波長の半値を一目盛として
用いて移動体Ａの変位量の概略値Ｌ'を算出した後、こ
の概略値Ｌ'と、波形処理装置６が検出した時間ｔとを
用いて大気の平均絶対温度Ｔ_Aveを算出する。更に、エ
ドレンの式の温度パラメータとして大気の平均絶対温度
Ｔ_Aveを用いて、レーザ光ａ₁の波長を改めて環境補正す
る。最終的に、処理装置１２は、自身が環境補正した波
長の半値を目盛とすることによって移動体Ａの正規の変
位量を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超精密位置決め技
術に係り、特に、制御対称である移動体の変位量を測定
するレーザ測長システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】サブｎｍという極めて高分解能の測定を
可能とするレーザ干渉計は、半導体製造に使用されるス
テッパを始めとする超精密機器のＸＹステージ等の位置
決め制御系の検出要素等として多く用いられている。

【０００３】以下、図２により、この干渉計を含む測長
システム(以下、従来の測長システムと呼ぶ)の基本構成
の概要について説明する。

【０００４】レーザ発振器１００から射出されたレーザ
光１００ａは、ミラー干渉計１０１を通過した後、制御
対称である移動体Ａ(例えば、ＸＹテーブル等)に装着さ
れたミラー１０２を照明する。このミラー１０２で反射
したレーザ光１００ａは、ミラー干渉計１０１に入射し
て、参照光(元のレーザ光)との干渉縞を形成する。そし
て、この干渉縞の強度を検出するレシーバ１０３の出力
は、レーザ光１００ａの光路に沿って移動体Ａがレーザ
光１００ａの半波長(λａ／２)に相当する距離だけ移動
する毎に正弦的に変動する。そこで、処理装置１０４
は、レシーバ１０３の出力値の変動を一周期毎にカウン
トする。尚、より分解能を向上させるために、レシーバ
１０３の出力を電気的に分割するような場合もある。

【０００５】一方、大気の屈折率ｎの算出に必要とされ
る環境パラメータＴ,Ｐ,Ｆをインプロセス計測するため
に、レーザ光１００ａの光路の近傍には、大気中の温度
Ｔを検出する温度センサー１０５と、大気力Ｐを検出す
る気圧センサー１０６と、大気の湿度Ｈを検出する湿度
センサー１０７がそれぞれ配置されている。

【０００６】そして、補正装置１０８は、まず、これら
センサ１０５,１０６,１０７が検出した環境パラメータ
Ｔ,Ｐ,Ｈを用いて、以下に示すエドレンの実験式(１)か
ら大気の屈折率ｎを算出する。

【０００７】

【数１】

【０００８】続いて、補正装置１０８は、このとき算出
した大気の屈折率ｎと、以下に示す数式(２)とを用い
て、真空中のレーザ光１００ａの波長値λｖ(６．３３
ｎｍ)を補正することによって、大気中のレーザ光１０
０ａの波長値λａとする。そして、この大気中のレーザ
光１００ａの波長値λａを処理装置１０４に入力する。

【０００９】λａ＝λｖ／ｎ ……(２) そして、処理装置１０４は、レーザ光１００ａの波長値
λａの入力を受付けると、この波長値の半値λａ／２を
一目盛として移動体Ａの変位量ΔＬを算出する。具体的
には、移動体Ａの変位量ΔＬとして、レシーバ１０３の
出力変動のカウント数分の目盛に相当する距離を算出す
る。その後、この算出結果ΔＬは、表示部１０４ａ上に
表示されると共に、主フィードバック信号として、移動
体Ａの駆動装置のサーボアンプ(不図示)にフィードバッ
クされる。

