JPH1073409A

JPH1073409A - 光波干渉測定装置

Info

Publication number: JPH1073409A
Application number: JP8248561A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Kawai; 斉河井; Jun Kawakami; 潤川上
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-08-30
Filing date: 1996-08-30
Publication date: 1998-03-17

Abstract

(57)【要約】【課題】屈折率変動の不要な測定および必要な測定の
欠如に起因する測定精度の低下を抑えて、光路の屈折率
変動に起因する測長誤差を高精度に補正することのでき
る光波干渉測定装置。【解決手段】測定光路および参照光路を介した測長の
ための第１の光が、屈折率変動の測定のための第１干渉
光生成系（７〜９）および第２干渉光生成系（１５〜１
８）を介した後に第２の光および第３の光から分離さ
れ、第３干渉光生成系（１２、２１）を介して干渉す
る。この構成により、屈折率変動の測定が必要であるに
もかかわらず屈折率変動の測定がなされない測長光路は
比較的短く、屈折率変動の測定が不要であるにもかかわ
らず屈折率変動の測定がなされる非測長光路は全く存在
しないことになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光波干渉測定装置に
関し、特に高精度な変位計測を行うための光波干渉測定
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１１は、従来の光波干渉測定装置の構
成を概略的に示す図である。図１１の光波干渉測定装置
は、移動鏡６の光軸方向（図中矢印方向）の変位量Ｄを
測長するものである。光源１は、周波数ω₁の光と周波
数ω₁'（ω₁'＝ω₁＋Δω₁）の光とを含む光を射出す
る。この２つの光は、周波数が互いにわずかに異なり、
偏光方位が互いに直交している。

【０００３】この２つの異なる周波数の光は、ビームス
プリッタのような光分離素子２を介して偏光ビームスプ
リッタのような偏光分離素子４に入射し、周波数ω₁'の
光と周波数ω₁の光とに分離される。周波数ω₁'の光は
参照光となり、固定鏡５で反射された後、再び偏光分離
素子４に戻る。また、周波数ω₁の光は測定光となり、
移動鏡６で反射された後、再び偏光分離素子４に戻る。

【０００４】偏光分離素子４に戻ってきた測定光と参照
光とは、同一光路に沿って偏光分離素子４から射出され
る。同一光路に沿って偏光分離素子４から射出された測
定光と参照光とは、偏光板２１を介して干渉する。偏光
板２１は、具体的には参照光の偏光方位と測定光の偏光
方位とに対してそれぞれ４５°傾いて配置された偏光素
子である。偏光板２１を介して生成された干渉光は、受
光素子２２で光電変換され、測定ビート信号（周波数Δ
ω₁）１０１として位相計１０５に入力される。

【０００５】一方、光源１から射出された２つの異なる
周波数の光の一部は光分離素子２で反射され、偏光板２
３を介して干渉する。偏光板２３を介して生成された干
渉光は受光素子２４によって光電変換され、参照ビート
信号（周波数Δω₁）１００として位相計１０５に入力
される。なお、偏光板２３は、偏光板２１と同様に２つ
の異なる周波数の光（周波数ω₁'の光および周波数ω₁
の光）を干渉させる偏光素子である。

【０００６】位相計１０５は、参照ビート信号１００に
対する測定ビート信号１０１の位相変化を測定すること
によって移動鏡６の変位量Ｄ（ω₁）を求め、その変位
量情報を信号１０７として演算器１０８に出力する。

【０００７】ところで、図１１のような光波の干渉によ
る測長を精密（高精度）に行うためには、光路中の空気
（またはその他の気体）の屈折率変動を無視することが
できない。そこで、従来の光波干渉測定装置は、図１１
に示すように、測定光路中の空気の屈折率変動に起因す
る測長誤差の補正手段としてエアセンサ５３２を備えて
いる。すなわち、エアセンサ５３２を用いて測定光路中
の大気の温度、圧力、湿度を測定し、この測定結果に基
づいて光の波長を補正することによって、空気の屈折率
変動に起因する測長誤差を補正している。

【０００８】すなわち、移動鏡の真の変位量をＤとし、
空気の屈折率をｎとし、ｎは空間的に一様であるとする
と、光波干渉測定装置で測定される変位量Ｄ（ω₁）
は、

【数１】Ｄ（ω₁）＝ｎＤ（１）と表される。

【０００９】したがって、測定光路に沿った空気の温
度、圧力、湿度をエアセンサ５３２で測定することによ
り、屈折率ｎを求めることができる。すなわち、演算器
１０８は、位相計１０５からの変位Ｄ（ω₁）の信号１
０７と、エアセンサ５３２からの温度、圧力、湿度の測
定信号１０６と、式（２）に示す演算式とに基づいて、
移動鏡６の真の変位量Ｄを求めることができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
技術では、測定光路の１箇所のみにおいて空気の温度、
圧力、湿度をエアセンサで検出している。このため、空
気の屈折率が測定光路および参照光路に沿って一様に変
動している場合には正確な補正が可能であるが、空気の
屈折率が測定光路上および参照光路上において局所的に
変動している場合には、空気の屈折率変動に起因する測
長誤差を正確に補正することができないという不都合が
あった。

【００１１】そこで、本発明者等は、特願平７−６０９
６９号および特願平７−６４５３７号の明細書および図
面において、２つの異なる周波数の光を用いて空気の屈
折率変動に起因する測長誤差を補正することの可能な光
波干渉測定装置を提案している。なお、特願平７−６０
９６９号および特願平７−６４５３７号の明細書および
図面に開示された光波干渉測定装置は、本件出願時に未
だ公開されておらず、本件出願の従来技術に属していな
い。

【００１２】図１０は、特願平７−６０９６９号および
特願平７−６４５３７号の明細書および図面に開示の光
波干渉測定装置の構成を概略的に示す図である。なお、
図１０において、図１１の従来の光波干渉測定装置の構
成要素と同様な要素については同じ参照符号を付してい
る。以下、図１１の装置との相違に着目して図１０の装
置の説明を行い、重複する説明を省略する。

【００１３】図１０の光波干渉測定装置では、測長用光
源１から射出される光と同じ光路上に（以下、「同軸
に」と表現する）、２つの異なる周波数ω₂（基本波）
およびω₃（高調波）のレーザ光を結合させている。こ
うして、この２つの異なる周波数のレーザ光により、測
長用干渉計の光路中での空気（または他の気体等）の屈
折率変動を求めることができる。

【００１４】図１０の光波干渉測定装置では、光源５０
が周波数ω₂の光と周波数ω₃の光とを同軸に射出す
る。周波数ω₂の光および周波数ω₃の光の偏光方位
は、測長用光源１から射出される光の偏光方位に対して
４５°の角度をなしている。周波数ω₂の光および周波
数ω₃の光は、たとえばダイクロイックミラーからなる
周波数結合素子３によって測長用光源１から射出された
周波数ω₁の光と同軸に結合する。同軸に結合された光
は、同じ光路を介して、偏光分離素子４に入射する。

