JP2949377B2 - 分岐プリズムとそれを用いた干渉真直度計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、干渉真直度計に好適に
用いられる分岐プリズムとそれを用いた干渉真直度計に
関する。

【０００２】

【発明の背景】従来、第４図、第５図、第６図に示した
ような干渉真直度計は知られている。第４〜６図におい
て、Ｌはヘテロダイン方式に用いられる互いに直交した
直線偏光の２波長または干渉縞計数方式に用いられる円
偏光の単一波長のレーザ光束、１は偏光ビームスプリッ
タ、２はハーフミラー、３は偏光シエアリング板、４は
ウオラトソンプリズム、ＲとＭはレーザ光束Ｌから偏光
ビームスプリッタ１またはウオラトソンプリズム４また
は偏光シエアリング板３によって分割された参照光束と
測長光束、５はλ／２移相板、６はλ／４移相板、７は
楔型プリズム、８は基準鏡、９は対象鏡、10はＶ型鏡、
11はコーナーキューブプリズム、12はロンボノイドプリ
ズム、Ｉは参照光束Ｒと測長光束Ｍとがそれぞれ第４図
と第６図の真直度計では２回、第５図の真直度計では１
回、第４図の真直度計では基準鏡８と対象鏡９で、第５
図と第６図の真直度計ではＶ型鏡10の異なる辺の鏡面で
反射した後に、偏光ビームスプリッタ１またはウオラト
ソンプリズム４または偏光シエアリング板３によって重
畳されて得られた、それから従来公知のヘテロダイン方
式または干渉縞計数方式で干渉縞検出信号を得ることが
できる情報光束である。

【０００３】第４図の真直度計は、偏光ビームスプリッ
タ１、λ／４移相板６、対象鏡９、コーナーキューブプ
リズム11を搭載した光学台13が基準鏡８の面と平行に直
線的に両矢線で示したように右または左に移動して、そ
の移動に直角方向の横ゆれ変位が加わると情報光束Ｉか
ら得られる干渉縞検出信号が変化するから、それによっ
て移動の真直度を測定するものであり、これには基準鏡
８が光学台13の移動範囲に対応した長さに渡って十分な
平面度を有することを必要とするから非常に高価な測定
器になると言う問題がある。

【０００４】第５図および第６図の真直度計は、ウオラ
トソンプリズム４または４個の楔型プリズム７の並列を
搭載した光学台13、またはＶ型鏡10をウオラトソンプリ
ズム４または並列の楔型プリズム７へ入射する参照光束
Ｒや測長光束Ｍと平行の方向に両矢線で示したように右
または左に移動して、その移動に加わる横ゆれ変位量を
情報光束Ｉから得られる干渉縞検出信号から求めるもの
であり、このうち第５図の真直度計には、ウオラトソン
プリズム４に高精度を要求されて、測定器が非常に高価
になるし、また参照光束Ｒと測長光束ＭがＶ型鏡10で１
回反射すなわち、ウオラトソンプリズム４とＶ型鏡10の
間を１往復するだけであるから、第６図あるいは第４図
の真直度計のように２回反射するものと単純に比較する
と横ゆれ検出感度が1/2になると言う問題がある。

【０００５】そして第６図の真直度計には、ロンボノイ
ドプリズム12による参照光束Ｒと測長光束Ｍの光路位置
の入れ換えを必要としたり、４個の楔型プリズムの並列
配置に精度を要求されたりして、光学系の構成が複雑
で、セッティングや外乱等により誤差が生じ易いと言う
問題がある。

【０００６】

【発明の目的】本発明は、上述の従来の干渉真直度計に
おける問題を解消するためになされたものであり、高価
に付く基準鏡やウオラトソンプリズムあるいは光学系の
構成を複雑にするロンボノイドプリズムや４個の楔型プ
リズム等を用いることなく、高い横ゆれ検出感度で、精
度よく真直度を測定できる真直度計と、それに好適に用
いられる分岐プリズムの提供を目的とする。

