JPH07167606A - 干渉測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】フレキシブルに富み、かつ高精度化を達成した
干渉測長器を提供すること。 【構成】互いに異なる第１の周波数の光と第２の周波数
の光とを生成する光源部(1) と、光源部からの第１及び
第２の周波数の光の経路を参照光路と測定光路とに分離
しかつ参照光路を経た光と測定光路を経た光とを互いに
干渉させる干渉計ヘッド部(4〜14A,B)と、光源部からの
第１の周波数の光のみを干渉計ヘッド部へ導く第１のラ
イトガイド手段(3A)と、光源部からの第２の周波数の光
のみを干渉計ヘッド部へ導く第２のライトガイド手段(3
B)とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、干渉測長器に関し、特
にヘテロダイン干渉を用いた干渉測長器に関する。

【０００２】

【従来の技術】光を用いた微小な物理量の測定、例えば
測長等には、各種の方法が知られているが、なかでも、
光干渉を利用した干渉測長器は、精度が高く有力な技術
として位置付けされている。しかしながら、このような
干渉計は、光源と干渉計ヘッドとを同軸に構成する必要
があり、精度を上げるためには、制約条件が多い問題点
がある。

【０００３】このため、光源からの光を光ファイバによ
って干渉計ヘッドに導く干渉計が提案されている。この
光ファイバを用いた干渉計は、制約条件が少なく、フレ
キシブルに富み、干渉計ヘッドの小型化とあいまって、
非常に使いやすくなっている。しかしながら、このよう
な干渉計の処理系としては、いわゆる干渉縞計数方式
（fringe count方式）のものが主流である。干渉縞計数
方式は、高分解能が要求される場合や、電気的なノイズ
を受けやすい場所で使用する場合においてはＳ／Ｎ比が
問題となるため適せず、また、光学系の調整が複雑にな
る問題点があり、例えば高精度が要求される半導体露光
装置のステージ位置の測定等には、利用されるに至って
いない。

【０００４】ここで、高精度化するためには、処理系を
ヘテロダイン方式とすれば良く、このような干渉計は、
例えば特開昭61-219803 号公報に開示されている。図５
は、特開昭61-219803 号公報に開示されている干渉計の
概略図である。図５において、光源101 は、例えば横ゼ
ーマンレーザからなり、偏光方向が直交し、かつ互いに
周波数（波長）の異なる２つの直線偏光を射出する。光
源101 からの２周波数の直線偏光は、偏波面保存フィル
タ102 を介して、ビームスプリッタ103 に達する。ビー
ムスプリッタ103 にて反射された２周波数の直線偏光
は、これらの直線偏光の偏光方向に対して45°の偏光軸
を持つ偏光板181 を経て、互いに参照ビート光を生成す
る。この参照ビート光は、光ファイバ183 によって、デ
ィテクタ127aへ伝達される。

【０００５】一方、ビームスプリッタ103 を透過した２
周波数の直線偏光は、偏光ビームスプリッタ104 に達す
る。これらの直線偏光のうちＳ偏光成分の直線偏光は、
ビームスプリッタ104 にて反射され、λ／４板161 を経
て円偏光となり固定鏡171 で反射され、再びλ／４板16
1 を介してビームスプリッタ104 に達する。また、Ｐ偏
光成分の直線偏光は、ビームスプリッタ104 を透過し、
λ／４板162 を介して円偏光となり、移動鏡172 にて反
射される。この反射光は、再びλ／４板162 を介してビ
ームスプリッタ104 に達する。

【０００６】ここで、固定鏡171 からの直線偏光は、λ
／４板161 によってＰ偏光成分に変換されているため、
ビームスプリッタ104 を透過する。また、移動鏡172 か
らの直線偏光は、λ／４板162 によってＳ偏光成分に変
換されているため、ビームスプリッタ104 にて反射され
る。そして、これらの直線偏光は、これらの直線偏光の
偏光方向に対して45°の偏光軸を持つ偏光板182 を経て
測定ビート光を生成する。この測定ビート光は、光ファ
イバ184 によって、ディテクタ127bへ伝達される。

【０００７】測定ビート光は、移動鏡172 の位置によ
り、その位相が変化する。従って、位相差計110 にて参
照ビート光と測定ビート光との位相差を検出することに
よって、移動鏡172 の位置を高精度に検出することがで
きる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５に
示す如き特開昭61-219803 号公報の干渉計においては、
１本のファイバによって、互いに直交した偏光状態の２
つの周波数の光を干渉計ヘッド（ビームスプリッタ103
、偏光ビームスプリッタ104 、λ／４板161,162、固定
鏡171 、移動鏡172 、偏光板181,182 ）に導いているた
め、このファイバが折れ曲がる場合やファイバに圧力が
かかる場合には、ファイバの射出端において２つの周波
数の光の偏光方向が極微小量回転する恐れがある。

