JP2011164090A - ヘテロダインレーザー干渉測長器 - Google Patents

Abstract

【課題】測長結果から精度よくデッドパスの影響を排除するヘテロダインレーザー干渉測長器を提供する。
【解決手段】ヘテロダインレーザー光源１０からのビームを２本の物理的に離れた平行なレーザービームに分岐させて測定ビームＢ１と参照ビームＢ２を生成する分岐器８０と、測定ビームＢ１及び参照ビームＢ２を測定光路ＬＰ１，ＬＰ２に向けて分割する偏光ビームスプリッタ３０と、測定光路ＬＰ１，ＬＰ２に設けられる１／４波長板３１，３２と、可動測定物５０に仮想直線上にお互いの反射面を反対方向に向けて固定され、測定ビームＢ１１，Ｂ１２が照射される測定ミラー３４１，３４２と、測定ミラー３４１，３４２近傍に配置され、参照ビームＢ２１，Ｂ２２が照射される反射ミラー４１１，４１２と、測定ミラー３４１，３４２の反射光を干渉させた光と反射ミラー４１１，４１２の反射光を干渉させた光に基づく２つのビート信号から変位を算出する演算回路７０を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、精密機械、半導体、光ディスクなどの加工製造に利用されるレーザー光を用いて被測定物の変位を測定するヘテロダインレーザー干渉測長器や電子線描画装置等精密加工装置の可動部の移動距離計測に応用されるヘテロダインレーザー干渉測長器に関し、具体的には、デッドパスエラー補正を行うヘテロダインレーザー干渉測長器に関する。

レーザー干渉測長として利用されている方式で代表的なものは、高精度で安定性があるヘテロダインレーザー干渉測長器である。

図１に、従来のヘテロダインレーザー干渉測長器の代表構成例を示す。
ヘテロダインレーザー光源１０は、互いに周波数がわずかに異なり偏光面が直交する、２つの直線偏光出射ビームを出射する。また、ヘテロダインレーザー光源１０から出射されてビームスプリッタ２０で分岐されたビームは、光検出器２１で干渉状態を電気信号に変換し、基準信号回路２２でビート信号を検出する。
一方、ビームスプリッタ２０を透過したビームは、偏光ビームスプリッタ３０で基準ビームと測定ビームに分割される。

基準ビームは、１／４波長板３１を透過後、位置固定されている基準ミラー３３で反射され、１／４波長板３１を経て偏光ビームスプリッタ３０へ戻る。
測定ビームは、１／４波長板３２を透過後、可動測定ミラー３４で反射され、１／４波長板３２を経て偏光ビームスプリッタ３０へ戻る。

基準ミラー３３と測定ミラー３４で反射した基準ビームと測定ビームは、それぞれ２回１／４波長板３１，３２を通るので偏光面が回転し、偏光ビームスプリッタ３０から出射ビームとは分離され、光検出器３５で干渉状態を電気信号に変換され、測定信号回路３６でビート信号が検出される。なお、偏光ビームスプリッタ３０と２つの１／４波長板３１，３２は一体化されている場合も多い。
ついで、基準信号回路２２と測定信号回路３６の出力は、演算回路７０で演算処理される。

測定対象に搭載して固定された可動測定ミラー３４が動くと、測定信号回路３６のビート信号位相が変化し、また周波数が速度に応じてドップラーシフトするため、演算回路７０が、基準信号回路２２をもとにこれらを演算処理することで移動距離を測定できる。

この移動距離は絶対値測定ではなく相対値測定で行われ、任意に定めた測定原点（Ｏ）で測定値をゼロリセットする。測定原点における基準ビームと測定ビームの光路長差がデッドパスである。

一般に光学系配置の制約等から、デッドパスをゼロとすることは困難である。周囲環境の温度、湿度、気圧によってレーザー光の波長は変化する（エドレンの式として知られている）ので、レーザー干渉測長の測定値も変化するが、デッドパス中の変化分は測定値から分離することができないため、結果として可動測定ミラー３４の移動距離測定精度が低下するという問題がある。

そのため、デッドパスの影響を低減させる方法や装置が提案されている。
まず、設計上のデッドパス量をあらかじめ求めておき、環境変化によるデッドパス量変化分を計算してデッドパスを含む実際の測長結果を補正する方法がある（特許文献１，２参照。）。
すなわち、デッドパス長Ｌｄを何らかの手段（例えば、メジャーなど）によって測定し、レーザー干渉を利用して測定した測長結果をＬ、符号ダッシュを温度等環境を考慮したエドレンの式による補正後の測長結果とすると、真の移動距離ＬａをＬａ＝Ｌ’−（Ｌｄ−Ｌｄ’）として求める（特許文献１）。
また、温度等環境条件の検出部を備え、デッドパスを入力部に操作者がデッドパス長Ｃｄ（正しくは距離に対応するカウント値）を入力し、自動的にエドレンの式による補正が行われるようにし、測定した移動距離Ｃｐの値に対し、真の移動距離をＣ＝Ｃｐ−（Ｃｄ−Ｃｄ’）としている（特許文献２）。

しかしながら、これらの従来技術では、デッドパス量をあらかじめ求めておき、環境変化によるデッドパス量変化分を計算してデッドパスを含む測長結果を補正するが、間接的であり、またあらかじめ求めておくデッドパス量の精度が低い、という問題があった。

また、参照および測定光路に伸縮機構を備え、基準ミラー・測定物と偏光ビームスプリッタとの距離を増減できるようにし、デッドパスゼロに相当する光源からの基準信号を元に、参照および測定光路の位相差を算出し、参照光路の長さを伸縮させて、実際にデッドパス長をゼロに調整することで、デッドパス自体を光学系から取り除くようにする装置が提案されている（特許文献３参照。）。

しかしながら、この従来技術では、デッドパス量を実際に求めてそれ自体を解消させるが、そのために必要な光路伸縮機構が必要であり、実際の装置搭載を考えると実現が難しく、実現した場合も設置スペースの点で問題があった。

また、基準光路の１／４波長板を基準ビームに部分的に挿入し、測定光路の１／４波長板の表面の一部をミラーとし測定原点に配置して、基準信号は、基準光路の１／４波長板を通らず基準ミラーから反射される部分と、測定光路の１／４波長板表面から反射される部分の干渉によって発生し、測定信号は、基準光路の１／４波長板を通り基準ミラーから反射される部分と、測定光路の１／４波長板を通り測定ミラーから反射される部分の干渉によって発生するようにしているので、デッドパスの測長を基準信号で行い、測定ミラー位置の測長を測定信号で行ない、測定ミラーの測長結果からデッドパス量変化を相殺する装置が提案されている（特許文献４参照。）。

しかしながら、この従来技術では、対象と共にデッドパス部の光学測長も行なうことでデッドパス量変化を相殺しているが、基準ミラーは位置固定とするのが前提と読み取れる。あえて基準ミラーの可動を許し差動検出光学系に適用しようとすると、２つの光路間で測定光路の位置が光軸に対して反転するため、測定光路を測定ミラーの同一直線上に合わせるためには光路をシフトさせる必要があり、そのための機構が余分に必要になる問題があった。

