JP2015230258A - 干渉計測装置、及び変位量測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成で、かつ、微小領域に対しても不確かさを低減した測定精度の高い干渉計測装置を提供する。【解決手段】干渉計測装置１は、第一波長の第一レーザ光、及び第二波長の第二レーザ光を出射させるレーザ光源２と、第一レーザ光及び第二レーザ光をそれぞれ第一方向及び第二方向に分岐させるビームスプリッタ４１と、第一方向に設けられて第一レーザ光及び第二レーザ光を反射する第一反射部４３と、第二方向に設けられて第一レーザ光を折り返す第二反射部４４と、第二方向に設けられて第二レーザ光を折り返す第三反射部４５と、反射された第一レーザ光の干渉信号及び第二レーザ光の干渉信号をそれぞれ検出する位相検出部４６と、第一反射部４３を第一方向に変位させて、第二反射部４４の第二方向への変位による干渉信号の位相変化量と、第一反射部４３の変位による干渉信号の位相変化量とを一致させるコントローラ６と、を備えた。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ干渉を用いた干渉計測装置、及び当該干渉計測装置を用いた変位量測定方法に関する。

従来、レーザ干渉測長を用いて、位置決めや工作機械の評価を行う装置が知られている（例えば特許文献１）。
このようなレーザ干渉測長では、固体スケール等と比較して、アライメントを自由に設定でき、アッベ誤差を低減できるメリットがある。
しかしながら、このようなレーザ干渉測長では、例えば数μｍ程度となる微小領域に対する測定では、内挿により測定を実施する必要があり、測定の不確かさの影響が生じる。これに対して、測定の不確かさを改善するために、レーザ光の波長をより短い波長（例えば紫外域やＸ線領域）としたり、干渉計測装置と測定対象とのレーザ光の往復回数を増加させる光路長増倍法を用いたりする方法が知られている。また、光コムを用いて２種類の波長のレーザ光を生成し、これらのレーザ光を合成した安定波長レーザ光を用いて測定を行う装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開平０７-２４３８０７号公報 特許第４６１３３５１号公報

しかしながら、紫外領域やＸ線領域のレーザ光を用いる場合、レーザ波長の波長安定性や、光学部品の入手困難性に伴うコスト高、装置の大型化、安全性等の課題があり、実用的ではないとの課題がある。
また、光路長増倍法では、光学素子内にレーザ光を複数回往復させる必要があるので光量低下が生じ、また、迷光や漏れ光等の影響も大きくなるので、光路長増倍法による測定の不確かさの改善には限界がある。
さらに、特許文献２に示される装置では、光コムが等間隔で多数の周波数成分を出力するため、個々のレーザ光の絶対波長を正確に把握することが困難であるとの課題があり、また、装置の大型化等の課題も残る。

本発明は、簡素な構成で、かつ、微小領域に対しても不確かさを低減した測定精度の高い干渉計測装置、及び当該干渉計測装置を用いた変位量測定方法を提供することを目的する。

本発明における干渉計測装置は、第一波長の第一レーザ光、及び前記第一波長とは異なる第二波長の第二レーザ光を出射させるレーザ光源と、前記第一レーザ光及び前記第二レーザ光をそれぞれ第一方向及び第二方向に分岐させる光分岐素子と、前記第一方向に設けられ、前記第一レーザ光及び前記第二レーザ光を折り返す第一光学素子と、前記第二方向に設けられ、前記第一レーザ光を折り返す第二光学素子と、前記第二方向に設けられ、前記第二レーザ光を折り返す第三光学素子と、前記第一光学素子及び前記第二光学素子により折り返された前記第一レーザ光の干渉信号、及び前記第一光学素子及び前記第三光学素子により折り返された前記第二レーザ光の干渉信号をそれぞれ検出する検出手段と、前記第一光学素子を前記第一方向に沿って変位させて、前記第二光学素子又は前記第三光学素子の前記第二方向への変位による干渉信号の位相変化量と、前記第一光学素子の変位による干渉信号の位相変化量とを一致させる制御部と、を備えたことを特徴とする。

本発明では、互いに異なる波長となる第一レーザ光及び第二レーザ光を、光分岐素子により、それぞれ、第一方向及び第二方向に分岐させる。第一レーザ光は、第一方向の第一光学素子及び第二方向の第二光学素子により折り返され干渉光として検出手段で検出される。一方、第二レーザ光は、第一方向の第一光学素子及び第二方向の第三光学素子により折り返され干渉光として検出手段で検出される。そして、制御部は、第一光学素子を変位させることで、第二光学素子及び第三光学素子のいずれか一方が変位した際の干渉信号の位相変化量と、第一光学素子の変位による位相変化量を一致させる。

例えば、第二光学素子の変位を測定する（第三光学素子が移動しない）場合、第一レーザ光の干渉光による干渉信号（第一干渉信号）に第二光学素子の変位に伴う位相変化が現れる。この場合、第一光学素子を変化させることで、第一干渉信号に加えて、第二レーザ光の干渉光による干渉信号（第二干渉信号）にも位相変化が現れる。ここで、制御部は、これらの第一干渉信号の位相変化量と、第二干渉信号の位相変化量を一致させるように、すなわち、位相変化量の差が０になるように、第一光学素子を変位させる。
この場合、２つの干渉信号の位相変化量が一致するため、第二光学素子の変位量は、第一光学素子の変位量、第一波長、第二波長、及び各波長に対する空気屈折率により表すことができ、第一波長、第二波長、及び空気屈折率が既知である場合は、第一光学素子の変位量を測定することで、第二光学素子の変位量を測定することが可能となる。
また、第二光学素子及び第三光学素子が移動しないとした場合では、同様の方法により、空気屈折率の微小な変動量の測定も可能となる。

上記のような構成では、例えば紫外領域やＸ線領域のレーザ光を用いる必要がなく、波長安定性が良好な所望波長のレーザ光を用いることができる。また、光路長増倍法等のように複数回レーザ光を往復させる複雑な構成も不要となり、光量低下や迷光、漏れ光等の影響も少なくできる。さらに、光コム等のような大型装置の導入も不要で、レーザ光の波長特定も容易となる。以上のように、本発明では、簡素な構成で、かつ、微小変化に対しても不確かさを低減した高精度な測定を実施することができる。

本発明の干渉計測装置において、前記制御部は、前記第一波長、前記第二波長、前記第一光学素子の前記第一方向への変位量、及び空気屈折率に基づいて、前記第二光学素子又は前記第三光学素子の変位量を測定することが好ましい。
本発明では、上述したように、２つの干渉信号の位相変化量を一致させると、第二光学素子の変位量を、第一光学素子の変位量、第一波長、第二波長、及び各波長に対する空気屈折率により表すことができる。したがって、制御部は、既知である第一波長、第二波長、及び空気屈折率を用い、第一光学素子の変位量を測定することで、第二光学素子の変位量を高精度に測定することができる。

本発明の干渉計測装置において、前記レーザ光源は、前記第一波長及び前記第二波長を変更可能であり、前記制御部は、前記第一波長及び前記第二波長を変更することで、前記第二光学素子又は前記第三光学素子の変位量の測定範囲を変更することが好ましい。
本発明では、前記第二光学素子又は前記第三光学素子の変位量の測定範囲に応じて、第一波長及び第二波長を変更する。つまり、測定範囲を広げる場合には、第一波長及び第二波長の波長差を大きくし、測定範囲を狭める場合には、前記波長差を小さくする。これにより、変位量の測定範囲に応じた適切な波長を選択することで、測定範囲に応じた適切な精度での変位測定を実施することができる。

