JPH1096601A - 光波干渉測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光路中の気体の密度変動および湿度変動に伴
う屈折率変動に起因する測定誤差を補正することのでき
る高精度な光波干渉測定装置。 【解決手段】 物体の変位量を光学的に測定するための
測定光学系と、測定光学系の光路中の気体の密度変動お
よび湿度変動に伴う屈折率変動を測定するための屈折率
変動測定系とを備えている。そして、測定光学系で測定
した物体の変位量を屈折率変動測定系で測定した光路中
の気体の屈折率変動情報に基づいて補正することによっ
て物体の幾何学的変位量を測定する。

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、特に物体の長さ、変位、密度などを高精度に測定
する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９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９の光波干渉測定装置は、
ステージ１３１の光軸方向（図中矢印方向）の変位を測
定するためのヘテロダイン干渉方式の測長用干渉計と、
測長用干渉計の測定光路中の空気（またはその他の気
体：以下、単に「空気」という）の屈折率変動を測定す
るための屈折率変動測定系とから構成されている。

【０００３】図９の測長用干渉計において、測長用光源
３１４は、周波数が互いにわずかに異なり且つ偏光方位
が直交した周波数ｆ00の光と周波数ｆ01の光とを射出す
る。この２つの異なる周波数の光は、ビームスプリッタ
１０１、ダイクロイックミラー１１８およびダイクロイ
ックミラー１２８を介して偏光ビームスプリッタ４０２
に入射し、周波数ｆ00の光と周波数ｆ01の光とに分離さ
れる。すなわち、偏光ビームスプリッタ４０２で反射さ
れた周波数ｆ01の光は参照光となり、固定鏡１５２で反
射された後、再び偏光ビームスプリッタ４０２に戻る。
また、偏光ビームスプリッタ４０２を透過した周波数ｆ
00の光は測定光となり、ステージ１３１に取り付けられ
た移動鏡１４２で反射された後、再び偏光ビームスプリ
ッタ４０２に戻る。

【０００４】偏光ビームスプリッタ４０２に戻った測定
光と参照光とは、ほぼ同一の光路に沿って偏光ビームス
プリッタ４０２から射出され、ダイクロイックミラー１
２７および周波数フィルタ４２０を介して、偏光子付き
のレシーバ２１９に入射する。こうして、偏光子を介し
て生成された干渉光はレシーバ２１９によって検出さ
れ、ステージ１３１の変位測定のための測定ビート信号
として演算器２０３に入力される。

【０００５】一方、測長用光源３１４から射出された周
波数ｆ00の光および周波数ｆ01の光の一部は、ビームス
プリッタ１０１によって反射され、偏光子付きのレシー
バ２１８に入射する。偏光子を介して生成された干渉光
はレシーバ２１８によって検出され、ステージ１３１の
変位測定のための参照ビート信号として演算器２０３に
入力される。演算器２０３では、レシーバ２１８からの
参照ビート信号に対するレシーバ２１９からの測定ビー
ト信号の位相変化に基づいて、屈折率変動の影響を考慮
していないステージ１３１の変位量ΔＤ（ｆ00）を求め
る。

【０００６】一方、屈折率変動測定系は、周波数ｆ1 の
光と、その第２高調波である周波数ｆ2 の光（ｆ2 ＝２
ｆ1 ）とを互いにほぼ平行に射出する光源３１５を備え
ている。なお、周波数ｆ1 の光の偏光方位と周波数ｆ2
の光の偏光方位とは互いにほぼ一致し、測長用光源３１
４からの周波数ｆ00の光の偏光方位とほぼ同じである。
光源３１５から射出された周波数ｆ1 の光および周波数
ｆ2 の光は、周波数シフタ４１４および４１５にそれぞ
れ入射する。周波数シフタ４１４に入射した周波数ｆ1
の光は、周波数ｆ1 からわずかに周波数のずれた周波数
ｆ10の光（ｆ10＝ｆ1 ＋Δｆ1 ）に周波数変調される。
また、周波数シフタ４１５に入射した周波数ｆ2 の光
は、周波数ｆ2 からわずかに周波数のずれた周波数ｆ20
の光（ｆ20＝ｆ2 ＋Δｆ2 ）に周波数変調される。

【０００７】周波数ｆ10の光および周波数ｆ20の光は、
周波数結合素子であるダイクロイックミラー１１７に入
射する。こうして、ダイクロイックミラー１１７を介し
てほぼ同一の光路に沿って結合された周波数ｆ10の光お
よび周波数ｆ20の光は、もう１つのダイクロイックミラ
ー１１８に入射する。ダイクロイックミラー１１８で反
射された周波数ｆ10の光および周波数ｆ20の光は、測長
用光源３１４からの周波数ｆ00の光および周波数ｆ01の
光とほぼ同一の光路に沿って結合され、偏光ビームスプ
リッタ４０２に入射する。

【０００８】周波数ｆ10の光および周波数ｆ20の光は、
偏光ビームスプリッタ４０２を透過し、移動鏡１４２に
入射する。移動鏡１４２で反射された周波数ｆ10の光お
よび周波数ｆ20の光は、偏光ビームスプリッタ４０２を
透過し、周波数分離素子であるダイクロイックミラー１
２７に入射する。ダイクロイックミラー１２７で反射さ
れた周波数ｆ10の光および周波数ｆ20の光は、第２高調
波変換素子（以下、「ＳＨＧ変換素子」という）１８５
に入射する。ＳＨＧ変換素子１８５では、周波数ｆ10の
光の一部がＳＨＧ変換されて周波数ｆ10' （ｆ10' ＝２
ｆ10）の光になる。一方、周波数ｆ20の光は、ＳＨＧ変
換素子１８５をそのまま透過する。ＳＨＧ変換素子１８
５から射出された周波数ｆ10' の光および周波数ｆ20の
光は、周波数フィルタ４２１を介して、偏光子付きのレ
シーバ４３０に入射する。こうして、偏光子を介して生
成された干渉光はレシーバ４３０によって検出され、屈
折率変動測定のための測定ビート信号として演算器２０
３に入力される。

【０００９】一方、光源３１５からの周波数ｆ10の光お
よび周波数ｆ20の光の一部は、ダイクロイックミラー１
２８によって反射され、ＳＨＧ変換素子１８６に入射す
る。ＳＨＧ変換素子１８６では、周波数ｆ10の光の一部
がＳＨＧ変換されて周波数ｆ10' （ｆ10' ＝２ｆ10）の
光になる。一方、周波数ｆ20の光は、ＳＨＧ変換素子１
８６をそのまま透過する。ＳＨＧ変換素子１８６から射
出された周波数ｆ10'の光および周波数ｆ20の光は、周
波数フィルタ４２２を介して、偏光子付きのレシーバ４
３１に入射する。こうして、偏光子を介して生成された
干渉光はレシーバ４３１によって検出され、屈折率変動
測定のための参照ビート信号として演算器２０３に入力
される。

【００１０】演算器２０３では、レシーバ４３１からの
参照ビート信号に対するレシーバ４３０からの測定ビー
ト信号の位相変化に基づいて、測長用干渉計の測定光路
中の空気の屈折率変動を測定する。そして、屈折率変動
測定系で測定した屈折率変動に基づいて、測長用干渉計
で測定したステージ１３１の変位量ΔＤ（ｆ00）を補正
し、ステージ１３１の真の変位量（幾何学的な距離）Δ
Ｄを求める。以下、ステージ１３１の変位量Ｄ（ｆ00）
から真の変位量ΔＤへの補正について説明する。

【００１１】周波数ｆａ、ｆｂおよびｆｃの光に対する
光路長Ｄ（ｆａ）、Ｄ（ｆｂ）およびＤ（ｆｃ）は、そ
れぞれ次の式（１）〜（３）により表される。

【数１】 Ｄ（ｆａ）＝｛１＋Ｎ・Ｆ（ｆａ）｝Ｄ （１） Ｄ（ｆｂ）＝｛１＋Ｎ・Ｆ（ｆｂ）｝Ｄ （２） Ｄ（ｆｃ）＝｛１＋Ｎ・Ｆ（ｆｃ）｝Ｄ （３）

【００１２】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（ｆ）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
ｆのみに依存する関数である。上述の式（１）〜（３）
より、幾何学的距離Ｄは次の式（４）によって与えられ
る。

【数２】 Ｄ＝Ｄ（ｆａ）−Ａ｛Ｄ（ｆｃ）−Ｄ（ｆｂ）｝ （４） 但し、Ａ＝Ｆ（ｆａ）／｛Ｆ（ｆｃ）−Ｆ（ｆｂ）｝で
ある。

【００１３】式（４）より、幾何学的距離Ｄの変化量す
なわち真の変位量ΔＤは、次の式（５）によって与えら
れる。

【数３】 ΔＤ＝ΔＤ（ｆａ）−Ａ｛ΔＤ（ｆｃ）−ΔＤ（ｆｂ）｝ （５） ここで、ΔＤ（ｆａ）、ΔＤ（ｆｂ）およびΔＤ（ｆ
ｃ）は、周波数ｆａ、ｆｂおよびｆｃの光に対する光路
長変化である。

【００１４】上述したように、式（５）の右辺第１項の
ΔＤ（ｆａ）は、測長用干渉計においてレシーバ２１８
からの参照ビート信号とレシーバ２１９からの測定ビー
ト信号との位相変化に基づいて求められる。また、式
（５）の右辺第２項の｛ΔＤ（ｆｃ）−ΔＤ（ｆｂ）｝
は、屈折率変動測定系においてレシーバ４３１からの参
照ビート信号とレシーバ４３０からの測定ビート信号と
の位相変化に基づいて求められる。こうして、演算器２
０３では、式（５）の演算式に基づいて、測長用干渉計
で測定した変位量ΔＤ（ｆａ）を補正し、真の変位量Δ
Ｄを求めることができる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】一般に、光路中の空気
の屈折率変動は、空気の密度変動（すなわち温度変動）
だけに依存するわけでなく、空気の湿度変動にも依存す
る。しかしながら、上述の従来の光波干渉測定装置で
は、光路中の空気の密度変動に伴う屈折率変動の影響だ
けを考慮して、測長用干渉計の測定値を補正している。
その結果、光路中の空気の湿度が変動するような環境下
で従来の光波干渉測定装置を使用すると、湿度変動に伴
う屈折率変動に起因して測定誤差が発生し、測定精度が
低下するという不都合があった。