【００１０】ここで示した構成のみによっても、約±
１．４ｐｐｍ程度の測定精度(判り易く言えば、測長距
離１ｍ当たり±１．４μｍ程度の精度)を実現すること
ができるが、別途、波長トラッカと呼ばれる補正機を設
ければ、約±０．１４ｐｐｍ程度にまで測定精度を向上
させることが可能となることが知られている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】実際の測定環境におい
ては、レーザ光１００ａの光路上において環境パラメー
タＴ,Ｐ,Ｈが一様に分布している場合は少ない。特に、
構造上、レーザ光ａの光路付近からの熱源(移動体Ａを
駆動するモータ等)を除去することができず、レーザ光
１００ａの光路上に、図３(Ａ)に示すような温度むらＴ
₁,Ｔ₂,Ｔ₃(但し、Ｔ₀≠Ｔ₁≠Ｔ₂≠Ｔ₃)が発生している
ことが非常に多い。その結果、レーザ光ａの光路上にお
ける屈折率分布が不均一となるため、即ち、ｎ₀≠ｎ₁≠
ｎ₂≠ｎ₃となるため、レーザ光１００ａの波長λ₀,λ₁,
λ₂,λ₃は、通常、図３(Ｂ)に示すような非周期的な変
動を起こす。

【００１２】そして、この温度むらＴ₁,Ｔ₂,Ｔ₃が時間
と共に変化するため、その変化にあわせて、レーザ光ａ
の光路上における屈折率分布も時々刻々と変化し、移動
体Ａが静止している状態であっても、あたかも移動体Ａ
が移動したかのように、レシーバ１０３の出力値がラン
ダムに微小変動する現象が現れる。こうした現象を発生
させる空気の経時的な状態変化は、一般に空気ゆらぎと
呼ばれている。測定環境の状態の安定性の如何によって
も異なるが、この空気ゆらぎは、ときとして、サブμｍ
オーダに達する変動を測定値に与える場合があることか
ら、検出要素の測定精度に対する要求の厳しい超精密位
置決め制御系においては無視できない誤差要因とされて
いる。

【００１３】ところが、上記従来の測長システムにおい
ては、レーザ光１００ａの光路全域に渡る温度を示す環
境パラメータＴとして、温度センサー１０５で検出され
る局所的な空間３００ａの温度Ｔ₃が用いられているこ
とからも明らかなように、レーザ光１００ａの光路上の
温度むらＴ₁,Ｔ₂,Ｔ₃の存在自体が全く無視されてい
る。即ち、空気ゆらぎに起因する測定誤差の補正に関し
て全く考慮がなされていない。従って、従来の測長シス
テムにおいては、移動体の変位量ΔＬの測定精度が、当
然に、空気ゆらぎによる影響をまともに受けることにな
る。

【００１４】そこで、本発明は、測定環境の空気ゆらぎ
によって測定精度が左右されない測長システムを提供す
ることを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、波長値の既知なレーザ光を測定面に向け
て照射するレーザ光源と、基準光と前記測定面で反射し
たレーザ光との干渉縞を形成する干渉計と、前記レーザ
光の波長値を基準値として用いて前記干渉計が形成した
干渉縞の強度変化に応じた距離を算出する処理装置とを
備えた測長システムであって、前記レーザ光源と前記測
定面との間に介在する雰囲気の平均温度を検出する平均
温度検出手段と、前記雰囲気の湿度を検出する湿度検出
手段と、前記雰囲気の圧力を検出する圧力検出手段と、
前記平均温度検出手段が検出した前記雰囲気の平均温度
と、前記湿度検出手段が検出した前記雰囲気の湿度と、
前記圧力検出手段が検出した前記雰囲気の圧力とを用い
て、予め定めた既知の補正関数に従って、前記レーザ光
の既知の波長値を環境補正し、当該前記処理装置が基準
値として用いる環境補正手段とを備えることを特徴とす
る測長システムを提供する。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照しなが
ら、本発明に係る実施の一形態について説明する。

【００１７】まず、図１により、移動体ＡのＸ方向への
変位量を検出する場合を一例に挙げて、本実施の形態に
係る測長システムの基本構成について説明する。

【００１８】移動体Ａの変位量測定面Ａ₁には、予め、
固定具３によって反射鏡２が取り付けてある。そして、
変位センサである干渉計４は、この反射鏡２との位置関
係がアッベの原理に従うように配置されている。レーザ
発振器１から照射されたレーザ光ａは、この干渉計４に
入射して、内部のビームスプリッタで、反射鏡２と参照
鏡(不図示)とに向かう２方向に分割される。そして、反
射鏡２に向かった一方のレーザ光ａ₁は、反射鏡２で反
射し、再度、干渉計４に入射して、参照鏡(不図示)で反
射した他方のレーザ光との干渉縞を形成する。この干渉
縞の強度Ｋは、レシーバ７によってリアルタイムに検出
される。従って、Ｘ方向に移動体Ａがレーザ光ａ₁の半
波長(λ／２)に相当する距離だけ移動する毎に、レシー
バ７の出力は正弦的に変動することとなる。