本発明の干渉計測装置において、前記レーザ光源は、前記第一波長及び前記第二波長を変更可能であり、前記制御部は、前記第一光学素子を第一方向に変位させて、変位位置が変位可能範囲における端点に到達した際に、前記第一レーザ光の波長と前記第二レーザ光の波長とを入れ替えて、前記第一光学素子の変位方向を反転させることが好ましい。
本発明では、第一光学素子を変位させて変位可能範囲の端点に到達した際に、変位方向を判定させ、かつ第一レーザ光及び第二レーザ光の波長を入れ替える。これにより、第一光学素子が変位可能範囲の端点に到達した後も、測定を継続して行うことができる。つまり、第二光学素子又は第三光学素子の変位測定における測定範囲を広げることができ、かつ、第一光学素子の変位可能範囲が狭くてもよいため、装置の小型化を図ることができる。

本発明の干渉計測装置において、前記第一レーザ光の一部、及び前記第二レーザ光の一部が入射される吸収セルを備え、前記レーザ光源は、前記第一レーザ光を前記吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる吸収線に基づいて、前記第一波長を安定化させ、前記第二レーザ光を前記吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる吸収線に基づいて、前記第二波長を安定化させることが好ましい。

本発明は、吸収セルを用いることで、吸収線によって第一レーザ光の第一波長及び第二レーザ光の第二波長が高度に安定化させることができる。従って、このような安定化された波長を用いて干渉信号の位相を比較することで、測定の不確かさをより小さくでき、変位測定や空気屈折率の変動量測定等の各種測定処理においても測定精度をさらに高めることができる。
また、吸収線を用いて第一及び第二波長を安定化することで、これらの波長差を適度に小さくすることができる。このため、個々の波長に対する空気屈折率の変動の相関が高められる。すなわち、空気屈折率が変動した場合でも、その不確かさを小さくすることできる。

本発明の干渉計測装置において、前記レーザ光源は、前記第一波長及び前記第二波長を変更可能であり、前記制御部は、前記第一光学素子、前記第二光学素子、前記第三光学素子を静止させた状態で、前記第一波長及び前記第二波長をそれぞれ所定量変化させた際に前記検出手段により検出される前記第一レーザ光の位相変化量、及び前記第二レーザ光の位相変化量と、前記第一レーザ光の波長変化量と、前記第二レーザ光の波長変化量とを用いて、前記第二光学素子及び前記第三光学素子の絶対位置を測定することが好ましい。

本発明では、制御部は、各レーザ光の波長を変化させて、各干渉信号の位相変化量を検出し、これらの干渉信号の位相変化量と、各波長の変化量に基づいて、第二光学素子や第三光学素子の絶対位置を測定する。
本発明では、各光学素子の絶対位置が測定できる。このため、第二光学素子及び第三光学素子の絶対位置の差を利用することで、空気屈折率や熱膨張係数の影響を補正することができる。また、第二光学素子及び第三光学素子の絶対位置の差が小さくなるように、測定の初期位置を設定することもでき、測定の高精度化を図ることができる。さらに、変位測定を実施する際に変位させる第一光学素子や、変位測定対象である第二光学素子又は第三光学素子の絶対位置を検出できるので、測定時において例えば干渉計内の光路が遮られる等のトラブルが生じた場合でも、原点復帰等の処置が不要となり、容易に測定に復帰することができる。

本発明の干渉計測装置において、前記第二光学素子及び前記第三光学素子の少なくともいずれか一方は、変位測定対象に設けられていることが好ましい。

本発明では、第二光学素子及び第三光学素子の少なくともいずれか一方が変位測定対象に設けられている。本発明では、第二光学素子及び第三光学素子のいずれかの変位を測定することができる。したがって、例えば第二光学素子の変位を測定する場合では、第三光学素子を固定し、第二光学素子に対して変位測定対象を設ける。これにより、変位測定対象の変位を高精度に測定することができる。変位測定対象として例えば振動体を用いる場合、振動体の微小な振動状態を高精度に測定することができる。変位測定対象として例えば熱膨張量を求めたい被測定物を用いる場合では、環境の変化による微小な熱膨張量を高精度に測定することができ、被測定物の寸法や温度変化量が与えられることで熱膨張係数を容易、かつ高精度に測定することもできる。

本発明の干渉計測装置において、前記第二光学素子及び前記第三光学素子の少なくともいずれか一方は、環境変化による熱膨張変動量が所定値以下である低膨張材料に設けられていることが好ましい。

本発明では、第二光学素子及び第三光学素子の少なくともいずれかが低膨張材料に設けられている。例えば第二光学素子を低膨張材料に設け、第三光学素子を例えばベース面等に固定する、又は第二光学素子を低膨張材料の一面に設け、第三光学素子を低膨張材料の前記一面とは反対側の面に設ける。低膨張材料は熱膨張量が小さく、環境変化による変位がないとみなすことができ、この場合、環境変化による空気屈折率の変動量を測定することが可能となる。

本発明の干渉計測装置において、前記制御部は、前記第一波長、前記第二波長、及び前記第一光学素子の前記第一方向への変位量に基づいて、空気屈折率の変動量を測定することが好ましい。
本発明では、制御部は、上述したように、第一干渉信号の位相変化量と、第二干渉信号の位相変化量を一致させるように、すなわち、位相変化量の差が０になるように、第一光学素子を変位させる。この際、上記のように、低膨張材料により、第二光学材料及び第三光学材料の移動がないと見なせるので、第一波長及び第二波長の波長差が十分に小さい場合、空気屈折率の変動量は、第一波長、第二波長、各波長に対する空気屈折率、第一光学素子の変位量、及び低膨張材料の寸法により表すことができる。したがって、第一光学素子の変位量が測定されることで、空気屈折率の変動量を測定することができる。

本発明の干渉計測装置において、前記第二光学素子又は前記第三光学素子の変位量を計測する変位測定機を備え、前記制御部は、前記変位測定機の計測結果に基づいて、前記第一光学素子の変位量を測定することが好ましい。

本発明では、変位測定機により第二光学素子及び第三光学素子のいずれか一方を変位可能とし、他方を固定とする。この場合、変位可能とされた一方の微小な変位量を変位測定機により測定することで、制御部は、第一光学素子の変位量を計測することができる。すなわち、第一光学素子の大きな変位量を高精度に測定することができる。

本発明の変位量測定方法は、第一波長の第一レーザ光を出射させる第一レーザ光源と、第二波長の第二レーザ光を出射させる第二レーザ光源と、前記第一レーザ光及び前記第二レーザ光をそれぞれ第一方向及び第二方向に分岐させる光分岐素子と、前記第一方向に設けられて前記第一レーザ光及び前記第二レーザ光を折り返す第一光学素子と、前記第二方向に設けられて前記第一レーザ光を折り返す第二光学素子と、前記第二方向に設けられて前記第二レーザ光を折り返す第三光学素子と、前記第一光学素子及び前記第二光学素子により折り返された前記第一レーザ光の干渉信号、及び前記第一光学素子及び前記第三光学素子により折り返された前記第二レーザ光の干渉信号のそれぞれの位相変化量を検出する検出手段と、を備えた干渉計測装置における変位量測定方法であって、前記第一光学素子を変位させ、前記第二光学素子又は前記第三光学素子の変位による干渉信号の位相変化量と、前記第一光学素子の変位による干渉信号の位相変化量とを一致させる
ことを特徴とする。