【００１６】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、光路中の気体の密度変動および湿度変動に伴
う屈折率変動に起因する測定誤差を補正することのでき
る高精度な光波干渉測定装置を提供することを目的とす
る。

【００１７】

【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、物体の変位量を光学的に測定する
ための測定光学系と、前記測定光学系の光路中の気体の
密度変動および湿度変動に伴う屈折率変動を測定するた
めの屈折率変動測定系とを備え、前記測定光学系で測定
した前記物体の変位量を前記屈折率変動測定系で測定し
た前記光路中の気体の屈折率変動情報に基づいて補正す
ることによって前記物体の幾何学的変位量を測定するこ
とを特徴とする光波干渉測定装置を提供する。

【００１８】本発明の好ましい態様によれば、前記測定
光学系は、所定方向に沿った移動鏡の変位量を測定する
ための測長用干渉計であり、前記屈折率変動測定系は、
互いに異なる周波数を有する第１の光、第２の光および
第３の光をほぼ同一の光路に沿って出力するための第１
光源部と、前記測長用干渉計の所定光路を介した前記第
１の光および前記第２の光のうち前記第１の光の周波数
を前記第２の光の周波数とほぼ一致させることによって
第１干渉光を生成するための第１干渉光生成系と、前記
測長用干渉計の前記所定光路を介した前記第２の光およ
び前記第３の光のうち前記第２の光の周波数を前記第３
の光の周波数とほぼ一致させることによって第２干渉光
を生成するための第２干渉光生成系とを備え、前記第１
干渉光および前記第２干渉光に基づいて、前記測長用干
渉計の前記所定光路中の気体の密度変動および湿度変動
に伴う屈折率変動を測定し、前記測長用干渉計で測定し
た前記移動鏡の変位量を補正する。

【００１９】また、本発明の好ましい態様によれば、前
記測定光学系は、所定方向に沿った移動鏡の変位量を測
定するための測長用干渉計であり、前記屈折率変動測定
系は、互いに異なる周波数を有する第１の光、第２の光
および第３の光と、前記第１の光とわずかに周波数の異
なる第４の光、前記第２の光とわずかに周波数の異なる
第５の光、および前記第３の光とわずかに周波数の異な
る第６の光とをほぼ同一の光路に沿って出力するための
第２光源部と、前記測長用干渉計の参照光路を介した前
記第１の光と前記測長用干渉計の測定光路を介した前記
第４の光との第１干渉光を生成するための第１干渉光生
成系と、前記測長用干渉計の参照光路を介した前記第２
の光と前記測長用干渉計の測定光路を介した前記第５の
光との第２干渉光を生成するための第２干渉光生成系
と、前記測長用干渉計の参照光路を介した前記第３の光
と前記測長用干渉計の測定光路を介した前記第６の光と
の第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１干渉光、前記第２干渉光および前記第３干
渉光に基づいて、前記測長用干渉計の参照光路および測
定光路中の気体の密度変動および湿度変動に伴う屈折率
変動を測定し、前記測長用干渉計で測定した前記移動鏡
の変位量を補正する。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の光波干渉測定装置では、
たとえば所定方向に沿った移動鏡の変位量を測定するた
めの測長用干渉計の光路中の気体の密度変動および湿度
変動に伴う屈折率変動を測定するための屈折率変動測定
系を備えている。したがって、測長用干渉計の光路中の
気体の密度変動および湿度変動に伴う屈折率変動に起因
する測定誤差を補正し、移動鏡の変位量を高精度に測定
することができる。

【００２１】具体的な一例として、屈折率変動測定系
は、第１の光、第２の光および第３の光をほぼ同一の光
路に沿って出力するための第１光源部を備えている。そ
して、測長用干渉計の測定光路を介した第１の光の周波
数を第２の光の周波数とほぼ一致させることによって第
１干渉光を生成する。また、測長用干渉計の測定光路を
介した第２の光の周波数を第３の光の周波数とほぼ一致
させることによって第２干渉光を生成する。こうして、
３つの異なる周波数の光を利用して光路中の気体の密度
変動および湿度変動に伴う屈折率変動に起因する測定誤
差を補正することができるので、移動鏡の変位量を高精
度に測定することができる。

【００２２】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３００の内部構成を概略的に示す
図である。さらに、図３は、図１の測定検出部３２０Ａ
および参照検出部３２０Ｂの内部構成を概略的に示す図
である。

【００２３】図１の光波干渉測定装置は、ステージ１３
０の光軸方向（図中矢印方向）の変位を測定するための
ヘテロダイン干渉方式の測長用干渉計を備えている。測
長用干渉計において、たとえばＨｅ−Ｎｅレーザ光源か
らなる測長用光源３１０は、周波数が互いにわずかに異
なり且つ偏光方位が直交する２つの光、すなわち周波数
ｆ00の光および周波数ｆ01（ｆ01＝ｆ00＋Δｆ00）の光
をほぼ同一の光路に沿って射出する。なお、図中矢印で
示すように、周波数ｆ00の光の偏光方位は図１の紙面に
平行であり、周波数ｆ01の光の偏光方位は紙面に垂直で
あるものとする。

【００２４】測長用光源３１０から射出された２つの異
なる周波数の光は、ビームスプリッタ１００を介して、
周波数結合素子であるダイクロイックミラー１１０に入
射する。ダイクロイックミラー１１０は、周波数がｆ00
近傍の光のみを透過し、それ以外の周波数の光を反射す
る特性を有する。したがって、ダイクロイックミラー１
１０を透過した周波数ｆ00の光および周波数ｆ01の光
は、周波数分離素子であるダイクロイックミラー１２０
を介して偏光ビームスプリッタ１６０に入射する。偏光
ビームスプリッタ１６０は、図１の紙面に平行な偏光方
位を有する光を透過し、紙面に垂直な偏光方位を有する
光を反射するように配置されている。したがって、周波
数ｆ01の光は偏光ビームスプリッタ１６０で反射され、
参照光としてコーナキューブプリズムからなる固定鏡１
５０に導かれる。一方、周波数ｆ00の光は偏光ビームス
プリッタ１６０を透過し、測定光としてコーナキューブ
プリズムからなる移動鏡１４０に導かれる。移動鏡１４
０は、図中矢印の方向に沿って移動可能なステージ１３
０に取り付けられている。

【００２５】周波数ｆ01の光からなる参照光は、固定鏡
１５０で反射された後、再び偏光ビームスプリッタ１６
０に戻る。また、周波数ｆ00の光からなる測定光は、移
動鏡１４０で反射され、再び偏光ビームスプリッタ１６
０に戻る。こうして、参照光路を介して偏光ビームスプ
リッタ１６０から射出された周波数ｆ01の光と、測定光
路を介して偏光ビームスプリッタ１６０から射出された
周波数ｆ00の光とは、ほぼ同一の光路に沿って周波数分
離素子であるダイクロイックミラー１２１に入射する。
ダイクロイックミラー１２１は、ダイクロイックミラー
１１０と同様に、周波数がｆ00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。

【００２６】したがって、周波数ｆ01の参照光および周
波数ｆ00の測定光は、ダイクロイックミラー１２１を透
過し、周波数フィルタ１７０に入射する。周波数フィル
タ１７０は、周波数ｆ00の光および周波数ｆ01の光だけ
を透過し、それ以外の周波数の光すなわち誤差光を遮断
する。周波数フィルタ１７０を透過した周波数ｆ01の参
照光および周波数ｆ00の測定光は、偏光子付きのレシー
バ２１１に入射する。レシーバ２１１の偏光子は、周波
数ｆ00の測定光の偏光方位および周波数ｆ01の参照光の
偏光方位に対してそれぞれ４５°だけ傾いて配置されて
いる。したがって、周波数ｆ00の測定光と周波数ｆ01の
参照光とは偏光子を介して干渉し、レシーバ２１１は干
渉光に基づくビート信号（周波数Δｆ00＝ｆ01−ｆ00）
をステージ１３０の変位測定のための測定ビート信号と
して演算器２００に供給する。

【００２７】一方、測長用光源３１０から射出された周
波数ｆ01の光および周波数ｆ00の光の一部は、ビームス
プリッタ１００によって反射された後、偏光子付きのレ
シーバ２１０に入射する。レシーバ２１０の偏光子は、
周波数ｆ00の測定光の偏光方位および周波数ｆ01の参照
光の偏光方位に対してそれぞれ４５°だけ傾いて配置さ
れている。したがって、周波数ｆ00の測定光と周波数ｆ
01の参照光とは偏光子を介して干渉し、レシーバ２１０
は干渉光に基づくビート信号（周波数Δｆ00）をステー
ジ１３０の変位測定のための参照ビート信号として演算
器２００に供給する。演算器２００では、レシーバ２１
０からの参照ビート信号に対するレシーバ２１１からの
測定ビート信号の位相変化に基づいて、屈折率変動の影
響を考慮していないステージ１３０の変位量ΔＤ（ｆ0
0）が求められる。

【００２８】図１の光波干渉測定装置はまた、測長用干
渉計の測定光路中の空気密度および空気湿度の変動に伴
う屈折率変動を測定するための屈折率変動測定系を備え
ている。屈折率変動測定系において、光源部３００の光
源３１１は、周波数ｆ1 の光（たとえば波長１０６４ｎ
ｍの光）と、その第２高調波である周波数ｆ2 の光（ｆ
2 ＝２ｆ1 ：たとえば波長５３２ｎｍの光）とを、互い
にほぼ平行な光路に沿ってそれぞれ射出する。なお、周
波数ｆ1 の光および周波数ｆ2 の光はともに、図１およ
び図２の紙面に平行な偏光方位を有する。また、周波数
ｆ1 の光および周波数ｆ2 の光は、測長用光源３１０か
らの周波数ｆ00の光および周波数ｆ01の光とは実質的に
異なる周波数を有する。