【００１５】周波数ω₂の光および周波数ω₃の光は、
偏光分離素子４によって、固定鏡５側に反射される光
（参照光）と移動鏡６側へ透過する光（測定光）とに分
割される。参照光と測定光とは、その偏光方位が互いに
直交しているが、いずれも周波数ω₂の光および周波数
ω₃の光をそれぞれ含んでいる。偏光分離素子４で反射
された参照光は、たとえばコーナーキューブからなる固
定鏡５で反射された後、偏光分離素子４に再び戻る。一
方、偏光分離素子４を透過した測定光も、たとえばコー
ナーキューブからなる移動鏡６で反射された後、偏光分
離素子４に再び戻る。ここで、偏光分離素子４に入射す
る参照光の入射点と測定光の入射点とが実質的に重なら
ないように、固定鏡５を構成するコーナーキューブおよ
び移動鏡６を構成するコーナーキューブが配置されてい
る。

【００１６】こうして、参照光路（参照光が通る光路）
を介して偏光分離素子４から射出された周波数ω₂の光
および周波数ω₃の光と、測定光路（測定光が通る光
路）を介して偏光分離素子４から射出された周波数ω₂
の光および周波数ω₃の光とは、互いに異なる（互いに
空間的に分離された）光路に沿って周波数分離素子５０
０に入射する。周波数分離素子５００は、たとえばダイ
クロイックミラーで構成され、周波数ω₁近傍の光のみ
を透過し、他の周波数の光を反射する特性を有する。し
たがって、周波数ω₂の光および周波数ω₃の光は、周
波数分離素子５００の作用により、測長用光源１からの
光（周波数ω₁近傍の光）から分離される。

【００１７】周波数分離素子５００で反射された周波数
ω₂の光および周波数ω₃の光、すなわち参照光路を介
した周波数ω₂の光および周波数ω₃の光と、測定光路
を介した周波数ω₂の光および周波数ω₃の光とは、互
いに異なる光路に沿って偏光回転装置５０７および５１
５並びに屈折光学素子５０８および５１６を介し、周波
数変換素子５０９および５１７にそれぞれ入射する。周
波数変換素子５０９および５１７では、周波数の低い周
波数ω₂の光が周波数の高い周波数ω₃の光に高調波変
換され、周波数の高い周波数ω₃の光はそのまま透過す
る。こうして、周波数変換素子５０９および５１７によ
って周波数変換された周波数ω₃の光は、光源部５０か
ら射出され所定の光路を介した周波数ω₃の光と干渉す
る。周波数変換素子５０９および５１７を介して生成さ
れた干渉光は、屈折光学素子５１０および５１８により
平行光に変換された後、受光素子５５１および５５２で
それぞれ光電変換される。

【００１８】なお、特段の配慮をしない限り、周波数変
換素子５０９および５１７によって周波数変換された周
波数ω₃の光の偏光方位は、周波数変換素子５０９およ
び５１７に入射する周波数ω₃の光の偏光方位とは異な
る。そこで、上述したように、たとえば複数の波長板か
らなる偏光回転装置５０７および５１５を光路中に挿入
し、周波数ω₃の光の偏光方位と周波数ω₂の光の偏光
方位とを独立に変化させている。この偏光回転装置５０
７および５１５の作用により、周波数変換素子５０９お
よび５１７によって周波数変換された周波数ω₃の光の
偏光方位と、周波数変換素子５０９および５１７に入射
する周波数ω₃の光の偏光方位とを一致させて干渉光を
生成することができる。

【００１９】また、屈折光学素子５０８および５１６
は、周波数変換の変換効率を大きくするために光路中に
挿入された光学素子であって、参照光および測定光を周
波数変換素子５０９および５１７上に集光する機能を有
する。これは、周波数変換素子５０９および５１７の変
換効率が、周波数変換される光( すなわち周波数ω₂の
光）の単位面積当たりの光強度の二乗に比例するからで
ある。

【００２０】受光素子５５１では、参照光路を介した周
波数ω₂の光と周波数ω₃の光とによる干渉信号１０２
が生成される。また、受光素子５５２では、測定光路を
介した周波数ω₂の光と周波数ω₃の光とによる干渉信
号１０３が生成される。受光素子５５１からの干渉信号
１０２および受光素子５５２からの干渉信号１０３は、
ともに位相計１０４に供給される。位相計１０４では、
参照光路を介した周波数ω₂の光と周波数ω₃の光とに
よる干渉信号１０２と、測定光路を介した周波数ω₂の
光と周波数ω₃の光とによる干渉信号１０３との位相差
に基づいて、周波数ω₃の光に対する光路長変化Ｄ（ω
₃）と周波数ω₂の光に対する光路長変化Ｄ（ω₂）と
の差である｛Ｄ（ω₃）−Ｄ（ω₂）｝を求める。位相
計１０４で求められた｛Ｄ（ω₃）−Ｄ（ω₂）｝に関
する信号１０６は、演算器１０８に供給される。

【００２１】図１０の光波干渉測定装置はまた、移動鏡
６の光軸方向（図中矢印方向）の変位量を測長するため
の光を供給する光源１を備えている。光源１は、周波数
ω₁の光と周波数ω₁'（ω₁'＝ω₁＋Δω₁）の光とを
含む光を射出する。この２つの光は、周波数が互いにわ
ずかに異なり、偏光方位が互いに直交している。この２
つの異なる周波数の光は、光分離素子２を介して偏光分
離素子４に入射し、周波数ω₁'の光と周波数ω₁の光と
に分離される。周波数ω₁'の光は参照光となり、固定鏡
５で反射された後、再び偏光分離素子４に戻る。また、
周波数ω₁の光は測定光となり、移動鏡６で反射された
後、再び偏光分離素子４に戻る。このように、周波数ω
₁'の参照光は周波数ω₂の光および周波数ω₃の光から
なる参照光と同じ光路に沿って、周波数ω₁の測定光は
周波数ω₂の光および周波数ω₃の光からなる測定光と
同じ光路に沿って、偏光分離素子４にそれぞれ戻る。前
述したように、偏光分離素子４に再び入射する参照光の
入射点と測定光の入射点とは実質的に一致しないように
構成されている。

【００２２】こうして、参照光路を介して偏光分離素子
４から射出された周波数ω₁'の光と、測定光路を介して
偏光分離素子４から射出された周波数ω₁の光とは、互
いに異なる光路に沿って周波数分離素子５００に入射す
る。前述したように、周波数分離素子５００は、周波数
ω₁近傍の光のみを透過し、他の周波数の光を反射する
特性を有する。したがって、周波数ω₁'の参照光および
周波数ω₁の測定光は、周波数分離素子５００を透過す
る。周波数分離素子５００を透過した周波数ω₁'の参照
光は反射鏡５０１で反射された後に、周波数分離素子５
００を透過した周波数ω₁の測定光は直接に、偏光ビー
ムスプリッタのような偏光結合素子５０２にそれぞれ入
射する。

【００２３】偏光結合素子５０２を介して同軸に結合さ
れた周波数ω₁'の参照光と周波数ω₁の測定光とは、偏
光板２１を介して干渉する。なお、偏光板２１は、たと
えば周波数ω₁'の参照光の偏光方位および周波数ω₁の
測定光の偏光方位に対してそれぞれ４５°だけ傾いて配
置された偏光素子から構成されている。偏光板２１を介
して生成された干渉光は、受光素子２２で光電変換され
る。こうして、受光素子２２は、干渉光に基づく測定ビ
ート信号（周波数Δω₁）１０１を位相計１０５に供給
する。一方、光源１から射出された２つの異なる周波数
の光（周波数ω₁の光および周波数ω₁'の光）の一部
は、光分離素子２で反射され、偏光板２３を介して干渉
する。偏光板２３を介して生成された干渉光は受光素子
２４で光電変換され、参照ビート信号（周波数Δω₁）
１００として位相計１０５に入力される。