また、レーザー干渉測長では基準光路を測定光路として利用し、分解能を向上させる方法がある。
図２に代表的な構成を示すが、被測定物５０にお互いのミラー面が反対方向に向いた基準ミラー３３と測定ミラー３４が搭載された形になっている。
また、基準ミラー３３への基準ビームは、１／４波長板３１から方向を変えるための３つのミラー５１，５２，５３を経て導かれている。基準ビームと測定ビームは同一直線上にあり、基準ミラー３３と測定ミラー３４のミラー面はビームに対して垂直となるように配置されている。

図１のヘテロダインレーザー干渉測長器と比較すると、基準ミラー３３のミラー面が光軸に相当する直線に対して測定ミラー３４のミラー面と反対方向を向いて測定対象に搭載される点が違っている。この構成では、測定対象の光軸方向移動量に対し光路長が差動検出されて２倍になるので分解能が２倍に向上する。

また、このような差動検出光学系構成では、基準ミラー３３と測定ミラー３４の働きは全く同等になる。ただし光学的差動検出では、測定対象を挟み込むような光学系を構成する必要があるため、基本的には被測定物に移動量を加えた程度の不等長光路となり、デッドパスが図１で示す通常の光学系に比較して大きくなる。そのため、より一層デッドパスによる測定精度の低下を抑制する手段を講ずる必要がある。

特許文献５では、ヘテロダインレーザー干渉測長器の偏光ビームスプリッタで分離される２つの測定ビームを、それぞれ被測定物に対して仮想直線上の対向方向から照射し、その反射干渉光によって被測定物の変位を計測する場合に、被測定物近傍に設けた反射ミラーによって被測定物に照射される２本の測定ビーム断面の一部を反射し、同一光束として逆方向へ戻る被測定物からの反射ビームと上記反射ミラーからの反射ビームとを、偏向ビームスプリッタ以降で２分割し、被測定物からの反射干渉光のビート信号と、反射ミラーからの反射干渉光ビート信号の２角ビート信号の差分に対応する変移の算出を行っている。これにより、前者はデッドパスを含む被測定物の変位量に対応し、後者はデッドパス量に対応するので、その差分をとることによりデッドパス量を排除することができる。

しかしながら、この従来技術では、対象と共にデッドパス部の光学測長も行なうことでデッドパスの影響を排除しているが、反射光束を物理的に２分割した上、さらに対象からの反射光および反射ミラーからの光を開口制限により選択している。そのため、ビート信号に関する光検出器に到達する光量が少なく、対象の反射率によっては測定精度が影響を受けたり、測定できなくなったりする問題があった。

本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、光学的差動検出を用いたヘテロダインレーザー干渉測長器において、測長結果から精度よくデッドパスの影響を排除することのできるヘテロダインレーザー干渉測長器を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために提供する本発明は、以下の通りである。
〔１〕 被測定物（可動測定物５０）の変位を測定するヘテロダインレーザー干渉測長器であって、仮想直線上にお互いの反射面を反対方向に向けて前記被測定物に固定される２つの測定ミラー（測定ミラー３４１，３４２）と、異なる周波数で偏光面が直交する２つの直線偏光レーザービームを物理的に１本のレーザービームとして出射するヘテロダインレーザー光源（ヘテロダインレーザー光源１０）と、前記ヘテロダインレーザー光源からのレーザービームを分岐させて測定ビーム（測定ビームＢ１）と参照ビーム（参照ビームＢ２）からなる２本の物理的に離れた平行なレーザービームを生成する分岐器（分岐器８０）と、前記分岐器からの測定ビーム及び参照ビームを２方向に分割する偏光ビームスプリッタ（偏光ビームスプリッタ３０）と、前記２方向に分割された測定ビーム及び参照ビームのうち、一方向の測定ビーム（第１の測定ビームＢ１１）及び参照ビーム（第１の参照ビームＢ２１）を前記仮想直線に沿って前記２つの測定ミラーの一方の測定ミラー（測定ミラー３４１）側へ導き、他方向の測定ビーム（第２の測定ビームＢ１２）及び参照ビーム（第２の参照ビームＢ２２）を前記仮想直線に沿って他方の測定ミラー（測定ミラー３４２）側へ導く２つの測定光路（測定光路ＬＰ１，ＬＰ２）と、前記２つの測定光路それぞれの光路中に設けられる２つの１／４波長板（１／４波長板３１，３２）と、前記２つの測定光路ごとに前記１／４波長板と前記測定ミラーの間に配置され、前記参照ビームを反射する２つの反射ミラー（反射ミラー４１１，４１２）と、前記２つの測定ミラーで反射されたそれぞれの前記測定ビームを前記偏光ビームスプリッタで干渉させた測定ビーム干渉光（測定ビーム干渉光Ｂ１ｋ）の強度を電気的に検出する測定ビーム光検出器（光検出器３５）と、前記測定ビーム光検出器の出力からビート信号を生成する測定ビーム測定回路（測定信号回路３６）と、前記２つの反射ミラーで反射されたそれぞれの前記参照ビームを前記偏光ビームスプリッタで干渉させた参照ビーム干渉光（参照ビーム干渉光Ｂ２ｋ）の強度を電気的に検出する参照ビーム光検出器（光検出器３７）と、前記参照ビーム光検出器の出力からビート信号を生成する参照ビーム測定回路（測定信号回路３８）と、前記測定ビーム測定回路で生成されるビート信号と前記参照ビーム測定回路で生成されるビート信号の差分に対応する変位の算出を行う演算回路（演算回路７０）と、を備えることを特徴とするヘテロダインレーザー干渉測長器（図３）。
〔２〕 前記２つの測定光路ごとに前記反射ミラーと前記測定ミラーの間に配置され、前記測定ビームを該測定ミラーの反射面に集光させる２つのレンズ（レンズ４２１，４２２）を備えることを特徴とする前記〔１〕に記載のヘテロダインレーザー干渉測長器（図４）。
〔３〕 前記分岐器は、前記測定ビームと参照ビームの光量比の調整手段を有することを特徴とする前記〔１〕または〔２〕に記載のヘテロダインレーザー干渉測長器（図７，図８）。
〔４〕 被測定物（可動測定物５０）の変位を測定するヘテロダインレーザー干渉測長器であって、仮想直線上にお互いの反射面を反対方向に向けて前記被測定物に固定される２つの測定ミラー（測定ミラー３４１，３４２）と、異なる周波数で偏光面が直交する２つの直線偏光レーザービームを含むレーザービームを発生し、該レーザービームを分岐させて測定ビーム（測定ビームＢ１）と参照ビーム（参照ビームＢ２）からなる２本の物理的に離れた平行なレーザービームとして出射するヘテロダインレーザー光源（ヘテロダインレーザー光源１０）と、前記ヘテロダインレーザー光源からの測定ビーム及び参照ビームを２方向に分割する偏光ビームスプリッタ（偏光ビームスプリッタ３０）と、前記２方向に分割された測定ビーム及び参照ビームのうち、一方向の測定ビーム（第１の測定ビームＢ１１）及び参照ビーム（第１の参照ビームＢ２１）を前記仮想直線に沿って前記２つの測定ミラーの一方の測定ミラー（測定ミラー３４１）側へ導き、他方向の測定ビーム（第２の測定ビームＢ１２）及び参照ビーム（第２の参照ビームＢ２２）を前記仮想直線に沿って他方の測定ミラー（測定ミラー３４２）側へ導く２つの測定光路（測定光路ＬＰ１，ＬＰ２）と、前記２つの測定光路それぞれの光路中に設けられる２つの１／４波長板（１／４波長板３１，３２）と、前記２つの測定光路ごとに前記１／４波長板と前記測定ミラーの間に配置され、前記参照ビームを反射する２つの反射ミラー（反射ミラー４１１，４１２）と、前記２つの測定ミラーで反射されたそれぞれの前記測定ビームを前記偏光ビームスプリッタで干渉させた測定ビーム干渉光（測定ビーム干渉光Ｂ１ｋ）の強度を電気的に検出する測定ビーム光検出器（光検出器３５）と、前記測定ビーム光検出器の出力からビート信号を生成する測定ビーム測定回路（測定信号回路３６）と、前記２つの反射ミラーで反射されたそれぞれの前記参照ビームを前記偏光ビームスプリッタで干渉させた参照ビーム干渉光（参照ビーム干渉光Ｂ２ｋ）の強度を電気的に検出する参照ビーム光検出器（光検出器３７）と、前記参照ビーム光検出器の出力からビート信号を生成する参照ビーム測定回路（測定信号回路３８）と、前記測定ビーム測定回路で生成されるビート信号と前記参照ビーム測定回路で生成されるビート信号の差分に対応する変位の算出を行う演算回路（演算回路７０）と、を備えることを特徴とするヘテロダインレーザー干渉測長器（図５）。
〔５〕 前記２つの測定光路ごとに前記反射ミラーと前記測定ミラーの間に配置され、前記測定ビームを該測定ミラーの反射面に集光させる２つのレンズ（レンズ４２１，４２２）を備えることを特徴とする前記〔４〕に記載のヘテロダインレーザー干渉測長器（図６）。
〔６〕 前記ヘテロダインレーザー光源は、前記測定ビームと参照ビームの光量比の調整手段を有することを特徴とする前記〔４〕または〔５〕に記載のヘテロダインレーザー干渉測長器（図７，図８）。
〔７〕 前記偏光ビームスプリッタは、前記２つの１／４波長板を一体化して備えることを特徴とする前記〔１〕〜〔６〕のいずれかに記載のヘテロダインレーザー干渉測長器。
〔８〕 前記測定ミラーは、前記被測定物の端面を反射面としたものであることを特徴とする前記〔１〕〜〔７〕のいずれかに記載のヘテロダインレーザー干渉測長器（図４，図６）。