【００２９】周波数ｆ1 の光は、周波数シフタ２２０を
介してわずかに周波数変調され、周波数ｆ10（ｆ10＝ｆ
1 ＋Δｆ1 ）の光になる。一方、周波数ｆ2 の光は、Ｓ
ＨＧ変換素子１８０に入射し、周波数ｆ2 の光の一部が
ＳＨＧ変換素子１８０により周波数ｆ3 （ｆ3 ＝２ｆ2
）の光に変換され、その残部がＳＨＧ変換素子１８０
をそのまま透過する。なお、ＳＨＧ変換素子１８０に
は、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ₄ ）などの非線形光学結晶を
用いることができる。ＳＨＧ変換素子１８０から射出さ
れた周波数ｆ2 の光および周波数ｆ3 の光は、ほぼ同一
の光路に沿って周波数分離素子であるダイクロイックミ
ラー１２２に入射する。

【００３０】ダイクロイックミラー１２２を透過した周
波数ｆ2 の光は周波数シフタ２２１に、ダイクロイック
ミラー１２２で反射された周波数ｆ3 の光は周波数シフ
タ２２２にそれぞれ入射する。周波数シフタ２２１で
は、周波数ｆ2 の光がわずかに周波数変調され、周波数
ｆ20（ｆ20＝ｆ2 ＋Δｆ2 ）の光になる。また、周波数
シフタ２２２では、周波数ｆ3 の光がわずかに周波数変
調され、周波数ｆ30（ｆ30＝ｆ3 ＋Δｆ3 ）の光にな
る。ここで、Δｆ2 ≠２Δｆ1 で且つΔｆ3 ≠２Δｆ2
である。周波数変調された周波数ｆ10の光、周波数ｆ20
の光および周波数ｆ30の光は、周波数結合素子であるダ
イクロイックミラー１１１および１１２の作用によりほ
ぼ同一の光路に沿って結合され、光源部３００から射出
される。

【００３１】光源部３００からほぼ同一の光路に沿って
射出された周波数ｆ10の光、周波数ｆ20の光および周波
数ｆ30の光は、ダイクロイックミラー１１０で反射さ
れ、測長用光源３１０からの光（周波数がｆ00近傍の
光）とほぼ同一の光路に沿って結合される。ダイクロイ
ックミラー１１０で反射された周波数ｆ10の光、周波数
ｆ20の光および周波数ｆ30の光は、ダイクロイックミラ
ー１２０を介して偏光ビームスプリッタ１６０に入射す
る。偏光ビームスプリッタ１６０は、上述したように、
図１の紙面に平行な偏光方位を有する光を透過し、紙面
に垂直な偏光方位を有する光を反射するように配置され
ている。したがって、偏光ビームスプリッタ１６０に入
射した周波数ｆ10の光、周波数ｆ20の光および周波数ｆ
30の光は、偏光ビームスプリッタ１６０を透過し、移動
鏡１４０で反射された後、再び偏光ビームスプリッタ１
６０に戻る。

【００３２】こうして、測定光路を介して偏光ビームス
プリッタ１６０から射出された周波数ｆ10の光、周波数
ｆ20の光および周波数ｆ30の光は、ダイクロイックミラ
ー１２１に入射する。ダイクロイックミラー１２１は、
前述したように、周波数がｆ00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、
ダイクロイックミラー１２１の作用により、周波数ｆ10
の光、周波数ｆ20の光および周波数ｆ30の光は、測長用
光源３１０からの光（周波数がｆ00近傍の光）から分離
される。こうして、ダイクロイックミラー１２１で反射
された周波数ｆ10の光、周波数ｆ20の光および周波数ｆ
30の光は、測定検出部３２０Ａに入射する。

【００３３】図３を参照すると、ほぼ同一の光路に沿っ
て測定検出部３２０Ａに入射した周波数ｆ10の光、周波
数ｆ20の光および周波数ｆ30の光は、ビームスプリッタ
１０４によりその一部が反射され、周波数分離素子であ
るダイクロイックミラー４４０に入射する。ダイクロイ
ックミラー４４０で反射された周波数ｆ30の光はレシー
バ４３１に入射し、ダイクロイックミラー４４０を透過
した周波数ｆ10の光および周波数ｆ20の光はもう１つの
周波数分離素子であるダイクロイックミラー４４１に入
射する。ダイクロイックミラー４４１で反射された周波
数ｆ20の光はレシーバ４３２に入射し、ダイクロイック
ミラー４４１を透過した周波数ｆ10の光はレシーバ４３
３に入射する。レシーバ４３１〜４３３は各光束の光路
変動を検出するためのレシーバであり、検出された光路
変動に関する信号は演算器２００に供給される。なお、
レシーバ４３１〜４３３として、たとえば高分解能のＰ
ＳＤ（Position Sensitive Detector ）、ＣＣＤ、４分
割ディテクタのように、ビームのｘ方向変位およびｙ方
向変位を測定可能な素子を用いることができる。

【００３４】一方、ビームスプリッタ１０４を透過した
周波数ｆ10の光、周波数ｆ20の光および周波数ｆ30の光
は、周波数分離素子であるダイクロイックミラー１２８
に入射する。ダイクロイックミラー１２８は、周波数ｆ
10の光のほぼ全部および周波数ｆ20の光の一部を反射
し、周波数ｆ30の光のほぼ全部および周波数ｆ20の光の
残部を透過する特性を有する。ダイクロイックミラー１
２８で反射された周波数ｆ10の光および周波数ｆ20の光
は、ＳＨＧ変換素子１８１に入射する。なお、ＳＨＧ変
換素子１８１には、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ₄ ）などの非
線形光学結晶を用いることができる。

【００３５】ＳＨＧ変換素子１８１では、周波数ｆ20の
光がそのまま透過し、周波数ｆ10の光の一部がＳＨＧ変
換され周波数ｆ10' の光（ｆ10' ＝２ｆ10）になる。Ｓ
ＨＧ変換素子１８１から射出された周波数ｆ10' の光お
よび周波数ｆ20の光は、周波数フィルタ１７１を介して
偏光子付きのレシーバ２１２に入射する。周波数フィル
タ１７１は、周波数ｆ10' の光および周波数ｆ20の光だ
けを透過し、それ以外の周波数の光すなわち誤差光を遮
断する。周波数ｆ10' の光と周波数ｆ20の光とはレシー
バ２１２の偏光子を介して干渉し、レシーバ２１２は干
渉光に基づくビート信号（周波数ｆ10' −ｆ20＝２Δｆ
1 −Δｆ2 ）を屈折率変動の測定のための測定ビート信
号として演算器２００に供給する。

【００３６】また、ダイクロイックミラー１２８を透過
した周波数ｆ20の光および周波数ｆ30の光は、ミラー１
４５を介して、ＳＨＧ変換素子１８２に入射する。ＳＨ
Ｇ変換素子１８２では、周波数ｆ30の光がそのまま透過
し、周波数ｆ20の光の一部がＳＨＧ変換され周波数ｆ2
0' の光（ｆ20' ＝２ｆ20）になる。なお、ＳＨＧ変換
素子１８２には、ＫＤＰ（ＫＨ₂ ＰＯ₄ ）などの非線形
光学結晶を用いることができる。ＳＨＧ変換素子１８２
から射出された周波数ｆ20' の光および周波数ｆ30の光
は、周波数フィルタ１７２を介して偏光子付きのレシー
バ２１３に入射する。周波数フィルタ１７２は、周波数
ｆ20' の光および周波数ｆ30の光だけを透過し、それ以
外の周波数の光すなわち誤差光を遮断する。周波数ｆ2
0' の光と周波数ｆ30の光とはレシーバ２１３の偏光子
を介して干渉し、レシーバ２１３は干渉光に基づくビー
ト信号（周波数ｆ20' −ｆ30＝２Δｆ2 −Δｆ3 ）を屈
折率変動の測定のための測定ビート信号として演算器２
００に供給する。

【００３７】一方、光源部３００からほぼ同一の光路に
沿って射出された周波数ｆ10の光、周波数ｆ20の光およ
び周波数ｆ30の光の一部は、ダイクロイックミラー１２
０によって反射され、参照検出部３２０Ｂに入射する。
なお、図３に示すように、参照検出部３２０Ｂの構成
は、測定検出部３２０Ａの構成と全く同じである。した
がって、参照検出部３２０Ｂにおいても、レシーバ４３
１〜４３３で検出された光路変動に関する信号は演算器
２００に供給される。また、レシーバ２１２は、干渉光
に基づくビート信号（周波数ｆ10' −ｆ20＝２Δｆ1 −
Δｆ2 ）を屈折率変動の測定のための参照ビート信号と
して演算器２００に供給する。さらに、レシーバ２１３
は、干渉光に基づくビート信号（周波数ｆ20' −ｆ30＝
２Δｆ2 −Δｆ3 ）を屈折率変動の測定のための参照ビ
ート信号として演算器２００に供給する。

【００３８】こうして、演算器２００では、レシーバ２
１２からの屈折率変動の測定のための参照ビート信号と
測定ビート信号との位相変化に基づいて、周波数ｆ2 の
光に対する光路長変化ΔＤ（ｆ2 ）と周波数ｆ1 の光に
対する光路長変化ΔＤ（ｆ1）との差すなわち｛ΔＤ
（ｆ2 ）−ΔＤ（ｆ1 ）｝を求める。また、レシーバ２
１３からの屈折率変動の測定のための参照ビート信号と
測定ビート信号との位相変化に基づいて、周波数ｆ3 の
光に対する光路長変化ΔＤ（ｆ3 ）と周波数ｆ2の光に
対する光路長変化ΔＤ（ｆ2 ）との差すなわち｛ΔＤ
（ｆ3 ）−ΔＤ（ｆ2 ）｝を求める。さらに、レシーバ
４３１〜４３３からの信号に基づいて、主として光源３
１１の射出角の変動に起因する各光路の変動を検出す
る。なお、各光路の変動に起因する測定誤差の補正につ
いては周知であり、以下の各実施例においてその詳細な
説明を省略する。

【００３９】第１実施例では、演算器２００において、
変位量ΔＤ（ｆ00）に関する信号と、｛ΔＤ（ｆ2 ）−
ΔＤ（ｆ1 ）｝に関する信号と、｛ΔＤ（ｆ3 ）−ΔＤ
（ｆ2 ）｝に関する信号とに基づいて、測定光路中の空
気の密度変動および湿度変動に伴う屈折率変動に起因す
る測定誤差を補正したステージ１３０の真の変位量ΔＤ
を求める。以下、ステージ１３０の変位量ΔＤ（ｆ00）
から真の変位量ΔＤへの補正について説明する。