本発明では、上述した発明と同様、簡素な構成で、かつ、微小領域に対しても不確かさを低減した各種測定処理を実施することができる。

本発明に係る第一実施形態の干渉計測装置の概略構成を示す図。 第一実施形態の吸収セルにおける吸収線、及び各レーザ光の波長を示す図。 第一実施形態における変位測定方法を示すフローチャート。 第一実施形態における位置測定の原理を説明するための図。 第一実施形態における位置測定方法を示すフローチャート。 本発明に係る第二実施形態の振動検出装置（干渉計測装置）の概略構成を示す図。 本発明に係る第三実施形態の熱膨張量検出装置（干渉計測装置）の概略構成を示す図。 本発明に係る第四実施形態の空気屈折率測定装置（干渉計測装置）の概略構成を示す図。 本発明に係る第五実施形態の干渉計測装置の概略構成を示す図。 本発明に係る変形例１の第二反射部及び第三反射部の構成例を示す図。 本発明に係る変形例２の干渉計測装置の概略構成を示す図。

［第一実施形態］
以下、本発明に係る第一実施形態の干渉計測装置について、図面に基づいて説明する。
［干渉計測装置の構成］
図１は、第一実施形態の干渉計測装置の概略構成を示す図である。
図１に示すように、本実施形態の干渉計測装置１は、レーザ光源２、吸収セル部３、干渉計４、レーザ光源２からの光を吸収セル部３や干渉計４に導く導光部５、及びこれらを制御するためのコントローラ６を含んで構成されている。

レーザ光源２は、第一レーザ光源２１及び第二レーザ光源２２を備えている。第一レーザ光源２１は、第一波長λ_１の第一レーザ光を出射し、第二レーザ光源２２は、第二波長λ_２の第二レーザ光を出射する。
これらの第一及び第二レーザ光源２１，２２は、例えば共振器を備え、共振器長を変化させることで出射させるレーザ光の波長を所望量だけ変化させることが可能となる。

導光部５は、第一ミラー５１、第二ミラー５２、及び第三ミラー５３を備える。
第一ミラー５１は、第一レーザ光源２１から出射された第一レーザ光を第二ミラーに向かって反射する。
第二ミラー５２は、第一レーザ光及び第二レーザ光をそれぞれ吸収セル部３に向かう方向と、干渉計４に向かう方向とに分岐させる。第二ミラー５２としては、例えばハーフミラー等を用いることができる。なお、本実施形態では、第一レーザ光及び第二レーザ光が第二ミラー５２のそれぞれ異なる位置に入射され、互いの主光軸が一致していない（ずれている）例を示す。
第三ミラー５３は、第二ミラー５２からの各レーザ光を吸収セル部３に向かって反射させる。

吸収セル部３は、吸収セル３１と、第一ディテクタ３２と、第二ディテクタ３３とを備える。
第三ミラー５３で反射された各レーザ光は、図１に示すように、吸収セル３１に入射され、第一レーザ光の透過光は第一ディテクタ３２に、第二レーザ光の透過光は第二ディテクタ３３にて受光され、その受光光強度に応じた検出信号（光出力信号）がコントローラ６に入力される。なお、図１は、吸収セルを単一回通過させる構成としているが、より狭窄な吸収線（飽和吸収線）を得るために、吸収セル内で光を往復させる構成などとしてもよい。この場合、吸収セルに入射するレーザ光に周波数変調信号を印加する。
図２は、吸収セルにおける吸収線（飽和吸収線）、及び各レーザ光の波長を示す図である。
本実施形態では、コントローラ６は、これらの検出信号に基づいて、各レーザ光の強度変化を検出し、各レーザ光の波長を図２に示すような吸収セル３１の特定の吸収線の波長に一致するように、第一及び第二レーザ光源２１，２２の例えば共振器長を制御する等により波長を安定化させる。
つまり、吸収セル３１は、例えばヨウ素セル等により構成され、複数の特定の波長に対して光の吸収特性を示す。したがって、吸収セル３１の透過光を検出することで、吸収線を観測することができる。これらの吸収線は、吸収セルを構成する物質により定まっており、各吸収線における吸収強度が異なり、吸収線の波長間隔も等間隔とならない。従って、コントローラ６は、透過光（レーザ光）の波長を変化させることで各吸収線を容易に区別することが可能であり、これを利用することで、レーザ光の波長を高度に安定化させることが可能となる。

干渉計４は、図１に示すように、本発明の光分岐素子であるビームスプリッタ４１、λ／４板４２Ａ，４２Ｂ、本発明の第一光学素子である第一反射部４３、本発明の第二光学素子である第二反射部４４、本発明の第三光学素子である第三反射部４５、及び位相検出部４６（検出手段）を含んで構成されている。

ビームスプリッタ４１は、導光部５から導かれた第一レーザ光及び第二レーザ光を、それぞれ、第一反射部４３が設けられる第一方向、及び第二、第三反射部４４，４５が設けられる第二方向に分岐させる。具体的にはビームスプリッタ４１は、偏光ビームスプリッタであり、各レーザ光のＳ偏光成分を入射光に対して直交する方向（第一方向）に反射させ、Ｐ偏光成分を入射光の方向と同じ方向（第二方向）に透過させる。

第一方向に反射された各レーザ光は、λ／４板４２Ａを透過し、第一反射部４３で反射され、再びλ／４板４２Ａを透過してビームスプリッタ４１に入射する。よって、第一反射部４３で反射された各レーザ光は、直線偏光方向がＳ偏光からＰ偏光に変化し、ビームスプリッタ４１から位相検出部４６側に透過される。一方、第二方向に透過された第一レーザ光は、λ／４板４２Ｂを透過し、第二反射部４４で反射され、再びλ／４板４２Ｂを透過してビームスプリッタ４１に入射する。よって、第二反射部４４で反射された第一レーザ光は、直線偏光方向がＰ偏光からＳ偏光に変化し、ビームスプリッタ４１から位相検出部４６側に反射される。すなわち、第一反射部４３にて反射された第一レーザ光と第二反射部４４で反射された第一レーザ光との干渉光が位相検出部４６に入射される。
同様に、第二方向に透過された第二レーザ光は、λ／４板４２Ｂを透過し、第三反射部４５で反射され、再びλ／４板４２Ｂを透過してビームスプリッタ４１から位相検出部４６側に反射される。すなわち、第一反射部４３にて反射された第二レーザ光と第三反射部４５で反射された第二レーザ光との干渉光が位相検出部４６に入射される。
位相検出部４６は、入射された第一レーザ光の干渉光、及び第二レーザ光の干渉光をそれぞれ受光し、各干渉光による干渉信号の位相変化量を検出する。

なお、本実施形態では、各反射部４３，４４，４５として反射ミラーが設けられる例を示す。
また、本実施形態において、第一反射部４３は、コントローラ６により制御されることで第一方向に沿って移動可能に構成されている。第二反射部４４は、変位量の測定対象である被測定物に設けられることで、被測定物の変形や変位等により第二方向に変位する。第三反射部４５は、干渉計４に対して固定されている。

コントローラ６は、本発明の制御部に相当し、例えばメモリ等の記憶回路、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算回路を含むコンピュータにより構成されている。そして、コントローラ６の演算回路は、記憶回路に記憶されたプログラムや各種データ等を読み込むことで、波長制御手段６１、測定駆動手段６２、変位測定手段６３、及び位置測定手段６４として機能する。なお、本実施形態では、演算回路が各プログラムを読み込み実行することで、上記各手段６１，６２，６３，６４を実現する例を示すが、各手段６１，６２，６３，６４に対応した回路等（ハードウェア）が設けられる構成としてもよい。

波長制御手段６１は、各ディテクタ３２，３３により検出された光強度に基づいて、第一レーザ光源２１及び第二レーザ光源２２の例えば共振器長を制御し、各レーザ光の波長λ_ｉ（ｉ＝１，２）をそれぞれ吸収セル３１における特定の吸収線の波長に合わせて安定化させる。

