JP2000283707A - 光干渉計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光干渉計において、移動ミラーが直線的に長
い距離を移動して、光の波長測定の精度を向上しなが
ら、十分な小型化が図れるようにする。 【解決手段】 基準光と測定光を、ビームスプリッタ３
３により反射光と透過光による直交する２光路に分岐
し、各々の光路において、反射光及び透過光を複数の反
射器により互いに反射させた後、再びビームスプリッタ
３３で合波してから受光器３８に受光させる光干渉計で
あって、複数の反射器を筐体４０に固定の固定反射器３
２，３４，３５と筐体４０に対し可動の移動反射器３
６，３７とに分けて、移動反射器３６，３７を、基準光
の光軸Ｌ１と平行する光軸Ｌ２上に配置する。具体的に
は、反射光と透過光を互いに他方の固定反射器に向けて
反射する一対の固定反射器３４，３５の間に、各々の固
定反射器に光を全反射する一対の移動反射器３６，３７
が配設されている。この一対の移動反射器３６，３７
は、筐体４０に対し着脱可能となっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、光計測技
術分野で使用する光干渉計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５は従来の小型光干渉計の概略構成例
を示した平面図で、図中、１１は入射光、１２はビーム
スプリッタ、１３，１４はミラー、１５は受光器であ
る。この小型光干渉計は、図示のように、入射光１１を
ビームスプリッタ１２によって透過光と反射光による直
交する２光路に分割し、それぞれの光路に直角に置いた
ミラー１３，１４による反射光を再びビームスプリッタ
１２で合波する。このとき、一方のミラー１３を設置し
た図示しない直動ステージを等速で動かすことで、２つ
のミラー１３，１４からの反射光の光路長に差ができ、
干渉縞の強度変化が見られる。この干渉縞の強度変化を
受光器１５で電気信号として取り出す。

【０００３】また、マイケルソン干渉計では、移動ミラ
ーが基準光と同軸上で可動するようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、移動ミラー
は直線的に長い距離を移動することにより、光の波長測
定の精度を向上できる。しかし、従来の光干渉計では以
下のような問題があった。

【０００５】即ち、マイケルソン干渉計のように、移動
ミラーを基準光と同軸上を移動させるものや、図５の干
渉計のように、移動ミラーを基準光と直交軸上を移動さ
せるものでは、直線的に長い距離を移動する移動ミラー
とするためには、各種の光学部品を組み込む筐体が大型
化してしまう。

【０００６】本発明の目的は、移動ミラーが直線的に長
い距離を移動して、光の波長測定の精度を向上しなが
ら、十分な小型化が図れるようにした光干渉計を提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決すべく
請求項１記載の発明は、基準光と測定光を複数の光学部
品により互いに干渉させる光干渉計であって、複数の光
学部品を筐体に固定の固定光学部品と筐体に対し可動の
移動光学部品とに分けて、移動光学部品を、基準光の光
軸とほぼ平行する光軸上に配置した構成、を特徴として
いる。例えば、光学部品としては、ビームスプリッタ及
び反射器が挙げられる。

【０００８】このように、請求項１記載の発明によれ
ば、基準光の光軸とほぼ平行する光軸上に移動光学部品
を配置した光干渉計なので、基準光軸とほぼ平行な光軸
上に沿って移動光学部品を長い距離移動して、光の波長
測定の精度向上が可能となり、筐体の十分な小型化が可
能となる。

【０００９】また、請求項２記載の発明は、基準光と測
定光を、ビームスプリッタにより反射光と透過光による
直交する２光路に分岐し、各々の光路において、反射光
及び透過光を複数の反射器により互いに反射させた後、
再びビームスプリッタで合波してから受光器に受光させ
る光干渉計であって、複数の反射器を筐体に固定の固定
反射器と筐体に対し可動の移動反射器とに分けて、移動
反射器を、基準光の光軸とほぼ平行する光軸上に配置し
た構成、を特徴としている。例えば、反射器としては、
ミラーが代表的であるが、ミラーの代わりに、例えば、
コーナーキューブ、リフレクタなども使用できる。受光
器は、干渉縞の強度変化を電気信号として取り出すもの
である。

【００１０】このように、請求項２記載の発明によれ
ば、基準光の光軸とほぼ平行する光軸上に移動反射器を
配置した光干渉計なので、基準光軸とほぼ平行な光軸上
に沿って移動反射器を長い距離移動して、光の波長測定
の精度を向上できて、筐体を十分に小型化できる。