【００４０】周波数ｆａ、ｆｂ、ｆｃおよびｆｄの光に
対する光路長Ｄ（ｆａ）、Ｄ（ｆｂ）、Ｄ（ｆｃ）およ
びＤ（ｆｄ）は、B. Edlenの式（Metrologia, vol.2, p
71,1966）にしたがって、それぞれ次の式（６）〜
（９）により表される。

【数４】 Ｄ（ｆａ）＝｛１＋Ｎ・Ｆ（ｆａ）＋ｐ・Ｇ（ｆａ）｝Ｄ （６） Ｄ（ｆｂ）＝｛１＋Ｎ・Ｆ（ｆｂ）＋ｐ・Ｇ（ｆｂ）｝Ｄ （７） Ｄ（ｆｃ）＝｛１＋Ｎ・Ｆ（ｆｃ）＋ｐ・Ｇ（ｆｃ）｝Ｄ （８） Ｄ（ｆｄ）＝｛１＋Ｎ・Ｆ（ｆｄ）＋ｐ・Ｇ（ｆｄ）｝Ｄ （９）

【００４１】ここで、Ｄは幾何学的な距離であり、Ｎは
空気の密度であり、ｐは空気の湿度（水蒸気分圧）であ
る。また、Ｆ（ｆ）およびＧ（ｆ）は、空気の構成比が
不変であれば空気の密度および湿度に依存することなく
光の周波数ｆのみに依存する関数である。上述の式
（６）乃至（９）より、幾何学的距離Ｄは次の式（10）
によって与えられる。

【００４２】

【数５】 Ｄ＝Ｄ(fa)−Ａ｛Ｄ(fc)−Ｄ(fb)｝−Ｂ｛Ｄ(fd)−Ｄ(fc)｝ （10） 但し、 Ａ＝[F(fa)(G(fd)-G(fc))-G(fa)(F(fd)-F(fc)]／[(F(f
c)-F(fb))(G(fd)-G(fc))-(F(fd)-F(fc))(G(fc)-G(fb))] Ｂ＝[G(fa)(F(fc)-F(fb))-F(fa)(G(fc)-G(fb)]／[(F(f
c)-F(fb))(G(fd)-G(fc))-(F(fd)-F(fc))(G(fc)-G(fb))]

【００４３】式（10）より、真の変位量ΔＤすなわち幾
何学的距離Ｄの変化量は、次の式（11）によって与えら
れる。

【数６】ΔＤ＝ΔＤ(fa)−Ａ｛ΔＤ(fc)−ΔＤ(fb)｝ −Ｂ｛ΔＤ(fd)−ΔＤ(fc)｝ （11） ここで、ΔＤ（ｆａ）、ΔＤ（ｆｂ）、ΔＤ（ｆｃ）お
よびΔＤ（ｆｄ）は、周波数ｆａ、ｆｂ、ｆｃおよびｆ
ｄの光に対する光路長変化である。

【００４４】上述したように、式（11）の右辺第１項の
ΔＤ（ｆａ）は、レシーバ２１０からの参照ビート信号
に対するレシーバ２１１からの測定ビート信号の位相変
化に基づいて、変位量ΔＤ（ｆ00）として求めることが
できる。また、式（11）の右辺第２項の｛ΔＤ（ｆｃ）
−ΔＤ（ｆｂ）｝は、レシーバ２１２からの屈折率変動
の測定のための参照ビート信号と測定ビート信号との位
相変化に基づいて、光路長変化の差｛ΔＤ（ｆ2 ）−Δ
Ｄ（ｆ1 ）｝として求めることができる。さらに、式
（11）の右辺第３項の｛ΔＤ（ｆｄ）−ΔＤ（ｆｃ）｝
は、レシーバ２１３からの屈折率変動の測定のための参
照ビート信号と測定ビート信号との位相変化に基づい
て、光路長変化の差｛ΔＤ（ｆ3 ）−ΔＤ（ｆ2 ）｝と
して求めることができる。こうして、第１実施例では、
測定光路中の空気の密度変動および湿度変動に伴う屈折
率変動に起因する測定誤差を補正し、移動鏡１４０の真
の変位量ΔＤをひいてはステージ１３０の真の変位量Δ
Ｄを高精度に求めることができる。

【００４５】図４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。また、図
５は、図４の光源部３０１の内部構成を概略的に示す図
である。さらに、図６は、図４の測定検出部３２１Ａお
よび参照検出部３２１Ｂの内部構成を概略的に示す図で
ある。第２実施例は第１実施例と同様の構成を有する
が、光源部３０１および検出部３２１の内部構成が第１
実施例と基本的に相違している。したがって、図４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。

【００４６】図４の光波干渉測定装置は、ステージ１３
０の光軸方向（図中矢印方向）の変位を測定するための
ヘテロダイン干渉方式の測長用干渉計を備えている。な
お、第２実施例における測長用干渉計の構成は、第１実
施例と全く同じである。したがって、演算器２０１で
は、レシーバ２１０からの参照ビート信号に対するレシ
ーバ２１１からの測定ビート信号の位相変化に基づい
て、屈折率変動の影響を考慮していないステージ１３０
の変位量ΔＤ（ｆ00）が求められる。

【００４７】図４の光波干渉測定装置はまた、測長用干
渉計の参照光路および測定光路中の空気密度および空気
湿度の変動に伴う屈折率変動を測定するための屈折率変
動測定系を備えている。第２実施例の屈折率変動測定系
において、光源部３０１の光源３１２は、周波数ｆ1 の
光と、その第２高調波である周波数ｆ2 の光（ｆ2 ＝２
ｆ1 ）とを、互いにほぼ平行な光路に沿ってそれぞれ射
出する。なお、周波数ｆ1 の光および周波数ｆ2 の光は
ともに、図４および図５の紙面に平行な偏光方位を有す
る。また、周波数ｆ1 の光および周波数ｆ2 の光は、測
長用光源３１０からの周波数ｆ00の光および周波数ｆ01
の光とは実質的に異なる周波数を有する。

【００４８】周波数ｆ1 の光は、波長板１９０を介し
て、偏光ビームスプリッタ１６１に入射する。波長板１
９０は、偏光ビームスプリッタ１６１の偏光分離面の配
置に応じて入射する周波数ｆ1 の光の偏光方位を適宜回
転させる。その結果、周波数ｆ1 の光は、波長板１９０
と偏光ビームスプリッタ１６１との作用により、強度が
互いにほぼ等しく且つ偏光方位が直交した２つの光に分
離される。すなわち、偏光ビームスプリッタ１６１で反
射された周波数ｆ1 の光（図５の紙面に垂直な偏光方位
を有する光）は周波数シフタ２２３に、偏光ビームスプ
リッタ１６１を透過した周波数ｆ1 の光（図５の紙面に
平行な偏光方位を有する光）は周波数シフタ２２４にそ
れぞれ入射する。

【００４９】周波数シフタ２２３では、周波数ｆ1 の光
がわずかに周波数変調され、周波数ｆ11（ｆ11＝ｆ1 ＋
Δｆ1'）の光になる。また、周波数シフタ２２４では、
周波数ｆ1 の光がわずかに周波数変調され、周波数ｆ10
（ｆ10＝ｆ1 ＋Δｆ1 ）の光になる。一方、周波数ｆ2
の光は、ＳＨＧ変換素子１８３に入射し、周波数ｆ2 の
光の一部がＳＨＧ変換素子１８３により周波数ｆ3 （ｆ
3 ＝２ｆ2 ）の光に変換され、その残部がＳＨＧ変換素
子１８３をそのまま透過する。ＳＨＧ変換素子１８３か
ら射出された周波数ｆ2 の光および周波数ｆ3 の光は、
ほぼ同一の光路に沿って周波数分離素子であるダイクロ
イックミラー１２３に入射する。

【００５０】ダイクロイックミラー１２３を透過した周
波数ｆ2 の光は、波長板１９１を介して、偏光ビームス
プリッタ１６３に入射する。周波数ｆ2 の光は、波長板
１９１と偏光ビームスプリッタ１６３との作用により、
強度が互いにほぼ等しく且つ偏光方位が直交した２つの
光に分離される。すなわち、偏光ビームスプリッタ１６
３で反射された周波数ｆ2 の光（図５の紙面に垂直な偏
光方位を有する光）は周波数シフタ２２６に、偏光ビー
ムスプリッタ１６３を透過した周波数ｆ2 の光（図５の
紙面に平行な偏光方位を有する光）は周波数シフタ２２
５にそれぞれ入射する。周波数シフタ２２６では、周波
数ｆ2 の光がわずかに周波数変調され、周波数ｆ21（ｆ
21＝ｆ2 ＋Δｆ2'）の光になる。また、周波数シフタ２
２５では、周波数ｆ2 の光がわずかに周波数変調され、
周波数ｆ20（ｆ20＝ｆ2 ＋Δｆ2）の光になる。

【００５１】ダイクロイックミラー１２３で反射された
周波数ｆ3 の光は、波長板１９２を介して、偏光ビーム
スプリッタ１６５に入射する。周波数ｆ3 の光は、波長
板１９２と偏光ビームスプリッタ１６５との作用によ
り、強度が互いにほぼ等しく且つ偏光方位が直交した２
つの光に分離される。すなわち、偏光ビームスプリッタ
１６５で反射された周波数ｆ3 の光（図５の紙面に垂直
な偏光方位を有する光）は周波数シフタ２２８に、偏光
ビームスプリッタ１６５を透過した周波数ｆ3 の光（図
５の紙面に平行な偏光方位を有する光）は周波数シフタ
２２７にそれぞれ入射する。周波数シフタ２２８では、
周波数ｆ3 の光がわずかに周波数変調され、周波数ｆ31
（ｆ31＝ｆ3 ＋Δｆ3'）の光になる。また、周波数シフ
タ２２７では、周波数ｆ3 の光がわずかに周波数変調さ
れ、周波数ｆ30（ｆ30＝ｆ3 ＋Δｆ3 ）の光になる。

