JPH03223607A

JPH03223607A - レーザー干渉測長計

Info

Publication number: JPH03223607A
Application number: JP2235843A
Authority: JP
Inventors: Hide Hosoe; 秀細江
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1989-12-11
Filing date: 1990-09-07
Publication date: 1991-10-02
Anticipated expiration: 2013-05-25
Also published as: JP2757072B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明は、レーザー干渉測長計、特に外乱の影響を少な
くし、かつ安価で高精度なレーザー干渉測長計に関する
。

〈従来の技術〉従来の干渉測長計は、０．１μｍ以下の測長分解能を得
るため、光源にガスレーザーや半導体レーザー等を用い
、そのビーム光を参照光と測長光とに分けた後、被測長
物からの測長光の戻り光を再度参照光と一致させ、干渉
縞やビートを観測することによって測長（変位）情報を
得ている。

干渉計の構成は、いずれも第１７図に示すマイケルソン
型干渉計を基本としている。すなわち、光源２０からの
光束はビームスプリッタ２１で参照光と測長光とに分け
られ、測長光は被測長物に取付けられた可動鏡２２て反
射し、ビームスプリッタ２１て参照先の固定鏡２３から
の反射光と合成され、干渉縞を生じる。測長情報の検出
方法によって、戻り光により発生した干渉縞の動きをカ
ウントする干渉縞計数方式と、コヒーレントな複数の波
長を用いてビートを打たせ、被測長物の速度によって測
長光の周波数かドツプラーシフトすることを利用し、ビ
ートの周波数変化を検出するヘテロダイン方式とかある
。

前者は、第１８図に示す光学配置となっており、Ｍ、　
Ｊ、　Ｄｏｗｈｓとに、　Ｗ、　Ｒａ１ｈｅｌによる公
知文献ＰＦｌ’ＥＣｌ５ＩＯＮ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮ
Ｇ　Ｖｏｌ　Ｉ　Ｎｏ、　１　（１９７９）　８５に検
出信号処理を含めて詳しく記載されている。すなわち、
安定化レーザー２ＯＡからの直線偏光はλ／４移相板２
４を通過して円偏光となり、偏光ビームスプリッタ２１
によって参照光と測長光とに分けられる。

測長光は、可動鏡２２て反射され偏光ビームスプリッタ
２１に戻るが、λ／４移相板２５を２度通過することに
より偏光方向が直交するように変換され、偏光ビームス
プリッタ２１て反射される。そして、固定鏡２３て反射
されλ／４移相板２５を２度通過して偏光方向か変換さ
れることにより偏光ビームスプリッタ２１を透過した参
照光と合成される。ここでは参照光と測長光は偏光方向
か直交しているので干渉はしないが、ビームスプリッタ
２６を介し、偏光子２７．２９によって共通偏光成分を
抽出することによって干渉縞を発生する。この干渉縞の
動きを検出器２８．３０で検出するが、可動鏡２２の移
動方向を判別するため、偏光子２７と２９は互いに直交
する偏光を抽出するように配置されている。

後者は、第１９図に示すような光学配置となっており、
Ｌ、　Ｊ、　ＷｕｅｒｚとＲ，Ｃ，Ｑｕｅｎｅ　ｌ　ｌ
ｅによる公知文献ＰＲＥＣｆＳＩＯＮ　ＥＮＧＩＮＥＥ
ＲＩＮＧ　Ｖｏｌ、５　Ｎｏ、３　（１９８３）　１１
１に詳しい。すなわち、互いに逆方向に回転する周波数
ｆｌ、　ｆ２の２つの円偏光を発生する２周波ゼーマン
レーザー２０Ｂからのビームは、λ／４移相板２４によ
って互いに直角な偏光面を持つ直線偏光となる。ビーム
スプリッタ３４．偏光子３１を経て検出器３２て周波数
ｆｌ、　ｆ２のビート（ｆｌ−ｆ２）が検出される。可
動鏡２２からの反射光は、ドツプラー効果によって移動
速度に応じた周波数変化Δｆを生じており、検出器３３
て検出されるビートは（ｆｌ−ｆ２±Δｆ）となり、雨
検出器３２．３３からのビート周波数を比較減算するこ
とによって物体の移動情報を得ることかできる。尚、偏
光ビームスプリッタ３５により、ｆｌ光、ｆ２光は別々
に検出器３６．３７で検出され、レーザー同調回路３８
へ入力される。

いずれの例も、測長分解能は、電気的な処理も含めて、
０．０１μｍと極めて高く、この分解能を精度良く維持
するために、レーザー光源は、１０−’〜１０−’程度
の精度で周波数の安定化かなされている。