【００１１】請求項３記載の発明は、請求項２記載の光
干渉計であって、反射光と透過光を互いに他方の固定反
射器に向けて反射する一対の固定反射器を備え、この一
対の固定反射器の間に、各々の固定反射器に光を全反射
する一対の移動反射器が配設されている構成、を特徴と
している。

【００１２】このように、請求項３記載の発明によれ
ば、反射光と透過光を互いに他方の固定反射器に向けて
反射する一対の固定反射器の間に、請求項２記載の移動
反射器として、各々の固定反射器に光を全反射する一対
の移動反射器が配設されている光干渉計なので、基準光
軸とほぼ平行な光軸上において、一対の固定反射器の間
で一対の移動反射器を移動させて各々全反射させること
により、各々の光路長に発生する差のできる範囲を大き
く取れる。

【００１３】請求項４記載の発明は、請求項３記載の光
干渉計であって、一対の移動反射器を筐体に対し着脱可
能とした構成、を特徴としている。

【００１４】このように、請求項４記載の発明によれ
ば、請求項３記載の一対の移動反射器を筐体に対し着脱
可能とした光干渉計なので、一対の移動反射器を筐体か
ら外すことにより、筐体内において、基準光軸とほぼ平
行な光軸上の両端部で対峙する一対の固定反射器の機械
的調整及び光学的調整が行えるとともに、その一対の固
定反射器間の光軸調整が高度に行える。また、一対の移
動反射器を外すことで、基準光が一対の固定反射器間を
通って反射してから筐体外部へ出させることが可能とな
り、従って、基準光を筐体外部の遠方へ飛ばして、一対
の固定反射器間の光軸と基準光軸との平行精度を高度に
調整できるようになる。

【００１５】請求項５記載の発明は、請求項１、２、３
または４記載の光干渉計であって、移動光学部品または
移動反射器の取付ベースを駆動部材に対し移動方向と交
差する方向の両側において固定した構成、を特徴として
いる。例えば、移動方向と交差する方向としては、移動
方向と直交方向が典型的であるが、移動方向と交差して
いれば良い。

【００１６】このように、請求項５記載の発明によれ
ば、請求項１記載の移動光学部品または請求項２、３、
４の何れか記載の移動反射器の取付ベースを駆動部材に
対し移動方向と交差する方向の両側において固定した光
干渉計なので、移動光学部品または移動反射器の移動距
離をできるだけ大きくしても、その移動のための駆動部
材に対する取付ベースの固定位置が、移動方向と交差す
る方向の両側にあって、移動ストロークの確保に支障を
来すことなく合理的な取り付けが行える。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る光干渉計の
実施の形態例を図１から図４に基づいて説明する。先
ず、図１は本発明を適用した一例としての小型光干渉計
の概略構成例を示した平面図で、図中、Ｌ１は基準光
軸、Ｌ２は可動光軸、３１は基準光源、３２は第１ミラ
ー、３３はビームスプリッタ、３４は第２ミラー、３５
は第３ミラー、３６，３７は移動ミラー（コーナーキュ
ーブ）、３８は受光器、４０は筐体、５１はリニアガイ
ド、５２はミラーベース（取付ベース）である。この小
型光干渉計は、Ｈｅ−Ｎｅレーザを基準光源３１に用い
たものである。

【００１８】基準光源３１から出射された基準光（Ｈｅ
−Ｎｅレーザ光）は、図示のように、筐体４０の内部に
おいて、基準光軸Ｌ１を通り、第１ミラー３２により反
射されてからビームスプリッタ３３に入射する。また、
ビームスプリッタ３３には、筐体４０の外部から測定光
が入射し、この測定光と基準光は、上段と下段とに異な
る光路を通ってビームスプリッタ３３に入射する。この
ビームスプリッタ３３によって、入射光が透過光と反射
光による直交する２光路に分割され、透過光は第２ミラ
ー３４により第３ミラー３５に向けて反射され、また、
反射光は第３ミラー３５により第２ミラー３４に向けて
反射する。第２ミラー３４で反射された光は、一方のコ
ーナーキューブによる移動ミラー３６により全反射さ
れ、また、第３ミラー３５で反射された光は、他方のコ
ーナーキューブによる移動ミラー３７で全反射される。
ここで、移動ミラー３６，３７は、第２ミラー３４と第
３ミラー３５間の光軸上において、リニアガイド５１上
を光軸に沿って移動自在に組み付けられている。

