JP3019050B2 - 干渉計装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被計測物体の変位
量を計測する干渉計装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来において、環境変化の１つとして空
気の屈折率の変化を補正する干渉計装置としては、例え
ば、特開昭60-263801 号が公知である。この特開昭60-2
63801号に開示されている装置は、図６に示す如く、レ
ーザ光源３１からの光束は、ビームスプリッター３２に
より２分割され、このビームスプリッター３２を透過す
る一方のビームＬ₂ は、計測用ビームとして、図６の左
右方向へ移動可能に設けられた計測側の反射部材３４に
て反射されて再びビームスプリッター３２へ向かう。一
方、ビームスプリッター３２を反射する他方のビームＬ
₃ は、参照用ビームとして、反射鏡３３を介して基台に
固設された参照側の反射部材３５を反射し、再び反射鏡
３３を介してビームスプリッター３２へ向かう。そし
て、ビームスプリッター３２によって計測用ビームＬ₂
と参照用ビームＬ₃ とが一緒になり、ビームＬ₄ として
光電検出器３６にて受光され、被測定物としての反射部
材３４の移動量が検出される。

【０００３】このとき、空気のゆらぎの影響を受ける部
分での参照用光路長と計測用光路長とが等しくなるよう
に計測側の反射部材３３と参照側の反射部材３４とをほ
ぼ等しい位置に配置することにより、空気のゆらぎによ
る影響を補正している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図６に示し
た従来の装置では、被測定物としての反射部材３４が大
きく移動した場合には、計測用ビームＬ₂ と参照用ビー
ムＬ₃ との光路長差が大きくなる。この結果、測定誤差
が無視できない程、大きくなるため、空気のゆらぎ等に
よる空気の屈折率変化の影響を根本的に解決できるもの
ではなかった。

【０００５】そこで、本発明は、上記の問題を解決し、
空気のゆらぎ等によって生ずる空気の屈折率変化のよる
計測誤差を補正して、常に高精度な計測を可能とし得る
高性能な干渉装置を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

【０００７】上記の目的を達成するために、本発明によ
る被計測物体の変位量を計測する干渉計装置は、例えば
図１に示す如く、計測方向に沿って一体的に移動可能に
設けられた第１及び第２計測用反射手段と；それぞれ所
定の位置に固設された第１及び第２参照用反射手段と；
光束を供給する光源手段と；該光源手段からの光束に基
づいて、前記第１計測用反射手段を介して往復する第１
計測光路と前記第１参照用反射手段を介して往復する第
１参照光路とを形成し、該第１計測光路及び第１参照光
路を経由した各光束によって第１測定出力を生成する第
１干渉計手段と；前記光源手段からの光束に基づいて、
前記第２計測用反射手段を介して往復する第２計測光路
と前記第２参照用反射手段を介して往復する第２参照光
路とを形成し、該第２計測光路及び第２参照光路を経由
した各光束によって第２測定出力を生成する第２干渉計
手段と；前記第１及び第２測定出力に基づいて所定の演
算を行う演算手段と；を有し、前記第１干渉計手段から
前記第１参照用反射手段までの前記第１参照光路は、前
記第２干渉計手段から前記第２参照用反射手段までの前
記第２参照光路よりも短い光学的光路長を有し、前記第
１干渉計手段から前記第１計測用反射手段の基準位置ま
での前記第１計測光路の光学的光路長をｌ_M1とし、前記
第２干渉計手段から前記第２計測用反射手段の基準位置
までの前記第２計測光路の光学的光路長をｌ_M2、前記第
１干渉計手段から前記第１参照用反射手段までの前記第
１参照光路の光学的光路長をｌ_R1、前記第２干渉計手段
から前記第２参照用反射手段までの前記第２参照光路の
光学的光路長をｌ_R2、前記基準位置からの前記第１及び
第２計測用反射手段の変位をｘとするとき、前記第１及
び第２計測用反射手段は、以下の範囲を少なくとも移動
可能、もしくは以下の範囲の１部を少なくとも移動可能
に構成されるようにしたものである。

【０００８】ｌ_R1−ｌ_M1≦ｘ≦ｌ_R2−ｌ_M2

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明は、計測物体の変位量を計
測する２つの干渉計装置において、２つの直角プリズム
の内の一方の斜面と他方の底面とを接合してこの接合面
が偏光分離面で形成された光学部材を配置し、該光学部
材によって測定用光路と参照用光路とを形成する構成と
し、環境変化に伴う測定誤差の影響を軽減するようにし
たものである。

【００１０】また、本発明は、２つの干渉計手段により
形成される各参照光路を所定の長さだけ異ならせしめつ
つ、２つの干渉計手段により形成される各計測光路長と
各参照光路長とを少なくとも所定の関係のもとで２つの
計測用反射手段を一体的に移動させるという事に着目し
たものである。これにより、空気等の気体中を通過する
参照光路と計測光路において屈折率変化が生じた場合で
も、環境変化に伴う空気等の気体の屈折率変化の情報を
含んだ異なる２つの計測出力を得て、この２つの計測出
力に基づいて所定の演算を行うことにより、各光路中で
の屈折率の変化による計測誤差を除去することができ
る。しかも、２つの計測用反射手段を所定の移動範囲も
しくはその範囲の１部を少なくとも移動可能に構成する
ことにより、２つの干渉計手段自体が持つ量子化誤差に
よる影響を格段に軽減することができ、大幅に計測精度
の向上を達成することができる。

【００１１】なお、各干渉計手段により形成される各計
測光路並びにその付近に局所的な空気等の気体中の屈折
率変化が生じる恐れがある場合には、各干渉計手段は、
これらによりそれぞれ形成される参照光路と計測光路と
が互いに近接する構成とすることが望ましい。以下の図
４を参照しながら本発明の原理について説明する。図４
の（ａ）は本発明の第１干渉計装置の構成を示す図であ
り、（ｂ）は本発明の第２干渉計装置の構成を示す図で
ある。

【００１２】まず、図４（ａ）に示す如く、第１の光源
１１から供給される光束は、光分割部材としてのビーム
スプリッター１２により２光束に分割され、このビーム
スプリッター１２を透過する一方のビームＬ₂₁は、計測
用ビームとして、図４（ａ）の左右方向へ移動可能に設
けられた計測用の反射部材１４（計測用反射手段）にて
反射されて再びビームスプリッター１２に向かう。一
方、ビームスプリッター１２を反射する他方のビームＬ
₃₁は、参照用ビームとして反射鏡１３を反射し、計測用
ビームＬ₂₁の光路と近接した空気等の気体中を計測用ビ
ームＬ₂₁と平行となるように進行する。その後、ビーム
Ｌ₃₁は基台に固設された参照用の反射部材１５（第１参
照用反射手段）を反射し、再び計測用ビームＬ₂₁の光路
と近接した空気等の気体中を計測用ビームＬ₂₁と平行と
なるように進行し、反射鏡１３を介してビームスプリッ
ター１２へ向かう。そして、ビームスプリッター１２に
よって計測用ビームＬ₂₁と参照用ビームＬ₃₁とが一緒に
なり、ビームＬ₄₁として第１のレシーバー１６（第１検
出器）にて受光され、被測定物としての反射部材１４の
移動量が検出される。

【００１３】ここで、図４（ａ）に示す第１干渉計は、
ビームスプリッター１２と反射鏡１３と第１のレシーバ
ー１６とで構成されており、参照用の反射部材１５は、
気体中の参照用光路の光学的光路長がｌ_R1となるよう
に、第１干渉計に対して所定の光学的距離ｌ_R1だけ隔て
て基台に固設されている。また、計測用の反射部材１４
は、これの基準位置における気体中の計測用光路の光学
的光路長がｌ_M1となるように、第１干渉計から計測用の
反射部材１４の基準位置までの光学的距離がｌ_M1となる
ように移動可能に設定されている。

【００１４】一方、図４（ａ）の紙面と垂直な方向に
は、図４（ｂ）に示す如き第２干渉計装置が並列的に配
置されており、第２干渉計装置では、反射鏡２３及び参
照用の反射部材２５は、第２干渉計の気体中の参照用光
路の光学的光路長ｌ_R2が第１干渉計の気体中の参照用光
路の光学的光路長ｌ_R1に対し異なるようにそれぞれ固設
されている。また、ビームスプリッター２２及び計測用
の反射部材２４（計測用反射手段）は、反射部材２４の
基準位置において、第２干渉計の気体中の測定用光路の
光学的光路長ｌ_M2が第２干渉計の気体中の参照用光路の
光学的光路長ｌ_M1に対し異なるようにそれぞれ設定、あ
るいは反射部材２４の基準位置において、第２干渉計の
気体中の測定用光路の光学的光路長ｌ_M2が第２干渉計の
気体中の参照用光路の光学的光路長ｌ_M1と実質的に等し
くなるようにそれぞれ設定されており、それ以外に関し
ては図４（ａ）に示す第１干渉計装置と基本的に同一で
ある。

【００１５】図４（ｂ）に示す如く、第２の光源２１か
ら供給される光束は、光分割部材としてのビームスプリ
ッター２２により２光束に分割され、このビームスプリ
ッター２２を透過する一方のビームＬ₂₂は、計測用ビー
ムとして、計測用の反射部材２４（計測用反射手段）に
向かう。この反射部材２４は、図４（ａ）に示した反射
部材１４と同一の変位を持つように接合され、反射部材
１４と共に図４（ｂ）の左右方向へ移動可能に設けられ
ている。そして、計測用の反射部材２４へ向かうビーム
Ｌ₂₂は、この反射部材２４にて反射されて再びビームス
プリッター２２へ向かう。一方、ビームスプリッター２
２を反射する他方のビームＬ₃₂は、参照用ビームとして
反射鏡２３を反射し、計測用ビームＬ₂₂の光路と近接し
た空気等の気体中を計測用ビームＬ₂₂と平行となるよう
に進行する。その後、ビームＬ₃₂は基台に固設された参
照用の反射部材２５（第２参照用反射手段）を反射し、
再び計測用ビームＬ₂₂の光路と近接した空気等の気体中
を計測用ビームＬ₂₂と平行となるように進行し、反射鏡
２３を介してビームスプリッター２２へ向かう。そし
て、ビームスプリッター２２によって計測用ビームＬ₂₂
と参照用ビームＬ₃₂とが一緒になり、ビームＬ₄₂とし
て、第２のレシーバー２６（第２検出器）にて受光さ
れ、被測定物としての反射部材２４の移動量が検出され
る。

【００１６】なお、図４（ｂ）に示す第２干渉計は、ビ
ームスプリッター２２と反射鏡２３と第２のレシーバー
２６とで構成されている。以上の構成によって、被計測
物としての反射部材１４及び２４が図４の紙面方向へ一
体的に移動すると、第１干渉装置の第１のレシーバー１
６と第２干渉装置の第２のレシーバー２６とからはそれ
ぞれ異なる２つの検出信号が出力される。

