激光干涉仪和使用该激光干涉仪的测量装置的制作方法

xiaoxiao2020-7-23  8

专利名称:激光干涉仪和使用该激光干涉仪的测量装置的制作方法
技术领域
本发明涉及例如用于测量机床的工作台等的移动部件相对于支承部件在轴方向 上移动时产生的位置偏差的激光干涉仪,详细来说,涉及能够将所输出的各光成分调整为 平行的激光干涉仪和使用该激光干涉仪的测量装置。
背景技术
例如在高精度的加工所要求的车床、铣床、磨床等机床等中,具备相对于工厂等的 地面固定的床身、和在该床身上移动的工作台,在加工时,在该工作台上设置被加工物等, 一边使该工作台沿着规定的轴方向移动一边进行加工。在该工作台的移动中,有可能产生 轴方向、横向、纵向、纵摇(Pitch)方向、偏转(yaw)方向、横摇(roll)方向这六个(即6个 自由度方向的)位置偏差(误差),从机械精度的比较、交接、维修等目的出发,需要测量这 些位置偏差。以往,为了测量上述6个位置偏差,提出了多种利用激光测长器等进行测量的方 法,也存在将测量轴方向、横向、纵向、纵摇方向、偏转方向的位置偏差的方法实用化的情 况。然而,横摇方向的测量,被限定为用精密水平仪或千分表进行测量(例如JISB6336-1, IS010791-1)。但是,当使上述机床的工作台移动时,由于该机床自身的重心移动,所以该机 床整体倾斜。因此,当利用上述水平仪等进行横摇方向的测量时,也进行包含该机床的倾斜 在内的测量,无法测量准确的横摇方向。此外,在沿铅垂方向移动的工作台中,由于横摇方 向为水平方向,所以无法用上述水平仪测量横摇方向。因此,特别是提出了使用激光干涉仪 测量对于横摇方向的位置偏差的方法(参照日本国特开昭62-223604号公报、日本国特开 2004-138433 号公报)。这种激光干涉仪具备作为反射单元的反射镜,其具有按照成为大致V字状的方 式以规定角度倾斜的两个平面镜;和作为激光光路生成单元的激光干涉部,其输入具有相 互正交的两个偏光成分的激光,使各光成分相对于反射镜两次往返后输出。激光干涉部具 有作为分光部的具有偏光面的偏光分光器;在偏光分光器和反射镜之间配置的作为折射 部的双棱镜;和相对于轴方向在偏光分光器的直角方向上配置的旋转镜。偏光分光器具有 输入输出部,该输入输出部自由输入激光,并且自由输出相对于反光镜两次往返后的激光。在该激光干涉仪中,当具有相互正交的两个偏光成分的激光从激光头射出,输入 到偏光分光器的输入输出部时,被偏光分光器的偏光面分离成各光成分。被偏光分光器分离后的一个光成分,依次通过旋转镜、双棱镜,被反射镜反射后, 依次通过双棱镜、旋转镜而返回到偏光分光器。之后,一个光成分从偏光分光器射出,通过 双棱镜,被反射镜反射后,通过双棱镜而返回到偏光分光器。这样被偏光分光器分离的一个 光成分在双棱镜和反射镜之间两次往返。接着,被偏光分光器分离的另一光成分,通过双棱镜,被反射镜反射后,通过双棱 镜而返回到偏光分光器。之后,另一光成分依次通过旋转镜、双棱镜,被反射镜反射后,依次 通过双棱镜、旋转镜而返回到偏光分光器。这样另一光成分沿着与一个光成分不同的光路在双棱镜和反射镜之间两次往返。然后,在双棱镜和反射镜之间两次往返后的激光的各光成分,从激光干涉部输出。 从该激光干涉部输出的各光成分的激光(干涉信号)被光电变换器接收,基于各光成分的 波长的相位差,对这两个光路长的相对变化进行测量,由此能够算出横摇方向的位置偏差。然而,只要经由旋转镜朝向双棱镜的激光与不经由旋转镜而朝向双棱镜的激光平 行,则被双棱镜折射并射出的激光在反射镜垂直地入反射,即使在激光的归路中也沿着与 去路相同的光路,从激光干涉部输出的激光的各光成分平行。但是,在上述激光干涉仪中,如果偏光分光器等的光学部件的制作精度低,则存在 从光学干涉部输出的两个光成分的平行度降低的情况。具体而言,作为光学部件的偏光分光器,一般已知有在两个45°直角棱镜的斜面 间设置偏光面并用粘合剂粘合的立方体状的偏光分光器,由于该粘合剂的干燥时的收缩, 存在制作精度降低的情况。而且,如果光学部件的制作精度降低,则在各光成分的往返过程 中光路发生偏离,从激光干涉部输出的两个光成分的平行度降低。如果像这样从激光干涉部输出的两个光成分的平行度降低,则存在基于两个光成 分的干涉信号变得微弱,无法检测出良好的干涉信号,横摇方向的位置偏差的测量精度降 低的问题。为了解决该问题,通过调整旋转镜的角度,能够使从激光干涉部输出的两个光成 分平行,但该调整作业非常难,期望能够更简单地调整的激光干涉仪。

发明内容
因此,本发明的目的在于提供一种激光干涉仪和使用该激光干涉仪的测量装置, 使得各光成分的偏转调整作业简单,能够使从激光光路生成单元输出的激光的各光成分的 平行度提高,并且能够使横摇方向的位置偏差的测量精度提高。本发明的激光干涉仪,例如参照图3、图7、图14,其特征在于,具备反射单元,其具有以规定角度倾斜的两块平面镜;和激光光路生成单元,其具有分光部和折射部,当具有两个偏光面相互正交的偏光 成分的激光输入所述分光部后,该分光部对所述激光进行分光,所述折射部配置在所述分 光部和所述反射单元之间,使被所述分光部分光后的各光成分沿所述规定角度折射,从而 相对于所述反射单元的平面镜垂直地进行入反射,所述激光光路生成单元使所述各光成分 在所述折射部和所述反射单元之间做两次往返后将之输出,在使所述反射单元和所述激光光路生成单元在轴方向上相对移动时,根据所述反 射单元和所述激光光路生成单元的相对位置关系,各光成分所通过的光路的距离发生相对 变化,所述激光光路生成单元具有偏转部,所述偏转部配置在所述分光部和所述折射部 之间,使得当所述各光成分进行最初往返时一个光成分通过,当所述各光成分进行下一次 往返时另一个光成分通过,所述偏转部具有自由调整通过的光成分的偏转方向的一对楔形 棱镜。由此,仅通过操作一对的楔形棱镜就能够简单地调整通过偏转部的各光成分的偏 转方向。而且,借助偏转部的调整使入射到折射部的各光成分平行,使得各光成分相对于反