【００５２】周波数ｆ10の光と周波数ｆ11の光とは、偏
光ビームスプリッタ１６２の作用により、ほぼ同一の光
路に沿って結合される。また、周波数ｆ20の光と周波数
ｆ21の光とは、偏光ビームスプリッタ１６４の作用によ
り、ほぼ同一の光路に沿って結合される。さらに、周波
数ｆ30の光と周波数ｆ31の光とは、偏光ビームスプリッ
タ１６６の作用により、ほぼ同一の光路に沿って結合さ
れる。こうして、図４および図５の紙面に平行な偏光方
位を有する周波数ｆ10の光、周波数ｆ20の光および周波
数ｆ30の光、並びに紙面に垂直な偏光方位を有する周波
数ｆ11の光、周波数ｆ21の光および周波数ｆ31の光は、
周波数結合素子であるダイクロイックミラー１１３およ
び１１４の作用によりほぼ同一の光路に沿って結合さ
れ、光源部３０１から射出される。

【００５３】光源部３０１からほぼ同一の光路に沿って
射出された周波数ｆ10の光、周波数ｆ20の光および周波
数ｆ30の光、並びに周波数ｆ11の光、周波数ｆ21の光お
よび周波数ｆ31の光は、ダイクロイックミラー１１０お
よびダイクロイックミラー１２０を介して偏光ビームス
プリッタ１６０に入射する。偏光ビームスプリッタ１６
０は、図４の紙面に平行な偏光方位を有する光を透過
し、紙面に垂直な偏光方位を有する光を反射するように
配置されている。したがって、周波数ｆ10の光、周波数
ｆ20の光および周波数ｆ30の光は、偏光ビームスプリッ
タ１６０を透過し、移動鏡１４０で反射された後、再び
偏光ビームスプリッタ１６０に戻る。また、周波数ｆ11
の光、周波数ｆ21の光および周波数ｆ31の光は、偏光ビ
ームスプリッタ１６０で反射され、固定鏡１５０で反射
された後、再び偏光ビームスプリッタ１６０に戻る。

【００５４】こうして、測定光路を介した周波数ｆ10の
光、周波数ｆ20の光および周波数ｆ30の光と、参照光路
を介した周波数ｆ11の光、周波数ｆ21の光および周波数
ｆ31の光とは、偏光ビームスプリッタ１６０からほぼ同
一の光路に沿って射出され、ダイクロイックミラー１２
１に入射する。ダイクロイックミラー１２１で反射され
た周波数ｆ10の光、周波数ｆ20の光および周波数ｆ30の
光、並びに周波数ｆ11の光、周波数ｆ21の光および周波
数ｆ31の光は、測長用光源３１０からの周波数がｆ00近
傍の光から分離され、測定検出部３２１Ａに入射する。

【００５５】図６を参照すると、ほぼ同一の光路に沿っ
て測定検出部３２１Ａに入射した周波数ｆ10の光、周波
数ｆ20の光および周波数ｆ30の光の一部は、偏光ビーム
スプリッタ４０３により反射され、周波数分離素子であ
るダイクロイックミラー４４２に入射する。ダイクロイ
ックミラー４４２で反射された周波数ｆ30の光はレシー
バ４３４に入射し、ダイクロイックミラー４４２を透過
した周波数ｆ10の光および周波数ｆ20の光はもう１つの
周波数分離素子であるダイクロイックミラー４４３に入
射する。ダイクロイックミラー４４３で反射された周波
数ｆ20の光はレシーバ４３５に入射し、ダイクロイック
ミラー４４３を透過した周波数ｆ10の光はレシーバ４３
６に入射する。こうして、レシーバ４３４〜４３６で検
出された光路変動に関する信号は、演算器２０１に供給
される。

【００５６】一方、偏光ビームスプリッタ４０３を透過
した周波数ｆ10の光、周波数ｆ20の光および周波数ｆ30
の光の残部、並びに周波数ｆ11の光、周波数ｆ21の光お
よび周波数ｆ31の光は、周波数分離素子であるダイクロ
イックミラー１２４に入射する。ダイクロイックミラー
１２４は、周波数ｆ10の光および周波数ｆ11の光を反射
し、他の周波数の光を透過する特性を有する。したがっ
て、ダイクロイックミラー１２４で反射された周波数ｆ
10の光および周波数ｆ11の光は、周波数フィルタ１７３
を介して偏光子付きのレシーバ２１４に入射する。周波
数フィルタ１７３は、周波数ｆ10の光および周波数ｆ11
の光だけを透過し、それ以外の周波数の光すなわち誤差
光を遮断する。周波数ｆ10の光と周波数ｆ11の光とはレ
シーバ２１４の偏光子を介して干渉し、レシーバ２１４
は干渉光に基づくビート信号（周波数ｆ10−ｆ11＝Δｆ
1 −Δｆ1'）を屈折率変動の測定のための測定ビート信
号として演算器２０１に供給する。

【００５７】ダイクロイックミラー１２４を透過した周
波数ｆ20の光および周波数ｆ30の光、並びに周波数ｆ21
の光および周波数ｆ31の光は、周波数分離素子であるダ
イクロイックミラー１２５に入射する。ダイクロイック
ミラー１２５は、周波数ｆ20の光および周波数ｆ21の光
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、ダイクロイックミラー１２５で反射された周
波数ｆ20の光および周波数ｆ21の光は、周波数フィルタ
１７４を介して偏光子付きのレシーバ２１５に入射す
る。周波数フィルタ１７４は、周波数ｆ20の光および周
波数ｆ21の光だけを透過し、それ以外の周波数の光すな
わち誤差光を遮断する。周波数ｆ20の光と周波数ｆ21の
光とはレシーバ２１５の偏光子を介して干渉し、レシー
バ２１５は干渉光に基づくビート信号（周波数ｆ20−ｆ
21＝Δｆ2 −Δｆ2'）を屈折率変動の測定のための測定
ビート信号として演算器２０１に供給する。

【００５８】ダイクロイックミラー１２５を透過した周
波数ｆ30の光および周波数ｆ31の光は、ミラー１４６で
折り曲げられた後、周波数フィルタ１７５を介して偏光
子付きのレシーバ２１６に入射する。周波数フィルタ１
７５は、周波数ｆ30の光および周波数ｆ31の光だけを透
過し、それ以外の周波数の光すなわち誤差光を遮断す
る。周波数ｆ30の光と周波数ｆ31の光とはレシーバ２１
６の偏光子を介して干渉し、レシーバ２１６は干渉光に
基づくビート信号（周波数ｆ30−ｆ31＝Δｆ3 −Δｆ
3'）を屈折率変動の測定のための測定ビート信号として
演算器２０１に供給する。

【００５９】一方、光源部３０１からほぼ同一の光路に
沿って射出された周波数ｆ10の光、周波数ｆ20の光およ
び周波数ｆ30の光、並びに周波数ｆ11の光、周波数ｆ21
の光および周波数ｆ31の光の一部は、ダイクロイックミ
ラー１２０によって反射され、参照検出部３２１Ｂに入
射する。なお、図６に示すように、参照検出部３２１Ｂ
の構成は、測定検出部３２１Ａの構成と全く同じであ
る。したがって、参照検出部３２１Ｂにおいても、レシ
ーバ４３４〜４３６で検出された光路変動に関する信号
は演算器２０１に供給される。また、レシーバ２１４
は、干渉光に基づくビート信号（周波数ｆ10−ｆ11＝Δ
ｆ1 −Δｆ1'）を屈折率変動の測定のための参照ビート
信号として演算器２０１に供給する。さらに、レシーバ
２１５は、干渉光に基づくビート信号（周波数ｆ20−ｆ
21＝Δｆ2 −Δｆ2'）を屈折率変動の測定のための参照
ビート信号として演算器２０１に供給する。また、レシ
ーバ２１６は、干渉光に基づくビート信号（周波数ｆ30
−ｆ31＝Δｆ3 −Δｆ3'）を屈折率変動の測定のための
参照ビート信号として演算器２０１に供給する。

【００６０】こうして、演算器２０１では、レシーバ２
１４からの屈折率変動の測定のための参照ビート信号と
測定ビート信号との位相変化に基づいて、周波数ｆ1 の
光に対する光路長変化ΔＤ（ｆ1 ）を求める。また、レ
シーバ２１５からの屈折率変動の測定のための参照ビー
ト信号と測定ビート信号との位相変化に基づいて、周波
数ｆ2 の光に対する光路長変化ΔＤ（ｆ2 ）を求める。
さらに、レシーバ２１６からの屈折率変動の測定のため
の参照ビート信号と測定ビート信号との位相変化に基づ
いて、周波数ｆ3 の光に対する光路長変化ΔＤ（ｆ3 ）
を求める。また、レシーバ４３４〜４３６からの信号に
基づいて、主として光源３１２の射出角の変動に起因す
る各光路の変動を検出する。

【００６１】したがって、上述の演算式（11）におい
て、ΔＤ（ｆａ）として変位量ΔＤ（ｆ00）を、ΔＤ
（ｆｂ）として周波数ｆ1 の光に対する光路長変化ΔＤ
（ｆ1 ）を、ΔＤ（ｆｃ）として周波数ｆ2 の光に対す
るΔＤ（ｆ2 ）を、ΔＤ（ｆｄ）として周波数ｆ3 の光
に対する光路長変化ΔＤ（ｆ3 ）をそれぞれ代入するこ
とにより、参照光路および測定光路中の空気の密度変動
および湿度変動に伴う屈折率変動に起因する測定誤差を
補正したステージ１３０の真の変位量ΔＤを求めること
ができる。こうして、第２実施例では、参照光路および
測定光路中の空気の密度変動および湿度変動に伴う屈折
率変動に起因する測定誤差を補正し、移動鏡１４０の真
の変位量ΔＤをひいてはステージ１３０の真の変位量Δ
Ｄを高精度に求めることができる。

【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。また、図
８は、図７の光源部３０２の内部構成を概略的に示す図
である。第３実施例は、第１実施例と同様の構成を有す
る。しかしながら、第１実施例における測長用光源３１
０および光源部３００が第２実施例では１つの光源部３
０２で置換されている点が基本的に相違している。した
がって、図７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３実施例
を説明する。