本発明のヘテロダインレーザー干渉測長器によれば、光学的差動検出構成で測定対象の測長を行うと同時に、測定対象に近接した部分に反射ミラーを設置し、測定ビームの一部でデッドパス測長も行って、最終的な測長結果からデッドパスの値を取り除いているので、分解能２倍であっても測長結果からデッドパスの影響を排除することができる。また、測定ビームと参照ビームは物理的に離れた平行ビームであり、ビーム分割することなく各々全光量をビート信号の光検出器が利用できるので、精度良く測定を行うことができる。
また、測定ビームをレンズで集光して測定対象に照射すると、元の測定ビーム径よりも小さなビーム反射面しか持たない物体やビーム反射面が曲面の物体も測長が可能となる。

従来のヘテロダインレーザー干渉測長器の構成例１を示すブロック図である。 従来のヘテロダインレーザー干渉測長器の構成例２を示すブロック図である。 本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器の第１の実施形態における構成を示すブロック図である。 本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器の第２の実施形態における構成を示すブロック図である。 本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器の第３の実施形態における構成を示すブロック図である。 本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器の第４の実施形態における構成を示すブロック図である。 本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器における測定ビームと参照ビームの光量比の調整手段の構成例１を示す概略図である。 本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器における測定ビームと参照ビームの光量比の調整手段の構成例２を示す概略図である。構成を示すブロック図である。

以下に、本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器の構成について説明する。
図３は、本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器の第１の実施形態における構成を示すブロック図である。
図３に示すように、ヘテロダインレーザー光源１０からは、互いに周波数がわずかに異なり偏光面が直交する、２つの直線偏光出射ビームが物理的に１本のレーザービームとして出射され、続いてこの１本のレーザービームが分岐器８０によって物理的に離れた平行な２本の測定ビーム(Ｂ１)と参照ビーム(Ｂ２)に分岐される。分岐器８０としては、無偏光ビームスプリッタとミラーの組み合わせなどが利用できる。

分岐器８０から出た測定ビーム(Ｂ１)と参照ビーム(Ｂ２)は、偏光ビームスプリッタ３０に入射し、それぞれ偏光ビームスプリッタ３０により２方向に分割される。なお、測定ビーム(Ｂ１)と参照ビーム(Ｂ２)は、物理的に離れた平行な２本のレーザービームとして偏光ビームスプリッタ３０に入射することから、偏光ビームスプリッタ３０内の異なる位置（点）で分割される。すなわち、偏光ビームスプリッタ３０内において、測定ビーム(Ｂ１)は点Ｐ１で分割され、参照ビーム(Ｂ２)は点Ｐ２で分割される。

このとき、測定ビーム（Ｂ１）は第１の測定ビームＢ１１と第２の測定ビームＢ１２に、参照ビーム（Ｂ２）は第１の参照ビームＢ２１と第２の参照ビームＢ２２に分割される。また、第１の測定ビームＢ１１と第１の参照ビームＢ２１は、偏光ビームスプリッタ３０で反射されて図中上方に向かうビームであり、第２の測定ビームＢ１２と第２の参照ビームＢ２２は偏光ビームスプリッタ３０を透過して図中右方に向かうビームである。さらに、第１の測定ビームＢ１１と第１の参照ビームＢ２１は、お互いが物理的に離れた平行な関係のまま測定光路ＬＰ１を通り、第２の測定ビームＢ１２と第２の参照ビームＢ２２は、お互いが物理的に離れた平行な関係のまま測定光路ＬＰ２を通る。

測定光路ＬＰ１では、１／４波長板３１と、ミラー５１，５２，５３が配置されており、第１の測定ビームＢ１１と第１の参照ビームＢ２１は、お互いが物理的に離れた平行な関係が維持されたまま、１／４波長板３１を透過した後、ミラー５１，５２，５３で反射されて方向が変えられて、測定ミラー３４１側へ導かれる。

ここで、第１の測定ビームＢ１１は、そのまま測定ミラー３４１で反射されて、そこから測定光路ＬＰ１を遡り、１／４波長板３１を経て偏光ビームスプリッタ３０へ戻る。また、第１の参照ビームＢ２１は、測定光路ＬＰ１中で、ミラー５３までは第１の測定ビームＢ１１と同じ光路を通り、測定ミラー３４１の手前の所定位置に配置された反射ミラー４１１で反射されて、そこから測定光路ＬＰ１を遡り、１／４波長板３１を経て偏光ビームスプリッタ３０へ戻る。