5射单元的平面镜垂直地入反射,由此能够使从激光光路生成单元输出的各光成分的平行度 提高。而且,在横摇方向的位置偏差的测量时,能够得到良好的干涉信号,横摇方向的位置 偏差的测量精度提高。此外,本发明的激光干涉仪,例如参照图3、图7、图14,其特征在于所述激光光路生成单元具有反射部,所述反射部相对于所述分光部的所述轴方向 配置在直角方向上,将经由所述分光部入射进来的激光朝向所述折射部反射,所述偏转部配置在所述反射部和所述折射部之间。由此,由于偏转部配置在反射部和折射部之间,所以当调整各光成分的偏光方向 时不需要调整反射部,调整作业容易。此外,本发明的激光干涉仪,例如参照图14,其特征在于所述激光光路生成单元具有反射部,所述反射部相对于所述分光部的所述轴方向 配置在直角方向上,将经由所述分光部入射进来的激光朝向所述折射部反射,所述偏转部配置在所述分光部和所述反射部之间。由此,由于偏转部配置在分光部和反射部之间,所以当调整各光成分的偏光方向 时不需要调整反射部,调整作业容易。进而,本发明的激光干涉仪,例如参照图4、图5、图8、图9,其特征在于所述激光干涉仪具有收纳所述激光光路生成单元的框体,所述偏转部具有在所述楔形棱镜的外周形成的环状的操作部分,所述楔形棱镜以所述操作部分从所述框体露出的方式配置在所述框体内。由此,由于操作部分从框体露出,所以即使不分解框体也能够操作偏转部,调整作 业容易。此外,本发明的激光干涉仪,例如参照图7、图9,其特征在于所述分光部具有输入输出部,所述输入输出部自由输入激光,并且将对于所述反 射单元进行过两次往返的激光自由输出,所述激光光路生成单元具备再输入部,所述再输入部将从所述输入输出部输出的 激光折回并输入到所述输入输出部。由此,利用再输入部,使在折射部和反射单元之间两次往返后输出的激光再次在 折射部和反射单元之间进行两次往返,因此灵敏度提高,横摇方向的位置偏差的测量精度 提尚。此外,本发明的测量装置,参照图1、图2,其特征在于,具备所述激光干涉仪;和激光测长单元,其自由照射所述激光,且基于从所述激光光路生成单元输出的所 述各光成分的激光的波长的相位差,能够测量出所述各光成分的光路的距离的相对变化,所述反射单元和所述激光光路生成单元的任一个单元固定于相对基准地面支承 的支承部件,所述反射单元和所述激光光路生成单元的另一个单元固定于相对所述支承部件 被支承为可沿轴方向自由移动的移动部件,当使所述移动部件相对于所述支承部件沿着所述轴方向移动时,测量所述移动部 件相对于所述支承部件的位置偏差。
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由此,能够测量移动部件和支承部件的相对位置关系,而不包含由移动部件的移 动而引起的支承部件的倾斜,能够良好地测量横摇方向的位置偏差。另外,上述括号内的符号是为了与附图对照而标注的,便于发明的理解,不对权利 要求的结构造成任何影响。


图1是表示将激光干涉部固定于工作台时的测量装置和机床的立体图。图2是表示将反射镜固定于工作台时的测量装置和机床的立体图。图3是表示第一实施方式涉及的激光干涉仪的立体模式图。图4是激光干涉部的立体图。图5是沿着图4中的A-A线的激光干涉部的截面图。图6是表示通过偏转部的激光的光路的说明图,(a)是表示在激光干涉部中利用 偏转部调整激光的偏转方向时的光路的说明图,(b)是表示通过偏转部的激光的偏转范围 的说明图。图7是表示第二实施方式涉及的激光干涉仪的立体模式图。图8是表示激光干涉部的立体图。图9是沿着图8中B-B线的激光干涉部的截面图。图10是从图8中的箭头C方向观察的激光干涉部的主视图。图11是表示由第一实施方式的测量装置计测出的横摇检测灵敏度的图。图12是表示由第二实施方式的测量装置计测出的横摇检测灵敏度的图。图13是表示检测出光学实验台的横摇方向的位置偏差的结果的图。图14是表示第三实施方式涉及的激光干涉仪的立体模式图。
具体实施例方式<第一实施方式>以下,参照附图对本发明涉及的第一实施方式进行说明。图1是表示将激光干涉 部固定于工作台时的测量装置和机床的立体图,图2是表示将反射镜固定于工作台时的测 量装置和机床的立体图,图3是表示第一实施方式涉及的激光干涉仪的立体模式图,图4是 激光干涉部的立体图,图5是沿着图4中的A-A线的激光干涉部的截面图,图6是表示通过 偏转部的激光的光路的说明图,图6(a)是表示在激光干涉部中利用偏转部调整激光的偏 转方向时的光路的说明图,图6(b)是表示通过偏转部的激光的偏转范围的说明图。如图1所示,能够测量机床20的位置偏差的测量装置50,具备激光干涉仪1和激 光头(激光测长单元)12。该机床20例如具有载置支承在工厂的地面30上的床身(支承 部件)21,引导部件21a支承于该床身21。工作台(移动部件)22沿着Z轴方向(轴方向) 移动自由地支承于该引导部件21a,该工作台22例如通过未图示的电动机的驱动等沿着Z 轴方向移动。此外,在机床20的床身21上设置有刀架23,在设置于该刀架23的臂24上具有卡 盘25。当利用机床20进行加工时,在该卡盘25上安装车刀等刀具并且在工作台22上设 置、固定被加工物,一边使该工作台22移动而与被加工物和刀具接触一边进行加工。另外,图1所示的机床20,为了便于说明,而简单模式地表示,以沿着Z轴方向移动作为一例进行 说明,但实际上进行更复杂的形状,动作。激光头12例如借助三脚架12b等配置在地面30上,在该激光头12内具备激光振 荡器和光电变换器,该激光振荡器自由照射具有相互正交的两个偏光成分的激光、具体而 言照射具有作为直线偏光的P波(例如纵波)和偏光面与该P波正交且频率不同的作为直 线偏光的S波(例如横波)的激光,该光电变换器基于所输入的激光的P波和S波的波长 能够测量出光路长的变化量,该光路长的变化量的详细情况将在后边叙述。此外,激光头12 具备沿着同轴方向进行激光振荡器的激光的照射和激光向光电变换器的输入的输入输出 头12a,该激光头12以朝向后述的激光干涉仪1的激光干涉部3的输入输出部8a且沿着Z 轴方向进行激光的输入输出的方式配置。另外,在上述机床20的床身、工作台上,根据其形状、作用具有各种名称,例如具 有主轴箱、刀架、支柱、平台等的名称,但为了便于说明,在本说明书中,将相对地面30支承 的支承部件设为床身21、将相对该床身21移动的移动部件设为工作台22。此外,激光头12 内一体地设置激光振动器和光电变换器,但也可以分开设置。作为本发明的主要部分的激光干涉仪1,构成为具备反射镜(反射单元)2和激光 干涉部(激光光路生成单元)3,如图3所示,该反射镜2具有以成为大致V字状的方式相对 激光干涉部3倾斜大致对称的规定角度的两个平面镜4、5。如图1所示,该反射镜2具有大 致长方体形状的反射镜壳体2a,这些平面镜4、5被收纳在该主体壳体2a内。此外,在主体 壳体2a的与激光干涉部3相对的面上形成有用于供激光通过的狭缝状的孔2b。如图3 图5所示,激光干涉部3构成为具备具有两个楔形棱镜6a、6b的双棱镜 (折射部)6,1/4波长板(第二波长板)7a、7b,偏光分光器(分光部)8、平面型反射镜(反 射部)9、1/4波长板(第一波长板)10、角隅棱镜(光路轴变更部)11和偏转部15,该激光 干涉部3被收纳在大致长方体形状的干涉部壳体(框体)3a内。另外,在图4和图5中,双 棱镜6和角隅棱镜11安装在干涉部壳体3a上并露出,但也可以将各光学部件配置在干涉 部壳体3a内部,在本第一实施方式中,在任一情况下都表现为收纳在干涉部壳体3a内。在 该干涉部壳体3a分别形成有面向上述激光头12的供激光通过的孔3b,和面向上述反射镜 2的供激光通过的孔3c、3d。如图3 图5所示,偏光分光器8具有相对于Z轴方向倾斜大致45°的角度的偏 光面8b、和输入输出激光的输入输出面(输入输出部)8a,该输入输出面8a相对于反射镜 2位于偏光分光器8的Z轴方向的相反侧,即位于与上述激光头12的输入输出头12a在Z 轴方向上相对的位置。此外,平面型反射镜9相对于该偏光分光器8的Z轴方向配置在直角方向(Y轴方 向),一体地形成在偏光分光器8的相对于Z轴方向倾斜大致45°度的倾斜面上。在上述偏光分光器8和平面型反射镜9与反射镜2之间的Z轴方向上,分别配置 有上述双棱镜6和1/4波长板7a、7b。进而,角隅棱镜11相对于上述平面型反射镜9配置 在偏光分光器8的相反侧,在该角隅棱镜11和偏光分光器8之间配置有1/4波长板10。另外,双棱镜6和1/4波长板7a、7b的Z轴方向上的位置,如图3所示,优选按照 反射镜2、双棱镜6、1/4波长板7a、7b、偏光分光器8和平面型反射镜9的顺序配置,但也可 以按照反射镜2、1/4波长板7a、7b、双棱镜6、偏光分光器8和平面型反射镜9的顺序配置。
