JPH0674964B2 - ２周波偏光ヘテロダイン干渉測定における信号光ビート検出装置 - Google Patents
２周波偏光ヘテロダイン干渉測定における信号光ビート検出装置Info
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- JPH0674964B2 JPH0674964B2 JP1078600A JP7860089A JPH0674964B2 JP H0674964 B2 JPH0674964 B2 JP H0674964B2 JP 1078600 A JP1078600 A JP 1078600A JP 7860089 A JP7860089 A JP 7860089A JP H0674964 B2 JPH0674964 B2 JP H0674964B2
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- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、２周波偏光ヘテロダイン干渉測定に於ける信
号光ビートを検出する新規な装置に関するものである。
号光ビートを検出する新規な装置に関するものである。
［従来の技術］ ２周波偏光ヘテロダイン干渉測定に於いては、第４図示
すように異なる２つの周波数（f1、f2）を使用するが、
これらの異なる周波数を持つ光を直交する２つの偏光状
態（入射面に平行な偏光:Ep,入射面に垂直な偏光:Es）
に対応させて、干渉計の異なる光路へ導入している。E
p、Esはその振幅をＡ、Ｂとして、 Ep＝Aexpi（ω1t−k1x1） Es＝Bexpi（ω2t−k2x2） とあらわされる。但し、ω１＝２πf1、ω２＝２πf2、
k1＝ω1/c、k2＝ω2/c（ｃは光速度）、x1、x2は干渉計
の光路分離素子からの距離を示す。
すように異なる２つの周波数（f1、f2）を使用するが、
これらの異なる周波数を持つ光を直交する２つの偏光状
態（入射面に平行な偏光:Ep,入射面に垂直な偏光:Es）
に対応させて、干渉計の異なる光路へ導入している。E
p、Esはその振幅をＡ、Ｂとして、 Ep＝Aexpi（ω1t−k1x1） Es＝Bexpi（ω2t−k2x2） とあらわされる。但し、ω１＝２πf1、ω２＝２πf2、
k1＝ω1/c、k2＝ω2/c（ｃは光速度）、x1、x2は干渉計
の光路分離素子からの距離を示す。
これら２つの光は再び同一の光路上に合成された後、そ
の軸を入射光の偏光方向よりπ/4ラジアン付近に傾けら
れた検光子により干渉し、光検出器に入る。検出信号Ｉ
は となる。この式を展開すると、 Ｉ＝1/2（|Ep|2＋|Es|2）＋IAC となる。一般には興味のない直流成分となる第１項は通
常、低周波除去電気回路によって、取り除かれ、IACが
測定信号として用いられる。
の軸を入射光の偏光方向よりπ/4ラジアン付近に傾けら
れた検光子により干渉し、光検出器に入る。検出信号Ｉ
は となる。この式を展開すると、 Ｉ＝1/2（|Ep|2＋|Es|2）＋IAC となる。一般には興味のない直流成分となる第１項は通
常、低周波除去電気回路によって、取り除かれ、IACが
測定信号として用いられる。
このとき、第５図に示すように、第２検光子の代わり
に、その基準軸をπ/4ラジアン付近に固定的に傾けられ
た偏光分離素子１を用いて、２つの信号光を作り出し、
異なる光検出器により検出された信号を差動的に増幅す
ることによって、上式第１項の直流成分を低減する方法
も用いられている。
に、その基準軸をπ/4ラジアン付近に固定的に傾けられ
た偏光分離素子１を用いて、２つの信号光を作り出し、
異なる光検出器により検出された信号を差動的に増幅す
ることによって、上式第１項の直流成分を低減する方法
も用いられている。
測定対象となる周波数成分IACは IAC＝Re.（Ep＊Es） ＝2ABcos（ω12t＋Δkx1＋k2Δｘ） 但し ω12＝ω１−ω２ Δｋ＝k2−k1 Δｘ＝x2−x1 とあらわされる。通常の干渉条件ではΔkx1の変化は無
視できるのでΔｘの変化に対して、IACの位相変化Δφ
は Δφ＝ｋΔｘ となり、Δｘに対し線形的に変化する。しかしながら、
一般に光学部品やレーザー光の偏光の不完全性のために
偏光の乱れがあり、各々の偏光状態の光は、１つの周波
数成分の光と対応していない。すなわち、 Ep＝Aexpi（ω1t＋k1x1） ＋αexpi（ω2t＋k2x1） Es＝Bexpi（ω2t＋k2x2） ＋βexpi（ω1t＋k1x2） とあらわされる。ここで、α、βはＡ、Ｂの１次の微小
量である。すなわち周波数ω１の光に対応するEpの光に
は、微小ながら（＝α/A）周波数ω２の光が含まれる。
この結果、通常の検波出力IACは IAC＝ABcos（ω12t＋Δkx1＋k2Δｘ） ＋Ａαcos（ω12t＋Δkx1） ＋Ｂβcos（ω12t＋Δkx2） ＋αβcos（ω12t−Δkx1−k2Δｘ） となる。２次の微小量を省略するとIACは、 IAC＝ABcos（ω12t＋Δkx1＋k2Δｘ） ＋Ａαcos（ω12t＋Δkx1） ＋Ｂβcos（ω12t＋Δkx2） とあらわされる。ここで実際に測定される信号の振幅因
