JPH09318311A - 干渉計システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】外乱の影響等によって光学素子が振動または移
動することにより測定精度が低下する。 【解決手段】コヒーレント光束を供給する光源１と、光
源からの光束を２つの光束に分割する分割手段１１と分
割手段１１に各々対向して配置された一対の第１、第２
反射器８１、８２とを有し、分割手段１１によって分割
された光束の一方を１往復させる往復光路形成手段と、
分割手段１１によって分割された光束の一方と他方とを
干渉させる干渉光学系と、干渉した光束を検出する光検
出器２と、を有し、光検出器２の出力から２つの光束の
相対的な光路長変化を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コヒーレント光束を分
割し、分割された光束の相対的な光路長変化を測定する
干渉計システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】長さ測定の様々な方法の中で、光の波長
を目盛とした光波干渉計は、高分解能と高精度を得る事
の可能な優れた方法である。１９７０年頃までは、干渉
計を構成する光学素子に高い平面度が要求されたり、光
学調整に熟練を必要とする等の理由から、干渉計は、特
定の研究機関や特殊な検査装置以外に用いられる事は少
なかった。しかし、今日では比較的容易に干渉計を構成
する事が出来る様になり、多種類の製品が市販されるに
至っている。

【０００３】一般的な干渉計の構成を図１５を用いて簡
単に説明する。レーザ光源１００から射出したレーザ光
１０１はビームスプリッタ１０２によって分割される。
分割された光束は各々参照反射器１０５及び移動反射器
１０６に向かい反射される。参照反射器１０５及び移動
反射器１０６で各々反射された光束は再びビームスプリ
ッタ１０２に入射することによって干渉する。干渉した
光束は光検出器１０７によって検出される。光検出器１
０７で検出された干渉信号から前記参照反射器と前記移
動反射器との相対移動量が光の波長を目盛として検出さ
れる。厳密には参照反射器１０５側に導かれた光束１０
３（以下、参照光束と言う）の光路長変化と移動反射器
１０６側に導かれた光束１０４（以下、測定光束と言
う）の光路長変化との相対的な差を検出することができ
る。尚、干渉信号を検出する手法としては、移動反射器
１０６の移動により生じる干渉縞列を光電検出し計数す
る手法や英国の国立物理研究所において開発された手法
や米国のヒューレットパッカード社の製品に採用されて
いる光へテロダイン法等が広く知られている。又、干渉
計の構成は、これら干渉信号の検出法に制約されず、簡
単な構成のものから、安定性や分解能を高めた複雑なも
のまで、様々な構成が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
干渉計は、振動等によって各光学素子が各々独立に動い
た時に測定精度が低下するという問題点があった。図１
５の点線Ａで囲まれた領域を図１６に示す。図１６はビ
ームスプリッタ１０２が外部の影響により移動反射器１
０６側に距離ｄだけ移動した場合の図である。尚、図１
６では実線で示されるものが移動前のビームスプリッタ
１０２及び光束の位置であり、点線で示されるものが振
動によって移動したビームスプリッタ１０２及び光束の
位置である。尚、レーザ光源１００から射出するレーザ
光１０１の位置は変化しないとする。図１６から明らか
なように、参照反射器１０５側に導かれる参照光束１０
３の光路長はビームスプリッタ１０２が移動しても変化
しないが、移動反射器１０６側に導かれる測定光束１０
４の光路長はビームスプリッタ１０２を射出して再びビ
ームスプリッタ１０２に入射するまでの間に２ｄだけ変
化が生じてしまう。つまり、移動反射器１０６の移動量
を測定する場合に振動等の外乱によってビームスプリッ
タ１０２が移動してしまうと、例え移動反射器１０６が
移動せずとも図１５のシステムの出力としては移動反射
器１０６が移動したことになり、測定精度が低下すると
いう問題点がある。尚、ビームスプリッタ１０２が参照
反射器１０５側に移動したとしても同様に測定光束の光
路長に変化が生じてしまい測定精度が低下する。

