JPH09318311A - Interferometer system - Google Patents

Interferometer system

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JPH09318311A
JPH09318311A JP8139915A JP13991596A JPH09318311A JP H09318311 A JPH09318311 A JP H09318311A JP 8139915 A JP8139915 A JP 8139915A JP 13991596 A JP13991596 A JP 13991596A JP H09318311 A JPH09318311 A JP H09318311A
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JP
Japan
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optical path
light
reflector
light flux
reflected
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Application number
JP8139915A
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Japanese (ja)
Inventor
Shigeo Mizoroke
茂男 御菩薩池
Yusuke Fukuda
裕介 福田
Hajime Ichikawa
元 市川
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce influence on measurement precision even when an optical element oscillates or moves by measuring relative optical path length change of two light fluxes from the output of a photodetector. SOLUTION: The coherent light flux incident on a light division/mixture device 11 is reflected on a polarized light flux division/mixture surface 21, to be divided into the first optical path 31 of s-polarization proceeding to the first reflector 81 and the second optical path of p-polarization which transmits the mixture surface 21. A circular polarization light flux reflected on the reflector 81 becomes p-polarization light flux, and after re-entering the mixture device 11, transmits the mixture surface 21. Transmission p-polarization light flux transmits a quarter wavelength board 52, to be a circular polarization light flux, and then reflected on the second reflector 82, to become s-polarized light flux, and after entering the mixture device 11, reflected on the mixture surface 21. The reflection light flux is almost coaxial with p-polarized light flux passing through the second optical path, and enters a photodetector 2, and its electric signal is inputted in a phase meter. The phase meter measures relative optical path length change of two light fluxes divided at the mixture device 11, for detecting movement amount of the reflectors 81 and 82.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、コヒーレント光束を分
割し、分割された光束の相対的な光路長変化を測定する
干渉計システムに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an interferometer system for splitting a coherent light beam and measuring a relative change in optical path length of the split light beam.

【0002】[0002]

【従来の技術】長さ測定の様々な方法の中で、光の波長
を目盛とした光波干渉計は、高分解能と高精度を得る事
の可能な優れた方法である。1970年頃までは、干渉
計を構成する光学素子に高い平面度が要求されたり、光
学調整に熟練を必要とする等の理由から、干渉計は、特
定の研究機関や特殊な検査装置以外に用いられる事は少
なかった。しかし、今日では比較的容易に干渉計を構成
する事が出来る様になり、多種類の製品が市販されるに
至っている。
2. Description of the Related Art Among various methods for measuring length, a light wave interferometer with a scale of light wavelength is an excellent method capable of obtaining high resolution and high accuracy. Until around 1970, interferometers were used only for specific research institutes or special inspection devices because of the high flatness required for the optical elements that make up the interferometer and the need for skill in optical adjustment. There was little to be done. However, it is now possible to configure an interferometer with relative ease, and many types of products have come to the market.

【0003】一般的な干渉計の構成を図15を用いて簡
単に説明する。レーザ光源100から射出したレーザ光
101はビームスプリッタ102によって分割される。
分割された光束は各々参照反射器105及び移動反射器
106に向かい反射される。参照反射器105及び移動
反射器106で各々反射された光束は再びビームスプリ
ッタ102に入射することによって干渉する。干渉した
光束は光検出器107によって検出される。光検出器1
07で検出された干渉信号から前記参照反射器と前記移
動反射器との相対移動量が光の波長を目盛として検出さ
れる。厳密には参照反射器105側に導かれた光束10
3(以下、参照光束と言う)の光路長変化と移動反射器
106側に導かれた光束104(以下、測定光束と言
う)の光路長変化との相対的な差を検出することができ
る。尚、干渉信号を検出する手法としては、移動反射器
106の移動により生じる干渉縞列を光電検出し計数す
る手法や英国の国立物理研究所において開発された手法
や米国のヒューレットパッカード社の製品に採用されて
いる光へテロダイン法等が広く知られている。又、干渉
計の構成は、これら干渉信号の検出法に制約されず、簡
単な構成のものから、安定性や分解能を高めた複雑なも
のまで、様々な構成が知られている。
The structure of a general interferometer will be briefly described with reference to FIG. A laser beam 101 emitted from a laser light source 100 is split by a beam splitter 102.
The divided light beams are reflected toward the reference reflector 105 and the moving reflector 106, respectively. The light beams reflected by the reference reflector 105 and the moving reflector 106 enter the beam splitter 102 again and interfere with each other. The interfering light flux is detected by the photodetector 107. Photodetector 1
From the interference signal detected at 07, the relative movement amount between the reference reflector and the moving reflector is detected with the wavelength of light as a scale. Strictly speaking, the luminous flux 10 guided to the reference reflector 105 side
It is possible to detect the relative difference between the change in the optical path length of the light beam 3 (hereinafter referred to as the reference light beam) and the change in the optical path length of the light beam 104 (hereinafter referred to as the measurement light beam) guided to the movable reflector 106 side. As a method of detecting an interference signal, a method of photoelectrically detecting and counting an interference fringe array generated by the movement of the moving reflector 106, a method developed at the National Physical Laboratory in the United Kingdom, or a product of Hewlett-Packard Company in the United States is used. The adopted optical heterodyne method and the like are widely known. Further, the structure of the interferometer is not limited to the detection method of these interference signals, and various structures are known, from a simple structure to a complicated structure with improved stability and resolution.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
干渉計は、振動等によって各光学素子が各々独立に動い
た時に測定精度が低下するという問題点があった。図1
5の点線Aで囲まれた領域を図16に示す。図16はビ
ームスプリッタ102が外部の影響により移動反射器1
06側に距離dだけ移動した場合の図である。尚、図1
6では実線で示されるものが移動前のビームスプリッタ
102及び光束の位置であり、点線で示されるものが振
動によって移動したビームスプリッタ102及び光束の
位置である。尚、レーザ光源100から射出するレーザ
光101の位置は変化しないとする。図16から明らか
なように、参照反射器105側に導かれる参照光束10
3の光路長はビームスプリッタ102が移動しても変化
しないが、移動反射器106側に導かれる測定光束10
4の光路長はビームスプリッタ102を射出して再びビ
ームスプリッタ102に入射するまでの間に2dだけ変
化が生じてしまう。つまり、移動反射器106の移動量
を測定する場合に振動等の外乱によってビームスプリッ
タ102が移動してしまうと、例え移動反射器106が
移動せずとも図15のシステムの出力としては移動反射
器106が移動したことになり、測定精度が低下すると
いう問題点がある。尚、ビームスプリッタ102が参照
反射器105側に移動したとしても同様に測定光束の光
路長に変化が生じてしまい測定精度が低下する。
However, the conventional interferometer has a problem that the measurement accuracy is lowered when each optical element moves independently due to vibration or the like. FIG.
An area surrounded by a dotted line A of 5 is shown in FIG. In FIG. 16, the beam splitter 102 is a moving reflector 1 due to external influences.
It is a figure at the time of moving to the 06 side by the distance d. FIG.
In FIG. 6, what is indicated by the solid line is the position of the beam splitter 102 and the light beam before the movement, and what is indicated by the dotted line is the position of the beam splitter 102 and the light beam that are moved by the vibration. It is assumed that the position of the laser light 101 emitted from the laser light source 100 does not change. As is clear from FIG. 16, the reference light flux 10 guided to the reference reflector 105 side.
The optical path length of 3 does not change even if the beam splitter 102 moves, but the measurement light beam 10 guided to the moving reflector 106 side.
The optical path length of 4 changes by 2d between the time when the beam is emitted from the beam splitter 102 and the time when the beam is incident on the beam splitter 102 again. That is, if the beam splitter 102 moves due to a disturbance such as vibration when measuring the moving amount of the moving reflector 106, even if the moving reflector 106 does not move, the output of the system of FIG. Since 106 is moved, there is a problem that the measurement accuracy is lowered. Even if the beam splitter 102 moves to the reference reflector 105 side, the optical path length of the measurement light beam also changes, and the measurement accuracy decreases.

【0005】本発明は、上記問題点に鑑みて成されたも
のであり、外乱の影響等によって光学素子が振動または
移動しても測定精度に影響が少ない干渉計システムを提
供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an interferometer system that has little influence on the measurement accuracy even if an optical element vibrates or moves due to the influence of disturbance or the like. To do.