8此外,1/4波长板7a、7b是分开的,但也可以是一体的。此外,1/4波长板是指,使用相对于晶轴准确地切割的结晶片的板,1/4波长板7a、 7b在X-Y轴平面上使晶轴倾斜45°加以使用,1/4波长板10在X-Z轴平面上使晶轴倾斜 45°加以使用。在本第一实施方式中,偏转部15具有自由调整通过的激光的偏转方向的一对(两 个)楔形棱镜15a、15b,和形成在楔形棱镜15a、15b的外周且保持楔形棱镜15a、15b的环状 的支架16a、16b,该偏转部15配置于偏光分光器8与双棱镜6之间,更具体而言,配置于在 平面型反射镜9和双棱镜6之间配置的1/4波长板7a与平面型反射镜9之间。楔形棱镜15a、15b,两端面形成为平面的圆盘形状,是形成为一个平面相对于另一 个平面(X-Y平面)倾斜规定角度θψ(参照图6(a))的倾斜面的楔形状的棱镜。而且,如图5所示,各楔形棱镜15a、15b的平面彼此以相对的方式接近配置,各楔 形棱镜15a、15b的支架16a、16b以楔形棱镜15a、15b的中心轴为中心旋转自由地支承在干 涉部壳体3a内。支架16a、16b以该支架16a、16b的外周露出到干涉部壳体3a的外部的方式支承 在干涉部壳体3a内,当操作者操作各楔形棱镜15a、15b时,只要操作该露出来的支架16a、 16b即可,不用分解干涉部壳体3a,因此各楔形棱镜15a、15b的调整操作简单。而且,如图6(a)所示,通过以楔形棱镜15a、15b的中心轴为中心使楔形棱镜15a、 15b沿着箭头A方向(顺时针旋转)或箭头B方向(逆时针旋转)转动,能够调整通过的激 光的偏转方向。具体而言,由于将一对的楔形棱镜15a、15b彼此以接近相对的方式配置,所以如 图6 (b)所示,通过使各楔形棱镜15a、15b沿着箭头A方向或箭头B方向转动,入射到楔形 棱镜15a后从楔形棱镜15b射出的激光,偏转成为通过与楔形棱镜15a、15b的倾斜面的倾 斜角度θψ对应的规定的大致圆锥区域R内的任意方向。因而,通过沿着箭头A方向或箭 头B方向转动操作各楔形棱镜15a、15b,能够调整激光的偏转方向。本第一实施方式的激光干涉仪1构成为,从偏光分光器8的输入输出面8a输入具 有S波和P波的激光,使被偏光分光器8分光后的各光成分在激光干涉部3的双棱镜6和 反射镜2之间两次往返后从偏光分光器8的输入输出面8a输出,从激光头12向激光干涉 仪1的激光干涉部3输入具有两个光成分的激光,基于作为激光干涉部3的输出的两个光 成分所引起的干涉信号,测量横摇方向的位置偏差。在该测量作业之前,需要从激光头12 照射具有两个光成分的激光,并对反射镜2和激光干涉部3的偏转部15进行调整操作,使 得从激光干涉部3输出的各光成分变得平行。以下,对向激光干涉仪1照射激光的情况进行详细说明。由上述激光头12的激光振荡器相对Z轴方向平行地输出具有P波和S波的激光, 经由图3所示的光路al、bl输入到偏光分光器8的输入输出面8a。输入到该偏光分光器 8的输入输出面8a的激光,被偏光面8b分光成第一光成分(P波)和第二光成分(S波), P波通过第一光路(图3中的a2 all),S波通过第二光路(图3中的b2 bll)。详细 来说,P波原封不动地通过该偏光分光器8的偏光面8b而沿着直行方向、即Z轴方向的光 路a2输出,并且S波利用该偏光面8b沿着直角方向、即Y轴方向反射后通过偏光分光器8 内,到达平面型反射镜9。在此,在图3中用虚线表示第一光成分通过的第一光路,用实线表
9示第二光成分通过的第二光路。首先,对使被偏光分光器8分光后的各光成分在激光干涉部3和反射镜2之间两 次往返时最初往返的情况进行说明。作为通过第一光路(图3中的虚线)的第一光成分,输出到光路a2后的P波的激 光,通过1/4波长板7b而成为圆偏光的激光,并且利用双棱镜6的楔形棱镜6b相对Z轴方 向折射角度Φ,向光路a3输出。作为该光路a3的第一光成分的圆偏光的激光,在反射镜2 的平面镜4的点4b垂直地输入该平面镜4,沿该光路a3反射。换言之,操作者通过调整反 射镜2的平面镜4的角度使得第一光成分垂直地入反射。被反射后的光路a3的圆偏光的 激光,再次被楔形棱镜6b沿着Z轴方向折射,并且通过1/4波长板7b而成为S波的激光, 向光路a2输出,返回到偏光分光器8。S卩,在偏光面8b上沿着Z轴方向直行的第一光成分,在去路方向上依次通过光路 a2、l/4波长板7b、双棱镜6、光路a3,被反射镜2的平面镜4反射后,在归路方向上依次通 过作为与去路相同光路的光路a3、双棱镜6、1/4波长板7b、光路a2,返回到偏光面8b,第一 光成分在激光干涉部3的双棱镜6和反射镜2之间往返。另一方面,作为通过第二光路(图3中的实线)的第二光成分,被偏光分光器8分 光后的光成分亦即S波的激光,被平面型反射镜9沿着配设有双棱镜6的方向反射,输出到 光路b2。该光路b2的S波激光,通过偏转部15的各楔形棱镜15a、15b输出到光路b3,但被 该偏转部15调整为第二光成分亦即S波激光的偏转方向。具体而言,如图6(a)所示,在作为光学部件的偏光分光器8的制造精度低的情况 下,作为被偏光面8b反射的第二光成分的S波激光会沿着从Y轴方向偏离的光路。被平面 型反射镜9反射后的第二光成分,假设在没有偏转部15的状态下会如光路b3’那样,从Z 轴方向偏离而相对于通过光路b2的第一光成分不平行,平行度极低。相对于此,在本第一 实施方式中,如图6(b)所示,操作者通过沿着箭头A方向或箭头B方向转动操作偏转部15 的各楔形棱镜15a、15b,能够使通过偏转部15的激光在规定的大致圆锥区域R内偏转,如图 6(a)所示,能够对输出到光路b3的第二光成分的偏转方向进行调整,使得该输出到光路a3 的第二光成分与输出到光路a2的第一光成分平行,因此能够使通过光路b3的第二光成分 相对于通过光路a2的第一光成分的平行度提高。像这样被偏转部15调整为与通过光路a2的第一光成分平行而通过Z轴方向的光 路b3后的第二光成分亦即S波激光,通过1/4波长板7a而成为圆偏光的激光,并且利用双 棱镜6的棱镜6b相对于Z轴方向折射角度Φ,输出到光路b4。作为该光路b4的第二光成 分的圆偏光的激光,在反射镜2的平面镜4的点4a被反射。在此,由于通过光路b3的第二光成分被偏转部15调整为与通过光路a2的第一光 成分平行,所以通过了光路b4的第二光成分,与在平面镜4的点4b被垂直地入反射的第一 光成分相同,在平面镜4的点4a被垂直地入反射。作为被反射后的光路b4的第二光成分的圆偏光的激光,再次被楔形棱镜6b沿着Z 轴方向折射,并且通过1/4波长板7a而成为P波的激光,输出到光路b3。然后,光路b3的 P波的激光,被偏转部15调整偏转方向后输出到光路b2,被平面型反射镜9朝向偏光面8b 反射。