【００１９】また、この干渉計４の近傍には、大気の屈
折率ｎの算出に必要とされる環境パラメータをインプロ
セス計測する各種センサ８,９,１０(本実施の形態で
は、大気の絶対温度Ｔを検出する温度センサ８、大気圧
Ｐを検出する気圧センサ９、大気の湿度Ｈを検出する湿
度センサ１０)が配置してある。

【００２０】更に、この干渉計４の隣には、後述の波形
処理装置６の制御信号に応じて前方の反射鏡２に向けて
超音波パルスｂを送波し、且つ、その反響を受波する送
受波器５が配置されている。このように干渉計４と送受
波器５とを隣接させているのは、干渉計４から出射して
反射鏡２に向かうレーザ光ａ₁の光路と、送受波器５か
ら反射鏡２に向かう超音波パルスｂの経路とを可能な限
り近接させるためである。

【００２１】そして、処理部１３は、以上の検出要素
５,７,８,９,１０の出力に基づいて、移動体Ａの変位量
ΔＬを算出する。そのための演算処理(後述)を実行する
ために、この処理部１３は、各センサ８,９,１０の出力
Ｔ,Ｐ,Ｈから大気中のレーザ光の波長λを算出するレー
ザ波長補正装置１１と、送受波器５の出力から超音波パ
ルスｂが送受波器５と反射鏡２との間を往復伝播するた
めに要した時間ｔ(以下、超音波パルスｂの往復伝播時
間ｔと呼ぶ)を算出する波形処理装置６と、レシーバ７
の出力Ｋとレーザ波長補正装置１１の出力λと波形処理
装置６の出力ｔとから移動体Ａの変位量ΔＬを算出する
処理装置１２とを備えている。以下、全体の測定処理の
流れに沿って、処理部１３の各装置６,１１,１２で実行
される演算処理について説明する。但し、レーザ波長補
正装置１１のＲＯＭ(不図示)には、レーザ発振器１から
照射されたレーザ光ａの真空中の波長値λｖ(本実施の
形態では、６．３３ｎｍ)が予め格納してあるものとす
る。また、その他、以下の演算に必要とされる数式も、
予めレーザ波長補正装置１１のＲＯＭに格納してあるも
のとする。また、処理装置１２のＲＯＭＯ(不図示)に
は、反射鏡２の初期位置から干渉計４迄の距離Ｌ₀と、
レーザ発振器１から照射されたレーザ光ａの真空中の波
長値λｖとが予め格納してあるものとする。また、その
他、以下の演算に必要とされる数式も、予め処理装置１
２のＲＯＭに格納してあるものとする。

【００２２】レーザ波長補正装置１１は、各センサ８,
９,１０がインプロセス計測した環境パラメータＴ,Ｐ,
Ｈを用いて、まず、従来技術の欄で説明したエドレンの
実験式(１)から大気の屈折率ｎを算出する。続いて、こ
の大気の屈折率ｎと、従来技術の欄で説明した数式(２)
とを用いて、真空中のレーザ光ａの波長値λｖを環境補
正することによって、大気中のレーザ光ａの波長値λを
算出する。そして、この大気中のレーザ光ａの波長値λ
を処理装置１２に入力する。あわせて、ここで用いた３
つの環境パラメータＴ,Ｐ,Ｈの内の圧力パラメータＰと
湿度パラメータＨも処理装置１２に入力する。

【００２３】一方、波形処理装置６は、送受波器５に定
期的に超音波パルスｂを送波させて、超音波パルスｂの
往復伝播時間ｔをリアルタイムに受波する。具体的に
は、送受波器５が反射鏡２に向けて超音波パルスｂを送
波してから、その反響を受波する迄の時間ｔをカウント
している。そして、この超音波パルスｂの往復伝播時間
ｔを処理装置１２に逐次入力する。