【００１９】そして、一方の移動ミラー３６で全反射さ
れた光は、第２ミラー３４により反射されてビームスプ
リッタ３３に再び入射し、また、他方の移動ミラー３７
で全反射された光は、第３ミラー３５により反射されて
ビームスプリッタ３３に再び入射する。こうして基準光
と測定光がビームスプリッタ３３で合波され、このと
き、ともにコーナーキューブによる一対の移動ミラー３
６，３７をリニアガイド５１上を光軸に沿って等速で移
動させることで、２つの移動ミラー３６，３７からの反
射光の光路長に差ができ、干渉縞の強度変化が見られ
る。この干渉縞の強度変化を受光器３８により電気信号
として取り出す。なお、２つの移動ミラー３６，３７に
よる反射光の光軸を、ここでは可動光軸Ｌ２とする。

【００２０】また、後述するように、２つの移動ミラー
３６，３７を外した光学系とした場合は、以下のような
光路となる。即ち、図２に示すように、ビームスプリッ
タ３３で分割された透過光は、第２ミラー３４により第
３ミラー３５に向けて反射され、さらに、第３ミラー３
５により反射されてビームスプリッタ３３に再び入射す
る。また、ビームスプリッタ３３で分割された反射光
は、第３ミラー３５により第２ミラー３４に向けて反射
され、さらに、第２ミラー３４により反射されてビーム
スプリッタ３３に再び入射する。こうして基準光と測定
光がビームスプリッタ３３で合波された結果、干渉が生
じ、その干渉が受光器３８で電気信号として取り出され
る。

【００２１】以上の小型光干渉計において、筐体４０に
は、図２に示したように、内部に複数（図示例では３
個）のボス４１，４１，４１を起設して、このボス４
１，４１，４１に一直線上の第１基準面４２，４２，４
２を形成するとともに、外形部に一直線上の第２基準面
４３を形成している。このような第１基準面４２，４
２，４２と第２基準面４３は、互いに平行であり、ま
た、第１基準面４２，４２，４２が第２基準面４３に向
かった状態にして、高精度な平坦面加工により得る。さ
らに、筐体４０には、外部へ基準光を通す光束貫通穴４
４が形成されている。

【００２２】ところで、図３は移動ミラー３６，３７及
びその駆動系をブロック５０と一緒に取り外した状態を
示した平面図で、図中、５３は基準面、６１はモータ
（ステッピングモータ）、６２は駆動プーリ（タイミン
グプーリ）、６３，６４は従動プーリ（タイミングプー
リ）、６５はベルト（タイミングベルト）、６６，６７
はテンションプーリである。即ち、ブロック５０上に
は、図示のように、リニアガイド５１が一体的または一
体に設けられるとともに、中央のモータ６１及び駆動プ
ーリ６２と左右の従動プーリ６３，６４及びテンション
プーリ６６，６７が備えられている。

【００２３】そして、モータ６１の出力軸に設けた駆動
プーリ６２と、リニアガイド５１の両側に設けた従動プ
ーリ６３，６４とにベルト６５が掛けられている。この
ベルト６５は、２つの移動ミラー３６，３７を備えた取
付ベースであるミラーベース５２に固定されている。即
ち、ベルト６５に対しミラーベース５２を、図４に示し
たように、リニアガイド５１に沿って移動する一対の移
動ミラー３６，３７の移動方向と直交方向の両側におい
て、両移動ミラー３６，３７の境界線の延長上で取り付
けネジ５５，５５により結合している。こうして、移動
ミラー３６，３７のミラーベース５２とその駆動部材で
あるベルト６５との結合がなされる。

【００２４】さらに、駆動プーリ６２の両側において、
ベルト６５を適度の緊張状態とするためのテンションプ
ーリ６６，６７が配置されている。そして、ブロック５
０のモータ６１を備えた側の端面は、筐体４０の第１基
準面４２，４２，４２と合致する基準面５３となってい
る。この基準面５３を高精度な平坦面加工により得る。
また、ブロック５０には、リニアガイド５１（可動光軸
Ｌ２）を基準面５３と平行に設けてある。なお、ブロッ
ク５０は、その基準面５３を第１基準面４２，４２，４
２に合致させた状態で筐体４０上にネジ止め固定され
る。