【０００９】このとき、ファイバからの光は、本来は互
いに直交した偏光状態の２つの周波数の光に分離される
べきところ、互いに他の周波数の成分が混入し、この混
入した光が元の光とビートを作り、測定精度が低下する
問題が生じる。そこで、本発明は、フレキシブルに富
み、かつ高精度化を達成した干渉測長器を提供すること
を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明による干渉測定装置は、以下の構成を有す
る。例えば図１に示す如く、本発明による干渉測定装置
は、互いに異なる第１の周波数の光と第２の周波数の光
とを生成する光源部(1) と、光源部からの第１及び第２
の周波数の光の経路を参照光路と測定光路とに分離しか
つ参照光路を経た光と測定光路を経た光とを互いに干渉
させる干渉計ヘッド部(4〜14A,B)とを有し、干渉計ヘッ
ド部からの光出力に基づいて所望の物理量を測定するも
のであって、光源部からの第１の周波数の光のみを干渉
計ヘッド部へ導く第１のライトガイド手段(3A)と、光源
部からの第２の周波数の光のみを干渉計ヘッド部へ導く
第２のライトガイド手段(3B)とを有するように構成され
る。

【００１１】

【作用】上述の構成の如き本発明においては、互いに直
交する偏光方向である第１及び第２の周波数の光をそれ
ぞれ独立に干渉計ヘッド部へ導く構成としているため、
ライトガイド手段の射出端において２つの周波数の光の
偏光方向が極微小量回転した場合においても、一方の周
波数の光に他の周波数の成分が混入する恐れがない。従
って、どのような測定環境のもとでも測定精度の低下を
招かない利点がある。

【００１２】また、上述の構成のもとで、干渉計ヘッド
部は、第１の周波数の光と第２の周波数の光とを互いに
干渉させて参照ビート光を生成するように構成されるこ
とが望ましい。これにより、第１及び第２のライトガイ
ド手段間に光路長差が生じたとしても、参照光路を経た
光と測定光路を経た光とを互いに干渉させることにより
生じる測定ビート光と、上記参照ビート光との位相差を
計測すれば、第１及び第２のライトガイド手段間の位相
ずれを打ち消すことができる。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明による実施例を
説明する。図１は、本発明による第１実施例の構成を示
す平面図である。図１において、光源部１は、例えばＨ
ｅ−Ｎｅ横ゼーマンレーザで構成され、互いに偏光方向
が直交しかつ互いに周波数（波長）の異なる２つの直線
偏光を射出する。光源部１からの光は、偏光ビームスプ
リッタ２の偏光分離面２ａにて互いに直交する２つの偏
光成分の直線偏光に分割される。ここで、偏光分離面２
ａを透過するＰ偏光成分の直線偏光（以下Ｐ偏光と略記
する）は、偏光ビームスプリッタ２から射出され、第１
のライトガイド手段としての偏波面保存ファイバ３Ａに
入射する。

【００１４】一方、偏光分離面２ａにて反射されたＳ偏
光成分の直線偏光（以下Ｓ偏光と略記する）は、偏光ビ
ームスプリッタ２の内面反射により光路が略90°偏向さ
れ、偏光分離面２ａを透過するＰ偏光と平行に偏光ビー
ムスプリッタ２から射出し、第２のライトガイド手段と
しての偏波面保存フィルタ３Ｂに入射する。偏波面保存
フィルタ３ＡからのＰ偏光は、偏光ビームスプリッタ４
に入射し、偏光ビームスプリッタ４の偏光分離面４ａを
透過する。また、偏波面保存フィルタ３ＢからのＳ偏光
は、偏光ビームスプリッタ４の内面反射により、光路が
略90°偏向され、偏光分離面４ａにて反射される。偏光
ビームスプリッタ４の射出面側には、ハーフプリズム５
が設けられており、この偏光ビームスプリッタ４の偏光
分離面４ａからのＰ及びＳ偏光は、ハーフプリズム５の
振幅分割面にて、それぞれ振幅分割される。ここで、ハ
ーフプリズム５の振幅分割面５ａにて反射されるＰ及び
Ｓ偏光は、その反射側に設けられた偏光板１４Ａに達す
る。この偏光板１４Ａは、偏光板１４Ａに達するＰ及び
Ｓ偏光の偏光方向と45°の偏光軸を持つものであって、
これらのＰ及びＳ偏光は、互いに干渉し、それらの周波
数差によってビートが生成される。これを参照ビート光
とする。