【0006】[0006]

【課題を解決する為の手段】そのため、本発明の干渉計
システムは、コヒーレント光束を供給する光源と、光源
からの光束を2つの光束に分割する分割手段と、分割手
段に各々対向して配置された一対の第1、第2反射器
と、を有し、分割手段によって分割された光束の一方を
1往復させる往復光路形成手段と、分割手段によって分
割された光束の一方と他方とを干渉させる干渉光学系
と、干渉した光束を検出する光検出器と、を有し、光検
出器の出力から2つの光束の相対的な光路長変化を測定
する(請求項1)。
Therefore, in the interferometer system of the present invention, a light source for supplying a coherent light beam, a splitting device for splitting the light beam from the light source into two light beams, and a splitting device are arranged so as to face each other. And a pair of first and second reflectors that are separated from each other, and reciprocating optical path forming means for making one round trip of one of the light beams split by the splitting means, and interference between one and the other of the light flux split by the splitting means. It has an interference optical system and a photodetector for detecting the interfering light beams, and measures the relative change in the optical path length of the two light beams from the output of the photodetector (claim 1).

【0007】また、この場合(請求項1)に、往復光路
形成手段を通った光束を光束の光軸と平行かつ一致しな
いように反射し、かつ、反射した光束を再び往復光路形
成手段に入射させるように配置された光路移送手段を設
けても良い(請求項2)。また、これらの場合(請求項
1または2)に、往復光路形成手段は、一方の光束が第
1、第2反射器を往復する回数と同じ回数だけ他方の光
束が往復するように配置された一対の第3、第4反射器
を更に有し、第3、第4反射器を往復する他方の光束の
光路と、第1、第2反射器を往復する一方の光束の光路
とを近接した光路としても良い(請求項3)。
Further, in this case (claim 1), the light flux which has passed through the reciprocal optical path forming means is reflected so as not to be parallel and coincident with the optical axis of the light flux, and the reflected light flux is incident on the reciprocal optical path forming means again. An optical path transfer means arranged so as to allow the optical path may be provided (claim 2). Further, in these cases (claim 1 or 2), the reciprocating optical path forming means is arranged so that the other light beam reciprocates the same number of times as one light beam reciprocates the first and second reflectors. It further has a pair of third and fourth reflectors, and the optical path of the other light beam that reciprocates between the third and fourth reflectors and the optical path of one light beam that reciprocates between the first and second reflectors are in close proximity. It may be an optical path (claim 3).

【0008】また、これらの場合(請求項1、2または
3)に、分割手段は偏光ビームスプリッタであり、往復
光路形成手段は偏光ビームスプリッタと第1、第2反射
器との間に各々配置された1/4波長板を更に有しても
良い(請求項4)。また、これらの場合(請求項1、
2、3または4)に、往復光路形成手段を複数有しても
良い(請求項5)。
Further, in these cases (claim 1, 2 or 3), the splitting means is a polarization beam splitter, and the round-trip optical path forming means is arranged between the polarization beam splitter and the first and second reflectors, respectively. You may further have the 1/4 wavelength plate which was carried out (Claim 4). Further, in these cases (claim 1,
2, 3 or 4) may have a plurality of reciprocating optical path forming means (claim 5).

【0009】また、これらの場合(請求項1〜5)に、
分割手段によって分割された一方の光束が第1、第2反
射器の間を2往復以上するようにしても良い(請求項
6)。
Further, in these cases (claims 1 to 5),
One of the light beams divided by the dividing means may make two or more round trips between the first and second reflectors (claim 6).

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を詳しく説明するが本発明はこれに限られるもの
ではない。図1は、本発明の第1の実施形態の干渉計シ
ステムを示す概略構成図である。図1のシステムは、レ
ーザ光源1、往復光路形成手段41及び光検出器2を有
する。また、往復光路形成手段41は、光分割混合器1
1、1/4波長板51、52、第1反射器81及び第2
反射器82を有する。レーザ光源1はコヒーレント光束
を供給するものであり、例えば、ヘリウムネオンレーザ
に代表されるガスレーザ、半導体レーザなどが使用可能
である。また、本実施の形態では光分割混合器11とし
て直角プリズムを2個組み合わせた偏光ビームスプリッ
タを用いており、第1、第2反射器としては平面反射器
を用いている。また、光検出器2としてはフォトダイオ
ード等を用いることができ、光検出器2に入射した光は
光電変換されて電気信号として出力される。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an interferometer system according to a first embodiment of the present invention. The system of FIG. 1 has a laser light source 1, a round-trip optical path forming means 41, and a photodetector 2. In addition, the round-trip optical path forming means 41 is the light splitting / mixing device 1
1, 1/4 wave plate 51, 52, first reflector 81 and second
It has a reflector 82. The laser light source 1 supplies a coherent light flux, and for example, a gas laser represented by a helium neon laser, a semiconductor laser, or the like can be used. Further, in the present embodiment, a polarization beam splitter in which two right-angle prisms are combined is used as the light dividing / mixing device 11, and flat reflectors are used as the first and second reflectors. A photodiode or the like can be used as the photodetector 2, and the light incident on the photodetector 2 is photoelectrically converted and output as an electric signal.

【0011】光分割混合器11に入射したコヒーレント
光束は、光分割混合器11の偏光光束分割混合面21で
反射して第1反射器81に向かうs偏光の第1光路31
と、偏光光束分割混合面21を透過するp偏光の第2光
路とに分割される。第1光路31には、四分の一波長板
51が配置されており、四分の一波長板51を透過した
s偏光光束は、円偏光光束となり、第1反射器81に入
射し反射される。第1反射器81で反射された円偏光光
束は、再び四分の一波長板51を通過し、p偏光光束と
なり、光分割混合器11に再度入射した後に、光分割混
合器11の偏光光束分割混合面21を透過する。透過p
偏光光束は、光分割混合器11と第2反射器82との間
に配置された四分の一波長板52を通過する事で円偏光
光束となり、第2反射器82に入射し、反射される。第
2反射器82で反射された円偏光光束は、再び四分の一
波長板52を通過し、s偏光光束となり、光分割混合器
11に入射した後に、光分割混合器11の偏光光束分割
混合面21で反射する。
The coherent light beam incident on the light splitting / mixing device 11 is reflected by the polarization light beam splitting / mixing surface 21 of the light splitting / mixing device 11 and is directed toward the first reflector 81.
And a second optical path of p-polarized light that passes through the polarized light beam splitting / mixing surface 21. A quarter-wave plate 51 is arranged in the first optical path 31, and the s-polarized light flux transmitted through the quarter-wave plate 51 becomes a circularly-polarized light flux, which is incident on the first reflector 81 and reflected. It The circularly polarized light beam reflected by the first reflector 81 passes through the quarter-wave plate 51 again, becomes a p-polarized light beam, and again enters the light splitting / mixing device 11, and then is polarized by the light splitting / mixing device 11. The light is transmitted through the divided mixing surface 21. Transparent p
The polarized light flux becomes a circularly polarized light flux by passing through the quarter-wave plate 52 arranged between the light splitting mixer 11 and the second reflector 82, enters the second reflector 82, and is reflected. It The circularly polarized light beam reflected by the second reflector 82 passes through the quarter-wave plate 52 again to become an s-polarized light beam, which is incident on the light-splitting / mixing device 11 and then split by the light-splitting / mixing device 11. It is reflected by the mixing surface 21.

【0012】この反射光束は第1、第2反射器への入射
光束が垂直となるように配置すると、前述の第2光路を
通るp偏光光束とほぼ同軸となり、光検出器2に入射す
る。尚、この2つの光束は偏光が異なるためそのままで
は干渉しないが、不図示の偏光子や1/4波長板等を光
検出器2の前に配置することによって干渉する。この干
渉光は光検出器2に導かれ、その強度が電気信号として
出力される。光検出器2から出力された電気信号は不図
示の位相計に入力される。位相計は光分割混合器11で
分割された2つの光束の相対的な光路長変化を測定する
ことによって、第1反射器81と第2反射器82との相
対的な移動量を検出する。
When the reflected light flux is arranged so that the light fluxes incident on the first and second reflectors are perpendicular to each other, the reflected light flux becomes substantially coaxial with the p-polarized light flux passing through the second optical path and enters the photodetector 2. The two light beams do not interfere as they are because they have different polarizations, but they interfere with each other by disposing a polarizer (not shown), a quarter-wave plate or the like in front of the photodetector 2. This interference light is guided to the photodetector 2, and its intensity is output as an electric signal. The electric signal output from the photodetector 2 is input to a phase meter (not shown). The phase meter detects the relative movement amount of the first reflector 81 and the second reflector 82 by measuring the relative change in the optical path length of the two light beams split by the light splitting / mixing unit 11.