【０００５】本発明は、上記問題点に鑑みて成されたも
のであり、外乱の影響等によって光学素子が振動または
移動しても測定精度に影響が少ない干渉計システムを提
供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決する為の手段】そのため、本発明の干渉計
システムは、コヒーレント光束を供給する光源と、光源
からの光束を２つの光束に分割する分割手段と、分割手
段に各々対向して配置された一対の第１、第２反射器
と、を有し、分割手段によって分割された光束の一方を
１往復させる往復光路形成手段と、分割手段によって分
割された光束の一方と他方とを干渉させる干渉光学系
と、干渉した光束を検出する光検出器と、を有し、光検
出器の出力から２つの光束の相対的な光路長変化を測定
する（請求項１）。

【０００７】また、この場合（請求項１）に、往復光路
形成手段を通った光束を光束の光軸と平行かつ一致しな
いように反射し、かつ、反射した光束を再び往復光路形
成手段に入射させるように配置された光路移送手段を設
けても良い（請求項２）。また、これらの場合（請求項
１または２）に、往復光路形成手段は、一方の光束が第
１、第２反射器を往復する回数と同じ回数だけ他方の光
束が往復するように配置された一対の第３、第４反射器
を更に有し、第３、第４反射器を往復する他方の光束の
光路と、第１、第２反射器を往復する一方の光束の光路
とを近接した光路としても良い（請求項３）。

【０００８】また、これらの場合（請求項１、２または
３）に、分割手段は偏光ビームスプリッタであり、往復
光路形成手段は偏光ビームスプリッタと第１、第２反射
器との間に各々配置された１／４波長板を更に有しても
良い（請求項４）。また、これらの場合（請求項１、
２、３または４）に、往復光路形成手段を複数有しても
良い（請求項５）。

【０００９】また、これらの場合（請求項１〜５）に、
分割手段によって分割された一方の光束が第１、第２反
射器の間を２往復以上するようにしても良い（請求項
６）。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を詳しく説明するが本発明はこれに限られるもの
ではない。図１は、本発明の第１の実施形態の干渉計シ
ステムを示す概略構成図である。図１のシステムは、レ
ーザ光源１、往復光路形成手段４１及び光検出器２を有
する。また、往復光路形成手段４１は、光分割混合器１
１、１／４波長板５１、５２、第１反射器８１及び第２
反射器８２を有する。レーザ光源１はコヒーレント光束
を供給するものであり、例えば、ヘリウムネオンレーザ
に代表されるガスレーザ、半導体レーザなどが使用可能
である。また、本実施の形態では光分割混合器１１とし
て直角プリズムを２個組み合わせた偏光ビームスプリッ
タを用いており、第１、第２反射器としては平面反射器
を用いている。また、光検出器２としてはフォトダイオ
ード等を用いることができ、光検出器２に入射した光は
光電変換されて電気信号として出力される。

【００１１】光分割混合器１１に入射したコヒーレント
光束は、光分割混合器１１の偏光光束分割混合面２１で
反射して第１反射器８１に向かうｓ偏光の第１光路３１
と、偏光光束分割混合面２１を透過するｐ偏光の第２光
路とに分割される。第１光路３１には、四分の一波長板
５１が配置されており、四分の一波長板５１を透過した
ｓ偏光光束は、円偏光光束となり、第１反射器８１に入
射し反射される。第１反射器８１で反射された円偏光光
束は、再び四分の一波長板５１を通過し、ｐ偏光光束と
なり、光分割混合器１１に再度入射した後に、光分割混
合器１１の偏光光束分割混合面２１を透過する。透過ｐ
偏光光束は、光分割混合器１１と第２反射器８２との間
に配置された四分の一波長板５２を通過する事で円偏光
光束となり、第２反射器８２に入射し、反射される。第
２反射器８２で反射された円偏光光束は、再び四分の一
波長板５２を通過し、ｓ偏光光束となり、光分割混合器
１１に入射した後に、光分割混合器１１の偏光光束分割
混合面２１で反射する。

【００１２】この反射光束は第１、第２反射器への入射
光束が垂直となるように配置すると、前述の第２光路を
通るｐ偏光光束とほぼ同軸となり、光検出器２に入射す
る。尚、この２つの光束は偏光が異なるためそのままで
は干渉しないが、不図示の偏光子や１／４波長板等を光
検出器２の前に配置することによって干渉する。この干
渉光は光検出器２に導かれ、その強度が電気信号として
出力される。光検出器２から出力された電気信号は不図
示の位相計に入力される。位相計は光分割混合器１１で
分割された２つの光束の相対的な光路長変化を測定する
ことによって、第１反射器８１と第２反射器８２との相
対的な移動量を検出する。