【００１５】また、ハーフプリズム５の振幅分割面５ａ
を透過したＰ及びＳ偏光は、ハーフプリズム５から射出
し、その射出側に設けられたプリズムブロック６に達す
る。このプリズムブロック６は、振幅分割面５ａからの
Ｐ及びＳ偏光を偏光分離する偏光分離面６ａによって、
これらのＰ及びＳ偏光を参照光路と測定光路とに分離す
る機能を有する。なお、偏光分離面６ａは、図中破線に
て示す如く、実質的にハーフプリズム５からの光を偏光
分離できる領域にのみ形成され、偏光分離面６ａにて反
射された光の光路中（本実施例では参照光路中）には形
成されない。

【００１６】偏光分離面６ａを透過したＰ偏光は、プリ
ズムブロック６から射出し、このプリズムブロック６の
１出側に配置されるλ／２板７を介してＳ偏光となる。
また、偏光分離面６ａにて反射されるＳ偏光は、プリズ
ムブロック６の内面反射により、光路が略90°偏向さ
れ、このプリズムブロック６から射出される。ここで、
偏光分離面６ａで反射されたＳ偏光の進行する光路を参
照光路とし、偏光分離面６ｂを透過した後、λ／２板７
を介したＳ偏光の進行する光路を測定光路とし、これら
の参照光路と測定光路とを通過する光の説明を行なう。 〔参照光路〕まず、参照光路について説明する。図１に
おいて、偏光分離面６ａで反射されたＳ偏光は、コーナ
ーキューブプリズム８内の偏光分離面８ａにて反射さ
れ、コーナーキューブプリズム８の一端に設けられたλ
／４板９を介して円偏光に変換される。この円偏光は、
コーナーキューブプリズム８に対して空間的に固定され
た参照ミラー１１にて反射され、再びλ／４板９を介し
てＰ偏光に変換される。この参照ミラー１１からのＰ偏
光は、偏光分離面８ａを透過し、コーナーキューブプリ
ズム８の内面で２回反射され、偏光分離面８ｂに達す
る。ここで、偏光分離面８ａと偏光分離面８ｂとは、そ
れぞれプリズムブロック６からの直線偏光の光軸に対し
45°で斜設されており、かつ互いの面が90°を成してい
る。

【００１７】そして、コーナーキューブプリズム８で内
面反射されて偏光分離面８ｂに達するＰ偏光は、この偏
光分離面８ｂを透過し、λ／４板９を介して円偏光に変
換される。この円偏光は、参照ミラー１１にて反射さ
れ、再びλ／４板９を介してＳ偏光に変換される。この
Ｓ偏光は、偏光分離面８ｂで反射され、コーナーキュー
ブプリズム８から射出する。このコーナーキューブプリ
ズム８の射出側には、参照光路と測定光路とを合成させ
る機能を有するプリズムブロック１３が設けられてい
る。このプリズムブロック１３の構成は、ほぼ前述のプ
リズムブロック６の構成と同じである。コーナーキュー
ブプリズム８からのＳ偏光は、プリズムブロック１３に
入射し、このプリズムブロック１３内で内面反射され、
偏光合成面１３ａに達する。偏光合成面１３ａは、偏光
分離面６ａと同じく、Ｐ偏光を透過させ、かつＳ偏光を
反射させる機能を有する。よって、偏光合成面１３ａに
達する参照光路を経た直線偏光は、偏光合成面１３ａで
反射される。 〔測定光路〕次に、測定光路について説明する。図１に
おいて、プリズムブロック６の偏光分離面６ａを透過し
たＰ偏光は、プリズムブロック６の射出側に設けられた
λ／２板を介してＳ偏光に変換される。このＳ偏光は、
コーナーキューブプリズム８に入射し、コーナーキュー
ブプリズム８内の偏光分離面８ａにて反射され、λ／４
板９を介して円偏光に変換される。このλ／４板９から
の円偏光は、λ／４板９の射出側に設けられた測定ミラ
ー１０にて反射され、λ／４板９に再入射し、Ｐ偏光に
変換される。このＰ偏光は、コーナーキューブプリズム
８に入射し、偏光分離面８ａを透過する。そして、偏光
分離面８ａを透過したＰ偏光は、コーナーキューブプリ
ズム８内で２回内面反射された後、偏光分離面８ｂを透
過する。偏光分離面８ｂを透過したＰ偏光は、λ／４板
９を介して円偏光に変換され、再び測定ミラー１０に達
する。測定ミラー１０に達したλ／４板９からの円偏光
は、この測定ミラー１０にて反射され、λ／４板９に再
入射し、Ｓ偏光に変換され偏光分離面８ｂに達する。こ
のＳ偏光は、偏光分離面８ｂで反射され、コーナーキュ
ーブプリズム８から射出する。測定光路中のコーナーキ
ューブプリズム８の射出側には、λ／２板１２が設けら
れており、コーナーキューブプリズム８からのＳ偏光
は、このλ／２板１２を経てＰ偏光に変換され、プリズ
ムブロック１３に入射する。そして、λ／２板１２を介
したＰ偏光は、プリズムブロック１３の偏光合成面１３
ａを透過する。なお、上記測定ミラー１０は、測長対象
物等に固設され、コーナーキューブプリズム８との間隔
が変化する如く移動可能に設けられている。