【００２４】位相計１０５では、参照ビート信号１００
に対する測定ビート信号１０１の位相変化を測定するこ
とによって、屈折率変動の影響を考慮していない移動鏡
６の変位量Ｄ（ω₁）を求め、この変位量Ｄ（ω₁）に
関する信号１０７を演算器１０８に供給する。演算器１
０８では、光源１を用いた測長用干渉計で測定した移動
鏡６の変位量Ｄ（ω₁）を補正し、移動鏡の真の変位量
（幾何学的な距離）Ｄが求められる。

【００２５】以下、移動鏡６の変位量Ｄ（ω₁）から真
の変位量（幾何学的な距離）Ｄへの補正について説明す
る。周波数ω₁、ω₂および周波数ω₃の光に対する光
路長変化Ｄ（ω₁）、Ｄ（ω₂）およびＤ（ω₃）は、
それぞれ次の式（３）乃至（５）により表される。

【数２】Ｄ（ω₁）＝｛１＋Ｎ・Ｆ（ω₁）｝×Ｄ（３）

【数３】Ｄ（ω₂）＝｛１＋Ｎ・Ｆ（ω₂）｝×Ｄ（４）

【数４】Ｄ（ω₃）＝｛１＋Ｎ・Ｆ（ω₃）｝×Ｄ（５）

【００２６】ここで、Ｄは幾何学的な距離であり、Ｎは
空気の密度である。また、Ｆ（ω）は、空気の構成比が
不変であれば空気の密度に依存することなく光の周波数
ωのみに依存する関数である。上述の式（３）〜（５）
より、幾何学的距離Ｄは次の式（６）によって与えられ
る。

【数５】Ｄ＝Ｄ（ω₁）−Ａ｛Ｄ（ω₃）−Ｄ（ω₂）｝（６）但し、Ａ＝Ｆ（ω₁）／｛Ｆ（ω₃）−Ｆ（ω₂）｝で
ある。

【００２７】式（６）の右辺第２項のＤ（ω₃）−Ｄ
（ω₂）は、上述したように、位相計１０４によって求
めることができる。また、右辺第１項のＤ（ω₁）は、
位相計１０５によって求めることができる。したがっ
て、演算器１０８では、位相計１０４の出力信号１０６
と位相計１０５の出力信号１０７とに基づいて、式
（６）の演算式により、移動鏡の真の変位量Ｄを求める
ことができる。図１０の光波干渉測定装置では、光源５
０からの周波数ω₂の光および周波数ω₃の光が、光源
１から射出された測長用の光と同軸に所定の光路を通過
する。このため、空気の屈折率変動が測定光路および参
照光路に沿って一様でない場合も、空気の屈折率変動に
起因する測長誤差を補正し、移動鏡の光軸方向の変位量
を高精度に測定することができる。

【００２８】しかしながら、図１０の光波干渉測定装置
において、空気の屈折率変動が測定されるべき測長干渉
計の光路のうち実際に屈折率変動が測定されている光路
は、偏光分離素子４から周波数分離素子５００までの参
照光の光路および測定光の光路だけである。したがっ
て、参照光である周波数ω₁'の光が通る周波数分離素子
５００から偏光結合素子５０２までの光路および測定光
である周波数ω₁の光が通る周波数分離素子５００から
偏光結合素子５０２までの光路において、屈折率変動の
測定が必要であるにもかかわらず屈折率変動が測定され
ていない。また、参照光である周波数ω₂の光および周
波数ω₃の光が通る周波数分離素子５００から周波数変
換素子５０９までの光路および測定光である周波数ω₂
の光および周波数ω₃の光が通る周波数分離素子５００
から周波数変換素子５１７までの光路において、測長干
渉計の光路ではなく屈折率変動の測定が不要であるにも
かかわらず屈折率変動が測定されている。

【００２９】このように、図１０の光波干渉測定装置で
は、屈折率変動の測定が不要な非測長光路において屈折
率変動の測定がなされ、屈折率変動の測定が必要な測長
光路において屈折率変動の測定がなされていない。その
結果、屈折率変動の不要な測定および必要な測定の欠如
に起因して、装置の測定精度が低下することが考えられ
る。本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであ
り、屈折率変動の不要な測定および必要な測定の欠如に
起因する測定精度の低下を抑えて、光路の屈折率変動に
起因する測長誤差を高精度に補正することのできる光波
干渉測定装置を提供することを目的とする。

【００３０】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明において、所定の周波数を有する第１の光を
出力するための光源と、互いに異なる周波数を有する第
２の光および第３の光を同一光路に沿って出力するため
の光源部と、前記光源からの前記第１の光と前記光源部
からの前記第２の光および前記第３の光とを同一光路に
沿って結合するための周波数結合手段と、前記周波数結
合手段を介した前記第１の光、前記第２の光および前記
第３の光を、固定鏡までの参照光路に沿って導かれる参
照光と、移動鏡までの測定光路に沿って導かれる測定光
とにそれぞれ偏光分離するための偏光分離手段と、前記
測定光路を介した前記第２の光および前記第３の光のう
ち一方の光の周波数を他方の光の周波数とほぼ一致させ
て第１干渉光を生成するための第１干渉光生成系と、前
記参照光路を介した前記第２の光および前記第３の光の
うち一方の光の周波数を他方の光の周波数とほぼ一致さ
せて第２干渉光を生成するための第２干渉光生成系と、
前記測定光路および前記第１干渉光生成系を介した前記
第１の光、前記第２の光および前記第３の光を、前記第
１の光と前記第２の光および前記第３の光とに周波数分
離するための第１周波数分離手段と、前記参照光路およ
び前記第２干渉光生成系を介した前記第１の光、前記第
２の光および前記第３の光を、前記第１の光と前記第２
の光および前記第３の光とに周波数分離するための第２
周波数分離手段と、前記測定光路を介して前記第１周波
数分離手段によって分離された前記第１の光と前記参照
光路を介して前記第２周波数分離手段によって分離され
た前記第１の光とに基づいて第３干渉光を生成するため
の第３干渉光生成系とを備え、前記第３干渉光に基づい
て測定された前記移動鏡の変位量を、前記第１干渉光お
よび前記第２干渉光に基づいて測定された前記測定光路
中および前記参照光路中の屈折率変動情報に基づいて補
正することを特徴とする光波干渉測定装置を提供する。

【００３１】本発明の好ましい態様によれば、前記固定
鏡および前記移動鏡は、前記測定光路を介して前記偏光
分離手段から射出される測定光と前記参照光路を介して
前記偏光分離手段から射出される参照光とを互いに空間
的に分離するように配置されている。この場合、前記固
定鏡および前記移動鏡は、それぞれコーナーキューブプ
リズムからなり、前記固定鏡で反射された前記参照光が
前記偏光分離手段に入射する位置と、前記移動鏡で反射
された前記測定光が前記偏光分離手段に入射する位置と
が実質的に異なるように前記２つのコーナーキューブプ
リズムが配置されていることが好ましい。