更に、外乱に対する検出信号の安定化を図るために、干
渉縞計数方式の第１８図の例では、検出干渉縞を０度、
９０度、　１８０度と３種類変えた信号を取出し、それ
ぞれ差動出力をとることにより、９０度位相の異なる２
つの安定した信号を得る公知例かある。これにより、計
数ビーム光の強度が９０％程度外乱で変化しても、正確
な干渉縞の計数か実現されている。

また、ヘテロダイン方式の外乱に対する検出信号の安定
化の例として、第２０図に示すような差動型の光路を持
った干渉測長計を持つ公知例かある。

第２０図において、測長光は、偏光ビームスプリッタ２
１→λ／４移相板２５・可動鏡（プリズム）２２→偏光
ビームスプリツタ２１→プリズム４０→偏光ビームスプ
リツタ２１→λ／４移相板２５・可動鏡２２→偏光ビー
ムスプリツタ２１→ミラー４３→λ／４移相板２５・プ
リズム４１→ミラー４３→偏光ビームスプリツタ２１→
プリズム３９→偏光ビームスプリツタ２１−出射の実線
で示す経路をたどる。

参照光は、偏光ビームスプリッタ２１→プリズム３９→
偏光ビームスプリツタ２１→ミラー４３→λ／４移相板
２５・プリズム４１→ミラー４３→偏光ビームスプリツ
タ２１→λ／４移相板２５・固定鏡（反射鏡）４２→偏
光ビームスプリツタ２１→プリズム４０→偏光ビームス
プリツタ２１→λ／４移相板２５・固定鏡４２→偏光ビ
ームスプリツタ２Ｉ→出射の破線で示す経路をたどる。

これは周波数安定化レーザーのビームを参照光と測長光
とに分けて再度一致させる干渉測長計内において、光路
長を参照光と測長光ともに同じにすることにより、温度
変化等の外乱か両方に等しく影響するため、検出信号の
安定化を大幅に向上することができる。

しかし、第２０図から明らかなように、従来の差動型干
渉測長計は、極めて複雑で大きな構造となっており、測
長プリズム内の光路長も極めて長く、これらは、外乱か
らの安定性を高めるためにはマイナス要因として働く。

実際に第２０図の例では測長分解能は５ｎｍである。

また、第２１図に示すように光学素子を減らし、干渉計
内部の光路長を短くすることによって差動型干渉計の持
つ高安定性を生かしたものもある。

これは第２０図のものと同様にヘテロダイン方式であっ
て、２つの互いに直交する直線偏光の周波数（又は波長
）の異なるレーザー光束を偏光シェアリング板５０に入
射する。そしてＳ成分の直線偏光である光束は選択的に
繰り返し反射をし、Ｐ成分の光束の光路からシフトした
別の光路をとる。

公知例では１２ｍｍ程度のシフトをここで発生させてい
る。

更にＳ成分の光束はλ／２移相板（λ／２波長板、λ／
２位相板）５１を通ることによって偏光状態をＰ成分に
変換され、結局、両波長の光束共、Ｐ成分として偏光ビ
ームスプリッタ５２に入射する。

そして、両波長の光束共、偏光ビームスプリッタ５２を
透過して、λ／４移相板（λ／４位相板、λ／４波長板
）５３により円偏光され、参照光は固定鏡（参照鏡）５
４によって、また測長光は可動鏡（平面鏡）５５によっ
て、それぞれ同一の光路を戻る。

両戻り光束はλ／４移相板５３を再度通るため、Ｓ成分
の偏光状態に変換され、偏光ビームスプリッタの面５２
Ａで反射する。更にコーナーキューブプリズム（又はミ
ラー）５６によって偏光ビームスプリッタの面５２Ａに
戻されて反射し、両光束はそれぞれ固定鏡５４、可動鏡
５５を往復して、λ／４移相板５３による変換作用を受
けた後、Ｐ成分として偏光ビームスプリッタ５２より出
射する。そして、方の波長の光束はλ／２移相板５１′
　で変換され、偏光シェアリング板５０によって同一光
路にシフトされ、検出光学系へ導入される。

第２１図の例は第２０図の例に比較して光学素子が少な
く、光路も比較的短くできるため、外乱に対する安定性
の向上も容易であり、副長の分解能力は１．２５ｎｍと
なっている。

〈発明か解決しようとする課題〉前記の第２０図、第２１図の従来例共、測長方向と参照
方向とを同一にすることで、差動型の干渉計として、外
乱に対する安定性と測長精度とを高めている。