【００１８】以上の如く、参照光路を通過する光は、コ
ーナーキューブプリズム８と参照ミラー１１との間で２
回往復し、測定光路を通過する光は、コーナーキューブ
プリズム８と測定ミラー１０との間で２回往復する。こ
のように、本実施例による干渉測定装置は、いわゆるダ
ブルパス干渉計である。さて、偏光合成面１３ａにて、
参照光路を経たＳ偏光と、測定光路を経たＰ偏光とが同
軸に合成される。これらのＰ及びＳ偏光は、プリズムブ
ロック１３の射出側に設けられた偏光板１４Ｂに達す
る。この偏光板１４Ｂは、偏光板１４Ｂに達するＰ及び
Ｓ偏光の偏光方向と45°の偏光軸を持つものであって、
これらのＰ及びＳ偏光は、互いに干渉し、それらの周波
数差によって、光強度がうねりを持つビートが生成され
る。これを測定ビート光とする。

【００１９】この測定ビート光は、偏光板１４Ｂの射出
側に設けられた光ファイバ１５Ｂに入射し、その射出端
から射出される。この光ファイバ１５Ｂの射出側には、
ディテクター１６Ｂが設けられており、測定ビート光の
光強度変化を電気信号（測定信号）に変換する。一方、
偏光板１４Ａの射出側には、偏光板１４Ａからの参照ビ
ート光を伝達する光ファイバ１５Ａが設けられている。
この光ファイバ１５Ａの射出側には、参照ビート光の光
強度変化を電気信号（参照信号）に変換するディテクタ
ー１６Ａが設けられている。

【００２０】これらのディテクター１６Ａ及び１６Ｂか
らの参照及び測定信号は、位相差計１７に出力される。
位相差計１７は、ディテクター１６Ａからの参照信号と
ディテクター１６Ｂからの測定信号との位相差を計測す
るものである。ここで、測定ミラー１０の移動量Ｌがこ
の位相差に対応するものであるため、位相差計１７にて
計測される位相差より測定ミラー１０の移動量Ｌが算出
できる。

【００２１】以下、移動量Ｌと位相差との関係について
説明する。ここで、光源部１が周波数ｆ₁ のＰ偏光と、
周波数ｆ₁ との周波数差がΔｆとなる周波数ｆ₂ （ｆ₂
＝ｆ ₁ −Δｆ）のＳ偏光とを射出すると仮定する。ここ
で、Ｃを光速、Ｌ₀ をハーフプリズム５の振幅分割面５
ａからディテクター１６Ａまでの光路長、Ｌ₁ をハーフ
プリズム５の振幅分割面５ａから参照ミラー１１を経て
ディテクター１６Ｂに到る光路長（参照光路の光路
長）、Φ₀ を測定ミラー１０の移動前の初期位相差とす
ると、参照ビート光と測定ビート光との位相差ΔΦは、

【００２２】

【数１】 ΔΦ＝２π｛（ｆ₁ −ｆ₂ ）・（Ｌ₀ −Ｌ₁ ）＋４ｆ₁ Ｌ｝／Ｃ＋Φ₀ … (1) で表される。（１）式においては、周波数ｆ₁ ，ｆ₂ 、
光路長Ｌ₀ ，Ｌ₁ が予め定まる定数となるため、位相差
ΔΦから参照ミラー１０の移動量Ｌが算出できる。

【００２３】さて、本実施例において、偏波面保存ファ
イバ３Ａが折れ曲がる、または外圧が加わる場合には、
偏波面保存ファイバ３Ａの射出端から射出するＰ偏光が
極微小量回転することがある。このとき、偏波面保存フ
ァイバ３Ａの射出端の光は、Ｐ偏光成分の光と極微小量
のＳ偏光成分の光との合成となる。ここで、偏光ビーム
スプリッタ４に入射する偏波面保存ファイバ３Ａからの
光のうち、Ｓ偏光成分の光は、偏光分離面４ａにて反射
され、ハーフプリズム５へ入射しない。