【００１７】今、第１干渉装置の第１のレシーバー１６
からの出力をＸ_A 、第２干渉装置の第２のレシーバー２
６からの出力をＸ_B とし、測定開始時（リセット時）等
の初期の基準となる気体の屈折率をｎ、測定開始時（リ
セット時）等の初期の基準気体の屈折率からの屈折率変
化量をΔｎ、第１干渉計の参照光路中での気体の屈折率
の変化の影響を受ける部分の光学的光路の長さ（第１干
渉計と第１参照用反射手段との間の第１参照光路の光学
的光路長）をｌ_R1、第２干渉計の参照光路中での気体の
屈折率の変化の影響を受ける部分の光学的光路の長さ
（第２干渉計と第２参照用反射手段との間の第２参照光
路の光学的光路長）をｌ_R2、測定開始時（リセット時）
等の初期の計測用反射手段の基準位置における第１干渉
計の計測光路中での気体の屈折率の変化の影響を受ける
部分の光路の長さ（第１干渉計と計測用反射手段の基準
位置との間の第１計測光路の光学的光路長）をｌ_M1、測
定開始時（リセット時）等の初期の計測用反射手段の基
準位置における第２干渉計の計測光路中での気体の屈折
率の変化の影響を受ける部分の光路の長さ（第２干渉計
と計測用反射手段の基準位置との間の第２計測光路の光
学的光路長）をｌ_M2、第１及び第２計測光路の各々にお
いて気体の屈折率の変化の影響を受ける部分での光路の
長さがそれぞれｌ_M1，ｌ_M2となる時の被計測物体（第１
及び第２計測用反射手段）の基準位置（原点）からの変
位をｘとする。但し、この変位ｘは、被計測物体が原点
より右側へ移動する時を正、被計測物体が原点より左側
へ移動する時を負とする。

【００１８】ここで、第１干渉装置の第１のレシーバー
１６からの出力Ｘ_A には、気体に露出している参照光路
の長さ（ｌ_R1）の分だけ気体の屈折率の変化の影響を受
けた情報と、気体に露出している計測光路の光学的長さ
（ｌ_M1＋ｘ）の分だけ気体の屈折率の変化の影響を受け
た情報とを含んでいる。一方、第２干渉装置の第２のレ
シーバー２６からの出力Ｘ_B には、気体に露出している
参照光路の長さ（ｌ_R2）の分だけ気体の屈折率の変化の
影響を受けた情報と、気体に露出している計測光路の光
学的長さ（ｌ_M2＋ｘ）の分だけ気体の屈折率の変化の影
響を受けた情報とを含んでいる。

【００１９】従って、この時、以下に示す（１）式及び
（２）式の関係が成立する。

【００２０】

【数１】

【００２１】

【数２】

【００２２】（１）式及び（２）式より以下の（３）式
が導出される。

【００２３】

【数３】

【００２４】そこで、各干渉計装置による量子化誤差に
より測定結果に加えられる誤差量をΔｘとすると、上記
（３）式より、以下の（４）式の如くなる。

【００２５】

【数４】

【００２６】そして、上記（４）式を変形すると、以下
の（５）式が得られる。

【００２７】

【数５】

【００２８】ここで、（１）式、（２）式及び（５）式
の関係の関係より、以下の（６）式が導出される。

【００２９】

【数６】

【００３０】ここで、ｎ＋Δｎ≒１、（ｌ_M1−ｌ_R1）−
（ｌ_M2−ｌ_R2）＝αとすると、上記（６）式は、最終的
に以下の（７）式の如くなる。

【００３１】

【数７】

【００３２】そこで、上式（７）に基づいて量子化誤差
量Δｘの最大値Δｘ_MAX について検討する。今、α＞０
であるものとし、第１及び第２干渉計装置の量子化誤差
（δ _A ，δ_B ）の最大値と最小値をそれぞれｅ，−ｅ、
各干渉計装置の量子化誤差が、−ｅ≦δ_A ≦ｅ，−ｅ≦
δ_B ≦ｅの範囲を取り得る時、上記（７）式による量子
化誤差量の最大値｜Δｘ_MAX ｜は以下の（ｉ）〜（ii
i）の３通りに場合分けできる。（ｉ）ｌ_R1−ｌ_M1≦ｘ≦ｌ_R2−ｌ_M2の場合 この場合には、ｌ_M1−ｌ_R1＋ｘ≧０，ｌ_M2−ｌ_R2＋ｘ≦
０となり、量子化誤差量の最大値｜Δｘ_MAX ｜は、上記
（７）式より、次式（８）の如くなる。

【００３３】

【数８】

【００３４】（ii）ｘ＞ｌ_R2−ｌ_M2の場合 この場合には、ｌ_M1−ｌ_R1＋ｘ＞０，ｌ_M2−ｌ_R2＋ｘ＞
０となり、量子化誤差量の最大値｜Δｘ_MAX ｜は、上記
（７）式より、次式（９）の如くなる。

【００３５】

【数９】

【００３６】（iii）ｘ＜ｌ_R1−ｌ_M1の場合 この場合には、ｌ_M1−ｌ_R1＋ｘ＜０，ｌ_M2−ｌ_R2＋ｘ＜
０となり、量子化誤差量の最大値｜Δｘ_MAX ｜は、上記
（７）式より、次式（１０）の如くなる。

【００３７】

【数１０】

【００３８】そこで、上記（８）式〜（１０）式を用い
て、図４に示した干渉計装置全体として高精度を保証す
るための計測用の反射部材（１４，２４）の最適な移動
範囲ｘについて検討する。空気等の気体の揺らぎ等によ
る気体の屈折率変化の影響を補正しつつ、干渉計装置と
して高精度を保証するためには、現実的に、干渉計装置
の計測出力に加わる量子化誤差の最大値（｜Δｘ
_MAX ｜）を４ｅ以下に抑えることが好ましい。従って、
以下において、干渉計装置の計測出力に加わる量子化誤
差ｅを４倍〜１倍以下にそれぞれ抑えた場合における計
測用の反射部材（１４，２４）の最適な移動範囲ｘにつ
いて説明する。（Ｉ）量子化誤差の最大値｜Δｘ_MAX ｜を４ｅ以下に抑
えた場合 この場合における計測用の反射部材（１４，２４）の最
適な移動範囲ｘ（但し、ｘ≧０）は、（８）式〜（１
０）式より、以下の（１１）式の如くなる。

【００３９】

【数１１】

【００４０】一例として、図４（ａ）に示した第１干渉
計装置と図４（ｂ）に示した第２干渉計装置との量子化
誤差ｅ（又は分解能）をそれぞれ0.５nmとし、ｌ_R1＝1.
0m、ｌ_R2＝1.5m、ｌ_M1＝ｌ_M2＝0.5mとした場合及びｌ_R1
＝1.0m、ｌ_R2＝1.5m、ｌ_M1＝0.3m、ｌ_M2＝0.5mとした場
合について、干渉計装置の計測出力に加わる量子化誤差
の最大値（｜Δｘ_MAX ｜）を４ｅ以下に抑えられる計測
用の反射部材（１４，２４）の移動範囲ｘについて見
る。

【００４１】ｌ_R1＝1.0m、ｌ_R2＝1.5m、ｌ_M1＝ｌ_M2＝0.
5mとした場合には、上記（１１）式より計測用の反射部
材（１４，２４）の移動範囲ｘは-0.25 〜1.75m とな
り、干渉計装置全体としては2.0nm （＝４ｅ）の精度が
保証されながら、広い計測範囲を確保できることが理解
できる。また、ｌ_R1＝1.0m、ｌ_R2＝1.5m、ｌ_M1＝0.3m、
ｌ_M2＝0.5mとした場合には、上記（１１）式より計測用
の反射部材（１４，２４）の移動範囲ｘは0.25m 〜1.45
m となり、干渉計装置全体としては2.0nm （＝４ｅ）の
精度が保証されながら、比較的広い計測範囲を確保でき
ることが理解できる。（II）量子化誤差の最大値｜Δｘ_MAX ｜を３ｅ以下に抑
えた場合 この場合における計測用の反射部材（１４，２４）の最
適な移動範囲ｘ（但し、ｘ≧０）は、（８）式〜（１
０）式より、以下の（１２）式の如くなる。

【００４２】

【数１２】

【００４３】一例として、図４（ａ）に示した第１干渉
計装置と図４（ｂ）に示した第２干渉計装置との量子化
誤差ｅ（又は分解能）をそれぞれ0.５nmとし、ｌ_R1＝1.
0m、ｌ_R2＝1.5m、ｌ_M1＝ｌ_M2＝1.25m とした場合及びｌ
_R1＝1.0m、ｌ_R2＝1.5m、ｌ_M1＝2.0m、ｌ_M2＝1.5mとした
場合について、干渉計装置の計測出力に加わる量子化誤
差の最大値（｜Δｘ_MAX ｜）を３ｅ以下に抑えられる計
測用の反射部材（１４，２４）の移動範囲ｘについて見
る。

【００４４】ｌ_R1＝1.0m、ｌ_R2＝1.5m、ｌ_M1＝ｌ_M2＝1.
25m とした場合には、上記（１２）式より計測用の反射
部材（１４，２４）の移動範囲ｘは-0.75m〜0.75m とな
り、干渉計装置全体としては1.5nm （＝３ｅ）の精度が
保証されながら、広い計測範囲を確保できることが理解
できる。また、ｌ_R1＝1.0m、ｌ_R2＝1.5m、ｌ_M1＝2.0m、
ｌ_M2＝1.5mとした場合には、上記（１２）式より計測用
の反射部材（１４，２４）の移動範囲ｘは-2.0m 〜1.0m
となり、干渉計装置全体としては1.5nm （＝３ｅ）の精
度が保証されながら、比較的広い計測範囲を確保できる
ことが理解できる。（III）量子化誤差の最大値｜Δｘ_MAX ｜を２ｅ以下に
抑えた場合 この場合における計測用の反射部材（１４，２４）の最
適な移動範囲ｘ（但し、ｘ≧０）は、（８）式〜（１
０）式より、以下の（１３）式の如くなる。

【００４５】

【数１３】

【００４６】一例として、図４（ａ）に示した第１干渉
計装置と図４（ｂ）に示した第２干渉計装置との量子化
誤差ｅ（又は分解能）をそれぞれ0.５nmとし、ｌ_R1＝1.
0m、ｌ_R2＝1.5m、ｌ_M1＝ｌ_M2＝2.0mとした場合及びｌ_R1
＝1.0m、ｌ_R2＝1.5m、ｌ_M1＝1.75m 、ｌ_M2＝2.0mとした
場合について、干渉計装置の計測出力に加わる量子化誤
差の最大値（｜Δｘ_MAX ｜）を２ｅ以下に抑えられる計
測用の反射部材（１４，２４）の移動範囲ｘについて見
る。

【００４７】ｌ_R1＝1.0m、ｌ_R2＝1.5m、ｌ_M1＝ｌ_M2＝2.
0mとした場合には、上記（１３）式より計測用の反射部
材（１４，２４）の移動範囲ｘは-1.25m〜-0.25mとな
り、干渉計装置全体としては1.0nm （＝２ｅ）の精度が
保証されながら、広い計測範囲を確保できることが理解
できる。また、ｌ_R1＝1.0m、ｌ_R2＝1.5m、ｌ_M1＝1.75
m、ｌ_M2＝2.0mとした場合には、上記（１３）式より計
測用の反射部材（１４，２４）の移動範囲ｘは-0.875m
〜-0.375m となり、干渉計装置全体としては1.0nm（＝
２ｅ）の精度が保証されながら、比較的広い計測範囲を
確保できることが理解できる。（IV）量子化誤差の最大値Δｘ_MAX をｅ以下に抑えた場
合 この場合における計測用の反射部材（１４，２４）の最
適な移動範囲ｘ（但し、ｘ≧０）は、（８）式〜（１
０）式より、次式（１４）の如くなる。

【００４８】

【数１４】

【００４９】一例として、図４（ａ）に示した第１干渉
計装置と図４（ｂ）に示した第２干渉計装置との量子化
誤差ｅ（又は分解能）をそれぞれ0.５nmとし、ｌ_R1＝0.
5m、ｌ_R2＝1.5m、ｌ_M1＝ｌ_M2＝1.0mとした場合及びｌ_R1
＝1.0m、ｌ_R2＝2.0m、ｌ_M1＝2.0m、ｌ_M2＝1.5mとした場
合について、干渉計装置の計測出力に加わる量子化誤差
の最大値（｜Δｘ_MAX ｜）をｅ以下に抑えられる計測用
の反射部材（１４，２４）の移動範囲ｘについて見る。