【００６３】図７の光波干渉測定装置は、光源部３０２
を備えている。図８を参照すると、光源部３０２の光源
３１３は、周波数ｆ1 の光と、その第２高調波である周
波数ｆ2 の光（ｆ2 ＝２ｆ1 ）とを、互いにほぼ平行な
光路に沿ってそれぞれ射出する。なお、周波数ｆ1 の光
および周波数ｆ2 の光はともに、図７および図８の紙面
に平行な偏光方位を有する。以下、説明を簡単にするた
めに、図７および図８の紙面に平行な偏光方位を有する
光をｐ偏光の光とし、紙面に垂直な偏光方位を有する光
をｓ偏光の光とする。周波数ｆ1 の光は、波長板１９５
を介して、偏光ビームスプリッタ４００に入射する。波
長板１９５は、偏光ビームスプリッタ４００の偏光分離
面の配置に応じて入射する周波数ｆ1 の光の偏光方位を
適宜回転させる。その結果、周波数ｆ1 の光は、波長板
１９５と偏光ビームスプリッタ４００との作用により、
偏光方位が直交した２つの光すなわちｐ偏光の光とｓ偏
光の光とに分離される。

【００６４】すなわち、偏光ビームスプリッタ４００で
反射された周波数ｆ1 のｓ偏光の光は周波数シフタ４１
１に、偏光ビームスプリッタ４００を透過した周波数ｆ
1 のｐ偏光の光は周波数シフタ４１０にそれぞれ入射す
る。なお、偏光ビームスプリッタ４００で反射される周
波数ｆ1 のｓ偏光の光と偏光ビームスプリッタ４００を
透過する周波数ｆ1 のｐ偏光の光との強度比は、波長板
１９５と偏光ビームスプリッタ４００との組み合わせに
より適宜調整可能である。後述するように、偏光ビーム
スプリッタ４００を透過した周波数ｆ1 のｐ偏光の光
は、周波数変調されて周波数ｆ10の光となった後、測定
検出部３２０Ａおよび参照検出部３２０ＢにおいてＳＨ
Ｇ変換素子１８１により周波数変換される。周波数変換
には大きな光強度が必要であるため、偏光ビームスプリ
ッタ４００で反射される周波数ｆ1 のｓ偏光の光の強度
に比べて偏光ビームスプリッタ４００を透過する周波数
ｆ1 のｐ偏光の光の強度が大きくなるように、波長板１
９５と偏光ビームスプリッタ４００とを組み合わせるこ
とが好ましい。

【００６５】周波数シフタ４１１では、ｓ偏光状態にあ
る周波数ｆ1 の光がわずかに周波数変調され、周波数ｆ
11（ｆ11＝ｆ1 ＋Δｆ1'）の光になる。また、周波数シ
フタ４１０では、ｐ偏光状態にある周波数ｆ1 の光がわ
ずかに周波数変調され、周波数ｆ10（ｆ10＝ｆ1 ＋Δｆ
1 ）の光になる。周波数シフタ４１１のドライバの駆動
出力および周波数シフタ４１０のドライバの駆動出力
は、移動鏡１４１の変位測定のための参照信号として演
算器２０２に供給される。

【００６６】一方、周波数ｆ2 の光は、ＳＨＧ変換素子
１８４に入射し、周波数ｆ2 の光の一部がＳＨＧ変換素
子１８４により周波数ｆ3 （ｆ3 ＝２ｆ2 ）の光に変換
され、その残部がＳＨＧ変換素子１８４をそのまま透過
する。なお、ＳＨＧ変換素子１８４には、ＫＤＰ（ＫＨ
₂ ＰＯ₄ ）などの非線形光学結晶を用いることができ
る。ＳＨＧ変換素子１８４から射出された周波数ｆ2 の
光および周波数ｆ3 の光は、ほぼ同一の光路に沿って周
波数分離素子であるダイクロイックミラー１２６に入射
する。

【００６７】ダイクロイックミラー１２６を透過した周
波数ｆ2 の光は周波数シフタ４１２に、ダイクロイック
ミラー１２３で反射された周波数ｆ3 の光は周波数シフ
タ４１３にそれぞれ入射する。周波数シフタ４１２で
は、周波数ｆ2 の光がわずかに周波数変調され、周波数
ｆ20（ｆ20＝ｆ2 ＋Δｆ2 ）の光になる。また、周波数
シフタ４１３では、周波数ｆ3 の光がわずかに周波数変
調され、周波数ｆ30（ｆ30＝ｆ3 ＋Δｆ3 ）の光にな
る。

【００６８】周波数ｆ10の光と周波数ｆ11の光とは、偏
光ビームスプリッタ４０１の作用により、ほぼ同一の光
路に沿って結合される。また、周波数ｆ20の光と周波数
ｆ30の光とは、周波数結合素子であるダイクロイックミ
ラー１１５の作用により、ほぼ同一の光路に沿って結合
される。こうして、ｐ偏光状態にある周波数ｆ10の光、
周波数ｆ20の光および周波数ｆ30の光、並びにｓ偏光状
態にある周波数ｆ11の光は、周波数結合素子であるダイ
クロイックミラー１１６の作用によりほぼ同一の光路に
沿って結合され、光源部３０２から射出される。

【００６９】光源部３０２からほぼ同一の光路に沿って
射出された周波数ｆ10の光、周波数ｆ11の光、周波数ｆ
20の光および周波数ｆ30の光は、周波数分離素子である
ダイクロイックミラー１０２を介して偏光ビームスプリ
ッタ１６７に入射する。偏光ビームスプリッタ１６７
は、ｐ偏光の光を透過し、ｓ偏光の光を反射するように
配置されている。したがって、ｐ偏光状態にある周波数
ｆ10の光、周波数ｆ20の光および周波数ｆ30の光は偏光
ビームスプリッタ１６７を透過し、ｓ偏光状態にある周
波数ｆ11の光は偏光ビームスプリッタ１６７で反射され
る。

【００７０】偏光ビームスプリッタ１６７で反射された
周波数ｆ11のｓ偏光の光は、波長板１９３を介して円偏
光になった後、周波数フィルタ１７６を介して、平面鏡
からなる固定鏡１５１に入射する。固定鏡１５１で入射
光路と同じ光路に沿って反射された周波数ｆ11の円偏光
の光は、周波数フィルタ１７６および波長板１９３を介
してｐ偏光となり、偏光ビームスプリッタ１６７に戻
る。偏光ビームスプリッタ１６７に戻った周波数ｆ11の
ｐ偏光の光は、偏光ビームスプリッタ１６７を透過し、
偏光ビームスプリッタ１６８に入射する。偏光ビームス
プリッタ１６８は、偏光ビームスプリッタ１６７と同様
に、ｐ偏光の光を透過し、ｓ偏光の光を反射するように
配置されている。したがって、偏光ビームスプリッタ１
６８を透過した周波数ｆ11のｐ偏光の光は、周波数フィ
ルタ１７７を介して、コーナーキューブ１３５に入射す
る。

【００７１】コーナーキューブ１３５で反射された周波
数ｆ11のｐ偏光の光は、周波数フィルタ１７７および偏
光ビームスプリッタ１６８を介して、偏光ビームスプリ
ッタ１６７に戻る。偏光ビームスプリッタ１６７に戻っ
た周波数ｆ11のｐ偏光の光は、偏光ビームスプリッタ１
６７を透過し、波長板１９３を介して円偏光になった
後、周波数フィルタ１７６を介して、固定鏡１５１に再
び入射する。固定鏡１５１で反射された周波数ｆ11の円
偏光の光は、周波数フィルタ１７６および波長板１９３
を介してｓ偏光となり、偏光ビームスプリッタ１６７に
戻る。偏光ビームスプリッタ１６７に戻った周波数ｆ11
のｓ偏光の光は、偏光ビームスプリッタ１６７で反射さ
れ、周波数分離素子であるダイクロイックミラー１０３
に向かって射出される。なお、偏光ビームスプリッタ１
６７と固定鏡１５１との間の参照光路中の屈折率変動を
小さく抑えるために、参照光路はエアチューブ３３０に
よって包囲されている。

【００７２】偏光ビームスプリッタ１６７を透過したｐ
偏光状態にある周波数ｆ10の光、周波数ｆ20の光および
周波数ｆ30の光は、波長板１９４を介して円偏光になっ
た後、平面鏡からなる移動鏡１４１に入射する。なお、
移動鏡１４１は、図中矢印方向に沿って移動可能なステ
ージ（不図示）に取り付けられている。移動鏡１４１で
入射光路と同じ光路に沿って反射された円偏光状態にあ
る周波数ｆ10の光、周波数ｆ20の光および周波数ｆ30の
光は、波長板１９４を介してｓ偏光となり、偏光ビーム
スプリッタ１６７に戻る。偏光ビームスプリッタ１６７
に戻ったｓ偏光状態にある周波数ｆ10の光、周波数ｆ20
の光および周波数ｆ30の光は、偏光ビームスプリッタ１
６７で反射され、偏光ビームスプリッタ１６８に入射す
る。偏光ビームスプリッタ１６８で反射されたｓ偏光状
態にある周波数ｆ10の光、周波数ｆ20の光および周波数
ｆ30の光は、偏光ビームスプリッタ１６９に入射する。
偏光ビームスプリッタ１６９は、偏光ビームスプリッタ
１６７および１６８と同様に、ｐ偏光の光を透過し、ｓ
偏光の光を反射するように配置されている。したがっ
て、偏光ビームスプリッタ１６９で反射されたｓ偏光状
態にある周波数ｆ10の光、周波数ｆ20の光および周波数
ｆ30の光は、コーナーキューブ１３６に入射する。

【００７３】コーナーキューブ１３６で反射されたｓ偏
光状態にある周波数ｆ10の光、周波数ｆ20の光および周
波数ｆ30の光は、偏光ビームスプリッタ１６９および１
６８を介して、偏光ビームスプリッタ１６７に戻る。偏
光ビームスプリッタ１６７に戻ったｓ偏光状態にある周
波数ｆ10の光、周波数ｆ20の光および周波数ｆ30の光
は、偏光ビームスプリッタ１６７で反射され、波長板１
９４を介して円偏光になった後、移動鏡１４１に再び入
射する。移動鏡１４１で反射された円偏光状態にある周
波数ｆ10の光、周波数ｆ20の光および周波数ｆ30の光
は、波長板１９４を介してｐ偏光となり、偏光ビームス
プリッタ１６７に戻る。偏光ビームスプリッタ１６７に
戻ったｐ偏光状態にある周波数ｆ10の光、周波数ｆ20の
光および周波数ｆ30の光は、偏光ビームスプリッタ１６
７を透過し、周波数ｆ11の光とほぼ同一の光路に沿って
ダイクロイックミラー１０３に向かって射出される。