【００２４】また、偏波面保存ファイバ３Ｂが折れ曲が
る、または外圧が加わる場合において、偏波面保存ファ
イバ３Ｂの射出端からのＳ偏光が極微小量回転し、Ｓ偏
光成分の他にＰ偏光成分の光も加わることがある。この
とき、偏光ビームスプリッタ４に入射する偏波面保存フ
ァイバ３Ｂからの光のうち、Ｐ偏光成分の光は、偏光分
離面４ａを通過するため、ハーフプリズム５へは入射し
ない。

【００２５】このように、偏波面保存ファイバ３Ａ，３
Ｂで偏光方向が回転した場合においても、偏光方向が回
転することにより生じるノイズ光の影響が無視できる。
従って、計測精度を低下させることなく、偏波面保存フ
ァイバの取り回しの自由度を向上させることができる。
また、本実施例においては、偏波面保存ファイバ３Ａ，
３Ｂをそれぞれ介した光より、参照ビート光と測定ビー
ト光とを生成しているため、これらの偏波面保存ファイ
バ間の光路長差に基づく位相差があった場合でも、参照
ビート光と測定ビート光との位相差を計測する構成をと
っているため、偏波面保存ファイバ３Ａ，３Ｂ間で生じ
る位相差を相殺できる。

【００２６】なお、本実施例においては、プリズムブロ
ック１３に設けられる偏光合成面１３ａの代わりに、ハ
ーフミラーを適用しても良い。次に、図２を参照して、
本発明による第２実施例を説明する。図２は、本発明に
よる第２実施例の構成を示す平面図である。第２実施例
は、本発明をいわゆるシングルパスのマイケルソン干渉
計に適用したものである。なお、図２においては、図１
に示す第１実施例と同様の機能を有する部材には、同一
の符号を付してある。

【００２７】図２において、光源部１からの互いに偏光
方向が直交しかつ互いに周波数（波長）の異なる２つの
直線偏光は、第１実施例と同様に、偏光ビームスプリッ
タ２で互いに直交する偏光方向の直線偏光（本実施例で
はＰ及びＳ偏光）に分離された後、それぞれ偏波面保存
ファイバ３Ａ，３Ｂを介して、偏光ビームスプリッタ４
で合成される。偏光ビームスプリッタ４で合成されたＰ
及びＳ偏光は、ハーフプリズム５の振幅分割面５ａにて
振幅分割される。この振幅分割面５ａで反射された光
は、第１実施例と同様に、偏光板１４Ａを透過して、参
照ビート光を生成する。

【００２８】また、振幅分割面５ａを透過した光は、ハ
ーフプリズム５の射出面側に設けられた偏光ビームスプ
リッタ２０に達する。偏光分離面２０ａに達するＰ偏光
（第１の周波数の光）は、偏光分離面２０ａを透過し、
偏光分離面２０ａの透過方向側に設けられたλ／４板２
１を介して、円偏光に変換される。この円偏光は、偏光
ビームスプリッタのλ／４板２１側に設けられた測定ミ
ラー１０にて反射され、再びλ／４板２１に入射して、
Ｓ偏光に変換される。Ｓ偏光に変換された第１の周波数
の光は、偏光分離面２０ａにて反射され、偏光板１４Ｂ
に達する。

【００２９】一方、偏光ビームスプリッタ２０に達する
Ｓ偏光の光（第２の周波数の光）は、偏光分離面２０ａ
で反射され、偏光分離面２０ａの反射方向に設けられた
λ／４板２２を介して円偏光に変換され、参照ミラー１
１に達する。この参照ミラー１１は、偏光ビームスプリ
ッタ２０と空間的に固定されているものである。参照ミ
ラー１１にて反射された円偏光は、λ／４板２２に再入
射し、Ｐ偏光に変換され偏光板１４Ｂに達する。

【００３０】ここで、偏光板は１４Ｂは、その偏光軸が
偏光板１４Ｂに達するＰ及びＳ偏光の偏光方向と45°の
傾きをなすように設けられており、偏光板１４Ｂに達す
る測定ミラー１０を介したＳ偏光と、偏光板１４Ｂに達
する参照ミラー１１を介したＰ偏光とは、それぞれ合成
され、測定ビート光を生成する。これらの参照ビート光
と測定ビート光とは、光ファイバ１５Ａ及び１５Ｂによ
って、ディテクター１６Ａ及び１６Ｂに導かれる。位相
差計１７は、参照ビート光と測定ビート光との位相差を
検出して、測定ミラー１０の変位を計測する。