【００５０】ｌ_R1＝0.5m、ｌ_R2＝1.5m、ｌ_M1＝ｌ_M2＝1.
0mとした場合には、上記（１４）式より計測用の反射部
材（１４，２４）の移動範囲ｘは-0.5m 〜0.5mとなり、
また、ｌ_R1＝1.0m、ｌ_R2＝2.0m、ｌ_M1＝2.0m、ｌ_M2＝1.
5mとした場合には、上記（１４）式より計測用の反射部
材（１４，２４）の移動範囲ｘは-1.0m 〜0.5mとなり、
干渉計装置全体としては0.5nm （＝ｅ）の精度が保証さ
れながら、広い計測範囲を確保できることが理解でき
る。

【００５１】以上の如く、本発明によれば、環境変化に
伴う気体の屈折率が変化しても高精度のもとで安定した
計測が実現できることが理解できる。しかも、本発明で
は、被計測物体（第１及び第２計測用反射手段）を（１
４）式を満足する範囲において移動させれば、原理的
に、２つの干渉計の量子化誤差ｅ（又は分解能）を１倍
以下に抑えられる事が可能となり、極めて安定した高精
度な計測が達成できる。なお、２つの干渉計の量子化誤
差ｅ（又は分解能）の１倍以下の精度が要求されない場
合には、被計測物体（第１及び第２計測用反射手段）
は、上記（１４）式を満足する範囲もしくはその１部を
少なくとも移動可能に設けられれば良い。

【００５２】以上においては、本発明の原理について述
べたが、本発明の理解をさらに深めるために別の見方に
よる原理の解析を図５を参照しながら以下において述べ
る。但し、この解析は、第１及び第２干渉計の参照光路
長が互いに異なり、かつ第１及び第２干渉計の参照光路
長が互いに等しいものとした時のものである。まず、ｌ
_M1＝ｌ_M2＝０とし、ｌ_R1＝ａ、ｌ_R2＝ｂ、第１干渉計か
ら計測用の反射部材１４（または第２干渉計から計測用
の反射部材２４）までの光学的光路長（または距離）を
ｘとした時を考える。

【００５３】これを換言すれば、第１干渉装置の第１の
レシーバー１６からの出力をＸ_A 、第２干渉装置の第２
のレシーバー２６からの出力をＸ_B とし、測定開始時
（リセット時）等の初期の基準となる気体の屈折率を
ｎ、第１干渉計の参照光路において気体の屈折率の変化
の影響を受ける部分での光学的光路の長さ（第１干渉計
と第１参照用反射手段との間の第１参照光路の光学的光
路長）をａ、第２干渉計の参照光路において気体の屈折
率の変化の影響を受ける部分での光学的光路の長さ（第
２干渉計と第２参照用反射手段との間の第２参照光路の
光学的光路長）をｂ、第１干渉計（又は第２干渉計）の
計測光路において気体の屈折率の変化の影響を受ける部
分での光路の長さ（第１干渉計と計測用反射手段との間
の第１計測光路の光学的光路長、又は第２干渉計と計測
用反射手段との間の第２計測光路の光学的光路長）をｘ
とする。

【００５４】ここで、第１干渉装置の第１のレシーバー
１６からの出力Ｘ_A には、気体に露出している参照光路
の長さａの分だけ気体の屈折率の変化の影響を受けた情
報と、気体に露出している計測光路の光学的長さｘの分
だけ気体の屈折率の変化の影響を受けた情報とを含んで
いる。一方、第２干渉装置の第２のレシーバー２６から
の出力Ｘ_B には、気体に露出している参照光路の長さｂ
の分だけ気体の屈折率の変化の影響を受けた情報と、気
体に露出している計測光路の光学的長さｘの分だけ気体
の屈折率の変化の影響を受けた情報とを含んでいる。

【００５５】従って、参照光と計測光とが気体の屈折率
の変化を受ける影響を等しくなるような比率で各レシー
バー（１６，２６）からの出力（Ｘ_A ，Ｘ_B ）を平均化
することが望ましい。この時、以下に示す（１５）式及
び（１６）式の関係が成立している。

【００５６】

【数１５】

【００５７】

【数１６】

【００５８】そして、（１５）式及び（１６）式より次
の（１７）式が得られる。

【００５９】

【数１７】

【００６０】よって、各レシーバー（１６，２６）から
の出力（Ｘ_A ，Ｘ_B ）を演算手段において、上式（１
７）の演算を行うことにより気体の屈折率の変化の影響
を除去することができる。次に、本発明の干渉計による
量子化誤差について検討する。今、第１干渉計装置の量
子化誤差（又は分解能）をδ_A 、第２干渉計装置の量子
化誤差（又は分解能）をδ_B とすると、図５（ａ）に示
す第１干渉計装置からの計測出力は、本来の計測信号Ｘ
_A に量子化誤差δ_A が加えられたものとなり、図５
（ｂ）に示す第２干渉計装置からの計測出力は、本来の
計測信号Ｘ_B に量子化誤差δ_B が加えられたものとな
る。そこで、各干渉計装置の量子化誤差により計測結果
に加えられる誤差量をΔｘとすると、上式（１７）は次
式（１８）の如くなる。

【００６１】

【数１８】

【００６２】そして、上式（１８）を変形すると、次式
（１９）の如くなる。

【００６３】

【数１９】

【００６４】今、図５に示す第１及び第２干渉計装置の
各参照光路と各計測光路とが空気中を通過し、各干渉計
装置の参照光路長と計測光路長との差の光路長には、空
気の揺らぎ等により空気の屈折率がΔｎだけ変化するも
のとすると、第１及び第２干渉計装置による出力はそれ
ぞれＸ_A ＝（ｘ−ａ）Δｎ，Ｘ_B ＝（ｘ−ｂ）Δｎとな
るため、この関係及び上式（１９）より、次式（２０）
が導出される。

【００６５】

【数２０】

【００６６】ここで、ｎ＋Δｎ≒１とすると、上式（２
０）は、最終的に次式（２１）の如くなる。

【００６７】

【数２１】

【００６８】そこで、上式（２１）に基づいて量子化誤
差量Δｘの最大値Δｘ_MAX について検討する。今、第１
及び第２干渉計装置の量子化誤差（δ_A ，δ_B ）の最大
値と最小値をそれぞれｅ，−ｅとし、各干渉計装置の量
子化誤差が、−ｅ≦δ_A ≦ｅ，−ｅ≦δ_B ≦ｅの範囲を
取り得る時、上記（２１）式による量子化誤差量の最大
値｜Δｘ_MAX ｜は以下の（ｉ）〜（iii）の３通りに場
合分けできる。（ｉ）ａ≦ｘ≦ｂの場合（但し、ａ＜ｂ） ａ≦ｘ≦ｂの場合には、ｘ−ａ≧０，ｘ−ｂ≦０とな
り、量子化誤差量の最大値｜Δｘ_MAX ｜は、上記（２
１）式より、次式（２２）の如くなる。

【００６９】

【数２２】

【００７０】（ii）ｘ＞ｂの場合（但し、ａ＜ｂ） ｘ＞ｂの場合には、ｘ−ａ＞０，ｘ−ｂ＞０となり、量
子化誤差量の最大値｜Δｘ_MAX ｜は、上記（２１）式よ
り、次式（２３）の如くなる。

【００７１】

【数２３】

【００７２】（iii）ｘ＜ａの場合（但し、ａ＜ｂ） ｘ＜ａの場合には、ｘ−ａ＜０，ｘ−ｂ＜０となり、量
子化誤差量の最大値｜Δｘ_MAX ｜は、上記（２１）式よ
り、次式（２４）の如くなる。

【００７３】

【数２４】

【００７４】そこで、上記（２２）式〜（２４）式を用
いて、図５に示した干渉計装置全体として高精度を保証
するための計測用の反射部材（１４，２４）の最適な移
動範囲ｘについて検討する。空気等の気体の揺らぎ等に
よる気体の屈折率変化の影響を補正しつつ、干渉計装置
として高精度を保証するためには、現実的に、干渉計装
置の計測出力に加わる量子化誤差の最大値（｜Δｘ_MAX
｜）を４ｅ以下に抑えることが好ましい。従って、以下
において、干渉計装置の計測出力に加わる量子化誤差ｅ
を４倍〜１倍以下にそれぞれ抑えた場合における計測用
の反射部材（１４，２４）の最適な移動範囲ｘについて
説明する。（Ｉ）量子化誤差の最大値｜Δｘ_MAX ｜を４ｅ以下に抑
えた場合 この場合における計測用の反射部材（１４，２４）の最
適な移動範囲ｘ（但し、ｘ≧０）は、（２２）式〜（２
４）式より、以下の（２５）式又は（２６）の如くな
る。

【００７５】

【数２５】

【００７６】

【数２６】

【００７７】なお、この（２５）式及び（２６）式の関
係について、上記（１１）式に対応させて示せば、（１
１）式中の第１干渉計の計測光路長ｌ_M1と第２干渉計の
計測光路長ｌ_M2とを互いに等しくした場合（ｌ_M1＝ｌ_M2
＝ｌ_M とした場合）と等価である。一例として、図５
（ａ）に示した第１干渉計装置と図５（ｂ）に示した第
２干渉計装置との量子化誤差ｅ（又は分解能）をそれぞ
れ0.５nmとし、ａ＝0.5m、ｂ＝1.0mとした場合及びａ＝
0.7m、ｂ＝1.0mとした場合について、干渉計装置の計測
出力に加わる量子化誤差の最大値（｜Δｘ_MAX ｜）を４
ｅ以下に抑えられる計測用の反射部材（１４，２４）の
移動範囲ｘについて見る。

【００７８】ａ＝0.5m、ｂ＝1.0mとした場合には、上記
（２５）式より計測用の反射部材（１４，２４）の移動
範囲ｘは0m〜1.75m となり、干渉計装置全体としては2.
0nm（＝４ｅ）の精度が保証されながら、広い計測範囲
を確保できることが理解できる。また、ａ＝0.7m、ｂ＝
1.0mとした場合には、上記（２６）式より計測用の反射
部材（１４，２４）の移動範囲ｘは0.25m 〜1.45m とな
り、干渉計装置全体としては2.0nm （＝４ｅ）の精度が
保証されながら、比較的広い計測範囲を確保できること
が理解できる。（II）量子化誤差の最大値｜Δｘ_MAX ｜を３ｅ以下に抑
えた場合 この場合における計測用の反射部材（１４，２４）の最
適な移動範囲ｘ（但し、ｘ≧０）は、（２２）式〜（２
４）式より、以下の（２７）式又は（２８）式の如くな
る。

【００７９】

【数２７】

【００８０】

【数２８】

【００８１】なお、この（２７）式及び（２８）式の関
係について、上記（１２）式に対応させて示せば、（１
２）式中の第１干渉計の計測光路長ｌ_M1と第２干渉計の
計測光路長ｌ_M2とを互いに等しくした場合（ｌ_M1＝ｌ_M2
＝ｌ_M とした場合）と等価である。一例として、図５
（ａ）に示した第１干渉計装置と図５（ｂ）に示した第
２干渉計装置との量子化誤差ｅ（又は分解能）をそれぞ
れ0.５nmとし、ａ＝0.4m、ｂ＝1.0mとした場合及びａ＝
0.6m、ｂ＝1.0mとした場合について、干渉計装置の計測
出力に加わる量子化誤差の最大値（｜Δｘ_MAX ｜）を３
ｅ以下に抑えられる計測用の反射部材（１４，２４）の
移動範囲ｘについて見る。