【００３２】また、本発明の好ましい態様によれば、前
記第１干渉光生成系は、前記測定光路を介した前記第２
の光および前記第３の光のうち少なくとも一方の光の偏
光方位を調整するための第１偏光回転手段と、該第１偏
光回転手段を介した前記第２の光および前記第３の光の
うち一方の光の周波数を他方の光の周波数とほぼ一致さ
せるための第１周波数変換手段と、前記第１偏光回転手
段を介した前記第２の光および前記第３の光を前記第１
周波数変換手段上に集光させるための第１集光手段とを
有し、前記第２干渉光生成系は、前記参照光路を介した
前記第２の光および前記第３の光のうち少なくとも一方
の光の偏光方位を調整するための第２偏光回転手段と、
該第２偏光回転手段を介した前記第２の光および前記第
３の光のうち一方の光の周波数を他方の光の周波数とほ
ぼ一致させるための第２周波数変換手段と、前記第２偏
光回転手段を介した前記第２の光および前記第３の光を
前記第２周波数変換手段上に集光させるための第２集光
手段とを有する。

【００３３】

【発明の実施の形態】本発明では、測定光路および参照
光路を介した測長のための第１の光が、屈折率変動の測
定のための第１干渉光生成系および第２干渉光生成系を
介した後に第２の光および第３の光から分離され、第３
干渉光生成系を介して干渉する。この構成により、本発
明では、屈折率変動の測定が必要であるにもかかわらず
屈折率変動の測定がなされない測長光路は比較的短く、
屈折率変動の測定が不要であるにもかかわらず屈折率変
動の測定がなされる非測長光路は全く存在しないことに
なる。その結果、屈折率変動の不要な測定に起因する測
定精度の低下を回避するとともに、屈折率変動の必要な
測定の欠如に起因する測定精度の低下を小さく抑えるこ
とができる。

【００３４】以下、本発明の実施例を、添付図面に基づ
いて説明する。図１は、本発明の第１実施例にかかる光
波干渉測定装置の構成を概略的に示す図である。また、
図２は、図１の光源部５０の内部構成を示す図である。
なお、第１実施例の光波干渉測定装置では、いわゆるホ
モダイン干渉方式を用いて屈折率変動の測定を行ってい
る。図１の光波干渉測定装置は、屈折率変動を測定する
ための光を供給する光源部５０を備えている。光源部５
０は、周波数ω₂の光と周波数ω₃の光とを同軸に射出
する。光源部５０から射出される周波数ω₂の光の偏光
方位と周波数ω₃の光の偏光方位とは互いに一致し、後
述する測長用光源１から射出される光の偏光方位に対し
て４５°の角度をなしている。

【００３５】図２を参照すると、光源部５０は、周波数
ω₂の光を射出する光源２００と、周波数変換素子２０
１と、偏光回転装置２０９とから構成されている。光源
２００から射出された周波数ω₂の光は、周波数変換素
子２０１に入射する。周波数変換素子２０１では、光源
２００からの周波数ω₂の光の一部は周波数変換されて
周波数ω₃の光となり、残りは周波数ω₂のまま透過す
る。周波数変換素子２０１から射出された周波数ω₂の
光の偏光方位および周波数ω₃の光の偏光方位は、偏光
回転装置２０９の作用によりそれぞれ調整される。その
結果、光源部５０から周波数ω₂の光の偏光方位と周波
数ω₃の光の偏光方位とが一致し、光源１から射出され
る光の偏光方位に対して４５°の角度をなす。

【００３６】光源部５０から射出された周波数ω₂の光
および周波数ω₃の光は、たとえばダイクロイックミラ
ーからなる周波数結合素子３によって反射され、測長用
光源１からの光（周波数ω₁近傍の光）と同軸に結合さ
れる。なお、周波数結合素子３は、周波数ω₁近傍の光
のみを透過し、他の周波数の光を反射する特性を有す
る。周波数結合素子３で反射された周波数ω₂の光およ
び周波数ω₃の光は、偏光ビームスプリッタのような偏
光分離素子４に入射する。偏光分離素子４は、周波数ω
₂の光および周波数ω₃の光の偏光方位に対して４５°
だけ傾いて配置されている。したがって、偏光分離素子
４に入射した光は、２つの光、すなわち偏光分離素子４
で反射されて固定鏡５に導かれる参照光と、偏光分離素
子４を透過して移動鏡６に導かれる測定光とに分割され
る。このように、参照光と測定光とは偏光方位が互いに
直交しており、いずれも周波数ω₂の光および周波数ω
₃の光の双方を含んでいる。

【００３７】偏光分離素子４で反射された参照光は、た
とえばコーナキューブからなる固定鏡５で反射された
後、再び偏光分離素子４に戻る。一方、偏光分離素子４
を透過した測定光も、たとえばコーナキューブからなる
移動鏡６で反射された後、再び偏光分離素子４に戻る。
このとき、偏光分離素子４に再び入射する参照光の入射
点と測定光の入射点とが実質的に重ならないように、参
照光用のコーナーキューブ５および測定光用のコーナー
キューブ６がそれぞれ配置されている。

【００３８】こうして、参照光路（参照光が通る光路）
を介した周波数ω₂の光および周波数ω₃の光と、測定
光路（測定光が通る光路）を介した周波数ω₂の光およ
び周波数ω₃の光とは、互いに異なる（互いに空間的に
分離された）光路に沿って偏光分離素子４から射出され
る。偏光分離素子４から射出された周波数ω₂の光およ
び周波数ω₃の光からなる参照光は、偏光回転装置７に
入射する。また、偏光分離素子４から射出された周波数
ω₂の光および周波数ω₃の光からなる測定光は、反射
鏡１３および１４を介して偏光回転装置１５に入射す
る。偏光回転装置７および１５を介した参照光および測
定光は、屈折光学素子８および１６によって集光された
後、周波数変換素子９および１７にそれぞれ入射する。

【００３９】周波数変換素子９および１７では、周波数
の低い周波数ω₂の光は周波数の高い周波数ω₃の光に
高調波変換され、周波数の高い周波数ω₃の光はそのま
ま透過する。周波数変換素子９および１７によって周波
数変換された周波数ω₃の光は、光源部５０から射出さ
れ所定の光路を介した周波数ω₃の光と干渉する。周波
数変換素子９および１７を介して生成された干渉光は、
屈折光学素子１０および１８により平行光に変換された
後、周波数分離素子１１および１９にそれぞれ入射す
る。周波数分離素子１１および１９は、たとえばダイク
ロイックミラーで構成され、周波数ω₁近傍の光のみを
反射し、他の周波数の光を透過する特性を有する。した
がって、周波数分離素子１１および１９の作用により、
周波数ω₂の光および周波数ω₃の光は、測長用光源１
からの光（周波数ω₁近傍の光）から分離される。

【００４０】周波数分離素子１１を透過した干渉光（参
照光路を介した周波数ω₂の光と周波数ω₃の光との干
渉光）、および周波数分離素子１９を透過した干渉光
（測定光路を介した周波数ω₂の光と周波数ω₃の光と
の干渉光）は、受光素子５１および５２でそれぞれ光電
変換される。こうして、受光素子５１では、参照光路を
介した周波数ω₂の光と周波数ω₃の光とに基づく干渉
信号１０２が生成される。また、受光素子５２では、測
定光路を介した周波数ω₂の光と周波数ω₃の光とに基
づく干渉信号１０３が生成される。受光素子５１からの
干渉信号１０２および受光素子５２からの干渉信号１０
３は、ともに位相計１０４に供給される。