【００２４】その間、処理装置１２は、レシーバ７の出
力変動を一周期毎にカウントしている。そして、レーザ
波長補正装置１１から大気中のレーザ光ａ₁の波長値λ
等の入力を受付けると、まずは、一旦、大気中のレーザ
光ａ₁の半波長値λ／２を一目盛として移動体Ａの変位
量の概略値ΔＬ'を算出する。具体的には、レシーバ７
の出力変動のカウント値分の目盛に相当する距離ΔＬ'
を算出する。そして、この概略値ΔＬ'を、反射鏡２の
初期位置から干渉計４迄の距離Ｌ₀に加算することによ
って、反射鏡２の現在位置から干渉計４迄の距離の概略
値Ｌ'を算出する。更に、波形処理装置６から超音波パ
ルスｂの往復伝播時間ｔの入力を受付けると、この超音
波パルスｂの往復伝播時間ｔと、反射鏡２の現在位置か
ら干渉計４迄の距離の概略値Ｌ'とを用いて、次式(３)
から、反射鏡２と送受波器５との間の超音波パルスｂの
往復経路上の平均絶対温度Ｔ_Aveを算出する。即ち、レ
ーザ波長補正装置１１と波形処理装置６とからリアルタ
イムに入力されてくるデータに基づいて、反射鏡２と送
受波器５との間の超音波パルスｂの往復経路上の平均絶
対温度Ｔ_Avを算出する。

【００２５】Ｔ_Ave＝(２×Ｌ'／(２０．０６７×ｔ))２ …(３) 本式(３)は、以下に示す過程に沿って導出したものであ
る。

【００２６】空気中の超音波の伝播速度Ｃは、空気の絶
対温度Ｔ、空気の圧力Ｐ、水蒸気張力によって変化する
が、これらを通常の状態付近の値に限るならば、次式に
よって近似することができる。

【００２７】Ｃ≒２０．０６７×√Ｔまた、空気中の超音波の伝播速度Ｃは、超音波の伝播距
離Ｌと伝播時間ｔとを用いて、次式のように表わすこと
もできる。

【００２８】Ｃ＝２×Ｌ／ｔそこで、この空気中の超音波の伝播速度Ｃを表わす２つ
の式から、パラメータＣを消去すれば、前述の数式(３)
を導くことができる。

【００２９】尚、本実施の形態では、反射鏡２から干渉
計４迄の正確な距離が未知であるため、反射鏡２から干
渉計４迄の距離の概略値Ｌ'を用いて大気の平均絶対温
度Ｔ_A _veを算出しているが、この概略値Ｌ'に含まれる測
定誤差は、従来の測長システムの測定誤差(測長距離１
ｍ当たり約±１．４μｍ)と同程度の値であるため、反
射鏡２から干渉計４迄の正確な距離の概略値Ｌ'を用い
たことにより、数式(３)により算出される大気の平均絶
対温度Ｔ_Aveに極端な誤差が発生することはない。

【００３０】ところで、前述したように、干渉計４から
出射したレーザ光ａ₁の光路と、送受波器５から送波さ
れた超音波パルスｂの経路とが可能な限り近接されてい
るため、反射鏡２と送受波器５との間の超音波パルスｂ
の往復経路上の平均絶対温度Ｔ_Aは、干渉計４と反射鏡
２との間のレーザ光ａ₁の往復光路上の温度分布と殆ど
変らないと仮定することができる。この仮定の下では、
送受波器５から反射鏡２との間の超音波パルスｂの往復
経路上の平均絶対温度Ｔ_Aveを、干渉計４と反射鏡２と
の間のレーザ光ａ₁の往復光路上の平均絶対温度と見做
すことができる。そこで、処理装置１２は、数式(３)に
よって算出した平均絶対温度Ｔ_Aveを温度パラメータＴ
として用いることによって、従来技術の欄で説明したエ
ドレンの実験式(１)から、干渉計４と反射鏡２との間の
レーザ光ａ₁の往復光路上の平均屈折率ｎ_Aveを算出す
る。尚、この際に使用する他の２つのパラメータＰ,Ｈ
は、大気中のレーザ光ａ₁の波長値λと共にレーザ波長
補正装置１１から入力されたものである。