測定駆動手段６２は、第二反射部４４の変位測定の際に、第一反射部４３を第一方向に移動させる。
変位測定手段６３は、各レーザ光の波長λ_ｉ、各波長λ_ｉに対する空気屈折率ｎ_ｉ（ｉ＝１，２）、第二レーザ光の干渉信号の位相変化量に基づいて、第二反射部４４の変位量を測定する。
位置測定手段６４は、各レーザ光の波長λ_ｉ、各レーザ光を波長変化した際の波長変化量Δλ_ｉに基づいて、各反射部４３，４４の絶対位置を測定する。なお、本実施形態では、第三反射部４５の位置は固定であるため、その位置は既知であるとする。

［干渉計測装置における第二反射部の変位量測定］
［変位測定原理］
次に、本実施形態における第二反射部４４の変位測定の原理について説明する。
以下の説明にあたり、第二反射部４４の変位量をｄｌ、第一反射部４３の変位量をｄＬ、波長λ_ｉに対する空気屈折率をｎ_ｉ、波長λ_ｉのレーザ光の干渉信号の位相変化量をｄφ_ｉ、空気中における波長λ_ｉの値をλ_ｉａとする。
本実施形態では、変位測定対象である第二反射部４４が変位した際に、第一反射部４３も変位させる。この時、各レーザ光に対する位相変化量は、下記式（１）（２）で表すことができ、これらの位相変化量の差は下記式（３）のようになる。

ここで、本実施形態の変位測定では、第二反射部４４が変位した時に、測定駆動手段６２は、式（３）に示す位相変化量の差が０になるように第一反射部４３を変位させる。すなわち、第一レーザ光の干渉信号の位相変化量と、第二レーザ光の干渉信号の位相変化量とを一致させる。この場合、式（３）から下記式（４）を導き出すことができる。

上記式（４）に示すように、第二反射部４４の変位量ｄｌは、第一反射部４３の変位量ｄＬと、各レーザ光の波長λ_ｉと、各波長λ_ｉに対する空気屈折率ｎ_ｉとにより求めることができる。
［変位測定方法］
以下、上記干渉計測装置１を用いた第二反射部４４の変位測定量方法の詳細について、図面に基づいて説明する。
図３は、本実施形態における変位測定方法のフローチャートである。
干渉計測装置１において第二反射部４４の変位量を測定するには、まず、コントローラ６の波長制御手段６１は、吸収セル部３から入力される各レーザ光の光強度を用いて、図２に示すように、レーザ光の波長λ_ｉの波長を吸収セル３１の吸収線の波長に安定化させる（ステップＳ１）。

次に、コントローラ６は、各波長λ_ｉに対する空気屈折率ｎ_ｉを算出する（ステップＳ２）。すなわち、干渉計測装置１は、温度計、湿度計、気圧計等の各環境パラメータを計測する計測センサー（図示略）を備えており、コントローラ６は、レーザ光の波長λ_ｉ、及び計測センサーで検出された温度、湿度、気圧等の環境パラメータを用いて、空気の屈折率の経験式により求めることができる。

次に、測定駆動手段６２は、第一レーザ光の干渉信号の位相変化量と、第二レーザ光の干渉信号の位相変化量とが一致するように、第一反射部４３を第一方向に沿って移動させ、その変位量ｄＬを測定する（ステップＳ３）。
ここで、第一反射部４３の移動方向としては、波長λ_１，λ_２の大小関係により決定される。従って、波長制御手段６１によりレーザ光源２を制御して、各レーザ光の波長λ_１，λ_２を変化させ、これらの波長λ_１，λ_２の大小関係を適宜設定することで、第三反射部４５に対する第一反射部４３の変位方向を決定することができる。

この後、変位測定手段６３は、ステップＳ２により算出された空気屈折率ｎ_ｉと、ステップＳ３において変位させた第一反射部４３の変位量ｄＬと、各レーザ光の波長λ_ｉとを用い、上述した式（４）に基づいて、第二反射部４４の変位量ｄｌを算出する（ステップＳ４）。
なお、上記において、ステップＳ２の後にステップＳ３を実施したが、例えばステップＳ４の処理の後ステップＳ３を実施してもよく、ステップＳ４の処理中にステップＳ３を実施してもよい。

［測定の不確かさ］
上記のような変位測定を実施した際の測定の不確かさについて説明する。
上述した式（４）を偏微分すると以下の式（５）を導き出せる。

上記式（５）において、第１項は、第一反射部４３の変位量ｄＬに比例した不確かさが生じることを示す。本実施形態では、この影響は、空気中の波長の不確かさ（δλ_ｉａ）を低減すること、及び空気中の各レーザ光の波長の変動を２波長間で相殺することで低減している。
すなわち、本実施形態では、各レーザ光の波長を、吸収セル部３を用いて安定化させている。したがって、各レーザ光の波長λ_ｉの不確かさが低減されている。また、上記のように吸収セル部３を用いて各波長λ_ｉが特定されるので、空気中の各波長λ_ｉに対する屈折率ｎ_ｉもより正確に求めることができる。したがって、各波長λ_ｉに対する空気中の波長λ_ｉａの不確かさも低減される。

また、本実施形態では、各波長λ_ｉのレーザ光を同じ吸収セル３１を用いて安定化させている。したがって、吸収線波長の温度依存性の影響が類似し、相殺される。さらに、本実施形態では、各波長λ_ｉのレーザ光の光軸を同軸、若しくは近接させて配置することで、各レーザ光間での空気屈折率の変動の影響が類似し相殺される。
以上により、本実施形態では、上記式（５）に示す、第１項の測定の不確かさが低減される。

また、上記式（５）における第２項は、第一反射部４３の変位量ｄＬの測定の不確かさ（δｄＬ）の影響であることを示す。
この第２項においては、各波長λ_ｉ間の波長差が小さい場合に、その影響を無視できる程度に低減できる。本実施形態では、吸収セル３１を用いてレーザ光源の発振範囲内において現れる吸収線を利用して波長差が十分に小さくなるように、各レーザ光の波長を安定化できる。例えば、図２に示す吸収線において隣合う吸収線を用いて各波長λ_ｉを安定化させることで、波長差を十分に低減できる。より具体的な例を示すと、例えば、λ_１＝５３１ｎｍ、λ_２＝５３２ｎｍとして設定することができ、この場合、δｄＬの影響を１／５３２程度に低減することが可能となる。また、このように、波長差が小さい波長λ_ｉを利用することで、光学系内の光学部品での波長差の影響を低減できるので、各光学部品の共通化を図れる。さらに、各波長λ_ｉ間の空気屈折率の変動の相関が高まる、つまり、空気屈折率が変動した場合でも、その変動による影響が小さくなり、上記式（５）における第１項で示される測定の不確かさにおける空気屈折率の変動の影響に対して、さらに測定の不確かさを低減できる。

なお、本実施形態では、各レーザ光の波長λ_ｉを、吸収セル部３を用いて安定化するため、安定化させる吸収線の波長を変更することで、波長差を適宜変更することができる。つまり、干渉計測装置１の使用目的に応じて、適切な波長λ_ｉを選択することができる。

具体的には、各波長λ_ｉ間の波長差をより大きくすることで、不確かさは大きくなるが、一方で測定範囲を広げることができる。第二反射部４４の変位量が大きい場合に有効となる。
また、各波長λ_ｉ間の波長差を小さくすることで、上述のように不確かさを小さくできる。この場合は、測定範囲が狭くなるが、第二反射部４４の微小変位量を精度よく測定する場合に有効となる。

［干渉計測装置における第一及び第二反射部の絶対位置測定］
次に、本実施形態における第二反射部４４の変位測定について説明する。
上述したような第二反射部の変位量測定では、変位量を算出するものであり、位相変化の累積値を求めても、第一反射部４３や第二反射部４４の絶対位置を求めることができず、第一反射部４３や第二反射部４４の可動範囲や、当該可動範囲内におけるどの位置に位置しているかを求めることができない。これに対して、本実施形態では、レーザ光の波長を変化させることで、さらに第一反射部４３及び第二反射部４４の絶対位置を検出する。