S卩,被偏光面8b反射后的第二光成分,在去路方向依次通过平面型反射镜9、光路 b2、偏转部15、光路b3、1/4波长板7a、双棱镜6、光路b4,被反射镜2的平面镜4反射后,在 归路方向依次通过作为与去路相同光路的光路b4、双棱镜6、1/4波长板7a、光路b3、偏转部 15、光路b2、平面型反射镜9,返回到偏光面8b,第二光成分在激光干涉部3的双棱镜6和反 射镜2之间往返。接着,对使被偏光分光器8分光后的各光成分在激光干涉部3和反射镜2之间第 二次往返的情况进行说明。作为通过第二光路(图3中的实线)的第二光成分,通过光路b2返回到偏光面8b 的激光,由于成为P波,所以原封不动地直行并通过偏光面8b,输出到光路b5。该光路b5 的P波的激光通过1/4波长板10而成为圆偏光的激光后输出到光路b6,该光路b6的圆偏 光的激光,被角隅棱镜11折回并输出到光路b7中,该光路b7平行于该光路b6的轴方向且 在X轴方向处于不同的轴上。该光路b7的圆偏光的激光,再次通过1/4波长板10而成为 S波的激光,输出到光路b8。光路b8的激光,由于成为S波,所以被偏光分光器8的偏光面8b反射到直角方 向、即Z轴方向的光路b9。在此,输出到光路b9的第二光成分,如图6所示,由于以与通过 光路bl后的第二光成分被偏光面8b反射的角度相同的角度反射到偏光面8b,所以与第一 光成分最初往返时通过的光路a2平行地输出。光路b9的S波的激光,通过1/4波长板7b而成为圆偏光的激光,并且利用双棱镜 6的楔形棱镜6a相对于Z轴方向折射角度Φ,输出到光路blO。作为该光路blO的第二光 成分的圆偏光的激光,在反射镜2的平面镜5的点5b被垂直地输入到该平面镜5,反射到该 光路blO。换言之,操作者通过调整反射镜2的平面镜5的角度,使得第二光成分垂直地入 反射。被反射后的光路blO的圆偏光的激光,再次被楔形棱镜6a沿着Z轴方向折射,并且 通过1/4波长板7b而成为P波的激光,输出到光路b9。然后,光路b9的激光,由于成为P 波,所以原封不动地沿着直行方向通过偏光分光器8的偏光面8b,输出到相对光路al的第 一光成分和光路bl的第二光成分平行的光路bll。S卩,被偏光面8b反射的第二光成分,在去路方向依次通过光路b9、l/4波长板7b、 双棱镜6、光路blO,被反射镜2的平面镜5反射后,在归路方向上依次通过作为与去路相同 光路的光路blO、双棱镜6、1/4波长板7b、光路b9,返回到偏光面8b,第二光成分在激光干 涉部3的双棱镜6和反射镜2之间往返。而且,相对于反射镜2的平面镜4、5进行两次往返的第二光成分,从输入输出面8a 输出到光路bll后,输入到上述激光头12的光电变换器。另一方面,作为通过第一光路(图3中的虚线)的第一光成分,返回至光路a2的激 光,由于成为S波,所以被偏光分光器8的偏光面8b沿着配设有角隅棱镜11的方向反射, 输出到光路a4。详细来说,返回至光路a2的第一光成分,以与通过光路bl被偏光面8b反射的第 二光成分的反射角度相同的角度被反射,输出到与此时的第二光成分平行且相反方向的光 路a4。该光路a4的S波的激光通过1/4波长板10而成为圆偏光的激光后输出到光路 a5,该光路a5的圆偏光的激光,被角隅棱镜11折回并输出到光路a6中,该光路a6平行于该光路a5的轴方向且在X轴方向处于不同的轴上。该光路a6的圆偏光的激光,再次通过 1/4波长板10而成为P波的激光,输出到光路a7。光路a7的激光,由于成为P波,所以原封不动地直行通过偏光分光器8的偏光面 8b,输出到平面型反射镜9,被平面型反射镜9沿着配设有双棱镜6的方向反射,输出到光路
a80在此,在最初的往返时被偏光面8b反射而朝向平面型反射镜9的第二光成分,与 被角隅棱镜11折射后通过光路b8而朝向平面型反射镜9的第一光成分平行。因而,光路 a8的第一光成分与光路b2的第二光成分平行。此外,作为通过光路a8的第一光成分的P波激光,被偏转部15沿着与通过光路b3 的第二光成分的偏转方向相同的方向偏转,被调整为与通过光路b9的第二光成分平行后 输出到光路a9。S卩,在最初的往返时第二光成分通过偏转部15,在下一次往返时第一光成分通过 偏转部15,因此两光成分的偏转方向被偏转部15调整。作为该光路a9的第一光成分的P波激光,通过1/4波长板7a而成为圆偏光的激 光,并且利用双棱镜6的楔形棱镜6a相对于Z轴方向折射角度Φ,输出到光路alO。作为 该光路alO的第一光成分的圆偏光的激光,在反射镜2的平面镜5的点5a被反射。在此,作为通过光路a9的第一光成分的P波激光,由于被调整为与通过光路b9的 第二光成分平行,所以通过光路alO后的第一光成分,与在平面镜5的点5b被垂直地入反 射的第二光成分同样,在平面镜5的点5a被垂直地入反射。作为被反射后的光路alO的第一光成分的圆偏光的激光,再次被楔形棱镜6a沿着 Z轴方向折射,并且通过1/4波长板7a而成为S波的激光,输出到光路a9。然后,光路a9 的S波的激光,被偏转部15调整偏转方向后输出到光路a8,被平面型反射镜9朝向偏光面 8b反射。沿着与去路相同的光路返回到偏光分光器8的偏光面8b的激光,由于成为S波, 所以被偏光分光器8的偏光面8b,以与光路bl的第二光成分被偏光面8b反射时的反射角 度相同的角度沿着Z轴方向被反射,相对于光路al的第一光成分和光路bl的第二光成分 平行,从输入输出面8a输出到光路all。S卩,通过偏光面8b的第一光成分,在去路方向依次通过平面型反射镜9、光路a8、 偏转部15、光路a9、l/4波长板7a、双棱镜6、光路alO,被反射镜2的平面镜5反射后,在归 路方向依次通过与去路相同光路的光路alO、双棱镜6、1/4波长板7a、光路a9、偏转部15、 光路a8、平面型反射镜9,返回到偏光面8b,第一光成分在激光干涉部3的双棱镜6和反射 镜2之间往返。然后,相对于反射镜2的平面镜4、5两次往返后的第一光成分,从输入输出面8a 输出到光路all后,输入到上述激光头12的光电变换器。以上,相对于反射镜2的平面镜4、5两次往返的光路all的第一光成分和光路bll 的第二光成分,由于与所输入的激光平行,所以从输入输出面8a相互平行地输出。