JPH0225703A - 干渉計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明はレーザ等を用いた干渉計に関するものである
。

［従来の技術］ 第４図に、角度変化を測定する従来のレーザ干渉計を示
す。このレーザ干渉計は、レーザユニット２、ビームス
ブリットユニット４、コーナーキューブユニット６から
構成されており、レーザユニット２の出力は、演算ユニ
ット８に与えられる。

その原理を第５図に示す。この干渉計は、コーナーキュ
ーブユニット６の置がれている紙面に垂直な面とビーム
スブリットユニット４の置がれている紙面に垂直な面と
の間の傾きを、測定するものである。レーザ１２は、コ
ントローラ１ｏによって制御され、垂直偏光のレーザ光
と平行偏光のレーザ光とを出力する。垂直偏光のレーザ
光の周波数はｆｌであり、平行偏光のレーザ光の周波数
はｆ、である。レーザ１２の直後には、ビームスプリッ
タ−３０が設けられており、ビームの半分を透過し、半
分を反射する。反射された光は、偏光子Ｐ２によって、
ｆ、−ｆ２の周波数を有する参照光となる。検出器１６
は、この参照光を電気信号に変換し、演算回路８の参照
人力８ａに与える。

一方、レーザ１２を出て、ビームスプリッタ−３０を透
過した光は、偏光ビームスプリッタ−２０に向う。この
レーザ光のうち、垂直偏光のレーザ光は、偏光ビームス
プリッタ−２０を透過し、平行偏光のレーザ光は、偏光
ビームスプリッタ−２０で反射される。

垂直偏光のレーザ光は、キューブコーナープリズム２４
において、入射先生平行に反射し、偏光ビームスプリッ
タ−２０を透過してレーザユニット２に受光される。

一方、偏光ビームスプリッタ−２０で反射した平行偏光
のレーザ光は、方向規制用反射器１８によって反射し、
キューブコーナプリズム２２に向う。その反射光は、反
射器１８、偏光ビームスプリッタ−２０によって反射さ
れ、レーザユニット２に受光される。

すなわち、レーザユニット２には、垂直偏光のレーザ光
（周波数ｆｔ）と、平行偏光のレーザ光（周波数ｆ２）
６とが戻ってくる。この光は、偏光子ＰＩにおいて、ｆ
、−ｆ、の周波数を有する光になる。

この光は、検出器１４によって電気信号に変換され、演
算回路８の測定人力８ｂに与えられる。したがって、コ
ーナーキューブユニット６が停止している時には、演算
回路８の参照人力８ａと測定人力８ｂに与えら杵る信号
の周波数は、等しいものとなる。

測定の際には、コーナーキューブユニット６を移動させ
て行う。ユニット６を移動すると、ドツプラー効果によ
り、キューブコーナプリズム２２，２４からの反射光の
周波数が変化する。したがって、レーザ丑ニット２には
、垂直偏光のレーザ光（周波数ｆ、±△ｆ１）と、平行
偏光のレーザ光（周波数ｆ、±△ｆ２）とが戻ってくる
。

コーナーキューブユニット６の傾きαが変化しない場合
には、△ｆ１．△ｆ２は等しくなる。しかし、第５図に
示すように、角度がα１からα２へと変化する場合には
、プリズム２２とプリズム２４の移動速度が異なること
となり、△ｆ１．△ｆ２も異なった値となる。すなわち
、演算回路８の参照人力８ａと測定人力８ｂに人力され
る信号周波数が異なったものとなる。したがって、両入
力の周波数差に基づき、キューブコーナプリズム２２と
キューブコーナプリズム２４の速度差を求めることがで
きる。なお、両プリズム２２．２４の速度差は、次式で
求められる。

Ｖ２−Ｖｌ；　Ｔ　（△ｆ２’λ２−△ｆ、・λ１）／
２＃乎λ（△ｆ２−△ｆ、）／ま ただし、λ１は垂直偏光レーザ光の波長、λ２は平行偏
光レーザ光の波長であり。なお、上式において、速度差
Ｖ、−Ｖ、を決定する際には、λ１とλ２の差は実質的
には影響がないことから、λ、＝λ２＝λとして計算を
している。