【００１３】尚、本実施の形態では図１の干渉計システ
ムを用いて第１反射器８１と第２反射器８２との相対的
な移動量を測定したが、例えば、第１反射器８１と光分
割混合器１１との間に被測定対象を配置し、その屈折率
を測定することも可能である。また、本実施の形態では
干渉信号を検出する手法としてホモダイン干渉法を用い
て測定したが、前述のヒューレットパッカード社が用い
ているヘテロダイン干渉法等を用いても構わない。

【００１４】本実施の形態では第１、第２反射器として
平面反射鏡（プレーンミラー）を用いたがコーナーキュ
ーブプリズムやハローキューブミラー等の逆反射器を用
いても構わない。また、光分割混合器１１に偏光ビーム
スプリッタを用いたが、ビームスプリッタを用いても本
発明を達成することができる。この場合には本実施の形
態で用いた１／４波長板５１、５２は不必要となる。

【００１５】以上の通り、本実施の形態によれば、例
え、偏光ビームスプリッタ１１が紙面の上下方向に移動
したとしても前述の第１光路と第２光路とを各々進む光
束に影響する光路長変化は同じであり、干渉計システム
の測定結果に影響が生じないので、測定精度に影響が生
じない。また、偏光ビームスプリッタ１１が紙面の左右
方向に移動したとしても同様に第１光路及び第２光路に
影響が生じないため測定精度に影響を及ぼすことがな
い。また、レーザ光源１から射出するレーザ光束の射出
位置が紙面の左右方向に変動した場合も同様の理由から
測定精度が低下することがない。

【００１６】図２は本発明の第２の実施形態の干渉計シ
ステムを示す概略構成図である。尚、図２のシステムは
光路移送手段７１を配置した点を除くとほぼ第１の実施
の形態と同様であるため、第１の実施の形態と同一な構
成については同じ符号を付して説明は省略する。尚、光
路移送手段７１はコーナーキューブプリズム等のように
自身に入射する光束の光軸とその光束を反射した光軸と
が平行となるものであれば何でもよい。但し、本実施の
形態のように偏光を用いて光束を分離している場合には
入射光束の偏光面と反射光束の偏光面とが変わらない素
子を用いることが好ましい。

【００１７】レーザ光源１を射出した光束は第１の実施
形態の光検出器２に向かう２つの光束と同様な光路で光
路移送手段７１に入射する。第２光路３２を通る光束は
レーザ光源１から射出し、光分割混合器１１を透過した
ｐ偏光の光束であり、ｐ偏光の光束は光路移送手段７１
で反射された後、光分割混合器１１を透過して、光検出
器２に向かう。また、第３光路３３を通る光束は、レー
ザ光源１から射出し、光分割混合器１１で反射されて第
１光路３１を通ったｓ偏光の光束である。このｓ偏光の
光束は再度、往復光路形成手段４１に入射し、光分割混
合器１１で反射される。その後、この反射光束は第２反
射器８２、第１反射器８１で反射され、ｓ偏光の光束と
して再度光分割混合器１１で反射されて光検出器２に向
かう。このようにして光分割混合器１１から光検出器２
に向かう２つの光束は第１の実施形態と同様にして干渉
し光検出器２で検出される。

【００１８】図２のシステムでは光路移送手段７１を設
けることによって第１の実施形態に比べて光学素子の調
整範囲を広くすることができる。以下、その点について
説明をする。尚、各光学素子は理想的なものを用いるこ
ととする。まず、第１の実施形態で説明した光路移送手
段７１を用いていないシステムを考える。ここで、第１
反射器８１が紙面に垂直な軸を中心に少し回転した場合
を考える。すると、第１反射器８１の反射面に対して第
１光路３１を通る光は垂直に入射しない。従って、最終
的に光分割混合器１１から光検出器２に向かう２つの光
束の光軸はある角度を持つことになる。しかし、本シス
テムは前述の２つの光束を干渉させることによって２つ
の光束の光路長変化を観察するため、充分に２つの光束
がほぼ平行に重ならないと測定精度が低減する。つま
り、２つの光束の光軸がある角度を持つ場合、当該２つ
の光束が光検出器２に達するまでの距離が長くなるほど
２つの光束の重なりが小さくなり測定精度が低減するこ
ととなる。従って、図１のシステムは精度良く光学調整
を行なう必要がある。