なお、反射されて戻ってきた第１の測定ビームＢ１１は、偏光ビームスプリッタ３０において、前述の分岐器８０から入射してきた測定ビームＢ１が分割された点Ｐ１に戻ってくる。また、反射されて戻ってきた第１の参照ビームＢ２１は、偏光ビームスプリッタ３０において、前述の分岐器８０から入射してきた参照ビームＢ２が分割された点Ｐ２に戻ってくる。したがって、反射されて戻ってきた第１の測定ビームＢ１１と第１の参照ビームＢ２１は、偏光ビームスプリッタ３０において異なる位置（点）に入射することになる。

測定光路ＬＰ２では、１／４波長板３２が配置されており、第２の測定ビームＢ１２と第２の参照ビームＢ２２は、お互いが物理的に離れた平行な関係が維持されたまま、１／４波長板３２を透過した後、測定ミラー３４２側へ導かれる。

ここで、第２の測定ビームＢ１２は、そのまま測定ミラー３４２で反射されて、そこから測定光路ＬＰ２を遡り、１／４波長板３２を経て偏光ビームスプリッタ３０へ戻る。また、第２の参照ビームＢ２２は、測定光路ＬＰ２中を第２の測定ビームＢ１２と同じ光路を通り、測定ミラー３４２手前の所定位置に配置された反射ミラー４１２で反射されて、そこから測定光路ＬＰ２を遡り、１／４波長板３２を経て偏光ビームスプリッタ３０へ戻る。

なお、反射されて戻ってきた第２の測定ビームＢ１２は、偏光ビームスプリッタ３０において、前述の分岐器８０から入射してきた測定ビームＢ１が分割された点Ｐ１に戻ってくる。また、反射されて戻ってきた第２の参照ビームＢ２２は、偏光ビームスプリッタ３０において、前述の分岐器８０から入射してきた参照ビームＢ２が分割された点Ｐ２に戻ってくる。したがって、反射されて戻ってきた第２の測定ビームＢ１２と第２の参照ビームＢ２２は、偏光ビームスプリッタ３０において異なる位置（点）に入射するとともに、反射されて戻ってきた第１の測定ビームＢ１１と第２の測定ビームＢ１２は偏光ビームスプリッタ３０において同じ位置（点Ｐ１）に入射し、反射されて戻ってきた第１の参照ビームＢ２１と第２の参照ビームＢ２２は偏光ビームスプリッタ３０において同じ位置（点Ｐ２）に入射することになる。

なお、偏光ビームスプリッタ３０と２つの１／４波長板３１，３２は、一体化されていても差し支えない。

また、ミラー５３から測定ミラー３４１に向かう測定光路ＬＰ１と測定光路ＬＰ２は一直線（仮想直線）をなすように調整されており、２つの測定ミラー３４１，３４２のミラー面（反射面）は測定光路ＬＰ１，ＬＰ２の光軸に対し垂直に、かつ反対を向いた状態で可動測定物５０に設置され、固定されている。

また、反射ミラー４１１，４１２は、第１の参照ビームＢ２１、第２の参照ビームＢ２２それぞれを反射して測定光路ＬＰ１，ＬＰ２を遡らせるように、測定光路ＬＰ１，ＬＰ２光軸に対して配置する。

さらに、反射ミラー４１１，４１２は、可能な限り測定ミラー３４１，３４２に近接させて配置する。

上記の測定ミラー３４１，３４２及び反射ミラー４１１，４１２としては、平面ミラーやコーナーキューブの利用が考えられる。あるいは、測定ミラー３４１，３４２は、可動測定物の端面そのものを反射面としたものであってもよい。

測定光路ＬＰ１において、偏向ビームスプリッタ３０から測定ミラー３４１までの距離をＭＰ１、偏向ビームスプリッタ３０から反射ミラー４１１までの距離ＤＰ１とし、測定光路ＬＰ２において、偏向ビームスプリッタ３０から測定ミラー３４２までの距離ＭＰ２、偏向ビームスプリッタ３０から反射ミラー４１２までの距離をＤＰ２とする。

ここで、偏向ビームスプリッタ３０から出て、測定ミラー３４１で反射されて再度偏向ビームスプリッタ３０に戻ってきた第１の測定ビームＢ１１は、１／４波長板３１を２回通るので、偏光面が回転し、偏光ビームスプリッタ３０では出射ビームとは分離され該偏光ビームスプリッタ３０を図中下方向に透過する。また、偏向ビームスプリッタ３０から出て、測定ミラー３４２で反射されて再度偏向ビームスプリッタ３０に戻ってきた第２の測定ビームＢ１２は、１／４波長板３２を２回通るので、偏光面が回転し、偏光ビームスプリッタ３０から出射ビームとは分離され該偏光ビームスプリッタ３０で図中下方向に反射される。このとき、偏光ビームスプリッタ３０では、測定ミラー３４１で反射されて戻ってきた第１の測定ビームＢ１１と測定ミラー３４２で反射されて戻ってきた第２の測定ビームＢ１２を干渉させた１本の測定ビーム干渉光Ｂ１ｋとして図中下方に出射することになる。
ついで、測定ビーム干渉光Ｂ１ｋは、ミラー６０により折り曲げられて光検出器３５に導かれる。

光検出器３５では、測定ビーム干渉光Ｂ１ｋの干渉状態（強度）を電気信号に変換し、ついで、測定信号回路３６で光検出器３５の出力信号からビート信号を生成する。この測定信号回路３６のビート信号は、距離(ＭＰ１−ＭＰ２)に対応し、これは差動検出光学系におけるデッドパス量を含む測定対象の移動距離に相当する。

一方、偏向ビームスプリッタ３０から出て、反射ミラー４１１で反射されて再度偏向ビームスプリッタ３０に戻ってきた第１の参照ビームＢ２１は、１／４波長板３１を２回通るので、偏光面が回転し、偏光ビームスプリッタ３０では出射ビームとは分離され該偏光ビームスプリッタ３０を図中下方向に透過する。また、偏向ビームスプリッタ３０から出て、反射ミラー４１２で反射されて再度偏向ビームスプリッタ３０に戻ってきた第２の参照ビームＢ２２は、１／４波長板３２を２回通るので、偏光面が回転し、偏光ビームスプリッタ３０から出射ビームとは分離され該偏光ビームスプリッタ３０で図中下方向に反射される。このとき、偏光ビームスプリッタ３０では、反射ミラー４１１で反射されて戻ってきた第１の参照ビームＢ２１と反射ミラー４１２で反射されて戻ってきた第２の参照ビームＢ２２を干渉させた１本の参照ビーム干渉光Ｂ２ｋとして図中下方に出射することになる。また、参照ビーム干渉光Ｂ２ｋは、測定ビーム干渉光Ｂ１ｋと物理的に離れて平行な関係を維持したまま偏光ビームスプリッタ３０から出射される。
ついで、参照ビーム干渉光Ｂ２ｋは、ミラー６１により折り曲げられて光検出器３７に導かれる。