【００７４】こうして、測定光路を介したｐ偏光状態に
ある周波数ｆ10の光、周波数ｆ20の光および周波数ｆ30
の光と、参照光路を介したｓ偏光状態にある周波数ｆ11
の光とは、ほぼ同一の光路に沿ってダイクロイックミラ
ー１０３に入射する。ダイクロイックミラー１０３は、
周波数ｆ11の光のほぼ全部および周波数ｆ10の光の一部
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、ダイクロイックミラー１０３を透過した周波
数ｆ11のｓ偏光の光および周波数ｆ10のｐ偏光の光は、
周波数フィルタ１７８に入射する。周波数フィルタ１７
８は、周波数ｆ11の光および周波数ｆ10の光だけを透過
し、それ以外の周波数の光すなわち誤差光を遮断する。
周波数フィルタ１７８を透過した周波数ｆ11の参照光お
よび周波数ｆ10の測定光は、偏光子付きのレシーバ２１
７に入射する。

【００７５】レシーバ２１７の偏光子は、周波数ｆ10の
測定光の偏光方位および周波数ｆ11の参照光の偏光方位
に対してそれぞれ４５°だけ傾いて配置されている。し
たがって、周波数ｆ10の測定光と周波数ｆ11の参照光と
は偏光子を介して干渉し、レシーバ２１７は干渉光に基
づくビート信号（周波数ｆ10−ｆ11＝Δｆ1 −Δｆ1'）
を移動鏡１４１の変位測定のための測定信号として演算
器２０２に供給する。演算器２０２では、光源部３０２
からの参照信号とレシーバ２１７からの測定信号とを比
較して、屈折率変動の影響を考慮していない移動鏡１４
１のひいてはステージの変位量ΔＤ（ｆ1 ）が求められ
る。

【００７６】また、ダイクロイックミラー１０３で反射
されたｐ偏光状態にある周波数ｆ10の光、周波数ｆ20の
光および周波数ｆ30の光は、測定検出部３２０Ａに入射
する。なお、測定検出部３２０Ａおよび参照検出部３２
０Ｂの構成は、第１実施例の構成と同じであり、図３に
示す通りである。したがって、測定検出部３２０Ａにお
いて、レシーバ４３１〜４３３で検出された光路変動に
関する信号は演算器２０２に供給される。また、レシー
バ２１２は干渉光に基づくビート信号（周波数ｆ10' −
ｆ20＝２Δｆ1 −Δｆ2 ）を屈折率変動の測定のための
測定ビート信号として演算器２０２に供給する。さら
に、レシーバ２１３は干渉光に基づくビート信号（周波
数ｆ20' −ｆ30＝２Δｆ2 −Δｆ3 ）を屈折率変動の測
定のための測定ビート信号として演算器２０２に供給す
る。

【００７７】一方、光源部３０２からほぼ同一の光路に
沿って射出されたｐ偏光状態にある周波数ｆ10の光、周
波数ｆ20の光および周波数ｆ30の光の一部は、ダイクロ
イックミラー１０２によって反射され、参照検出部３２
０Ｂに入射する。したがって、参照検出部３２０Ｂにお
いても、レシーバ４３１〜４３３で検出された光路変動
に関する信号は演算器２０２に供給される。また、レシ
ーバ２１２は、干渉光に基づくビート信号（周波数ｆ1
0' −ｆ20＝２Δｆ1 −Δｆ2 ）を屈折率変動の測定の
ための参照ビート信号として演算器２０２に供給する。
さらに、レシーバ２１３は、干渉光に基づくビート信号
（周波数ｆ20' −ｆ30＝２Δｆ2 −Δｆ3 ）を屈折率変
動の測定のための参照ビート信号として演算器２０２に
供給する。

【００７８】こうして、演算器２０２では、レシーバ２
１２からの屈折率変動の測定のための参照ビート信号と
測定ビート信号との位相変化に基づいて、周波数ｆ2 の
光に対する光路長変化ΔＤ（ｆ2 ）と周波数ｆ1 の光に
対する光路長変化ΔＤ（ｆ1）との差すなわち｛ΔＤ
（ｆ2 ）−ΔＤ（ｆ1 ）｝を求める。また、レシーバ２
１３からの屈折率変動の測定のための参照ビート信号と
測定ビート信号との位相変化に基づいて、周波数ｆ3 の
光に対する光路長変化ΔＤ（ｆ3 ）と周波数ｆ2の光に
対する光路長変化ΔＤ（ｆ2 ）との差すなわち｛ΔＤ
（ｆ3 ）−ΔＤ（ｆ2 ）｝を求める。さらに、レシーバ
４３１〜４３３からの信号に基づいて、主として光源３
１２の射出角の変動に起因する各光路の変動を検出す
る。

【００７９】こうして、第３実施例では、変位量ΔＤ
（ｆ1 ）に関する信号と、｛ΔＤ（ｆ2 ）−ΔＤ（ｆ1
）｝に関する信号と、｛ΔＤ（ｆ3 ）−ΔＤ（ｆ2
）｝に関する信号とに基づいて、測定光路中の空気の
密度変動および湿度変動に伴う屈折率変動に起因する測
定誤差を補正した移動鏡１４１の真の変位量ΔＤを求め
る必要がある。すなわち、第１実施例および第２実施例
では測長用干渉計で用いた光とは異なる３つの周波数の
光に基づいて屈折率変動に起因する測定誤差を補正して
いるが、第３実施例では屈折率変動に起因する測定誤差
の補正に用いられる３つの異なる周波数の光のうち１つ
の光が測長用干渉計に併用されている。

【００８０】そこで、第３実施例では、第１実施例およ
び第２実施例で用いた演算式（11）を変形した次の式
（12）にしたがって真の変位量ΔＤを求める。

【数７】ΔＤ＝ΔＤ(fb)−Ａ' ｛ΔＤ(fc)−ΔＤ(fb)｝ −Ｂ' ｛ΔＤ(fd)−ΔＤ(fc)｝ （12） 但し、 Ａ' ＝[F(fb)(G(fd)-G(fc))-G(fb)(F(fd)-F(fc)]／[(F
(fc)-F(fb))(G(fd)-G(fc))-(F(fd)-F(fc))(G(fc)-G(f
b))] Ｂ' ＝[G(fb)F(fc)-F(fb)G(fc)] ／[(F(fc)-F(fb))(G(f
d)-G(fc))-(F(fd)-F(fc))(G(fc)-G(fb))]

【００８１】上述したように、式（12）の右辺第１項の
ΔＤ（ｆｂ）は、光源部３０２からの参照信号とレシー
バ２１７からの測定信号との比較に基づいて、変位量Δ
Ｄ（ｆ1 ）として求めることができる。また、式（12）
の右辺第２項の｛ΔＤ（ｆｃ）−ΔＤ（ｆｂ）｝は、レ
シーバ２１２からの屈折率変動の測定のための参照ビー
ト信号と測定ビート信号との位相変化に基づいて、光路
長変化の差｛ΔＤ（ｆ2 ）−ΔＤ（ｆ1 ）｝として求め
ることができる。さらに、式（12）の右辺第３項の｛Δ
Ｄ（ｆｄ）−ΔＤ（ｆｃ）｝は、レシーバ２１３からの
屈折率変動の測定のための参照ビート信号と測定ビート
信号との位相変化に基づいて、光路長変化の差｛ΔＤ
（ｆ3 ）−ΔＤ（ｆ2 ）｝として求めることができる。

【００８２】こうして、第３実施例においても、測定光
路中の空気の密度変動および湿度変動に伴う屈折率変動
に起因する測定誤差を補正し、移動鏡１４１の真の変位
量ΔＤをひいてはステージの真の変位量ΔＤを高精度に
求めることができる。なお、上述の第３実施例では、周
波数ｆ1 の光を用いて移動鏡１４１の変位量を測定して
いるが、原理的には周波数ｆ2 の光を用いても周波数ｆ
3 の光を用いても測定が可能である。しかしながら、３
つの周波数の光のうち周波数が最も小さい周波数の光
（第３実施例では周波数ｆ1 の光）を用いて移動鏡１４
１の変位量を測定するのが好ましい。以下、その理由に
ついて説明する。

【００８３】一般に、測長用干渉計において、偏光ビー
ムスプリッタの消光比に起因する測定精度の低下の問題
がある。そこで、第３実施例では、３つの偏光ビームス
プリッタ１６７、１６８および１６９を組み合わせるこ
とにより、全体としての消光比を向上させている。しか
しながら、偏光ビームスプリッタの消光比が有限である
ため、本来偏光ビームスプリッタを透過すべき光が反射
されたり、本来偏光ビームスプリッタで反射されるべき
光が透過してしまう。その結果、本来透過すべきところ
を反射された光および本来反射されるべきところを透過
した光が誤差光となり、測長用干渉計の測定精度を低下
させてしまう。

【００８４】第３実施例において、偏光ビームスプリッ
タ１６７を本来透過すべきところを反射された周波数ｆ
10のｐ偏光の光は、測定検出部３２０ＡのＳＨＧ変換素
子１８１を介してレシーバ２１２に達する。ＳＨＧ変換
素子１８１で変換されるＳＨＧ光の強度は入射光の強度
の二乗に比例するため、周波数ｆ10の光の変換効率は多
くとも１％程度である（光源３１３が周波数ｆ1 および
ｆ2 の光をそれぞれ２００ｍＷの強度で射出する場合に
ついて考えている）。その結果、測長用干渉計の測定精
度は、大きな影響を受けることがない。

【００８５】これに対し、周波数ｆ2 の光（または周波
数ｆ3 の光）を用いて移動鏡１４１の変位量を測定する
と、偏光ビームスプリッタ１６７で反射された誤差光す
なわち周波数ｆ20のｐ偏光の光（または周波数ｆ30のｐ
偏光の光）は、ＳＨＧ変換素子１８１（またはＳＨＧ変
換素子１８２）でＳＨＧ変換されることなく、そのまま
レシーバ２１２（またはレシーバ２１３）に達する。そ
の結果、測長用干渉計の測定精度は、大きな影響を受け
てしまう。このように、第３実施例では、偏光ビームス
プリッタの消光比に起因する測定精度の低下を抑えるた
めに、３つの周波数の光のうち周波数が最も小さい周波
数ｆ1 の光を用いて移動鏡１４１の変位量を測定するの
が好ましい。