【００２５】次に、以上のような構成による小型光干渉
計の使い方を説明する。先ず、筐体４０にブロック５０
を取り付けていない状態では、コーナーキューブによる
２つの移動ミラー３６，３７が可動光軸Ｌ２上に無いた
め、図２に示したように、基準光をビームスプリッタ３
３から光束貫通穴４４に通って筐体４０の外部へ遠方に
飛ばして、基準光源３１から出射直後の基準光軸Ｌ１と
筐体４０の第１及び第２の両基準面４２，４３との平行
精度を、より高度に調整することができる。

【００２６】即ち、第１ミラー３２を調整する時、基準
光軸Ｌ１と第２ミラー３４及び第３ミラー３５で作られ
る光軸（可動光軸Ｌ２参照）が平行であると、第２ミラ
ー３４の調整時に、基準光を光束貫通穴４４から筐体４
０外部へ光束を通過させ、遠方において、第２ミラー３
４及び第３ミラー３５間の光軸（可動光軸Ｌ２参照）と
基準光軸Ｌ１とが同一面内にあるかを高精度に確認する
ことができる。また、筐体４０の第２基準面４３を基準
として、第２ミラー３４と第３ミラー３５とにより作ら
れる光軸（可動光軸Ｌ２参照）を平行に調整しておけ
ば、予め筐体４０の外部で調整されたブロック５０上の
移動ミラー３６，３７の可動光軸Ｌ２を合わせるだけ
で、前述したように、基準光と測定光の干渉を生じさせ
ることができる。

【００２７】そして、移動ミラー３６，３７について
は、筐体４０からブロック５０ごと外すことで、機械的
調整及び光学的調整することができ、具体的には、ブロ
ック５０の基準面５３を基準として、コリメータ及びレ
ーザにより、コーナーキューブによる移動ミラー３６，
３７を調整することができる。また、筐体４０からブロ
ック５０を外せるため、消耗部品であるリニアガイド５
１、ミラーベース５２、モータ６１、プーリ６２，６
３，６４及びベルト６５等を容易に交換することができ
る。

【００２８】以上の通り、筐体４０からブロック５０と
して移動光学部品を外して、固定光学部品と移動光学部
品の機械的調整及び光学的調整が別個に行えるものとな
り、即ち、筐体４０からブロック５０ごと移動ミラー３
６，３７（移動反射器）及びその駆動系（モータ６１、
プーリ６２，６３，６４及びベルト６５等）を外して、
ビームスプリッタ３３及び固定反射器（ミラー３２，３
４，３５）と移動ミラー３６，３７の機械的調整及び光
学的調整が別個に行える。従って、移動ミラー３６，３
７のメンテナンス性が向上し、しかも、筐体４０からブ
ロック５０として移動ミラー３６，３７を外して、筐体
４０内のビームスプリッタ３３及びミラー３２，３４，
３５の光学的調整により、光干渉比率の精度をアップで
きて、十分に小型化した筐体４０とすることができる。

【００２９】そして、基準光軸Ｌ１と平行な可動光軸Ｌ
２上に沿って移動ミラー３６，３７を長い距離移動でき
て、光の波長測定の精度をアップでき、この面からも十
分に小型化した筐体４０とすることができる。さらに、
基準光軸Ｌ１と平行な可動光軸Ｌ２上において、一対の
固定ミラー３４，３５の間で一対の移動ミラー３６，３
７を移動させて各々全反射させているため、各々の光路
長に発生する差のできる範囲を大きく取れるものとなっ
ている。しかも、移動ミラー３６，３７の可動距離を、
例えば、５０ｍｍ以上等、できるだけ大きくしても、そ
の移動のためのベルト６５に対するミラーベース５２の
固定位置（取付ネジ５５，５５参照）が移動方向と直交
方向両側のため、移動ストロークの確保に支障を来すこ
とのない合理的な取付構造である。

【００３０】なお、以上の実施の形態例においては、Ｈ
ｅ−Ｎｅレーザ光を基準光としたが、基準光は、これに
限定されるものではなく、他のレーザ光であっても良
い。また、その他、具体的な細部構造等についても適宜
に変更可能であることは勿論である。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載の発明に係
る光干渉計によれば、基準光軸とほぼ平行な光軸上に沿
って移動光学部品を長い距離移動させることが可能なた
め、光の波長測定の精度向上を可能として、筐体の十分
な小型化を可能とすることができる。

【００３２】また、請求項２記載の発明に係る光干渉計
によれば、基準光軸とほぼ平行な光軸上に沿って移動反
射器を長い距離移動できるため、光の波長測定の精度を
向上することができて、筐体の十分な小型化を達成する
ことができる。