【００８２】ａ＝0.4m、ｂ＝1.0mとした場合には、上記
（２７）式より計測用の反射部材（１４，２４）の移動
範囲ｘは0m〜1.6mとなり、干渉計装置全体としては1.5n
m （＝３ｅ）の精度が保証されながら、広い計測範囲を
確保できることが理解できる。また、ａ＝0.6m、ｂ＝1.
0mとした場合には、上記（２８）式より計測用の反射部
材（１４，２４）の移動範囲ｘは0.2m〜1.4mとなり、干
渉計装置全体としては1.5nm （＝３ｅ）の精度が保証さ
れながら、比較的広い計測範囲を確保できることが理解
できる。（III）量子化誤差の最大値｜Δｘ_MAX ｜を２ｅ以下に
抑えた場合 この場合における計測用の反射部材（１４，２４）の最
適な移動範囲ｘ（但し、ｘ≧０）は、（２２）式〜（２
４）式より、以下の（２９）式又は（３０）式の如くな
る。

【００８３】

【数２９】

【００８４】

【数３０】

【００８５】なお、この（２９）式及び（３０）式の関
係について、上記（１３）式に対応させて示せば、（１
３）式中の第１干渉計の計測光路長ｌ_M1と第２干渉計の
計測光路長ｌ_M2とを互いに等しくした場合（ｌ_M1＝ｌ_M2
＝ｌ_M とした場合）と等価である。一例として、図５
（ａ）に示した第１干渉計装置と図５（ｂ）に示した第
２干渉計装置との量子化誤差ｅ（又は分解能）をそれぞ
れ0.５nmとし、ａ＝0.2m、ｂ＝1.0mとした場合及びａ＝
0.5m、ｂ＝1.0mとした場合について、干渉計装置の計測
出力に加わる量子化誤差の最大値（｜Δｘ_MAX ｜）を２
ｅ以下に抑えられる計測用の反射部材（１４，２４）の
移動範囲ｘについて見る。

【００８６】ａ＝0.2m、ｂ＝1.0mとした場合には、上記
（２９）式より計測用の反射部材（１４，２４）の移動
範囲ｘは0m〜1.4mとなり、干渉計装置全体としては1.0n
m （＝２ｅ）の精度が保証されながら、広い計測範囲を
確保できることが理解できる。また、ａ＝0.5m、ｂ＝1.
0mとした場合には、上記（３０）式より計測用の反射部
材（１４，２４）の移動範囲ｘは0.25m 〜1.25m とな
り、干渉計装置全体としては1.0nm （＝２ｅ）の精度が
保証されながら、比較的広い計測範囲を確保できること
が理解できる。（IV）量子化誤差の最大値Δｘ_MAX をｅ以下に抑えた場
合 この場合における計測用の反射部材（１４，２４）の最
適な移動範囲ｘ（但し、ｘ≧０）は、（２２）式〜（２
４）式より、次式（３１）の如くなる。

【００８７】

【数３１】

【００８８】なお、この（３１）式の関係について、上
記（１４）式に対応させて示せば、（１４）式中の第１
干渉計の計測光路長ｌ_M1と第２干渉計の計測光路長ｌ_M2
とを互いに等しくした場合（ｌ_M1＝ｌ_M2＝ｌ_M とした場
合）と等価である。一例として、図５（ａ）に示した第
１干渉計装置と図５（ｂ）に示した第２干渉計装置との
量子化誤差ｅ（又は分解能）をそれぞれ0.５nmとし、ａ
＝0.5m、ｂ＝1.0mとするとき、上記（３１）式より計測
用の反射部材（１４，２４）の移動範囲ｘは0.5m〜1.0m
となり、干渉計装置全体としては0.5nm （＝ｅ）の精度
が保証されながら、広い計測範囲を確保できることが理
解できる。

【００８９】以上の如く、本発明によれば、環境変化に
伴う気体の屈折率が変化しても広い計測範囲を確保しな
がら高精度のもとで安定した計測が実現できることが理
解できる。しかも、本発明では、原理的に、図５（ａ）
に示した第１干渉計装置又は図５（ｂ）に示した第２干
渉計装置の量子化誤差ｅ（又は分解能）を１倍以下に抑
えられる広い計測範囲ｘを確保できるため、極めて安定
した高精度な計測が達成できる。

【００９０】なお、本発明による座標原点は、計測用の
反射部材（１４，２４）の移動する範囲であれば、原理
的に何処にでも設定できることは言うまでもない。

【００９１】以下、本発明による第１実施例の干渉計の
構成について図１を参照して説明する。本例では第１干
渉計と第２干渉計との計測光路が共用する複合型干渉計
を用いて、この共用する計測光路を１つの計測用反射手
段（移動鏡３）を介して往復させる構成としたものであ
る。

【００９２】図１に示す第１実施例では、計測方向Ｘに
移動可能に設けられた計測用反射手段（移動鏡３）と、
それぞれ所定の位置に固設された第１参照用反射手段
（密閉管３, 固定鏡６）と第２参照用反射手段（固定鏡
６）と、コヒーレントな光束を供給する光源手段１と、
この光源手段１からの光束に基づいて，計測用反射手段
（移動鏡３）を介して計測方向Ｘに沿って往復する第１
計測光路ＯＰ_M と第１参照用反射手段（密閉管３及び固
定鏡６）を介して往復する第１参照光路ＯＰ_R1とを形成
し，第１計測光路ＯＰ_M 及び第１参照光路ＯＰ_R1を経由
した各光束によって第１測定出力Ｘ_A を生成する第１干
渉計（プリズム部材２，１／４波長板（8a ₁,8a₂,8b₁,8b
₂)，１／２波長板９，偏向プリズム４，第１検出器７
ａ）手段１からの光束に基づいて，計測用反射手段（移
動鏡３）を介して計測方向Ｘに沿って往復して第１計測
光路ＯＰ_M と共用する第２計測光路と第２参照用反射手
段（固定鏡６）を介して往復する第２参照光路ＯＰ_R2と
を形成し，第２計測光路（第１計測光路ＯＰ_M ）及び第
２参照光路ＯＰ_R2を経由した各光束によって第２測定出
力Ｘ_B を生成する第２干渉計（プリズム部材２，１／４
波長板（8a₁,8₂,8b₃,8b₄)，１／２波長板９，偏向プリ
ズム４，第２検出器７ｂ）と、第第２測定出力（Ｘ_A ，
Ｘ_B ）に基づいて所定の演算を行う演算処理部１０とを
配置し、その第１参照反射手段（密閉管３, 固定鏡６）
と第２参照反射手段（固定鏡６）とを、計測方向に沿っ
て光学的に所定の距離だけ隔てて配置し、各光路（ＯＰ
_M ，ＯＰ_R1，ＯＰ_R2）を平行かつ近接する構成としたも
のである。

【００９３】図１は本例のレーザー干渉計装置の要部を
示し、この図１において、２は第１の直角プリズム２ａ
と第２の直角プリズム２ｂとを貼り合わせてなる光学部
材（以下、プリズム部材２と称する。）である。このプ
リズム部材２は、図２（ａ）に示すように、直交する辺
の長さがｄ１で４５°傾いた斜辺を持つ直角プリズム２
ａの斜辺と、長さがｄ２（＝２・ｄ１）の４５°傾いた
斜辺を持つ直角プリズム２ｂの直交する２辺の内の１辺
とを貼り合わせたものである。そして、その貼り合わせ
面（直角プリズム２ｂの直交する２辺の内の一方の辺側
の面）は偏光分離面（偏光ビームスプリッター面）Ｓ₁
で形成され、直角プリズム２ｂの直交する２辺の内の他
方の辺側の面は反射面Ｒ₁ で形成されている。なお、こ
の反射面Ｒ₁ には反射膜を設けることなく、この面Ｒ₁
は光を全反射させるように構成されても良い。

【００９４】ここで、プリズム部材２は原理的に偏光分
離面Ｓ₁ と反射面Ｒ₁ とが直交して配置されたものであ
れば良く、直角プリズム２ｂのみで構成しても良い。ま
た、例えば、図２（ｄ）に示すように、３個の直角プリ
ズム２０ａ〜２０ｃを貼り合わせてプリズム部材２０を
構成し、直角プリズム２０ａと２０ｂとの貼り合わせ面
を偏光分離面Ｓ₁ で形成し、直角プリズム２０ｃの外部
の面を反射面Ｒ₁ とすれば、このプリズム体２０をプリ
ズム体２の代わりに使用することができる。

【００９５】さて、図１に戻って説明すると、まず、コ
ヒーレントな光束を供給する光源手段としてのレーザー
光源１から光束が射出される方向をＸ方向とすると、プ
リズム部材２は、これの偏光分離面Ｓ₁ がＸ方向に対し
て４５°で傾くように配置されており、このプリズム部
材２に対向して、計測用反射手段としての移動鏡３と参
照用反射手段としての固定鏡６とがそれぞれ配置されて
いる。この移動鏡３は、不図示の被計測物体に固定さ
れ、Ｘ方向に沿って移動自在で平面鏡より構成されてお
り、固定鏡６は、プリズム部材２に対してＸ方向に所定
の距離ｂだけ隔てた位置に固定されており、移動鏡３と
固定鏡６とはＸ方向に垂直な方向にずらして配置されて
いる。

【００９６】プリズム部材２中の直角プリズム２ｂの直
交する２辺（Ｓ₁ ，Ｒ₁ ）に対して等しい角度を成す斜
辺を形成する透過面Ｔ近傍にはそれぞれ６個の１／４波
長板（８ａ₁ ，８ａ₂ ，８ｂ₁ 〜８ｂ₄ ）がそれぞれ並
列的に配置されており、この内の２個の１／４波長板
（８ｂ₃ ，８ｂ₄ ）と固定鏡６との間には、後で詳述す
るが、２個の１／４波長板（８ｂ₃ ，８ｂ₄ ）を各々介
して固定鏡６で反射往復する２つの往復光路の所定の長
さだけ周囲と隔離する密閉管６０（補正部材）が配置さ
れている。

【００９７】この密閉管６０は、少なくとも両端が透明
でｘ方向において所定の長さＬを持つ中空状の円筒で構
成される部材であり、この内部は真空となっている。こ
のため、２個の１／４波長板（８ｂ₃ ，８ｂ₄ ）を各々
介して固定鏡６で反射往復する各往復光路の気体（空気
等）にさらされている部分の光路長Ｄは、プリズム部材
２から固定鏡までのｘ方向に沿った長さをｂ、図１に示
す干渉計装置がさらされている気体の屈折率をｎとする
とき、Ｄ＝（ｂ−Ｌ）ｎとなる。従って、この密閉管６
０の配置によって、実質的に、固定鏡６を密閉管６０の
長さＬの分だけｘ方向に沿ってプリズム部材２側に配置
した事と等しくしている。なお、この密封管に所定の屈
折率を持つ気体、液体、固体等の媒質を封入しても良
い。

【００９８】さて、プリズム部材２の偏光分離面Ｓ₁ で
レーザー光源１からのレーザービームが反射される方向
には、偏光分離面Ｓ₁ から射出する光を１８０°偏向さ
せる偏向部材としての偏向プリズム（直角プリズム）４
が配置されている。この場合、偏向プリズム４内の２回
の全反射によりレーザービームがその偏光分離面Ｓ₁へ
再び戻されるものとして、プリズム部材２の偏光分離面
Ｓ₁ と反射面Ｒ₁ との稜線に対してプリズム部材２によ
り偏向される光路を含む面が平行となるように、その偏
向プリズム４の位置決めがされている。