【００８６】上述の各実施例では、ヘテロダイン干渉方
式の測長用干渉計を用いているが、ホモダイン干渉方式
の測長用干渉計を用いることもできる。また、上述の第
１実施例および第３実施例では、測定光路中の屈折率変
動を測定しているが、参照光路中の屈折率変動を測定す
ることもできる。さらに、上述の各実施例では、ヘテロ
ダイン干渉方式の屈折率変動測定系を用いているが、ホ
モダイン干渉方式の屈折率変動測定系を用いることもで
きる。また、上述の各実施例では、測長用干渉計に本発
明を適用しているが、一般に物体の変位量を光学的に測
定するための測定光学系に対して本発明を適用すること
ができる。

【００８７】

【効果】以上説明したように、本発明によれば、光路中
の気体の密度変動および湿度変動に伴う屈折率変動に起
因する測定誤差を補正することのできる高精度な光波干
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３００の内部構成を概略的に示す
図である。

【図３】図１および図７の測定検出部３２０Ａおよび参
照検出部３２０Ｂの内部構成を概略的に示す図である。

【図４】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５】図４の光源部３０１の内部構成を概略的に示す
図である。

【図６】図４の測定検出部３２１Ａおよび参照検出部３
２１Ｂの内部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】図７の光源部３０２の内部構成を概略的に示す
図である。

【図９】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】

１００、１０１、１０４〜１０６ ビームスプリッタ １１０〜１１８ 周波数結合素子 １０２、１０３、１２０〜１２８ 周波数分離素子 １３０、１３１ ステージ １３５、１３６ コーナーキューブ １４０〜１４２ 移動鏡 １４５、１４６ ミラー １５０〜１５２ 固定鏡 １６０〜１６９、４４０、４０１ 偏光ビームスプリッ
タ １７０〜１７８ 周波数フィルタ １８０〜１８６ ＳＨＧ変換素子 １９０〜１９５ 波長板 ２００〜２０３ 演算器 ２１０〜２１９、４３０〜４３６ レシーバ ２２０〜２２８ 周波数フィルタ ３００〜３０２ 光源部 ３１０〜３１５ 光源 ３２０、３２１ 検出部 ３３０ エアチューブ

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体の変位量を光学的に測定するための
   測定光学系と、 前記測定光学系の光路中の気体の密度変動および湿度変
   動に伴う屈折率変動を測定するための屈折率変動測定系
   とを備え、 前記測定光学系で測定した前記物体の変位量を前記屈折
   率変動測定系で測定した前記光路中の気体の屈折率変動
   情報に基づいて補正することによって前記物体の幾何学
   的変位量を測定することを特徴とする光波干渉測定装
   置。
2. 【請求項２】 前記測定光学系は、所定方向に沿った移
   動鏡の変位量を測定するための測長用干渉計であり、 前記屈折率変動測定系は、 互いに異なる周波数を有する第１の光、第２の光および
   第３の光をほぼ同一の光路に沿って出力するための第１
   光源部と、 前記測長用干渉計の所定光路を介した前記第１の光およ
   び前記第２の光のうち前記第１の光の周波数を前記第２
   の光の周波数とほぼ一致させることによって第１干渉光
   を生成するための第１干渉光生成系と、 前記測長用干渉計の前記所定光路を介した前記第２の光
   および前記第３の光のうち前記第２の光の周波数を前記
   第３の光の周波数とほぼ一致させることによって第２干
   渉光を生成するための第２干渉光生成系とを備え、 前記第１干渉光および前記第２干渉光に基づいて、前記
   測長用干渉計の前記所定光路中の気体の密度変動および
   湿度変動に伴う屈折率変動を測定し、前記測長用干渉計
   で測定した前記移動鏡の変位量を補正することを特徴と
   する請求項１に記載の光波干渉測定装置。
3. 【請求項３】 前記測長用干渉計は、前記第１光源部か
   ら射出された前記第１の光、前記第２の光および前記第
   ３の光のうちいずれか１つの光に基づいて前記移動鏡の
   変位量を測定す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。
4. 【請求項４】 前記第１光源部は、 第４の光と、その高調波である第５の光とを供給する光
   源と、 前記光源からの前記第４の光の一部を高調波に変換し、
   該高調波を第６の光として射出するための第１高調波変
   換素子と、 前記第４の光をわずかに周波数変調させて前記第１の光
   として射出するための第１周波数変調素子と、 前記第５の光をわずかに周波数変調させて前記第２の光
   として射出するための第２周波数変調素子と、 前記第６の光をわずかに周波数変調させて前記第３の光
   として射出するための第３周波数変調素子とを有し、 前記第１干渉光生成系は、前記第１の光の一部を高調波
   に変換するための第２高調波変換素子を有し、該第２高
   調波変換素子を介して得られた高調波と前記第２の光と
   のヘテロダイン干渉によって前記第１干渉光を生成し、 前記第２干渉光生成系は、前記第２の光の一部を高調波
   に変換するための第３高調波変換素子を有し、該第３高
   調波変換素子を介して得られた高調波と前記第３の光と
   のヘテロダイン干渉によって前記第２干渉光を生成する
   ことを特徴とする請求項２または３に記載の光波干渉測
   定装置。
5. 【請求項５】 前記第５の光は、前記第４の光の第２高
   調波であり、 前記第１高調波変換素子は、前記第４の光の一部を第２
   高調波に変換し、 前記第２高調波変換素子は、前記第１の光の一部を第２
   高調波に変換し、 前記第３高調波変換素子は、前記第２の光の一部を第２
   高調波に変換することを特徴とする請求項４に記載の光
   波干渉測定装置。
6. 【請求項６】 前記第１光源部は、 前記第１の光と、その高調波である前記第２の光とを供
   給する光源と、 前記光源からの前記第２の光の一部を高調波に変換し、
   該高調波を前記第３の光として射出するための第４高調
   波変換素子とを有し、 前記第１干渉光生成系は、前記第１の光の一部を高調波
   に変換するための第５高調波変換素子を有し、該第５高
   調波変換素子を介して得られた高調波と前記第２の光と
   のホモダイン干渉によって前記第１干渉光を生成し、 前記第２干渉光生成系は、前記第２の光の一部を高調波
   に変換するための第６高調波変換素子を有し、該第６高
   調波変換素子を介して得られた高調波と前記第３の光と
   のホモダイン干渉によって前記第２干渉光を生成するこ
   とを特徴とする請求項２または３に記載の光波干渉測定
   装置。
7. 【請求項７】 前記第２の光は、前記第１の光の第２高
   調波であり、 前記第４高調波変換素子は、前記第２の光の一部を第２
   高調波に変換し、 前記第５高調波変換素子は、前記第１の光の一部を第２
   高調波に変換し、 前記第６高調波変換素子は、前記第２の光の一部を第２
   高調波に変換することを特徴とする請求項６に記載の光
   波干渉測定装置。
8. 【請求項８】 前記測定光学系は、所定方向に沿った移
   動鏡の変位量を測定するための測長用干渉計であり、 前記屈折率変動測定系は、 互いに異なる周波数を有する第１の光、第２の光および
   第３の光と、前記第１の光とわずかに周波数の異なる第
   ４の光、前記第２の光とわずかに周波数の異なる第５の
   光、および前記第３の光とわずかに周波数の異なる第６
   の光とをほぼ同一の光路に沿って出力するための第２光
   源部と、 前記測長用干渉計の参照光路を介した前記第１の光と前
   記測長用干渉計の測定光路を介した前記第４の光との第
   １干渉光を生成するための第１干渉光生成系と、 前記測長用干渉計の参照光路を介した前記第２の光と前
   記測長用干渉計の測定光路を介した前記第５の光との第
   ２干渉光を生成するための第２干渉光生成系と、 前記測長用干渉計の参照光路を介した前記第３の光と前
   記測長用干渉計の測定光路を介した前記第６の光との第
   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１干渉光、前記第２干渉光および前記第３干渉光
   に基づいて、前記測長用干渉計の参照光路および測定光
   路中の気体の密度変動および湿度変動に伴う屈折率変動
   を測定し、前記測長用干渉計で測定した前記移動鏡の変
   位量を補正す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。
9. 【請求項９】 前記第２光源部は、 第７の光と、その高調波である第８の光とを供給する光
   源と、 前記光源からの前記第７の光の一部を高調波に変換し、
   該高調波を第９の光として射出するための第１高調波変
   換素子と、 前記第７の光の一部を第１変調周波数だけわずかに周波
   数変調させて前記第１の光として射出するための第１周
   波数変調素子と、 前記第７の光の残部を前記第１変調周波数とは異なる第
   ２変調周波数だけわずかに周波数変調させて前記第４の
   光として射出するための第２周波数変調素子と、 前記第８の光の一部を第３変調周波数だけわずかに周波
   数変調させて前記第２の光として射出するための第３周
   波数変調素子と、 前記第８の光の残部を前記第３変調周波数とは異なる第
   ４変調周波数だけわずかに周波数変調させて前記第５の
   光として射出するための第４周波数変調素子と、 前記第９の光の一部を第５変調周波数だけわずかに周波
   数変調させて前記第３の光として射出するための第５周
   波数変調素子と、 前記第９の光の残部を前記第５変調周波数とは異なる第
   ６変調周波数だけわずかに周波数変調させて前記第６の
   光として射出するための第６周波数変調素子とを有する
   ことを特徴とする請求項８に記載の光波干渉測定装置。
10. 【請求項１０】 前記第８の光は、前記第７の光の第２
    高調波であり、 前記第１高調波変換素子は、前記第２の光の一部を第２
    高調波に変換することを特徴とする請求項９に記載の光
    波干渉測定装置。
11. 【請求項１１】 前記複数の光のうち少なくとも１つの
    光の光路変動を検出するための光路変動検出手段を備え
    ていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１
    項に記載の光波干渉測定装置。