【００３３】請求項３記載の発明に係る光干渉計によれ
ば、請求項２記載の発明により得られる効果に加え、基
準光軸とほぼ平行な光軸上において、一対の固定反射器
の間で一対の移動反射器を移動させて各々全反射させる
ため、各々の光路長に発生する差のできる範囲を大きく
取ることができるといった利点が得られる。

【００３４】請求項４記載の発明に係る光干渉計によれ
ば、一対の移動反射器を筐体から外せるため、請求項３
記載の発明により得られる効果に加え、筐体内におい
て、基準光軸とほぼ平行する光軸上の両端部で対峙する
一対の固定反射器の機械的調整及び光学的調整を行うこ
とができるとともに、一対の固定反射器間の光軸調整を
高度に行うことができ、また、基準光を筐体の外部へ出
せるようになるため、一対の固定反射器間の光軸と基準
光軸との平行精度を高度に調整することができるように
なるといった利点が得られる。

【００３５】請求項５記載の発明に係る光干渉計によれ
ば、移動光学部品または移動反射器の取付ベースを駆動
部材に対し移動方向と交差する方向の両側において固定
したため、請求項１、２、３または４記載の発明により
得られる効果に加え、移動光学部品または移動反射器の
移動距離をできるだけ大きくしても、その移動のための
駆動部材に対する取付ベースの固定位置が、移動方向と
交差する方向の両側にあって、移動ストロークの確保に
支障を来すことなく合理的な取り付けを行うことができ
るといった利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した一例としての小型光干渉計の
概略構成例を示した平面図である。

【図２】図１の小型光干渉計において、筐体内の固定光
学部品を示した平面図である。

【図３】図１の小型光干渉計において、移動光学部品及
びその駆動系をブロックと一緒に取り外した状態を示し
た平面図である。

【図４】図３の移動反射器を駆動部材に取り付けるネジ
位置の関係を示した正面図である。

【図５】従来の小型光干渉計の概略構成例を示した平面
図である。

【符号の説明】

Ｌ１ 基準光軸 Ｌ２ 可動光軸 ３１ 基準光源 ３２，３４，３５ 固定反射器 ３３ ビームスプリッタ ３６，３７ 移動反射器 ３８ 受光器 ４０ 筐体 ４２ 第１基準面 ４３ 第２基準面 ４４ 光束貫通穴 ５０ ブロック ５１ リニアガイド ５２ ミラーベース（取付ベース） ５３ 基準面 ５５ 取付ネジ ６１ モータ ６２ 駆動プーリ ６３，６４ 従動プーリ ６５ ベルト（駆動部材） ６６，６７ テンションプーリ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 市川 昭夫 東京都大田区蒲田４丁目19番７号 安藤電 気株式会社内 (72)発明者 佐野 栄一 東京都板橋区富士見町13番６号 株式会社 ケイエヌテー内 Ｆターム(参考） 2F064 CC10 EE01 FF01 FF02 GG12 GG16 GG22 GG51 HH01

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基準光と測定光を複数の光学部品により互
   いに干渉させる光干渉計であって、 複数の光学部品を筐体に固定の固定光学部品と筐体に対
   し可動の移動光学部品とに分けて、 移動光学部品を、基準光の光軸とほぼ平行する光軸上に
   配置したこと、を特徴とする光干渉計。
2. 【請求項２】基準光と測定光を、ビームスプリッタによ
   り反射光と透過光による直交する２光路に分岐し、各々
   の光路において、反射光及び透過光を複数の反射器によ
   り互いに反射させた後、再びビームスプリッタで合波し
   てから受光器に受光させる光干渉計であって、 複数の反射器を筐体に固定の固定反射器と筐体に対し可
   動の移動反射器とに分けて、 移動反射器を、基準光の光軸とほぼ平行する光軸上に配
   置したこと、を特徴とする光干渉計。
3. 【請求項３】反射光と透過光を互いに他方の固定反射器
   に向けて反射する一対の固定反射器を備え、 この一対の固定反射器の間に、各々の固定反射器に光を
   全反射する一対の移動反射器が配設されていること、を
   特徴とする請求項２記載の光干渉計。
4. 【請求項４】一対の移動反射器を筐体に対し着脱可能と
   したこと、を特徴とする請求項３記載の光干渉計。
5. 【請求項５】移動光学部品または移動反射器の取付ベー
   スを駆動部材に対し移動方向と交差する方向の両側にお
   いて固定したこと、を特徴とする請求項１、２、３また
   は４記載の光干渉計。