なお、測定ビーム干渉光Ｂ１ｋと参照ビーム干渉光Ｂ２ｋは、偏光ビームスプリッタ３０からお互いに物理的に離れた平行な２本のビームとして出射されるため、測定ビーム干渉光Ｂ１ｋ、参照ビーム干渉光Ｂ２ｋそれぞれをそのまま簡単に光検出器３５，３７に導くことができる。

光検出器３７では、参照ビーム干渉光Ｂ２ｋの干渉状態（強度）を電気信号に変換し、ついで、測定信号回路３８で光検出器３７の出力信号からビート信号を生成する。この測定信号回路３８のビート信号は、距離(ＤＰ１−ＤＰ２)に対応し、これは差動検出光学系におけるデッドパス量に相当する。

ついで、演算回路７０は、測定信号回路３６で生成されるビート信号と、測定信号回路３８で生成されるビート信号とを受けて、両者の差分に対応する変位の算出を行う。すなわち、測定信号回路３６，３８でデッドパス量を含む測定対象の移動距離とデッドパス量とを電気的に検出できているので、演算回路７０は、測定信号回路３６の出力信号と測定信号回路３８の出力信号の差((ＭＰ１−ＭＰ２)−(ＤＰ１−ＤＰ２))を算出し、差動検出光学系におけるデッドパス量を含まない測定対象の移動距離を得ることができる。

なお、演算回路７０における測定信号回路３６の出力信号と測定信号回路３８の出力信号の差の算出方法としては、測定信号回路３６の出力信号を基準ビート信号として用い、測定信号回路３８のビート信号との差を求める方法でよい。あるいは、図１，図２で説明した基準信号回路２２（図３では図示していない）を利用し、測定信号回路３６と測定信号回路３８の出力信号それぞれと基準信号回路２２の出力信号との差を求め、実際に(ＤＰ１−ＤＰ２)および(ＭＰ１−ＭＰ２)に相当するデータを算出してから、これらの差を演算する方法でもよい。

本実施形態のヘテロダインレーザー干渉測長器は、一例として直動ステージの移動量測定に応用することができる。具体例として、半導体用や光ディスク、ハードディスクのパターン作製用の精密直動ステージに適用すれば、デッドパスの影響を受けることなく高精度にステージ移動量を計測しているので、ステージ送り制御の精度を高めることができ、作製パターンの精度を改善することが可能である。

次に、本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器の第２の実施形態における構成について説明する。
図４は、本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器の第２の実施形態における構成を示すブロック図である。
本実施形態は、図３のヘテロダインレーザー干渉測長器（第１の実施形態）と比較して、測定ミラー３４１，３４２が可動測定物５０の端面そのものを反射面としたものであり、測定ビームＢ１１，Ｂ１２を、それぞれ集光して測定ミラー３４１，３４２に照射するレンズ４２１，４２２を備える点で異なり、それ以外の部分については図３の構成と同一である。

レンズ４２１，４２２で測定ビームＢ１１，Ｂ１２を集光することにより、光源のビーム径よりも小さな測定ミラー面積しかとることのできない被測定物や、測定ミラーが曲面となっている被測定物に対しても測定可能になる。

また、反射ミラー４１１，４１２の位置として、反射面をレンズ４２１，４２２の入射面に配置させると、反射ミラー間隔を最大に取ることができるので好ましい。

また、図４のヘテロダインレーザー干渉測長器における可動測定物５０の測長の機構（方法）は、測定ビームＢ１１，Ｂ１２をレンズ４２１，４２２で集光して可動測定物５０の端面（測定ミラー３４１，３４２）に照射し、その反射光をレンズ４２１，４２２を通過させて偏光ビームスプリッタ３０に戻す点が第１の実施形態と異なるだけで、基本的な測長の機構（方法）は第１の実施形態と同じであるため、その説明は省略する。

なおここでは、可動測定物５０の端面そのものをミラー化して測定ミラー３４１，３４２とする例を取り上げたが、図３のように独立した測定ミラー３４１，３４２が可動測定物５０に設置され、固定されていても差し支えない。

本実施形態のヘテロダインレーザー干渉測長器は、一例として回転ステージの回転振れ量測定に応用することができる。具体例として、光ディスク、ハードディスクのパターン作製用の精密ターンテーブルに適用すれば、デッドパスの影響を受けることなく高精度にターンテーブル回転振れを計測するので、パターン作製用のレーザービーム位置に回転振れ量をフィードバックして、振れのないトラックパターンを作るなど精度を改善することが可能である。

次に、本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器の第３の実施形態における構成について説明する。
図５は、本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器の第３の実施形態における構成を示すブロック図である。本実施形態では、第１の実施形態（図３）と比較して、ビームの分岐がヘテロダインレーザー光源１０の内部で行われ、２本のビームが出射される点が異なる。

図５に示すように、ヘテロダインレーザー光源１０の内部では、はじめに互いに周波数がわずかに異なり偏光面が直交する、２つの直線偏光出射ビームが物理的に１本のビームとして生成され、続く分岐器８０によって平行な２本の測定ビーム(Ｂ１)と参照ビーム(Ｂ２)に分岐されて外部に出射される。分岐器８０としては無偏光ビームスプリッタとミラーの組み合わせなどが利用できる。

ヘテロダインレーザー光源１０から出射された測定ビーム(Ｂ１)と参照ビーム(Ｂ２)は、偏光ビームスプリッタ３０に入射し、それぞれ偏光ビームスプリッタ３０により２方向に分割される。なお、測定ビーム(Ｂ１)と参照ビーム(Ｂ２)は、物理的に離れた平行な２本のレーザービームとして偏光ビームスプリッタ３０に入射することから、偏光ビームスプリッタ３０内の異なる位置（点）で分割される。すなわち、偏光ビームスプリッタ３０内において、測定ビーム(Ｂ１)は点Ｐ１で分割され、参照ビーム(Ｂ２)は点Ｐ２で分割される。

このとき、測定ビーム（Ｂ１）は第１の測定ビームＢ１１と第２の測定ビームＢ１２に、参照ビーム（Ｂ２）は第１の参照ビームＢ２１と第２の参照ビームＢ２２に分割される。また、第１の測定ビームＢ１１と第１の参照ビームＢ２１は、偏光ビームスプリッタ３０で反射されて図中上方に向かうビームであり、第２の測定ビームＢ１２と第２の参照ビームＢ２２は偏光ビームスプリッタ３０を透過して図中右方に向かうビームである。さらに、第１の測定ビームＢ１１と第１の参照ビームＢ２１は、お互いが物理的に離れた平行な関係のまま測定光路ＬＰ１を通り、第２の測定ビームＢ１２と第２の参照ビームＢ２２は、お互いが物理的に離れた平行な関係のまま測定光路ＬＰ２を通る。

測定光路ＬＰ１では、１／４波長板３１と、ミラー５１，５２，５３が配置されており、第１の測定ビームＢ１１と第１の参照ビームＢ２１は、お互いが物理的に離れた平行な関係が維持されたまま、１／４波長板３１を透過した後、ミラー５１，５２，５３で反射されて方向が変えられて、測定ミラー３４１側へ導かれる。