［位置測定原理］
図４は、本実施形態における位置測定の原理を説明するための図である。
図４に示すように、第一レーザ光におけるビームスプリッタ４１から第一反射部４３までの光路長をＬ_１、ビームスプリッタ４１から第二反射部４４までの光路長をｌ_１、第二レーザ光のビームスプリッタ４１から第一反射部４３までの光路長をＬ_２、ビームスプリッタ４１から第三反射部４５までの光路長をｌ_２とする。
波長λ_ｉ（ｉ＝１，２）のレーザ光のＬ_ｉとｌ_ｉとの光路差Ｓ_ｉ（ｉ＝１，２）は、位相をφ_ｉ（ｉ＝１，２）とした場合に、以下の式（６）により表すことができる。

ここで、各レーザ光において安定化させる波長λ_ｉを吸収セル３１における他の吸収線に合わせ、空気中における波長λ_ｉａがΔλ_ｉａだけ変化させると、式（６）は、以下の式（７）のように表せる。

上記式（７）において、波長変化分Δλ_ｉａは、吸収線を用いたレーザ光の波長安定化を行っているので、特定することができる。従って、式（６）（７）から位相φ_ｉを消去することで、以下の式（８）が導き出せる。

ここで、本実施形態において、第三反射部４５は固定されているので、その位置（距離ｌ_２）は既知の値となる。この場合、第一反射部４３の位置（距離Ｌ_２）は、下記式（９）となり、第二反射部４４の位置（距離ｌ_１）は、下記式（１０）となる。

すなわち、上記式（８）に基づいて、各レーザ光における第一方向及び第二方向の光路差Ｓ_ｉを求めることで、式（９）（１０）により第一反射部４３及び第二反射部４４の絶対位置を求めることができる。また、第二反射部４４と第三反射部４５との相対的な位置の差Ｄは、Ｄ＝Ｓ_２−Ｓ_１＝ｌ_１＋ｄ−ｌ_２により求めることができる。

［位置測定方法］
以下、上記干渉計測装置１を用いた第一反射部４３及び第二反射部４４の絶対位置測定方法について、図面に基づいて説明する。
図５は、本実施形態における位置測定方法を示すフローチャートである。
干渉計測装置１において第一反射部４３及び第二反射部４４の絶対位置を測定する場合、まず、各反射部４３，４４を静止させる（ステップＳ１１）。
次に、コントローラ６の波長制御手段６１は、各レーザ光の波長λ_ｉ（λ_１，λ_２）について、安定化させる吸収線を変更して、波長を変化させる（ステップＳ１２）。すなわち、第一波長λ_１をλ_１＋Δλ_１に変化させ、第二波長λ_２をλ_２＋Δλ_２に変化させる。

ステップＳ２によって、各レーザ光の波長が変化されるため、位相検出部４６において各レーザ光に対する干渉信号の位相変化量Δφ_ｉが検出される（ステップＳ１３）。
コントローラ６の位置測定手段６４は、検出された位相変化量Δφ_ｉ、各波長λ_ｉ、及び波長変化量Δλ_ｉから、上述した式（８）を用いて各レーザ光における第一方向及び第二方向の光路差Ｓ_ｉを算出し、さらに、式（９）（１０）により、第一反射部４３及び第二反射部４４の位置を測定する（ステップＳ１４）。

［本実施形態の作用効果］
本実施形態では、レーザ光源２から第一波長λ_１の第一レーザ光、及び第二波長λ_２の第二レーザ光を出射させ、これらのレーザ光をビームスプリッタ４１により第一方向及び第二方向に２分岐させる。そして、位相検出部４６は、第一方向において第一反射部４３にて反射された第一レーザ光と、第二方向において第二反射部４４にて反射された第一レーザ光との干渉光における位相変化量、第一反射部４３にて反射された第二レーザ光と、第二方向において第三反射部４５にて反射された第二レーザ光との干渉光の位相変化量を検出する。また、このような干渉計測装置１において、コントローラの測定駆動手段６２は、第一反射部４３を移動させて、第一レーザ光に対する位相変化量と第二レーザ光に対する位相変化量とを一致させる。そして、変位測定手段６３は、式（４）を用いて、各波長λ_ｉ、空気屈折率ｎ_ｉ、及び第一反射部４３の変位量により第二反射部４４の変位量を測定する。
このような構成では、式（５）に示すように、各波長λ_ｉとして波長が安定化されたレーザ光を用いればよく、紫外線やＸ線等の低波長域のレーザ光を用いる必要がなく、構成の簡略化を図れる。また、光路長増倍法等のような複雑な光路設計、光コムのような大型の装置を用いる必要がなく、この点からも構成の簡略化を図れる。さらに光路長増倍法に比べて光量低下や迷光、漏れ光等の影響も低減でき、測定精度の向上を図れる。すなわち、本実施形態の干渉計測装置１では、簡素な構成で、かつ、微小領域に対しても不確かさを低減した変位測定を実施することができる。

本実施形態では、吸収セル３１を用いることで、吸収線によって各レーザ光の波長λ_ｉをそれぞれ安定化させている。これにより、各レーザ光の波長λ_ｉの不確かさを低減でき、各波長λ_ｉに対応する空気屈折率ｎ_ｉも正確に測定できるので、空気屈折率に対する不確かさも低減できる。従って、式（５）に示す第１項の測定の不確かさを低減させることができる。

また、本実施形態では、１つの吸収セル３１を用いて、各レーザ光の波長λ_ｉの安定化を行っている。この場合、各レーザ光の波長安定化を実施する際に、吸収セル３１における温度依存性の影響が略同じであり、各レーザ光の波長差の変動を抑えることできるため、その影響を相殺できる。したがって、測定の不確かさをさらに低減させることができる。
そして、吸収セル３１の互いに近接する（例えば隣り合う）吸収線に、第一波長λ_１及び第二波長λ_２を合わせることで、各レーザ光の波長差を小さくできる。これにより、光学部材内での波長差の影響が低減でき、光学部品の共通化を図れ、構成の簡略化を図れる。また、波長差を小さくすることで、式（５）における第２項に対する不確かさ（第一反射部４３の変位量ｄＬに対する不確かさδｄＬ）を低減できる。
さらに、各レーザ光の主光軸の距離ｄが、例えば吸収セル３１等の各光学部品のサイズに応じて設定された所定距離以内となるように設定されている。このように、各レーザ光の主光軸を近接させることで、レーザ光の光路上における空気屈折率が類似し、変動した場合でも影響を相殺することができる。これにより、測定の不確かさをより低減させることができる。

本実施形態では、位置測定手段６４は、各レーザ光の波長を所定量変化させた際の各干渉信号の位相変化量と、各波長の変化量とに基づいて、第一反射部４３及び第二反射部４４の絶対位置を測定する。
このような構成では、第二反射部４４及び第三反射部４５の絶対位置の差Ｄを算出することができる。したがって、第一波長λ_１に対する空気屈折率ｎ_１を算出して、この差Ｄに相当する部分の空気屈折率のゆらぎや熱膨張の影響を補正することができる。これにより、測定精度をより高精度にすることができる。
また、変位測定時において、例えば干渉計４内の光路が遮られる等のトラブルが生じた場合、原点復帰等の処置が不要となり、容易に測定に復帰することができる。

［第二実施形態］
次に本発明に係る第二実施形態について、図面に基づいて説明する。
第一実施形態では、干渉計測装置１を用いて、第二反射部４４の変位を測定する例を示した。これに対して、第二実施形態は、第一実施形態の干渉計測装置１を利用した振動検出装置であり、第二反射部４４を変位測定対象である振動部材に設け、振動部材の振動状態を検出する。