【００３１】続いて、処理装置１２は、従来技術の欄で
説明した数式(２)と、干渉計４と反射鏡２との間のレー
ザ光ａ₁の往復光路上の平均屈折率ｎ_Aveとを用いて、真
空中のレーザ光ａの波長値λｖを環境補正することによ
って、干渉計４と反射鏡２との間を往復するレーザ光ａ
₁の平均波長値λ_Aveを算出する。レーザ光ａ₁の平均波
長値λ_Aveが変動し続けている場合には、この段階で、
レーザ光ａ₁の平均波長値λ_Aveの変動率に応じてレシー
バ７の出力変動のカウント値を補正しておく。これによ
り、空気ゆらぎに起因するレシーバ７の出力変動分のカ
ウント値を除去することができるからである。

【００３２】その後、処理装置１２は、レーザ光ａ₁の
平均波長値λ_Aveの半値λ_Ave／２を新たな一目盛として
用いて、レシーバ７の出力変動のカウント値分の目盛に
相当する距離ΔＬを算出する。尚、本実施の形態では、
この距離ΔＬを、移動体Ａの変位量として表示部１２ａ
上に表示するのみとしているが、場合によっては、主フ
ィードバック信号として、移動体Ａの駆動装置のサーボ
アンプ(不図示)にフィードバックするようなこともあ
る。

【００３３】このように、本測長システムによれば、空
気ゆらぎに起因するレシーバ７の出力変動分のカウント
値が除去されるので、空気ゆらぎに起因する測定誤差が
現れることがない。また、レーザ光ａ₁の光路上の局所
的な空間の温度(屈折率)を使用せずに、レーザ光ａ₁の
光路全域に渡る平均絶対温度(平均屈折率)を使用してレ
ーザ光ａ₁の波長を環境補正しているため、レーザ光ａ₁
の光路上に発生した温度むら(不均一な屈折率分布)に起
因する測定誤差を大幅に低減させることができる。具体
的には、空気ゆらぎを防止する特別な対策(例えば、レ
ーザ光の光路上に空気を吹き付けるファンを設ける等)
を施さなくとも、最低でも±０．１０ｐｐｍ程度の測定
精度が達成されることは、シミュレーション等によって
既に確認済みである。この値を、同一の使用条件の下に
おける従来の測長システムの測定精度(約±１．４ｐｐ
ｍ)と比較すれば、大気の平均平均屈折率を用いたレー
ザ波長の環境補正を新たに採用したことによって、測定
環境の空気ゆらぎに起因する測定誤差の大幅な除去が達
成されたことが明らかに認識される。

【００３４】尚、別途、波長トラッカを設けることによ
って、測定精度の一層の向上が期待できることは言うま
でもない。

【００３５】尚、本実施の形態では、超音波パルスの往
復伝播時間ｔから、レーザ光の光路上の平均温度Ｔ_Ave
を算出することとしているが、必ずしも、このようにす
る必要はない。例えば、超音波の送波器と受波器とをそ
れぞれ別々に配置して、送受波信号の位相差を検出する
ようにすれば、この位相差から、レーザ光の光路上の平
均温度Ｔ_Aveを算出することも可能である。このような
構成にすると、超音波の周波数が測定の分解能に影響を
及ぼすこととなるが、使用条件等を限定すれば実用に問
題が生じることは殆どない。

【００３６】また、本実施の形態では、レシーバ７の出
力変動のカウント値と、レーザ波長補正装置１１が環境
補正したレーザ光の波長値とを用いて、反射鏡２の現在
位置から干渉計４迄の距離の概略値Ｌ'を算出するよう
にしているが、反射鏡２の現在位置から干渉計４迄の概
略距離を同程度のレベルで測定することができる簡易な
測定手段があれば、代わりに、それを用いても構わな
い。

【００３７】ここで、最後にはなるが、本実施の形態に
おいてレーザ光ａ₁の光路上の平均温度Ｔ_Aveを検出する
ために超音波パルスｂを採用した理由について説明して
おく。