ここで、第１の測定ビームＢ１１は、そのまま測定ミラー３４１で反射されて、そこから測定光路ＬＰ１を遡り、１／４波長板３１を経て偏光ビームスプリッタ３０へ戻る。また、第１の参照ビームＢ２１は、測定光路ＬＰ１中で、ミラー５３までは第１の測定ビームＢ１１と同じ光路を通り、測定ミラー３４１の手前の所定位置に配置された反射ミラー４１１で反射されて、そこから測定光路ＬＰ１を遡り、１／４波長板３１を経て偏光ビームスプリッタ３０へ戻る。

なお、反射されて戻ってきた第１の測定ビームＢ１１は、偏光ビームスプリッタ３０において、前述の分岐器８０から入射してきた測定ビームＢ１が分割された点Ｐ１に戻ってくる。また、反射されて戻ってきた第１の参照ビームＢ２１は、偏光ビームスプリッタ３０において、前述の分岐器８０から入射してきた参照ビームＢ２が分割された点Ｐ２に戻ってくる。したがって、反射されて戻ってきた第１の測定ビームＢ１１と第１の参照ビームＢ２１は、偏光ビームスプリッタ３０において異なる位置（点）に入射することになる。

測定光路ＬＰ２では、１／４波長板３２が配置されており、第２の測定ビームＢ１２と第２の参照ビームＢ２２は、お互いが物理的に離れた平行な関係が維持されたまま、１／４波長板３２を透過した後、測定ミラー３４２側へ導かれる。

ここで、第２の測定ビームＢ１２は、そのまま測定ミラー３４２で反射されて、そこから測定光路ＬＰ２を遡り、１／４波長板３２を経て偏光ビームスプリッタ３０へ戻る。また、第２の参照ビームＢ２２は、測定光路ＬＰ２中を第２の測定ビームＢ１２と同じ光路を通り、測定ミラー３４２手前の所定位置に配置された反射ミラー４１２で反射されて、そこから測定光路ＬＰ２を遡り、１／４波長板３２を経て偏光ビームスプリッタ３０へ戻る。

なお、反射されて戻ってきた第２の測定ビームＢ１２は、偏光ビームスプリッタ３０において、前述の分岐器８０から入射してきた測定ビームＢ１が分割された点Ｐ１に戻ってくる。また、反射されて戻ってきた第２の参照ビームＢ２２は、偏光ビームスプリッタ３０において、前述の分岐器８０から入射してきた参照ビームＢ２が分割された点Ｐ２に戻ってくる。したがって、反射されて戻ってきた第２の測定ビームＢ１２と第２の参照ビームＢ２２は、偏光ビームスプリッタ３０において異なる位置（点）に入射するとともに、反射されて戻ってきた第１の測定ビームＢ１１と第２の測定ビームＢ１２は偏光ビームスプリッタ３０において同じ位置（点Ｐ１）に入射し、反射されて戻ってきた第１の参照ビームＢ２１と第２の参照ビームＢ２２は偏光ビームスプリッタ３０において同じ位置（点Ｐ２）に入射することになる。

なお、偏光ビームスプリッタ３０と２つの１／４波長板３１，３２は、一体化されていても差し支えない。

また、ミラー５３から測定ミラー３４１に向かう測定光路ＬＰ１と測定光路ＬＰ２は一直線（仮想直線）をなすように調整されており、２つの測定ミラー３４１，３４２のミラー面（反射面）は測定光路ＬＰ１，ＬＰ２の光軸に対し垂直に、かつ反対を向いた状態で可動測定物５０に設置され、固定されている。

また、反射ミラー４１１，４１２は、第１の参照ビームＢ２１、第２の参照ビームＢ２２それぞれを反射して測定光路ＬＰ１，ＬＰ２を遡らせるように、測定光路ＬＰ１，ＬＰ２光軸に対して配置する。

さらに、反射ミラー４１１，４１２は、可能な限り測定ミラー３４１，３４２に近接させて配置する。

上記の測定ミラー３４１，３４２及び反射ミラー４１１，４１２としては、平面ミラーやコーナーキューブの利用が考えられる。あるいは、測定ミラー３４１，３４２は、可動測定物の端面そのものを反射面としたものであってもよい。

測定光路ＬＰ１において、偏向ビームスプリッタ３０から測定ミラー３４１までの距離をＭＰ１、偏向ビームスプリッタ３０から反射ミラー４１１までの距離ＤＰ１とし、測定光路ＬＰ２において、偏向ビームスプリッタ３０から測定ミラー３４２までの距離ＭＰ２、偏向ビームスプリッタ３０から反射ミラー４１２までの距離をＤＰ２とする。

ここで、偏向ビームスプリッタ３０から出て、測定ミラー３４１で反射されて再度偏向ビームスプリッタ３０に戻ってきた第１の測定ビームＢ１１は、１／４波長板３１を２回通るので、偏光面が回転し、偏光ビームスプリッタ３０では出射ビームとは分離され該偏光ビームスプリッタ３０を図中下方向に透過する。また、偏向ビームスプリッタ３０から出て、測定ミラー３４２で反射されて再度偏向ビームスプリッタ３０に戻ってきた第２の測定ビームＢ１２は、１／４波長板３２を２回通るので、偏光面が回転し、偏光ビームスプリッタ３０から出射ビームとは分離され該偏光ビームスプリッタ３０で図中下方向に反射される。このとき、偏光ビームスプリッタ３０では、測定ミラー３４１で反射されて戻ってきた第１の測定ビームＢ１１と測定ミラー３４２で反射されて戻ってきた第２の測定ビームＢ１２を干渉させた１本の測定ビーム干渉光Ｂ１ｋとして図中下方に出射することになる。
ついで、測定ビーム干渉光Ｂ１ｋは、ミラー６０により折り曲げられて光検出器３５に導かれる。

光検出器３５では、測定ビーム干渉光Ｂ１ｋの干渉状態（強度）を電気信号に変換し、ついで、測定信号回路３６で光検出器３５の出力信号からビート信号を生成する。この測定信号回路３６のビート信号は、距離(ＭＰ１−ＭＰ２)に対応し、これは差動検出光学系におけるデッドパス量を含む測定対象の移動距離に相当する。

一方、偏向ビームスプリッタ３０から出て、反射ミラー４１１で反射されて再度偏向ビームスプリッタ３０に戻ってきた第１の参照ビームＢ２１は、１／４波長板３１を２回通るので、偏光面が回転し、偏光ビームスプリッタ３０では出射ビームとは分離され該偏光ビームスプリッタ３０を図中下方向に透過する。また、偏向ビームスプリッタ３０から出て、反射ミラー４１２で反射されて再度偏向ビームスプリッタ３０に戻ってきた第２の参照ビームＢ２２は、１／４波長板３２を２回通るので、偏光面が回転し、偏光ビームスプリッタ３０から出射ビームとは分離され該偏光ビームスプリッタ３０で図中下方向に反射される。このとき、偏光ビームスプリッタ３０では、反射ミラー４１１で反射されて戻ってきた第１の参照ビームＢ２１と反射ミラー４１２で反射されて戻ってきた第２の参照ビームＢ２２を干渉させた１本の参照ビーム干渉光Ｂ２ｋとして図中下方に出射することになる。また、参照ビーム干渉光Ｂ２ｋは、測定ビーム干渉光Ｂ１ｋと物理的に離れて平行な関係を維持したまま偏光ビームスプリッタ３０から出射される。
ついで、参照ビーム干渉光Ｂ２ｋは、ミラー６１により折り曲げられて光検出器３７に導かれる。