図６は、本実施形態の振動検出装置の概略構成を示す図である。なお、以降の説明にあたり、第一実施形態と同様の構成については同符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
図６に示すように、本実施形態における振動検出装置１Ａは、第一実施形態と同様、レーザ光源２、吸収セル部３、干渉計４、及び導光部５を備えている。この振動検出装置１Ａでは、ベース面８を備え、このベース面８に第三反射部４５が設けられている。また、ベース面８には振動部材７１が設置され、振動部材７１に対して第二反射部４４が設けられている。
本実施形態では、振動部材７１の振動により、第二反射部４４が変位する。従って、上記第一実施形態と同様の変位測定方法を用い、第一反射部４３を振動部材７１の振動に合わせて変位させることで、振動部材７１における振動による変位を検出することができる。このような本実施形態では、通常の干渉計では、振動の検出が困難である振動部材７１における微小振動を高精度に測定することができる。

［第三実施形態］
次に本発明に係る第三実施形態について、図面に基づいて説明する。
第三実施形態は、第一実施形態の干渉計測装置１を利用した熱膨張量検出装置であり、第二反射部４４を変位測定対象である熱膨張量の測定対象に設けている。

図７は、本実施形態の熱膨張量検出装置の概略構成を示す図である。
図７に示すように、本実施形態における熱膨張量検出装置１Ｂは、第一実施形態と同様、レーザ光源２、吸収セル部３、干渉計４、及び導光部５を備えている。この熱膨張量検出装置１Ｂでは、ベース面８を備え、このベース面８に第三反射部４５が設けられている。また、ベース面８には変位測定対象である熱膨張量の測定対象の被測定物７２が設置され、被測定物７２に対して第二反射部４４が設けられている。なお、被測定物７２のビームスプリッタ４１側の面に第二反射部４４が設けられ、反対側の面にビームスプリッタ４１に対して対向して第三反射部４５が設けられる構成などとしてもよい。
本実施形態では、被測定物７２が熱膨張（又は熱収縮）により変形すると、第二反射部４４が第二方向に対して変位する。従って、上記第一実施形態と同様の変位測定方法を用い、第一反射部４３を熱変形による変位に合わせて、各レーザ光の干渉信号の位相変化量の差が０となるように変位させることで、被測定物７２における熱膨張量（熱収縮量）を高精度に検出することができる。
また、本実施形態では、第二反射部４４及び第三反射部４５の絶対値を測定することで、被測定物７２の寸法Ｕを測定することもできる。したがって、熱膨張量ｄｌ、被測定物の寸法Ｕ、被測定物の温度変化ΔＴを用いることで、被測定物７２における熱膨張係数αを次式（１１）により算出することもできる。

また、本実施形態において、被測定物７２の熱膨張係数が既知である場合では、上記式（１１）により、被測定物７２の温度変化ΔＴを求めることもできる。

［第四実施形態］
次に本発明に係る第四実施形態について、図面に基づいて説明する。
第四実施形態は、第一実施形態の干渉計測装置１を利用した空気屈折率測定装置である。

図８は、本実施形態の空気屈折率測定装置の概略構成を示す図である。
図８に示すように、本実施形態における空気屈折率測定装置１Ｃは、第一実施形態と同様、レーザ光源２、吸収セル部３、干渉計４、及び導光部５を備えている。この空気屈折率測定装置１Ｃでは、ベース面８を備え、このベース面８に第二反射部４４が設けられている。また、ベース面８には、熱膨張係数が所定値以下である低膨張材料７３が設置され、この低膨張材料７３に対して第三反射部４５が設けられている。低膨張材料７３の温度変化に伴う変形（熱膨張や熱収縮）は十分小さいものとする。すなわち、第二反射部４４及び第三反射部４５の物理的な寸法Ｕの変動は十分に小さい。
なお、低膨張材料７３のビームスプリッタ４１側の面に第三反射部４５が設けられ、反対側の面にビームスプリッタ４１に対して対向して第二反射部４４が設けられる構成などとしてもよい。
また、本実施形態のコントローラ６は、上記第一実施形態と同様、波長制御手段６１、測定駆動手段６２、変位測定手段６３、及び位置測定手段６４を備え、さらに、屈折率の変動量を測定する屈折率測定手段６５を備えている。

以下、本実施形態における空気屈折率測定装置１Ｃにおける空気屈折率の変動量の測定原理及び測定方法を説明する。
本実施形態では、低膨張材料７３の長さ寸法をＵとすると、各レーザ光における第一方向の光路及び第二方向の光路の光路差Ｓ_ｉを用いて、Ｓ_１＝Ｓ_２＋Ｕと表すことができる。
なお、低膨張材料７３の寸法Ｕは、位置測定手段６４により、上記第一実施形態と同様に第二反射部４４の位置を測定することで算出されてもよい。
ここで、各レーザ光の波長λ_ｉに対する空気屈折率ｎ_ｉの変化をｄｎ_ｉ（ｉ＝１，２）とすると、各波長λ_ｉ（ｉ＝１，２）に対する干渉信号の位相変化量ｄφ_ｉは次式（１２）（１３）のようになり、これらの位相変化量の差は式（１４）で表される。

ここで、波長制御手段６１により設定される各レーザ光の波長λ_ｉ（第一波長λ_１及び第二波長λ_２）が十分に近く、その波長差が十分に小さい場合（例えば、λ_１＝５３１ｎｍ、λ_２＝５３２ｎｍ）が選択された場合、空気屈折率の変動の相関も高くなるので、ｄｎ_１λ_２−ｄｎ_２λ_１＝０と見なすことができる。また、Ｓ_２＝０と見なしてもよい。
この際、測定駆動手段６２により、式（１４）における位相差がｄφ_１−ｄφ_２＝０となるように、第一反射部４３を駆動させると、式（１４）は、以下の式（１５）のように変形できる。

したがって、コントローラ６は、まず、測定駆動手段６２により、式（１４）に示される位相変化量の差が０となるように第一反射部４３を変位させる。そして、屈折率測定手段６５は、第一反射部４３の変位量ｄＬ、各レーザ光の波長λ_ｉ、空気屈折率ｎ_ｉ、及び低膨張材料７３の寸法Ｕを用い、式（１５）から、空気屈折率の変動量ｄｎ_１を算出する。
これにより、本実施形態では、上記第一実施形態と同様に、測定の不確かさを低減した空気屈折率の変動量ｄｎ_１を高精度に測定することができる。

［第五実施形態］
次に本発明に係る第五実施形態について、図面に基づいて説明する。
上記第一実施形態では、変位が大きい第一反射部４３の変位量を測定することで、第二反射部４４の微小変位を高精度に測定する例を示した。
これに対して、本実施形態では、第二反射部４４の微小変位を高精度に測定可能な変位計（変位測定機）を用いて、第一反射部４３の変位を測定する点で上記第一実施形態と相違する。

図９は、本実施形態の干渉計測装置の概略構成を示す図である。
図９に示すように、本実施形態における干渉計測装置１Ｄは、第一実施形態と同様、レーザ光源２、吸収セル部３、干渉計４、及び導光部５を備え、さらに、第二反射部４４の変位量を高精度に計測可能な変位計９が設けられている。
この変位計９は、コントローラ６に接続され、第二反射部４４の変位量をコントローラ６に出力する。

本実施形態では、コントローラ６は、第一実施形態と同様の変位測定方法を実施し、各レーザ光の干渉信号の位相変化量の差が０となるように、第一反射部４３を変位させる。また、コントローラ６には、変位計９から第二反射部４４の変位量ｄｌが入力される。従って、本実施形態の変位測定手段６３は、上述した式（４）に基づいて、第一反射部４３の変位量を高精度に求めることができる。