【００９９】プリズム部材２と偏向プリズム４との間の
下方の光路の途中には、１／２波長板９が配置されてお
り、プリズム部材２と偏向プリズム４との間の上方の光
路の途中には、プリズム部材２と類似した形状を有する
光学部材（以下、プリズム部材５と称する。）が設けら
れている。このプリズム部材５は、２つの直角プリズム
（５ａ，５ｂ）が貼り合わされて構成されており、その
貼り合わせ面（直角プリズム５ｂの直交する２辺の内の
一方の辺側の面）は光分割面（ビームスプリッター面）
Ｓ₂ で形成され、直角プリズム５ｂの直交する２辺の内
の他方の辺側の面は反射面Ｒ₂ で形成されている。

【０１００】また、偏向プリズム４からのレーザービー
ムがプリズム部材５により分割・偏向（光分割面Ｓ₂ で
反射された後、反射面Ｒ₂ で反射）された後、プリズム
部材２の偏光分離面Ｐ₁ で反射される方向には、第１検
出器としての第１のレシーバ７ａが配置されており、偏
向プリズム４からのレーザービームがプリズム部材５の
光分割面Ｓ₂ を通過した後、プリズム部材２の偏光分離
面Ｓ₁ で反射される方向には第２の検出器としての第１
のレシーバ７ｂが配置されている。

【０１０１】図１に示す如く、第１及び第２レシーバ
（７ａ，７ｂ）は演算手段としての演算部１０に対して
電気的に接続されており、各レシーバ（７ａ，７ｂ）か
らの出力に基づいて、例えば、上記（３）式の如き演算
が演算処理部１０にて行われ、演算結果が不図示の表示
部に出力される。なお、１／２波長板９の代わりに、偏
向プリズム４の入射面及び射出面又はプリズム部材２の
偏向プリズム４側の面の全面をカバーするような１枚の
１／４波長板を配置しても良く、この場合、偏向プリズ
ム４の入射面及び射出面又はプリズム部材２の偏向プリ
ズム４側の面に１／４波長板を直接的に接合しても良
い。さらには、プリズム部材２と偏向プリズム４との光
路間又は偏向プリズム４とプリズム部材５との光路間に
１／４波長板を配置すると共に、プリズム部材５とプリ
ズム部材２との間に形成される２つの光路中に１／４波
長板を配置する構成としても良い。

【０１０２】次に、本例の動作につき説明する。先ず、
コヒーレントな光束を供給する光源手段としてのレーザ
ー光源１は第１周波数ｆ₁ のビーム（以下、第１ビーム
と称する。）と第２周波数ｆ₂ のビーム（以下、第２ビ
ームと称する。）を供給し、この第１及び第２ビーム
は、プリズム部材２の偏光分離面Ｓ₁ に対し４５°の入
射角で入射する。

【０１０３】ここで、このレーザー光源１から供給され
る２つのビームの内の一方の第１ビームは、偏光分離面
Ｓ₁ の入射面内を振動する直線偏光の光（以下、Ｐ偏光
と称する。）であり、他方の第２ビームは、偏光分離面
Ｓ₁ の入射面と垂直な面内を振動する直線偏光の光（以
下、Ｓ偏光と称する。）である。まず、レーザー光源１
から供給されるＰ偏光の第１ビームについて説明する
と、このＰ偏光の第１ビームは、プリズム部材２の偏光
分離面Ｓ₁ をそのまま通過して１／４波長板８ａ₁ を介
して円偏光に変換された後、移動鏡３にて反射され、再
び１／４波長板８ａ₁ を通過してＳ偏光に変換される。
そして、このＳ偏光の第１ビームは、プリズム部材２の
偏光分離面Ｓ₁ を反射し、プリズム部材２の反射面Ｒ₁
で９０°反射偏向される。その後、Ｓ偏光の第１ビーム
は、１／４波長板８ａ₂ を通過して円偏光に変換され
て、移動鏡３により反射されて再び１／４波長板８ａ₂
へ向かう。そして、この１／４波長板８ａ₂ を再び通過
した第１ビームは、Ｐ偏光に変換された後、再び反射面
Ｒ₁ を反射して偏光分離面Ｓ₁ を通過する。この偏光分
離面Ｓ₁ を通過したＰ偏光の第１ビームは、１／２波長
板９を通過して、偏光面が９０°回転されてＰ偏光から
Ｓ偏光に変換される。１／２波長板９によってＳ偏光に
変換された第１ビームは、偏向プリズム４により１８０
°反射偏向されて、プリズム部材５の光分割面Ｓ₂ で２
分割される。

【０１０４】まず、プリズム部材５の光分割面Ｓ₂ を反
射する一方のＳ偏光の第１ビームは、プリズム部材５の
反射面Ｒ₂ で９０°反射偏向され、プリズム部材２の偏
光分離面Ｓ₁ を反射した後、第１のレシーバ７ａで受光
される。一方、プリズム部材５の光分割面Ｓ₂ を通過す
る他方のＳ偏光の第１ビームは、プリズム部材２の偏光
分離面Ｓ₁ で反射されて、第２のレシーバ７ｂで受光さ
れる。

【０１０５】次に、レーザー光源１から供給されるＳ偏
光の第２ビームについて説明すると、このＳ偏光の第２
ビームは、プリズム部材２の偏光分離面Ｓ₁ で反射され
て１／２波長板９に向かう。この１／２波長板９を通過
した第２ビームは、偏光面が９０°回転されてＳ偏光か
らＰ偏光に変換された後、偏向プリズム４により１８０
°反射偏向されて、プリズム部材５の光分割面Ｓ₂ で２
分割される。

【０１０６】まず、プリズム部材５の光分割面Ｓ₂ を反
射する一方のＰ偏光の第２ビームは、プリズム部材５の
反射面Ｒ₂ で９０°反射偏向され、プリズム部材２の偏
光分離面Ｓ₁ をそのまま通過する。この偏光分離面Ｓ₁
を通過した第２ビームは、反射面Ｒ₁ で９０°反射偏向
された後、１／４波長板８ｂ₁ を通過して円偏光に変換
される。その後、円偏光に変換された第２ビームは、ｘ
方向（計測方向）に所定の長さＬを持つ密閉管６０を通
過し、固定鏡６で反射された後、再び密閉管６０を通過
して１／４波長板８ｂ₁ を通過して、Ｓ偏光に変換され
る。このＳ偏光に変換された第２ビームは、プリズム部
材２の反射面Ｒ₁ で反射され、プリズム部材２の偏光分
離面Ｓ₁ で反射されて１／４波長板８ｂ₂ へ向かう。こ
の１／４波長板８ｂ₂ を通過した第２ビームは、円偏光
に変換された後、密閉管６０を通過して固定鏡６で反射
されて再び密閉管６０に向かう。この密閉管６０を通過
した第２ビームは、１／４波長板８ｂ₂ を通過してＰ偏
光に変換され、プリズム部材２の偏光分離面Ｓ₁ を透過
して第１のレシーバ７ａで受光される。

【０１０７】一方、プリズム部材５の光分割面Ｓ₂ を通
過する他方のＰ偏光の第２ビームは、プリズム部材２の
偏光分離面Ｓ₁ をそのまま通過し、反射面Ｒ₁ で９０°
反射偏向されて、１／４波長板８ｂ₃ へ向かう。この１
／４波長板８ｂ₃ を通過した第２ビームは、円偏光に変
換されて、固定鏡６により反射されて再び１／４波長板
８ｂ₃ を通過し、Ｓ偏光に変換される。このＳ偏光に変
換された第２ビームは、プリズム部材２の反射面Ｒ₁ を
反射し、偏光分離面Ｓ₁ を反射して１／４波長板８ｂ₄
に向かう。この１／４波長板８ｂ₄ を通過した第２ビー
ムは円偏光に変換された後、固定鏡６により反射されて
再び１／４波長板８ｂ₄ を通過して、Ｐ偏光に変換され
る。この１／４波長板８ｂ₄ を通過してＰ偏光に変換さ
れた第２ビームは、偏光分離面Ｓ₁ をそのまま通過して
第２のレシーバ７ｂで受光される。

【０１０８】さて、第１のレシーバ７ａにおいては、プ
リズム部材２と移動鏡３との間の空気等の気体中を経由
する長さｘ（プリズム部材２の面Ｔから移動鏡３までの
Ｘ方向に沿った距離）の計測光路ＯＰ_M を進行する第１
ビームと、この計測光路ＯＰ _M と近接してプリズム部材
２と固定鏡６との間の空気等の気体中及び密閉管６０を
経由する長さｂ（プリズム部材２の面Ｔから固定鏡６ま
でのＸ方向に沿った距離）の第１参照光路ＯＰ_R1を進行
する第２ビームとが内部のアナライザにより偏光方向が
揃えられて内部の受光素子に入射する。

【０１０９】ここで、第１参照光路ＯＰ_R1中には密閉管
６０が配置されているため、密閉管６０のＸ方向におけ
る長さをＬとすると、前述の如く、空気等の気体の屈折
率変化に対しては、密閉管６０の長さＬの分だけ固定鏡
６をプリズム部材２側へずらして配置した事と等しくな
る。従って、第１のレシーバ１０ａの受光素子には、実
質的に、プリズム部材２と移動鏡３との間の空気等の気
体中を経由する長さｘ（プリズム部材２の面Ｔから移動
鏡３までのＸ方向に沿った距離）の計測光路ＯＰ_M を進
行する第１ビームと、この計測光路ＯＰ_M と近接してプ
リズム部材２と固定鏡６との間の空気等の気体中を経由
する長さａ（＝ｂ−Ｌ）の第１参照光路ＯＰ_R1を進行す
る第２ビームとが入射することとなる。

【０１１０】このため、第１レシーバ７ａの受光素子か
らは、移動鏡３が固定鏡６に対して停止している状態で
は、周波数が（ｆ１−ｆ２）のビート信号が出力され、
移動鏡３がＸ方向へ移動すると周波数が変調されたビー
ト信号が出力される。従って、この周波数の変化を積算
することにより、移動鏡３と固定鏡６とのＸ方向の相対
的な移動量を検出することができる。よって、空気等の
気体中を通過する計測光路ＯＰ_M の長さ（あるいは干渉
計のプリズム部材２から移動鏡６までの計測光路ＯＰ_M
の光学的光路長）をｘ、空気等の気体中を通過する第１
参照光路ＯＰ_R1の長さ（あるいは干渉計のプリズム部材
２から固定鏡６までの第１参照光路ＯＰ _R1の光学的光路
長）をａ、測定開始時（リセット時）等の初期の空気等
の気体の屈折率をｎ、空気等の気体の屈折率の変化をΔ
ｎとすると、第１レシーバ７ａでは、ｎｘ＋（ｘ−ａ）
Δｎに相当する信号Ｘ_A が演算処理部１０へ出力され
る。

【０１１１】一方、第２レシーバ７ｂにおいては、プリ
ズム部材２と移動鏡３との間の空気等の気体中を経由す
る長さｘ（プリズム部材２の面Ｔから移動鏡３までのＸ
方向に沿った距離）の計測光路ＯＰ_M を進行する第１ビ
ームと、この計測光路ＯＰ_Mと近接してプリズム部材２
と固定鏡６との間の空気等の気体中を経由する長さｂ
（プリズム部材２の面Ｔから固定鏡６までのＸ方向に沿
った距離）の第２参照光路ＯＰ_R2を進行する第２ビーム
とが内部のアナライザにより偏光方向が揃えられて内部
の受光素子に入射する。