【０００７】

【発明の構成】本発明は、少なくとも屈折率が同じ材料
から成る２個の楔型プリズムの一方の楔型プリズムの頂
角が他方の楔型プリズムの頂角の1/2であり、前記一方
の楔型プリズムの頂角を挟む辺長が他方の楔型プリズム
の頂角を挟む辺長よりも長くて、前記一方の楔型プリズ
ムと他方の楔型プリズムとが互いの頂角を反対側にして
頂角を挟む面で接合された構成を特徴とする分岐プリズ
ム、並びに、互い直交した直線偏光の２波長または円偏
光の単一波長のレーザ光束を参照光束と測長光束に分割
して両分割光束を平行に出射し、戻って来た両分割光束
を両分割光束の光路差情報を担持した干渉縞信号を与え
る情報光束として出射する前記両分割光束の出射側のλ
／４移相板を含む干渉光学系と、少なくとも屈折率が同
じ材料から成る２個の楔型プリズムの一方の楔型プリズ
ムの頂角が他方の楔型プリズムの頂角の1/2であり、前
記一方の楔型プリズムの頂角を挟む辺長が他方の楔型プ
リズムの頂角を挟む辺長よりも長くて、前記一方の楔型
プリズムと他方の楔型プリズムとが互いの頂角を反対側
にして頂角を挟む面で接合された構成によって前記干渉
光学系の出射する平行な参照光束と測長光束をそれぞれ
異なる方向に屈折させる分岐プリズムと、該分岐プリズ
ムによって屈折された参照光束と測長光束にそれぞれ直
角な反射面を有するＶ型鏡とを備えて、分岐プリズムと
Ｖ型鏡の間の距離を変えるように分岐プリズムまたはＶ
型鏡が平行移動可能であることを特徴とする干渉真直度
計にある。

【０００８】

【作用】本発明の干渉真直度計は、差動型干渉測長計に
本発明の分岐プリズムと、第５図や第６図の真直度計に
用いているのと同様のＶ型鏡とを組込んで構成したよう
なものであるから、高価な基準鏡やウォラトソンプリズ
ムあるいは光学系の構成を複雑にするロンボノイドプリ
ズムや４個の楔型プリズム等を必要とせず、参照光束と
測長光束が第５図や第６図の真直度計と同様にＶ型鏡で
２回反射するから、横ゆれ検出感度が高く、したがって
精度よく真直度を測定できる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を第１〜３図にそれぞれ示した
実施例によって説明する。

【００１０】第１〜３図においても第４〜６図と同一符
号は同一機能部材を示し、51はλ／２移相板、61はλ／
４移相板、111,112はコーナーキューブプリズム、14は
本発明の分岐プリズム、15は干渉プリズム、16はミラー
である。

【００１１】第１図の干渉プリズム15は、コーナーキュ
ーブプリズム15aの一反射面に偏光ビームスプリットコ
ートを設けて、そのコート面にλ／２移相板または90°
旋光板から成る変光板15bを挟んで接合された平行四辺
形プリズム15cと三角プリズム15dを三角プリズム15dが
コーナーキューブプリズム15aの中心側にあるように接
合した構成のものであり、平行四辺形プリズム15cの変
光板15bの接合面に平行な外面と三角プリズム15dのコー
ナーキューブプリズム15aの透過面に平行な外面の一方
をレーザ光束Ｌの入射面、他方を情報光束Ｉの出射面と
するものである。第１図の例では平行四辺形プリズム15
cの外面をレーザ光束Ｌの入射面、三角プリズム15dの外
面を情報光束Ｉの出射面としている。