子ρ及び位相因子Δφを知るために、 IAC＝ρcos（ω12t＋Δkx1＋Δφ） とおくと ρ２＝（AB）２＋（Ａα＋Ｂβ）２ ＋2AB（Ａα＋Ｂβ）cos（k2Δｘ） 但し、通常の干渉条件で成立するΔkx1＝Δkx2を用いた
（この条件は、式の表現の煩雑さを軽減するために用い
るが、この条件がなくても以下の議論は成立する）。す
なわちビート信号の包絡線ρはΔｘの変化に対して２π
/k2の周期で変動する。また測定位相Δφは、α、β→
０の下ではΔφ＝k2Δｘとなり、Δｘの変化を線形的に
表すが、α、βが無視し得ない値を持つ場合、２π/k2
の周期の非線形な関係となる。この場合の干渉信号の位
相は、本来測定しようとする光路差とは単純な線形関係
になく、干渉測定の大きな誤差となる。すなわち、位相
差は第７図（２）のようになり、一般的な値として５〜
10nm程度になる。
視できるのでΔｘの変化に対して、IACの位相変化Δφ
は Δφ＝ｋΔｘ となり、Δｘに対し線形的に変化する。しかしながら、
一般に光学部品やレーザー光の偏光の不完全性のために
偏光の乱れがあり、各々の偏光状態の光は、１つの周波
数成分の光と対応していない。すなわち、 Ep＝Aexpi（ω1t＋k1x1） ＋αexpi（ω2t＋k2x1） Es＝Bexpi（ω2t＋k2x2） ＋βexpi（ω1t＋k1x2） とあらわされる。ここで、α、βはＡ、Ｂの１次の微小
量である。すなわち周波数ω１の光に対応するEpの光に
は、微小ながら（＝α/A）周波数ω２の光が含まれる。
この結果、通常の検波出力IACは IAC＝ABcos（ω12t＋Δkx1＋k2Δｘ） ＋Ａαcos（ω12t＋Δkx1） ＋Ｂβcos（ω12t＋Δkx2） ＋αβcos（ω12t−Δkx1−k2Δｘ） となる。２次の微小量を省略するとIACは、 IAC＝ABcos（ω12t＋Δkx1＋k2Δｘ） ＋Ａαcos（ω12t＋Δkx1） ＋Ｂβcos（ω12t＋Δkx2） とあらわされる。ここで実際に測定される信号の振幅因
子ρ及び位相因子Δφを知るために、 IAC＝ρcos（ω12t＋Δkx1＋Δφ） とおくと ρ２＝（AB）２＋（Ａα＋Ｂβ）２ ＋2AB（Ａα＋Ｂβ）cos（k2Δｘ） 但し、通常の干渉条件で成立するΔkx1＝Δkx2を用いた
（この条件は、式の表現の煩雑さを軽減するために用い
るが、この条件がなくても以下の議論は成立する）。す
なわちビート信号の包絡線ρはΔｘの変化に対して２π
/k2の周期で変動する。また測定位相Δφは、α、β→
０の下ではΔφ＝k2Δｘとなり、Δｘの変化を線形的に
表すが、α、βが無視し得ない値を持つ場合、２π/k2
の周期の非線形な関係となる。この場合の干渉信号の位
相は、本来測定しようとする光路差とは単純な線形関係
になく、干渉測定の大きな誤差となる。すなわち、位相
差は第７図（２）のようになり、一般的な値として５〜
10nm程度になる。
一方、上記差動検出法に於いては、互いに第６図のよう
に直交する偏光状態（Ep、Es）をもつ２つの信号光の和
成分 と差成分 を作り出し、各々の成分の光を異なる光検出器により検
出した後、その２つの検出信号の差の交流成分を出力す
る。２つの信号には各々本来検出したい線形な成分を異
符号で、非線形の原因となる成分を同符号で含むため、
これらの差をとることにより、前者成分は２倍になり、
後者成分は低減される。
に直交する偏光状態（Ep、Es）をもつ２つの信号光の和
成分 と差成分 を作り出し、各々の成分の光を異なる光検出器により検
出した後、その２つの検出信号の差の交流成分を出力す
る。２つの信号には各々本来検出したい線形な成分を異
符号で、非線形の原因となる成分を同符号で含むため、
これらの差をとることにより、前者成分は２倍になり、
後者成分は低減される。
しかしながら、偏光に関する光源及び光学部品の不完全
性とアライメントの不完全性のために、偏光面の方向は
一般に固定が困難であり、上記差動検出法によっても非
線形成分を完全には除去できない。
性とアライメントの不完全性のために、偏光面の方向は
一般に固定が困難であり、上記差動検出法によっても非
線形成分を完全には除去できない。
［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の目的は、２つの直交する偏光状態が２つの周波
数成分をもつ場合に生じる光路差−位相の関係の非線形
性を大きく低減させる検出装置を提供することにある。
数成分をもつ場合に生じる光路差−位相の関係の非線形
性を大きく低減させる検出装置を提供することにある。
［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本願発明の信号光ビート検
出装置は、２周波偏光ヘテロダイン干渉測定において異
なる光路を通過した２つの光を同一の光路に合成した合
成光から２つの干渉光を作り出す偏光分離手段であっ
て、偏光分離素子と、「該偏光分離素子と該偏光分離素
子に入射する合成光の偏光との間の合成光入射光軸回り
の相対角度」を可変的に調節する角度調節機構とを含む
偏光分離手段と、各々の該干渉光を異なる光検出器で検
出した後、その２つの検出信号の差の交流成分を出力す
る検出手段とを含む。そして上記角度調節機構を調節す