另外,为了便于说明,以平行的轴线对图3所示的光路al、b 1、光路a4、b5、光路a5、 b6、光路a6、b7、光路a7、b8、以及光路al 1、b 11进行表示,但这些光路分别是同一轴上的光路。在本第一实施方式中,由激光头12照射的具有第一光成分和第二光成分的激光从输入输出面8a输入后被偏光面8b分光,在双棱镜6和反射镜2之间的最初的往返时,第 二光成分通过偏转部15,在下一次往返时,第一光成分通过偏转部15,因此转动操作偏转 部15的一对楔形棱镜15a、15b,能够调整各光成分的偏转方向,利用该调整作业能够使射 出到双棱镜6的各光成分平行,能够使各光成分相对于反射镜2垂直地入反射。而且,由于 相对于反射镜2垂直地入反射,所以各光成分去路和归路都能够沿着同一光路,能够使从 输入输出面输出的各光成分相互平行。因而,能够使从激光干涉部3输出的各光成分的平 行度提高。而且,为了调整各光成分的偏转方向,不需要调整一体地形成于偏光分光器8的 平面型反射镜9的角度,只要转动操作偏转部15的一对楔形棱镜15a、15b即可,因此该调 整作业非常地简单。此外,由于构成为两光成分通过一对楔形棱镜15a、15b,所以不用针对各光成分中 的每一成分准备一对楔形棱镜,因此部件个数少,构造也简单。接着,例如设定反射镜2相对于激光干涉部3在作为绕Z轴的γ方向的横摇方向 做出相对移动。这样一来,分别通过第一光路和第二光路的激光所反射的点4a、5b以及点 4b、5a成为下述形状,点4a和点5b相对于平面镜4、5的倾斜向谷侧(即内侧)或山侧(即 外侧)移动,点4b和点5a相对于平面镜4、5的倾斜向山侧(即外侧)或谷侧(即内侧) 移动。即,相对于光路b4和光路blO的光路长光路a3和光路alO的光路长发生缩短或伸 长,由此在第一光路和第二光路的光路长上产生相对的变化。如果在第一光路和第二光路的光路长上产生相对的变化,则产生从输入输出面8a 输出的光路all的第一光成分亦即S波的激光,与光路bll的第二光成分亦即P波的激光 的多普勒频移,得到干涉信号。能够利用输入该干涉信号的激光头12的光电变换器检测出 光路长的变化(以下称作“检测光长”)。另外,基于该光电变换器的多普勒频移的检测,由 于是众所周知的技术,所以省略其说明。此外,将点4a和点4b(点5a和点5b)的距离设为2v,用公式表示上述横摇方向的 角度θ γ和光路长的变化量Δ,θ γ = tan_1(A/(8v · 8 ηΦ))......公式 1上述横摇方向的角度θ和光路长的变化量△的关系,不取决于点4a和点5a(点 4b和点5b)的距离2u,即反射镜2和激光干涉部3的距离不会带来丝毫影响。上述公式1的关系中,由于点4a和点4b (点5a和点5b)的距离2v —定,且角度 Φ也一定,因此作为检测光长(mm)和发生横摇(角秒)的关系而得到。通过累积运算该发 生横摇,能够算出反射镜2和激光干涉部3的横摇方向的位置偏差,即基于检测光长能够算 出横摇方向的位置偏差。因而,在本第一实施方式中,由于能够使从激光干涉部3输出的各光成分平行,所 以在横摇方向的位置偏差的测量时,能够得到良好的干涉信号,检测出的光路长的变化量 Δ的误差也变小,因此横摇方向的位置偏差的测量精度提高。另外,与现有技术同样,在相对横向(X方向)、纵向(Y方向)、轴方向(Ζ方向)、 纵摇方向(α方向)、偏转方向(β方向)有位移的情况下,光路b4和光路blO的光路长, 以及光路a3和光路alO的光路长不一起伸缩或变化,在这两个光路长上不会产生相对的变 化。
在使用激光干涉仪1测量机床20时,如图1所示,在该机床20上设置具有激光干 涉仪1的测量装置50。首先,将激光干涉仪1的反射镜2固定在机床20的床身21上,将 激光干涉部3固定在工作台22上。在该固定时,优选以反射镜2和激光干涉部3在Z轴方 向上正确地位于一条直线上,且平面镜4、5的角度和激光干涉部3的角度相对于Z轴方向 处于正确的位置的方式进行固定,但即使有稍微的偏离也不会在第一光路(特别是光路a3 和光路alO)和第二光路(特别是光路b4和光路blO)的光路长上产生差,因此没有特别问 题。此外,将激光头12以输入输出头12a相对于激光干涉部3的输入输出面8a在Z轴方 向上位于一条直线上的方式设置在地面30上。之后,从激光头12的激光振荡器照射激光,并且利用光电变换器开始对第一光路 和第二光路的光路长的相对变化的测量。然后,使机床20的工作台22相对于床身21在Z 轴方向上移动,利用测量装置50测量伴随着工作台22的移动的横摇方向(Y方向)的位 置偏差。此时,激光干涉部3的输入输出面8a在Z轴方向上移动,而且激光头12的输入输 出头12a也朝向Z轴方向,因此即使利用工作台22使激光干涉部3在Z轴方向上移动,激 光对输入输出面8a的输入输出也不会偏离。此外,只要激光干涉部3在Z轴方向上移动, 第一光路和第二光路的光路长会一起伸缩,从而不会产生相对的光路长之差。此外,在使用激光干涉仪1测量机床20时,如图2所示,也可以将激光干涉仪1的 反射镜2固定在机床20的工作台22上,将激光干涉部3固定在床身21上。此时也同样, 将激光头12以输入输出头12a相对于激光干涉部3的输入输出面8a在Z轴方向上位于一 条直线上的方式设置在地面30上。之后,从激光头12的激光振荡器照射激光,并且利用光电变换器开始对第一光路 和第二光路的光路长的相对变化的测量,使机床20的工作台22相对于床身21在Z轴方向 上移动,利用测量装置50测量伴随着工作台22的移动的横摇方向(Y方向)的位置偏差。 此时,从激光头12对输入输出面8a的激光的输入输出不会偏离,而且只要反射镜2在Z轴 方向上移动,第一光路和第二光路的光路长会一起伸缩,从而不会产生相对的光路长之差。以上,根据本第一实施方式的测量装置50,在进行测量前,能够简单地进行将从激 光干涉仪1的激光干涉部3输出的各光成分调整为平行的作业,在横摇方向的位置偏差的 测量时,能够得到良好的干涉信号,能够使横摇方向的位置偏差的测量精度提高。〈第二实施方式〉接着,以下参照附图对本发明涉及的第二实施方式进行说明。图7是表示第二实 施方式涉及的激光干涉仪的立体模式图。图8是表示激光干涉部的立体图。图9是沿着图 8中B-B线的激光干涉部的截面图。图10是从图8中的箭头C方向观察的激光干涉部的主 视图。另外,在第二实施方式中,除一部分的变更部分以外,对与第一实施方式同样的部分 标注相同符号,并省略其说明。本第二实施方式的激光干涉仪101,具备反射镜2和激光干涉部103,激光干涉部 103在上述第一实施方式的激光干涉部3的结构上进一步具备角隅棱镜(再输入部)17。该角隅棱镜17接近偏光分光器8的输入输出面8a配置,通过固定配件18相对于 干涉部壳体3a固定。进而,如图10所示,角隅棱镜17在输入输出面8a上避开激光所输入 的点Dl和用于输出激光的点D4进行配置。而且,角隅棱镜17与在双棱镜6和反射镜2之 间两次往返后输出激光的点D2和再输入激光的点D3相对配置。