【００３１】なお、本実施例においては、いわゆるシン
グルパスの干渉計であるため、参照ビート光と測定ビー
ト光との位相差ΔΦと、測定ミラー１０の変位Ｌとの関
係は、以下の（２）式の如くなる。

【００３２】

【数２】 ΔΦ＝２π｛（ｆ₁ −ｆ₂ ）・（Ｌ₀ −Ｌ₁ ）＋２ｆ₁ Ｌ｝／Ｃ＋Φ₀ … (2) 但し、ｆ₁ ：第１の周波数、 ｆ₂ ：第２の周波数、 Ｌ₀ ：ハーフプリズム５の振幅分割面５ａからディテク
ター１６Ａまでの光路長、 Ｌ₁ ：ハーフプリズム５の振幅分割面５ａから参照ミラ
ー１１を経てディテクター１６Ｂに到る光路長（参照光
路の光路長）、 Ｃ ：光速、 Φ₀ ：測定ミラー１０の移動前の初期位相差、 である。（２）式においても、周波数ｆ₁ ，ｆ₂ 、光路
長Ｌ₀ ，Ｌ₁ が予め定まる定数となるため、位相差ΔΦ
から参照ミラー１０の移動量が算出できる。

【００３３】本実施例においても、偏波面保存ファイバ
３Ａ，３Ｂでの偏光方向の回転による影響を無視し得る
ため、計測精度を低下させることなく、偏波面保存ファ
イバの取り回しの自由度を向上させることができる。上
述の各実施例においては、光源として横ゼーマンレーザ
を適用しているが、その代わりに、縦ゼーマンレーザ
（軸ゼーマンレーザ）を適用しても良い。縦ゼーマンレ
ーザは、周波数が異なる右回りの円偏光と左回りの円偏
光とを射出するものであって、その射出側にλ／４板を
配置することによって、横ゼーマンレーザと同等の機能
を果たすものである。

【００３４】また、光源部としては、ゼーマンレーザの
代わりに、単一モードレーザを適用できる。以下に、光
源部に単一モードレーザを適用した第３実施例を図３を
参照して説明する。図３は、第３実施例の構成を示す平
面図であり、図２の実施例と同様の機能を有する部材に
は、同じ符号を付してある。以下、図２に示す第２実施
例とは異なる構成について説明する。

【００３５】図３において、光源部３０は、単一モード
レーザからなり、所定の方向に偏光方向を持つ直線偏光
（例えばＰ偏光）を射出する。この直線偏光は、プリズ
ムブロック３１に入射し、プリズムブロック内の振幅分
割面３１ａにて振幅分割される。振幅分割面３１ａを透
過したＰ偏光は、プリズムブロック３１の射出面側に配
置される第１の音響光学素子３２Ａに入射する。また、
振幅分割面３１ａにて反射されたＰ偏光は、プリズムブ
ロック３１内で内面反射され、振幅分割面３１ａを透過
したＰ偏光と平行にプリズムブロック３１から射出され
る。この射出方向には、第２の音響光学素子３２Ｂが設
けられている。

【００３６】さて、第１の音響光学素子３２Ａは、図示
なき駆動部により、周波数ｆ₁ の高周波信号でドライブ
され、その周波数ｆ₁ で決まる回折角θ₁ だけ偏向され
た１次回折光を射出する。また、第２の音響光学素子３
２Ｂは、図示なき駆動部により、周波数ｆ₁ の光との周
波数差がΔｆとなるように、周波数ｆ₂ （ｆ₂ ＝ｆ₁−
Δｆ）の高周波信号でドライブされ、その周波数ｆ₂ で
決まる回折角θ₂ だけ偏向された１次回折光を射出す
る。なお、第１及び第２の音響光学素子３２Ａ，３２Ｂ
から射出される光のうち、＋１次光以外の光は、第１及
び第２の音響光学素子３２Ａ，３２Ｂの射出側に配置さ
れる図示なきスリットによって遮光される。

【００３７】次に、第１の音響光学素子３２Ａにより周
波数ｆ₁ に変調されて射出したＰ偏光は、偏波面保存フ
ァイバ３Ａを介して、偏光ビームスプリッタ４に入射す
る。また、第１の音響光学素子３２Ｂにより周波数ｆ₂
に変調された射出したＰ偏光は、その射出側に配置され
たλ／２板３３を介して、Ｓ偏光に変換された後、偏波
面保存ファイバ３Ｂに入射する。この周波数ｆ₂ のＳ偏
光は、偏波面保存ファイバ３Ｂにより偏光ビームスプリ
ッタ４に導かれる。なお、偏光ビームスプリッタ４以降
の光路は、前述の第２実施例と同様であるため、ここで
は説明を省略する。