【００１９】次に、図２に示した本実施の形態のシステ
ムを考える。第１の実施形態と比較するため、ここでも
第１反射器８１が少し回転した場合を考える。光路移送
手段７１を設けることによって第１光路３１を進む光束
が往復光路形成手段４１を通る回数、すなわち光路移送
手段７１を介してその前後で第１反射器８１と第２反射
器８２との間を往復する回数が同一となる。前述の通
り、光路移送手段７１は自身に入射する光の光軸とその
光を反射した光軸とが平行となるので、第１反射器８１
の回転による光軸の傾きは、再度、往復光路形成手段４
１を通ることによって（逆の光路を通ることによって）
相殺される。この時、生じる光軸の横ズレ（平行ズレ）
を無視できる程度することは容易である。従って、第２
の実施形態のシステムは第１反射器８１の光学調整が簡
単となる。また、図２のシステムでは第１反射器８１と
第２反射器８２との間を光束が２回往復する（ダブルパ
スとなる）ことによって高分解能のシステムとなってい
る。

【００２０】反射器として平面反射器を用いる殆どの場
合には、干渉計システムを構成する光学素子の光学調整
の難易度が高まるといった問題点や、反射器が移動体上
に配置されている場合には、移動体の直進運動精度が悪
いと、干渉信号が検出されなくなったりするといった問
題点がある。又、逆反射器は、平面反射器に比べて通常
高価である。本実施の形態によれば、反射器として平面
反射器を用いた場合でも、平面反射器間を偶数回数往復
させる事で従来の多くの干渉計システムにみられる上記
の如き問題を生じる事の無い安価な干渉計システムを構
成可能である。勿論、反射器として、逆反射器を用いて
も本発明の主たる効果を損なう事は全く無い。

【００２１】同様に、第２反射器８２の回転、レーザ光
源１から出射する光束の出射角度の変動及び光分割混合
器１１の回転等による測定精度の低下についても低減す
ることができる。また、同様に第１、第２反射器８１、
８２の運動精度についても第１の実施形態では反射器の
反射面がずれないように高い運動精度が要求されるが、
第２の実施形態では低い運動精度でも測定精度は低減し
ない。

【００２２】図３、４のシステムは本発明の第２の実施
例の変形例であり、往復光路形成手段４１と光学的に結
合した光路移送手段の数を変えて、第１、第２反射器間
を往復する回数を増やすことによって更に高分解能なシ
ステムが構成される。図３は、光路移送手段（７１、７
２、７３）を３つ設け、第１反射器８１と第２反射器８
２との間を４往復する構成としたものである。図４は光
路移送手段（７１〜７７）を７つ設け、第１反射器８１
と第２反射器８２との間を８往復する構成としたもので
ある。図は省略するが、本発明によれば図２〜図４に示
した以外の数の光路移送手段を設けて第１、第２反射器
間を往復する回数を変更することが簡単で有り、干渉計
の大きさと分解能に併せて適宜選択可能である。又、以
上の説明にあたっては、理解を容易にする為に、光路移
送手段の数を必要最大数としたが、例えば、図５や図６
に示す様に図３や図４に示した複数の光路移送手段のい
くつかを一つの光路移送手段で兼用しても良い。図５
は、図３に示した光路移送手段７１、７３の働きを光路
移送手段７８で兼用した例である。図６は図４の光路移
送手段７１、７３、７５、７７の働きを１つの光路移送
手段７９で兼用した例である。

【００２３】図７は本発明の第３の実施形態の干渉計シ
ステムを示す概略構成図である。図７は本発明の第２の
実施形態で説明した図３の干渉計システムに四分の一波
長板５３と第３、第４反射器８３、８４を追加して、２
対の反射器間をそれぞれ２往復ずつした２つの光束の差
分信号を検出する構成としたものである。他の構成は図
３の干渉計システムと同様であるため同様なものについ
ては同じ符号を付して説明を省略する。