【００１２】分岐プリズム14は、干渉プリズム15のコー
ナーキューブプリズム15aの透過面あるいは偏光ビーム
スプリッタ１の入射面または出射面と同程度かそれより
も大きい光学面で挟まれた頂角θの楔型プリズム14aと
楔型プリズム14aの光学面の1/2程度かそれよりも小さい
光学面で挟まれた頂角が２θの屈折率が同じ材料から成
る楔型プリズム14bとを両頂角が反対側にあって楔型プ
リズム14aの光学面の中央部に楔型プリズム14bの光学面
が位置するように接合した構成のものである。そしてＶ
型鏡10は内側の反射面の角度が180°−２θのものであ
る。

【００１３】第１図の干渉プリズム15とλ／４移相板６
と分岐プリズム14は、コーナーキューブプリズム15aの
透過面とλ／４移相板６の面と楔型プリズム14aの外側
面とが平行で、それぞれの面の中心部が同軸上にあるよ
うに配設され、Ｖ型鏡10は、Ｖ型の谷が同軸上にあっ
て、その軸と左右の反射面の成す角が等しいようにその
軸方向に移動可能に保持されている。しかし、Ｖ型鏡10
を固定して、分岐プリズム14の方を移動可能に保持して
もよい。

【００１４】以上のような第１図の真直度計において
は、干渉プリズム15に入射したレーザー光束Ｌはコーナ
ーキューブプリズム15aの偏光ビームスプリットコート
面により紙面に垂直な方向と平行な方向の直線偏光に分
岐される。そのうちの参照光束Ｒとした紙面に垂直な方
向の直線偏光は、コート面で反射した後、平行四辺形プ
リズム15cのコーナーキューブプリズム15aへの接合面と
平行な面で反射し、変光板15bによりその偏光方向を90
°変換されて紙面に平行な方向の直線偏光となり、三角
プリズム15d内に入ってもう一度コーナーキューブプリ
ズム15aのコート面に入射し、今度はコート面を透過し
てコーナーキューブプリズム15a内に入射する。一方、
測長光束Ｍとした紙面に平行な方向の直線偏光は、コー
ト面を透過してコーナーキューブプリズム15a内に入射
する。そして、参照光束Ｒと測長光束Ｍはコーナーキュ
ーブプリズム15aの反射面でそれぞれ反射して透過面か
ら出射し、共にλ／４移相板６により円偏光に変換さ
れ、参照光束Ｒは分岐プリズム14の両楔型プリズム14a,
14bで屈折してＶ型鏡10の一方の反射面に直角に入射
し、測長光束Ｍは分岐プリズム14の頂角がθの楔型プリ
ズム14aのみで屈折してＶ型鏡10の他方の反射面に直角
に入射する。この参照光束Ｒと測長光束ＭはＶ型鏡10で
反射されて入射光路を逆行し、分岐プリズム14とλ／４
移相板６を通り、λ／４移相板６で紙面に垂直な直線偏
光に変換されて干渉プリズム15のコーナーキューブプリ
ズム15aに入射する。この参照光束Ｒと測長光束Ｍはそ
れぞれコーナーキューブプリズム15aの反射面で２又は
３回反射して再び透過面から出射し、それぞれ前と同様
にλ／４移相板６と分岐プリズム14を往復で通過しＶ型
鏡10で反射される光路をとって再びコーナーキューブプ
リズム15aに入射する。

【００１５】以上のように参照光束Ｒと測長光束Ｍが分
岐プリズム14とＶ型鏡10の間を２往復するから、Ｖ型鏡
10または分岐プリズム14を干渉プリズム15と分岐プリズ
ム14間の光束と平行の第１図に両矢印で示した方向に移
動したときのそれと直角の方向の横ゆれの検出感度が２
倍になる。

【００１６】再度コーナーキューブプリズム15aに入射
した参照光束Ｒと測長光束Ｍは、共に紙面に平行な直線
偏光になっているから、今度はそれぞれコート面を透過
する。そのうち参照光束Ｒはそのまま三角プリズム15d
を通過して干渉プリズム15外に出射するが、測長光束Ｍ
は平行四辺形プリズム15c内で１回で反射して変光板15b
を透過し三角プリズム15dのコート面との接合面に入射
する。この測長光束Ｍは、変光板15bによって紙面に垂
直の偏光方向にされているからコート面で反射して、コ
ート面を透過した参照光束Ｒと同軸で重畳して情報光束
Ｉとなり干渉プリズムから出射する。