上記のようにして、プリズム２２．２４の速度差を求め
れば、これに比例する距離の差も求められ、さらには、
プリズム２２と２４との間隔２を与えると、角度の変化
が求められる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、」二記のような従来の干渉計では、コー
ナーキューブユニット６の角度の変化は高精度で測定で
きるが、コーナーキューブユニット６の移動量は測定で
きない。すなわち、従来では、コーナーキューブユニッ
ト６の移動量は、基僧定規等によって別途測定しなけれ
ばならず、手間がかかるばかりでなく、測定精度も十分
ではなかった。

この発明は、上記の問題点を解決して、コーナーキュー
ブユニット６の角度の変化のみならず、移動量をも同時
に測定できる干渉計を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 請求項１に係る干渉計は、 第１の周波数を有する第１のレーザ光を発するとともに
第１のレーザ光とは異なる偏光面を有し第２の周波数を
有する第２のレーザ光を発する光源、 光源からの第１・第２のレーザ光を参照光出力として取
り出す参照光分割器、 光源からの第１・第２のレーザ光のうち、第１のレーザ
光を透過して可動反射鏡の第１の反射鏡に入射させ、第
２のレーザ光を反射する偏光光分割器、 偏光光分割器によって分割された第２のレーザ光を反射
して可動反射鏡の第２の反射鏡に入射させる方向規制用
反射器、 を備えており、 光源と偏光光分割器との間に、光源からの第１・第２の
レーザ光のほぼ半分を透過し、残りを反射する光分割器
を設け、 さらに、この光分割器において反射された第１・第２の
レーザ光の光路と前記合成された反射レーザ光の光路と
の交点上に第２の偏光光分割器を設け、 第２の偏光光分割器から２方向に得られるレーザ光を第
１・第２の光出力として得るようにしたことを特徴とし
てル）る。

請求項２に係る干渉計は、さらに、前記合成された反射
レーザ光が第２の偏光光分割器に入射する直前に第２の
光分割器を設け、その反射光を第３の光出力としたこと
を特徴としている。

請求項３に係る干渉計は、 第１の周波数を有する第１のレーザ光を発するとともに
第１のレーザ光とは異なる偏光面を有し第２の周波数を
有する第２のレーザ光を発する光源、 光源からの第１・第２のレーザ光のうち、第１のレーザ
光を透過して可動反射鏡の第１の反射鏡に入射させ、第
２のレーザ光を反射する偏光光分割器、 偏光光分割器によって分割された第２のレーザ光を反射
して可動反射鏡の第２の反射鏡に入射させる方向規制用
反射器、 を備えており、 光源と偏光光分割器との間に、光源からの第１・第２の
レーザ光のほぼ半分を透過し、残りを反射する光分割器
を設け、 この光分割器において反射された第１・第２のレーザ光
の光路と前記合成された反射レーザ光の光路との交点上
に第２の偏光光分割器を設け、さらに、前記合成された
反射レーザ光が第２の偏光光分割器に入射する直前に第
２の光分割器を設け、 第２の偏光光分割器から２方向に得られるレーザ光を第
１・第２の光出力として得るようにし、第２の光分割器
からの反射光を第３の光出力として得るようにしたこと
を特徴としている。

請求項４に係る干渉計は、レーザ光に代えて、干渉を生
じる他の放射光を用いている。

［作用］ 光分割器によって反射された第１・第２のレーザ光は、
第２の偏光光分割器において、第１のレーザ光と、第２
のレーザ光に分けられ、第１・第２の光出力に向う。ま
た、第１の偏光光分割器によって合成された第１・第２
の反射鏡からの反射光は、第２の偏光光分割器において
、第１のレーザ光と同一の偏光面を有する光と、第２の
レーザ光と同一の偏光面を有する光とに分けられ、第１
・第２の光出力に向う。