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另外,在本第二实施方式中,如图10所示,角隅棱镜17固定在干涉部壳体3a的外 侧并向外部露出,但角隅棱镜17也可以被干涉部壳体3a覆盖,在任一情况下都表现为收纳 在干涉部壳体3a内。以下,对向激光干涉仪101照射激光的情况进行说明。从激光头的激光振动器相对于Z轴方向平行地输出具有P波和S波的激光,经由 图7所示的光路cl、dl输入到偏光分光器8的输入输出面8a。此时,激光输入到图10所示 的输入输出面8a的点Dl。该输入到偏光分光器8的输入输出面8a的激光,被偏光面8b分 光成第一光成分(P波)和第二光成分(S波),第一光成分通过第一光路(图7中的c2 c22),第二光成分通过第二光路(图7中的d2 d22)。详细来说,P波原封不动地通过该 偏光分光器8的偏光面8b而沿直行方向、即Z轴方向的光路c2输出,并且S波被该偏光面 8b沿着直角方向、即Y轴方向反射后通过偏光分光器8内,到达平面型反射镜9。在此,在 图7中,用虚线表示第一光成分通过的第一光路,用实线表示第二光成分通过的第二光路。首先,通过第一光路(图7中的虚线)的第一光成分依次通过光路c2、1/4波长板 7b、双棱镜6的楔形棱镜6b、光路c3,相对反射镜2的平面镜4垂直地入反射后,依次通过 光路c3、楔形棱镜6b、1/4波长板7b、光路c2,进而返回到偏光分光器8。接着,沿着光路c2返回来的激光,成为S波,被偏光分光器8的偏光面8b沿着配 设有角隅棱镜11的方向反射,依次通过光路c4、l/4波长板10、光路C5,利用角隅棱镜11 沿光路c6折回而被输出,该光路c6平行于光路c5的轴方向且在X-Z平面上处于对角位置 的不同的轴上。接着,第一光成分依次通过光路c6、1/4波长板10、光路c7。光路c7的激光,成为P波,原封不动地直行通过偏光分光器8的偏光面8b,依次 通过平面型反射镜9、光路c8,被偏转部15调整偏转方向后,依次通过光路c9、l/4波长板 7a、双棱镜6的楔形棱镜6a、光路clO,相对反射镜2的平面镜5垂直地入反射,并依次通过 光路c 10、楔形棱镜6a、1/4波长板7a、光路c9、偏转部15、光路c8、平面型反射镜9,返回到 偏光分光器8的偏光面8b。返回到偏光分光器8的偏光面8b的激光,成为S波,被偏光分光器8的偏光面8b 沿着Z轴方向反射,从输入输出面8a向光路cll输出。此时,输出到光路cll的激光从点 D2输出,该点D2在图10所示的输入输出面8a的X-Y面上位于点Dl的对角位置,且与角隅 棱镜17相对。在本第二实施方式中,输出到该光路cll的第一光成分,利用角隅棱镜17,通过与 光路cll的轴平行且在Y轴方向为不同轴的光路cl2,再次输入到偏光分光器8的输入输出 面8a。此时,输出到光路cl2的激光,被输入到从图10所示的输入输出面8a的点D2沿Y 轴方向偏离规定距离的点D3。通过光路cl2后的第一光成分,由于成为S波,因此被偏光面8b反射,依次通过平 面型反射镜9、光路cl3,被偏转部15调整偏转方向后,依次通过光路cl4、l/4波长板7a、 双棱镜6的楔形棱镜6a、光路cl5,相对反射镜2的平面镜5垂直地入反射,依次通过光路 cl5、楔形棱镜6a、1/4波长板7a、光路cl4、偏转部15、光路cl3、平面型反射镜9,返回到偏 光分光器8的偏光面Sb。返回到偏光分光器8的偏光面8b的激光,成为P波,原封不动地直行通过偏光分 光器8的偏光面8b,依次通过光路cl6、1/4波长板10、光路cl7,被角隅棱镜11沿光路cl8
15折回并输出,该光路cl8平行于该光路cl7的轴方向且在X-Z平面上处于对角的位置的不 同的轴上。该光路cl8的激光,依次通过1/4波长板10、光路cl9,作为S波的激光返回到 偏光分光器8的偏光面Sb。该返回来的激光,被偏光面8b反射,依次通过光路c20、l/4波 长板7b、双棱镜6的楔形棱镜6b、光路c21,相对反射镜2的平面镜4垂直地入反射,依次通 过光路c21、楔形棱镜6b、1/4波长板7b、光路c20,返回到偏光分光器8的偏光面Sb。该返 回来的第一光成分的激光是P波,原封不动地直行通过偏光分光器8的偏光面8b,从输入输 出面8a向光路c22输出。此时,输出到光路c22的激光从点D4输出,该点D4在图10所示 的输入输出面8a的X-Y平面上位于点D3的对角的位置,且避开角隅棱镜17。即,第一光成分的激光,在双棱镜6和反射镜2之间两次往返而输出到角隅棱镜17 后,被角隅棱镜17返回到输入输出面8b,进而在双棱镜6和反射镜2之间两次往返而从输 入输出面8a输出,因此在双棱镜6和反射镜2之间,进行相当于上述第一实施方式的两倍 的四次往返,进而从输入输出面8a输出。然后,相对于反射镜2的平面镜4、5四次往返后的第一光成分,从输入输出面8a 输出到光路c22后,输入到激光头的光电变换器。另一方面,作为通过第二光路(图7中的实线)的第二光成分,被偏光分光器8分 光后的光成分亦即S波的激光,依次通过平面型反射镜9、光路d2,被偏转部15调整偏转方 向后,依次通过光路d3、1/4波长板7a、楔形棱镜6b、光路d4,在反射镜2的平面镜4上垂直 地入反射后,依次通过光路d4、楔形棱镜6b、1/4波长板7a、光路d3、偏转部15、光路d2、平 面型反射镜9,返回到偏光分光器8的偏光面Sb。由于该返回来的第二光成分的激光成为P波,所以原封不动地直行通过偏光面 8b,依次通过光路d5、1/4波长板10、光路d6,被角隅棱镜11沿光路d7折回并输出,该光路 d7平行于该光路d6的轴方向且在X-Z平面上处于对角的位置的不同的轴上。该光路d7 的激光,依次通过1/4波长板10、光路d8,作为S波的激光返回到偏光分光器8的偏光面 8b。该返回来的激光,被偏光面8b反射,依次通过光路d9、1/4波长板7b、楔形棱镜6a、光 路dlO,在反射镜2的平面镜5垂直地入反射后,依次通过光路dlO、楔形棱镜6a、1/4波长 板7b、光路d9,返回到偏光分光器8的偏光面8b。该返回来的第二光成分的激光是P波,原封不动地沿着直行方向通过偏光分光器 8的偏光面8b,从输入输出面8a向光路dll输出。此时,输出到光路dll的激光从点D2输 出,该点D2在图10所示的输入输出面8a的X-Y平面上位于点Dl的对角的位置,且与角隅 棱镜17相对。在本第二实施方式中,输出到该光路dll的第二光成分,利用角隅棱镜17,通过与 光路dll的轴平行且在Y轴方向不同的轴上的光路dl2,再次向偏光分光器8的输入输出面 8a输入。此时,输出到光路dl2的激光,输入到从图10所示的输入输出面8a的点D2沿着 Y轴方向偏离规定距离的点D3。通过光路dl2后的第二光成分,由于成为P波,所以原封不动地通过偏光面8b,依 次通过光路dl3、l/4波长板7b、楔形棱镜6a、光路dl4,在反射镜2的平面镜5垂直地入反 射,并依次通过光路dl4、楔形棱镜6a、1/4波长板7b、光路dl3,返回到偏光分光器8的偏光 面8b。返回到偏光分光器8的偏光面8b的激光,成为S波,被偏光分光器8的偏光面8b