本実施形態では、変位計９により、第二反射部４４の変位量ｄｌを高精度に求めることで、その測定精度を維持したまま、第一反射部４３の変位量ｄＬをも高精度に求めることができる。
また、変位計９として、第二反射部４４の変位量の絶対量（絶対位置）を測定可能な計測器を用いることで、第二反射部４４の変位よりも大きい変位量となる第一反射部４３の変位の絶対量ｄＬを測定することができる。この場合、干渉計４において光路が遮られる等のトラブルが発生した場合でも、原点回帰等の処理を行うことなく、容易に測定に復帰することができ、変位の絶対量ｄＬを測定できる。

［第六実施形態］
次に本発明に係る第六実施形態について説明する。
第六実施形態では、上記第一実施形態におけるコントローラ６は、各レーザ光の波長λ_ｉを変更することにより、第二反射部４４の変位量の測定範囲を変更する点で、上記第一実施形態と相違する。

すなわち、本実施形態では、コントローラ６は、測定範囲の変更指令に基づいて、各レーザ光を安定化させる波長λ_ｉを変更する。この変更指令は、例えばユーザの操作入力により入力されるものであってもよく、例えば第二反射部４４の変位量が所定値を超えた場合に、第二反射部４４の変位量を監視するセンサー等から入力されてもよい。
より具体的には、測定範囲の変更指令として、測定範囲を狭くする旨の指令が入力された場合、各波長λ_ｉ間の波長差を小さくし、第二レーザ光の波長λ_２を大きくする。これにより、式（４）に示すように、第一反射部４３の変位ｄＬに対して、第二反射部４４の変位ｄｌが小さくなる。すなわち、より狭い測定範囲内に対して高精度な測定が可能となる。
一方、第二反射部の測定範囲を広げる場合は、各波長λ_ｉ間の波長差を大きくし、第二レーザ光の波長λ_２を小さくする。これにより、第一反射部４３の変位量を大きくすることなく、より広い測定範囲に対する測定が可能となる。

また、第一反射部４３を変位させる範囲を制御することも可能となる。例えば、第一反射部４３の変位可能範囲が限られており、第一反射部４３の変位量を小さくしたい場合では、各波長λ_ｉの波長差を大きくし、第二レーザ光の波長λ_２を小さくする。これにより、式（４）に示すように、第二反射部４４の変位ｄｌに対して、第一反射部４３の変位ｄＬを小さくできる。
逆に、第一反射部４３の変位量が、変位可能範囲に対して小さい場合等では、第一反射部４３の変位量をより大きくして、より不確かさを低減した測定が可能である。この場合、各波長λ_ｉ間の波長差を小さくし、第二レーザ光の波長λ_２を大きくすればよい。

以上のように、本実施形態では、各レーザ光の波長λ_ｉを変更することで、第二反射部４４の測定範囲を適宜変更することができる。したがって、第二反射部４４の変位量に対して適切な測定範囲となるように波長λ_ｉを設定することで、当該測定範囲に対して測定の不確かさを低減した高精度な測定を行うことができる。
また、第一反射部４３の変位可能範囲が限られている場合でも、波長λ_ｉを設定して、第一反射部４３の変位量を変位可能範囲に収めることができる。

［第七実施形態］
次に本発明に係る第六実施形態について説明する。
上記第一実施形態では、第一反射部４３を第一方向における一方向のみに移動させて、第一レーザ光に対する位相変化量と第二レーザ光に対する位相変化量とを一致する際の変位量を測定する。この場合、第二反射部４４の変位量が大きい場合、第一反射部４３の変位可能範囲を大きく設定する必要があり、装置が大型化するおそれがある。また、第一反射部４３の変位可能範囲が狭い場合では、第二反射部４４の変位量が大きいと、第一反射部４３が変位可能範囲の端部（変位限界位置）まで移動し、それ以上変位させることができない。この場合、第二反射部４４の変位量の測定範囲が限られてしまう。
これに対して、第七実施形態では、第一反射部４３の変位可能範囲によらず、第二反射部４４の変位測定範囲を広げることができる。以下に、その構成及び方法を説明する。

第七実施形態では、上記第一実施形態の干渉計測装置１において、第一反射部４３に変位可能範囲が設定されている。
本実施形態では、図３のステップＳ３において、第一反射部４３を変位させた際に、第一反射部４３の変位位置が、変位可能範囲の端部に到達すると、コントローラ６は、第一レーザ光の波長λ_１と、第二レーザ光の波長λ_２とを入れ替え、第一反射部４３の変位方向を逆転させる。すなわち、第一レーザ光源２１から出力される第一レーザ光を波長λ_２で安定化させ、第二レーザ光源２２から出力される第二レーザ光を波長λ_１で安定化させて、第一反射部４３の変位方向を反転させる。
この際、第一反射部４３の変位量は、第一方向のプラス方向に変位した変位量と、第二方向のマイナス方向に変位した変位量との和となる。
以降は、上記第一実施形態と同様の処理により、第二反射部４４の変位量を測定する。

以上のような本実施形態では、第一反射部４３の変位可能範囲が狭い場合でも、第二反射部４４における変位量の測定範囲が限定されることがなく、広い測定範囲に対して高精度な測定を実施できる。また、第一反射部４３の移動方向を反転させてトータルの変位量を計測すればよいため、変位可能範囲が限られた狭い範囲であってもよく、干渉計測装置１の小型化を図ることができる。

［変形例］
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲で以下に示される変形をも含むものである。

［変形例１］
上記各実施形態において、第一波長λ_１の第一レーザ光と、第二波長λ_２の第二レーザ光の主光軸を、距離ｄだけ離す例を示したが、これに限定されず、同軸としてもよい。
この場合、図１０に示すように、第二反射部４４と第三反射部４５とを同軸に配置する。このような構成では、第二反射部４４として、第一波長λ_１の光を反射させ、第二波長λ_２の光を透過させる等、第二反射部４４として波長選択性を有する反射フィルターを用いればよい。
このように、各レーザ光の光軸を一致させる場合では、各波長λ_ｉ（λ_１，λ_２）の波長差が十分小さい場合、レーザ光の光路上における空気屈折率変動の影響をより効果的に相殺でき、測定の不確かさをさらに低減できる。

［変形例２］
上記各実施形態において、第一光学素子として第一反射部４３、第二光学素子として第二反射部４４、第三光学素子として第三反射部４５を例示、つまり、入射光を反射界面で１８０度反転させる平面タイプの反射ミラーを各光学素子として用いる例を示したが、これに限定されない。
図１１は、変形例２における干渉計測装置１Ｅの概略構成を示す図である。図１１に示す干渉計測装置１Ｅでは、第一光学素子として、コーナーキューブ４３Ａと干渉計４に対して固定された固定ミラー４３Ｂとを用いた構成とし、コーナーキューブ４３Ａを第一方向に沿って移動可能な構成としてもよい。
このようなコーナーキューブ４３Ａを用いることで、変位に伴う光軸ずれの影響を低減でき、より安定した干渉計測を実施することができる。また、このような構成では、第一光学素子であるコーナーキューブ４３Ａの変位量を半分にでき、干渉計測装置１Ｅの小型化を図ることができる。
なお、図１１では、第一光学素子に対してコーナーキューブ４３Ａを用いる例を示したが、第二光学素子や第三光学素子に対しても同様にコーナーキューブ及び固定ミラーを用いてもよい。

［変形例３］
第一実施形態において、第三反射部４５を干渉計４に対して固定する例を示したが、これに限定されない。例えば、第二反射部４４及び第三反射部４５の双方が変位可能な構成としてもよい。この場合でも、測定時において、第二反射部４４及び第三反射部４５のいずれか一方を変位させず、基準位置として用いることで、上記各実施形態と同様の測定が実施できる。例えば、第二反射部４４を変位させず、第三反射部４５の変位量を測定してもよい。