【００１７】情報光束Ｉは、Ｖ型鏡10または分岐プリズ
ム14が第１図の両矢印で示した方向に直線移動したとき
にそれに直角の方向に横ゆれがあると参照光束Ｒと測長
光束Ｍの光路差が変化するので、横ゆれ量情報を担持し
ている。この情報光束Ｉは、互いに直交する直線偏光の
参照光束Ｒと測長光束Ｍの重畳したものであるから、こ
れからヘテロダイン方式ではビート周波数の変化とし
て、また干渉縞計数方式では干渉縞状態の変化として横
ゆれ量を検出することができる。

【００１８】第２図の真直度計は、レーザ光束Ｌを偏光
ビームスプリッタ１で直進する例えば測長光束Ｍと反射
する参照光束Ｒに分割する。

【００１９】偏光ビームスプリッタ１を通過した測長光
束Ｍは、第１図の例における測長光束Ｍと同様、λ／４
移相板６を透過し、分岐プリズム14の頂角がθの楔型プ
リズム14aで屈折されて、Ｖ型鏡10の一方の反射面によ
り反射され、逆行して偏光ビームスプリッタ１に戻る。
その間λ／４移相板６を２度透過することで今度は偏光
ビームスプリッタ１で反射されるようになり、反射され
た測長光束Ｍはコーナーキューブプリズム11で折り返さ
れて偏光ビームスプリッタ１に入射し、偏光ビームスプ
リッタ１でまた反射されて、再び前と同様、λ／４移相
板６と分岐プリズム14の楔型プリズム14aとを介しＶ型
鏡10までの間を往復する。その間またλ／４移相板６を
２度透過することで今度は偏光ビームスプリッタ１を通
過するようになり、通過した測長光束Ｍはミラー16で反
射されてλ／４移相板61を透過し、コーナーキューブプ
リズム111で折り返されてまたλ／４移相板61を透過し
てミラー16に戻る。そしてミラー16で反射されて偏光ビ
ームスプリッタ１に入射するが、その前にλ／４移相板
61を２度透過したことで偏光ビームスプリッタ１で反射
される偏光状態になっており、反射した測長光束Ｍはコ
ーナーキューブプリズム112で折り返されて再び偏光ビ
ームスプリッタ１で反射され、レーザ光束Ｌと平行に反
対方向に出射する。

【００２０】偏光ビームスプリッタ１で反射した参照光
束Ｒは、コーナーキューブプリズム112で折り返して再
び偏光ビームスプリッタ１で反射し、ミラー16で反射し
てλ／４移相板61を透過しコーナーキューブプリズム11
1で折り返してλ／４移相板61を経てミラー16に戻る。
そしてミラー16で反射して偏光ビームスプリッタ１に入
射するが、その前にλ／４移相板61を２度透過している
ので、今度は偏光ビームスプリッタ１を通過し、通過し
た参照光束Ｒは、第１図の例の参照光束Ｒと同様λ／４
移相板６を透過し、分岐プリズム14の頂角がθの楔型プ
リズム14aと頂角が２θの楔型プリズム14bとで屈折され
て、Ｖ型鏡10の他方の反射面により反射され、逆行して
偏光ビームスプリッタ１に戻る。この往復で参照光束Ｒ
はλ／４移相板６を２度透過したので次は偏光ビームス
プリッタ１で反射される偏光状態になっている。したが
って参照光束Ｒは偏光ビームスプリッタ１で反射し、コ
ーナーキューブプリズム11で折り返して再び偏光ビーム
スプリッタ１で反射し、再び前と同様、λ／４移相板６
と分岐プリズム14の両楔型プリズム14a,14bとを介して
Ｖ型鏡10までの間を往復する。そして参照光束Ｒは、λ
／４移相板６を２度透過しているから、今度は偏光ビー
ムスプリッタ１を通過して、前述の参照光束Ｒと重畳し
情報光束Ｉとなって出射する。