したがって、第１・第２の光出力から、第１の反射鏡の
移動によるドツプラー周波数偏移および第２の反射鏡の
移動によるドツプラー周波数偏移が独立して得られる。

さらに、第２の偏光光分割器を加えることにより、上記
に加えて、第１・第２の反射鏡の移動によるドツプラー
周波数偏移の差を得ることができる。

［実施例］ この発明の一実施例による干渉計を第１図に示す。この
実施例においては、偏光光分割器である偏光ビームスプ
リッタ−２０と、参照光分割器であるビームスプリッタ
−３０との間に光分割器であるビームスプリッタ−４２
を設けている。このビームスプリッタ−４２により、ビ
ームスプリッタ−３０を透過した第１のレーザ光（垂直
偏光、周波数ｆ、）と第２のレーザ光（平行偏光、周波
数ｆ２）のうち半分は、反射されて第２の偏光光分割器
である偏光ビームスプリッタ−４０に向う。残り半分は
、透過して偏光ビームスプリッタ−２０に向う。ビーム
スプリッタ−４２において反射した光のうち、第１のレ
ーザ光は偏光ビームスプリッタ−４０を透過して第２の
光出力に向い、第２のレーザ光は反射して第１の光出力
に向う。

また、反射鏡であるキューブコーナプリズム２２゜２４
からの反射光（垂直偏光、周波数ｆＩと平行偏光、周波
数ｆ２）は、偏光ビームスプリッタ−２０において合成
された後、偏光ビームスプリッタ−４０に入射する。こ
の反射光のうち垂直偏光（周波数ｆ１）は偏光ビームス
プリッタ−４０を透過し第１の光出力に向い、平行偏光
（周波数ｆｔ）は偏光ビームスプリッタ−４０で反射し
て第２の光出力に向う。したがって、第１の光出力とし
ては、周波数ｆ１の垂直偏光（偏光ビームスプリッタ−
４０を透過したもの）と周波数ｆ、の平行偏光（ビーム
スプリッタ−４２において反射したもの）との合成した
ものが得られる。この第１の光出力は、偏光子Ｐ１にお
いて、ｆ、−ｆ！の周波数を有する光にされる。この光
は、検出器１４により電気信号に変換され、第１の測定
人力８ｂとして、演算回路８に与えられる。

同様に、第２の測定入力８ｃには、ｆｔ１ｇの周波数を
有する信号が与えられる。

上記のように、プリズムユニット６が移動していない時
には、演算回路８の参照人力８ａと測定人力８ｂ、８ｃ
には等しい周波数の信号が入力される。

測定の際には、コーナーキューブユニット６を移動させ
て行う。ユニット６を移動すると、ドツプラー効果によ
り、キューブコーナープリズム２２゜２４からの反射光
の周波数が変化する。したがって、偏光ビームスプリッ
タ−２０によって合成される光は、垂直偏光（周波数ｆ
１±Δｆ、）と平行偏光（周波数ｆ２±△ｆ、）の合成
されたものとなる。この光のうち、垂直偏光（周波数ｆ
、±△ｆ１）は偏光ビームスプリッタ−４０を透過して
第１の光出力に向い、平行偏光（周波数ｆｔ±△ｆ２）
は偏光ビームスプリッタ−４０において反射して第２の
光出力に向う。

この結果、ｆ□−ｆ２±Δｆ１の周波数を有する信号が
、第１の測定人力８ｂに与えられる。同様にして、第２
の測定入力に８０には、ｆ、−ｆ２乎△ｆ２の周波数を
有する信号が与えられる。したがって、第１の測定入力
（ｆ、−ｆ、±△ｆ１）と参照入力（ｆ、−ｆ２）の周
波数差をとることにより、第１のキューブコーナプリズ
ム２２の移動距離に比例する△ｆ１が得られる。同様に
、第２の測定入力（Ｌ−ｆｗ壬△ｂ）と参照入力（ｆｓ
−ｆ２）の周波数差をとることにより、第２のキューブ
コーナプリズム２４の移動距離に比例する△ｆ２が得ら
れる。このように、△ｆ、△ｆ２が独立に得られるので
、プリズム２２の移動距離とプリズム２４の移動距離を
求める事ができる。したがって、両プリズム２２．２４
の移動距離の差を演算すれば、コーナーキューブユニッ
ト６の角度変化を求めることができる。さらに、角度と
移動距離（プリズム２２、プリズム２４のどちらを用い
ても良い）を知ることにより、コーナーキューブユニッ
ト６が移動してきた紙面に垂直な曲面（紙面上の曲線）
の形状も測定可能となる。したがって、ヨウ、ピッチ、
平面度、真直度等の測定に必要な角度と移動距離のデー
タを同時に得ることができ、計測の自動化を図ることも
できる。