［変形例４］
上記実施形態において、第一レーザ光及び第二レーザ光の２つのレーザ光を用いる例を示したが、これに限定されない。３つ以上の波長が異なるレーザ光を用いてもよい。この場合でも、上記各実施形態と同様に、１つのレーザ光を基準位置となる光学素子（第一〜第三実施形態においては第三反射部４５）で反射させる。そして、その他のレーザ光を、第二方向におけるそれぞれ異なる光学素子にて反射させる。この場合では、各光学素子の可動範囲をそれぞれ異なる領域に設定することで、被測定物のより大きな変位を測定することも可能となる。すなわち、測定精度を維持したうえで、測定範囲を広げることができる。

［変形例５］
上記各実施形態において、吸収セル３１の吸収線の波長にレーザ光源の励起光の波長を安定化させる例を示したが、これに限定されない。例えば、レーザ光源２として、安定した第一波長λ_１及び第二波長λ_２のレーザ光を出射可能な光源を用いる場合では、吸収セル部３を用いた波長安定化を実施しなくてもよい。

その他、本発明の実施の際の具体的な構造および手順は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などに適宜変更できる。

本発明は、レーザ光の干渉信号を用いた干渉計測装置に利用できる。

１，１Ｄ，１Ｅ…干渉計測装置、１Ａ…振動検出装置(干渉計測装置)、１Ｂ…熱膨張量検出装置(干渉計測装置)、１Ｃ…空気屈折率測定装置(干渉計測装置)、２…レーザ光源、３…吸収セル部、４…干渉計、６…コントローラ（制御部）、８…ベース面、９…変位計（変位測定機）、２１…第一レーザ光源、２２…第二レーザ光源、３１…吸収セル、３２…第一ディテクタ、３３…第二ディテクタ、４１…ビームスプリッタ（光分岐素子）、４２Ａ，４２Ｂ…λ／４板、４３…第一反射部（第一光学素子）、４３Ａ…コーナーキューブ（第一光学素子）、４３Ｂ…固定ミラー（第一光学素子）、４４…第二反射部（第二光学素子）、４５…第三反射部（第三光学素子）、４６…位相検出部、６１…波長制御手段、６２…測定駆動手段、６３…変位測定手段、６４…位置測定手段、６５…屈折率測定手段、７１…振動部材、７２…被測定物、７３…低膨張材料。

Claims (11)

1. 第一波長の第一レーザ光、及び前記第一波長とは異なる第二波長の第二レーザ光を出射させるレーザ光源と、
   前記第一レーザ光及び前記第二レーザ光をそれぞれ第一方向及び第二方向に分岐させる光分岐素子と、
   前記第一方向に設けられ、前記第一レーザ光及び前記第二レーザ光を折り返す第一光学素子と、
   前記第二方向に設けられ、前記第一レーザ光を折り返す第二光学素子と、
   前記第二方向に設けられ、前記第二レーザ光を折り返す第三光学素子と、
   前記第一光学素子及び前記第二光学素子により折り返された前記第一レーザ光の干渉信号、及び前記第一光学素子及び前記第三光学素子により折り返された前記第二レーザ光の干渉信号をそれぞれ検出する検出手段と、
   前記第一光学素子を前記第一方向に沿って変位させて、前記第二光学素子又は前記第三光学素子の前記第二方向への変位による干渉信号の位相変化量と、前記第一光学素子の変位による干渉信号の位相変化量とを一致させる制御部と、を備えた
   ことを特徴とする干渉計測装置。
2. 請求項１に記載の干渉計測装置において、
   前記制御部は、前記第一波長、前記第二波長、前記第一光学素子の前記第一方向への変位量、及び空気屈折率に基づいて、前記第二光学素子又は前記第三光学素子の変位量を測定する
   ことを特徴とする干渉計測装置。
3. 請求項２に記載の干渉計測装置において、
   前記レーザ光源は、前記第一波長及び前記第二波長を変更可能であり、
   前記制御部は、前記第一波長及び前記第二波長を変更することで、前記第二光学素子又は前記第三光学素子の変位量の測定範囲を変更する
   ことを特徴する干渉計測装置。
4. 請求項２又は請求項３に記載の干渉計測装置において、
   前記レーザ光源は、前記第一波長及び前記第二波長を変更可能であり、
   前記制御部は、前記第一光学素子を第一方向に変位させて、変位位置が変位可能範囲における端点に到達した際に、前記第一レーザ光の波長と前記第二レーザ光の波長とを入れ替えて、前記第一光学素子の変位方向を反転させる
   ことを特徴とする干渉計測装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の干渉計測装置において、
   前記第一レーザ光の一部、及び前記第二レーザ光の一部が入射される吸収セルを備え、
   前記レーザ光源は、前記第一レーザ光を前記吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる吸収線に基づいて、前記第一波長を安定化させ、前記第二レーザ光を前記吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる吸収線に基づいて、前記第二波長を安定化させる
   ことを特徴とする干渉計測装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の干渉計測装置において、
   前記レーザ光源は、前記第一波長及び前記第二波長を変更可能であり、
   前記制御部は、前記第一光学素子、前記第二光学素子、前記第三光学素子を静止させた状態で、前記第一波長及び前記第二波長をそれぞれ所定量変化させた際に前記検出手段により検出される前記第一レーザ光の位相変化量、及び前記第二レーザ光の位相変化量と、前記第一レーザ光の波長変化量と、前記第二レーザ光の波長変化量とを用いて、前記第二光学素子及び前記第三光学素子の絶対位置を測定する
   ことを特徴とする干渉計測装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の干渉計測装置において、
   前記第二光学素子及び前記第三光学素子の少なくともいずれか一方は、変位測定対象に設けられている
   ことを特徴とする干渉計測装置。
8. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の干渉計測装置において、
   前記第二光学素子及び前記第三光学素子の少なくともいずれか一方は、環境変化による熱膨張変動量が所定値以下である低膨張材料に設けられている
   ことを特徴とする干渉計測装置。
9. 請求項８に記載の干渉計測装置において、
   前記制御部は、前記第一波長、前記第二波長、及び前記第一光学素子の前記第一方向への変位量に基づいて、空気屈折率の変動量を測定する
   ことを特徴とする干渉計測装置。
10. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の干渉計測装置において、
    前記第二光学素子又は前記第三光学素子の変位量を計測する変位測定機を備え、
    前記制御部は、前記変位測定機の計測結果に基づいて、前記第一光学素子の変位量を測定する
    ことを特徴とする干渉計測装置。
11. 第一波長の第一レーザ光を出射させる第一レーザ光源と、第二波長の第二レーザ光を出射させる第二レーザ光源と、前記第一レーザ光及び前記第二レーザ光をそれぞれ第一方向及び第二方向に分岐させる光分岐素子と、前記第一方向に設けられて前記第一レーザ光及び前記第二レーザ光を折り返す第一光学素子と、前記第二方向に設けられて前記第一レーザ光を折り返す第二光学素子と、前記第二方向に設けられて前記第二レーザ光を折り返す第三光学素子と、前記第一光学素子及び前記第二光学素子により折り返された前記第一レーザ光の干渉信号、及び前記第一光学素子及び前記第三光学素子により折り返された前記第二レーザ光の干渉信号のそれぞれの位相変化量を検出する検出手段と、を備えた干渉計測装置における変位量測定方法であって、
    前記第一光学素子を変位させ、前記第二光学素子又は前記第三光学素子の変位による干渉信号の位相変化量と、前記第一光学素子の変位による干渉信号の位相変化量とを一致させる
    ことを特徴とする変位量測定方法。

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