【００２１】この真直度計は、第１図の例に比較する
と、光学素子の数が多いから、コストが高くなって、光
学素子を精度よく配設するのが面倒であり、また参照光
束Ｒと測長光束Ｍの光路の引き回しが多いから、温度変
化等の環境変化で情報光束Ｉにノイズが入り易いが、そ
の点を別にすれば第１図の真直度計と同様に高い精度で
真直度を測定することができる。

【００２２】第３図の真直度計は、レーザ光束Ｌを偏光
シエアリング板３で参照光束Ｒと測長光束Ｍに分割す
る。

【００２３】測長光束Ｍは、偏光シエアリング板３をそ
の内部で反射することなしに通過した後、偏光ビームス
プリッタ１を通過して第１〜２図の例と同様、λ／４移
相板６と分岐プリズム14の楔型プリズム14aを介してＶ
型鏡10までの間を往復する。この往復で、測長光束Ｍは
λ／４移相板６を２度透過するから偏光ビームスプリッ
タ１で反射するようになり、反射した測長光束Ｍは、コ
ーナーキューブプリズム11で折り返してまた偏光ビーム
スプリッタ１で反射し、再び前と同様、λ／４移相板６
と分岐プリズム14の楔型プリズム14aを介してＶ型鏡10
までの間を往復する。この往復で測長光束Ｍは偏光ビー
ムスプリッタ１を通過するようになり、通過した測長光
束Ｍはλ／２移相板５を透過して偏光シエアリング板３
内に入り、偏光シエアリング板３内で２回反射して偏光
シエアリング板３から出射する。参照光束Ｒは、偏光シ
エアリング板３をその内部で２回反射してから透過し、
λ／２移相板51を透過することによって偏光ビームスプ
リッタ１を通過する偏光状態となり、偏光ビームスプリ
ッタ１を通過した後、第１，２図の例と同様λ／４移相
板６と分岐プリズム14の両楔型プリズム14a,14bを介し
てＶ型鏡10までの間を往復する。そしてλ／４移相板６
を２度透過したことで偏光ビームスプリッタ１で反射す
るようになり、反射した参照光束Ｒは、コーナーキュー
ブプリズム11で折り返してまた偏光ビームスプリッタ１
で反射し、再び前と同様λ／４移相板６と分岐プリズム
14とを介してＶ型鏡10までの間を往復する。この間また
λ／４移相板６を２度透過したことで今度は偏光ビーム
>スプリッタ１を通過するようになり、通過した参照光
束Ｒは偏光シエアリング板３をその内部で反射すること
なしに通過して、その際前述の測長光束Ｍと一緒に合わ
さって情報光束Ｉとして偏光シエアリング板３から出射
する。

【００２４】この例も光学素子が多くて参照光束Ｒや測
長光束Ｍの光路長が長くなることによる多少の問題はあ
るが、第１〜２図の例と同様に高精度で真直度を測定す
ることができる。

【００２５】

【発明の効果】本発明の分岐プリズムを用いた本発明の
干渉真直度計は、光学系が比較的安価に得られる光学素
子や精度よく配設できる光学素子で構成されて、横ゆれ
検出感度が高く、精度よく真直度を測定できる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図はそれぞれ本発明の分岐プリズムを用
いた干渉真直度計の例を示す概要構成図、第４図乃至第
６図はそれぞれ従来の干渉真直度計の例を示す概要構成
図である。