第２図に、参照人力８ａと第１の測定人力８ｂに基づい
て１．第１のキューブコーナプリズム２２の移動距離を
演算する回路を示す。両人力の周波数は、カウンタ５４
，５６でカウントされ、減算器５８においてその差が求
められる。デコーダ６０において正負の判別をした後、
カウンタ６２の出力に波長の１７２を乗算すれば、距離
が求められる。第２のキューブコーナプリズム２４の移
動距離を演算する回路も同様である。

第３図Ａに他の実施例を示す。この実施例では、偏光ビ
ームスプリッタ−４０と偏光ビームスプリッタ−２０と
の間に、第２の光分割器であるビームスプリッタ−８０
を設けている。ビームスプリッタ−８０において反射し
た光（垂直偏光のｆ、±△ｆ、と平行偏光のｆ２±△ｆ
２）は、第３の光出力として取り出される。この実施例
では、第２の光出力に基づいて距離を演算し、第３の光
出力に基づいて角度を演算することができる。したがっ
て、角度・距離を求める場合に、第１図の実施例に比べ
演算回路８の回路構成を簡素にできる。また、光学検出
系を一箇所にまとめることができる。

なお、上記実施例では、第２の光出力と第３の光出力を
用いているが、第１の光出力（偏光ビームスプリッタ−
４０を透過したもの）と第３の光出力を用いてもよい。

さらに他の実施例を第３図Ｂに示す。この実施例では、
参照光分割器であるビームスプリッタ−３０を設けてお
らず、参照光を取り出していない。

第１の光出力（Ｌ−ｆｚ±△ｆ１）、第２の光出力（ｆ
ｌ−ｆ２乎△ｆ２）、第３の光出力（ｆｌ（２±△ｆ、
＋△ｆ、）に基づいて、演算がなされる。この実施例に
よれば、第３図Ａの実施例のように、未使用の光出力が
なくなり、光のパワーを有効に活用することができる。

なお、上記の実施例ではキューブコーナプリズムを用い
たが、他の実施例としてルーフミラーやコーナーレフレ
クタ−を用いてもよい。

上記各実施例において、検出器１４，１６，４４、ビー
ムスプリッタ−３０、偏光子ＰＩ、Ｐ２．Ｐ５等は、レ
ーザユニット２内部に収納しても、また外部に分離して
設けてもよい。

また、ビームスプリッタ−３０をビームスプリッタ−ユ
ニット４に組入れてもよい。

さらに、上記各実施例では、コーナーキューブユニット
６を移動して測定を行う場合について説明したが、ビー
ムスブリットユニット４を移動して測定を行ってもよい
。

なお、上記各実施例では、第１と第２のレーザ光の周波
数が異なる場合について説明したが、画周波数が同一で
あってもよい。

また、上記各実施例では、レーザ光を用いているが、干
渉を生じるものであれば、レーザ光以外の放射光を用い
てもよい。

［発明の効果］ 請求項１に係る干渉計は、光源と偏光光分割器との間に
、光源からの第１・第２のレーザ光のほぼ半分を透過し
、残りを反射する光分割器を設け、さらに、この光分割
器において反射された第１・第２のレーザ光の光路と合
成された第１・第２の反射鏡からの反射レーザ光の光路
との交点上に第２の偏光光分割器を設け、第２の偏光光
分割器から２方向に得られるレーザ光を第１・第２の光
出力として得るようにしている。

したがって、第１・第２の光出力において、第１・第２
の反射鏡のドツプラー周波数偏移を独立して得ることが
できる。よって、２つの反射鏡の傾きのみならず、移動
距離（および移動速度）も同時にかつ高精度で測定可能
であり、計測の自動化を行うことが可能となる。