【００４１】位相計１０４では、参照光路を介した参照
光路を介した周波数ω₂の光と周波数ω₃の光とに基づ
く干渉信号１０２と、測定光路を介した周波数ω₂の光
と周波数ω₃の光とに基づく干渉信号１０３との位相差
に基づいて、周波数ω₃の光に対する光路長変化Ｄ（ω
₃）と周波数ω₂の光に対する光路長変化Ｄ（ω₂）と
の差である｛Ｄ（ω₃）−Ｄ（ω₂）｝を求める。位相
計１０４で求められた｛Ｄ（ω₃）−Ｄ（ω₂）｝に関
する信号１０６は、演算器１０８に供給される。

【００４２】図１の光波干渉測定装置はまた、移動鏡６
の光軸方向（図中矢印方向）の変位量を測長するための
光を供給する測長用光源１を備えている。測長用光源１
は、周波数ω₁の光と周波数ω₁'（ω₁'＝ω₁＋Δ
ω₁）の光とを含む光を射出する。測長用光源１から射
出される２つの光は、周波数が互いにわずかに異なり、
偏光方位が互いに直交している。測長用光源１から射出
されたこの２つの異なる周波数の光は、光分離素子２を
介して偏光分離素子４に入射し、周波数ω₁'の光と周波
数ω₁の光とに分離される。周波数ω₁'の光は参照光と
なり、固定鏡５で反射された後、再び偏光分離素子４に
戻る。また、周波数ω₁の光は測定光となり、移動鏡６
で反射された後、再び偏光分離素子４に戻る。前述した
ように、偏光分離素子４に再び入射する参照光の入射点
と測定光の入射点とは実質的に一致しないように構成さ
れている。

【００４３】こうして、参照光路を介して偏光分離素子
４から射出された周波数ω₁'の光と測定光路を介して偏
光分離素子４から射出された周波数ω₁の光とは、互い
に異なる光路に沿って偏光回転装置７および１５並びに
屈折光学素子８および１６を介して、周波数変換素子９
および１７にそれぞれ入射する。周波数変換素子９およ
び１７を介した周波数ω₁'の参照光および周波数ω₁の
測定光は、屈折光学素子１０および１８により平行光に
変換された後、周波数分離素子１１および１９にそれぞ
れ入射する。このように、周波数ω₁'の参照光は周波数
ω₂の光および周波数ω₃の光からなる参照光と同じ光
路に沿って、周波数ω₁の測定光は周波数ω₂の光およ
び周波数ω₃の光からなる測定光と同じ光路に沿って、
周波数分離素子１１および１９までそれぞれ達する。

【００４４】前述したように、周波数分離素子１１およ
び１９は、周波数ω₁近傍の光のみを反射し、他の周波
数の光を透過する特性を有する。したがって、周波数分
離素子１１および１９の作用により、周波数ω₁'の参照
光および周波数ω₁の測定光は、光源部５０からの周波
数ω₂の光および周波数ω₃の光から分離される。すな
わち、周波数分離素子１１で反射された周波数ω₁'の参
照光は直接に、周波数分離素子１９で反射された周波数
ω₁の測定光は反射鏡２０で反射された後に、たとえば
偏光ビームスプリッタのような偏光結合素子１２にそれ
ぞれ入射する。

【００４５】偏光結合素子１２を介して同軸に結合され
た周波数ω₁'の参照光と周波数ω₁の測定光とは、偏光
板２１を介して干渉する。偏光板２１を介して生成され
た干渉光は、受光素子２２で光電変換される。受光素子
２２は、干渉光に基づく測定ビート信号（周波数Δ
ω₁）１０１を位相計１０５に供給する。一方、測長用
光源１から射出された２つの異なる周波数の光の一部
は、光分離素子２で反射され、偏光板２３を介して干渉
する。偏光板２３を介して生成された干渉光は、受光素
子２４で光電変換され、参照ビート信号（周波数Δ
ω₁）１００として位相計１０５に入力される。

【００４６】位相計１０５では、参照ビート信号１００
に対する測定ビート信号１０１の位相変化を測定するこ
とによって、屈折率変動の影響を考慮していない移動鏡
６の変位量Ｄ（ω₁）を求め、この変位量Ｄ（ω₁）に
関する信号１０７を演算器１０８に供給する。演算器１
０８では、光源１を用いた測長用干渉計で測定した移動
鏡６の変位量Ｄ（ω₁）を補正し、移動鏡の真の変位量
（幾何学的な距離）Ｄが求められる。すなわち、演算器
１０８は、位相計１０４の出力信号１０６と位相計１０
５の出力信号１０７と式（６）の演算式とに基づいて、
屈折率変動に起因する測定誤差を補正した移動鏡６の真
の変位量Ｄを出力する。

【００４７】以上のように、第１実施例では、周波数変
換素子９および１７よりも後方に配置された周波数分離
素子１１および１９において、移動鏡の変位を測定する
ための周波数ω₁の光および周波数ω₁'の光と、屈折率
変動の測定のための周波数ω₂の光および周波数ω₃の
光との分離を行っている。その結果、参照光である周波
数ω₁'の光が通る周波数分離素子９から偏光結合素子１
２までの比較的短い光路および測定光である周波数ω₁
の光が通る周波数分離素子１７から偏光結合素子１２ま
での比較的短い光路において、屈折率変動の測定が必要
であるにもかかわらず屈折率変動は測定されないことに
なる。しかしながら、第１実施例では、測長干渉計の光
路ではなく屈折率変動の測定が不要であるにもかかわら
ず屈折率変動が測定される光路は全く存在しないことに
なる。

【００４８】このように、第１実施例では、屈折率変動
の測定が必要であるにもかかわらず屈折率変動の測定が
なされない測長光路は比較的短く、屈折率変動の測定が
不要であるにもかかわらず屈折率変動の測定がなされる
非測長光路は全く存在しない。したがって、屈折率変動
の不要な測定に起因する測定精度の低下を回避すること
ができる。また、屈折率変動の必要な測定の欠如に起因
する測定精度の低下を小さく抑えることができる。その
結果、第１実施例では、光路の屈折率変動に起因する測
長誤差を高精度に補正することができる。

【００４９】但し、第１実施例の光波干渉測定装置で
は、光路上の屈折率変動の大きさを測定することはでき
るが、屈折率変動の方向すなわち符号を判別することが
できない。つまり、式（６）における｛Ｄ（ω₃）−Ｄ
（ω₂）｝の絶対値を求めることはできるが、Ｄ
（ω₃）に対してＤ（ω₂）が小さいのかあるいは大き
いのかを判別することができない。そこで、屈折率変動
の方向を判別するために、図１の受光素子５１および５
２でそれぞれ検出される干渉信号１０２および１０３の
各々に対して、９０°だけ位相のずれた信号を得る必要
がある。