しかし、厳密にはどちらも完全な差動型とは言い難い。

それは参照光と測長光とは同一方向ではあるものの、い
ずれの従来例の場合でも、同軸ではなく、数叩程シフト
しているため、一般にコモンバスと呼ばれている入射部
から固定鏡までの部分でさえ、完全な共通光路となって
いないからである。すなわち、温度変化や空気のゆらぎ
のような外乱の影響も、参照光と測長光はこの共通光路
の部分でさえ、比較的差は小さいとはいえ、同一の影響
を受けることにはならないからである。

従って、従来例のような差動型の干渉計においても、干
渉計内の光路を短くすることが測長精度を安定・向上さ
せるために重要なポイントである。

しかし、従来は差動型であるために光路を複雑に折り曲
げねばならず、従って光路が長くなってしまうという矛
盾を生じていた。

共通光路部分の光路長は第２１図の例でさえ２００画を
超えており、非差動型の干渉計の２倍近い長さとなって
いる等の問題点かある。

本発明は、このような実状に鑑み、レーザー干渉測長計
において、差動型の光学配置でありながら、干渉計内の
光路を最小とし、光学素子を削減して、外乱に対する測
長精度を安定に保つことで、安価で高精度なレーザー干
渉測長計を実現することを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉上記の目的を達成するため、本発明は、反射面の少なく
とも一面を偏光状態の異なる光束を選択的に透過又は反
射させるようにしたコーナーキューブプリズム又はミラ
ーを用いたことを特徴とするレーザー干渉測長計を提供
する。

ここで、前記コーナーキューブプリズムの偏光状態の異
なる光束を選択的に透過又は反射させる面にプリズムを
接合し、更に前記偏光状態の異なる光束を選択的に透過
又は反射させる面を測長方向に４５度の角度とするとよ
い。

また、前記接合したプリズムが前記偏光状態の異なる光
束を選択的に透過又は反射させる面の法線方向を軸とし
て回転移動して、入出射方向を可変とするようにすると
よい。

また、前記コーナーキューブプリズムの透過面に入出射
する光束の方向を変える補償プリズムを用いるとよい。

また、前記接合したプリズムの透過面のうち一面を前記
コーナーキューブプリズムの透過面と平行にし、更に、
前記接合したプリズムの透過面のうち接合面でなくかつ
コーナーキューブプリズムの透過面に対し平行でない面
と、接合面とのなす角θ７、及び、コーナーキューブプ
リズムの透過面と、接合面とのなす角θが、 −ｃｏｓ　（θ十〇ｚ）　＝ｎ　ｓｉｎ　（θ２−θ）
（但し、ｎはコーナーキューブプリズム及びこれに接合
したプリズムの屈折率）なる関係を満たすようにしてもよい。この場合、コーナ
ーキューブプリズムの反射面と透過面とのなす角度θを
ｃｏｓ−’　（ｖ’　３／３）とし、すなわち通常のコ
ーナーキューブプリズムを使用する。

また、参照光束及び測長光束のコーナーキューブプリズ
ムの透過面における入出射位置を一列に配置するとよい
。

また、前記コーナーキューブプリズムの偏光状態の異な
る光束を選択的に透過又は反射させる面以外の反射面に
は誘電体反射膜を施すとよい。

〈作用〉上記の構成においては、従来の偏光ビームスプリッタに
代えて、コーナーキューブプリズム又はミラーを使用す
ることにより、差動型の光学配置でありながら、干渉計
内の光路を短くし、光学素子も削減して外乱に対しても
強く、測定精度を向上させた安価で使い勝手のよい、レ
ーザー干渉測長計を得ることができる。

〈実施例〉以下に本発明による実施例を図面に基づいて詳細に説明
する。

第１図は本発明によるヘテロダイン型のレーザー干渉測
長計の実施例の概要を示し、第２図（Ａ）はコーナーキ
ューブプリズムの正面図、第２図（Ｂ）はその側面図で
ある。

互いに直交する直線偏光された２波長のレーザー光りを
レーザー干渉測長計へ入射すると、偏光シェアリング板
１０１によって、Ｓ成分の波長光かシフトされ、λ／２
移相板１（１２）でＰ成分に変換される。

ここに使用されているコーナーキューブプリズム１０３
は、第２図のようにコーナーキューブプリズム１０３の
反射面の１つをコーティング（真空蒸着膜）し、三角プ
リズム１０４を接合することによって偏光ビームスブリ
ット面１０３Ａを形成しである。

