Матричная технология измерений. Путь к нанометрам

Новая технология измерения линейных и угловых координат использует оптическую марку с очень большим количеством элементов (десятки и сотни тысяч). Одновременное измерение положения всех элементов изображения марки с помощью цифровой камеры повышает точность измерения положения марки в сотни и более раз. Для новых измерителей прогнозируемая разрешающая способность находится на уровне долей нанометра в линейной шкале и тысячных долей угловой секунды в угловой шкале. Разрешающую способность реального измерителя ограничивает случайная погрешность измерения, вызванная ограниченной разрядностью и тепловыми шумами цифровой камеры. Исследование этой составляющей погрешности и является целью данной работы. Авторами были проведены длительные измерения координат, угла поворота и периода неподвижной марки в условиях медленно изменяющейся температуры. Анализ полученных данных позволил определить случайную составляющую погрешности измерений, отделив ее от изменений, вызванных тепловыми деформациями. При размерах марки и матрицы цифровой камеры менее 10 мм стандартное отклонение результата угловых измерений составило 0,005 угловых секунд, линейных измерений − порядка 0,1 нм, а значения периода элементов марки − менее 0,01 нм. Полученные оценки стандартного отклонения результатов измерений хорошо согласуются с аналитическими оценками, приведенными в статье. Экспериментально доказана высокая разрешающая способность матричной технологии линейных и угловых измерений.