【００３８】第一の理由は、現在の技術によれば、超音
波パルスｂの繰返し周期をｍｓｅｃオーダ以下に設定す
ることが可能であるため、大気の平均絶対温度を約１Ｋ
Ｈｚ程度のレスポンスで測定することができることであ
る。即ち、現在の技術によれば、空気ゆらぎに起因する
大気の平均絶対温度の変動(約１ＫＨｚ程度)の検出にも
充分に対応することができるからである。

【００３９】第二の理由は、現在の技術によれば、有効
な環境補正を行うことができる程度の分解能で大気の平
均絶対温度を検出することができることである。

【００４０】従来の測長システム(測定精度約±１．４
ｐｐｍ)の測定誤差が空気ゆらぎのみに起因するもので
あるとすると、これは大気の平均絶対温度に約±１．５
Ｋ程度の変動が発生したことに相当する。従って、有効
な環境補正を行うためには、少なくとも０．１Ｋ程度の
分解能で大気の平均絶対温度を検出する必要がある。

【００４１】一方、図４に示した表によれば、大気の平
均温度が常温付近で約±０．１Ｋ変動すると、単位距離
(１ｍ)間を超音波パルスｂが往復伝播する時間ｔ₀は、
約±１．００μｓｅｃ程度変化することが判る。従っ
て、０．１Ｋ程度の分解能で大気の平均絶対温度を検出
するためには、１．００μｓｅｃ程度の分解能で超音波
パルスの往復伝播時間を検出することが必要である。

【００４２】ところが、現在、０．１μｓｅｃオーダの
分解能で大気中の超音波の伝播時間を検出する程度の技
術は既に確立されている。従って、現在の技術によれ
ば、本実施の形態において必要とされる程度の分解能で
大気の平均絶対温度を検出することは充分に可能であ
る。

【００４３】第三の理由は、大気の絶対温度の変動に対
する超音波パルスｂの往復伝播時間の感度が極めて高い
ため、空気ゆらぎに起因する大気の平均絶対温度Ｔ_Ave
の変動を正確に算出することができることである。

【００４４】超音波パルスｂの往復伝播時間ｔは、空気
ゆらぎに起因する大気の絶対平均温度の変動のみでな
く、移動体Ａの振動等に起因する超音波パルスｂの伝播
距離の変動によっても変動する。従って、数式(３)によ
り算出される大気の平均絶対温度Ｔ_Aveには、移動体Ａ
の振動等に起因する超音波パルスｂの伝播距離の変動に
よる誤差が含まれている可能性が高い。

【００４５】ところが、従来の測長システムの測定精度
が、約±１．４ｐｐｍであることを考慮すれば、移動体
Ａの振動等に起因する超音波パルスｂの伝播距離の変動
は、精々、約±１．４ｐｐｍ程度にしかならない。つま
り、単位距離間を超音波パルスｂが往復伝播する時間ｔ
₀には、約±８．２ｎｓｅｃ程度の微小変動しか現れな
いことになる。

【００４６】その一方で、大気の平均温度が常温付近で
約±０．１Ｋ変動すると、単位距離(１ｍ)間を超音波パ
ルスｂが往復伝播する時間ｔ₀には、約±１．００μｓ
ｅｃにも達する変動が現れることは前述した通りであ
る。

【００４７】以上より、移動体Ａの振動等に起因する超
音波パルスｂの伝播距離の変動が、数式(３)により算出
される大気の平均絶対温度Ｔ_Aveの誤差要因になること
は殆どない。従って、空気ゆらぎに起因する大気の平均
絶対温度Ｔ_Aveの変動を正確に算出することができるの
である。

【００４８】

【発明の効果】本発明に係る測長システムによれば、測
定環境の空気ゆらぎによる影響を受けずに、移動体の変
位量を精度良く測定することができる。

【００４９】従って、構造上、レーザ光の光路付近か
ら、空気ゆらぎの発生原因となる熱源(例えば、モータ
等)を除去することが不可能な場合に、特に有益な効果
が奏されることを期待することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る測長システムの基本
構成を示した図である。