尚、他の反射面はコート無しとして全反射面としてもよ
いが、金属反射膜又は誘電体反射膜を施すとよい。

このコーナーキューブプリズム１０３に２つの波長の光
束が共にＰ成分として入射し透過する１、そして、λ／
４移相板１０５を通過し、固定鏡１０６と可動鏡１０７
によってそれぞれ一往復した参照光と測長光の偏光状態
はＳ成分に変換される。このため、入射時には透過可能
であった光束はここでは偏光ビームスブリット面１０３
Ａで反射し、固定鏡１０６と可動鏡１０７をもう一度往
復する。そしてその戻り光はλ／４移相板＋０５により
偏光状態はＰ成分に変換されている。従ってこの光束は
今度は偏光ビームスブリット面１０３Ａを透過する。そ
してこの透過光は入射時と同様にもう１つのλ／２移相
板１０８を経て偏光シェアリング板１．０９等で互いに
直交する同軸の直線偏光された光束となる。この光束を
互いに４５度をなす方向に検光素子等を用意し、既存の
検出光学系によって測長情報を検出することかできる。

第３図はコーナーキューブミラーの断面図である。これ
は、コーナーキューブプリズム１０３と三角プリズムｉ
０４による構成の代わりに、互いに直交する２枚のミラ
ー１０３Ｂ、　１０３Ｃを組合わせたものである。

第４図は本発明によるレーザー干渉測長計の第２の実施
例を示す光学系の構成図である。

入射光と出射光を反射プリズム２０３を用いて同一方向
とし、使い勝手を良くしたもので、干渉縞計数型測長計
として、入射部にλ／４移相板２（１２）を入れた実施
例であり、反射プリズム２０３は勿論ミラーでも代替え
できる。

周波数安定化レーザー２０１から出射した単一周波数で
直線偏光のレーザー光りは最初のλ／４移相板２（１２
）によって円偏光され、その後はヘテロダイン型と全（
同様にＰ成分、Ｓ成分の変換を繰り返しながら、最終的
には参照光と測長光は互いに直交する直線偏光された光
束となって検出される。

この実施例では、λ／４移相板２０４Ａや４５度旋光板
２０４Ｂを組合わせかつ偏光ビームスブリット面２０４
Ｃを形成した複合プリズム（位相分離プリズム）２０４
によって、３相の偏光方向による干渉縞検出を行ってい
る。

これまで第１図、第４図の実施例では紙面に対し平行な
方向に参照光と測長光とを偏光シェアリング板で分離し
、シフトさせていた状況を示していた。しかし、これに
限るものではない。

第３の実施例を示す第５図は、紙面に対し垂直方向に分
離し、シフトさせた場合の可動鏡側から見たコーナーキ
ューブプリズム（ミラー）　１０３内の反射光を示した
ものである。各構成部の番号は第１図、第４図のものと
対応している。このような方向に光束を分離し、シフト
すると、コーナーキューブプリズムや固定鏡・可動鏡を
小型にすることかできる。

以上、第１図、第４図、第５図に示した本発明では、第
２０図、第２１図のような従来のキュービックプリズム
を使用した偏光ビームスプリッタ２１を一切使用せずに
、干渉計内の光路長を５０Ｉｎ［［ｌより短くすること
かできる。更にコーナーキューブプリズムと組合わせた
本体プリズム部（固定鏡、可動鏡、ビームシフターを除
く）に関しても、従来は反射面か４面、透過面か５面あ
ったものが、本発明の光学系では反射プリズムを含めて
反射面か同様に４面、透過面か３面となり、この反射プ
リズムをミラーを使用すれば２面となる。

このことは反射防止コーティングを含めて、光学面の加
工工数が大幅に削減でき、また本体プリズム部に用いら
れる光学素子に関しても、高価で場所をとる従来のキュ
ービックプリズムを用いた偏光ビームスプリッタを使用
しないため、安価で小型化か可能になる。このように小
型化ができると、温度変化等による外乱の影響を受けて
も、短時間に−様な安定状態になり易く、光路長を短く
できることと相乗して、測長精度の向上、安定化か可能
となる。

また、透過面数の大幅な減少は、透過面での反射光か少
なくなるため、検出信号に重畳するこれら迷光の強度変
調成分を著しく削減でき、たとえ透過面に反射防止コー
ティングをしてあったとしても、測長値の直線性か大幅
に向上できる。

また、測長針のセツティングに際し、本体プリズム部分
のコーナーキューブプリズム（又はミラー）　＋０３か
直接、参照光と測長光とを反射しているため、光軸合わ
せの調整か極めて容易になる。

従来の偏光ビームスプリッタとしてのキュービックプリ
ズムの使用方法では光束を折り曲げた先端にコーナーキ
ューブプリズムを設置しているため、本体プリズム部の
セツティングに際しては、ティルト成分とシフト成分と
が混在した調整を必要としていた。しかし、本発明では
、コーナーキューブプリズムの頂点を調整軸にすること
で、本体プリズムのセツティング調整は固定鏡と可動鏡
のシフト調整のみで済み、ティルトの調整は必要ない。