【００２４】図７は、図３と同等の大きさで２対の反射
器間をそれぞれ２往復ずつした差分信号を検出する構成
とした実施例である。尚、四分の一波長板５３も四分の
一波長板５１、５２と同様に光束が往復することによっ
て、その光束の偏光面を９０°変換するために用いてい
る。従って、光分割混合器１１から光路移送手段７１へ
向かう２つの光束は図３のシステムと同じであるが、四
分の一波長板５３を配置することによってｐ偏光の光束
はｓ偏光の光束となり、逆にｓ偏光の光束はｐ偏光の光
束となる。つまり、四分の一波長板５３を配置すること
によって、光分割混合器１１を透過して光路移送手段７
１へ向かった光束は、光路移送手段７１を反射した後、
光分割混合器１１で反射する。この反射光束は四分の一
波長板５２を通って第４反射器８４で反射され、四分の
一波長板５２、光分割混合器１１、四分の一波長板５１
を通って第３反射器８３で反射される。その後、この光
束は光分割混合器１１、光路移送手段７２で反射され、
再度光分割混合器１１に入射して第３反射器８３に向か
って反射される。第３反射器８３に向かった光束は第３
反射器８３で反射され、四分の一波長板５１、光分割混
合器１１、四分の一波長板５２を通り第４反射器８４で
反射された後、光分割混合器１１、光路移送手段７３、
光分割混合器１１を通り、光検出器２へと向かう。他
方、図３のシステムでは光路移送手段７１を反射した後
光分割混合面２１を反射した光束が、本実施の形態のシ
ステムでは光分割混合器１１を透過する。この透過光束
は光路移送手段７２で反射され、光分割混合器１１を透
過し光路移送手段７３で反射された後、光分割混合器１
１で反射されて第２反射器８２に向かう。第２反射器８
２に向かった光束は、第２反射器８２で反射され、光分
割混合器１１を通り、第１反射器８１で反射された後、
光分割混合器１１で反射され、光検出器２へ向かう。

【００２５】このようにして光検出器２へ向かった２つ
の光束は前述の実施の形態と同様にして干渉し、光検出
器２で検出される。第３の実施の形態は２対の反射器間
の差分信号を検出する干渉系システムであり、光分割混
合器２１で分割された２つの光束の光路を略共通にする
ことによって光路上の屈折率変動等によって２つの光束
に与える光路長変化をほぼ同じにすることができるため
第２の実施の形態に比べて測定誤差を低減することがで
き、安定な測定を行なうことができる。また、第２の実
施形態と比べても装置の大きさは大型化することがな
い。

【００２６】図８は第２の実施形態で説明した図６の干
渉計システムに四分の一波長板５４、５５と第３、第４
反射器８３、８４を追加して、２対の反射器間をそれぞ
れ４往復ずつした２つの光束の差分信号を検出する構成
としたものである。光路については図６及び図７の説明
から明らかであるため、詳しい説明は省略するが、図８
のシステムは、図６のシステムの高分解能性を保持した
まま図７のシステムと同様に安定性を持たせたものであ
る。

【００２７】図は省略するが、本発明によれば、図７、
図８に示した以外の数の光路移送手段と四分の一波長板
を設けて２対の反射器間の往復回数を任意に設定可能で
あり、干渉計の大きさと分解能を適宜選択可能である。
以上の説明に当たっては、理解を容易にする為に、光路
移送手段の数を必要最大数としたが、例えば、図９や図
１０に示す様に図７や図８に示した複数の光路移送手段
のいくつかを一つの光路移送手段で兼用すると共に四分
の一波長坂の挿入位置を適宜変更しても良い。図９は図
７の光路移送手段７１、７３の働きを光路移送手段７８
で兼用したものであり、四分の一波長板５３の代わりに
四分の一波長板５６を用いている。また、図１０は図８
の光路移送手段７１、７３、７５、７７の働きを光路移
送手段７９で兼用したものであり、四分の一波長板５
４、５５の代わりに四分の一波長板５７を用いている。

【００２８】上記のように本発明の第３の実施形態の干
渉計システムは、２対の反射器間の差分信号を検出する
干渉計システムであり、光分割混合器によって分割され
る２つの光束の光路を略共通とする事で安定性を格段に
向上させると同時に、あまり大型化せず、それぞれ反射
器間を往復する回数をあまり減らさずに分解能の維持も
可能である。