【０１１２】ここで、第２レシーバ７ｂの受光素子から
は、第１レシーバ７ａと同様に、移動鏡３が固定鏡６に
対して停止している状態では、周波数が（ｆ１−ｆ２）
のビート信号が出力され、移動鏡３がＸ方向へ移動する
と周波数が変調されたビート信号が出力される。従っ
て、この周波数の変化を積算することにより、移動鏡３
と固定鏡６とのＸ方向の相対的な移動量を検出すること
ができる。よって、空気等の気体中を通過する計測光路
ＯＰ_M の長さ（あるいは干渉計のプリズム部材２から移
動鏡６までの計測光路ＯＰ_M の光学的光路長）をｘ、空
気等の気体中を通過する第２参照光路ＯＰ_R2の長さ（あ
るいは干渉計のプリズム部材２から固定鏡６までの第２
参照光路ＯＰ_R2の光学的光路長）をｂ、測定開始時（リ
セット時）等の初期の空気等の気体の屈折率をｎ、空気
等の気体の屈折率の変化をΔｎとすると、第２レシーバ
７ｂでは、ｎｘ＋（ｘ−ｂ）Δｎに相当する信号Ｘ_B が
演算処理部１０へ出力される。

【０１１３】さて、演算処理部１０には、所定の演算式
がメモリーされており、例えば、上記（３）の如き演算
式がメモリーされている。従って、演算処理部１０は、
第１及び第２のレシーバ（７ａ，７ｂ）からの出力信号
（Ｘ_A ，Ｘ_B ）、及び計測開始時での初期の気体の屈折
率ｎを検出するための不図示の屈折率検出器からの出力
ｎに基づいて、上記（３）式に示す如き演算を実行し、
気体の揺らぎ等が起因して生ずる気体の屈折率変化に伴
う計測誤差が補正された演算結果が不図示の表示部を介
して出力される。

【０１１４】そして、上記（１１）式〜（１４）式、又
は上記（２５）式〜（３１）式を満足するように第１移
動鏡及び第２移動鏡（３）をそれぞれ一体的に移動させ
れば、干渉計装置の出力に加算される量子化誤差ｅをそ
れぞれ４倍〜１倍以下に抑えることが可能となる。以上
の如く本実施例によれば、干渉計によって計測光路と各
参照光路とを近接するように構成しているため、計測光
路中にて生ずる気体の屈折率変化による測定誤差を補正
し、精度良く移動鏡３の移動量や位置を検出することが
できる。

【０１１５】しかも、本例によれば、２つの固定鏡との
間の距離に対して移動鏡が内分するように、２つの固定
鏡との間に形成される空間に沿って移動鏡を移動させる
ことができるため、極めて高い精度な計測が保証され
る。ところで、本例では、プリズム部材２の内部を通過
する計測光路長と各参照光路長とが共に等しくなるよう
に干渉計装置を構成し、プリズム部材２に温度変化が生
じても高精度な計測が行えるようになっている。

【０１１６】この事について具体的に説明するに当たっ
て、まず、第１のレシーバ７ａにそれぞれ入射する計測
用の第１ビームと参照用の第２ビームとがプリズム部材
２の内部を通過する光路について、図２（ａ）及び図２
（ｂ）を参照しながら説明する。プリズム部材２内の下
部を通過する計測用の第１ビームは、図２（ａ）の実線
で示す如く、直角プリズム２ａ内では光路Ａ₁₁と直角プ
リズム２ｂ内では光路Ｂ ₁₁とを通過し、プリズム部材２
内の上部を通過する計測用の第１ビームは、図２（ｂ）
の実線で示す如く、直角プリズム２ａ内のみの光路Ａ₁₂
を通過する。

【０１１７】一方、プリズム部材２内の下部を通過する
参照用の第２ビームは、図２（ａ）の点線で示す如く、
直角プリズム２ａ内のみの光路Ａ₂₁を通過し、プリズム
部材２内の上部を通過する計測用の第２ビームは、図２
（ｂ）の点線で示す如く、直角プリズム２ａ内では光路
Ａ₂₂を通過し、直角プリズム２ｂ内では光路Ｂ₂₂を通過
する。

【０１１８】従って、プリズム部材２内を通過する計測
用の第１ビームと参照用の第２ビームとの光路長は、そ
れぞれＡ₁₁＋Ｂ₁₁＋Ａ₁₂，Ａ₂₁＋Ａ₂₂＋Ｂ₂₂となり、図
２（ａ）及び図２（ｂ）から明らかな如く、Ａ₁₁＝Ａ₁₂
＝Ａ₂₁＝Ａ₂₂＝ｄ₁ とＢ₁₁＝Ｂ₂₂＝ｄ₂ との関係が成立
しているため、プリズム部材２内を通過する計測用の第
１ビームと参照用の第２ビームとの光路長は等しくな
る。

【０１１９】次に、第２のレシーバ７ｂにそれぞれ入射
する計測用の第１ビームと参照用の第２ビームとがプリ
ズム部材２の内部を通過する光路について図２（ａ）及
び図２（ｃ）を参照しながら説明する。プリズム部材２
内の下部を通過する計測用の第１ビームは、図２（ａ）
の実線で示す如く、直角プリズム２ａ内では光路Ａ₁₁と
直角プリズム２ｂ内では光路Ｂ ₁₁とを通過し、プリズム
部材２内の上部を通過する計測用の第１ビームは、図２
（ｃ）の実線で示す如く、直角プリズム２ａ内のみの光
路Ａ₁₂を通過する。

【０１２０】一方、プリズム部材２内の下部を通過する
参照用の第２ビームは、図２（ａ）の点線で示す如く、
直角プリズム２ａ内のみの光路Ａ₂₁を通過し、プリズム
部材２内の上部を通過する計測用の第２ビームは、図２
（ｃ）の点線で示す如く、直角プリズム２ａ内では光路
Ａ₃₂を通過し、直角プリズム２ｂ内では光路Ｂ₃₁を通過
する。

【０１２１】従って、プリズム部材２内を通過する計測
用の第１ビームと参照用の第２ビームとの光路長は、そ
れぞれＡ₁₁＋Ｂ₁₁＋Ａ₁₂，Ａ₂₁＋Ａ₃₂＋Ｂ₃₂となり、図
２（ａ）及び図２（ｂ）から明らかな如く、Ａ₁₁＝Ａ₁₂
＝Ａ₂₁＝Ａ₃₂＝ｄ₁ とＢ₁₁＝Ｂ₃₂＝ｄ₂ との関係が成立
しているため、プリズム部材２内を通過する計測用の第
１ビームと参照用の第２ビームとの光路長は等しくな
る。

【０１２２】従って、仮に、直角プリズム２ａと直角プ
リズム２ｂとの間に温度差が生じても、第１ビームと第
２ビームとの光路長の差は変化しなため、移動鏡３のＸ
方向での移動量を常に高精度のもとで計測することがで
きる。なお、図１に示した第１実施例では、１／４波長
板（８ａ₁ ，８ａ₂ ，８ｂ₁〜８ｂ₄ ）を６枚で構成し
た場合について説明したが、これらを一体化して１枚の
１／４波長板で構成しても良く、さらには、この１枚の
１／４波長板をプリズム部材２の面Ｔに接合して一体的
に構成しても良い。

【０１２３】また、図１に示した第１実施例では、互い
に直交した２つの面を持つ直角プリズム２ａの第１の面
側にレーザー光源１と２つのレシーバ（７ａ，７ｂ）と
が配置され、第２の面側に１／２波長板９，プリズム部
材５と直角プリズム４とが配置されている。しかしなが
ら、この配置構成に限ることなく、この直角プリズム２
ａの第２の面側にレーザー光源１と２つのレシーバ（７
ａ，７ｂ）とを配置し、直角プリズム２ａの第１の面側
に１／２波長板９，プリズム部材５及び直角プリズム４
とを配置しても良い。

【０１２４】次に、本発明の第２実施例による干渉計装
置について図３を参照しながら説明する。図３に示す第
２実施例は、図１の第１実施例を変形したものであり、
図３には、図１と同一の機能を有する部材には同一符号
を付してある。図３に示す如く、本実施例が第１実施例
と大きく異なる所は、まず、図１の第１実施例に示した
偏光プリズム４とプリズム部材２との間に配置されたプ
リズム部材５をレーザー光源１とプリズム部材２との間
に配置し、棒状部材６１を介してＸ方向に沿って異なる
位置に参照用の２つの固定鏡（６ａ，６ｂ）を配置した
点である。さらに、本実施例が第１実施例と相違する所
は、第１実施例では、プリズム部材２と移動鏡４との間
に２つの１／４波長板（８ａ₁ ，８ａ₂ ）を配置し、プ
リズム部材２と偏向プリズム４との間に１つの１／２波
長板９を配置しているのに対し、図３の第２実施例で
は、プリズム部材２と移動鏡４との間に４つの１／４波
長板（８ａ₁ 〜８ａ₄ ）を配置し、プリズム部材２と偏
向プリズム４との間に２つの１／４波長板（９ａ，９
ｂ）を配置している点である。

【０１２５】なお、棒状部材６１は所定の長さを持ち熱
膨張率の極めて小さな部材で構成されている。図３に示
す第２実施例の構成を簡単に説明すると、本実施例で
は、計測方向Ｘに移動可能に設けられた移動鏡３と、そ
れぞれ所定の位置に固設された第１固定鏡６ａと第２固
定鏡６ｂと、コヒーレントな光束を供給する光源手段
（レーザ光源１，プリズム部材５）と、この光源手段
（１，５）からの光束に基づいて，移動鏡３を介して計
測方向Ｘに沿って往復する第１計測光路ＯＰ_M1と第１固
定鏡６ａを介して往復する第１参照光路ＯＰ_R1とを形成
し，第１計測光路ＯＰ_M1及び第１参照光路ＯＰ_R1を経由
した各光束によって第１測定出力Ｘ_A を生成する第１干
渉計（プリズム部材２，１／４波長板（8a₁,8a₂,8b₁,8b
₂)，１／２波長偏向プリズム４，第１検出器７ａ）と、
光源手段（１，５）からの光束に基づいて，移動鏡３を
介して計測方向Ｘに沿って往復する第２計測光路ＯＰ_M2
と第２固定鏡６ｂを介して往復する第２参照光路ＯＰ_R2
とを形成し，第２計測光路ＯＰ_M2及び第２参照光路ＯＰ
_R2を経由した各光束によって第２測定出力Ｘ_B を生成す
る第２干渉計（プリズム部材２，１／４波長板（8a₃,8a
₄,8b₃,8b₄)，１／９ｂ，偏向プリズム４，第２検出器７
ｂ）と、第１及び第２測定出力（Ｘ_A ，Ｘ_B ）に基づい
て所定の演算を行う演算処理部１０とを配置し、その第
１固定鏡６ａと第２固定鏡６ｂとを計測方向に沿って所
定の距離だけ隔てて配置し、各光路（ＯＰ_M1，ＯＰ_M2，
ＯＰ_R1，ＯＰ_R2）を平行にする構成としたものである。

【０１２６】次に、図３に基づいて本例の引き回し光路
について説明する。先ず、レーザー光源１は第１周波数
ｆ₁ のビーム（以下、第１ビームと称する。）と第２周
波数ｆ₂ のビーム（以下、第２ビームと称する。）を供
給し、この第１及び第２ビームは、プリズム部材５の光
分割面Ｓ₂ に対し４５°の入射角で入射する。ここで、
このレーザー光源１から供給される２つのビームの内の
一方の第１ビームは、光分割面Ｓ₁ の入射面内を振動す
る直線偏光の光（以下、Ｐ偏光と称する。）であり、他
方の第２ビームは、光分割面Ｓ₁ の入射面と垂直な面内
を振動する直線偏光の光（以下、Ｓ偏光と称する。）で
ある。