【００５０】９０°だけ位相のずれた信号を得る方法
は、一般によく知られている。たとえば、受光素子５１
に入射する干渉光を２つの干渉光に分割し、分割された
２つの干渉光のうちの一方の干渉光の位相に対して他方
の干渉光の位相を９０°だけずらして検出し、検出され
た２つの干渉光によって得られた２つの信号から屈折率
変動の方向を判別することができる。なお、一方の干渉
光の位相に対して他方の干渉光の位相を９０°ずらすに
は、波長板や偏光素子等を用いることができる。受光素
子５２で検出される干渉光についても同様に、屈折率変
動の方向を判別することができる。

【００５１】図３は、図１の光源部５０の第１変形例を
示す図である。図３に示す光源部５０は、２つの異なる
周波数の光すなわち周波数ω₂の光および周波数ω₃の
光を互いにほぼ平行な光路に沿って射出する光源２１０
を備えている。光源２１０から射出された周波数ω₂の
光は反射鏡２０７を介して、周波数ω₃の光は直接に、
周波数結合素子２０８にそれぞれ入射する。周波数分離
素子２０８は、たとえばダイクロイックミラーから構成
され、周波数ω₂の光を反射し、周波数ω₃の光を透過
する特性を有する。したがって、周波数結合素子２０８
を介して結合された周波数ω₂の光および周波数ω₃の
光は、偏光回転装置２０９を介して光源部５０から同軸
に射出される。なお、上述の説明において周波数ω₂の
光の光路と周波数ω₃の光の光路とを逆に構成してもよ
い。また、図３の構成に限定されることなく、光源部５
０について様々な変形例が可能である。

【００５２】図４は、図１の光源部５０の第２変形例を
示す図である。図１の光波干渉測定装置の構成に対して
第２変形例の光源部５０を採用することにより、いわゆ
るヘテロダイン干渉方式を用いて屈折率変動の測定を行
うことができる。図４の光源部５０では、ヘテロダイン
方式を用いて周波数ω₂の光と周波数ω₃の光との干渉
光を検出するために、周波数変換素子２０１と偏光回転
装置２０９との間の光路中に、周波数分離素子２０５、
周波数変調素子２０２、周波数結合素子２０８および反
射鏡２０６、２０７を付設している。

【００５３】したがって、周波数変換素子２０１から射
出された周波数ω₂の光および周波数ω₃の光は、周波
数分離素子２０５に入射する。周波数分離素子２０５
は、たとえばダイクロイックミラーから構成され、周波
数ω₂の光を反射し、周波数ω₃の光を透過する特性を
有する。周波数分離素子２０５で反射された周波数ω₂
の光は、反射鏡２０６および２０７で反射された後、周
波数結合素子２０８に入射する。一方、周波数分離素子
２０５を透過した周波数ω₃の光は、例えば音響光学素
子からなる周波数変調素子２０２を介して周波数変調さ
れ、周波数ω₃からわずかに周波数のずれた周波数ω₃'
の光（ω₃'＝ω₃＋Δω₃）となり、周波数結合素子２
０８に入射する。なお、周波数結合素子２０８は、周波
数分離素子２０５と同じ機能を有する。こうして、周波
数結合素子２０８を介して結合された周波数ω₂の光お
よび周波数ω₃'の光は、偏光回転装置２０９を介して光
源部５０から同軸に射出される。

【００５４】光源部５０から同軸に射出された周波数ω
₂の光および周波数ω₃'の光は、図１の第１実施例にお
ける周波数ω₂の光および周波数ω₃の光と同様の光路
を介して、周波数変換素子９および１７に入射する。具
体的には、参照光路を介した周波数ω₂の光および周波
数ω₃'の光は周波数変換素子９に、測定光路を介した周
波数ω₂の光および周波数ω₃'の光は周波数変換素子１
７に入射する。周波数変換素子９では、参照光路を介し
た周波数ω₂の光および周波数ω₃'の光のうち周波数ω
₂の光は周波数ω₃の光に周波数変換され、周波数ω₃'
の光は周波数変換素子９をそのまま透過する。

【００５５】このように、図１の光波干渉測定装置の構
成に対して図４の第２変形例にしたがう光源部５０を用
いると、周波数が互いにΔω₃だけ異なる２つの光すな
わち周波数ω₃の光と周波数ω₃'の光とが周波数変換素
子９を介してヘテロダイン干渉する。また、測定光路を
介した周波数ω₂の光および周波数ω₃'の光についても
同様に、周波数変換素子１７を介してヘテロダイン干渉
する。したがって、受光素子５１からの干渉信号１０２
および受光素子５２からの干渉信号１０３はともに干渉
ビート信号となる。位相計１０４では、干渉ビート信号
１０２と干渉ビート信号１０３とに基づいて、｛Ｄ（ω
₃'）−Ｄ（ω₂）｝を求める。位相計１０４で求められ
た｛Ｄ（ω₃'）−Ｄ（ω₂）｝に関する信号１０６は、
演算器１０８に供給される。したがって、演算器１０８
では、位相計１０４の出力信号１０６と位相計１０５の
出力信号１０７とに基づいて、式（６）の演算式によ
り、移動鏡の真の変位量Ｄを求めることができる。

【００５６】また、第２変形例では、周波数ω₂の光と
周波数ω₃の光とを用いた屈折率変動測定をヘテロダイ
ン干渉方式で行っている。このため、光源部５０の出力
変動に起因する誤差を受けにくく、位相差｛Ｄ（ω₃'）
−Ｄ（ω₂）｝を正確に検出することができる。その結
果、第２変形例にしたがう光源部５０を用いた光波干渉
測定装置では、移動鏡の真の変位量Ｄの検出精度を向上
させることができる。

【００５７】図５は、図１の光源部５０の第３変形例を
示す図である。第３変形例は、図４の第２変形例と類似
の構成を有する。したがって、図１の光波干渉測定装置
の構成に対して第３変形例の光源部５０を採用すること
により、ヘテロダイン干渉方式を用いて屈折率変動の測
定を行うことができる。しかしながら、第２変形例では
周波数ω₃の光だけを周波数変調するための周波数変調
素子２０２を備えているのに対し、第３変形例では周波
数ω₂の光および周波数ω₃の光をそれぞれ周波数変調
するための周波数変調素子２０４および２０３を備えて
いる。

【００５８】図５の第３変形例において、周波数分離素
子２０５で反射された周波数ω₂の光は、反射鏡２０６
で反射された後、周波数変調素子２０４を介して周波数
ω₂'の光（ω₂'＝ω₂＋Δω₂）となり、反射鏡２０７
を介して周波数結合素子２０８に入射する。一方、周波
数分離素子２０５を透過した周波数ω₃の光は、周波数
変調素子２０３を介して周波数ω₃'の光となり、周波数
結合素子２０８に入射する。こうして、周波数結合素子
２０８を介して結合された周波数ω₂'の光および周波数
ω₃'の光は、偏光回転装置２０９を介して光源部５０か
ら同軸に射出される。このように、第３変形例では、周
波数ω₂の光および周波数ω₃の光の双方を周波数変調
しているので、光源への戻り光に起因する測定誤差を低
減することができる。

【００５９】図６は、本発明の第２実施例にかかる光波
干渉測定装置の構成を概略的に示す図である。第２実施
例は図１の第１実施例と類似の構成を有するが、測定光
路がいわゆるダブルパスに構成されている点だけが第１
実施例と基本的に相違する。したがって、図６におい
て、第１実施例の構成要素と同様の機能を有する要素に
は図１と同じ参照符号を付している。以下、第１実施例
との相違点に着目して、第２実施例を説明する。