【００２９】図１１は、本発明の第４の実施形態の干渉
計システムを示す概略構成図である。また、図中の矢印
は光束の進行方向を示す。図１１の干渉計システムは図
２に示した干渉計システムと比較して、往復光路形成手
段４２を設けたことに特徴があり、他の構成は図２のシ
ステムと同様であるため、同様な構成については同じ符
号を付して説明を省略する。尚、往復光路形成手段４２
は往復光路形成手段４１と同様に２つの四分の一波長板
５８、５９と、２つの反射器８５、８６と、光分割混合
器１２と、から構成され、働きも同様である。

【００３０】つまり、レーザ光源１から射出して往復光
路形成手段４１の光分割混合器１１で分割された光束の
うち、往復光路形成手段４１の１対の反射器８１、８２
間を１往復した光束は、往復光路形成手段４２へ入射
し、往復光路形成手段４２の１対の反射器８５、８６間
を１往復した後、光路移送手段７１へ入射する。光路移
送手段７１へ入射した当該光束は、光路移送手段７１で
反射され、再度、往復光路形成手段４２へ入射し、往復
光路形成手段４２の１対の反射器８５、８６間を１往復
た後、往復光路形成手段４１へ入射し、往復光路形成手
段４１の１対の反射器８１、８２間を１往復した後、光
検出器２へ向かう。また、レーザ光源１から射出して光
分割混合器１１を透過した光束は、往復光路形成手段４
２へ入射し、光分割混合器１２を透過した後，、光路移
送手段７１で反射され、その後、光分割混合器１２、１
１を透過し、光検出器２へ向かう。光検出器２へ向かっ
た２つの光束は前述の実施の形態と同様にして干渉し、
光検出器２でその強度が検出される。

【００３１】図は省略するが、第１反射器８１と第６反
射器８６を第１の移動体上に配置し、第２反射器８２と
第５反射器８５を第１の移動体とは別の第２の移動体上
に配置しても何ら本発明の効果を損なう事は無く、本実
施の形態によれば、第１の移動体と第２の移動体の間を
測長するコヒーレント光束が少なくとも４往復するか
ら、信号の分割精度を同一としても、第１と第２の移動
体間の光路長変化の測定分解能と精度とを格段に向上さ
せる事が出来る。また、このような構成にすることによ
って疑似的にアッベの原理を満足することが可能とな
る。勿論、第１と第２の移動体は、両者又は一方が固定
体であっても両者が移動体の場合と同様に両移動体又は
固定体の間の光路長変化を検出可能である。更に、本実
施の形態では光分割混合器１１、１２として偏光ビーム
スプリッタを用いているため、２つの移動体間を４往復
する事で、それよりも往復回数の少ない計測をする場合
に比べて、光分割器の不完全性に起因する測定誤差を軽
減できる。又、本実施の形態によれば、第１の往復光路
形成手段４１と第２の往復光路形成手段４２との距離
は、任意に設定する事が可能である。又、図は省略する
が物理的に光路として使用不可能な領域や光路として使
用が望ましくない領域を避けて、光路を迂回させる事が
必要等の場合には、反射器やプリズムを適宜配置して光
路を曲げても何ら問題はなく、第１の往復光路形成手段
４１と第２の往復光路形成手段４２との間の光路長の変
化は、第１の移動体と第２の移動体との間の光路長変化
の計測に影響を与えない。

【００３２】また、図１１のシステムでは４つの平面反
射器８１、８２，８５、８６を用いているが、図１２に
示すように反射器としてコーナーキューブプリズムのよ
うな逆反射器８７、８８、８９、９０を用いても構わな
い。尚、図は省略するが、反射器として、平面反射器と
逆反射器を選択的に使用しても、何ら問題無い。尚、図
１１や図１２の如き配置は、例えば、球面光学素子及び
非球面光学素子の形状計測等への応用に極めて有用であ
る。このような測定の場合には、アッベの原理を満足す
るように、２つの往復光路形成手段を集光レンズと被測
定レンズの光軸対象位置に各々配置し、集光レンズのス
テージに第１反射器８１、第６反射器８６を固定し、被
測定光学素子のステージに第２反射器８２、第５反射器
８５を配置すれば集光レンズと被測定光学素子との相対
変位が計測され、光学素子の曲率半径等が知れる。