【０１２７】第１及び第２ビームは、光源からのビーム
を２分割する光分割手段として機能するプリズム部材５
の光分割面（半透過面）Ｓ₂ によってそれぞれ２分割さ
れ、この光分割面Ｓ₂ を反射する第１及び第２ビーム
は、プリズム部材５の反射面Ｒ ₂ を介して、プリズム部
材２に入射し、この光分割面Ｓ₂ を通過する第１及び第
２ビームは、そのままプリズム部材２に入射する。

【０１２８】まず、プリズム部材５の光分割面Ｓ₂ 及び
反射面Ｒ₂ を介してプリズム部材２に向かう第１及び第
２ビームについて説明する。プリズム部材５の光分割面
Ｓ₂ 及び反射面Ｒ₂ を介した第１及び第２ビームは、プ
リズム部材２の偏光分離面Ｓ₁ に対し４５°の入射角で
入射する。ここで、第１ビームは、偏光分離面Ｓ₁ に対
する入射面内を直線偏光するＰ偏光の光であり、第２ビ
ームは、偏光分離面Ｓ₁ に対する入射面と垂直な面内を
直線偏光するＳ偏光の光であるため、Ｐ偏光の第１ビー
ムは偏光分離面Ｓ₁ をそのまま透過し、Ｓ偏光の第２ビ
ームは偏光分離面Ｓ₁ を反射する。

【０１２９】まず、偏光分離面Ｓ₁ を透過したＰ偏光の
第１ビームは、１／４波長板８ａ₁を介して円偏光に変
換された後、移動鏡３にて反射され、再び１／４波長板
８ａ ₁ を通過してＳ偏光に変換される。そして、このＳ
偏光の第１ビームは、プリズム部材２の偏光分離面Ｓ₁
を反射し、プリズム部材２の反射面Ｒ₁ で９０°反射偏
向される。その後、Ｓ偏光の第１ビームは、１／４波長
板８ａ₂ を通過して円偏光に変換されて、移動鏡３によ
り反射されて再び１／４波長板８ａ₂ へ向かう。そし
て、この１／４波長板８ａ₂ を再び通過した第１ビーム
は、Ｐ偏光に変換された後、再び反射面Ｒ₁ を反射して
偏光分離面Ｓ₁ を通過する。この偏光分離面Ｓ₁ を通過
したＰ偏光の第１ビームは、１／２波長板９ａを通過し
て、偏光面が９０°回転されてＰ偏光からＳ偏光に変換
される。１／２波長板９ａによってＳ偏光に変換された
第１ビームは、偏向プリズム４により１８０°反射偏向
された後、偏光分離面Ｓ₁ で反射されて第１のレシーバ
７ａで受光される。

【０１３０】一方、プリズム部材５の光分割面Ｓ₂ 及び
反射面Ｒ₂ を介してプリズム部材２の偏光分離面Ｓ₁ を
反射するＳ偏光の第２ビームは、１／２波長板９ａを透
過して、偏光面が９０°回転されてＳ偏光からＰ偏光に
変換された後、偏向プリズム４により１８０°反射偏向
されて、プリズム部材５の偏光分離面Ｓ₁ を通過する。
そして、偏光分離面Ｓ₁ を通過したＰ偏光の第２ビーム
は、反射面Ｒ₁ で９０°反射偏向された後、１／４波長
板８ｂ₁ を通過して円偏光に変換される。その後、円偏
光に変換された第２ビームは、プリズム部材の面Ｔに対
してＸ方向に沿って所定の距離ａだけ隔てて固定された
第１固定鏡６ａを反射して、再び１／４波長板８ｂ₁ を
通過して、Ｓ偏光に変換される。このＳ偏光に変換され
た第２ビームは、プリズム部材２の反射面Ｒ₁ で反射さ
れ、プリズム部材２の偏光分離面Ｓ₁ で反射されて１／
４波長板８ｂ₂ へ向かう。この１／４波長板８ｂ₂ を通
過した第２ビームは、円偏光に変換された後、第１固定
鏡６ａで反射されて１／４波長板８ｂ₂ を通過し、Ｐ偏
光に変換される。そして、Ｐ偏光に変換された第２ビー
ムは、プリズム部材２の偏光分離面Ｓ₁ を透過して第１
のレシーバ７ａで受光される。

【０１３１】次に、プリズム部材５の光分割面Ｓ₂ を透
過するレーザ光源１からの第１及び第２ビームについて
説明する。プリズム部材５の光分割面Ｓ₂ を介した第１
及び第２ビームは、プリズム部材２の偏光分離面Ｓ₁ に
対し４５°の入射角で入射する。ここで、第１ビーム
は、偏光分離面Ｓ₁ に対する入射面内を直線偏光するＰ
偏光の光であり、第２ビームは、偏光分離面Ｓ₁ に対す
る入射面と垂直な面内を直線偏光するＳ偏光の光である
ため、Ｐ偏光の第１ビームは偏光分離面Ｓ₁ をそのまま
透過し、Ｓ偏光の第２ビームは偏光分離面Ｓ₁ を反射す
る。

【０１３２】まず、偏光分離面Ｓ₁ を透過したＰ偏光の
第１ビームは、１／４波長板８ａ₃を介して円偏光に変
換された後、移動鏡３にて反射され、再び１／４波長板
８ａ ₃ を通過してＳ偏光に変換される。そして、このＳ
偏光の第１ビームは、プリズム部材２の偏光分離面Ｓ₁
を反射し、プリズム部材２の反射面Ｒ₁ で９０°反射偏
向される。その後、Ｓ偏光の第１ビームは、１／４波長
板８ａ₄ を通過して円偏光に変換されて、移動鏡３によ
り反射されて再び１／４波長板８ａ₄ へ向かう。そし
て、この１／４波長板８ａ₄ を再び通過した第１ビーム
は、Ｐ偏光に変換された後、再び反射面Ｒ₁ を反射して
偏光分離面Ｓ₁ を通過する。この偏光分離面Ｓ₁ を通過
したＰ偏光の第１ビームは、１／２波長板９ｂを通過し
て、偏光面が９０°回転されてＰ偏光からＳ偏光に変換
される。１／２波長板９ｂによってＳ偏光に変換された
第１ビームは、偏向プリズム４により１８０°反射偏向
された後、偏光分離面Ｓ₁ で反射されて第２のレシーバ
７ｂで受光される。

【０１３３】一方、プリズム部材５の光分割面Ｓ₂ を透
過してプリズム部材２の偏光分離面Ｓ₁ を反射するＳ偏
光の第２ビームは、１／２波長板９ｂを透過して、偏光
面が９０°回転されてＳ偏光からＰ偏光に変換された
後、偏向プリズム４により１８０°反射偏向されて、プ
リズム部材５の偏光分離面Ｓ₁ を通過する。そして、偏
光分離面Ｓ₁ を通過したＰ偏光の第２ビームは、反射面
Ｒ₁ で９０°反射偏向された後、１／４波長板８ｂ₃ を
通過して円偏光に変換される。その後、円偏光に変換さ
れた第２ビームは、プリズム部材の面Ｔに対してＸ方向
に沿って所定の距離ｂだけ隔てて固定された第２固定鏡
６ｂを反射して、再び１／４波長板８ｂ₃を通過して、
Ｓ偏光に変換される。このＳ偏光に変換された第２ビー
ムは、プリズム部材２の反射面Ｒ₁ で反射され、プリズ
ム部材２の偏光分離面Ｓ₁ で反射されて１／４波長板８
ｂ₄ へ向かう。この１／４波長板８ｂ₄ を通過した第２
ビームは、円偏光に変換された後、第２固定鏡６ｂで反
射されて１／４波長板８ｂ₄を通過し、Ｐ偏光に変換さ
れる。そして、Ｐ偏光に変換された第２ビームは、プリ
ズム部材２の偏光分離面Ｓ₁ を透過して第２のレシーバ
７ａで受光される。

【０１３４】以上の如く、本発明による第２実施例の干
渉計装置は、第１のレシーバ７ａにおいては、プリズム
部材２と移動鏡３との間の空気等の気体中を経由する長
さｘ（プリズム部材２の面Ｔから移動鏡３までのＸ方向
に沿った距離）の第１計測光路ＯＰ_M1を進行する第１ビ
ームと、この第１計測光路ＯＰ_M1と近接してプリズム部
材２と第１固定鏡６ａとの間の空気等の気体中を経由す
る長さａ（プリズム部材２の面Ｔから第１固定鏡６ａま
でのＸ方向に沿った距離）の第１参照光路ＯＰ _R1を進行
する第２ビームとが内部のアナライザにより偏光方向が
揃えられて内部の受光素子に入射する。

【０１３５】このため、第１レシーバ７ａの受光素子か
らは、移動鏡３が第１固定鏡６に対して停止している状
態では、周波数が（ｆ１−ｆ２）のビート信号が出力さ
れ、移動鏡３がＸ方向へ移動すると周波数が変調された
ビート信号が出力される。従って、この周波数の変化を
積算することにより、移動鏡３と固定鏡６とのＸ方向の
相対的な移動量を検出することができる。よって、空気
等の気体中を通過する第１計測光路ＯＰ_M1の長さ（ある
いは第１干渉計のプリズム部材２から移動鏡６までの第
１計測光路ＯＰ_M1の光学的光路長）をｘ、空気等の気体
中を通過する第１参照光路ＯＰ_R1の長さ（あるいは干渉
計のプリズム部材２から固定鏡６までの第１参照光路Ｏ
Ｐ_R1の光学的光路長）をａ、測定開始時（リセット時）
等の初期の空気等の気体の屈折率をｎ、空気等の気体の
屈折率の変化をΔｎとすると、第１レシーバ７ａでは、
ｎｘ＋（ｘ−ａ）Δｎに相当する信号Ｘ_A が演算処理部
１０へ出力される。

【０１３６】一方、第２レシーバ７ｂにおいては、プリ
ズム部材２と移動鏡３との間の空気等の気体中を経由す
る長さｘ（プリズム部材２の面Ｔから移動鏡３までのＸ
方向に沿った距離）の第２計測光路ＯＰ_M2を進行する第
１ビームと、この第２計測光路ＯＰ_M1と近接してプリズ
ム部材２と第２固定鏡６ｂとの間の空気等の気体中を経
由する長さｂ（プリズム部材２の面Ｔから第２固定鏡６
ｂまでのＸ方向に沿った距離）の第２参照光路ＯＰ_R2を
進行する第２ビームとが内部のアナライザにより偏光方
向が揃えられて内部の受光素子に入射する。

【０１３７】ここで、第２レシーバ７ｂの受光素子から
は、第１レシーバ７ａと同様に、移動鏡３が固定鏡６に
対して停止している状態では、周波数が（ｆ１−ｆ２）
のビート信号が出力され、移動鏡３がＸ方向へ移動する
と周波数が変調されたビート信号が出力される。従っ
て、この周波数の変化を積算することにより、移動鏡３
と固定鏡６とのＸ方向の相対的な移動量を検出すること
ができる。よって、空気等の気体中を通過する第２計測
光路ＯＰ_M2の長さ（あるいは第２干渉計のプリズム部材
２から移動鏡６までの第２計測光路ＯＰ_M2の光学的光路
長）をｘ、空気等の気体中を通過する第２参照光路ＯＰ
_R2の長さ（あるいは干渉計のプリズム部材２から固定鏡
６までの第２参照光路ＯＰ_R2の光学的光路長）をｂ、測
定開始時（リセット時）等の初期の空気等の気体の屈折
率をｎ、空気等の気体の屈折率の変化をΔｎとすると、
第２レシーバ７ｂでは、ｎｘ＋（ｘ−ｂ）Δｎに相当す
る信号Ｘ_B が演算処理部１０へ出力される。

