JPH0715363B2 - 差動平面鏡干渉計システム - Google Patents
差動平面鏡干渉計システムInfo
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- JPH0715363B2 JPH0715363B2 JP61301112A JP30111286A JPH0715363B2 JP H0715363 B2 JPH0715363 B2 JP H0715363B2 JP 61301112 A JP61301112 A JP 61301112A JP 30111286 A JP30111286 A JP 30111286A JP H0715363 B2 JPH0715363 B2 JP H0715363B2
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- interferometer system
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- mirror interferometer
- beams
- polarized
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/02015—Interferometers characterised by the beam path configuration
- G01B9/02017—Interferometers characterised by the beam path configuration with multiple interactions between the target object and light beams, e.g. beam reflections occurring from different locations
- G01B9/02018—Multipass interferometers, e.g. double-pass
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/02055—Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration
- G01B9/02056—Passive reduction of errors
- G01B9/02057—Passive reduction of errors by using common path configuration, i.e. reference and object path almost entirely overlapping
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/266—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light by interferometric means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J9/00—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength
- G01J9/02—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength by interferometric methods
- G01J9/0215—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength by interferometric methods by shearing interferometric methods
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B2290/00—Aspects of interferometers not specifically covered by any group under G01B9/02
- G01B2290/70—Using polarization in the interferometer
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 この発明は、２つの平面鏡表面間の光路長変化を測定す
る装置に関する。特に、この発明は、干渉法を使用する
高精度の置換度量衡学に有用な光学装置に関する。
る装置に関する。特に、この発明は、干渉法を使用する
高精度の置換度量衡学に有用な光学装置に関する。
（ロ）従来の技術 干渉計は、膨脹計測定法、材料の安定性の研究、機械工
具工業、そして半導体製造工業において、非常に高い精
度の置換測定を行うための基本的な装置である。現在の
最新式の干渉計の曲型の一つのタイプは、２つの外部ミ
ラー間の光路長の変化を測定する差動平面鏡干渉計であ
り、R.R.BaldwinとG.J.Siddall,“A double pass attac
hment for the linear and plane interferometer",Pro
c.SPIE,Vol.480,p.78-83（1984年５月）に説明されてい
る。従来の差動平面鏡干渉計は、固定平面鏡と可動平面
鏡とからなり、干渉計空洞と補助光学要素（逆反射装
置，ウエイブプレート，ミラー，ビームスプリッタ）を
形成する。このタイプの干渉計は、使用される光の４分
の１波の固有の光学的分解能を有し、そして、改良され
た精度のために一層増大する要求に対して必要とされる
特に高い安定性を備えている。従って、それは、平面鏡
のどのような傾きや補助光学要素の動きに対しても、ほ
とんど影響を受けない。
具工業、そして半導体製造工業において、非常に高い精
度の置換測定を行うための基本的な装置である。現在の
最新式の干渉計の曲型の一つのタイプは、２つの外部ミ
ラー間の光路長の変化を測定する差動平面鏡干渉計であ
り、R.R.BaldwinとG.J.Siddall,“A double pass attac
hment for the linear and plane interferometer",Pro
c.SPIE,Vol.480,p.78-83（1984年５月）に説明されてい
る。従来の差動平面鏡干渉計は、固定平面鏡と可動平面
鏡とからなり、干渉計空洞と補助光学要素（逆反射装
置，ウエイブプレート，ミラー，ビームスプリッタ）を
形成する。このタイプの干渉計は、使用される光の４分
の１波の固有の光学的分解能を有し、そして、改良され
た精度のために一層増大する要求に対して必要とされる
特に高い安定性を備えている。従って、それは、平面鏡
のどのような傾きや補助光学要素の動きに対しても、ほ
とんど影響を受けない。
しかしながら、従来の差動平面鏡干渉計は、過度に複雑
化され、多くの補助光は要素を必要とし、それによって
測定光を多くの反射に付している。これらの欠点によ
り、光学的ビーム力の低減と偏光の漏洩の結果として、
測定信号における信号−雑音比をさらに低下させるため
達成しうる精度が最終的に制限される。
化され、多くの補助光は要素を必要とし、それによって
測定光を多くの反射に付している。これらの欠点によ
り、光学的ビーム力の低減と偏光の漏洩の結果として、
測定信号における信号−雑音比をさらに低下させるため
達成しうる精度が最終的に制限される。
この発明は、従来の差動平面鏡の基本的な平面鏡干渉計
のキャビティを保持するが、この発明におけるシャープ
レート（shear plate）の使用は、光学的要素の数を現
象させるばかりでなく、反射光の数を約50％まで減少さ
せる。この発明の改良は、従って、このタイプの干渉計
について、達成可能な精度をさらに向上させる。
のキャビティを保持するが、この発明におけるシャープ
レート（shear plate）の使用は、光学的要素の数を現
象させるばかりでなく、反射光の数を約50％まで減少さ
せる。この発明の改良は、従って、このタイプの干渉計
について、達成可能な精度をさらに向上させる。
（ハ）発明の概要 この発明によれば、長さの変化や光学的長さへの変化の
いずれをも正確に測定することが可能な差動平面鏡干渉
計システムが提供され、それは、（１）２つの安定化さ
れた光学的周波数であって直交するように偏光された２
つの異なる周波数を有し、しかもその２つの周波数間の
周波数差がf0に等しい入力ビーム源、（２）前記ビーム
源に備えられ、周波数安定化電気発信器又は電気増幅器
付光電ミキサーであって、前記２つの安定化光学的周波
数の間の周波数差f0に対応する電気的参照信号を供給す
る手段、（３）最も好ましくは、反射防止領域と偏光コ
ーティングを有する傾斜したシャープレートであるが、
前記入力ビームを２つに分離され直交するように偏光さ
れた平行なビームに変換する手段、（４）最も好ましく
は、前記の分離されたビームの一方の中に配置された半
波遅延プレートであるが、前記の２つに分離され直交す
るように偏光された平行なビームを、２つに分離され同
方向に偏光された平行なビームに変換する手段、（５）
最も好ましくは、偏光ビームスプリッタと４分の１波遅
延プレートと逆反射装置であるが、前記分離され同方向
に偏光された平行ビームを２つの平面鏡の１つに２度反
射させて、同方向の偏光を有する２つの平行な出力ビー
ムを発生する手段、（６）最も好ましくは前記分離され
た平行出力ビームの一方の中に配置された半波遅延プレ
ートであるが、前記２つに分離され同方向に偏光された
平行出力ビームを、２つに分離され直交するように偏光
された平行出力ビームに変換する手段、（７）最も好ま
しくは、反射防止領域と偏光コーティングを備えた前述
の傾斜プレートであるが、２つに分離され直交するよう
に偏光された平行な出力ビームを、周波数成分間の位相
差が２つの平面鏡間の光路長に直接比例する単一の出力
ビームに変換する手段、（８）最も好ましくは、偏光子
であるが、前記単一出力ビームの前記直交成分を混合す
る手段、（９）最も好ましくは、光電検出器であるが、
電気測定信号を発生する手段、さらに、（10）最も好ま
しくは、フェイズメータ／アキュームレータであるが、
前記電気参照信号と前記電気測定信号との位相差、つま
り、２つの平面鏡間の光路長変化に比例する位相差を検
出する手段からなるものである。
いずれをも正確に測定することが可能な差動平面鏡干渉
計システムが提供され、それは、（１）２つの安定化さ
れた光学的周波数であって直交するように偏光された２
つの異なる周波数を有し、しかもその２つの周波数間の
周波数差がf0に等しい入力ビーム源、（２）前記ビーム
源に備えられ、周波数安定化電気発信器又は電気増幅器
付光電ミキサーであって、前記２つの安定化光学的周波
数の間の周波数差f0に対応する電気的参照信号を供給す
る手段、（３）最も好ましくは、反射防止領域と偏光コ
ーティングを有する傾斜したシャープレートであるが、
前記入力ビームを２つに分離され直交するように偏光さ
れた平行なビームに変換する手段、（４）最も好ましく
は、前記の分離されたビームの一方の中に配置された半
波遅延プレートであるが、前記の２つに分離され直交す
るように偏光された平行なビームを、２つに分離され同
方向に偏光された平行なビームに変換する手段、（５）
最も好ましくは、偏光ビームスプリッタと４分の１波遅
延プレートと逆反射装置であるが、前記分離され同方向
に偏光された平行ビームを２つの平面鏡の１つに２度反
射させて、同方向の偏光を有する２つの平行な出力ビー
ムを発生する手段、（６）最も好ましくは前記分離され
た平行出力ビームの一方の中に配置された半波遅延プレ
ートであるが、前記２つに分離され同方向に偏光された
平行出力ビームを、２つに分離され直交するように偏光
された平行出力ビームに変換する手段、（７）最も好ま
しくは、反射防止領域と偏光コーティングを備えた前述
の傾斜プレートであるが、２つに分離され直交するよう
に偏光された平行な出力ビームを、周波数成分間の位相
差が２つの平面鏡間の光路長に直接比例する単一の出力
ビームに変換する手段、（８）最も好ましくは、偏光子
であるが、前記単一出力ビームの前記直交成分を混合す
る手段、（９）最も好ましくは、光電検出器であるが、
電気測定信号を発生する手段、さらに、（10）最も好ま
しくは、フェイズメータ／アキュームレータであるが、
前記電気参照信号と前記電気測定信号との位相差、つま
り、２つの平面鏡間の光路長変化に比例する位相差を検
出する手段からなるものである。
（ニ）実施例 第１図は、すべての光学的ビームが単一平面にある場合
のこの発明の一実施例態様を構成図の形で示している。
その装置は広いレンジの放射源に対して適用されるが、
光学的測定システムに関する実施例として次に説明す
る。
のこの発明の一実施例態様を構成図の形で示している。
その装置は広いレンジの放射源に対して適用されるが、
光学的測定システムに関する実施例として次に説明す
る。
光源10は、レーザを使用することが非常に好ましいが、
点と矢印によって示され直交するように偏光された２つ
の安定化周波数成分からなる入力ビーム12を放射する
（たとえば、1969年７月26日に発行されたBagley他の米
国特許第3,458,259号や、“Apparatus to Transform a
single Frequency,Linearly Palarized Laser Beam Int
o a Beam with Two Orthogonally Polarized Frequenci
es"との名称で1985年３月12日に出願された共通所有で
出願中の米国特許出願第710,859号、“Heterodyne Inte
rferometer Syetem"との名称で1985年３月12日に出願さ
れた第710,947号、そして、“Apparatus to Transform
a Single Frequency,Linearly Polarized Laser Beam w
ith Two Orthogonally Polarized Frequencies"との名
称で1985年３月12日に出願された第710,927号を参照。
なお、これらのすべては、その全体の内容をここに参考
として入れる）。光源10は、２つの安定化周波数間の周
波数の差に対応する電気参照信号を供給する。
点と矢印によって示され直交するように偏光された２つ
の安定化周波数成分からなる入力ビーム12を放射する
（たとえば、1969年７月26日に発行されたBagley他の米
国特許第3,458,259号や、“Apparatus to Transform a
single Frequency,Linearly Palarized Laser Beam Int
o a Beam with Two Orthogonally Polarized Frequenci
es"との名称で1985年３月12日に出願された共通所有で
出願中の米国特許出願第710,859号、“Heterodyne Inte
rferometer Syetem"との名称で1985年３月12日に出願さ
れた第710,947号、そして、“Apparatus to Transform
a Single Frequency,Linearly Polarized Laser Beam w
ith Two Orthogonally Polarized Frequencies"との名
称で1985年３月12日に出願された第710,927号を参照。
なお、これらのすべては、その全体の内容をここに参考
として入れる）。光源10は、２つの安定化周波数間の周
波数の差に対応する電気参照信号を供給する。
ビーム12は、互いに平行な光学的平面17と18を有する傾
斜ガラス基板であるシャープレート16の上に入射する。
シャープレート16の機能は、従来の偏光技術を使用して
２つの周波数成分を空間的に分離することである。ビー
ム12は、表面17を通過して、ビーム12と同じ偏光をもつ
ビーム13になる。表面17は、ビーム12が通過する領域全
体に反射防止コーティング21Aを有する。表面18の偏光
コーティング23Aは、一方の偏光された周波数成分がビ
ーム30として伝導され、他方の直角方向に偏光された周
波数成分がビーム14として反射されるように、ビーム13
を分配する。ビーム14は、すべて表面17上の反射コーテ
ィング25Aから反射されてビーム15となる。ビーム15は
表面18を通過して、ビーム15と同じ偏光を有するビーム
31になる。表面18は、ビーム15が通過する領域全体に反
射防止コーティング27Aを有する。
斜ガラス基板であるシャープレート16の上に入射する。
シャープレート16の機能は、従来の偏光技術を使用して
２つの周波数成分を空間的に分離することである。ビー
ム12は、表面17を通過して、ビーム12と同じ偏光をもつ
ビーム13になる。表面17は、ビーム12が通過する領域全
体に反射防止コーティング21Aを有する。表面18の偏光
コーティング23Aは、一方の偏光された周波数成分がビ
ーム30として伝導され、他方の直角方向に偏光された周
波数成分がビーム14として反射されるように、ビーム13
を分配する。ビーム14は、すべて表面17上の反射コーテ
ィング25Aから反射されてビーム15となる。ビーム15は
表面18を通過して、ビーム15と同じ偏光を有するビーム
31になる。表面18は、ビーム15が通過する領域全体に反
射防止コーティング27Aを有する。
ビーム31は、90°までビーム31の直線偏光を回転させる
半波遅延プレート29Aを通過し、結果として生ずるビー
ム33はビーム30と同じ偏光（異なる周波数のまゝである
が）を有する。ビーム30と33は、偏光コーティング42を
備えた偏光ビームスプリッタ40に入射し、そして、各々
ビーム34と35として伝導される。ビーム34と35は４分の
１波遅延プレート44を通過し、各々、円偏光ビーム50と
51に変換される。相対的な位置が測定されつつあるステ
ージに添加された可動ミラー70からビーム50が反射され
てビーム50Aになる間に、固定参照ミラー71からビーム5
1が反射されてビーム51Aになる。ビーム50Aと51Aは４分
の１波遅延プレート44を逆に通過して、当初の入射ビー
ム34と35に対して直交するように偏光された直線偏光ビ
ームに逆変換される。ビーム50Aと51Aは偏光コーティン
グ42によって反射されビーム52と53になる。ビーム52と
53は、逆反射器45に反射されてビーム54と55になる。ビ
ーム54と55は偏光コーティング42によって反射されビー
ム56と57になる。ビーム56と57は４分の１波遅延プレー
ト44を通過して、円偏光ビーム58と59に変換される。
半波遅延プレート29Aを通過し、結果として生ずるビー
ム33はビーム30と同じ偏光（異なる周波数のまゝである
が）を有する。ビーム30と33は、偏光コーティング42を
備えた偏光ビームスプリッタ40に入射し、そして、各々
ビーム34と35として伝導される。ビーム34と35は４分の
１波遅延プレート44を通過し、各々、円偏光ビーム50と
51に変換される。相対的な位置が測定されつつあるステ
ージに添加された可動ミラー70からビーム50が反射され
てビーム50Aになる間に、固定参照ミラー71からビーム5
1が反射されてビーム51Aになる。ビーム50Aと51Aは４分
の１波遅延プレート44を逆に通過して、当初の入射ビー
ム34と35に対して直交するように偏光された直線偏光ビ
ームに逆変換される。ビーム50Aと51Aは偏光コーティン
グ42によって反射されビーム52と53になる。ビーム52と
53は、逆反射器45に反射されてビーム54と55になる。ビ
ーム54と55は偏光コーティング42によって反射されビー
ム56と57になる。ビーム56と57は４分の１波遅延プレー
ト44を通過して、円偏光ビーム58と59に変換される。
ビーム58が可動ミラー70から反射されてビーム58Aにな
る間に、ビーム59は固定参照ミラーから反射されビーム
59Aになる。ビーム58Aと59Aは４分の１波遅延プレート4
4を逆に通過し、当初の入射ビーム34と35と同方向に偏
光された直線偏光ビームに逆変換される。ビーム58Aと5
9Aは偏光コーティング42によって伝導され、ビーム60お
よび63として偏光ビームスプリッタ40から出て行く。ビ
ーム60と63は、逆反射器45の固有の光学的な特性によっ
て互に平行となり、ミラー70と71の間に存在するかも知
れないいかなる傾きにも影響されない。ビーム60は90°
までビーム60の直線偏光を回転させる半波遅延プレート
29Bを通過し、結果として生ずるビーム62はビーム63に
直交する直線偏光を有する。
る間に、ビーム59は固定参照ミラーから反射されビーム
59Aになる。ビーム58Aと59Aは４分の１波遅延プレート4
4を逆に通過し、当初の入射ビーム34と35と同方向に偏
光された直線偏光ビームに逆変換される。ビーム58Aと5
9Aは偏光コーティング42によって伝導され、ビーム60お
よび63として偏光ビームスプリッタ40から出て行く。ビ
ーム60と63は、逆反射器45の固有の光学的な特性によっ
て互に平行となり、ミラー70と71の間に存在するかも知
れないいかなる傾きにも影響されない。ビーム60は90°
までビーム60の直線偏光を回転させる半波遅延プレート
29Bを通過し、結果として生ずるビーム62はビーム63に
直交する直線偏光を有する。
ビーム62は表面18を通過して、ビーム62と同方向の偏光
を有するビーム64になる。表面18は、ビーム62が通過す
る領域全体に反射防止コーティング27Bを有する。ビー
ム64はすべて反射コーティング25Bから反射されてビー
ム65になる。表面18は、ビーム64が交差する領域全体に
反射コーティング25Bを有する。ビーム65と63は偏光コ
ーティング23Bによって再結合され、ビーム66を形成す
る。表面18は、ビーム65と63が交差する領域全体に偏光
コーティング23Bを有する。ビーム66は表面17を通過し
てビーム80になる。表面17はビーム66が通過する領域全
体に反射防止コーティング21Bを有する。
を有するビーム64になる。表面18は、ビーム62が通過す
る領域全体に反射防止コーティング27Bを有する。ビー
ム64はすべて反射コーティング25Bから反射されてビー
ム65になる。表面18は、ビーム64が交差する領域全体に
反射コーティング25Bを有する。ビーム65と63は偏光コ
ーティング23Bによって再結合され、ビーム66を形成す
る。表面18は、ビーム65と63が交差する領域全体に偏光
コーティング23Bを有する。ビーム66は表面17を通過し
てビーム80になる。表面17はビーム66が通過する領域全
体に反射防止コーティング21Bを有する。
ビーム80は、入力ビーム12のように、直交するように偏
光された２つの周波数成分を有する。ｎがミラー70と71
間の媒体の屈曲率で、ｌがミラー70と71の間の距離であ
る場合に、各周波数成分は、ミラー70と71との間の光路
長nlは省く同一の光路長を（空気とガラスを介して）正
確に通過する。この距離ｌに対応する光路長は、ビーム
80の２つの周波数成分の位相差に帰着する。ミラー70の
動きは、この位相差を変化させる。この位相の変化は、
ｎが一定の時にはミラー70によって動かされる距離Ｌに
直接比例するので、各偏光成分に対して45°の傾斜を有
しビーム80の中に２つの直交する偏光周波数成分を混合
してビーム82を生ずる偏光子81に、ビーム80を通過させ
ることによって測定される。同様に、ｌが固定されｎが
変化する場合には、位相変化はｎの変化に直接比例す
る。２つの周波数成分間の干渉は、ビーム12の２成分間
の差の周波数に等しい周波数を有する正弦波状の強度変
化として光学検出器83に検出される。正弦波状電気出力
85と正弦波状電気参照信号11は、例えば、前述の共通所
有の出願中の米国特許出願第710,928号に見られるよう
に、ミラー70と71の間の光路長における変化に直接比例
する出力92を供給するフェイズメータ／アキュームレー
タ90によって測定される。他の光学的要素における変
化、つまり構造的に又は熱的に引起こされるような変化
は、両方の周波数成分に等しく作用し、従って、測定さ
れる位相変化92には全く影響しないので、この光学的な
配置は、測定誤差に対して非常に影響を受けにくい。さ
らに、空気の屈折率の変化のような環境の影響は、ミラ
ー70に接近してミラー71を設置し２つの周波数成分の間
の光路長差を縮小することにより最小にすることができ
る。半波遅延プレート29Aと29Bは、ビーム63が変化を受
けずに通過できる一つの穴を備えた単体要素とすること
が可能であるということに留意すべきである。
光された２つの周波数成分を有する。ｎがミラー70と71
間の媒体の屈曲率で、ｌがミラー70と71の間の距離であ
る場合に、各周波数成分は、ミラー70と71との間の光路
長nlは省く同一の光路長を（空気とガラスを介して）正
確に通過する。この距離ｌに対応する光路長は、ビーム
80の２つの周波数成分の位相差に帰着する。ミラー70の
動きは、この位相差を変化させる。この位相の変化は、
ｎが一定の時にはミラー70によって動かされる距離Ｌに
直接比例するので、各偏光成分に対して45°の傾斜を有
しビーム80の中に２つの直交する偏光周波数成分を混合
してビーム82を生ずる偏光子81に、ビーム80を通過させ
ることによって測定される。同様に、ｌが固定されｎが
変化する場合には、位相変化はｎの変化に直接比例す
る。２つの周波数成分間の干渉は、ビーム12の２成分間
の差の周波数に等しい周波数を有する正弦波状の強度変
化として光学検出器83に検出される。正弦波状電気出力
85と正弦波状電気参照信号11は、例えば、前述の共通所
有の出願中の米国特許出願第710,928号に見られるよう
に、ミラー70と71の間の光路長における変化に直接比例
する出力92を供給するフェイズメータ／アキュームレー
タ90によって測定される。他の光学的要素における変
化、つまり構造的に又は熱的に引起こされるような変化
は、両方の周波数成分に等しく作用し、従って、測定さ
れる位相変化92には全く影響しないので、この光学的な
配置は、測定誤差に対して非常に影響を受けにくい。さ
らに、空気の屈折率の変化のような環境の影響は、ミラ
ー70に接近してミラー71を設置し２つの周波数成分の間
の光路長差を縮小することにより最小にすることができ
る。半波遅延プレート29Aと29Bは、ビーム63が変化を受
けずに通過できる一つの穴を備えた単体要素とすること
が可能であるということに留意すべきである。
第２図は、光学ビームが単一平面にない場合のこの発明
の第２の実施態様を構成図の形で示している。この配置
は、さらにコンパクトな光学システムを可能にする。こ
の合の説明は、第１図と同等であり、対応させて番号が
付けられている。わずかの違いであるが第１図における
コーティング21Aと21B、23Aと23B、25Aと25B、および27
Aと27Bが、各々コーティング21,23,25および27になり、
第１図の半波遅延プレート29Aと29Bが単一の半波遅延プ
レート29になっている。
の第２の実施態様を構成図の形で示している。この配置
は、さらにコンパクトな光学システムを可能にする。こ
の合の説明は、第１図と同等であり、対応させて番号が
付けられている。わずかの違いであるが第１図における
コーティング21Aと21B、23Aと23B、25Aと25B、および27
Aと27Bが、各々コーティング21,23,25および27になり、
第１図の半波遅延プレート29Aと29Bが単一の半波遅延プ
レート29になっている。
このように、第２図において、光源10は、前述のように
レーザを使用することが非常に好ましいが、２本の矢印
によって示され直交するように偏光された２つの安定化
周波数成分からなる入力ビーム12を放射する。光源10
は、その２つの周波数成分間の周波数の差異に再び対応
する電気参照信号11をも供給する。ビーム12は、互いに
平行な光学的平面17と18を備えた傾斜ガラス基板である
シャープレート16に入射する。シャープレート16の機能
は、従来の偏光技術を用いて２つの周波数成分を空間的
に分離することである。第２図の実施態様において、こ
のビーム12は、反射防止コーティング21と27、偏光コー
ティング23そして反射コーティング25の補助手段を備え
たシャープレート16によって分割されて、垂直偏光ビー
ム30と水平偏光ビーム31とになる。ビーム31は、90°ま
でビーム31の直線偏光を回転させる単一の半波遅延プレ
ート29を通過し、その結果生ずるビーム33はビーム30と
同方向の偏光（異なる周波数であるが）を有する。ビー
ム30と33は偏光コーティング42を備えた偏光ビームスプ
リッタ40に入射し、各々ビーム34と35として伝導され
る。ビーム34と35は４分の１波遅延プレート44を通過
し、円偏光ビーム50と51に各々変換される。相対的位置
が測定されつつあるステージに添付された可動ミラー70
からビーム50が反射されてビーム50Aになる間に、固定
参照ミラー71からビーム51が反射されビーム51Aにな
る。ビーム50Aと51Aは４分の１波遅延プレート44を逆に
通過して，当初の入射ビーム34と35に対して直交するよ
うに偏光された直線偏光ビームに逆変換される。ビーム
50Aと51Aは偏光コーティング42によって反射され、ビー
ム52と53になる。ビーム52と53は逆反射器45によって反
射され、ビーム54と55になる。ビーム54と55は偏光コー
ティング42によって反射され、ビーム56と57になる。ビ
ーム56と57は４分の１波遅延プレート44を通過して、円
偏光ビーム58と59に変換される。ビーム58が可動ミラー
70から反射されてビーム58Aになる間に、ビーム59は固
定参照ミラー71から反射されてビーム59Aになる。ビー
ム58Aと59Aは４分の１波遅延プレート44を逆に通過し
て、当初の入射ビーム34と35と同方向に偏光された直線
偏光ビームに逆変換される。ビーム58Aと59Aは偏光コー
ティング42によって伝導され、ビーム60と63として偏光
ビームスプリッタ40から出て行く。ビーム60と63は、逆
反射器45の固有の光学的特性によって互に平行となるの
で、ミラー70と71の間に存在するかも知れないいかなる
傾きにも影響されない。ビーム60は、90°だけビーム60
の直線偏光を回転させる単一の半波遅延プレート29を通
過し、その結果として生ずるビーム62は、ビーム63に直
交する直線偏光を有する。ビーム62と63は、反射防止コ
ーティング21と27、偏光コーティング23、および反射コ
ーティング25を備えたシャープレート16によって結合さ
れ、ビーム80になる。
レーザを使用することが非常に好ましいが、２本の矢印
によって示され直交するように偏光された２つの安定化
周波数成分からなる入力ビーム12を放射する。光源10
は、その２つの周波数成分間の周波数の差異に再び対応
する電気参照信号11をも供給する。ビーム12は、互いに
平行な光学的平面17と18を備えた傾斜ガラス基板である
シャープレート16に入射する。シャープレート16の機能
は、従来の偏光技術を用いて２つの周波数成分を空間的
に分離することである。第２図の実施態様において、こ
のビーム12は、反射防止コーティング21と27、偏光コー
ティング23そして反射コーティング25の補助手段を備え
たシャープレート16によって分割されて、垂直偏光ビー
ム30と水平偏光ビーム31とになる。ビーム31は、90°ま
でビーム31の直線偏光を回転させる単一の半波遅延プレ
ート29を通過し、その結果生ずるビーム33はビーム30と
同方向の偏光（異なる周波数であるが）を有する。ビー
ム30と33は偏光コーティング42を備えた偏光ビームスプ
リッタ40に入射し、各々ビーム34と35として伝導され
る。ビーム34と35は４分の１波遅延プレート44を通過
し、円偏光ビーム50と51に各々変換される。相対的位置
が測定されつつあるステージに添付された可動ミラー70
からビーム50が反射されてビーム50Aになる間に、固定
参照ミラー71からビーム51が反射されビーム51Aにな
る。ビーム50Aと51Aは４分の１波遅延プレート44を逆に
通過して，当初の入射ビーム34と35に対して直交するよ
うに偏光された直線偏光ビームに逆変換される。ビーム
50Aと51Aは偏光コーティング42によって反射され、ビー
ム52と53になる。ビーム52と53は逆反射器45によって反
射され、ビーム54と55になる。ビーム54と55は偏光コー
ティング42によって反射され、ビーム56と57になる。ビ
ーム56と57は４分の１波遅延プレート44を通過して、円
偏光ビーム58と59に変換される。ビーム58が可動ミラー
70から反射されてビーム58Aになる間に、ビーム59は固
定参照ミラー71から反射されてビーム59Aになる。ビー
ム58Aと59Aは４分の１波遅延プレート44を逆に通過し
て、当初の入射ビーム34と35と同方向に偏光された直線
偏光ビームに逆変換される。ビーム58Aと59Aは偏光コー
ティング42によって伝導され、ビーム60と63として偏光
ビームスプリッタ40から出て行く。ビーム60と63は、逆
反射器45の固有の光学的特性によって互に平行となるの
で、ミラー70と71の間に存在するかも知れないいかなる
傾きにも影響されない。ビーム60は、90°だけビーム60
の直線偏光を回転させる単一の半波遅延プレート29を通
過し、その結果として生ずるビーム62は、ビーム63に直
交する直線偏光を有する。ビーム62と63は、反射防止コ
ーティング21と27、偏光コーティング23、および反射コ
ーティング25を備えたシャープレート16によって結合さ
れ、ビーム80になる。
第２図の実施態様において、再びビーム80は、入力ビー
ム12のように、直交するように偏光された２つの周波数
成分を有する。第１図の実施態様と全く同様に、ｎがミ
ラー70と71間の媒体の屈折率で、ｌがミラー70と71間の
距離とするとき、各周波数成分は、ミラー70と71間の光
路nlを省いた同一光路長を（空気とガラスを介して）正
確に通過する。この距離ｌに対応する光路長は、ビーム
80の２つの周波数成分間の位相差に帰着する。ミラー70
の動作は、この位相差を変化させる。この位相変化は、
ｎが一定の時にはミラー70によって変化する距離Ｌに直
線比例するので、各偏光成分に対して45°の傾きをもち
ビーム80の２つの直交した偏光周波数成分を混合してビ
ーム82を生ずる偏光子81に、ビーム80を通過させること
によって測定される。同様に、ｌが固定されｎが変化す
る場合には、位相変化はｎの変化に直接比例する。第１
図の実施態様と全く同様に、２つの周波数成分間の干渉
は、ビーム12の２つの成分間の差の周波数に等しい周波
数をもつ正弦波状の強度変化として、光検出器83によっ
て検出される。正弦波状電気出力85と正弦波状電気参照
信号11間の位相の変化は、第１図の実施態様ですでに述
べたように、ミラー70と71間の光路長nlの変化に直接比
例する出力92を供給するフェイズメータ／アキュームレ
ータ90によって測定される。このように、第１図および
第２図の両方の実施態様は、構造的に、また熱的に引起
こされるような他の光学的要素の変化が両方の周波数成
分に同じように作用し、従って、測定される位相変化92
に全く影響を与えることがないので、測定誤差に対して
影響されることが非常に少ない光学的配置を採用してい
る。さらに、第１図の実施態様ですでに述べたが、空気
の屈折率の変化のような環境の影響は、ミラー70にミラ
ー71を近づけて設置して２つの周波数成分間の光路長差
減少することによって最小に押えることができる。
ム12のように、直交するように偏光された２つの周波数
成分を有する。第１図の実施態様と全く同様に、ｎがミ
ラー70と71間の媒体の屈折率で、ｌがミラー70と71間の
距離とするとき、各周波数成分は、ミラー70と71間の光
路nlを省いた同一光路長を（空気とガラスを介して）正
確に通過する。この距離ｌに対応する光路長は、ビーム
80の２つの周波数成分間の位相差に帰着する。ミラー70
の動作は、この位相差を変化させる。この位相変化は、
ｎが一定の時にはミラー70によって変化する距離Ｌに直
線比例するので、各偏光成分に対して45°の傾きをもち
ビーム80の２つの直交した偏光周波数成分を混合してビ
ーム82を生ずる偏光子81に、ビーム80を通過させること
によって測定される。同様に、ｌが固定されｎが変化す
る場合には、位相変化はｎの変化に直接比例する。第１
図の実施態様と全く同様に、２つの周波数成分間の干渉
は、ビーム12の２つの成分間の差の周波数に等しい周波
数をもつ正弦波状の強度変化として、光検出器83によっ
て検出される。正弦波状電気出力85と正弦波状電気参照
信号11間の位相の変化は、第１図の実施態様ですでに述
べたように、ミラー70と71間の光路長nlの変化に直接比
例する出力92を供給するフェイズメータ／アキュームレ
ータ90によって測定される。このように、第１図および
第２図の両方の実施態様は、構造的に、また熱的に引起
こされるような他の光学的要素の変化が両方の周波数成
分に同じように作用し、従って、測定される位相変化92
に全く影響を与えることがないので、測定誤差に対して
影響されることが非常に少ない光学的配置を採用してい
る。さらに、第１図の実施態様ですでに述べたが、空気
の屈折率の変化のような環境の影響は、ミラー70にミラ
ー71を近づけて設置して２つの周波数成分間の光路長差
減少することによって最小に押えることができる。
（ホ）発明の効果 この発明の主な利点は、（１）さらに少ない数の光学構
成要素、（２）さらに単純なビーム路、（３）さらに少
ない反射、（４）さらに高い光の作業効率、（５）さら
に低い波形歪み、（６）減少された光の漏洩、（７）減
少された非直線誤差、そして（８）低価格である。
成要素、（２）さらに単純なビーム路、（３）さらに少
ない反射、（４）さらに高い光の作業効率、（５）さら
に低い波形歪み、（６）減少された光の漏洩、（７）減
少された非直線誤差、そして（８）低価格である。
第１図は、すべての光学的ビームが単一平面にある場合
のこの発明の一実施例態様を示す構成説明図、第２図
は、光学的ビームが単一平面にない場合のこの発明の第
２の実施態様を示す構成説明図である。 10……光源、16……シャープレート、21A,21B,27A,27B
……反射防止コーティング、23A,23B……偏光コーティ
ング、25A,25B……反射コーティング、29A,29B……半波
遅延プレート、40……偏光ビームスプリッタ、42……偏
光コーティング、44……４分の１波遅延プレート、45…
…逆反射器、70……可動ミラー、71……固定参照ミラ
ー、81……偏光子、83……光学検出器、90……フェイズ
メータ／アキュームレータ。
のこの発明の一実施例態様を示す構成説明図、第２図
は、光学的ビームが単一平面にない場合のこの発明の第
２の実施態様を示す構成説明図である。 10……光源、16……シャープレート、21A,21B,27A,27B
……反射防止コーティング、23A,23B……偏光コーティ
ング、25A,25B……反射コーティング、29A,29B……半波
遅延プレート、40……偏光ビームスプリッタ、42……偏
光コーティング、44……４分の１波遅延プレート、45…
…逆反射器、70……可動ミラー、71……固定参照ミラ
ー、81……偏光子、83……光学検出器、90……フェイズ
メータ／アキュームレータ。
Claims (42)
- 【請求項１】可変光路長により分離することが可能な一
対の平面鏡；周波数に差を有する２つの安定化され直交
するように偏光された光学的周波数からなる入力ビーム
を放射する光源手段；前記光源手段にさらに備えられ、
前記２つの安定化された光学的周波数間の前記周波数差
に対応する電気参照信号を供給する手段；前記入力ビー
ムに光学的に結合され、前記入力ビームを、２つに分離
され直交するように偏光された平行なビームに変換する
シャープレート手段；前記２つに分離され直交するよう
に偏光された平行なビームの内の１つの光路中に光学的
に配置され、前記２つに分離され直交するように偏光さ
れた平行なビームを、２つに分離され同方向に偏光され
た平行なビームに変換する手段；前記２つに分離され同
方向に偏光された平行なビームに光学的に結合され、前
記の分離され同方向に偏光された平行なビームの各々
を、前記１対の平面鏡の一つに２回反射させて、同方向
の偏光を有する２つの平行な出力ビームを作り出す手
段；前記２つに分離され同方向に偏光された平行なビー
ムの内の１つの光路中に光学的に配置され、前記２つに
分離され同方向に偏光された平行な出力ビームを、２つ
に分離され直交するように偏光された平行な出力ビーム
に変換する手段；前記２つに分離され直交するように偏
光された平行な出力ビームに光学的に結合され、前記２
つに分離され直交するように偏光された平行な出力ビー
ムを、前記一対の平面鏡間の前記可変光路長に直接比例
する位相差を伴った一対の直交偏光周波数成分を有する
単一の信号出力ビームに変換する手段；前記単一出力ビ
ームに光学的に結合され、前記直交偏光成分を混合して
電気測定信号を作り出す手段；そして、前記電気測定信
号と前記電気参照信号とに作動的に接続され、前記一対
の平面鏡間の前記可変光路長に比例する、前記電気参照
信号と前記電気測定信号との位相差を検出する手段から
なり、それによって測定誤差と誤調整に対して非常に影
響をうけにくい光学的配置が提供され、前記シャープレ
ート手段が、入力ビームの一方の偏光成分を通過させ他
方の偏光成分を反射する偏光コーティングを備え、前記
２つに分離され同方向に偏光された平行なビームに光学
的に結合され、前記分離され同方向に偏光された平行な
ビームの各々を、前記一対の平面鏡の一つに２回反射さ
せて、同方向の偏光を有する２つの平行な出力ビームを
作り出す手段が、単一の偏光コーティングと単一の逆反
射器からなる差動平面鏡干渉計システム。 - 【請求項２】電気参照信号を供給する前記手段が周波数
安定化電気発振器からなる特許請求の範囲第１項記載の
差動平面鏡干渉計システム。 - 【請求項３】電気参照信号を供給する前記手段が、光電
ミキサーと電気増幅手段とからなる特許請求の範囲第１
項記載の差動平面鏡干渉計システム。 - 【請求項４】前記入力ビームを、２つに分離され直交す
るように偏光された平行なビームに変換する前記手段
が、傾斜したシャープレート手段からなる特許請求の範
囲第１項記載の差動平面鏡干渉計システム。 - 【請求項５】前記の傾斜したシャープレート手段が、反
射防止領域と偏光コーティングとの第１の組合せを備
え、２つに分離され直交するように偏光された平行な前
記出力ビームを前記単一出力ビームに変換する前記手段
が、領域とコーティングとの前記第１の組合せを前記の
傾斜したシャープレート手段の上に備え、前記の傾斜し
たシャープレート手段は、さらに、反射防止領域と偏光
コーティングとの第２の組合せを備え、領域とコーティ
ングとの前記第２の組合せが前記入力ビーム変換手段を
備えてなる特許請求の範囲第４項記載の差動平面鏡干渉
計システム。 - 【請求項６】前記２つに分離され直交するように偏光さ
れた平行なビームを前記の２つに分離され同方向に偏光
された平行なビームに変換する前記手段が、半波遅延プ
レート手段からなる特許請求の範囲第１項記載の差動平
面鏡干渉計システム。 - 【請求項７】前記の分離され同方向に偏光された平行な
ビームの各々を前記一対の平面鏡の一つによって２回反
射させる前記手段が、偏光ビームスプリッタと逆反射器
手段とからなる特許請求の範囲第１項記載の差動平面鏡
干渉計システム。 - 【請求項８】前記の分離され同方向に偏光された平行な
ビームの各々を前記一対の平面鏡の一つによって２回反
射させる前記手段が、４分の１波遅延プレート手段から
なる特許請求の範囲第７項記載の差動平面鏡干渉計シス
テム。 - 【請求項９】前記の２つに分離され同方向に偏光された
平行な出力ビームを前記の２つに分離され直交するよう
に偏光された平行な出力ビームに変換する前記手段が、
半波遅延プレート手段からなる特許請求の範囲第１項記