このことは、特に固定鏡と可動鏡が平面鏡のときに使い
勝手がよりよくなる。

第４の実施例を示す第６図は、コーナーキューブプリズ
ム１０３の偏光ビームスブリット面１０３Ａを測長方向
に４５度の角度にセットし、反射プリズム２０３をこの
面に垂直な軸の回りに回転できるようにしたものである
。

第７図のようにビームシフト部３００と反射プリズム２
０３を１８０度回転することで、他の光学素子を一切使
用せずに、測長方向と入出射方向を９０度にすることが
できる。勿論、回転機構を用いずに、反射プリズム２０
３を着脱して１８０度方向を変えて、入出射方向を変え
てもよい。

しかし、この際に通常のコーナーキューブプリズムでは
３つの反射面の中心軸〔各反射面の法線ベクトルに対し
、θ＝　ｃｏｒ’　（（３／　３　）の角度をなす直線
〕に対して透過面はほぼ垂直となるように作られている
。このため、厳密には偏光状態によって選択的に透過、
反射をする偏光ビームスブリット面を（第６図、第７図
のように）中心軸Ｚに対し４５度に配置すると、コーナ
ーキューブプリズム１０３の入射光が第８図のような９
０度とならず、このままでは使い勝手かよくない。

そこで、コーナーキューブプリズム１０３の透過面３０
４を第９図のように、 θ’　＝　ｃｏｓ−’　（＆−３／　３　）　−４５゜
（＃９．７３５６１”）たけ傾けて、偏光ビームスブリット面１０３　、Ａに対
し、４５°となるように設けると、コーナーキューブプ
リズム１０３への人出射光は（第６図、第７図のように
）角度が９０度となる。勿論、コーナーキューブプリズ
ムの外周も中心軸Ｚに対して、同軸度をとるのではない
。従って、頂点を通り偏光ビームスブリット面１０３Ａ
と４５度の角度をなす軸回りに芯取りをした方か使い勝
手かよくなる。

偏光ビームスブリット面を真空蒸着膜で処理をした一般
のコーナーキューブプリズムを使用すれば、第１０図の
ように頂角θ′の補償プリズム３０３を設置したのと等
価となる。しかし、平行平面間の繰り返し反射を避ける
ため、できれば補償プリズム３０３はコーナーキューブ
プリズム１０３に接合した方かよい。いずれにしても、
第６図〜第１０図の光学系は光束をコーナーキューブプ
リズム内でほぼ４５度の入射角で使用するため、屈折率
の低い硝種（例えば石英など）を用いる場合には、反射
面に真空蒸着膜を施した方がよい。

前述の第９図の例は、コーナーキューブプリズムの透過
面と反射面とのなす角度を変えることで、人出射光の９
０度と、入射光と測長光との同軸性とを維持した例であ
るが、第１１図のようにしてもよい。

第１１図では、通常のコーナーキューブプリズム（透過
面が中心軸に対して垂直）１０３を用い、これに接合し
たプリズム１０４の透過面のうち一面１０４Ａをコーナ
ーキューブプリズム１０３の透過面と平行としである。

すなわち、θ、二〇としである。

また、前記接合したプリズム１０４の透過面のうち接合
面でなくかつコーナーキューブプリズム１０３の透過面
に対し平行でない面１０４Ｂと、接合面とのなす角θ２
、及び、コーナーキューブプリズム１０３の透過面と、
接合面とのなす角θが、 −ＣＯＳ（θ十（１２））　＝ｎ　ｓｉｎ　（θ２−θ
）（但し、ｎはコーナーキューブプリズム及びこれに接
合したプリズムの屈折率）なる関係を満たすようにしである。

尚、通常のコーナーキューブプリズム１０３を用いてい
るので、コーナーキューブプリズムの反射面と透過面と
のなす角度θはｃｏｓ−’　（ｖ’　３　／　３　）で
ある。

第１１図の例は、接合するプリズムの頂角を変えること
で従来のコーナーキューブプリズムを使用しなから、不
用反射光を非同軸にできる利点かある。

また、第９図の例では、コーナーキューブプリズムの反
射面は全反射とならないため、増反射コートが必要であ
る。光束か２往復する間に反射回数は４回で、増反射コ
ートなしでは、戻り光は最初の１／２以下に強度で低下
してしまうからである。