【００３３】図１３の干渉計システムは、図１１の干渉
計システムに更に往復光路形成手段４３を付加し、各反
射器を２つの反射器（つまり、一対の反射器を２対の反
射器とした）で構成した干渉計システムを示す変形例で
ある。尚、往復光路形成手段４３も往復光路形成手段４
１、４２と同様に２つの四分の一波長板６０、６１と、
２対の反射器８７ａ、８８ａ、８７ｂ、８８ｂと、光分
割混合器１３とから構成される。また、本システムは反
射器８１ａ、８１ｂ、８６ａ、８６ｂ、８８ａ、８８ｂ
を第１移動体に固定し、反射器８２ａ、８２ｂ、８５
ａ、８５ｂ、８７ａ、８７ｂを第２移動体に固定し、第
１移動体と第２移動体との相対的な移動量を測定するも
のである。尚、第１移動体、第２移動体は不図示であ
る。

【００３４】従って、図１３の干渉計システムは、往復
光路形成手段４３を設けることによって図１１の干渉計
システムと比較して各々の反射器間を往復する回数が増
えるので、測定精度と測定分解能とを向上させることが
できる。勿論、往復光路形成手段の数は、図１３に示す
限りではなく、光学素子を通過したり反射する事による
光の減衰が所定量を超えず、かつ光源の可干渉距離の範
囲内で増やす事ができる。これにより、各往復光路形成
手段間の光路長の変化も増大する事が容易に予想され、
従来の多くの手法では、測定精度が悪化すると言う問題
を生じたが、本発明の干渉系システムによれば、各往復
光路形成手段間の光路長の変化は、測定光束と参照光束
の両方に同様な影響を及ぼすので、その影響は結果的に
相殺されるから測定精度が悪化する事は無い。

【００３５】ところで、アッベの原理を満足する干渉計
システムの配置が困難な場合には、従来から例えば、被
測定位置を挟んだ２ケ所に測長位置を設けて、それぞれ
の計測値の算術平均値を求める等といった、疑似的にア
ッベの原理を満足したり、エッベンシュタインの原理を
満足する等して、計測精度を維持する手法が知られてい
る。前述の通り、本実施の形態によれば、光学素子の構
成をあまり複雑とする事なく、高い安定性と分解能を維
持しつつ、上記従来技術と同様に２つ以上の往復光路形
成手段を設ける事で、疑似的にアッベの原理を満足する
事が可能である。勿論、本発明による干渉計システム
も、従来知られている技術と同様に、光検出器を追加す
る事でアッベの原理を疑似的に満足する複数の独立した
干渉計システムとして使用する事も可能である。その例
を図１４に示す。

【００３６】図１４は、図１１の干渉計システムと比較
して平面反射器９１、９２、９３、９４と、ビームスプ
リッタ９５、反射器９６、光検出器２ａを設けたことを
抜かすと図１１の干渉計システムと同様であるため、同
様な構成については同じ符号を付して説明を省略する。
図１４のシステムはビームスプリッタ９５と反射器９６
とを配置することによって、光源１から射出するレーザ
光束を光路の異なる２つの光束に分割している。そし
て、４つの反射器９１、９２、９３、９４を配置するこ
とによって、各々の光束が一部の光学素子を共用する２
つの干渉計を通っている。

【００３７】従って、より多数の光路長変化を計測可能
とする効果を実現することができる。また、図１４では
１つの波長の光を用いているが、複数の波長の光とダイ
クロイックミラーとを組み合わせることによって、複数
の波長の光の各々で測定を行なうようにしても良い。こ
のように、図１４のような干渉計システムによれば、構
成を余り複雑化する事無く、かつ大型化する事無く、多
数の光路長変化の計測を実現出来る。

【００３８】尚、図１４のように光検出器を追加して、
複数の独立した干渉計システムを構成すると、各々の干
渉計システムの出力と配置の相対関係から演算により、
移動体の傾きを求める事が可能といった利点がある。
尚、第１〜第４の実施の形態では、理解を容易にする為
に、図に於いて光路が紙面上で重複しないように紙面と
同一平面内に全ての光路を形成したが、光路が紙面と平
行な複数の面上に配置されていても、何ら問題無い。
又、本発明の第１から第４までの実施の形態を適宜組み
合わせても良いことは言うまでもない。