16反射,依次通过光路dl5、l/4波长板10、光路dl6,被角隅棱镜11沿光路dl7折回并输出, 该光路dl7平行于该光路dl6的轴方向且在X-Z平面上位于对角的位置的不同的轴上。该 光路dl7的激光,依次通过1/4波长板10、光路dl8,作为P波的激光返回到偏光分光器8 的偏光面8b。该返回来的激光,原封不动地直行通过偏光分光器8的偏光面8b,依次通过 平面型反射镜9、光路dl9,被偏转部15调整偏转方向,依次通过光路d20、1/4波长板7a、楔 形棱镜6b、光路d21,在反射镜2的平面镜5垂直地入反射,并依次通过光路d21、楔形棱镜 6b、1/4波长板7a、光路d20、偏转部15、光路dl9、平面型反射镜9,返回到偏光分光器8的 偏光面8b。返回到偏光分光器8的偏光面8b的激光,成为S波,被偏光分光器8的偏光面8b 沿着Z轴方向反射,从输入输出面8a向光路d22输出。此时,输出到光路d22的激光从点 D4输出,该点D4在图10所示的输入输出面8a的X-Y平面上位于点D3的对角的位置,且避 开角隅棱镜17。S卩,第二光成分的激光,在双棱镜6和反射镜2之间两次往返而输出到角隅棱镜17 后,利用角隅棱镜17返回到输入输出面8a,进而在双棱镜6和反射镜2之间两次往返后从 输入输出面8a输出,因此在双棱镜6和反射镜2之间,进行相当于上述第一实施方式的两 倍的四次往返,从输入输出面8a输出。然后,相对于反射镜2的平面镜4、5做四次往返后的第二光成分,从输入输出面8a 输出到光路d22后,向激光头的光电变换器输入。这样,在本第二实施方式中,利用角隅棱镜17,在双棱镜6和反射镜2之间两次往 返后输出的激光,再次在双棱镜6和反射镜2之间两次往返后输出,因此各光成分的光路长 是上述第一实施方式的两倍,在产生横摇方向的位置偏差的情况下,光路长的变化量变为2 倍。因而,在检测光路长的变化的激光头12的光电变换器中检测灵敏度变为2倍,横摇方 向的位置偏差的测量精度提高。此外,在本第二实施方式中,从激光头12照射的具有第一光成分和第二光成分的 激光从输入输出面8a输入并被偏光面8b分光,在双棱镜6和反射镜2之间的最初的往返 时第二光成分在偏转部15被调整偏光方向,在下一次往返时第一光成分在偏转部15被调 整偏光方向,因此能够使输出到角隅棱镜17的各光成分平行。进而,利用角隅棱镜17从输 入输出面8a再次输入的相互平行的激光的各光成分,也被偏光面8b分光,在双棱镜6和反 射镜2之间的最初的往返时,第一光成分在偏转部15被调整偏光方向,在下一次往返时,第 二光成分在偏转部15被调整偏光方向,因此在再输入激光的情况下,即使不改变偏转部15 的调整量也能够使所输出的各光成分平行。因而,在横摇方向的位置偏差的测量时,能够得 到良好的干涉信号,能够使横摇方向的位置偏差的测量精度提高。接着,说明对具有上述第一实施方式的激光干涉仪1的测量装置的横摇检测灵敏 度和具备本第二实施方式的激光干涉仪101的测量装置的横摇检测灵敏度进行比较而得 到的实验结果。图11是表示由第一实施方式的测量装置计测出的横摇检测灵敏度的图。图 12是表示由第二实施方式的测量装置计测出的横摇检测灵敏度的图。另外,对于上述第一 实施方式的激光干涉仪1中的反射镜2,第一光成分和第二光成分合计进行四次入反射,对 于本第二实施方式的激光干涉仪101中的反射镜2,第一光成分和第二光成分合计进行八 次入反射。
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在图11和图12中,横轴是使反射镜2沿着横摇方向旋转的角度(横摇),纵轴是 相对于反射镜2的横摇使用激光干涉仪1、101检测出的检测光长。另外,在图11和图12 中,L是反射镜2和双棱镜6的距离,在作图上,容易看出数据的标绘位置随着L值的增大 而向上方移动。例如,在L = 300(mm)的情况下,使检测光长向上方移动0. 01 (mm)进行标 绘,但实际的检测光长是比标绘位置低0. 01 (mm)的值。在此,具备激光干涉仪1、101的测量装置的横摇检测灵敏度,是测量数据的回归 直线的倾斜度,测量数据的回归直线的倾斜度越大,检测灵敏度越高。图11所示的上述第 一实施方式的测量装置的横摇检测灵敏度,无论L值为何值都为0. 81 X IO-5,能够确认横摇 检测灵敏度不取决于反射镜2和双棱镜6的距离。此外,图12所示的本第二实施方式的测量装置的横摇检测灵敏度,无论L值为何 值都为1. 63 X ΙΟ"5,由此能够确认横摇检测灵敏度不取决于反射镜2和双棱镜6的距离。而 且,能够确认本第二实施方式的测量装置的横摇检测灵敏度,是上述第一实施方式的测量 装置的横摇检测灵敏度的2倍。接着,对使用具备本第二实施方式的激光干涉仪101的测量装置实际检测出光学 实验台的横摇方向的位置偏差的情况进行说明。图13是表示检测出光学实验台的横摇方 向的位置偏差的结果的图。在该实验中,在光学实验台上载置工作台,使工作台移动,检测 出横摇方向的位置偏差。在此,由激光干涉仪101得到的数据是检测光长,将图12所示的横摇检测灵敏度 (1.63X ΙΟ"5)用作修正数据算出横摇方向的位置偏差。具体地说明,图13所示的横摇、即 横摇方向的位置偏差,是通过将由激光干涉仪1得到的检测光长除以作为修正数据的横摇 检测灵敏度而求得的。如图13所示,进行五次横摇方向的位置偏差的测量,但由于横摇检测灵敏度倍 增,所以几乎没有测量结果的波动。因而,能够确认横摇方向的位置偏差的测量精度提高。〈第三实施方式〉接着,以下参照附图对本发明涉及的第三实施方式进行说明。图14是表示第三实 施方式涉及的激光干涉仪的立体模式图。另外,在第三实施方式中,除一部分的变更部分 外,对与第一或第二实施方式相同的部分标注相同的符号,并省略其说明。在本第三实施方式中,如图14所示,激光干涉仪201的激光干涉部203,分开具有 偏光分光器(分光部)208和平面型反射镜(反射部)209,平面型反射镜209构成为相对于 偏光分光器208的Z轴方向配置在直角方向(Y轴方向)。在本第三实施方式中,偏转部15也配置在平面型反射镜209和1/4波长板7a之 间。由此,根据本第三实施方式,在将从激光干涉部203输出的各光成分调整为平行时不需 要调整平面型反射镜209的角度,只要调整偏转部15的各楔形棱镜15a、15b即可,因此调 整作业简单。另外,在上述第三实施方式中,对偏转部15配置在平面型反射镜209和1/4波长 板7a之间的情况进行了说明,但并不限定于此,如图14的虚线所示那样,也可以将偏转部 15配置在偏光分光器208和平面型反射镜209之间。据此,在将输出的各光成分调整为平 行时亦不需要调整平面型反射镜209的角度,只要调整偏转部15的各楔形棱镜15a、15b即 可,因此调整作业简单。