【０１３８】さて、演算処理部１０には、第１実施例と
同様に、例えば、前述の（３）式に示す如き演算式がメ
モリーされており、演算処理部１０は、第１及び第２の
レシーバ（７ａ，７ｂ）からの出力信号（Ｘ_A ，
Ｘ_B ）、及び計測開始時での初期の気体の屈折率ｎを検
出するための不図示の屈折率検出器からの出力ｎに基づ
いて、前述の（３）式に示す如き演算を実行し、気体の
揺らぎ等が起因して生ずる気体の屈折率変化に伴う計測
誤差が補正された演算結果が不図示の表示部を介して出
力される。

【０１３９】そして、上記（１１）式〜（１４）式、又
は上記（２５）式〜（３１）式を満足するように第１移
動鏡及び第２移動鏡（３）をそれぞれ一体的に移動させ
れば、干渉計装置の出力に加算される量子化誤差ｅをそ
れぞれ４倍〜１倍以下に抑えることが可能となる。しか
も、第２実施例も第１実施例と同様に、２つの固定鏡と
の間の距離に対して移動鏡が内分するように、２つの固
定鏡との間に形成される空間に沿って移動鏡を移動させ
ることができるため、極めて高い精度な計測が保証され
る。

【０１４０】また、詳細な説明は省略するが、第２実施
例でも、プリズム部材２の内部を通過する計測光路長と
各参照光路長とが共に等しくなるように干渉計装置が構
成されているため、プリズム部材２の内部に温度差が生
じても高精度な計測が実現できる。なお、図３に示す第
２実施例では、１／４波長板（８ａ₁ 〜８ａ₄ ，８ｂ₁
〜８ｂ₄ ）を８枚で構成した例を示しているが、これを
１枚の１／４波長板で構成しても良く、また、この１枚
の１／４波長板をプリズム部材の面Ｔと接合して一体的
に構成しても良い。

【０１４１】また、図３に示した第２実施例の２枚の１
／２波長板（９ａ，９ｂ）の代わりに、偏光プリズム４
とプリズム部材２の間に形成される４つの光路をカバー
するような１枚の１／４波長板を設けても良く、また、
偏光プリズム４の入射面及び射出面の全面を覆うような
１／４波長板を偏光プリズム４と一体的に構成しても良
く、さらには、プリズム部材２の偏光プリズム４側の面
全体を覆うような１／４波長板１／４波長板をプリズム
部材２と一体的に構成しても良い。

【０１４２】また、図３に示した第１実施例では、互い
に直交した２つの面を持つ直角プリズム２ａの第１の面
側にレーザー光源１とプリズム部材５と２つのレシーバ
（７ａ，７ｂ）とがそれぞれ配置され、第２の面側に２
つの１／２波長板（９ａ，９ｂ）と直角プリズム４とが
それぞれ配置されている。しかしながら、この配置構成
に限ることなく、この直角プリズム２ａの第２の面側に
レーザー光源１とプリズム部材５と２つのレシーバ（７
ａ，７ｂ）とをそれぞれ配置し、直角プリズム２ａの第
１の面側に２つの１／２波長板（９ａ，９ｂ）と直角プ
リズム４とをそれぞれ配置しても良い。

【０１４３】また、図３に示した第２実施例では、コヒ
ーレントな光束を供給する光源手段をレーザー光源１と
光分割手段として機能するプリズム部材５とで構成して
いるが、２つのレーザー光源を光源手段として用いて、
一方のレーザー光源からの光束を第１干渉計（プリズム
部材２，１／４波長板（8a₁,8a₂,8b₁,8b₂)，長板９ａ，
偏向プリズム４，第１検出器７ａ）へ導き、他方のレー
ザー光源からの光束を第２干渉計（プリズム部材２，１
／４波長板（8a₃,8a₄,8b₃,8b₄２波長板９ｂ，偏向プリ
ズム４，第２検出器７ｂ）へ導く構成としても良い。こ
の場合、２つの光源（レーザー光源）の光学特性変化
（波長変動等）がある時には、この光学特性変化を補正
する補正手段を設けることが望ましい。

【０１４４】また、上述の各実施例ではヘテロダイン方
式のレーザー干渉計に本発明を適用したものであるが、
本発明はホモダイン方式の干渉計にも同様に適用するこ
とができる。また、直角プリズム１７の代わりにコーナ
ーキューブ等を使用しても良い。ところで、以上にて説
明した各実施例では、第１及び第２干渉計により形成さ
れる各計測光路並びに各参照光路を互いに近接かつ平行
となるように構成した例を示したが、これに限るもので
はない。

【０１４５】そこで、図１に示した第１実施例の別の変
形例としての第３実施例について図７を参照しながら説
明する。なお、図３には、図１と同一の機能を有する部
材には同一符号を付してある。本実施例では、図１に示
した第１実施例のプリズム部材２を、計測光路ＯＰ_Mを
形成する下側部分のプリズム部材６２、２つの参照光路
（ＯＰ_R1，ＯＰ_R2）を形成する上側部分のプリズム部材
６３に２分割し、上側部分のプリズム部材６３は下側部
分のプリズム部材６２に対して９０度回転された状態で
配置して、計測光路ＯＰ_M に対して２つの参照光路（Ｏ
Ｐ_R1，ＯＰ_R2）が非平行、即ち垂直となる如く構成した
ものである。

【０１４６】ここで、下側部分のプリズム部材６２は、
直角プリズム６２ａと直角プリズム６２ａとの貼合せで
構成され、この貼合せ面は偏光分離面（偏光ビームスプ
リッター面）Ｓ₃ で形成されている。また、上側部分の
プリズム部材６３は、直角プリズム６３ａと直角プリズ
ム６３ｂとの貼合せで構成され、この貼合せ面は偏光分
離面（偏光ビームスプリッター面）Ｓ₄ で形成されてい
る。

【０１４７】なお、プリズム部材６２、６３の構成以外
は、図１に示した第１実施例の構成と全く同一であるた
め、装置の動作を含めた詳細な説明は省略する。以上の
如く図７に示した例によっても、計測光路中にて生ずる
気体の屈折率変化による測定誤差を補正し、精度良く移
動鏡３の移動量や位置を検出することができる。しか
も、本例においても、２つの固定鏡との間の距離に対し
て移動鏡が内分するように、２つの固定鏡との間に形成
される空間に沿って移動鏡を移動させることができるた
め、極めて高い精度な計測が保証される。

【０１４８】なお、図３に示した第２実施例において
も、図７に示した如き計測光路と参照光路とを直交させ
る構成とすることが可能である。例えば、図３の偏光プ
リズム２の代わりに図７に示した２つの偏光プリズム６
２，６３を用いれば、計測光路と参照光路とを直交させ
ることが可能となる。また、以上にて示した各実施例に
おける各干渉計の計測光路と参照光路との光路の少なく
とも一方に光路折り曲げ用の光路偏向部材を適宜配置
し、装置全体がコンパクトになるように各光路を引き回
すことも可能である。

【０１４９】また、以上の各実施例では、第１及び第２
干渉計の計測光路長が互いに等しい例を示したが、図４
の原理にて説明した如く、第１及び第２干渉計の計測光
路長を異ならせしてめても良いことは言うまでもない。
このように、本発明は上述実施例に限定されず本発明の
要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。

【０１５０】

【発明の効果】以上の如く、本発明によれば、空気等の
気体の揺らぎが生じていても測定誤差が極めて少なく、
しかも原理的に高精度な計測が実現できる高性能な干渉
計装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の干渉計装置の第１実施例を示す斜視図
である。

【図２】（ａ）は第１実施例のプリズム部材２の下部を
通過する計測光路及び第１及び第２参照光路の様子を示
す平面図、（ｂ）は第１実施例のプリズム部材２の上部
を通過する計測光路及び第１参照光路の様子を示す平面
図、（ｃ）は第１実施例のプリズム部材２の上部を通過
する計測光路及び第２参照光路の様子を示す平面図、
（ｄ）は第１実施例のプリズム部材２の他の例を示す平
面図である。

【図３】本発明の干渉計装置の第２実施例を示す斜視図
である。

【図４】本発明の干渉計装置の原理を示す構成図であ
る。

【図５】図４とは別の見方による本発明の干渉計装置の
原理を示す構成図である。

【図６】従来の干渉計装置を示す構成図である。

【図７】本発明の干渉計装置の第１実施例の変形例を示
す斜視図である。

【符号の説明】

１・・・・・・レーザー光源 ２・・・・・・プリズム部材 ３・・・・・・移動鏡 ４・・・・・・偏向プリズム（直角プリズム） ５・・・・・・プリズム部材（光分割部材） ６，６ａ，６ｂ・・・・・・固定鏡 ７ａ・・・・・・第１レシーバ ７ｂ・・・・・・第２レシーバ ８ａ₁ 〜８ａ₄,８ｂ₁ 〜８ａ₄ ・・・・・・１／４波長板 ９，９ａ，９ｂ・・・・・・１／２波長板 １０・・・・・・演算処理部 ６０・・・・・・密閉管 ６１・・・・・・棒状部材

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被計測物体の変位量を計測する干渉計装置
   において、計測方向に沿って一体的に移動可能に設けら
   れた第１及び第２計測用反射手段と；それぞれ所定の位
   置に固設された第１及び第２参照用反射手段と；光束を
   供給する光源手段と；該光源手段からの光束に基づい
   て、前記第１計測用反射手段を介して往復する第１計測
   光路と前記第１参照用反射手段を介して往復する第１参
   照光路とを形成し、該第１計測光路及び第１参照光路を
   経由した各光束によって第１測定出力を生成する第１干
   渉計手段と；前記光源手段からの光束に基づいて、前記
   第２計測用反射手段を介して往復する第２計測光路と前
   記第２参照用反射手段を介して往復する第２参照光路と
   を形成し、該第２計測光路及び第２参照光路を経由した
   各光束によって第２測定出力を生成する第２干渉計手段
   と；前記第１及び第２測定出力に基づいて所定の演算を
   行う演算手段と；を有し、 前記第１干渉計手段から前記第１参照用反射手段までの
   前記第１参照光路は、前記第２干渉計手段から前記第２
   参照用反射手段までの前記第２参照光路よりも短い光学
   的光路長を有し、 前記第１干渉計手段から前記第１計測用反射手段の基準
   位置までの前記第１計測光路の光学的光路長をｌ_M1と
   し、前記第２干渉計手段から前記第２計測用反射手段の
   基準位置までの前記第２計測光路の光学的光路長を
   ｌ_M2、前記第１干渉計手段から前記第１参照用反射手段
   までの前記第１参照光路の光学的光路長をｌ_R1、前記第
   ２干渉計手段から前記第２参照用反射手段までの前記第
   ２参照光路の光学的光路長をｌ_R2、前記基準位置からの
   前記第１及び第２計測用反射手段の変位をｘとすると
   き、 前記第１及び第２計測用反射手段は、以下の範囲を少な
   くとも移動可能、もしくは以下の範囲の１部を少なくと
   も移動可能に構成されることを特徴とする干渉計装置。 ｌ_R1−ｌ_M1≦ｘ≦ｌ_R2−ｌ_M2