【００６０】図６の第２実施例では、移動鏡として平面
鏡３０５が用いられている。また、測定光路のダブルパ
ス構成のために、例えばコーナーキューブからなる反射
鏡３０６および１／４波長板３０４が付設されている。
したがって、偏光分離素子４を透過した測定光は、１／
４波長板３０４を介して移動鏡３０５で反射された後、
１／４波長板３０４を介して偏光分離素子４に戻る。１
／４波長板３０４を２回通過することにより、偏光分離
素子４に戻った測定光の偏光方位は９０°回転してい
る。したがって、偏光分離素子４に戻った測定光は、偏
光分離素子４で反射され、コーナーキューブ３０６に入
射する。コーナーキューブ３０６で反射された測定光
は、偏光分離素子４で再び反射され、１／４波長板３０
４を介して移動鏡３０５で再び反射される。移動鏡３０
５で再び反射された測定光は、１／４波長板３０４を介
して偏光分離素子４に戻る。

【００６１】このように、第２実施例では、測定光が移
動鏡３０５までの光路を２回往復するダブルパス構成を
採用しているので、より高分解能で測定が可能となる。
なお、その他の構成および動作については、第１実施例
と同様であるため重複する説明を省略する。また、第２
実施例においてヘテロダイン干渉方式により屈折率変動
の測定を行う場合には、図６の光源部５０を第２変形例
または第３変形例にしたがって構成すればよい。

【００６２】図７は、本発明の第３実施例にかかる光波
干渉測定装置の構成を概略的に示す図である。第３実施
例は図６の第２実施例と類似の構成を有するが、測定光
路だけでなく参照光路もダブルパスに構成されている点
だけが第２実施例と基本的に相違する。したがって、図
７において、第２実施例の構成要素と同様の機能を有す
る要素には図６と同じ参照符号を付している。以下、第
２実施例との相違点に着目して、第３実施例を説明す
る。

【００６３】図７の第３実施例では、固定鏡として平面
鏡３０２が用いられている。また、参照光路のダブルパ
ス構成のために、たとえば偏光ビームスプリッタからな
る偏光分離素子３００、たとえばコーナーキューブから
なる反射鏡３０３、および１／４波長板３０１が付設さ
れている。したがって、偏光分離素子４で反射された参
照光は、偏光分離素子３００および１／４波長板３０１
を介して、固定鏡３０２に入射する。固定鏡３０２で反
射された参照光は、１／４波長板３０１を介して偏光分
離素子３００に戻る。１／４波長板３０１を２回通過す
ることにより、偏光分離素子３００に戻った参照光の偏
光方位は９０°回転している。したがって、偏光分離素
子３００に戻った参照光は、偏光分離素子３００を透過
し、コーナーキューブ３０３に入射する。

【００６４】コーナーキューブ３０３で反射された参照
光は、偏光分離素子３００を再び透過し、１／４波長板
３０１を介して固定鏡３０２で再び反射される。固定鏡
３０２で再び反射された参照光は、１／４波長板３０１
を介して偏光分離素子３００に戻る。１／４波長板３０
１をさらに２回通過することにより、偏光分離素子３０
０に戻った参照光の偏光方位はさらに９０°回転して元
に戻っている。したがって、偏光分離素子３００に戻っ
た参照光は、偏光分離素子３００で反射され、偏光分離
素子４に戻る。

【００６５】このように、第３実施例では、測定光およ
び参照光が移動鏡３０５および固定鏡３０２までの光路
をそれぞれ２回往復するダブルパス構成を採用し、移動
鏡３０５を構成する平面鏡の反射面と固定鏡３０２を構
成する平面鏡の反射面とが互いに平行に構成されてい
る。したがって、第３実施例の光波干渉測定装置を用い
ることにより、例えば半導体素子や液晶表示素子の製造
のための露光装置において固定鏡と移動鏡との相対的な
変位を測定するような場合でも、高分解能な測定が可能
となる。なお、その他の構成および動作については、第
２実施例と同様であるため重複する説明を省略する。ま
た、第３実施例においてヘテロダイン干渉方式により屈
折率変動の測定を行う場合には、図７の光源部５０を第
２変形例または第３変形例にしたがって構成すればよ
い。

【００６６】図８は、本発明の第４実施例にかかる光波
干渉測定装置の構成を概略的に示す図である。第４実施
例は図１の第１実施例と類似の構成を有するが、周波数
分離素子１１および１９と屈折光学系１０および１８と
の配置を逆にした点が第１実施例と基本的に相違する。
したがって、図８において、第１実施例の構成要素と同
様の機能を有する要素には図１と同じ参照符号を付して
いる。以下、第１実施例との相違点に着目して、第４実
施例を説明する。

【００６７】図８の第４実施例では、周波数変換素子９
および１７と屈折光学系１０および１８との間に周波数
分離素子１１および１９をそれぞれ配置している。この
ため、周波数分離素子１１と偏光結合素子１２との間に
屈折光学系６１０を、周波数分離素子１９と偏光結合素
子１２との間に屈折光学系６１８をそれぞれ付設してい
る。以上の構成により、第４実施例においても第１実施
例と同様に、屈折率変動の測定が必要であるにもかかわ
らず屈折率変動の測定がなされない測長光路を比較的短
くすることができる。その結果、光路の屈折率変動に起
因する測長誤差を高精度に補正することができる。

【００６８】図９は、本発明の第５実施例にかかる光波
干渉測定装置の構成を概略的に示す図である。第５実施
例は図１の第１実施例と類似の構成を有するが、図９中
破線で示す囲い部材９０を付設した点だけが第１実施例
と基本的に相違する。したがって、図９において、第１
実施例の構成要素と同様の機能を有する要素には図１と
同じ参照符号を付している。以下、第１実施例との相違
点に着目して、第５実施例を説明する。

【００６９】図９の第５実施例では、囲い部材９０によ
り、屈折率変動の測定が必要であるにもかかわらず屈折
率変動の測定がなされない測長光路を包囲している。具
体的には、参照光である周波数ω₁'の光が通る周波数分
離素子９から偏光結合素子１２までの光路および測定光
である周波数ω₁の光が通る周波数分離素子１７から偏
光結合素子１２までの光路が、囲い部材９０により包囲
されている。

【００７０】したがって、第５実施例では、屈折率変動
の測定が必要であるにもかかわらず屈折率変動の測定が
なされない測長光路の屈折率変動を囲い部材９０の作用
により小さく抑えることができる。また、囲い部材９０
の中を他の気体で置換したりほぼ真空状態にすることに
より、屈折率変動の測定が必要であるにもかかわらず屈
折率変動の測定がなされない測長光路が存在しないよう
に構成することも可能である。その結果、第５実施例に
おいても、光路の屈折率変動に起因する測長誤差を高精
度に補正することができる。

【００７１】なお、上述の各実施例では、測定光路を介
して偏光分離素子から射出される光と参照光路を介して
偏光分離素子から射出される光とが空間的に分離される
ように、移動鏡および固定鏡を適宜配置している。しか
しながら、たとえば偏光分離素子と移動鏡との間に偏向
手段を配置し、測定光路を介した光が偏光分離素子を介
することなく参照光路を介した光から空間的に分離され
るように構成することもできる。