これに対し、第１１図の例では、臨界角で反射するため
、全反射となって増反射コートは不要となる。

以上をまとめた実施例を１１２図に示すが、ビームシフ
ト方向は第５図の光学系の方が小型になる。

また、メンテナンスはやや良くないが、プリズムをミラ
ーに置き換えると迷光は減少する。第１３図は可動鏡１
０７のみコーナーキューブプリズム１０７にしたもので
あり、第１４図は固定鏡１０６と可動鏡１０７共にコー
ナーキューブプリズム１０６’、　１０７’にした例を
示す。

いずれもセツティングの際のアライメント調整は容易に
なり、平面ミラーを使用した場合のように本体プリズム
と固定鏡１０６や可動鏡１０７の距離が長くなるにつれ
、アライメントの精度が厳しくなることがないため、比
較的長い距離の測長に効果を発揮する。また、入射部に
λ／４移相板２（１２）を入れることで干渉縞計数型の
干渉測長計を構成することができる。

次に、参照光束及び測長光束のコーナーキューブプリズ
ムの透過面における入出射位置を一列に配置した１１５
図に示す実施例について説明する。

第１５図において、偏光ビームスプリッタ４０１は、平
行板状プリズム４（１２）と三角プリズム４０５とから
構成されている。

前記平行板状プリズム４（１２）は、横断面が台形に形
成されており、平行に対峙する両端面４（１２）Ａ、　
４（１２）Ｂのうち一方の端面４（１２）Ｂへ対して挟
角αが共に４５゜になるように形成されている。前記端
面４（１２）Ａには、略全面に反射面（全反射面）４ｏ
３を形成してあり、また、前記端面４（１２）Ｂの略半
面に偏光ビームスブリットコート４０４を施しである。

このように、反射面４０３及び偏光ビームスブリットコ
ート４０４か設けられた平行板状プリズム４（１２）に
対して三角プリズム４０５か接合されるが、該三角プリ
ズム４０５は頂角を直角どする二等辺直角三角形の横断
面に形成されており、前記直角の頂角に対峙する底面が
、前記平行板状プリズム４（１２）の端面４（１２）Ｂ
に接着剤によって接合されている。

ここで、図示しない光源からのレーザ光が、互いに直角
な偏光面をもつ直線偏光として偏光ビームスプリッタ４
０１に入射され、該偏光ビームスプリッタ４０１て偏光
ビームスブリットコート４０４を通過する測長光Ｍ（偏
光方向を図中で苧としである）と、偏光ビームスブリッ
トコート４０４及び反射面４０３て反射し前記測長光Ｍ
と平行な光線として得られる参照光Ｒ（偏光方向を図中
で◎としである）とに分離される。

偏光ビームスブリットコート４０４及び反射面４０３で
反射し、平板状プリズム４（１２）の偏光ビームスプノ
ットコート４０４か施されていない透過部分を通過して
出射される参照光Ｒは、偏光ビームスプリッタ４０１の
三角プリズム４０５に接合されているλ／′２位相板（
９０°旋光板）４１１によって偏光方向か直交するよう
に（図中の砦方向に）変換された後、プリズム１０４を
介し、コーナキューブプリズム１０３に入射する。該コ
ーナキューブプリズム１０３の偏光ビームスブリット面
１．０３Ａは、図中に曽て示す偏光方向と、これに直交
する◎の偏光方向とのうち、く）で示される偏光方向の
光のみを通過させるようにしであるので、前記参照光Ｒ
はそのまま偏光ビームスブリット面１０３Ａを通過し、
λ／４位相板１０５を通過することで円偏光に変換され
る。

円偏光に変換された参照光Ｒは、固定鏡１０６で直角に
反射し、再びλ／４位相板１０５を通過することで、今
度は偏光ビームスブリット而１０３Ａで反射する偏光方
向である図中に示す◎の偏光方向に変換される。従って
、固定鏡１０６から戻される参照光Ｒは、偏光ビームス
ブリット面１０３Ａで反射し、コーナキューブプリズム
１０３の反射面（又は全反射面）によって再び固定鏡１
０６方向に進む。

このとき、再びλ／４位相板１０５によって円偏光に変
換され、固定鏡１０６で反射し、円偏光である反射光か
λ／４位相板１０５を戻り通過するときに偏光ビームス
ブリット面１０３Ａの透過偏光方向である曽で示される
偏光方向に変換される。このため、固定鏡１０６で２回
反射されてコーナキューブプリズム１０３に戻された参
照光Ｒは、偏光ビームスブリット面１０３Ａを偏光ビー
ムスプリッタ４０１の出射時と直交する方向にそのまま
通過し、プリズム４１５の反射面（又は全反射面’）　
４１５Ａで偏光ビームスプリッタ４０１の出射時と平行
する方向に屈曲反射されて、再び偏光ビームスプリッタ
４０１に戻される。