【図２】従来の測長システムの基本構成を示した図であ
る。

【図３】(Ａ)は、空気ゆらぎの概念図であり、(Ｂ)は、
空気ゆらぎによるレーザ光の波長変動を説明するための
図である。

【図４】超音波の伝播速度及び伝播時間と、大気の温度
との関係を示した表である。

【符号の説明】

１…レーザ発振器２…反射鏡３…固定具４…干渉計５…送受波器６…波形処理装置７…レシーバ８…温度センサ９…気圧センサ１０…湿度センサ１１…レーザ波長補正装置１２…処理装置１３…処理部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】波長値の既知なレーザ光を測定面に向けて
照射するレーザ光源と、基準光と前記測定面で反射した
レーザ光との干渉縞を形成する干渉計と、前記レーザ光
の波長値を基準値として用いて前記干渉計が形成した干
渉縞の強度変化に応じた距離を算出する処理装置とを備
えた測長システムであって、前記レーザ光源と前記測定面との間に介在する雰囲気の
平均温度を検出する平均温度検出手段と、前記雰囲気の湿度を検出する湿度検出手段と、前記雰囲気の圧力を検出する圧力検出手段と、前記平均温度検出手段が検出した前記雰囲気の平均温度
と、前記湿度検出手段が検出した前記雰囲気の湿度と、
前記圧力検出手段が検出した前記雰囲気の圧力とを用い
て、予め定めた既知の補正関数に従って、前記レーザ光
の既知の波長値を環境補正し、当該前記処理装置が基準
値として用いる環境補正手段とを備えることを特徴とす
る測長システム。
【請求項２】波長値の既知なレーザ光を測定面に向けて
照射するレーザ光源と、基準光と前記測定面で反射した
レーザ光との干渉縞を形成する干渉計と、前記レーザ光
の波長値を基準値として用いて前記干渉計が形成した干
渉縞の強度変化に応じた距離を算出する処理装置とを備
えた測長システムであって、前記レーザ光源の近傍の位置から前記測定面に向けて、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光の光路に沿って
前記レーザ光源と前記測定面との間に介在する雰囲気中
を伝播する超音波を送波すると共に、前記測定面からの
前記超音波の反響を受波する送受波器と、前記雰囲気中を前記超音波が往復伝播した往復伝播時間
として、前記送受波器が前記超音波を送波してから当該
超音波の反射波を受波する迄の時間を検出する往復伝播
時間検出手段と、前記レーザ光の光路の近傍の位置に配置され、当該位置
で前記雰囲気の湿度を検出する湿度センサと、前記レーザ光の光路の近傍の位置に配置され、当該位置
で前記雰囲気の圧力を検出する圧力センサと、前記レーザ光源から前記測定面迄の概略距離を測定する
概略距離測定手段と、前記往復伝播時間検出手段が検出した往復伝播時間と、
前記概略距離測定手段が測定した概略距離とを用いて、
前記雰囲気の平均温度を算出する平均温度算出手段と、前記平均温度算出手段が算出した前記雰囲気の平均温度
と、前記湿度センサが検出した前記雰囲気の湿度と、前
記圧力センサが検出した前記雰囲気の圧力とを用いて、
予め定めた既知の補正関数に従って、前記処理装置が基
準値として用いる前記レーザ光の波長値を環境補正する
第一環境補正手段とを備えることを特徴とする測長シス
テム。
【請求項３】請求項２記載の測長システムであって、前記概略距離測定手段として、前記レーザ光の光路の近傍の位置に配置され、当該位置
で前記雰囲気の温度を検出する温度センサと、前記温度センサが検出した前記雰囲気の温度と、前記湿
度センサが検出した前記雰囲気の湿度と、前記圧力セン
サが検出した前記雰囲気の圧力とを用いて、予め定めた
既知の補正関数に従って、前記レーザ光の波長値を環境
補正する第二環境補正手段と、前記概略距離として、前記第二環境補正手段が環境補正
した前記レーザ光の波長値を基準値として前記干渉計が
形成した干渉縞の強度変化に応じた距離を算出する算出
手段とを備えることを特徴とする測長システム。