なお、測定ビーム干渉光Ｂ１ｋと参照ビーム干渉光Ｂ２ｋは、偏光ビームスプリッタ３０からお互いに物理的に離れた平行な２本のビームとして出射されるため、測定ビーム干渉光Ｂ１ｋ、参照ビーム干渉光Ｂ２ｋそれぞれをそのまま簡単に光検出器３５，３７に導くことができる。

光検出器３７では、参照ビーム干渉光Ｂ２ｋの干渉状態（強度）を電気信号に変換し、ついで、測定信号回路３８で光検出器３７の出力信号からビート信号を生成する。この測定信号回路３８のビート信号は、距離(ＤＰ１−ＤＰ２)に対応し、これは差動検出光学系におけるデッドパス量に相当する。

ついで、演算回路７０は、測定信号回路３６で生成されるビート信号と、測定信号回路３８で生成されるビート信号とを受けて、両者の差分に対応する変位の算出を行う。すなわち、測定信号回路３６，３８でデッドパス量を含む測定対象の移動距離とデッドパス量とを電気的に検出できているので、演算回路７０は、測定信号回路３６の出力信号と測定信号回路３８の出力信号の差((ＭＰ１−ＭＰ２)−(ＤＰ１−ＤＰ２))を算出し、差動検出光学系におけるデッドパス量を含まない測定対象の移動距離を得ることができる。

なお、演算回路７０における測定信号回路３６の出力信号と測定信号回路３８の出力信号の差の算出方法としては、測定信号回路３６の出力信号を基準ビート信号として用い、測定信号回路３８のビート信号との差を求める方法でよい。あるいは、図１，図２で説明した基準信号回路２２（図５では図示していない）を利用し、測定信号回路３６と測定信号回路３８の出力信号それぞれと基準信号回路２２の出力信号との差を求め、実際に(ＤＰ１−ＤＰ２)および(ＭＰ１−ＭＰ２)に相当するデータを算出してから、これらの差を演算する方法でもよい。

本実施形態のヘテロダインレーザー干渉測長器は、一例として直動ステージの移動量測定に応用することができる。具体例として、半導体用や光ディスク、ハードディスクのパターン作製用の精密直動ステージに適用すれば、デッドパスの影響を受けることなく高精度にステージ移動量を計測しているので、ステージ送り制御の精度を高めることができ、作製パターンの精度を改善することが可能である。なお、ヘテロダインレーザー光源１０から物理的に離れた平行な測定ビームと参照ビームが出射されるようにしているので、測定ビームと参照ビームを分岐させる光学系を設置することなく、本発明の第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

次に、本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器の第４の実施形態における構成について説明する。
図６は、本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器の第４の実施形態における構成を示すブロック図である。
本実施形態は、図５のヘテロダインレーザー干渉測長器（第３の実施形態）と比較して、測定ミラー３４１，３４２が可動測定物５０の端面そのものを反射面としたものであり、測定ビームＢ１１，Ｂ１２を、それぞれ集光して測定ミラー３４１，３４２に照射するレンズ４２１，４２２を備える点で異なり、それ以外の部分については図５の構成と同一である。

レンズ４２１，４２２で測定ビームＢ１１，Ｂ１２を集光することにより、光源のビーム径よりも小さな測定ミラー面積しかとることのできない被測定物や、測定ミラーが曲面となっている被測定物に対しても測定可能になる。

また、反射ミラー４１１，４１２の位置として、反射面をレンズ４２１，４２２の入射面に配置させると、反射ミラー間隔を最大に取ることができるので好ましい。

また、図６のヘテロダインレーザー干渉測長器における可動測定物５０の測長の機構（方法）は、測定ビームＢ１１，Ｂ１２をレンズ４２１，４２２で集光して可動測定物５０の端面（測定ミラー３４１，３４２）に照射し、その反射光をレンズ４２１，４２２を通過させて偏光ビームスプリッタ３０に戻す点が第１の実施形態と異なるだけで、基本的な測長の機構（方法）は第３の実施形態と同じであるため、その説明は省略する。

なおここでは、可動測定物５０の端面そのものをミラー化して測定ミラー３４１，３４２とする例を取り上げたが、図５のように独立した測定ミラー３４１，３４２が可動測定物５０に設置され、固定されていても差し支えない。

また、図３〜図６に示したヘテロダインレーザー干渉測長器の分岐器８０において、測定ビームＢ１と参照ビームＢ２の光量比の調整手段を有することが好ましい。詳しくは、分岐器８０において、光量分割比率が異なる複数の無偏光ビームスプリッタを用意し、その中から一つを選択して所定位置に配置し、無偏光ビームスプリッタとは別に用意されたミラーからなる光路によって、無偏光ビームスプリッタに入射するビームから、２本の平行ビーム（測定ビームＢ１と参照ビームＢ２）を分岐・発生させるようするとよい。

その具体例としては、図７に示すように、光量分割比率が異なる無偏光ビームスプリッタを複数（ここでは３個の無偏光ビームスプリッタ８１１、８１２、８１３）用意し回転を利用してその中の一つを選択して所定位置（図７において無偏光ビームスプリッタ８１２の位置）に配置し、固定されたミラー８２と合わせて光路とする構成がある。

また、図８に示すように、相対位置が固定された光量分割比率が異なる無偏光ビームスプリッタとミラーの組み合わせを複数組（ここでは、無偏光ビームスプリッタ８１１とミラー８２１、無偏光ビームスプリッタ８１２とミラー８２２、無偏光ビームスプリッタ８１３とミラー８２３の３組）用意し、回転を利用してその中から一組選択して所定位置（図８において無偏光ビームスプリッタ８１２とミラー８２２の組の位置）に配置し、光路とする構成がある。

このようにすることで、測定ビームＢ１と参照ビームＢ２を分岐させると同時に両者の光量比を変更することができ、測定対象５０の反射率が小さい場合は、測定ビームＢ１の光量比率を大きくすることで光検出器３５に到達する光量を増やし、測定ビームＢ１と参照ビームＢ２の光量比率が固定の場合（例えば１：１の場合）に比べ、測定の安定性や精度を向上させることが可能となる。これは、図４，図６に示す構成のように、可動測定物５０の端面そのものを反射面（測定ミラー３４１，３４２）とした場合に特に有効である。なおこの場合、参照ビームＢ２の光量が相対的に小さくなるが、参照ビームＢ２が反射するのは反射ミラー４１１，４１２であるためその反射率は高く、通常は反射光量が相当量減っても問題にならない。

また本実施形態のヘテロダインレーザー干渉測長器は、一例として回転ステージの回転振れ量測定に応用することができる。具体例として、光ディスク、ハードディスクのパターン作製用の精密ターンテーブルに適用すれば、デッドパスの影響を受けることなく高精度にターンテーブル回転振れを計測するので、パターン作製用のレーザービーム位置に回転振れ量をフィードバックして、振れのないトラックパターンを作るなど精度を改善することが可能である。なお、ヘテロダインレーザー光源１０から物理的に離れた平行な測定ビームと参照ビームが出射されるようにしているので、測定ビームと参照ビームを分岐させる光学系を設置することなく、本発明の第２の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