偏光ビームスプリッタ４０１に戻された参照光Ｒは、偏
光ビームスブリットフート４０４を通過してそのまま直
進し、光源からの光束と平行な形で偏光ビームスプリッ
タ４０１から出射される。

一方、偏光ビームスブリットコート４０４を通過する偏
光方向が中で示される測長光Ｍは、前記プリズム旧５で
直角に方向を転じ、コーナキューブプリズム１０３の偏
光ビームスブリット面１０３Ａを通過し、コーナキュー
ブプリズム＋０３の反射面で反射される。

かかる測長光Ｍは、前記λ／４位相板１０５を通過して
円偏光に変換されて測長物に取付けられた可動鏡１０７
て直角に反射し、再びλ／４位相板１０５を通過するこ
とによって図中に◎て示される偏光方向に変換されるか
ら、偏光ビームスプリ・ント面１０３Ａで反射されるよ
うになり、再び可動鏡１０７方向に進む。

このとき、λ／４位相板１０５を通過して円偏光に変換
されるが、可動鏡１０７から戻されるときに再びλ／４
位相板１０５を通過することにより、今度は図中に仲で
示される偏光方向に変換されるから、コーナキューブプ
リズム１０３の偏光ビームスブリット面１０３Ａを通過
するようになって、λ／２位相板（９０°旋光板）４１
１に入射され、ここで図中に◎で示される偏光方向に変
換される。

そして、偏光ビームスプリッタ４０１の平行板状プリズ
ム４（１２）の偏光ビームスブリットコート４０４か施
されない透過部分を通過して反射面４０３で反射され、
かかる反射光が偏光ビームスプリットコ−）４０４に入
射するが、偏光方向が反射方向であるために反射され、
前記戻り参照光Ｒと合成されて偏光ビームスプリッタ４
０１から出射され図示しない検出器に入射する。

かかる構成においては、第１５図を矢印り方向から見た
場合に、第１６図に示すように、測長光束（・）及び参
照光束（○）がコーナーキューブプリズム１０３の透過
面出射時において一列配置となり、コーナーキューブプ
リズム１０３等を薄型コンパクトにできるという効果か
得られる。また、各光束が接近し、差動型の効果か大で
、ゆらぎ等に対しても高安定化を図ることができる。更
に、上記のように小型化できることによって光路も短く
なるために、温度変化などの外乱の影響が小さくなり、
測長の安定度が向上する。

尚、前記コーナーキューブプリズムの偏光状態の異なる
光束を選択的に透過又は反射させる面以外の反射面は前
述したようにコート無しとして全反射を利用してもよい
が、Ｓ偏光、Ｐ偏光の位相ズレを生じるので、金属反射
膜又は誘電体反射膜を施すとよい。金属反射膜（例えば
ＡｌやＡｇの蒸着膜）は、位相ズレかなく実用上十分で
はあるが、反射率が９０％前後で光量がやや落ちる欠点
かある。この点、誘電体反射膜（例えばチタニアやジル
コニア等の積層膜）は、価格的には高いものの反射率か
１００％で、性能的に優れる。