【００７２】

【効果】以上説明したように、本発明によれば、屈折率
変動の不要な測定および必要な測定の欠如に起因する測
定精度の低下を抑えて、光路の屈折率変動に起因する測
長誤差を高精度に補正することのできる光波干渉測定装
置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例にかかる光波干渉測定装置
の構成を概略的に示す図である。

【図２】図１の光源部５０の内部構成を示す図である。

【図３】図１の光源部５０の第１変形例を示す図であ
る。

【図４】図１の光源部５０の第２変形例を示す図であ
る。

【図５】図１の光源部５０の第３変形例を示す図であ
る。

【図６】本発明の第２実施例にかかる光波干渉測定装置
の構成を概略的に示す図である。

【図７】本発明の第３実施例にかかる光波干渉測定装置
の構成を概略的に示す図である。

【図８】本発明の第４実施例にかかる光波干渉測定装置
の構成を概略的に示す図である。

【図９】本発明の第５実施例にかかる光波干渉測定装置
の構成を概略的に示す図である。

【図１０】特願平７−６０９６９号および特願平７−６
４５３７号の明細書および図面に開示の光波干渉測定装
置の構成を概略的に示す図である。

【図１１】従来の光波干渉測定装置の構成を概略的に示
す図である。

【符号の説明】

１、２００、２１０光源５０光源部２光分離素子３、２０８周波数結合素子４、３００、４００偏光分離素子５、３０２固定鏡６、３０５移動鏡７、１５、２０９偏光回転装置８、１０、１６、１８、６１０、６１８屈折光学素子９、１７、２０１周波数変換素子１１、１９、２０５周波数分離素子１２、５０２偏光結合素子１３、１４、２０、２０６、２０７、３０３、３０６
反射鏡２１、２３偏光板２２、２４、５１、５２受光素子１０４、１０５位相計１０８演算器２０２〜２０４周波数変調素子３０１、３０４１／４波長板５３２エアセンサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の周波数を有する第１の光を出力す
るための光源と、互いに異なる周波数を有する第２の光および第３の光を
同一光路に沿って出力するための光源部と、前記光源からの前記第１の光と前記光源部からの前記第
２の光および前記第３の光とを同一光路に沿って結合す
るための周波数結合手段と、前記周波数結合手段を介した前記第１の光、前記第２の
光および前記第３の光を、固定鏡までの参照光路に沿っ
て導かれる参照光と、移動鏡までの測定光路に沿って導
かれる測定光とにそれぞれ偏光分離するための偏光分離
手段と、前記測定光路を介した前記第２の光および前記第３の光
のうち一方の光の周波数を他方の光の周波数とほぼ一致
させて第１干渉光を生成するための第１干渉光生成系
と、前記参照光路を介した前記第２の光および前記第３の光
のうち一方の光の周波数を他方の光の周波数とほぼ一致
させて第２干渉光を生成するための第２干渉光生成系
と、前記測定光路および前記第１干渉光生成系を介した前記
第１の光、前記第２の光および前記第３の光を、前記第
１の光と前記第２の光および前記第３の光とに周波数分
離するための第１周波数分離手段と、前記参照光路および前記第２干渉光生成系を介した前記
第１の光、前記第２の光および前記第３の光を、前記第
１の光と前記第２の光および前記第３の光とに周波数分
離するための第２周波数分離手段と、前記測定光路を介して前記第１周波数分離手段によって
分離された前記第１の光と前記参照光路を介して前記第
２周波数分離手段によって分離された前記第１の光とに
基づいて第３干渉光を生成するための第３干渉光生成系
とを備え、前記第３干渉光に基づいて測定された前記移動鏡の変位
量を、前記第１干渉光および前記第２干渉光に基づいて
測定された前記測定光路中および前記参照光路中の屈折
率変動情報に基づいて補正することを特徴とする光波干
渉測定装置。
【請求項２】前記固定鏡および前記移動鏡は、前記測
定光路を介して前記偏光分離手段から射出される測定光
と前記参照光路を介して前記偏光分離手段から射出され
る参照光とを互いに空間的に分離するように配置されて
いることを特徴とする請求項１に記載の光波干渉測定装
置。
【請求項３】前記固定鏡および前記移動鏡は、それぞ
れコーナーキューブプリズムからなり、前記固定鏡で反射された前記参照光が前記偏光分離手段
に入射する位置と、前記移動鏡で反射された前記測定光
が前記偏光分離手段に入射する位置とが実質的に異なる
ように前記２つのコーナーキューブプリズムが配置され
ていることを特徴とする請求項２に記載の光波干渉測定
装置。
【請求項４】前記第１干渉光生成系は、前記測定光路を介した前記第２の光および前記第３の光
のうち少なくとも一方の光の偏光方位を調整するための
第１偏光回転手段と、該第１偏光回転手段を介した前記
第２の光および前記第３の光のうち一方の光の周波数を
他方の光の周波数とほぼ一致させるための第１周波数変
換手段と、前記第１偏光回転手段を介した前記第２の光
および前記第３の光を前記第１周波数変換手段上に集光
させるための第１集光手段とを有し、前記第２干渉光生成系は、前記参照光路を介した前記第２の光および前記第３の光
のうち少なくとも一方の光の偏光方位を調整するための
第２偏光回転手段と、該第２偏光回転手段を介した前記
第２の光および前記第３の光のうち一方の光の周波数を
他方の光の周波数とほぼ一致させるための第２周波数変
換手段と、前記第２偏光回転手段を介した前記第２の光
および前記第３の光を前記第２周波数変換手段上に集光
させるための第２集光手段とを有することを特徴とする
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光波干渉測定装
置。
【請求項５】前記光源は、周波数が互いにわずかに異
なり且つ偏光方位が互いに直交する周波数ω₁の光と周
波数ω₁'の光とを含んだ光を前記第１の光として出力
し、前記偏光分離手段は、前記周波数ω₁の光を前記測定光
に、前記周波数ω₁'の光を前記参照光にそれぞれ偏光分
離することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項
に記載の光波干渉測定装置。
【請求項６】前記光源部は、前記第２の光と前記第３の光とを互いに異なる光路に沿
ってそれぞれ出力するための第１光源と、前記第１光源からの前記第２の光と前記第３の光とを同
一光路上に結合させるための周波数結合素子とを有する
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載
の光波干渉測定装置。
【請求項７】前記光源部は、前記第２の光を出力するための第２光源と、前記第２光源からの前記第２の光の一部を高調波に変換
し、該高調波を前記第３の光として出力するための第３
周波数変換手段とを有し、前記第１干渉光生成系は、前記測定光路を介した前記第
２の光を高調波に変換するための第４周波数変換手段を
有し、前記第２干渉光生成系は、前記参照光路を介した前記第
２の光を高調波に変換するための第５周波数変換手段を
有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項
に記載の光波干渉測定装置。
【請求項８】前記光源部は、前記第２の光および前記
第３の光のうち少なくともいずれか一方の光の周波数を
わずかに周波数変調させるための周波数変調手段をさら
に有することを特徴とする請求項６または７に記載の光
波干渉測定装置。
【請求項９】前記移動鏡および前記固定鏡のうち、少
なくとも一方は平面鏡であることを特徴とする請求項１
乃至８のいずれか１項に記載の光波干渉測定装置。