ることにより、上記検出手段から出力される交流成分の
非線形成分、即ち光波干渉計における求める測定変位と
測定干渉信号位相の関係における非線形成分が除去でき
る。
出装置は、２周波偏光ヘテロダイン干渉測定において異
なる光路を通過した２つの光を同一の光路に合成した合
成光から２つの干渉光を作り出す偏光分離手段であっ
て、偏光分離素子と、「該偏光分離素子と該偏光分離素
子に入射する合成光の偏光との間の合成光入射光軸回り
の相対角度」を可変的に調節する角度調節機構とを含む
偏光分離手段と、各々の該干渉光を異なる光検出器で検
出した後、その２つの検出信号の差の交流成分を出力す
る検出手段とを含む。そして上記角度調節機構を調節す
ることにより、上記検出手段から出力される交流成分の
非線形成分、即ち光波干渉計における求める測定変位と
測定干渉信号位相の関係における非線形成分が除去でき
る。
［作用］ 本発明に於ける角度調整機構は、最も原始的には手動
により偏光分離素子の入射光軸の回りの角度を調整でき
る機構でもよいし（実施例１参照）、偏光分離素子の
前に置く1/2波長板でも良いし（実施例２参照）、フ
ァラデー回転素子の如き磁気光学回転素子でもよい。
により偏光分離素子の入射光軸の回りの角度を調整でき
る機構でもよいし（実施例１参照）、偏光分離素子の
前に置く1/2波長板でも良いし（実施例２参照）、フ
ァラデー回転素子の如き磁気光学回転素子でもよい。
［実施例１］ 第１図は本実施例の装置の１部切り欠き斜視概念図であ
る。
る。
ここでは、偏光分離素子１及び光検出器４、５を迷光の
侵入を防止するため、光シールドケース12内に納め、こ
のケース12を角度調整できるように角度調整機構11を設
けてある。
侵入を防止するため、光シールドケース12内に納め、こ
のケース12を角度調整できるように角度調整機構11を設
けてある。
角度調整機構が、本発明でいう偏光分離素子の入射光軸
の回りの角度を調整できる機構である。
の回りの角度を調整できる機構である。
角度調整機構11に外部モータを取付け、電気制御により
角度を調整してもよい。
角度を調整してもよい。
［実施例２］ 本実施例の装置を第２図（斜視概念図）に示す。ここで
は1/2波長板13が角度調整機構に相当する。
は1/2波長板13が角度調整機構に相当する。
1/2波長板13の軸を入射光の偏光面に対して、角度β傾
けて設定すると出射光の偏光面は入射光の偏光面に対し
て、２β回転する。
けて設定すると出射光の偏光面は入射光の偏光面に対し
て、２β回転する。
そこで1/2波長板13の角度調整によって実施例１と同様
な効果が得られる。
な効果が得られる。
［実施例３］ 本実施例の装置を第３図（斜視概念図）に示す。ここで
は磁気光学回転素子14が角度調整機構に相当する。
は磁気光学回転素子14が角度調整機構に相当する。
素子14に入力する電気信号調整することにより入射光の
偏光面を任意に傾けて出射することができ、その結果実
施例１と同様な効果が得られる。
偏光面を任意に傾けて出射することができ、その結果実
施例１と同様な効果が得られる。
［発明の効果］ 以上の通り、実際の２周波偏光ヘテロダイン干渉測定で
は光学部品や光源光（レーザ光）の偏光の不完全性に
よる偏光の乱れ、光源から光検出器までのアライメン
トの不完全性による偏光の乱れなどに起因して、変位−
位相の線形関係が得られないところ、本発明によれば、
線形関係が得られ、その結果測定精度がさらに向上す
る。
は光学部品や光源光（レーザ光）の偏光の不完全性に
よる偏光の乱れ、光源から光検出器までのアライメン
トの不完全性による偏光の乱れなどに起因して、変位−
位相の線形関係が得られないところ、本発明によれば、
線形関係が得られ、その結果測定精度がさらに向上す
る。
第１図は、本発明の実施例１にかかる装置の一部切り欠
き斜視概念図である。 第２図は、本発明の実施例２にかかる装置の一部切り欠
き斜視概念図である。 第３図は、本発明の実施例３にかかる装置の一部切り欠
き斜視概念図である。 第４図は、従来の２周波偏光ヘテロダイン干渉計の構成
の一例を示す概念図である。 第５図は、従来差動法の２周波偏光へテロダイン干渉計
の構成の一例を示す概念図である。 第６図は、合成光を偏光分離素子に通すことにより、互
いに直交する偏光状態をもつ２つの反射光の和成分２と
差成分３を作り出すことを説明するベクトル図である。 第７図は、変位−位相の線形関係からの誤差を示す図で
ある。 ［主要部分の符号の説明］ １……偏光分離素子 ２……和成分 ３……差成分 4,5,9……光検出器 ６……差動増幅器 ７……位相検出器 ８……第１検光子 10……増幅器 11……角度調整機構 12……光シールドケース 13……1/2波長板 14……磁気光学回転素子
き斜視概念図である。 第２図は、本発明の実施例２にかかる装置の一部切り欠
き斜視概念図である。 第３図は、本発明の実施例３にかかる装置の一部切り欠
き斜視概念図である。 第４図は、従来の２周波偏光ヘテロダイン干渉計の構成
の一例を示す概念図である。 第５図は、従来差動法の２周波偏光へテロダイン干渉計
の構成の一例を示す概念図である。 第６図は、合成光を偏光分離素子に通すことにより、互
いに直交する偏光状態をもつ２つの反射光の和成分２と