以上のように、本発明のヘテロダインレーザー干渉測長器によれば、測定ビーム、参照ビームのビート信号に関する光量を減らすことなく、そのまま光検出器に到達させるため、測定対象の反射率の影響を受けることなく、測長結果からデッドパスの影響を排除し、高精度の測長結果を得ることができる。

なお、これまで本発明を図面に示した実施形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

１０ ヘテロダインレーザー光源
２０ ビームスプリッタ
２１，３５，３７ 光検出器
２２ 基準信号回路
３０ 偏光ビームスプリッタ
３１，３２ １／４波長板
３３ 基準ミラー
３４，３４１，３４２ 測定ミラー
３６，３８ 測定信号回路
５０ 可動測定物
５１，５２，５３，６０，６１ ミラー
７０ 演算回路
８０ 分岐器
８２，８２１，８２２，８２３ ミラー
４１１，４１２ 反射ミラー
４２１，４２２ レンズ
８１１，８１２，８１３ 無偏光ビームスプリッタ
Ｂ１，Ｂ１１，Ｂ１２ 測定ビーム
Ｂ１ｋ 測定ビーム干渉光
Ｂ２，Ｂ２１，Ｂ２２ 参照ビーム
Ｂ２ｋ 参照ビーム干渉光
ＤＰ１，ＤＰ２，ＭＰ１，ＭＰ２ 距離
ＬＰ１，ＬＰ２ 測定光路
Ｐ１，Ｐ２ 点

特開平０６−０５８７１１号公報 特開平０９−２８７９１７号公報 特開２００３−２８７４０３号公報 特開平１１−２５７９１５号公報 特開２００７−３２７８１９号公報

Claims (8)

1. 被測定物の変位を測定するヘテロダインレーザー干渉測長器であって、
   仮想直線上にお互いの反射面を反対方向に向けて前記被測定物に固定される２つの測定ミラーと、
   異なる周波数で偏光面が直交する２つの直線偏光レーザービームを物理的に１本のレーザービームとして出射するヘテロダインレーザー光源と、
   前記ヘテロダインレーザー光源からのレーザービームを分岐させて測定ビームと参照ビームからなる２本の物理的に離れた平行なレーザービームを生成する分岐器と、
   前記分岐器からの測定ビーム及び参照ビームを２方向に分割する偏光ビームスプリッタと、
   前記２方向に分割された測定ビーム及び参照ビームのうち、一方向の測定ビーム及び参照ビームを前記仮想直線に沿って前記２つの測定ミラーの一方の測定ミラー側へ導き、他方向の測定ビーム及び参照ビームを前記仮想直線に沿って他方の測定ミラー側へ導く２つの測定光路と、
   前記２つの測定光路それぞれの光路中に設けられる２つの１／４波長板と、
   前記２つの測定光路ごとに前記１／４波長板と前記測定ミラーの間に配置され、前記参照ビームを反射する２つの反射ミラーと、
   前記２つの測定ミラーで反射されたそれぞれの前記測定ビームを前記偏光ビームスプリッタで干渉させた測定ビーム干渉光の強度を電気的に検出する測定ビーム光検出器と、
   前記測定ビーム光検出器の出力からビート信号を生成する測定ビーム測定回路と、
   前記２つの反射ミラーで反射されたそれぞれの前記参照ビームを前記偏光ビームスプリッタで干渉させた参照ビーム干渉光の強度を電気的に検出する参照ビーム光検出器と、
   前記参照ビーム光検出器の出力からビート信号を生成する参照ビーム測定回路と、
   前記測定ビーム測定回路で生成されるビート信号と前記参照ビーム測定回路で生成されるビート信号の差分に対応する変位の算出を行う演算回路と、
   を備えることを特徴とするヘテロダインレーザー干渉測長器。
2. 前記２つの測定光路ごとに前記反射ミラーと前記測定ミラーの間に配置され、前記測定ビームを該測定ミラーの反射面に集光させる２つのレンズを備えることを特徴とする請求項１に記載のヘテロダインレーザー干渉測長器。
3. 前記分岐器は、前記測定ビームと参照ビームの光量比の調整手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載のヘテロダインレーザー干渉測長器。
4. 被測定物の変位を測定するヘテロダインレーザー干渉測長器であって、
   仮想直線上にお互いの反射面を反対方向に向けて前記被測定物に固定される２つの測定ミラーと、
   異なる周波数で偏光面が直交する２つの直線偏光レーザービームを含むレーザービームを発生し、該レーザービームを分岐させて測定ビームと参照ビームからなる２本の物理的に離れた平行なレーザービームとして出射するヘテロダインレーザー光源と、
   前記ヘテロダインレーザー光源からの測定ビーム及び参照ビームを２方向に分割する偏光ビームスプリッタと、
   前記２方向に分割された測定ビーム及び参照ビームのうち、一方向の測定ビーム及び参照ビームを前記仮想直線に沿って前記２つの測定ミラーの一方の測定ミラー側へ導き、他方向の測定ビーム及び参照ビームを前記仮想直線に沿って他方の測定ミラー側へ導く２つの測定光路と、
   前記２つの測定光路それぞれの光路中に設けられる２つの１／４波長板と、
   前記２つの測定光路ごとに前記１／４波長板と前記測定ミラーの間に配置され、前記参照ビームを反射する２つの反射ミラーと、
   前記２つの測定ミラーで反射されたそれぞれの前記測定ビームを前記偏光ビームスプリッタで干渉させた測定ビーム干渉光の強度を電気的に検出する測定ビーム光検出器と、
   前記測定ビーム光検出器の出力からビート信号を生成する測定ビーム測定回路と、
   前記２つの反射ミラーで反射されたそれぞれの前記参照ビームを前記偏光ビームスプリッタで干渉させた参照ビーム干渉光の強度を電気的に検出する参照ビーム光検出器と、
   前記参照ビーム光検出器の出力からビート信号を生成する参照ビーム測定回路と、
   前記測定ビーム測定回路で生成されるビート信号と前記参照ビーム測定回路で生成されるビート信号の差分に対応する変位の算出を行う演算回路と、
   を備えることを特徴とするヘテロダインレーザー干渉測長器。
5. 前記２つの測定光路ごとに前記反射ミラーと前記測定ミラーの間に配置され、前記測定ビームを該測定ミラーの反射面に集光させる２つのレンズを備えることを特徴とする請求項４に記載のヘテロダインレーザー干渉測長器。
6. 前記ヘテロダインレーザー光源は、前記測定ビームと参照ビームの光量比の調整手段を有することを特徴とする請求項４または５に記載のヘテロダインレーザー干渉測長器。
7. 前記偏光ビームスプリッタは、前記２つの１／４波長板を一体化して備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のヘテロダインレーザー干渉測長器。
8. 前記測定ミラーは、前記被測定物の端面を反射面としたものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のヘテロダインレーザー干渉測長器。

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