請求項２に係る干渉計は、さらに、合成された反、射レ
ーザ光が第２の偏光光分割器に入射する直前に第２の光
分割器を設け、その反射光を第３の光出力としている。

したがって、第３の光出力を用いることにより容易に反
射鏡の角度を知ることができ、演算回路の簡素化を図る
ことができる。

請求項３に係る干渉計は、参照光を取り出さず、第１・
第２・第３の光出力に基づいて計測を行うようにしてい
る。

したがって、光のパワーを有効に計測に用いることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による干渉計を示す図、第
２図は演算回路８の一部を示す図、第３図Ａ・第３図Ｂ
は他の実施例による干渉計を示す図、第４図は従来の干
渉計の外観を示す図、第５図は従来の干渉計の原理を示
す図である。 １２・・・レーザ １８・・・反射器 ２０・・・偏光ビームスプリッタ− ２２・・・第１のキューブコーナプリズム２４・・φ第
２のキューブコーナプリズム４０・・・偏光ビームスプ
リッタ− ４２−・・ビームスプリッタ− ８０・・・ビームスプリッタ− 第１図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１の周波数を有する第１のレーザ光を発すると
   ともに第１のレーザ光とは異なる偏光面を有し第２の周
   波数を有する第２のレーザ光を発する光源、 光源からの第１・第２のレーザ光を参照光出力として取
   り出す参照光分割器、 光源からの第１・第２のレーザ光のうち、第１のレーザ
   光を透過して可動反射鏡の第１の反射鏡に入射させ、第
   ２のレーザ光を反射する偏光光分割器、 偏光光分割器によって分割された第２のレーザ光を反射
   して可動反射鏡の第２の反射鏡に入射させる方向規制用
   反射器、 を備え、第１・第２の反射鏡からの反射レーザ光を合成
   して光出力を得る干渉計において、光源と偏光光分割器
   との間に、光源からの第１・第２のレーザ光のほぼ半分
   を透過し、残りを反射する光分割器を設け、 さらに、この光分割器において反射された第１・第２の
   レーザ光の光路と前記合成された反射レーザ光の光路と
   の交点上に第２の偏光光分割器を設け、 第２の偏光光分割器から２方向に得られるレーザ光を第
   １・第２の光出力として得るようにしたことを特徴とす
   る干渉計。
2. （２）請求項１の干渉計において、 前記合成された反射レーザ光が第２の偏光光分割器に入
   射する直前に第２の光分割器を設け、その反射光を第３
   の光出力としたことを特徴とするもの。
3. （３）第１の周波数を有する第１のレーザ光を発すると
   ともに第１のレーザ光とは異なる偏光面を有し第２の周
   波数を有する第２のレーザ光を発する光源、 光源からの第１・第２のレーザ光のうち、第１のレーザ
   光を透過して可動反射鏡の第１の反射鏡に入射させ、第
   ２のレーザ光を反射する偏光光分割器、 偏光光分割器によって分割された第２のレーザ光を反射
   して可動反射鏡の第２の反射鏡に入射させる方向規制用
   反射器、 を備え、第１・第２の反射鏡からの反射レーザ光を合成
   して光出力を得る干渉計において、光源と偏光光分割器
   との間に、光源からの第１・第２のレーザ光のほぼ半分
   を透過し、残りを反射する光分割器を設け、 この光分割器において反射された第１・第２のレーザ光
   の光路と前記合成された反射レーザ光の光路との交点上
   に第２の偏光光分割器を設け、さらに、前記合成された
   反射レーザ光が第２の偏光光分割器に入射する直前に第
   ２の光分割器を設け、 第２の偏光光分割器から２方向に得られるレーザ光を第
   １・第２の光出力として得るようにし、第２の光分割器
   からの反射光を第３の光出力として得るようにしたこと
   を特徴とする干渉計。
4. （４）請求項１、２または３の干渉計において、第１、
   第２のレーザ光の代りに、干渉を計測することが可能な
   レーザ光以外の放射光を用いることを特徴とするもの。