【符号の説明】

Ｌ…レーザ光束 Ｒ…参照光束 Ｍ…測長光束 Ｉ…情報光束 １…偏光ビームスプリッタ ３…偏光シエア
リング板 ５，51…λ／２移相板 ６，61…λ／４
移相板 ７…楔型プリズム 10…Ｖ型鏡 11,111,112…コーナーキューブプリズム 14…分岐プリズム 14a,14b…楔型
プリズム 15…干渉プリズム 15a…コーナー
キューブプリズム 15b…変光板 15c…平行四辺
形プリズム 15d…三角プリズム 16…ミラー

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも屈折率が同じ材料から成る２個
   の楔型プリズムの一方の楔型プリズムの頂角が他方の楔
   型プリズムの頂角の1/2であり、前記一方の楔型プリズ
   ムの頂角を挟む辺長が他方の楔型プリズムの頂角を挟む
   辺長よりも長くて、前記一方の楔型プリズムと他方の楔
   型プリズムとが互いの頂角を反対側にして頂角を挟む面
   で接合された構成を特徴とする分岐プリズム。
2. 【請求項２】前記一方の楔型プリズムの長い辺長の中央
   部に他方の楔型プリズムの辺長があるように両楔型プリ
   ズムが接合されている請求項１の分岐プリズム。
3. 【請求項３】互いに直交した直線偏光の２波長または円
   偏光の単一波長のレーザ光束を参照光束と測長光束に分
   割して両分割光束を平行に出射し、戻って来た両分割光
   束を両分割光束の光路差情報を担持した干渉縞信号を与
   える情報光束として出射する前記両分割光束の出射側の
   λ／４移相板を含む干渉光学系と、少なくとも屈折率が
   同じ材料から成る２個の楔型プリズムの一方の楔型プリ
   ズムの頂角が他方の楔型プリズムの頂角の1/2であり、
   前記一方の楔型プリズムの頂角を挟む辺長が他方の楔型
   プリズムの頂角を挟む辺長よりも長くて、前記一方の楔
   型プリズムと他方の楔型プリズムとが互いの頂角を反対
   側にして頂角を挟む面で接合された構成によって前記干
   渉光学系の出射する平行な参照光束と測長光束をそれぞ
   れ異なる方向に屈折させる分岐プリズムと、該分岐プリ
   ズムによって屈折された参照光束と測長光束にそれぞれ
   直角な反射面を有するＶ型鏡とを備えて、分岐プリズム
   とＶ型鏡の間の距離を変えるように分岐プリズムまたは
   Ｖ型鏡が平行移動可能であることを特徴とする干渉真直
   度計。
4. 【請求項４】互いに直交した直線偏光の２波長または円
   偏光の単一波長のレーザ光束を参照光束と測長光束に分
   割して一方の光束が中央位置を占め他方の光束が外側位
   置を占めるように両分割光束を平行に出射し、戻って来
   た両分割光束を両分割光束の光路差情報を担持した干渉
   縞信号を与える情報光束として出射する干渉プリズム
   と、該干渉プリズムの前記分割光束出射側に設けられた
   λ／４移相板と、少なくとも屈折率が同じ材料から成る
   ２個の楔型プリズムの一方の楔型プリズムの頂角が他方
   の楔型プリズムの頂角の1/2であり、前記一方の楔型プ
   リズムの頂角を挟む辺長が他方の楔型プリズムの頂角を
   挟む辺長よりも長くて、前記一方の楔型プリズムと他方
   の楔型プリズムとが互いの頂角を反対側にして一方の楔
   型プリズムの長い辺長の中央部に他方の楔型プリズムの
   辺長があるように頂角を挟む面で接合された構成によっ
   て前記λ／４移相板を通った平行な前記参照光束と測長
   光束をそれぞれ異なる方向に屈折させる分岐プリズム
   と、該分岐プリズムによって屈折された参照光束と測長
   光束にそれぞれ直角な反射面を有するＶ型鏡とを備え
   て、分岐プリズムとＶ型鏡の間の距離を変えるように分
   岐プリズムまたはＶ型鏡が平行移動可能であることを特
   徴とする干渉真直度計。