【００３８】このように、本発明による干渉測定装置で
は、ゼーマンレーザの代わりに、単一モードレーザを用
いることもできる。なお、上述の第３実施例において、
偏波面保存ファイバ３Ａ，３Ｂのうち、いずれか一方を
90°ねじる構成（入射端と射出端における偏波面保存の
方向が90°となるようにねじる構成）とすれば、λ／２
板３３を省くことができる。

【００３９】上述の各実施例においては、Ｐ及びＳ偏光
の偏光方向に対して45°の偏光軸を持つ偏光板１４Ａ，
１４Ｂを適用しているが、その代わりとして偏光分離素
子を適用しても良い。また、偏光板１４Ａ，１４Ｂによ
って、Ｐ偏光とＳ偏光とを合成（互いに干渉させる）す
る代わりに、偏光ビームスプリッタまたは単なるビーム
スプリッタを用いて、出力信号の差動をとる構成も可能
である。

【００４０】以下、図４(a) 〜(d) を参照して具体的に
説明する。まず、図４(a) は、第１実施例におけるプリ
ズムブロック１３の射出面側に配置される偏光板１４Ｂ
の代わりに、偏光ビームスプリッタ４０を配置した変形
例の要部を示す平面図である。図４(a) において、図示
なきコーナーキューブプリズム８からのＳ偏光（参照光
路を経た直線偏光）は、第１実施例と同様にプリズムブ
ロック１３の偏光合成面１３ａで反射され、このプリズ
ムブロック１３から射出する。また、λ／２板１２を介
したコーナーキューブプリズム８からのＰ偏光（測定光
路を経た直線偏光）は、第１実施例と同じくプリズムブ
ロック１３の偏光合成面１３ａを透過し、プリズムブロ
ック１３から射出する。

【００４１】本変形例では、これらのＳ及びＰ偏光の射
出方向にλ／２板４３と偏光ビームスプリッタ４０とを
配置しており、プリズムブロック１３からのＳ及びＰ偏
光の一部は、偏光ビームスプリッタ４０の偏光分離面４
０ａで反射され、光ファイバ４１Ａに入射する。ここ
で、λ／２板４３は、方位角22.5°で設けられ、λ／２
板４３を通過する直線偏光を45°または135 °回転させ
る。

【００４２】また、偏光分離面４０ａを透過するプリズ
ムブロック１３からのＳ及びＰ偏光は、光ファイバ４１
Ｂに入射する。ここで、各々の光は、偏光ビームスプリ
ッタ４０を通過することにより、偏光方向が揃うため、
それぞれ干渉しビート信号を生成する。なお、各々の光
は、互いに逆相である。そして、不図示ではあるが、光
ファイバ４１Ａ，４１Ｂの射出端側には、一対の光電変
換素子が配置されており、光電変換された各々の光の出
力信号の差動をとる。ここで、本変形例においては、偏
光板による光の吸収がないため、光量の損失がなくなる
利点があり、さらには、出力信号同士の差動をとるた
め、出力信号の振幅が２倍になり、Ｓ／Ｎ比を向上でき
る利点がある。

【００４３】なお、上記実施例において、λ／２板４３
を配置する代わりに、偏光ビームスリッタ４０を光軸を
中心として45°回転させても良い。図４(b) は、第１実
施例のλ／２板１２とプリズムブロック１３とその射出
側に配置される偏光板１４Ｂとの代わりに、プリズムブ
ロック４２を配置した変形例である。図４(b) におい
て、図示なきコーナーキューブプリズム８からの２つの
光束は、両方ともＳ偏光の状態でプリズムブロック４２
に入射する。この光束は、プリズムブロック４２内に設
けられた半透過面４２ａによりそれぞれ合成された後、
プリズムブロック４２から射出し、光ファイバ４１Ａ，
４１Ｂに入射する。ここで、本変形例においても、図４
(a) に示す変形例と同様に、光ファイバ４１Ａ，４１Ｂ
の射出端側には、一対の光電変換素子が配置されてお
り、これらの光電変換素子からの出力信号同士の差動を
とっている。本変形例においては、図４(a) に示す変形
例の効果の他に、ビームスプリッタとλ／２板とを用い
ないため、光学系の構成が簡単になる利点がある。