【００３９】

【発明の効果】以上の様に、本発明によれば、光学系の
構成をあまり複雑化する事なく、大型化する事なく、構
造的に又は熱的に引き起こされるような外乱の影響によ
って光学素子が振動または移動しても測定精度に影響が
少ない干渉計システムの提供が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による干渉計システ
ムの概略構成と光束進行順序を示す図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態による干渉計システ
ムの概略構成と光束進行順序を示す図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態による干渉計システ
ムの変形例を示す概略構成図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態による干渉計システ
ムの変形例を示す概略構成図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態による干渉計システ
ムの変形例を示す概略構成図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態による干渉計システ
ムの変形例を示す概略構成図である。

【図７】本発明の第３の実施の形態による干渉計システ
ムの概略構成と光束進行順序を示す図である。

【図８】本発明の第３の実施の形態による干渉計システ
ムの変形例を示す概略構成図である。

【図９】本発明の第３の実施の形態による干渉計システ
ムの変形例を示す概略構成図である。

【図１０】本発明の第３の実施の形態による干渉計シス
テムの変形例を示す概略構成図である。

【図１１】本発明の第４の実施の形態による干渉計シス
テムの概略構成と光束進行順序を示す図である。

【図１２】本発明の第４の実施の形態による干渉計シス
テムの変形例を示す概略構成図である。

【図１３】本発明の第４の実施の形態による干渉計シス
テムの変形例を示す概略構成図である。

【図１４】本発明の第４の実施の形態による干渉計シス
テムの変形例を示す概略構成図である。

【図１５】従来技術による干渉計を示す概略構成図であ
る。

【図１６】従来技術による干渉計の問題点を説明するた
めの拡大図である。

【符号の説明】

１、１００・・・レーザ光源 ２、２ａ、１０７・・・光検出器 １１、１２、１３、１０２・・・光分割混合器 ２１、２２・・・偏光光束分割混合面 ３１、３２、３３、３４、３５・・・光路 ４１、４２、４３・・・往復光路形成手段 ５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、５
９、６０、６１・・・四分の一波長板 ７１、７２、７３、７４、７５、７６、７７、７８、７
９・・・光路移送手段 ８１、８２、８３、８４、８５、８６、９１、９２、９
３、９４、１０５、１０６・・・平面反射器 ８７、８８、８９、９０・・・逆反射器 ９５・・・ビームスプリッタ ９６・・・反射器

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コヒーレント光束を供給する光源と、 前記光源からの光束を２つの光束に分割する分割手段と
   該分割手段に各々対向して配置された一対の第１、第２
   反射器とを有し、前記分割手段によって分割された光束
   の一方を１往復させる往復光路形成手段と、 前記分割手段によって分割された光束の前記一方と他方
   とを干渉させる干渉光学系と、 前記干渉した光束を検出する光検出器と、 を有し、前記光検出器の出力から前記２つの光束の相対
   的な光路長変化を測定することを特徴とする干渉計シス
   テム。
2. 【請求項２】前記往復光路形成手段を通った光束を該光
   束の光軸と平行かつ一致しないように反射し、かつ、該
   反射した光束を再び前記往復光路形成手段に入射させる
   ように配置された光路移送手段を設けたことを特徴とす
   る請求項１に記載の干渉計システム。
3. 【請求項３】前記往復光路形成手段は、 前記一方の光束が前記第１、第２反射器を往復する回数
   と同じ回数だけ前記他方の光束が往復するように配置さ
   れた一対の第３、第４反射器を更に有し、該第３、第４
   反射器を往復する前記他方の光束の光路と、前記第１、
   第２反射器を往復する一方の光束の光路とが近接した光
   路であることを特徴とする請求項１または２に記載の干
   渉計システム。
4. 【請求項４】前記分割手段は偏光ビームスプリッタであ
   り、 前記光路形成手段は前記偏光ビームスプリッタと前記第
   １、第２反射器との間に各々配置された１／４波長板を
   更に有することを特徴とする請求項１、２または３に記
   載の干渉計システム。
5. 【請求項５】前記往復光路形成手段を複数有することを
   特徴とする請求項１、２、３または４に記載の干渉計シ
   ステム。
6. 【請求項６】前記分割手段によって分割された前記一方
   の光束が前記第１、第２反射器の間を２往復以上するこ
   とを特徴とする請求項１、２、３、４または５に記載の
   干渉計システム。