〈発明の効果〉以上説明したように、従来、差動型のレーザー干渉測長
計は、長い光路と偏光ビームスプリッタによる複雑な光
学系を組合わせていたため、温度変化等の外乱に影響さ
れて測定が不安定となったり、測定精度が向上しない等
の問題点があったが、本発明によって、差動型の光学配
置でありながら、干渉計内の光路を短くし、光学素子も
削減して外乱に対しても強く、測定精度を向上させた安
価で使い勝手のよい、レーザー干渉測長計を提供するこ
とができるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のレーザー干渉測長針の基本構成を示す
図、第２図（Ａ）はコーナーキューブプリズムの正面図
、第２図（Ｂ）は側面図、第３図はコーナーキューブミ
ラーの断面図、第４図は本発明の第２の実施例の図、第
５図は紙面に対し垂直方向に分離し、シフトさせた場合
の可動鏡から見たコーナーキューブプリズムの図である
。第６図は本発明の第４の実施例を示したもので、コー
ナーキューブプリズムを４５度にし、反射プリズムを回
転可能としたものの図、第７図はそのプリズムを１８０
度回転し、測長方向と入射方向を９０度としたものの図
、第８図と第９図はこの測長方向と入射方向を厳密に９
０度にするための説明図である。また、第１０図は補償プリズムを使用した場合の実施例
の図、第１１図は接合したプリズムの形状に関する実施
例の図、第１２図は本発明をまとめた実施例を示した図
であり、第１３図は可動鏡のみコーナーキューブプリズ
ムを使用した例の図、第１４図は固定鏡と可動鏡共にコ
ーナーキューブプリズムを使用した例の図である。第１
５図は参照光束及び測長光束をコーナーキューブプリズ
ムの透過面出射時において一列配置した実施例の図、第
１６図は第１５図を矢印り方向から見た図である。第１７図は従来のマイケルソン型干渉計の図であり、第
１８図は干渉縞計数方式の干渉計の図、第１９図はヘテ
ロダイン方式の干渉計の基本図、第２０図、第２１図は
差動方式の干渉計の図である。２０、２０１．２０１’　・・・安定化レーザー２１、
３５．５２・・・偏光ビームスプリッタ２２、５５．１
０７．１０７’　・・・可動鏡２３　４２、５４．１０
６．１０６’　・・・固定鏡２４、２５．５１．５１’
、　５３．１（１２）．１０５．１０８・・・移相板２
６、３４・・・ビームスプリッタ２７、２９．３１・・
・偏光子２８、３０．３２．３３．３６．３７・・・検出器３８
・・・レーザー同調回路５０、１０１．１０９・・・偏光シェアリング板３９、
４０．４１．５６．１０３・・・コーナーキューブプリ
ズム１０３Ａ・・・偏光ビームスブリット面１０４・・・三
角プリズム２０３・・・反射プリズム２０４・・・位相分離プリズム３００・・・ビームシフト部３０３・・・補償プリズム３０４・・・透過面４０１・・・偏光ビームスプリッタ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）反射面の少なくとも一面を偏光状態の異なる光束
を選択的に透過又は反射させるようにしたコーナーキュ
ーブプリズムを用いたことを特徴とするレーザー干渉測
長計。
（２）前記コーナーキューブプリズムの偏光状態の異な
る光束を選択的に透過又は反射させる面にプリズムを接
合したことを特徴とする請求項１記載のレーザー干渉測
長計。
（３）前記コーナーキューブプリズムの偏光状態の異な
る光束を選択的に透過又は反射させる面を測長方向に４
５度の角度としたことを特徴とする請求項２記載のレー
ザー干渉測長計。
（４）前記接合したプリズムが前記偏光状態の異なる光
束を選択的に透過又は反射させる面の法線方向を軸とし
て回転移動して入出射方向を可変とするものであること
を特徴とする請求項２又は請求項３記載のレーザー干渉
測長計。
（５）前記コーナーキューブプリズムの透過面に入出射
する光束の方向を変える補償プリズムを用いたことを特
徴とする請求項２〜請求項４のいずれか１つに記載のレ
ーザー干渉測長計。
（６）前記接合したプリズムの透過面のうち一面を前記
コーナーキューブプリズムの透過面と平行にしたことを
特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか１つに記載の
レーザー干渉測長計。
（７）前記接合したプリズムの透過面のうち接合面でな
くかつコーナーキューブプリズムの透過面に対し平行で
ない面と、接合面とのなす角θ＿２、及び、コーナーキ
ューブプリズムの透過面と、接合面とのなす角θが、 −ｃｏｓ（θ＋θ＿２）＝ｎｓｉｎ（θ＿２−θ）（但
し、ｎはコーナーキューブプリズム及びこれに接合した
プリズムの屈折率）なる関係を満たすことを特徴とする請求項６記載のレー
ザー干渉測長計。
（８）コーナーキューブプリズムの反射面と透過面との
なす角度θをｃｏｓ＾−＾１（√３／３）としたことを
特徴とする請求項７記載のレーザー干渉測長計。
（９）参照光束及び測長光束のコーナーキューブプリズ
ムの透過面における入出射位置を一列に配置したことを
特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載の
レーザー干渉測長計。
（１０）前記コーナーキューブプリズムの偏光状態の異
なる光束を選択的に透過又は反射させる面以外の反射面
に金属反射膜を施したことを特徴とする請求項１〜請求
項９のいずれか１つに記載のレーザー干渉測長計。
（１１）前記コーナーキューブプリズムの偏光状態の異
なる光束を選択的に透過又は反射させる面以外の反射面
に誘電体反射膜を施したことを特徴とする請求項１〜請
求項９のいずれか１つに記載のレーザー干渉測長計。
（１２）前記コーナーキューブプリズムに代えて、反射
面の少なくとも一面を偏光状態の異なる光束を選択的に
透過又は反射させるようにしたコーナーキューブミラー
を用いたことを特徴とする請求項１〜請求項１１のいず
れか１つに記載のレーザー干渉測長計。