【0013】尚、本実施の形態では図1の干渉計システ
ムを用いて第1反射器81と第2反射器82との相対的
な移動量を測定したが、例えば、第1反射器81と光分
割混合器11との間に被測定対象を配置し、その屈折率
を測定することも可能である。また、本実施の形態では
干渉信号を検出する手法としてホモダイン干渉法を用い
て測定したが、前述のヒューレットパッカード社が用い
ているヘテロダイン干渉法等を用いても構わない。
In this embodiment, the relative movement amount of the first reflector 81 and the second reflector 82 is measured by using the interferometer system of FIG. It is also possible to arrange an object to be measured between the light division mixer 11 and measure its refractive index. Further, in the present embodiment, the homodyne interferometry is used as the method for detecting the interference signal, but the heterodyne interferometry or the like used by Hewlett-Packard Company mentioned above may be used.

【0014】本実施の形態では第1、第2反射器として
平面反射鏡(プレーンミラー)を用いたがコーナーキュ
ーブプリズムやハローキューブミラー等の逆反射器を用
いても構わない。また、光分割混合器11に偏光ビーム
スプリッタを用いたが、ビームスプリッタを用いても本
発明を達成することができる。この場合には本実施の形
態で用いた1/4波長板51、52は不必要となる。
In this embodiment, flat reflecting mirrors (plane mirrors) are used as the first and second reflectors, but retroreflectors such as corner cube prisms and halo cube mirrors may be used. Further, although the polarization beam splitter is used for the light dividing / mixing device 11, the present invention can be achieved by using a beam splitter. In this case, the quarter-wave plates 51 and 52 used in this embodiment are unnecessary.

【0015】以上の通り、本実施の形態によれば、例
え、偏光ビームスプリッタ11が紙面の上下方向に移動
したとしても前述の第1光路と第2光路とを各々進む光
束に影響する光路長変化は同じであり、干渉計システム
の測定結果に影響が生じないので、測定精度に影響が生
じない。また、偏光ビームスプリッタ11が紙面の左右
方向に移動したとしても同様に第1光路及び第2光路に
影響が生じないため測定精度に影響を及ぼすことがな
い。また、レーザ光源1から射出するレーザ光束の射出
位置が紙面の左右方向に変動した場合も同様の理由から
測定精度が低下することがない。
As described above, according to the present embodiment, even if the polarization beam splitter 11 moves in the vertical direction on the paper surface, the optical path lengths that affect the light fluxes traveling in the first optical path and the second optical path, respectively. The changes are the same and do not affect the measurement results of the interferometer system, and therefore do not affect the measurement accuracy. Further, even if the polarization beam splitter 11 moves in the left-right direction on the paper surface, similarly, since the first optical path and the second optical path are not affected, the measurement accuracy is not affected. Further, even when the emission position of the laser light flux emitted from the laser light source 1 changes in the left-right direction of the paper surface, the measurement accuracy does not decrease for the same reason.

【0016】図2は本発明の第2の実施形態の干渉計シ
ステムを示す概略構成図である。尚、図2のシステムは
光路移送手段71を配置した点を除くとほぼ第1の実施
の形態と同様であるため、第1の実施の形態と同一な構
成については同じ符号を付して説明は省略する。尚、光
路移送手段71はコーナーキューブプリズム等のように
自身に入射する光束の光軸とその光束を反射した光軸と
が平行となるものであれば何でもよい。但し、本実施の
形態のように偏光を用いて光束を分離している場合には
入射光束の偏光面と反射光束の偏光面とが変わらない素
子を用いることが好ましい。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an interferometer system according to a second embodiment of the present invention. The system of FIG. 2 is almost the same as that of the first embodiment except that the optical path transfer means 71 is arranged. Therefore, the same components as those of the first embodiment will be described with the same reference numerals. Is omitted. The optical path transfer means 71 may be anything such as a corner cube prism as long as the optical axis of the light beam incident on itself is parallel to the optical axis of the reflected light beam. However, when the light flux is separated by using the polarized light as in the present embodiment, it is preferable to use an element in which the polarization plane of the incident light flux and the polarization plane of the reflected light flux do not change.

【0017】レーザ光源1を射出した光束は第1の実施
形態の光検出器2に向かう2つの光束と同様な光路で光
路移送手段71に入射する。第2光路32を通る光束は
レーザ光源1から射出し、光分割混合器11を透過した
p偏光の光束であり、p偏光の光束は光路移送手段71
で反射された後、光分割混合器11を透過して、光検出
器2に向かう。また、第3光路33を通る光束は、レー
ザ光源1から射出し、光分割混合器11で反射されて第
1光路31を通ったs偏光の光束である。このs偏光の
光束は再度、往復光路形成手段41に入射し、光分割混
合器11で反射される。その後、この反射光束は第2反
射器82、第1反射器81で反射され、s偏光の光束と
して再度光分割混合器11で反射されて光検出器2に向
かう。このようにして光分割混合器11から光検出器2
に向かう2つの光束は第1の実施形態と同様にして干渉
し光検出器2で検出される。
The light flux emitted from the laser light source 1 enters the optical path transfer means 71 through the same optical path as the two light fluxes directed to the photodetector 2 of the first embodiment. The light flux passing through the second optical path 32 is the p-polarized light flux emitted from the laser light source 1 and transmitted through the light division mixer 11, and the p-polarized light flux is the optical path transfer means 71.
After being reflected by, the light passes through the light dividing / mixing device 11 and travels toward the photodetector 2. The light flux passing through the third optical path 33 is an s-polarized light flux that is emitted from the laser light source 1, is reflected by the light division mixer 11, and passes through the first optical path 31. This s-polarized light beam again enters the reciprocal optical path forming means 41 and is reflected by the light division mixer 11. After that, the reflected light flux is reflected by the second reflector 82 and the first reflector 81, and again reflected by the light splitting / mixing device 11 as the s-polarized light flux, and travels toward the photodetector 2. In this way, the light splitting mixer 11 to the photodetector 2
The two luminous fluxes heading for interfere with each other in the same manner as in the first embodiment and are detected by the photodetector 2.

【0018】図2のシステムでは光路移送手段71を設
けることによって第1の実施形態に比べて光学素子の調
整範囲を広くすることができる。以下、その点について
説明をする。尚、各光学素子は理想的なものを用いるこ
ととする。まず、第1の実施形態で説明した光路移送手
段71を用いていないシステムを考える。ここで、第1
反射器81が紙面に垂直な軸を中心に少し回転した場合
を考える。すると、第1反射器81の反射面に対して第
1光路31を通る光は垂直に入射しない。従って、最終
的に光分割混合器11から光検出器2に向かう2つの光
束の光軸はある角度を持つことになる。しかし、本シス
テムは前述の2つの光束を干渉させることによって2つ
の光束の光路長変化を観察するため、充分に2つの光束
がほぼ平行に重ならないと測定精度が低減する。つま
り、2つの光束の光軸がある角度を持つ場合、当該2つ
の光束が光検出器2に達するまでの距離が長くなるほど
2つの光束の重なりが小さくなり測定精度が低減するこ
ととなる。従って、図1のシステムは精度良く光学調整
を行なう必要がある。
In the system of FIG. 2, by providing the optical path transfer means 71, the adjustment range of the optical element can be widened as compared with the first embodiment. Hereinafter, that point will be described. It is assumed that each optical element is ideal. First, consider a system that does not use the optical path transfer means 71 described in the first embodiment. Here, the first
Consider a case where the reflector 81 is slightly rotated about an axis perpendicular to the paper surface. Then, the light passing through the first optical path 31 does not vertically enter the reflecting surface of the first reflector 81. Therefore, finally, the optical axes of the two light beams traveling from the light splitting / mixing unit 11 to the photodetector 2 have a certain angle. However, since the present system observes the change in the optical path length of the two light fluxes by causing the two light fluxes to interfere with each other, the measurement accuracy is reduced unless the two light fluxes are substantially parallel to each other. That is, when the optical axes of the two light fluxes have an angle, the longer the distance between the two light fluxes reaching the photodetector 2, the smaller the overlap of the two light fluxes and the lower the measurement accuracy. Therefore, the system of FIG. 1 needs to perform optical adjustment with high precision.

【0019】次に、図2に示した本実施の形態のシステ
ムを考える。第1の実施形態と比較するため、ここでも
第1反射器81が少し回転した場合を考える。光路移送
手段71を設けることによって第1光路31を進む光束
が往復光路形成手段41を通る回数、すなわち光路移送
手段71を介してその前後で第1反射器81と第2反射
器82との間を往復する回数が同一となる。前述の通
り、光路移送手段71は自身に入射する光の光軸とその
光を反射した光軸とが平行となるので、第1反射器81
の回転による光軸の傾きは、再度、往復光路形成手段4
1を通ることによって(逆の光路を通ることによって)
相殺される。この時、生じる光軸の横ズレ(平行ズレ)
を無視できる程度することは容易である。従って、第2
の実施形態のシステムは第1反射器81の光学調整が簡
単となる。また、図2のシステムでは第1反射器81と
第2反射器82との間を光束が2回往復する(ダブルパ
スとなる)ことによって高分解能のシステムとなってい
る。
Next, consider the system of the present embodiment shown in FIG. For comparison with the first embodiment, again, consider the case where the first reflector 81 is slightly rotated. By providing the optical path transfer means 71, the number of times the light flux traveling in the first optical path 31 passes through the reciprocal optical path forming means 41, that is, between the first reflector 81 and the second reflector 82 before and after the optical path transfer means 71. The number of round trips is the same. As described above, the optical path transfer means 71 has the optical axis of the light incident on itself and the optical axis of the reflected light parallel to each other, and thus the first reflector 81.
The inclination of the optical axis due to the rotation of the
By going through 1 (by going through the opposite optical path)
Offset. At this time, the horizontal displacement (parallel displacement) of the optical axis that occurs
It is easy to neglect. Therefore, the second
The system of this embodiment simplifies the optical adjustment of the first reflector 81. Further, in the system of FIG. 2, the light flux travels back and forth twice between the first reflector 81 and the second reflector 82 (double path), so that the system has a high resolution.

【0020】反射器として平面反射器を用いる殆どの場
合には、干渉計システムを構成する光学素子の光学調整
の難易度が高まるといった問題点や、反射器が移動体上
に配置されている場合には、移動体の直進運動精度が悪
いと、干渉信号が検出されなくなったりするといった問
題点がある。又、逆反射器は、平面反射器に比べて通常
高価である。本実施の形態によれば、反射器として平面
反射器を用いた場合でも、平面反射器間を偶数回数往復
させる事で従来の多くの干渉計システムにみられる上記
の如き問題を生じる事の無い安価な干渉計システムを構
成可能である。勿論、反射器として、逆反射器を用いて
も本発明の主たる効果を損なう事は全く無い。
In most cases where a flat reflector is used as the reflector, there is a problem that the difficulty of optical adjustment of the optical elements constituting the interferometer system is increased, or when the reflector is arranged on the moving body. However, if the accuracy of the linear motion of the moving body is poor, the interference signal may not be detected. Also, retroreflectors are usually more expensive than flat reflectors. According to the present embodiment, even when a flat reflector is used as the reflector, the above-mentioned problems that are seen in many conventional interferometer systems are not caused by making an even number of round trips between the flat reflectors. An inexpensive interferometer system can be constructed. Of course, even if a retroreflector is used as the reflector, the main effect of the present invention is not impaired at all.

【0021】同様に、第2反射器82の回転、レーザ光
源1から出射する光束の出射角度の変動及び光分割混合
器11の回転等による測定精度の低下についても低減す
ることができる。また、同様に第1、第2反射器81、
82の運動精度についても第1の実施形態では反射器の
反射面がずれないように高い運動精度が要求されるが、
第2の実施形態では低い運動精度でも測定精度は低減し
ない。
Similarly, it is possible to reduce the deterioration of the measurement accuracy due to the rotation of the second reflector 82, the variation of the emission angle of the light beam emitted from the laser light source 1, the rotation of the light division mixer 11, and the like. Similarly, the first and second reflectors 81,
As for the motion accuracy of 82, in the first embodiment, high motion accuracy is required so that the reflecting surface of the reflector does not shift.
In the second embodiment, the measurement accuracy does not decrease even with low motion accuracy.

【0022】図3、4のシステムは本発明の第2の実施
例の変形例であり、往復光路形成手段41と光学的に結
合した光路移送手段の数を変えて、第1、第2反射器間
を往復する回数を増やすことによって更に高分解能なシ
ステムが構成される。図3は、光路移送手段(71、7
2、73)を3つ設け、第1反射器81と第2反射器8
2との間を4往復する構成としたものである。図4は光
路移送手段(71〜77)を7つ設け、第1反射器81
と第2反射器82との間を8往復する構成としたもので
ある。図は省略するが、本発明によれば図2〜図4に示
した以外の数の光路移送手段を設けて第1、第2反射器
間を往復する回数を変更することが簡単で有り、干渉計
の大きさと分解能に併せて適宜選択可能である。又、以
上の説明にあたっては、理解を容易にする為に、光路移
送手段の数を必要最大数としたが、例えば、図5や図6
に示す様に図3や図4に示した複数の光路移送手段のい
くつかを一つの光路移送手段で兼用しても良い。図5
は、図3に示した光路移送手段71、73の働きを光路
移送手段78で兼用した例である。図6は図4の光路移
送手段71、73、75、77の働きを1つの光路移送
手段79で兼用した例である。
The system shown in FIGS. 3 and 4 is a modification of the second embodiment of the present invention, in which the number of optical path transfer means optically coupled to the reciprocal optical path forming means 41 is changed and the first and second reflections are performed. By increasing the number of round trips between instruments, a system with higher resolution is constructed. FIG. 3 shows an optical path transfer means (71, 7).
2, 73) are provided, and the first reflector 81 and the second reflector 8 are provided.
It is configured to make four reciprocations between the two. In FIG. 4, seven optical path transfer means (71 to 77) are provided, and the first reflector 81 is provided.
And the second reflector 82 are reciprocated eight times. Although illustration is omitted, according to the present invention, it is easy to change the number of times of reciprocating between the first and second reflectors by providing the optical path transfer means other than those shown in FIGS. It can be appropriately selected according to the size and resolution of the interferometer. Further, in the above description, the number of the optical path transfer means is set to the required maximum number for the sake of easy understanding.
As shown in FIG. 3, one of the plurality of optical path transfer means shown in FIGS. 3 and 4 may be combined with one optical path transfer means. FIG.
Is an example in which the functions of the optical path transfer means 71 and 73 shown in FIG. FIG. 6 shows an example in which the functions of the optical path transfer means 71, 73, 75, 77 of FIG.

【0023】図7は本発明の第3の実施形態の干渉計シ
ステムを示す概略構成図である。図7は本発明の第2の
実施形態で説明した図3の干渉計システムに四分の一波
長板53と第3、第4反射器83、84を追加して、2
対の反射器間をそれぞれ2往復ずつした2つの光束の差
分信号を検出する構成としたものである。他の構成は図
3の干渉計システムと同様であるため同様なものについ
ては同じ符号を付して説明を省略する。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing an interferometer system according to a third embodiment of the present invention. FIG. 7 shows that the quarter-wave plate 53 and the third and fourth reflectors 83 and 84 are added to the interferometer system of FIG. 3 described in the second embodiment of the present invention.
The configuration is such that a differential signal between two light fluxes, each of which makes two round trips between a pair of reflectors, is detected. Since other configurations are similar to those of the interferometer system of FIG. 3, similar components are designated by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

【0024】図7は、図3と同等の大きさで2対の反射
器間をそれぞれ2往復ずつした差分信号を検出する構成
とした実施例である。尚、四分の一波長板53も四分の
一波長板51、52と同様に光束が往復することによっ
て、その光束の偏光面を90°変換するために用いてい
る。従って、光分割混合器11から光路移送手段71へ
向かう2つの光束は図3のシステムと同じであるが、四
分の一波長板53を配置することによってp偏光の光束
はs偏光の光束となり、逆にs偏光の光束はp偏光の光
束となる。つまり、四分の一波長板53を配置すること
によって、光分割混合器11を透過して光路移送手段7
1へ向かった光束は、光路移送手段71を反射した後、
光分割混合器11で反射する。この反射光束は四分の一
波長板52を通って第4反射器84で反射され、四分の
一波長板52、光分割混合器11、四分の一波長板51
を通って第3反射器83で反射される。その後、この光
束は光分割混合器11、光路移送手段72で反射され、
再度光分割混合器11に入射して第3反射器83に向か
って反射される。第3反射器83に向かった光束は第3
反射器83で反射され、四分の一波長板51、光分割混
合器11、四分の一波長板52を通り第4反射器84で
反射された後、光分割混合器11、光路移送手段73、
光分割混合器11を通り、光検出器2へと向かう。他
方、図3のシステムでは光路移送手段71を反射した後
光分割混合面21を反射した光束が、本実施の形態のシ
ステムでは光分割混合器11を透過する。この透過光束
は光路移送手段72で反射され、光分割混合器11を透
過し光路移送手段73で反射された後、光分割混合器1
1で反射されて第2反射器82に向かう。第2反射器8
2に向かった光束は、第2反射器82で反射され、光分
割混合器11を通り、第1反射器81で反射された後、
光分割混合器11で反射され、光検出器2へ向かう。
FIG. 7 shows an embodiment in which a differential signal, which has the same size as that of FIG. 3 and which makes two round trips between two pairs of reflectors, is detected. The quarter-wave plate 53 is also used for converting the plane of polarization of the light flux by 90 ° by reciprocating the light flux, similarly to the quarter-wave plates 51 and 52. Therefore, the two light fluxes from the light splitting / mixing device 11 to the optical path transfer means 71 are the same as those in the system of FIG. 3, but by disposing the quarter wavelength plate 53, the p-polarized light flux becomes an s-polarized light flux. Conversely, the s-polarized light beam becomes a p-polarized light beam. That is, by arranging the quarter-wave plate 53, the optical path transfer means 7 is transmitted through the light dividing / mixing device 11.
The light flux heading for 1 is reflected by the optical path transfer means 71,
It is reflected by the light division mixer 11. The reflected light flux passes through the quarter-wave plate 52 and is reflected by the fourth reflector 84, and the quarter-wave plate 52, the light division mixer 11, and the quarter-wave plate 51 are reflected.
And is reflected by the third reflector 83. After that, this light flux is reflected by the light splitting mixer 11 and the optical path transfer means 72,
The light is again incident on the light division mixer 11, and is reflected toward the third reflector 83. The luminous flux heading for the third reflector 83 is the third
After being reflected by the reflector 83, passed through the quarter-wave plate 51, the light division mixer 11, and the quarter-wave plate 52 and reflected by the fourth reflector 84, the light division mixer 11, the optical path transfer means. 73,
It passes through the light splitting / mixing device 11 toward the photodetector 2. On the other hand, in the system of FIG. 3, the light flux reflected by the optical path transfer means 71 and then by the light splitting / mixing surface 21 passes through the light splitting / mixing device 11 in the system of the present embodiment. The transmitted light flux is reflected by the optical path transfer means 72, transmitted through the optical division mixer 11 and reflected by the optical path transfer means 73, and then the optical division mixer 1
It is reflected at 1 and goes to the second reflector 82. Second reflector 8
The light flux heading for 2 is reflected by the second reflector 82, passes through the light division mixer 11, and is reflected by the first reflector 81.
The light is reflected by the light division / mixer 11 and travels to the photodetector 2.

【0025】このようにして光検出器2へ向かった2つ
の光束は前述の実施の形態と同様にして干渉し、光検出
器2で検出される。第3の実施の形態は2対の反射器間
の差分信号を検出する干渉系システムであり、光分割混
合器21で分割された2つの光束の光路を略共通にする
ことによって光路上の屈折率変動等によって2つの光束
に与える光路長変化をほぼ同じにすることができるため
第2の実施の形態に比べて測定誤差を低減することがで
き、安定な測定を行なうことができる。また、第2の実
施形態と比べても装置の大きさは大型化することがな
い。
In this way, the two light beams directed to the photodetector 2 interfere with each other in the same manner as in the above-described embodiment and are detected by the photodetector 2. The third embodiment is an interferometry system that detects a differential signal between two pairs of reflectors. By making the optical paths of the two luminous fluxes split by the optical splitter / mixer 21 substantially common, refraction on the optical path is performed. Since the optical path length changes given to the two light fluxes can be made substantially the same due to the rate fluctuation and the like, the measurement error can be reduced as compared with the second embodiment, and stable measurement can be performed. Further, the size of the device does not increase as compared with the second embodiment.

【0026】図8は第2の実施形態で説明した図6の干
渉計システムに四分の一波長板54、55と第3、第4
反射器83、84を追加して、2対の反射器間をそれぞ
れ4往復ずつした2つの光束の差分信号を検出する構成
としたものである。光路については図6及び図7の説明
から明らかであるため、詳しい説明は省略するが、図8
のシステムは、図6のシステムの高分解能性を保持した
まま図7のシステムと同様に安定性を持たせたものであ
る。
FIG. 8 shows the interferometer system of FIG. 6 described in the second embodiment, and the quarter-wave plates 54 and 55 and the third and fourth wavelength plates.
The reflectors 83 and 84 are added to detect a differential signal between two light fluxes that make four round trips between two pairs of reflectors. Since the optical path is clear from the description of FIGS. 6 and 7, detailed description thereof will be omitted.
The system shown in FIG. 6 has the same stability as the system shown in FIG. 7 while maintaining the high resolution of the system shown in FIG.

【0027】図は省略するが、本発明によれば、図7、
図8に示した以外の数の光路移送手段と四分の一波長板
を設けて2対の反射器間の往復回数を任意に設定可能で
あり、干渉計の大きさと分解能を適宜選択可能である。
以上の説明に当たっては、理解を容易にする為に、光路
移送手段の数を必要最大数としたが、例えば、図9や図
10に示す様に図7や図8に示した複数の光路移送手段
のいくつかを一つの光路移送手段で兼用すると共に四分
の一波長坂の挿入位置を適宜変更しても良い。図9は図
7の光路移送手段71、73の働きを光路移送手段78
で兼用したものであり、四分の一波長板53の代わりに
四分の一波長板56を用いている。また、図10は図8
の光路移送手段71、73、75、77の働きを光路移
送手段79で兼用したものであり、四分の一波長板5
4、55の代わりに四分の一波長板57を用いている。
Although not shown, according to the present invention, FIG.
The number of round trips between the two pairs of reflectors can be set arbitrarily by providing the number of optical path transfer means other than those shown in FIG. 8 and the quarter wavelength plate, and the size and resolution of the interferometer can be appropriately selected. is there.
In the above description, the number of optical path transfer means is set to the necessary maximum number for easy understanding. However, for example, as shown in FIGS. 9 and 10, the plurality of optical path transfer means shown in FIGS. It is also possible to use some of the means as one optical path transfer means and change the insertion position of the quarter wavelength slope appropriately. FIG. 9 shows the functions of the optical path transfer means 71 and 73 of FIG.
The quarter wave plate 56 is used instead of the quarter wave plate 53. In addition, FIG.
The function of the optical path transfer means 71, 73, 75, 77 of FIG.
A quarter wave plate 57 is used in place of 4, 55.

【0028】上記のように本発明の第3の実施形態の干
渉計システムは、2対の反射器間の差分信号を検出する
干渉計システムであり、光分割混合器によって分割され
る2つの光束の光路を略共通とする事で安定性を格段に
向上させると同時に、あまり大型化せず、それぞれ反射
器間を往復する回数をあまり減らさずに分解能の維持も
可能である。
As described above, the interferometer system according to the third embodiment of the present invention is an interferometer system for detecting a differential signal between two pairs of reflectors, and two light beams split by an optical splitter / mixer. By making the optical paths of the two to be substantially common, the stability can be significantly improved, and at the same time, the resolution can be maintained without significantly increasing the size and reducing the number of round trips between the reflectors.

【0029】図11は、本発明の第4の実施形態の干渉
計システムを示す概略構成図である。また、図中の矢印
は光束の進行方向を示す。図11の干渉計システムは図
2に示した干渉計システムと比較して、往復光路形成手
段42を設けたことに特徴があり、他の構成は図2のシ
ステムと同様であるため、同様な構成については同じ符
号を付して説明を省略する。尚、往復光路形成手段42
は往復光路形成手段41と同様に2つの四分の一波長板
58、59と、2つの反射器85、86と、光分割混合
器12と、から構成され、働きも同様である。
FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing an interferometer system according to a fourth embodiment of the present invention. In addition, the arrow in the figure indicates the traveling direction of the light flux. The interferometer system shown in FIG. 11 is characterized in that a reciprocal optical path forming means 42 is provided as compared with the interferometer system shown in FIG. 2, and other configurations are similar to those of the system of FIG. The same symbols are attached to the configuration and the description thereof is omitted. The reciprocating optical path forming means 42
Like the reciprocating optical path forming means 41, is composed of two quarter-wave plates 58 and 59, two reflectors 85 and 86, and the light splitting / mixing device 12, and has the same function.

【0030】つまり、レーザ光源1から射出して往復光
路形成手段41の光分割混合器11で分割された光束の
うち、往復光路形成手段41の1対の反射器81、82
間を1往復した光束は、往復光路形成手段42へ入射
し、往復光路形成手段42の1対の反射器85、86間
を1往復した後、光路移送手段71へ入射する。光路移
送手段71へ入射した当該光束は、光路移送手段71で
反射され、再度、往復光路形成手段42へ入射し、往復
光路形成手段42の1対の反射器85、86間を1往復
た後、往復光路形成手段41へ入射し、往復光路形成手
段41の1対の反射器81、82間を1往復した後、光
検出器2へ向かう。また、レーザ光源1から射出して光
分割混合器11を透過した光束は、往復光路形成手段4
2へ入射し、光分割混合器12を透過した後,、光路移
送手段71で反射され、その後、光分割混合器12、1
1を透過し、光検出器2へ向かう。光検出器2へ向かっ
た2つの光束は前述の実施の形態と同様にして干渉し、
光検出器2でその強度が検出される。
That is, of the light beams emitted from the laser light source 1 and split by the light dividing / mixing unit 11 of the reciprocal optical path forming means 41, a pair of reflectors 81, 82 of the reciprocal optical path forming means 41.
The light flux that makes one round trip between the two enters the round trip optical path forming means 42, makes one round trip between the pair of reflectors 85 and 86 of the round trip optical path forming means 42, and then enters the optical path transporting means 71. The light flux entering the optical path transfer means 71 is reflected by the optical path transfer means 71, again enters the reciprocal optical path forming means 42, and reciprocates once between the pair of reflectors 85 and 86 of the reciprocal optical path forming means 42. Then, the light enters the reciprocating optical path forming means 41, travels back and forth between the pair of reflectors 81 and 82 of the reciprocating optical path forming means 41, and then goes to the photodetector 2. In addition, the light flux emitted from the laser light source 1 and transmitted through the light splitting / mixing device 11 has a reciprocal optical path forming means 4.
2 and is transmitted through the light splitting / mixing device 12 and then reflected by the optical path transfer means 71.
1 and goes to the photodetector 2. The two light beams heading for the photodetector 2 interfere in the same manner as in the above-described embodiment,
The intensity is detected by the photodetector 2.

【0031】図は省略するが、第1反射器81と第6反
射器86を第1の移動体上に配置し、第2反射器82と
第5反射器85を第1の移動体とは別の第2の移動体上
に配置しても何ら本発明の効果を損なう事は無く、本実
施の形態によれば、第1の移動体と第2の移動体の間を
測長するコヒーレント光束が少なくとも4往復するか
ら、信号の分割精度を同一としても、第1と第2の移動
体間の光路長変化の測定分解能と精度とを格段に向上さ
せる事が出来る。また、このような構成にすることによ
って疑似的にアッベの原理を満足することが可能とな
る。勿論、第1と第2の移動体は、両者又は一方が固定
体であっても両者が移動体の場合と同様に両移動体又は
固定体の間の光路長変化を検出可能である。更に、本実
施の形態では光分割混合器11、12として偏光ビーム
スプリッタを用いているため、2つの移動体間を4往復
する事で、それよりも往復回数の少ない計測をする場合
に比べて、光分割器の不完全性に起因する測定誤差を軽
減できる。又、本実施の形態によれば、第1の往復光路
形成手段41と第2の往復光路形成手段42との距離
は、任意に設定する事が可能である。又、図は省略する
が物理的に光路として使用不可能な領域や光路として使
用が望ましくない領域を避けて、光路を迂回させる事が
必要等の場合には、反射器やプリズムを適宜配置して光
路を曲げても何ら問題はなく、第1の往復光路形成手段
41と第2の往復光路形成手段42との間の光路長の変
化は、第1の移動体と第2の移動体との間の光路長変化
の計測に影響を与えない。
Although not shown, the first reflector 81 and the sixth reflector 86 are arranged on the first moving body, and the second reflector 82 and the fifth reflector 85 are different from the first moving body. Even if it is arranged on another second moving body, the effect of the present invention is not impaired at all, and according to the present embodiment, the coherent measuring between the first moving body and the second moving body is performed. Since the light flux reciprocates at least four times, it is possible to remarkably improve the measurement resolution and accuracy of the change in the optical path length between the first and second moving bodies even if the signal division accuracy is the same. Further, with such a configuration, it is possible to artificially satisfy the Abbe principle. Of course, the first and second moving bodies can detect the change in the optical path length between the two moving bodies or the fixed body even when both or one of them is the fixed body, as in the case where both are the moving bodies. Further, in the present embodiment, since the polarization beam splitters are used as the light splitting mixers 11 and 12, four reciprocating movements between two moving bodies make it possible to compare the number of reciprocating movements to less than that. , It is possible to reduce the measurement error caused by the incompleteness of the light splitter. Further, according to the present embodiment, the distance between the first reciprocating optical path forming means 41 and the second reciprocating optical path forming means 42 can be set arbitrarily. Although illustration is omitted, if it is necessary to avoid an area that is physically unusable as an optical path or an area that is not desired to be used as an optical path and detour the optical path, a reflector or prism should be appropriately arranged. There is no problem even if the optical path is bent by bending the optical path, and the change in the optical path length between the first reciprocating optical path forming means 41 and the second reciprocating optical path forming means 42 changes between the first moving body and the second moving body. Does not affect the measurement of optical path length changes during

【0032】また、図11のシステムでは4つの平面反
射器81、82,85、86を用いているが、図12に
示すように反射器としてコーナーキューブプリズムのよ
うな逆反射器87、88、89、90を用いても構わな
い。尚、図は省略するが、反射器として、平面反射器と
逆反射器を選択的に使用しても、何ら問題無い。尚、図
11や図12の如き配置は、例えば、球面光学素子及び
非球面光学素子の形状計測等への応用に極めて有用であ
る。このような測定の場合には、アッベの原理を満足す
るように、2つの往復光路形成手段を集光レンズと被測
定レンズの光軸対象位置に各々配置し、集光レンズのス
テージに第1反射器81、第6反射器86を固定し、被
測定光学素子のステージに第2反射器82、第5反射器
85を配置すれば集光レンズと被測定光学素子との相対
変位が計測され、光学素子の曲率半径等が知れる。
Further, although the system of FIG. 11 uses four plane reflectors 81, 82, 85 and 86, as shown in FIG. 12, retroreflectors 87, 88 such as corner cube prisms are used as the reflectors. 89 and 90 may be used. Although illustration is omitted, there is no problem even if a plane reflector and a retroreflector are selectively used as the reflector. The arrangements shown in FIGS. 11 and 12 are extremely useful for application to, for example, shape measurement of spherical optical elements and aspherical optical elements. In the case of such a measurement, two reciprocating optical path forming means are arranged at the optical axis symmetrical positions of the condenser lens and the lens to be measured so as to satisfy the Abbe's principle, and the first stage is arranged on the stage of the condenser lens. By fixing the reflector 81 and the sixth reflector 86 and disposing the second reflector 82 and the fifth reflector 85 on the stage of the optical element to be measured, the relative displacement between the condenser lens and the optical element to be measured can be measured. , The radius of curvature of the optical element is known.

【0033】図13の干渉計システムは、図11の干渉
計システムに更に往復光路形成手段43を付加し、各反
射器を2つの反射器(つまり、一対の反射器を2対の反
射器とした)で構成した干渉計システムを示す変形例で
ある。尚、往復光路形成手段43も往復光路形成手段4
1、42と同様に2つの四分の一波長板60、61と、
2対の反射器87a、88a、87b、88bと、光分
割混合器13とから構成される。また、本システムは反
射器81a、81b、86a、86b、88a、88b
を第1移動体に固定し、反射器82a、82b、85
a、85b、87a、87bを第2移動体に固定し、第
1移動体と第2移動体との相対的な移動量を測定するも
のである。尚、第1移動体、第2移動体は不図示であ
る。
The interferometer system of FIG. 13 further includes a round-trip optical path forming means 43 in addition to the interferometer system of FIG. 11, and each reflector is made into two reflectors (that is, one pair of reflectors is made into two pairs of reflectors). Is a modified example showing the interferometer system configured in (1). The reciprocating optical path forming means 43 is also the reciprocating optical path forming means 4
Two quarter-wave plates 60, 61 as well as 1, 42,
It is composed of two pairs of reflectors 87a, 88a, 87b, 88b and a light division mixer 13. In addition, the present system includes reflectors 81a, 81b, 86a, 86b, 88a, 88b.
Is fixed to the first moving body, and the reflectors 82a, 82b, 85
The a, 85b, 87a, and 87b are fixed to the second moving body, and the relative movement amount between the first moving body and the second moving body is measured. The first moving body and the second moving body are not shown.

【0034】従って、図13の干渉計システムは、往復
光路形成手段43を設けることによって図11の干渉計
システムと比較して各々の反射器間を往復する回数が増
えるので、測定精度と測定分解能とを向上させることが
できる。勿論、往復光路形成手段の数は、図13に示す
限りではなく、光学素子を通過したり反射する事による
光の減衰が所定量を超えず、かつ光源の可干渉距離の範
囲内で増やす事ができる。これにより、各往復光路形成
手段間の光路長の変化も増大する事が容易に予想され、
従来の多くの手法では、測定精度が悪化すると言う問題
を生じたが、本発明の干渉系システムによれば、各往復
光路形成手段間の光路長の変化は、測定光束と参照光束
の両方に同様な影響を及ぼすので、その影響は結果的に
相殺されるから測定精度が悪化する事は無い。
Therefore, in the interferometer system of FIG. 13, by providing the round-trip optical path forming means 43, the number of round trips between the respective reflectors is increased as compared with the interferometer system of FIG. And can be improved. Of course, the number of the round-trip optical path forming means is not limited to that shown in FIG. 13, and the attenuation of the light passing through or reflecting the optical element does not exceed a predetermined amount and is increased within the coherence length of the light source. You can As a result, it is easily expected that the change in the optical path length between the reciprocating optical path forming means also increases.
In many conventional methods, there was a problem that the measurement accuracy deteriorates. However, according to the interferometer system of the present invention, the change in the optical path length between the reciprocating optical path forming means affects both the measurement light flux and the reference light flux. Since the same influence is exerted, the influence is canceled out as a result, so that the measurement accuracy is not deteriorated.

【0035】ところで、アッベの原理を満足する干渉計
システムの配置が困難な場合には、従来から例えば、被
測定位置を挟んだ2ケ所に測長位置を設けて、それぞれ
の計測値の算術平均値を求める等といった、疑似的にア
ッベの原理を満足したり、エッベンシュタインの原理を
満足する等して、計測精度を維持する手法が知られてい
る。前述の通り、本実施の形態によれば、光学素子の構
成をあまり複雑とする事なく、高い安定性と分解能を維
持しつつ、上記従来技術と同様に2つ以上の往復光路形
成手段を設ける事で、疑似的にアッベの原理を満足する
事が可能である。勿論、本発明による干渉計システム
も、従来知られている技術と同様に、光検出器を追加す
る事でアッベの原理を疑似的に満足する複数の独立した
干渉計システムとして使用する事も可能である。その例
を図14に示す。
When it is difficult to arrange an interferometer system that satisfies the Abbe's principle, conventionally, for example, two measuring positions are provided on both sides of the measured position, and the arithmetic mean of the respective measured values is set. There are known methods for maintaining the measurement accuracy by, for example, satisfying Abbe's principle or Ebbenstein's principle, such as obtaining a value. As described above, according to the present embodiment, two or more reciprocating optical path forming means are provided as in the above-described conventional technique while maintaining high stability and resolution without making the structure of the optical element too complicated. In this way, it is possible to artificially satisfy the Abbe principle. Of course, the interferometer system according to the present invention can also be used as a plurality of independent interferometer systems that artificially satisfy Abbe's principle by adding a photodetector, as in the conventionally known technique. Is. An example is shown in FIG.

【0036】図14は、図11の干渉計システムと比較
して平面反射器91、92、93、94と、ビームスプ
リッタ95、反射器96、光検出器2aを設けたことを
抜かすと図11の干渉計システムと同様であるため、同
様な構成については同じ符号を付して説明を省略する。
図14のシステムはビームスプリッタ95と反射器96
とを配置することによって、光源1から射出するレーザ
光束を光路の異なる2つの光束に分割している。そし
て、4つの反射器91、92、93、94を配置するこ
とによって、各々の光束が一部の光学素子を共用する2
つの干渉計を通っている。
FIG. 14 is different from the interferometer system of FIG. 11 except that the flat reflectors 91, 92, 93, 94, the beam splitter 95, the reflector 96, and the photodetector 2a are provided. Since it is the same as the interferometer system of 1), the same reference numerals are given to the same configurations and the description thereof is omitted.
The system of FIG. 14 has a beam splitter 95 and a reflector 96.
By arranging and, the laser light flux emitted from the light source 1 is divided into two light fluxes having different optical paths. By arranging the four reflectors 91, 92, 93, and 94, each light beam shares some optical elements.
It goes through two interferometers.

【0037】従って、より多数の光路長変化を計測可能
とする効果を実現することができる。また、図14では
1つの波長の光を用いているが、複数の波長の光とダイ
クロイックミラーとを組み合わせることによって、複数
の波長の光の各々で測定を行なうようにしても良い。こ
のように、図14のような干渉計システムによれば、構
成を余り複雑化する事無く、かつ大型化する事無く、多
数の光路長変化の計測を実現出来る。
Therefore, it is possible to realize the effect of being able to measure a larger number of optical path length changes. Further, although the light of one wavelength is used in FIG. 14, the measurement may be performed with the light of each of the plurality of wavelengths by combining the light of the plurality of wavelengths and the dichroic mirror. As described above, according to the interferometer system as shown in FIG. 14, it is possible to realize a large number of changes in the optical path length without complicating the configuration and increasing the size.

【0038】尚、図14のように光検出器を追加して、
複数の独立した干渉計システムを構成すると、各々の干
渉計システムの出力と配置の相対関係から演算により、
移動体の傾きを求める事が可能といった利点がある。
尚、第1〜第4の実施の形態では、理解を容易にする為
に、図に於いて光路が紙面上で重複しないように紙面と
同一平面内に全ての光路を形成したが、光路が紙面と平
行な複数の面上に配置されていても、何ら問題無い。
又、本発明の第1から第4までの実施の形態を適宜組み
合わせても良いことは言うまでもない。
A photodetector is added as shown in FIG.
If you configure multiple independent interferometer systems, the output from each interferometer system and the relative relationship of the layout will be used to calculate
There is an advantage that the inclination of the moving body can be obtained.
In addition, in the first to fourth embodiments, all the optical paths are formed in the same plane as the paper surface so that the optical paths do not overlap on the paper surface in order to facilitate understanding. There is no problem even if they are arranged on a plurality of planes parallel to the paper surface.
It goes without saying that the first to fourth embodiments of the present invention may be combined as appropriate.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上の様に、本発明によれば、光学系の
構成をあまり複雑化する事なく、大型化する事なく、構
造的に又は熱的に引き起こされるような外乱の影響によ
って光学素子が振動または移動しても測定精度に影響が
少ない干渉計システムの提供が可能となる。
As described above, according to the present invention, an optical system is not affected by a disturbance such as a structurally or thermally induced disturbance without complicating the structure of the optical system and increasing the size of the optical system. It is possible to provide an interferometer system that has little influence on measurement accuracy even if an element vibrates or moves.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態による干渉計システ
ムの概略構成と光束進行順序を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration and a luminous flux traveling order of an interferometer system according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施の形態による干渉計システ
ムの概略構成と光束進行順序を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration and a luminous flux traveling order of an interferometer system according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第2の実施の形態による干渉計システ
ムの変形例を示す概略構成図である。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a modified example of the interferometer system according to the second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第2の実施の形態による干渉計システ
ムの変形例を示す概略構成図である。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing a modified example of the interferometer system according to the second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第2の実施の形態による干渉計システ
ムの変形例を示す概略構成図である。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a modified example of the interferometer system according to the second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第2の実施の形態による干渉計システ
ムの変形例を示す概略構成図である。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a modified example of the interferometer system according to the second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第3の実施の形態による干渉計システ
ムの概略構成と光束進行順序を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration and a luminous flux traveling order of an interferometer system according to a third embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第3の実施の形態による干渉計システ
ムの変形例を示す概略構成図である。
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a modified example of the interferometer system according to the third embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第3の実施の形態による干渉計システ
ムの変形例を示す概略構成図である。
FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing a modified example of the interferometer system according to the third embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第3の実施の形態による干渉計シス
テムの変形例を示す概略構成図である。
FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing a modified example of the interferometer system according to the third embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第4の実施の形態による干渉計シス
テムの概略構成と光束進行順序を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a schematic configuration of an interferometer system according to a fourth embodiment of the present invention and a luminous flux traveling order.

【図12】本発明の第4の実施の形態による干渉計シス
テムの変形例を示す概略構成図である。
FIG. 12 is a schematic configuration diagram showing a modified example of the interferometer system according to the fourth embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第4の実施の形態による干渉計シス
テムの変形例を示す概略構成図である。
FIG. 13 is a schematic configuration diagram showing a modified example of the interferometer system according to the fourth embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第4の実施の形態による干渉計シス
テムの変形例を示す概略構成図である。
FIG. 14 is a schematic configuration diagram showing a modified example of the interferometer system according to the fourth embodiment of the present invention.

【図15】従来技術による干渉計を示す概略構成図であ
る。
FIG. 15 is a schematic configuration diagram showing an interferometer according to a conventional technique.

【図16】従来技術による干渉計の問題点を説明するた
めの拡大図である。
FIG. 16 is an enlarged view for explaining a problem of a conventional interferometer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、100・・・レーザ光源 2、2a、107・・・光検出器 11、12、13、102・・・光分割混合器 21、22・・・偏光光束分割混合面 31、32、33、34、35・・・光路 41、42、43・・・往復光路形成手段 51、52、53、54、55、56、57、58、5
9、60、61・・・四分の一波長板 71、72、73、74、75、76、77、78、7
9・・・光路移送手段 81、82、83、84、85、86、91、92、9
3、94、105、106・・・平面反射器 87、88、89、90・・・逆反射器 95・・・ビームスプリッタ 96・・・反射器
1, 100 ... Laser light source 2, 2a, 107 ... Photodetector 11, 12, 13, 102 ... Light splitting mixer 21, 22 ... Polarized light beam splitting / mixing surface 31, 32, 33, 34, 35 ... Optical path 41, 42, 43 ... Reciprocating optical path forming means 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 5
9, 60, 61 ... Quarter-wave plate 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 7
9 ... Optical path transfer means 81, 82, 83, 84, 85, 86, 91, 92, 9
3, 94, 105, 106 ... Planar reflector 87, 88, 89, 90 ... Retro-reflector 95 ... Beam splitter 96 ... Reflector

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】コヒーレント光束を供給する光源と、 前記光源からの光束を2つの光束に分割する分割手段と
該分割手段に各々対向して配置された一対の第1、第2
反射器とを有し、前記分割手段によって分割された光束
の一方を1往復させる往復光路形成手段と、 前記分割手段によって分割された光束の前記一方と他方
とを干渉させる干渉光学系と、 前記干渉した光束を検出する光検出器と、 を有し、前記光検出器の出力から前記2つの光束の相対
的な光路長変化を測定することを特徴とする干渉計シス
テム。
1. A light source for supplying a coherent light flux, a splitting means for splitting the light flux from the light source into two light fluxes, and a pair of first and second pairs arranged to face the splitting means.
A reciprocating optical path forming unit having a reflector for making one reciprocation of one of the light beams divided by the dividing unit; and an interference optical system for interfering the one and the other of the light beams divided by the dividing unit, An interferometer system comprising: a photodetector that detects interfering light beams; and a relative optical path length change of the two light beams is measured from an output of the photodetector.
【請求項2】前記往復光路形成手段を通った光束を該光
束の光軸と平行かつ一致しないように反射し、かつ、該
反射した光束を再び前記往復光路形成手段に入射させる
ように配置された光路移送手段を設けたことを特徴とす
る請求項1に記載の干渉計システム。
2. A light beam passing through the reciprocating optical path forming means is arranged so as to be reflected in parallel with and not coincident with the optical axis of the light beam, and the reflected light beam is made to enter the reciprocating optical path forming means again. The interferometer system according to claim 1, further comprising optical path transfer means.
【請求項3】前記往復光路形成手段は、 前記一方の光束が前記第1、第2反射器を往復する回数
と同じ回数だけ前記他方の光束が往復するように配置さ
れた一対の第3、第4反射器を更に有し、該第3、第4
反射器を往復する前記他方の光束の光路と、前記第1、
第2反射器を往復する一方の光束の光路とが近接した光
路であることを特徴とする請求項1または2に記載の干
渉計システム。
3. The reciprocating optical path forming means is arranged such that the one light beam reciprocates the same number of times as the one light beam reciprocates the first and second reflectors. Further comprising a fourth reflector, the third and fourth
An optical path of the other light flux that travels back and forth through a reflector;
The interferometer system according to claim 1 or 2, wherein the optical path of one of the light fluxes that reciprocates through the second reflector is an optical path that is close to the optical path.
【請求項4】前記分割手段は偏光ビームスプリッタであ
り、 前記光路形成手段は前記偏光ビームスプリッタと前記第
1、第2反射器との間に各々配置された1/4波長板を
更に有することを特徴とする請求項1、2または3に記
載の干渉計システム。
4. The splitting means is a polarization beam splitter, and the optical path forming means further includes quarter-wave plates disposed between the polarization beam splitter and the first and second reflectors, respectively. The interferometer system according to claim 1, 2, or 3.
【請求項5】前記往復光路形成手段を複数有することを
特徴とする請求項1、2、3または4に記載の干渉計シ
ステム。
5. The interferometer system according to claim 1, wherein the interferometer system has a plurality of round-trip optical path forming means.
【請求項6】前記分割手段によって分割された前記一方
の光束が前記第1、第2反射器の間を2往復以上するこ
とを特徴とする請求項1、2、3、4または5に記載の
干渉計システム。
6. The light flux according to claim 1, wherein the one light beam split by the splitting means makes two or more round trips between the first and second reflectors. Interferometer system.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2003279309A (en) * 2002-03-27 2003-10-02 Pioneer Electronic Corp Laser apparatus and method for measuring length
JP2007040715A (en) * 2005-07-29 2007-02-15 Ulvac-Riko Inc Michelson optical interferometer, thermal expansion meter using optical interferometer, and thermal expansion amount measuring method
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JP2009288071A (en) * 2008-05-29 2009-12-10 Mitsutoyo Corp Optical path length multiplier

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