【００４４】図４(c) は、第１実施例乃至第３実施例に
おける偏光板１４Ｂの代わりに、図４(a) に示す変形例
と同様にλ／２板４３と偏光ビームスプリッタ４０とを
配置した変形例を示す平面図である。図４(c) におい
て、ハーフプリズム５の振幅分割面５ａにて振幅分割さ
れた偏光ビームスプリッタ４からのＳ及びＰ偏光は、偏
光ビームスプリッタ４０の偏光分離面４０ａにおいて、
２方向に分離された後、光ファイバ４１Ａ，４１Ｂへ入
射する。これらの光ファイバ４１Ａ，４１Ｂの射出端側
には、前述の変形例と同様な一対の光電変換素子が配置
されており、これらの出力信号の差動をとることによっ
て、Ｓ／Ｎの良い信号を得る構成となっている。また、
本変形例においても、図４(a) に示す変形例の効果を有
し、図４(a) の変形例と同様に偏光ビームスプリッタ４
０を光軸回りに45°回転させる構成とすることでλ／２
板４３を省略することもできる。

【００４５】図４(d) は、第２及び第３実施例における
偏光板１４Ｂの代わりに、λ／２板４３と偏光ビームス
プリッタ４０とを配置した変形例を示す平面図である。
尚、図４(d) に示す変形例の動作及び効果は、前述の各
変形例と同様であるため、ここでは説明を省略する。な
お、図４(a) 〜(d) に示す変形例における光ファイバ４
１Ａ，４１Ｂは、偏波面保存ファイバでないことが好ま
しい。また、光ファイバ４１Ａ，４１Ｂの光路長は、互
いに等しくする必要はない。

【００４６】上述の各実施例においては、説明を簡単に
するために、偏波面保存ファイバ３Ａ，３Ｂへ光を入出
力するためのレンズ、光源部と偏波面保存ファイバとの
間のビームエキスパンダ及び光ファイバ１５Ａ，１５Ｂ
からの参照ビート光と測定ビート光とをディテクター１
６Ａ，１６Ｂへ集光させるレンズ等を図示省略してい
る。

【００４７】また、本発明は、測長のみに適用できるも
のではなく、センシングや表面粗さの検出等にも応用で
きることはいうまでもない。

【００４８】

【発明の効果】上述の如き本発明によれば、ライトガイ
ドを利用したフレキシブルに富む干渉測定装置でありな
がら、測定精度を向上させることができる。また、本発
明による干渉測定装置は、電気的なノイズに強く、かつ
光学調整が容易である利点も有する。

【００４９】また、干渉計ヘッド部にて参照ビート光を
生成するように構成することで、第１及び第２のライト
ガイド手段間の位相ずれを打ち消すことができ、さらな
る高精度化を達成し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による第１実施例の構成を示す平面図で
ある。

【図２】本発明による第２実施例の構成を示す平面図で
ある。

【図３】本発明による第３実施例の構成を示す平面図で
ある。

【図４】実施例の変形例の要部の構成を示す平面図であ
る。

【図５】従来の干渉測長装置の構成を示す平面図であ
る。

【符号の説明】

１ … 光源部、 ３Ａ，３Ｂ … 偏波面保存ファイバ、 ４ … ビームスプリッタ、 ５ … ハーフプリズム、 ６ … プリズムブロック、 ８ … コーナーキューブプリズム、 １０ … 測定ミラー、 １１ … 参照ミラー、 １３ … プリズムブロック、 １４Ａ，１４Ｂ … 偏光板、 １６Ａ，１６Ｂ … ディテクター、 １７ … 位相差計、

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】互いに異なる第１の周波数の光と第２の周
   波数の光とを生成する光源部と、該光源部からの前記第
   １及び第２の周波数の光の経路を参照光路と測定光路と
   に分離しかつ前記参照光路を経た光と前記測定光路を経
   た光とを互いに干渉させる干渉計ヘッド部とを有し、前
   記干渉計ヘッド部からの光出力に基づいて所望の物理量
   を測定する干渉測定装置において、 前記光源部からの第１の周波数の光のみを前記干渉計ヘ
   ッド部へ導く第１のライトガイド手段と、 前記光源部からの第２の周波数の光のみを前記干渉計ヘ
   ッド部へ導く第２のライトガイド手段とを有することを
   特徴とする干渉測定装置。
2. 【請求項２】前記干渉計ヘッド部は、前記第１の周波数
   の光と前記第２の周波数の光とを互いに干渉させて、参
   照ビート光を生成することを特徴とする請求項１に記載
   の干渉測定装置。
3. 【請求項３】前記第１及び第２のライトガイド手段は、
   偏波面保存ファイバからなることを特徴とする請求項１
   に記載の干渉測定装置。