差成分３を作り出すことを説明するベクトル図である。 第７図は、変位−位相の線形関係からの誤差を示す図で
ある。 ［主要部分の符号の説明］ １……偏光分離素子 ２……和成分 ３……差成分 4,5,9……光検出器 ６……差動増幅器 ７……位相検出器 ８……第１検光子 10……増幅器 11……角度調整機構 12……光シールドケース 13……1/2波長板 14……磁気光学回転素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審査官 田部 元史 (56)参考文献 特開 昭60−209103（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】２周波偏光ヘテロダイン干渉測定において
異なる光路を通過した２つの光を同一の光路に合成した
合成光から２つの干渉光を作り出す偏光分離手段であっ
て、偏光分離素子と、「該偏光分離素子と該偏光分離素
子に入射する合成光の偏光との間の合成光入射光軸回り
の相対角度」を可変的に調節する角度調節機構とを含む
偏光分離手段と、各々の該干渉光を異なる光検出器で検
出した後、その２つの検出信号の差の交流成分を出力す
る検出手段とを含み、前記角度調節機構を調節すること
により前記検出手段から出力する交流成分の光波干渉計
における測定変位と測定干渉信号位相の関係の非線形成
分を除去することを特徴とする信号光ビート検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1078600A JPH0674964B2 (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | ２周波偏光ヘテロダイン干渉測定における信号光ビート検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1078600A JPH0674964B2 (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | ２周波偏光ヘテロダイン干渉測定における信号光ビート検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02259407A JPH02259407A (ja) | 1990-10-22 |
| JPH0674964B2 true JPH0674964B2 (ja) | 1994-09-21 |
Family
ID=13666395
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1078600A Expired - Lifetime JPH0674964B2 (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | ２周波偏光ヘテロダイン干渉測定における信号光ビート検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0674964B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH085314A (ja) | 1994-06-20 | 1996-01-12 | Canon Inc | 変位測定方法及び変位測定装置 |
| JP4673770B2 (ja) * | 2006-03-03 | 2011-04-20 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 光ヘテロダイン干渉測定方法およびその測定装置 |
| CN101893448B (zh) * | 2010-07-16 | 2011-08-17 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种消除或减小激光外差干涉法中非线性误差的方法 |
| CN101936747B (zh) * | 2010-07-28 | 2011-09-28 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 波动探测方法中非线性误差的基波和奇次谐波消除法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0157227A3 (en) * | 1984-03-16 | 1987-02-25 | Hewlett-Packard Company | Interferometer |
-
1989
- 1989-03-31 JP JP1078600A patent/JPH0674964B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02259407A (ja) | 1990-10-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
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|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |