JPH09189537A - 光へテロダイン干渉を利用する測定方法及びそれを用いた測定装置 - Google Patents

光へテロダイン干渉を利用する測定方法及びそれを用いた測定装置

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JPH09189537A
JPH09189537A JP8017131A JP1713196A JPH09189537A JP H09189537 A JPH09189537 A JP H09189537A JP 8017131 A JP8017131 A JP 8017131A JP 1713196 A JP1713196 A JP 1713196A JP H09189537 A JPH09189537 A JP H09189537A
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JP
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light
light wave
heterodyne signal
heterodyne
wave
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JP8017131A
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English (en)
Inventor
Seiichi Kamiya
誠一 神谷
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Original Assignee
Canon Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ビームスプリッタの薄膜特性等に起因する形
状情報を含まない不要なヘテロダイン信号成分を除去し
て、被測定面の形状等を高精度に測定できる光ヘテロダ
イン干渉を利用する測定方法及びそれを用いた測定装置
を得ること。 【解決手段】 光源手段から射出する２つの光波のう
ち、第１光波より参照光波を得、第２光波を被測定面に
入射させて測定光波を得た後に双方を２つに分割し、一
方の光波を第１検出手段で検出して基準点ヘテロダイン
信号を得、他方の光波を第２検出手段で検出してヘテロ
ダイン信号を得、両信号を用いて該被測定面の形状を測
定する際、該光源手段の直後より得た基準ヘテロダイン
信号と、該参照光波を遮断して該第１検出手段で得る第
１ヘテロダイン信号成分そして該測定光波を遮断して該
第１検出手段で得る第２ヘテロダイン信号成分とを調整
手段に入力し、該調整手段により該第２検出手段で得ら
れるヘテロダイン信号を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光へテロダイン干渉
を利用する測定方法及びそれを用いた測定装置に関し、
特に被測定物体の３次元形状などを測定する際に好適な
ものである。
【０００２】
【従来の技術】従来よりレンズ、ミラー等の光学部材の
形状を光波干渉を利用して比較的高精度に検出出来る計
測装置として光へテロダイン干渉装置が知られており，
例えばApplied Optics Vol.19 No.1(1980) P154 〜P160
に紹介されている。
【０００３】図７は光へテロダイン干渉を利用した測定
装置の要部概略図である。図中、１は光源であり、可干
渉性の光束を放射するレーザより構成している。２はビ
ームスプリッターであり、光源１からの光束を反射光と
透過光の２つの光束に分割する。３ａはAOM であり、音
響光学効果により入射光に対し周波数f2の周波数シフト
を受けた第２光波を射出する。３ｂはAOM であり、音響
光学効果により入射光に対し周波数f1の周波数シフトを
受けた第１光波を射出する。４は入射光の偏光面を90°
回転させるλ/2板、５は偏光ビームスプリッタであり、
AOM ３ａを介した周波数f2の第２光波とAOM ３ｂを介し
た周波数f1の第１光波を合波する。６はAOM ドライバで
あり、AOM ３ａ，３ｂに電力を供給している。７はビー
ムエキスパンダーであり、入射光束径を拡大して射出し
ている。８は偏光ビームスプリッタであり、入射光束の
偏光状態に応じて光波を反射又は透過させ、光の進行方
向を変えている。９ａ，９ｂはλ/4板であり、直線偏光
の光波を円偏光の光波に、或は円偏光の光波を直線偏光
の光波へ変換する。
【０００４】１０はコリメータレンズであり、入射平行
光束を球面波に変換し、被測定面１１ａに入射させる。
被測定物１１は凹面ミラーであり、１１ａは被測定面と
しての凹面である。１２は参照平面（参照面）１２ａを
有する参照平面ミラーである。１３は偏光板であり、直
交する２つの直線偏光成分を持つ光波の夫々から特定の
偏光成分を抽出し干渉光波を形成する。１４はビームス
プリッターであり、入射する干渉光波を反射光波と透過
光波の２つの光波に分割する。１５はピンホールであ
る。１６は参照信号検出器であり、ピンホール１５を介
して被測定面１１ａの基準点に対応する干渉光波を取り
込み、干渉光束の位相データの取り込みのタイミングを
とる同期信号を像検出カメラ１７へ送る。１７は像検出
カメラ、例えばイメージディセクタカメラであり、多数
の受光素子を２次元に配置した検出手段１７ｂを有して
いる。２３は位相計であり、参照信号検出器１６で得ら
れるヘテロダイン信号を参照信号とし、像検出カメラ１
７で得られるヘテロダイン信号を測定信号とし、両信号
の位相差を検出する。２４はコンピュータであり、前記
位相差の２次元分布を求める。
【０００５】この従来例の作用を説明する。レーザ１か
ら出射した光はミラーＭ１で反射し、ビームスプリッタ
２で反射光束と透過光束に２分割される。このうち透過
光束はAOM ３ｂを透過して周波数f1の周波数シフトを受
けて第１光波となり、その後ミラーＭ３で反射された後
λ/2板４を通って偏光面が90°回転して偏光ビームスプ
リッター５に達する。
【０００６】一方ビームスプリッター２における反射光
束はAOM ３ａを透過して周波数f2の周波数シフトを受け
て第２光波となり、その後ミラーＭ２で反射された後、
偏光ビームスプリッター５に達する。
【０００７】そしてこれらの光波は偏光ビームスプリッ
ター５で合波された後、ビームエキスパンダー７により
光束径が拡大されて偏光ビームスプリッター８に入射す
る。
【０００８】このとき周波数f2の第２光波は偏光ビーム
スプリッター８で反射された後、λ/4板９ａで円偏光の
光波とされ、コリメータレンズ１０を通って球面波とな
り被測定面１１ａに入射する。そして被測定面１１ａで
反射され、被測定面１１ａの形状誤差で波面を変形され
て測定光波となり元の光路を戻る。λ/4板９ａに再入射
するときの光波は被測定面１１ａで反射されたために逆
回りの円偏光の光波となっているので、λ/4板９ａを透
過後の測定光波は偏光方位（偏光面）が往路に比べて90
°回転した直線偏光となる。これによって今度は偏光ビ
ームスプリッター８を透過する。
【０００９】一方、周波数f1の第１光波は偏光ビームス
プリッター８を透過した後λ/4板９ｂで円偏光の光波と
され、さらに参照平面ミラー１２で反射されて逆回りの
円偏光の参照光波となり、元の光路を戻る。そしてλ/4
板９ｂを通った後、往路とは偏光方位（偏光面）が90°
回転した直線偏光となり、偏光ビームスプリッター８で
反射されて先の測定光波と合波される。
【００１０】ここで合波された測定光波と参照光波の２
つの光束は偏光板１３を介することにより干渉する干渉
光波となる。この後、干渉光波はビームスプリッター１
４に入射して２分割され、透過した干渉光波は像検出カ
メラ１７の検出手段１７ｂによって干渉光波の２次元断
面についてヘテロダイン信号が検出される。又、反射し
た干渉光波はピンホール１５によって被測定面１１ａの
基準点に対応する光波が選ばれ、そのヘテロダイン信号
が参照信号検出器１６によって検出されることになる。
尚、この時検出される信号は周波数シフト差f1-f2 のヘ
テロダイン信号である。
【００１１】そして、参照信号検出器１６で得られる基
準点ヘテロダイン信号を参照信号とし、検出手段１７ｂ
で得られるヘテロダイン信号を測定信号とし、位相計２
３にて参照信号と測定信号との位相差を検出し、その位
相差の２次元分布をコンピュータ２４によって求める。
【００１２】以上により被測定物１１の被測定面１１ａ
の形状に基づく波面収差が求められる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】上述の従来の光へテロ
ダイン干渉装置では、光学部品のコーティングムラや薄
膜特性及び光学部品の取り付け治具の応力ムラによる歪
み、光学部品のアライメント精度、光ファイバー内での
偏光面の乱れ等が影響して不要なヘテロダイン信号が発
生し、これが測定誤差を発生させる。
【００１４】例えば、直交する２つの直線偏光を偏光ビ
ームスプリッターに入射させて分離させる際、薄膜特性
が理想的な場合には偏光ビームスプリッターにより２つ
の直線偏光は完全に二つの光束に分けられる。しかし実
際は、偏光ビームスプリッターで直交する直線偏光を10
0 ％ずつに分けることができず、各々の偏光成分のコン
マ数％〜数％は反射もしくは透過する。そのためこれら
の光が正規に透過または反射した光束と干渉し、被測定
物及び参照面の光波面情報に無関係な不要なヘテロダイ
ン信号成分が発生する。
【００１５】測定時に像検出カメラ１７で検出するヘテ
ロダイン信号とこの不要なヘテロダイン信号成分が同位
相なら光波面情報に誤差を与えることはないが、もし位
相が異なると光波面情報に誤差を与えることになる。
【００１６】また光学部品のコーティングムラや取り付
け治具の応力ムラによる光学部品の歪み、光ファイバー
を透過させることにより生じる偏波面の乱れ等の影響
は、像検出カメラ１７のアドレス毎に不要なヘテロダイ
ン信号成分が変わり、アドレス毎に異なった測定誤差を
与えることになる。
【００１７】このように光学部品のコーティングムラや
薄膜特性及び光学部品の取り付け治具の応力ムラによる
歪み、光学部品のアライメント精度等が影響し、測定光
波及び参照光波の作り出すヘテロダイン信号以外の不要
なヘテロダイン信号成分が発生し、これが光波面情報の
測定誤差を発生させる。
【００１８】本発明は、被測定面の形状や透過波面等の
波面を測定する際、従来では測定誤差となっていた、光
学部品のコーティングムラや薄膜特性及び光学部品の取
り付け治具の応力ムラによる歪み、光学部品のアライメ
ント精度、光ファイバー内で生じた偏光面の乱れ等によ
り発生する形状情報を含まない不要なヘテロダイン信号
成分を取り除いて、被測定面の形状や透過波面等の波面
情報を高精度に測定できる光ヘテロダイン干渉を利用す
る測定方法及びそれを用いた測定装置の提供を目的とす
る。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明の光へテロダイン
干渉を利用する測定方法は、 （１−１） 光源手段から射出する周波数及び偏光面が
異なる第１光波と第２光波を重ね合わせて光束分離手段
に入射させて該偏光面の方向により２つの光波に分離
し、分離された第１光波を遮断して、分離された第２光
波を被測定面に導光・反射させた光波を偏光板を介して
第２光波と漏れ光として含まれる第１光波とを干渉させ
て第１ヘテロダイン信号成分を検出し、該光束分離手段
へ入射する前の該第１光波と第２光波若しくは該光源手
段から得られる基準ヘテロダイン信号を第１調整手段を
介して出力した信号と該第１ヘテロダイン信号成分とを
比較して、該第１調整手段からの出力が該第１ヘテロダ
イン信号成分を打ち消すように該第１調整手段のゲイン
・位相を調整し、次いで該光束分離手段で分離された第
２光波を遮断して、分離された第１光波を参照面に導光
・反射させた光波を該偏光板を介して第１光波と漏れ光
として含まれる第２光波とを干渉させて第２ヘテロダイ
ン信号成分を検出し、該基準ヘテロダイン信号を第２調
整手段を介して出力した信号と該第２ヘテロダイン信号
成分とを比較して、該第２調整手段からの出力が該第２
ヘテロダイン信号成分を打ち消すように該第２調整手段
のゲイン・位相を調整し、次いで該光束分離手段で分離
された第２光波を被測定面に導光して該被測定面の形状
情報を与えて測定光波を得、該光束分離手段で分離され
た第１光波を参照面に導光・反射させて参照光波を得、
該測定光波と該参照光波を該光束分離手段と該偏光板を
介して合波して干渉させてヘテロダイン信号を検出し、
該ヘテロダイン信号に該第１調整手段からの出力と該第
２調整手段からの出力とを加算した信号と、該被測定面
の基準点に対する基準点ヘテロダイン信号との位相差よ
り該被測定面の形状情報を得ること等を特徴としてい
る。
【００２０】特に、 （１−１−１） 前記第１光波と第２光波から得られる
基準ヘテロダイン信号は該第１光波と該第２光波とを干
渉させて得る。 （１−１−２） 前記光源手段はレーザが放射する単一
周波数の光を２つの光束に分けて、夫々の光束を周波数
f1で駆動するAOM 又は周波数f2で駆動するAOM を透過さ
せて前記第１光波及び第２光波を発生させている。 （１−１−３） 前記光源手段はゼーマンレーザであ
る。 （１−１−４） 前記光源手段はレーザが放射する単一
周波数の光を２つの光束に分けて、夫々の光束をAOM ド
ライバが出力する周波数f1の第１駆動信号で駆動するAO
M 又は周波数f2の第２駆動信号で駆動するAOM で変調し
て前記第１光波と第２光波とを発生させており、前記光
源手段から得られる基準ヘテロダイン信号は該第１駆動
信号と該第２駆動信号の混合出力より生成している。こ
と等を特徴としている。
【００２１】又、本発明の測定装置は、 （１−２） 光源手段から射出する周波数及び偏光面が
異なる第１光波と第２光波を重ね合わせて光束分離手段
に入射させて該偏光面の方向により２つの光波に分離
し、第１光波を参照面に導光・反射させて参照光波を
得、第２光波を被測定面に導光・反射させて該被測定面
の形状情報を与えて測定光波を得、該測定光波と該参照
光波を該光束分離手段と偏光板を介して合波して干渉光
波としてビームスプリッターにより２つに分離し、一方
の干渉光波は受光素子を２次元に配置した第２検出手段
に入射させて該受光素子毎にヘテロダイン信号を検出
し、他方の干渉光波を第１検出手段に入射させて該被測
定面の基準点に対応する基準点ヘテロダイン信号を検出
し、該ヘテロダイン信号を該基準点ヘテロダイン信号と
比較して該被測定面の形状情報を検出する際、該光束分
離手段へ入射する該第１光波と第２光波又は該光源手段
から得られた基準ヘテロダイン信号を利用して該測定光
波と参照光波から得られるヘテロダイン信号に重畳する
形状情報を含まない不要なヘテロダイン信号成分を除去
すること等を特徴としている。
【００２２】特に、 （１−２−１） 前記基準ヘテロダイン信号をそれぞれ
第１、第２調整手段により前記不要なヘテロダイン信号
成分を打ち消すように調整して前記測定光波と参照光波
から得られるヘテロダイン信号に加算する 又は該基準ヘテロダイン信号を該第１、第２調整手段に
より該不要なヘテロダイン信号成分と同じ振幅、同じ位
相に調整して前記測定光波と参照光波から得られるヘテ
ロダイン信号から減算する。 （１−２−２） 前記第１光波と第２光波から得られた
基準ヘテロダイン信号は基準信号発生手段により該第１
光波と該第２光波とを干渉させて得る。 （１−２−３） 前記光源手段はレーザが放射する単一
周波数の光を２つの光束に分けて、夫々の光束を周波数
f1で駆動するAOM 又は周波数f2で駆動するAOM を透過さ
せて前記第１光波及び第２光波を発生させている。 （１−２−４） 前記光源手段はゼーマンレーザであ
る。 （１−２−５） 前記光源手段はレーザが放射する単一
周波数の光を２つの光束に分けて、夫々の光束をAOM ド
ライバが出力する周波数f1の第１駆動信号で駆動するAO
M 又は周波数f2の第２駆動信号で駆動するAOM で変調し
て前記第１光波と第２光波とを発生させており、前記光
源手段から得られた基準ヘテロダイン信号は該第１駆動
信号と該第２駆動信号の混合手段により生成している。
こと等を特徴としている。
【００２３】更に、本発明の光ヘテロダイン干渉を利用
する測定方法は、 （１−３） 光源手段から射出する周波数及び偏光面が
異なる第１光波と第２光波を光束分離手段で分離して、
そのうち第１光波を参照面に入射させて参照光波を得、
第２光波を被測定面に入射させて測定光波を得た後に双
方を該光束分離手段で合波し、次いで偏光板を介して干
渉光波とした後にビームスプリッターで２つに分割し、
このうち一方の干渉光波を第１検出手段で検出して基準
点ヘテロダイン信号を得、他方の干渉光波を第２検出手
段で検出してヘテロダイン信号を得、該基準点ヘテロダ
イン信号と該ヘテロダイン信号を用いて該測定光波の位
相変化を検出する際、該光源手段と該光束分離手段との
間の光路中より得られた又は該光源手段より得られた基
準ヘテロダイン信号と、該光束分離手段と該参照面との
光路を遮断したときに該第１検出手段又は該第２検出手
段で得られる第１ヘテロダイン信号成分そして該光束分
離手段と該被測定面との光路を遮断したときに該第１検
出手段又は該第２検出手段で得られる第２ヘテロダイン
信号成分とを調整手段に入力し、該調整手段により該第
２検出手段で得られるヘテロダイン信号を補正して該測
定光波の位相変化を検出していること等を特徴としてい
る。
【００２４】更に、本発明の測定装置は、 （１−４） 光源手段から射出する周波数及び偏光面が
異なる第１光波と第２光波を光束分離手段で分離して、
そのうち第１光波を参照面に入射させて参照光波を得、
第２光波を被測定面に入射させて測定光波を得た後に双
方を該光束分離手段で合波し、次いで偏光板を介して干
渉光波とした後にビームスプリッターで２つに分割し、
このうち一方の干渉光波を第１検出手段で検出して基準
点ヘテロダイン信号を得、他方の干渉光波を第２検出手
段で検出してヘテロダイン信号を得、該基準点ヘテロダ
イン信号と該ヘテロダイン信号を用いて該測定光波の位
相変化を検出する際、該光源手段と該光束分離手段との
間の光路中より基準信号発生手段を介して得られた又は
該光源手段より得られた基準ヘテロダイン信号と、該光
束分離手段と該参照面との光路を遮断したときに該第１
検出手段又は該第２検出手段で得られる第１ヘテロダイ
ン信号成分そして該光束分離手段と該被測定面との光路
を遮断したときに該第１検出手段又は該第２検出手段で
得られる第２ヘテロダイン信号成分とを調整手段に入力
し、該調整手段により該第２検出手段で得られるヘテロ
ダイン信号を補正して該測定光波の位相変化を検出して
いること等を特徴としている。
【００２５】特に、 （１−４−１） 前記調整手段は第１調整手段及び第２
調整手段を有し、前記基準ヘテロダイン信号をそれぞれ
該第１、第２調整手段により前記第１、第２ヘテロダイ
ン信号成分を打ち消すように調整して前記測定光波と参
照光波から得られるヘテロダイン信号に加算する 又は該基準ヘテロダイン信号を該第１、第２調整手段に
より該第１、第２ヘテロダイン信号成分と同じ振幅、同
じ位相に調整して前記測定光波と参照光波から得られる
ヘテロダイン信号から減算する。 （１−４−２） 前記光源手段はレーザが放射する単一
周波数の光を２つの光束に分けて、夫々の光束を周波数
f1で駆動するAOM 又は周波数f2で駆動するAOM を透過さ
せて前記第１光波及び第２光波を発生させている。 （１−４−３） 前記光源手段はゼーマンレーザであ
る。 （１−４−４） 前記光源手段はレーザが放射する単一
周波数の光を２つの光束に分けて、夫々の光束をAOM ド
ライバが出力する周波数f1の第１駆動信号で駆動するAO
M 又は周波数f2の第２駆動信号で駆動するAOM で変調し
て前記第１光波と第２光波とを発生させており、前記光
源手段から得られた基準ヘテロダイン信号は該第１駆動
信号と該第２駆動信号の混合手段により生成している。
こと等を特徴としている。
【００２６】
【発明の実施の形態】図１は本発明の測定装置の実施形
態１の要部概略図である。本実施形態はいくつかの不要
なヘテロダイン信号成分の発生要因のうち、測定光束全
体に略一様に誤差を与える要因、例えば偏光ビームスプ
リッター８の薄膜特性の影響で漏れ光が生じてしまう場
合に測定誤差を除去するものである。
【００２７】図１において、１は光源であり、可干渉性
の単一周波数の光束を放射するレーザより構成してい
る。２はビームスプリッターであり、光源１からの光束
を反射光と透過光の２つの光束に分割する。３ａは音響
光学素子( 以下AOM と略記する）であり、AOM ドライバ
６が出力する周波数f2の第２駆動信号により駆動され、
音響光学効果により入射光に対し周波数f2の周波数シフ
トを受けた第２光波を射出する。３ｂはAOM であり、AO
M ドライバ６が出力する周波数f1の第１駆動信号により
駆動され、音響光学効果により入射光に対し周波数f1の
周波数シフトを受けた第１光波を射出する。
【００２８】４は入射光の偏光面を90°回転させるλ/2
板、５は偏光ビームスプリッタであり、AOM ３ａを介し
た周波数f2の光波とAOM ３ｂを介した周波数f1の光波を
合波する。６はAOM ドライバであり、AOM ３ａ，３ｂに
夫々周波数f2,f1 で電力を供給し、駆動している。な
お、光源１、ビームスプリッター２、AOM ３ａ，３ｂ、
λ/2板４、偏光ビームスプリッタ５、AOM ドライバ６等
は光源手段の一要素を構成している。
【００２９】７はビームエキスパンダーであり、入射光
束径を拡大して射出している。８は偏光ビームスプリッ
タ（光束分離手段）であり、入射光波の偏光状態に応じ
て光波を反射又は透過させ、光の進行方向を変えてい
る。９ａ，９ｂはλ/4板であり、直線偏光の光波を円偏
光の光波に、或は円偏光の光波を直線偏光の光波へ変換
する。
【００３０】１０はコリメータレンズであり、入射平行
光束を球面波に変換し、被測定面１１ａに入射させる。
被測定物１１は凹面ミラーであり、１１ａは被測定面と
しての凹面である。この装置ではこの被測定面１１ａの
形状を計測するものである。１２は参照平面ミラーであ
り、１２ａは参照平面（参照面）である。１３は45°方
位の偏光板であり、直交する２つの直線偏光成分を持つ
光波の夫々から特定の偏光成分を抽出し干渉光波を形成
する。１４はビームスプリッターであり、入射する干渉
光波を反射光と透過光の２つの干渉光波に分割する。１
５はピンホールである。１６は参照信号検出器であり、
ピンホール１５を介して被測定面１１ａの中央部（基準
点）に対応する干渉光波を取り込み基準点ヘテロダイン
信号を出力する。１７は像検出カメラであり、ここでは
イメージディセクタカメラを用いており、多数の受光素
子を２次元に配置した第２検出手段１７ｂを有してい
る。なお、参照信号検出器１６、ピンホール１５等は第
１検出手段１６ｂの一要素を構成している。
【００３１】１８はビームスプリッターであり、偏光ビ
ームスプリッター５から射出する合波された第１光波、
第２光波の一部分を側方へ反射する。１９は45゜方位の
偏光板であり、偏光面が直交する２つの直線偏光を干渉
光波に変える。２０は基準へテロダイン信号検出器であ
る。なお、ビームスプリッター１８、偏光板１９、基準
ヘテロダイン信号検出器２０等は基準信号発生手段の一
要素を構成している。
【００３２】２１ａ，２１ｂはここを通る信号のゲイン
・位相を調整できる波形調整回路（第１、第２調整手
段）であり、基準へテロダイン信号を利用して偏光ビ−
ムスプリッタの漏れ光により生ずる不要なヘテロダイン
信号成分を打ち消すような信号を生成する。２２は加算
回路であり、第２検出手段１７ｂの出力と波形調整回路
２１ａ，２１ｂの出力を加算する。２３は位相計であ
り、第２検出手段１７ｂからの出力から不要なへテロダ
イン信号成分を除去した信号と参照信号検出器１６から
の基準点ヘテロダイン信号との位相差を求める。２４は
コンピュータであり、位相計２３で求められた位相情報
を三次元の光波面情報に換算したり、第２検出手段１７
ｂのアドレスを指定する。
【００３３】２５は作動増幅回路であり、形状測定に先
立って不要なヘテロダイン信号成分と基準ヘテロダイン
信号を比較する。
【００３４】なお、波形調整回路２１ａ，２１ｂ、作動
増幅回路２５等は調整手段の一要素を構成している。
【００３５】本実施形態が図１０に示した従来の光へテ
ロダイン干渉測定装置と異なる点は、偏光ビームスプリ
ッター８の前にビ−ムスプリッター１８、偏光板１９を
配置し、基準へテロダイン信号検出器２０にて第１光波
と第２光波との基準ヘテロダイン信号を検出している
点、また偏光ビ−ムスプリッター８の漏れ光によって生
じる不要なヘテロダイン信号成分を打ち消すような信号
を発生する波形調整回路２１ａ，２１ｂを配置した点、
及び波形調整回路２１ａ，２１ｂの出力と像検出カメラ
１７で検出したヘテロダイン信号を加算する加算回路２
２を配置し、その出力を位相計２３に入力している点等
である。
【００３６】この実施形態による面形状測定の作用を説
明する。光源（レーザ）１から出射した光束はミラーＭ
１で反射し、ビームスプリッタ２で反射光束と透過光束
に２分割される。このうち透過光束はAOM ３ｂを透過し
て周波数f1の周波数シフトを受けて第１光波となり、そ
の後ミラーＭ３で反射された後λ/2板４を通って偏光面
が90°回転して偏光ビームスプリッター５に達する。
【００３７】一方ビームスプリッター２における反射光
束はAOM ３ａを透過して周波数f2の周波数シフトを受け
て第２光波となり、その後ミラーＭ２で反射された後、
偏光ビームスプリッター５に達する。
【００３８】そしてこれらの光波は偏光ビームスプリッ
ター５で合波された後、ビームスプリッター１８へ入
り、一部は側方へ反射され、一部は透過する。反射され
た光波は偏光板１９を通ることで直交する二つの直線偏
光が干渉し、基準へテロダイン信号検出器２０で基準ヘ
テロダイン信号として取り出される。
【００３９】透過した光波はビームエキスパンダー７に
より光束径が拡大されて偏光ビームスプリッター８に入
射する。
【００４０】このとき周波数f2の第２光波は偏光ビーム
スプリッター８で反射された後、λ/4板９ａで円偏光の
光波とされ、コリメータレンズ１０を通って球面波とな
り被測定面１１ａに入射する。そして被測定面１１ａで
反射され、被測定面１１ａの形状誤差で波面を変形され
て（形状情報を与えられた）測定光波を形成し、元の光
路を戻る。λ/4板９ａに再入射するときの測定光波は被
測定面１１ａで反射されたために逆回りの円偏光の光波
となっているので、λ/4板９ａを透過後の測定光波は偏
光方位（偏光面）が往路に比べて90°回転した直線偏光
となる。これによって今度は偏光ビームスプリッター８
を透過する。
【００４１】一方、周波数f1の第１光波は偏光ビームス
プリッター８を透過した後λ/4板９ｂで円偏光の光波と
され、さらに参照平面ミラー１２で反射されて逆回りの
円偏光の参照光波となり、元の光路を戻る。そしてλ/4
板９ｂを通った後、往路とは偏光方位（偏光面）が90°
回転した直線偏光となり、偏光ビームスプリッター８で
反射されて先の測定光波と合波される。
【００４２】ここで再び合波された測定光波と参照光波
の２つの光波は偏光板１３を介することにより干渉する
干渉光波となる。この後、干渉光波はビームスプリッタ
ー１４に入射して二分割され、透過した干渉光波は像検
出カメラ１７の第２検出手段１７ｂ上に入射し、各受光
素子から被測定面１１ａの形状誤差に応じたヘテロダイ
ン信号を出力する。又反射した干渉光波はピンホール１
５によって被測定面１１ａの中央（基準点）に対応する
干渉光波が選択され、そのヘテロダイン信号、即ち基準
点ヘテロダイン信号が参照信号検出器１６から出力され
る。尚、この時像検出カメラ１７で検出される干渉光波
は周波数シフト差(f1-f2) のヘテロダイン信号である。
【００４３】しかしながらこの時像検出カメラ１７で検
出されたヘテロダイン信号には、偏光ビームスプリッタ
ー８の分離性能に起因する被測定面１１ａの形状情報を
含まない不要なへテロダイン信号成分が含まれている。
これについて説明する。
【００４４】直交する二つの直線偏光、第１光波（Ｐ
波、周波数：f1）と第２光波（Ｓ波、周波数：f2）が偏
光ビームスプリッター８に入射すると、理論的には第１
光波の100 ％が透過し、第２光波の100 ％が反射するこ
とになる。しかし実際にはこのようにならず、第１光波
f1の数％は偏光ビームスプリッター８で反射して被測定
面１１ａに向かい（第１’光波(f1)R ）、また第２光波
f2の数％は偏光ビームスプリッター８を透過して参照平
面ミラー１２へ向かう（第２’光波(f2)T ）。これは偏
光ビームスプリッタ８の分離特性が完全でないことによ
る為だが、どんなに偏光ビームスプリッター８の特性が
良くても全くゼロに抑えこむことは物理的に不可能であ
る。
【００４５】このように偏光ビ−ムスプリッター８で漏
れ光が生じると、例えば第１’光波(f1)R は第２光波f2
と同じ光路を通るため、偏光板１３を介して得られる第
１’光波(f1)R と第２光波f2が干渉して得られるヘテロ
ダイン信号は被測定面１１ａの面形状に依存しなくな
り、形状情報を含まない不要なヘテロダイン信号成分と
なる。
【００４６】図２は像検出カメラ１７からのヘテロダイ
ン信号と不要なヘテロダイン信号成分、及び真のヘテロ
ダイン信号の説明図である。図中、真のヘテロダイン信
号は被測定面１１ａの面形状を反映したヘテロダイン信
号であり、偏光ビームスプリッター８（PBS ）による不
要なヘテロダイン信号成分とは第１’光波(f1)R と第２
光波f2による面形状に依存しないヘテロダイン信号成分
と第２’光波(f2)T と第１光波f1による面形状に依存し
ないヘテロダイン信号成分の合成されたものである。
【００４７】図２からわかるように像検出カメラ１７で
検出するヘテロダイン信号は、不要なヘテロダイン信号
成分の影響により、真のヘテロダイン信号から出力レベ
ル及び位相がずれている。本実施形態の面形状測定は、
ヘテロダイン信号の位相差から求めるので、像検出カメ
ラ１７からのヘテロダイン信号の位相が真のヘテロダイ
ン信号に対してずれれば測定誤差が発生する。
【００４８】次に像検出カメラ１７で検出したヘテロダ
イン信号と不要なヘテロダイン信号成分が同位相の場合
の様子を図３に示す。このときは図３からわかるように
像検出カメラ１７で検出したヘテロダイン信号は真のヘ
テロダイン信号と同位相となり、測定誤差を与えること
はない。
【００４９】このように二つの直交する直線偏光が偏光
ビームスプリッター８で完全に分離されずに漏れ光が生
じると、測定結果に誤差を与えたり、与えなかったりす
る。すなわち被測定面１１ａ及び参照面１２ａの光波面
情報には依存しない非線形な不要なヘテロダイン信号成
分が発生することになる。
【００５０】そこで本実施形態は、以下の方法でこの不
要なヘテロダイン信号成分を除去する。面形状の測定に
先立って不要なヘテロダイン信号成分と基準ヘテロダイ
ン信号の相互関係を調べる。
【００５１】最初に偏光ビームスプリッター８を透過す
る第１光波f1による不要なヘテロダイン信号成分を調べ
る。先ず図１に示すようにスイッチＳ２はニュートラル
の位置に、スイッチＳ１とＳ３は作動増幅回路２５側に
セットして参照信号検出器１６からの出力と波形調整回
路２１ａからの出力を差動増幅回路２５で比較するよう
にする。
【００５２】偏光ビームスプリッター８と参照面１２ａ
の間に遮光板を挿入するか或は参照平面ミラー１２をわ
ざと傾かせて、偏光ビームスプリッター８を透過した光
が偏光ビームスプリッター８に戻らないように遮断し、
この時の参照信号検出器１６の出力を検出する。偏光ビ
ームスプリッター８でもし第１光波f1が100 ％透過され
ていたら第１光波f1の反射光波は発生しないので、第２
光波f2のみが参照信号検出器１６に入射することにな
り、ヘテロダイン信号が検出されることはない。
【００５３】しかし実際には先に述べたように、偏光ビ
ームスプリッター８の漏れ光を全くゼロに抑えることは
できないので、第１光波の数％が偏光ビ−ムスプリッタ
ー８で反射して被測定面１１ａへ向かう。したがって参
照信号検出器１６では第１光波f1の漏れ光(f1)R と第２
光波f2の干渉で生じる被測定面１１ａの形状情報を含ま
ない不要な第１ヘテロダイン信号成分H1が検出され、そ
の信号が作動増幅回路２５に出力される。
【００５４】このとき、同時に基準ヘテロダイン信号検
出器２０によって第１光波f1と第２光波f2の基準ヘテロ
ダイン信号H0を検出し、その信号は波形調整回路２１ａ
を介して作動増幅回路２５へ出力する。
【００５５】そして作動増幅回路２５では２つの信号を
比較し、波形調整回路２１ａのゲイン及び位相を調整し
て、ここからの出力が不要な第１ヘテロダイン信号成分
H1を打ち消すようにする。このようにすれば不要な第１
へテロダイン信号成分H1は基準へテロダイン信号を波形
調整回路２１ａで調整して出力される信号によって除去
できることになる。
【００５６】次に偏光ビームスプリッター８を反射する
第２光波f2による不要なヘテロダイン信号成分を調べ
る。スイッチＳ１はニュートラルの位置に、スイッチＳ
２とＳ３は作動増幅回路２５側にセットして参照信号検
出器１６からの出力と波形調整回路２１ｂからの出力を
差動増幅回路２５で比較するようにする。
【００５７】偏光ビームスプリッター８と測定面１１ａ
の間に遮光板を挿入するか或は被測定物１１をわざと傾
かせ、偏光ビームスプリッター８を反射した光が偏光ビ
ームスプリッター８に戻らないよう遮断し、この時の参
照信号検出器１６の出力を検出する。偏光ビームスプリ
ッター８でもし第２光波f2が100 ％反射されていたら第
２光波f2の透過光波は発生しないので、第１光波f1のみ
が参照信号検出器１６に入射することになり、ヘテロダ
イン信号が検出されることはない。
【００５８】しかし実際には先に述べたように、偏光ビ
ームスプリッター８の漏れ光を全くゼロに抑えることは
できないので、第２光波の数％が偏光ビ−ムスプリッタ
ー８を透過して参照平面ミラー１２へ向かう。したがっ
て参照信号検出器１６では第２光波f2の漏れ光(f2)T と
第１光波f1の干渉で生じる被測定面１１ａの形状情報を
含まない不要な第２ヘテロダイン信号成分H2が検出さ
れ、その信号が作動増幅回路２５に出力される。
【００５９】このとき、同時に基準ヘテロダイン信号検
出器２０によって第１光波f1と第２光波f2の基準ヘテロ
ダイン信号H0を検出し、その信号は波形調整回路２１ｂ
を介して作動増幅回路２５へ出力する。
【００６０】そして作動増幅回路２５では２つの信号を
比較し、波形調整回路２１ｂのゲイン及び位相を調整し
て、ここからの出力が不要な第２ヘテロダイン信号成分
H2を打ち消すようにする。このようにすれば不要な第２
へテロダイン信号成分H2は基準へテロダイン信号を波形
調整回路２１ｂで調整して出力される信号によって除去
できることになる。
【００６１】このように面形状測定前に不要な第１、第
２ヘテロダイン信号成分H1,H2 と基準ヘテロダイン信号
H0の相互関係を求めて波形調整回路２１ａ，２１ｂのゲ
イン・位相を調整しておけば、第１、第２ヘテロダイン
信号成分を常時検出しなくても、基準ヘテロダイン信号
を利用して不要な第１、第２へテロダイン信号成分の除
去が可能となる。
【００６２】図２、３中の偏光ビームスプリッター８(P
BS) による不要なヘテロダイン信号成分は、不要な第
１、第２ヘテロダイン信号成分H1,H2 を合成したもので
あり、波形調整回路２１ａ、２１ｂからの出力はこれを
除去するものである。
【００６３】面形状測定に際してはスイッチＳ１，Ｓ２
は加算回路２２側に、又スイッチＳ３は位相計２３側に
セットする。そして測定時の像検出カメラ１７から得ら
れたヘテロダイン信号に、不要な第１、第２ヘテロダイ
ン信号成分の補正信号である波形調整回路２１ａ、２１
ｂからの信号を加算回路２２で加算すると真のヘテロダ
イン信号が得られる。
【００６４】そしてこの真のヘテロダイン信号を測定信
号HSとし、参照信号検出器１６が出力する基準点ヘテロ
ダイン信号を参照信号HRとし、位相計２３にて参照信号
HRと測定信号HSとの位相差を検出する。このとき第２検
出手段１７ｂの各々のアドレス(x,y) で検出された位相
差φx,y は、被測定面１１ａ上の点(X,Y) がコリメータ
レンズ１０の作り出す球面波の波面からずれているずれ
量(d/2)X,Yを意味し、レーザの波長をλとすると、
【００６５】
【数１】 なる関係がある。そして第２検出手段１７ｂの各々のア
ドレス(x,y) についてズレ量(d/2)X,Yを計算し、２次元
分布をコンピュータ２４によって求めれば、被測定面１
１ａの３次元形状情報が求められる。
【００６６】図４は本発明の測定装置の実施形態２の要
部概略図である。図中、２６はゼーマンレーザを用いた
光源であり、光源が直接いずれも直線偏光であり、その
偏光面が直交している第１光波f1と第２光波f2を発生さ
せてビームスプリッタ１８に入射させる。以後の作用及
び不要なヘテロダイン信号成分の除去方法は実施形態１
と同じである。
【００６７】本実施形態では光源２６で直接２周波f1,f
2 を発生させるので、装置の構造が簡単になる効果があ
る。
【００６８】図５は本発明の測定装置の実施形態３の要
部概略図である。本実施形態では基準ヘテロダイン信号
をAOM ドライバー６の混合出力を利用して得ている。図
中、２７はAOM ドライバー６のミキサー（混合手段）で
ある。
【００６９】本実施形態が実施形態１と異なる点は、実
施形態１の基準信号発生手段が無く、基準ヘテロダイン
信号をAOM ドライバー６のミキサー２７から得ている点
である。その他の構成は実施形態１と同じである。
【００７０】即ち、本実施形態においてはAOM ドライバ
ー６は周波数f1の第１駆動信号をAOM ３ｂに、又、周波
数f2の第２駆動信号をAOM ３ａに与えており、夫々の駆
動信号を取り出してミキサー２７により周波数(f1-f2)
の混合出力信号を生成してこれを基準ヘテロダイン信号
として波形調整回路２１ａ，２１ｂへ出力する。
【００７１】本実施形態ではミキサー２７からの出力を
２つの波形調整回路２１ａ，２１ｂへ入力することによ
り実施形態１と同様なやり方で不要な第１、第２ヘテロ
ダイン信号成分を除去できる。
【００７２】これによって、本実施形態は実施形態１の
ビームスプリッタ１８、偏光板１９、基準ヘテロダイン
信号検出器２０を備える必要がなくなり、構成が簡単に
なるメリットが生じる。
【００７３】図６は本発明の測定装置の実施形態４の要
部概略図である。本実施形態は光学部品のコーティング
ムラ、光学部品の取り付け治具の応力ムラによる歪み、
光学部品のアライメント精度等が影響し、像検出カメラ
１７のアドレス(x,y) 毎に異なって発生する不要なヘテ
ロダイン信号を取り除く実施形態である。
【００７４】本実施形態が実施形態１と異なる点は、波
形調整回路２１ａ，２１ｂのゲイン・位相の調整量を決
定する際に、不要なヘテロダイン信号成分を検出する手
段として第１検出手段１６ｂの代わりに第２検出手段１
７ｂを用い，面形状測定に先立って第２検出手段１７ｂ
のアドレス(x,y) 毎に波形調整回路２１ａ，２１ｂのゲ
イン・位相の設定値を検出して記憶し、面形状測定時に
測定するアドレス(x,y) に応じて波形調整回路２１ａ，
２１ｂのゲイン・位相を調整する可変ゲイン・位相設定
回路２８ａ，２８ｂを配置している点である。その他の
構成は実施形態１と同じである。
【００７５】なお、本実施形態においては波形調整回路
２１ａ，２１ｂ、可変ゲイン・位相設定回路２８ａ，２
８ｂ、作動増幅回路２５等が調整手段の一要素を構成し
ている。
【００７６】干渉光波を作り出し、像検出カメラ１７で
ヘテロダイン信号を出力するまでの作用は実施形態１と
同様である。
【００７７】本実施形態では、以下のようにしてアドレ
ス(x,y) 毎に異なる不要なヘテロダイン信号成分を除去
する。
【００７８】面形状の測定に先立って、第２検出手段１
７ｂのアドレス(x,y) 毎に不要なヘテロダイン信号成分
と基準ヘテロダイン信号の相互関係を調べる。
【００７９】最初に偏光ビームスプリッター８を透過す
る第１光波f1による不要なヘテロダイン信号成分を調べ
る。先ず図６に示すようにスイッチＳ２はニュートラル
の位置に、スイッチＳ１とＳ３は作動増幅回路２５側に
セットして第２検出手段１７ｂからの出力と波形調整回
路２１ａからの出力を差動増幅回路２５で比較するよう
にする。
【００８０】偏光ビームスプリッター８と参照面１２ａ
の間に遮光板を挿入するか或は参照平面ミラー１２をわ
ざと傾かせて、偏光ビームスプリッター８を透過した光
が偏光ビームスプリッター８に戻らないように遮断し、
この時の第２検出手段１７ｂの或るアドレス(x,y) から
の出力を検出する。偏光ビームスプリッター８でもし第
１光波f1が100 ％透過されていたら第１光波f1の反射光
波は発生しないので、第２光波f2のみが第２検出手段１
７ｂに入射することになり、ヘテロダイン信号が検出さ
れることはない。
【００８１】しかし偏光ビームスプリッター８の薄膜特
性、光学部品のコーティングムラや光学部品の取り付け
治具の応力ムラによる歪み、光学部品のアライメント精
度等が影響し、偏光ビームスプリッター８の漏れ光をゼ
ロにすることはできないので、第１光波の数％が偏光ビ
−ムスプリッター８で反射して被測定面１１ａへ向か
う。
【００８２】したがって第２検出手段１７ｂでは第１光
波f1の漏れ光(f1)R と第２光波f2の干渉で生じる被測定
面１１ａの形状情報を含まない不要な第１ヘテロダイン
信号成分H1xyが検出され、その信号が作動増幅回路２５
に出力される。
【００８３】このとき、同時に基準ヘテロダイン信号検
出器２０によって第１光波f1と第２光波f2の基準ヘテロ
ダイン信号H0を検出し、その信号は波形調整回路２１ａ
を介して作動増幅回路２５へ出力する。
【００８４】そして作動増幅回路２５では２つの信号を
比較し、波形調整回路２１ａのゲイン及び位相を調整し
て、ここからの出力が不要な第１ヘテロダイン信号成分
H1xyを打ち消すようにする。このようにすれば第２検出
手段１７ｂのアドレス(x,y)の不要な第１へテロダイン
信号成分H1xyは基準へテロダイン信号を波形調整回路２
１ａで調整して出力される信号によって除去できること
になる。
【００８５】このようにして第２検出手段１７ｂのアド
レス(x,y) における波面調整回路２１ａのゲイン・位相
の設定値を求め、これを可変ゲイン・位相設定回路２８
ａに記憶させる。
【００８６】次に偏光ビームスプリッター８を反射する
第２光波f2による不要なヘテロダイン信号成分を調べ
る。スイッチＳ１はニュートラルの位置に、スイッチＳ
２とＳ３は作動増幅回路２５側にセットして第２検出手
段１７ｂからの出力と波形調整回路２１ｂからの出力を
差動増幅回路２５で比較するようにする。
【００８７】偏光ビームスプリッター８と測定面１１ａ
の間に遮光板を挿入するか或は被測定物１１をわざと傾
かせ、偏光ビームスプリッター８を反射した光が偏光ビ
ームスプリッター８に戻らないよう遮断し、この時の第
２検出手段１７ｂのあるアドレス(x,y) からの出力を検
出する。偏光ビームスプリッター８でもし第２光波f2が
100 ％反射されていたら第２光波f2の透過光波は発生し
ないので、第１光波f1のみが第２検出手段１７ｂのアド
レス(x,y) に入射することになり、ヘテロダイン信号が
検出されることはない。
【００８８】しかし実際には先に述べたような要因によ
り、偏光ビームスプリッター８の漏れ光を全くゼロに抑
えることはできないので、第２光波の数％が偏光ビ−ム
スプリッター８を透過して参照平面ミラー１２へ向か
う。したがって第２検出手段１７ｂでは第２光波f2の漏
れ光(f2)T と第１光波f1の干渉で生じる被測定面１１ａ
の形状情報を含まない不要な第２ヘテロダイン信号成分
H2xyが検出され、その信号が作動増幅回路２５に出力さ
れる。
【００８９】このとき、同時に基準ヘテロダイン信号検
出器２０によって第１光波f1と第２光波f2の基準ヘテロ
ダイン信号H0を検出し、その信号は波形調整回路２１ｂ
を介して作動増幅回路２５へ出力する。
【００９０】そして作動増幅回路２５では２つの信号を
比較し、波形調整回路２１ｂのゲイン・位相を調整し
て、ここからの出力が不要な第２ヘテロダイン信号成分
H2xyを打ち消すようにする。このようにすれば第２検出
手段１７ｂのアドレス(x,y) の不要な第２へテロダイン
信号成分H2xyは基準へテロダイン信号を波形調整回路２
１ｂで調整して出力される信号によって除去できること
になる。
【００９１】このようにして第２検出手段１７ｂのアド
レス(x,y) における波面調整回路２１ｂのゲイン・位相
の設定値を求め、これを可変ゲイン・位相設定回路２８
ｂに記憶させる。
【００９２】上の方法で面形状測定前に第２検出手段１
７ｂの全アドレス(x,y) について波面調整回路２１ａ，
２１ｂのゲイン・位相の設定値を求めて、可変ゲイン・
位相設定回路２８ａ，２８ｂに記憶させる。これによっ
て全アドレス(x,y) について不要な第１、第２ヘテロダ
イン信号成分と基準ヘテロダイン信号の相互関係を把握
できる。
【００９３】面形状測定に際しては、スイッチＳ１〜Ｓ
３からの信号をすべて加算回路２２へ出力するようにセ
ットする。そして第２検出手段１７ｂの各アドレス(x,
y) から干渉信号を得る際、可変ゲイン・位相設定回路
２８ａ，２８ｂに記憶されている各アドレス(x,y) に対
応するゲイン・位相の設定値を波面調整回路２１ａ，２
１ｂに設定した後、第２検出手段１７ｂのアドレス(x,
y) からのヘテロダイン信号を加算回路２２へ出力す
る。
【００９４】このとき同時に基準へテロダイン検出器２
０からの基準へテロダイン信号を波面調整回路２１ａ，
２１ｂを通して調整した信号、すなわち不要な第１、第
２ヘテロダイン信号成分の補正信号を加算回路２２へ出
力する。
【００９５】そこで加算回路２２では第２検出手段１７
ｂからのヘテロダイン信号と上記の不要な第１、第２ヘ
テロダイン信号成分の補正信号を加算すると真のヘテロ
ダイン信号が測定信号として得られ、これを位相計２３
へ出力する。
【００９６】次いで位相計２３にてこの測定信号と、参
照信号検出器１６から得られる被測定面１１ａ中央部
（基準点）の基準点ヘテロダイン信号である参照信号と
の位相差φx,y を検出する。
【００９７】このとき第２検出手段１７ｂの各々のアド
レス(x,y) で検出された位相差φx,y は、被測定面１１
ａ上の点(X,Y) がコリメータレンズ１０の作り出す球面
波の波面からずれているずれ量(d/2)X,Yを意味し、レー
ザの波長をλとすると、
【００９８】
【数２】 なる関係がある。そして第２検出手段１７ｂの各々のア
ドレス(x,y) についてズレ量(d/2)X,Yを計算し、２次元
分布をコンピュータ２４によって求めれば、被測定面１
１ａの３次元形状情報が求められる。
【００９９】本実施形態によれば、従来のヘテロダイン
干渉計で問題となっていた光学部品のコーティングムラ
や光学部品の取り付け治具の応力ムラによる歪み、光学
部品のアライメント精度等の影響により、像検出カメラ
１７の検出アドレス(x,y) 毎に異なって生じる不要なへ
テロダイン信号成分を取り除くことが可能になる。
【０１００】尚、光路中に偏光面保存用光ファイバーが
配置されている干渉計において、ファイバーに応力がか
かったり、ファイバー入射時及び出射時の偏光面の合わ
せ精度が緩いと、やはり不要なヘテロダイン信号成分が
発生する要因となるが、本実施形態を利用すればこの不
要なヘテロダイン信号成分も除去できる。
【０１０１】またここで示した実施形態は光波面の位相
分布を面形状情報として求めているが、例えば透過波面
の波面情報や微少変位情報を求める場合も有効で、同様
な方法によって不要なヘテロダイン信号成分を除去でき
る。
【０１０２】又、以上の各実施形態においては波形調整
回路２１ａ、２１ｂより出力される信号は不要な第１、
第２ヘテロダイン信号成分を打ち消す信号であったが、
波形調整回路２１ａ、２１ｂから出力される信号を不要
な第１、第２ヘテロダイン信号成分と同じ振幅、同じ位
相になるように波形調整回路２１ａ、２１ｂのゲイン・
位相を調整し、面形状の測定に際しては第２検出手段１
７ｂからのヘテロダイン信号から波形調整回路２１ａ、
２１ｂからの出力信号を減算しても良い。
【０１０３】
【発明の効果】本発明は以上の構成により、被測定面の
形状や透過波面等の波面を測定する際、従来では測定誤
差となっていた、光学部品のコーティングムラや薄膜特
性及び光学部品の取り付け治具の応力ムラによる歪み、
光学部品のアライメント精度、光ファイバー内で生じた
偏光面の乱れ等により発生する形状情報を含まない不要
なヘテロダイン信号成分を取り除いて、被測定面の形状
や透過波面等の波面情報を高精度に測定できる光ヘテロ
ダイン干渉を利用する測定方法及びそれを用いた測定装
置を達成する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の測定装置の実施形態１の要部概略図
【図２】 像検出カメラからのヘテロダイン信号と不要
なヘテロダイン信号成分、及び真のヘテロダイン信号の
説明図（像検出カメラが検出したヘテロダイン信号に位
相ずれが生じている場合）
【図３】 像検出カメラからのヘテロダイン信号と不要
なヘテロダイン信号成分、及び真のヘテロダイン信号の
説明図（像検出カメラが検出したヘテロダイン信号に位
相ずれが生じていない場合）
【図４】 本発明の測定装置の実施形態２の要部概略図
【図５】 本発明の測定装置の実施形態３の要部概略図
【図６】 本発明の測定装置の実施形態４の要部概略図
【図７】 従来の光へテロダイン干渉を利用した測定装
置の要部概略図
【符号の説明】 １ 光源（レーザ） ２ ビームスプリッター ３ａ，３ｂ 音響光学素子（AOM ） Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３ ミラー ４ λ／２板 ５ 偏光ビームスプリッター ６ AOM ドライバー ７ ビームエキスパンダー ８ 偏光ビームスプリッター ９ａ，９ｂ λ／４板 １０ コリメータレンズ １１ 被測定物（凹面ミラー） １１ａ 被測定面 １２ 参照平面ミラー １２ａ， 参照面 １３ 偏光板 １４ ビームスプリッター １５ ピンホール板 １６ 参照信号検出器 １６ｂ 第１検出手段 １７ 像検出カメラ １７ｂ 第２検出手段 １８ ビ−ムスプリッター １９ 偏光板 ２０ 基準へテロダイン信号検出器 ２１ａ，２１ｂ 波形調整回路 ２２ 加算回路 ２３ 位相計 ２４ コンピュータ ２５ 差動増幅回路 ２６ 光源（ゼーマンレーザ） ２７ ミキサー ２８ａ，２８ｂ 可変ゲイン・位相設定回路

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光源手段から射出する周波数及び偏光面
    が異なる第１光波と第２光波を重ね合わせて光束分離手
    段に入射させて該偏光面の方向により２つの光波に分離
    し、分離された第１光波を遮断して、分離された第２光
    波を被測定面に導光・反射させた光波を偏光板を介して
    第２光波と漏れ光として含まれる第１光波とを干渉させ
    て第１ヘテロダイン信号成分を検出し、 該光束分離手段へ入射する前の該第１光波と第２光波若
    しくは該光源手段から得られる基準ヘテロダイン信号を
    第１調整手段を介して出力した信号と該第１ヘテロダイ
    ン信号成分とを比較して、該第１調整手段からの出力が
    該第１ヘテロダイン信号成分を打ち消すように該第１調
    整手段のゲイン・位相を調整し、 次いで該光束分離手段で分離された第２光波を遮断し
    て、分離された第１光波を参照面に導光・反射させた光
    波を該偏光板を介して第１光波と漏れ光として含まれる
    第２光波とを干渉させて第２ヘテロダイン信号成分を検
    出し、 該基準ヘテロダイン信号を第２調整手段を介して出力し
    た信号と該第２ヘテロダイン信号成分とを比較して、該
    第２調整手段からの出力が該第２ヘテロダイン信号成分
    を打ち消すように該第２調整手段のゲイン・位相を調整
    し、 次いで該光束分離手段で分離された第２光波を被測定面
    に導光して該被測定面の形状情報を与えて測定光波を
    得、該光束分離手段で分離された第１光波を参照面に導
    光・反射させて参照光波を得、該測定光波と該参照光波
    を該光束分離手段と該偏光板を介して合波して干渉させ
    てヘテロダイン信号を検出し、 該ヘテロダイン信号に該第１調整手段からの出力と該第
    ２調整手段からの出力とを加算した信号と、該被測定面
    の基準点に対する基準点ヘテロダイン信号との位相差よ
    り該被測定面の形状情報を得ることを特徴とする光ヘテ
    ロダイン干渉を利用する測定方法。
  2. 【請求項２】 前記第１光波と第２光波から得られる基
    準ヘテロダイン信号は該第１光波と該第２光波とを干渉
    させて得ることを特徴とする請求項１の光ヘテロダイン
    干渉を利用する測定方法。
  3. 【請求項３】 前記光源手段はレーザが放射する単一周
    波数の光を２つの光束に分けて、夫々の光束を周波数f1
    で駆動する音響光学素子（以下AOM と略記する）又は周
    波数f2で駆動するAOM を透過させて前記第１光波及び第
    ２光波を発生させていることを特徴とする請求項２の光
    ヘテロダイン干渉を利用する測定方法。
  4. 【請求項４】 前記光源手段はゼーマンレーザであるこ
    とを特徴とする請求項２の光ヘテロダイン干渉を利用す
    る測定方法。
  5. 【請求項５】 前記光源手段はレーザが放射する単一周
    波数の光を２つの光束に分けて、夫々の光束をAOM ドラ
    イバが出力する周波数f1の第１駆動信号で駆動するAOM
    又は周波数f2の第２駆動信号で駆動するAOM で変調して
    前記第１光波と第２光波とを発生させており、 前記光源手段から得られる基準ヘテロダイン信号は該第
    １駆動信号と該第２駆動信号の混合出力より生成してい
    ることを特徴とする請求項１の光ヘテロダイン干渉を利
    用する測定方法。
  6. 【請求項６】 光源手段から射出する周波数及び偏光面
    が異なる第１光波と第２光波を重ね合わせて光束分離手
    段に入射させて該偏光面の方向により２つの光波に分離
    し、第１光波を参照面に導光・反射させて参照光波を
    得、第２光波を被測定面に導光・反射させて該被測定面
    の形状情報を与えて測定光波を得、 該測定光波と該参照光波を該光束分離手段と偏光板を介
    して合波して干渉光波としてビームスプリッターにより
    ２つに分離し、 一方の干渉光波は受光素子を２次元に配置した第２検出
    手段に入射させて該受光素子毎にヘテロダイン信号を検
    出し、他方の干渉光波を第１検出手段に入射させて該被
    測定面の基準点に対応する基準点ヘテロダイン信号を検
    出し、該ヘテロダイン信号を該基準点ヘテロダイン信号
    と比較して該被測定面の形状情報を検出する際、 該光束分離手段へ入射する該第１光波と第２光波又は該
    光源手段から得られた基準ヘテロダイン信号を利用して
    該測定光波と参照光波から得られるヘテロダイン信号に
    重畳する形状情報を含まない不要なヘテロダイン信号成
    分を除去することを特徴とする測定装置。
  7. 【請求項７】 前記基準ヘテロダイン信号をそれぞれ第
    １、第２調整手段により前記不要なヘテロダイン信号成
    分を打ち消すように調整して前記測定光波と参照光波か
    ら得られるヘテロダイン信号に加算する 又は該基準ヘテロダイン信号を該第１、第２調整手段に
    より該不要なヘテロダイン信号成分と同じ振幅、同じ位
    相に調整して前記測定光波と参照光波から得られるヘテ
    ロダイン信号から減算することを特徴とする請求項６の
    測定装置。
  8. 【請求項８】 前記第１光波と第２光波から得られた基
    準ヘテロダイン信号は基準信号発生手段により該第１光
    波と該第２光波とを干渉させて得ることを特徴とする請
    求項６又は７の測定装置。
  9. 【請求項９】 前記光源手段はレーザが放射する単一周
    波数の光を２つの光束に分けて、夫々の光束を周波数f1
    で駆動するAOM 又は周波数f2で駆動するAOMを透過させ
    て前記第１光波及び第２光波を発生させていることを特
    徴とする請求項８の測定装置。
  10. 【請求項１０】 前記光源手段はゼーマンレーザである
    ことを特徴とする請求項８の測定装置。
  11. 【請求項１１】 前記光源手段はレーザが放射する単一
    周波数の光を２つの光束に分けて、夫々の光束をAOM ド
    ライバが出力する周波数f1の第１駆動信号で駆動するAO
    M 又は周波数f2の第２駆動信号で駆動するAOM で変調し
    て前記第１光波と第２光波とを発生させており、前記光
    源手段から得られた基準ヘテロダイン信号は該第１駆動
    信号と該第２駆動信号の混合手段により生成しているこ
    とを特徴とする請求項６又は７の測定装置。
  12. 【請求項１２】 光源手段から射出する周波数及び偏光
    面が異なる第１光波と第２光波を光束分離手段で分離し
    て、そのうち第１光波を参照面に入射させて参照光波を
    得、第２光波を被測定面に入射させて測定光波を得た後
    に双方を該光束分離手段で合波し、次いで偏光板を介し
    て干渉光波とした後にビームスプリッターで２つに分割
    し、このうち一方の干渉光波を第１検出手段で検出して
    基準点ヘテロダイン信号を得、他方の干渉光波を第２検
    出手段で検出してヘテロダイン信号を得、該基準点ヘテ
    ロダイン信号と該ヘテロダイン信号を用いて該測定光波
    の位相変化を検出する際、 該光源手段と該光束分離手段との間の光路中より得られ
    た又は該光源手段より得られた基準ヘテロダイン信号
    と、該光束分離手段と該参照面との光路を遮断したとき
    に該第１検出手段又は該第２検出手段で得られる第１ヘ
    テロダイン信号成分そして該光束分離手段と該被測定面
    との光路を遮断したときに該第１検出手段又は該第２検
    出手段で得られる第２ヘテロダイン信号成分とを調整手
    段に入力し、該調整手段により該第２検出手段で得られ
    るヘテロダイン信号を補正して該測定光波の位相変化を
    検出していることを特徴とする光ヘテロダイン干渉を利
    用する測定方法。
  13. 【請求項１３】 光源手段から射出する周波数及び偏光
    面が異なる第１光波と第２光波を光束分離手段で分離し
    て、そのうち第１光波を参照面に入射させて参照光波を
    得、第２光波を被測定面に入射させて測定光波を得た後
    に双方を該光束分離手段で合波し、次いで偏光板を介し
    て干渉光波とした後にビームスプリッターで２つに分割
    し、このうち一方の干渉光波を第１検出手段で検出して
    基準点ヘテロダイン信号を得、他方の干渉光波を第２検
    出手段で検出してヘテロダイン信号を得、該基準点ヘテ
    ロダイン信号と該ヘテロダイン信号を用いて該測定光波
    の位相変化を検出する際、 該光源手段と該光束分離手段との間の光路中より基準信
    号発生手段を介して得られた又は該光源手段より得られ
    た基準ヘテロダイン信号と、該光束分離手段と該参照面
    との光路を遮断したときに該第１検出手段又は該第２検
    出手段で得られる第１ヘテロダイン信号成分そして該光
    束分離手段と該被測定面との光路を遮断したときに該第
    １検出手段又は該第２検出手段で得られる第２ヘテロダ
    イン信号成分とを調整手段に入力し、該調整手段により
    該第２検出手段で得られるヘテロダイン信号を補正して
    該測定光波の位相変化を検出していることを特徴とする
    測定装置。
  14. 【請求項１４】 前記調整手段は第１調整手段及び第２
    調整手段を有し、前記基準ヘテロダイン信号をそれぞれ
    該第１、第２調整手段により前記第１、第２ヘテロダイ
    ン信号成分を打ち消すように調整して前記測定光波と参
    照光波から得られるヘテロダイン信号に加算する 又は該基準ヘテロダイン信号を該第１、第２調整手段に
    より該第１、第２ヘテロダイン信号成分と同じ振幅、同
    じ位相に調整して前記測定光波と参照光波から得られる
    ヘテロダイン信号から減算することを特徴とする請求項
    １３の測定装置。
  15. 【請求項１５】 前記光源手段はレーザが放射する単一
    周波数の光を２つの光束に分けて、夫々の光束を周波数
    f1で駆動するAOM 又は周波数f2で駆動するAOM を透過さ
    せて前記第１光波及び第２光波を発生させていることを
    特徴とする請求項１３又は１４の測定装置。
  16. 【請求項１６】 前記光源手段はゼーマンレーザである
    ことを特徴とする請求項１３又は１４の測定装置。
  17. 【請求項１７】 前記光源手段はレーザが放射する単一
    周波数の光を２つの光束に分けて、夫々の光束をAOM ド
    ライバが出力する周波数f1の第１駆動信号で駆動するAO
    M 又は周波数f2の第２駆動信号で駆動するAOM で変調し
    て前記第１光波と第２光波とを発生させており、 前記光源手段から得られた基準ヘテロダイン信号は該第
    １駆動信号と該第２駆動信号の混合手段により生成して
    いることを特徴とする請求項１３又は１４の測定装置。
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