此外,在上述第一 第三实施方式中,将偏转部15配置在平面型反射镜9、209和 1/4波长板7a之间,但也可以取而代之,例如图14的虚线所示那样,将偏转部15配置在1/4 波长板7a和双棱镜6之间。此外,亦可代替将偏转部15设置在通过偏光分光器8、208,反 射镜9、209,1/4波长板7a,双棱镜6的光路上,而将偏转部15配置在通过偏光分光器8、 208,1/4波长板7b,双棱镜6的光路上,即将偏转部15配置在偏光分光器8、208和1/4波 长板7b之间或1/4波长板7b和双棱镜6之间。此外,在上述第一 第三实施方式中,对激光干涉部3、103、203作为反射部具有 平面型反射镜9、209的情况进行了说明,但并不限定于此,也可以是激光反射部作为反射 部具有阿米西棱镜(未图示)的情况。此外,在上述第一 第三实施方式中,对使用激光干涉仪1、101、201测量横摇方 向(Y方向)的位置偏差的情况进行了说明,但也可以以将该激光干涉仪1、101、201整体 旋转90度的形态、即横向进行使用。此外,在上述第一实施方式中,对测量机床20的测量装置50进行了说明,但该测 量装置50并不是特别限定于机床,只要是支承部件和相对于该支承部件沿着轴方向移动 的移动部件,且可设置(固定)反射镜2和激光干涉部3、103、203的设备,无论是可何种设 备都能够测量它们的位置偏差。此外,在上述第一 第三实施方式中,对激光干涉部3、103、203的输入输出面相 对于反射镜2位于偏光分光器8、208的轴方向的相反侧的情况进行了说明,但并不限定于 此,也可以构成为偏光分光器的输入输出面形成在相对于轴方向成直角的方向上,激光干 涉部将激光沿着相对于轴方向成直角的方向输入输出。此外,在上述第二实施方式中,对激光干涉部103作为再输入部具备1个角隅棱镜 17,使激光在双棱镜6和反射镜2之间四次往返的情况进行了说明,但并不限定于此,也可 以构成为激光干涉部作为再输入部具备多个(N个;N是2以上的整数)的角隅棱镜,使激 光在双棱镜6和反射镜2之间进行2X (N+1)次往返。产业上的利用可能性本发明涉及的激光干涉仪和测量装置,用于机床的工作台等的移动部件相对于支 承部件沿着轴方向移动时产生的位置偏差的测量中,特别是适用于对横摇方向的位置偏差 的测量。
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权利要求
一种激光干涉仪,其特征在于,具备反射单元,其具有以规定角度倾斜的两块平面镜;和激光光路生成单元,其具有分光部和折射部,当具有两个偏光面相互正交的偏光成分的激光输入所述分光部后,该分光部对所述激光进行分光,所述折射部配置在所述分光部和所述反射单元之间,使被所述分光部分光后的各光成分沿所述规定角度折射,从而相对于所述反射单元的平面镜垂直地进行入反射,所述激光光路生成单元使所述各光成分在所述折射部和所述反射单元之间做两次往返后将之输出,在使所述反射单元和所述激光光路生成单元在轴方向上相对移动时,根据所述反射单元和所述激光光路生成单元的相对位置关系,各光成分所通过的光路的距离发生相对变化,所述激光光路生成单元具有偏转部,所述偏转部配置在所述分光部和所述折射部之间,使得当所述各光成分进行最初往返时一个光成分通过,当所述各光成分进行下一次往返时另一个光成分通过,所述偏转部具有自由调整通过的光成分的偏转方向的一对楔形棱镜。
2.根据权利要求1所述的激光干涉仪,其特征在于所述激光光路生成单元具有反射部,所述反射部相对于所述分光部的所述轴方向配置 在直角方向上,将经由所述分光部入射进来的激光朝向所述折射部反射, 所述偏转部配置在所述反射部和所述折射部之间。
3.根据权利要求1所述的激光干涉仪,其特征在于所述激光光路生成单元具有反射部,所述反射部相对于所述分光部的所述轴方向配置 在直角方向上,将经由所述分光部入射进来的激光朝向所述折射部反射, 所述偏转部配置在所述分光部和所述反射部之间。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的激光干涉仪,其特征在于 所述激光干涉仪具有收纳所述激光光路生成单元的框体,所述偏转部具有在所述楔形棱镜的外周形成的环状的操作部分, 所述楔形棱镜以所述操作部分从所述框体露出的方式配置在所述框体内。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的激光干涉仪,其特征在于所述分光部具有输入输出部,所述输入输出部自由输入激光,并且将对于所述反射单 元进行过两次往返的激光自由输出,所述激光光路生成单元具备再输入部,所述再输入部将从所述输入输出部输出的激光 折回并输入到所述输入输出部。
6.一种测量装置,其特征在于,具备权利要求1至5中任一项记载的所述激光干涉仪;和激光测长单元,其自由照射所述激光,且基于从所述激光光路生成单元输出的所述各 光成分的激光的波长的相位差,能够测量出所述各光成分的光路的距离的相对变化,所述反射单元和所述激光光路生成单元的任一个单元固定于相对基准地面支承的支 承部件,所述反射单元和所述激光光路生成单元的另一个单元固定于相对所述支承部件被支 承为可沿轴方向自由移动的移动部件,当使所述移动部件相对于所述支承部件沿着所述轴方向移动时,测量所述移动部件相 对于所述支承部件的位置偏差。
全文摘要
本发明提供一种激光干涉仪和使用该激光干涉仪的测量装置。激光干涉仪(1)具有反射镜(2)和激光干涉部(3),反射镜(2)具有两块平面镜(4、5),激光干涉部(3)具有输入两个相互正交的直线偏光并进行分光的偏光分光器(8)和使分光的各光成分以相对于平面镜(4、5)垂直地入反射的方式折射的双棱镜(6),使各光成分在双棱镜(6)和反射镜(2)之间两次往返后输出,激光干涉部(3)具有偏转部(15),偏转部(15)配置在偏光分光器(8)和双棱镜(6)之间,使得当各光成分最初往返时一个光成分通过,当各光成分下一次往返时另一个光成分通过,并且具有自由调整通过的光成分的偏转方向的一对楔形棱镜(15a、15b),因此各光成分的偏转调整作业简单,能够使所输出的激光的各光成分的平行度提高,能够使横摇方向的位置偏差的测量精度提高。
文档编号G01B9/02GK101918788SQ20088012484
公开日2010年12月15日 申请日期2008年8月6日 优先权日2008年1月18日
发明者中薮俊博, 清水昭裕, 田村阳一, 谷内秀夫 申请人:石川县;西格玛光机株式会社

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