載の差動平面鏡干渉計システム。 - 【請求項１０】前記電気測定信号を発生する電気手段
が、前記単一出力ビームの直交成分を混合する偏光子手
段からなる特許請求の範囲第１項記載の差動平面鏡干渉
計システム。 - 【請求項１１】前記電気測定信号を出力する前記手段
が、さらに、光電検出器を備えてなる特許請求の範囲第
10項記載の差動平面鏡干渉計システム。 - 【請求項１２】前記電気測定信号を発生する前記手段
が、光電検出器を備えてなる特許請求の範囲第１項記載
の差動平面鏡干渉計システム。 - 【請求項１３】前記位相差検出手段が、フェイズメータ
／アキュームレータ手段を構成する特許請求の範囲第１
項記載の差動平面鏡干渉計システム。 - 【請求項１４】前記の２つに分離され直交するように偏
光された平行なビームを前記の２つに分離され同方向に
偏光された平行なビームに変換する前記手段が、半波遅
延プレート手段からなる特許請求の範囲第５項記載の差
動平面鏡干渉計システム。 - 【請求項１５】前記の分離され同方向に偏光された平行
なビームを前記一対の平面鏡の一つによって２回反射さ
せる前記手段が、偏光ビームスプリッタと逆反射器手段
からなる特許請求の範囲第５項記載の差動平面鏡干渉計
システム。 - 【請求項１６】前記手段が４分の１波遅延プレート手段
を備えてなる特許請求の範囲第15項記載の差動平面鏡干
渉計システム。 - 【請求項１７】前記の２つに分離され同方向に偏光され
た平行な出力ビームを前記の２つに分離され直交するよ
うに偏光された平行な出力ビームに変換する前記手段
が、第２の半波遅延プレート手段を備えてなる特許請求
の範囲第16項記載の差動平面鏡干渉計システム。 - 【請求項１８】前記電気測定信号を発生する前記手段
が、前記単一出力ビームの直交成分を混合する偏光子手
段からなる特許請求の範囲第17項記載の差動平面鏡干渉
計システム。 - 【請求項１９】前記電気測定信号を発生する前記手段
が、さらに、光電検出器を備えてなる特許請求の範囲第
18項記載の差動平面鏡干渉計システム。 - 【請求項２０】前記位相差検出手段がフェイズメータ／
アキュムレータ手段からなる特許請求の範囲第19項記載
の差動平面鏡干渉計システム。 - 【請求項２１】傾斜したシャープレートが、領域とコー
ティングとの前記第１および第２の組合せを備えてなる
特許請求の範囲第５項記載の差動平面鏡干渉計システ
ム。 - 【請求項２２】前記光源手段がレーザからなる特許請求
の範囲第１項記載の差動平面鏡干渉計システム。 - 【請求項２３】前記光源手段がレーザからなる特許請求
の範囲第19項記載の差動平面鏡干渉計システム。 - 【請求項２４】前記の傾斜したシャープレート手段が互
に平行な光学的平面を有する傾斜したガラス基板からな
り、領域とコーティングとの前記組合せが前記光学的平
面上に配置されてなる特許請求の範囲第21項記載の差動
平面鏡干渉計システム。 - 【請求項２５】前記の傾斜したシャープレート手段が互
に平行な光学的平面を有する傾斜したガラス基板からな
り、領域とコーティングとの前記組合せが前記光学的平
面上に配置されてなる特許請求の範囲第５項記載の差動
平面鏡干渉計システム。 - 【請求項２６】前記傾斜したシャープレート手段が互に
平行な光学的平面を有する傾斜したガラス基板からなる
特許請求の範囲第４項記載の差動平面鏡干渉計システ
ム。 - 【請求項２７】前記傾斜したシャープレート手段が、互
に平行な光学的平面を有する傾斜したガラス基板からな
り、領域とコーティングの前記組合せが前記光学的平面
上に配置されてなる特許請求の範囲第20項記載の差動平
面鏡干渉計システム。 - 【請求項２８】前記傾斜したシャープレート手段が、領
域とコーティングとの前記第１および第２の組合せの両
方を備えた共通の傾斜したシャープレートからなる特許
請求の範囲第27項記載の差動平面鏡干渉計システム。 - 【請求項２９】前記光源手段がレーザである特許請求の
範囲第28項記載の差動平面鏡干渉計システム。 - 【請求項３０】前記一対の平面鏡の一方が固定されて参
照ミラーを含み、前記一対の平面鏡の他方が前記一対の
分離可能な平面鏡間の前記可変距離を与えるために可動
である特許請求の範囲第１項記載の差動平面鏡干渉計シ
ステム。 - 【請求項３１】前記一対の平面鏡の一方が固定されると
共に参照ミラーを含み、前記一対の平面鏡の他方が前記
一対の分離可能な平面鏡間の前記可変距離を与えるため
に可動である特許請求の範囲第19項記載の差動平面鏡干
渉計システム。 - 【請求項３２】前記光源手段がレーザである特許請求の
範囲第31項記載の差動平面鏡干渉計システム。 - 【請求項３３】前記ビームのすべてが単一平面内である
特許請求の範囲第１項記載の差動平面鏡干渉計システ
ム。 - 【請求項３４】前記光源手段がレーザである特許請求の
範囲第33項記載の差動平面鏡干渉計システム。 - 【請求項３５】前記ビームのすべてが光学的ビームであ
り、前記光学的ビームのすべてが単一平面内にある特許
請求の範囲第20項記載の差動平面鏡干渉計システム。 - 【請求項３６】前記光源手段がレーザである特許請求の
範囲第35項記載の差動平面鏡干渉計システム。 - 【請求項３７】前記ビームのすべてが光学的ビームであ
り、前記光学的ビームが与えられた一平面内にある特許
請求の範囲第１項記載の差動平面鏡干渉計システム。 - 【請求項３８】光源手段がレーザである特許請求の範囲
第37項記載の差動平面鏡干渉計システム。 - 【請求項３９】前記ビームのすべてが光学的ビームであ
り、前記光学的ビームが複数平面内にあって、一つの与
えられた光学的ビームが一つの与えられた平面内にある
特許請求の範囲第20項記載の差動平面鏡干渉計システ
ム。 - 【請求項４０】前記光源手段がレーザからなる特許請求
の範囲第39項記載の差動平面鏡干渉計システム。 - 【請求項４１】前記一対の平面鏡間の距離が前記一対の
平面鏡間の媒体の屈折率の変化を規定するために固定さ
れてなる特許請求の範囲第１項記載の差動平面鏡干渉計
システム。 - 【請求項４２】前記一対の平面鏡が屈折率の変化を規定
するために固定されてなる特許請求の範囲第19項記載の
差動平面鏡干渉計システム。
Applications Claiming Priority (2)
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