JPH10132514A

JPH10132514A - 多波長光源装置および該光源装置を備えた光波干渉測定装置

Info

Publication number: JPH10132514A
Application number: JP8304034A
Authority: JP
Inventors: Koichi Tsukihara; 浩一月原; Hitoshi Kawai; 斉河井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-10-30
Filing date: 1996-10-30
Publication date: 1998-05-22

Abstract

(57)【要約】【課題】正確な同軸性を確保しつつ周波数の異なる複
数の光を同一光路に沿って出力することのできる多波長
光源装置。【解決手段】周波数変換手段（３２）により、光源
（３１）からの第１の周波数を有する第１の光の一部を
第１の周波数とは異なる第２の周波数を有する第２の光
に変換し、第１の光と第２の光とを同一の光路に沿って
出力する。次いで、周波数変調手段（１０１）により、
同一の光路に沿って出力された第１の光および第２の光
をそれぞれ所定の周波数だけ周波数変調して第３の光お
よび第４の光を生成し、生成された第３の光と第４の光
とを同一の光路に沿って出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は多波長光源装置およ
び該光源装置を備えた光波干渉測定装置に関し、特にヘ
テロダイン干渉方式を用いて高精度な変位計測を行う光
波干渉測定装置のために周波数の異なる複数の光を同一
光路に沿って出力する多波長光源装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図１６は、従来の多波長光源装置を備え
た光波干渉測定装置の構成を概略的に示す図である。図
１６の光波干渉測定装置は、移動鏡５の光軸方向（図中
矢印方向）の変位量を測長するための測長用干渉計を備
えている。測長用干渉計において、測長用光源１は、周
波数が互いにわずかに異なり、偏光方位が互いに直交し
た周波数ω₁の光と周波数ω₁'の光とを射出する。

【０００３】この２つの異なる周波数の光は、ビームス
プリッタ２を介して偏光ビームスプリッタ３に入射し、
周波数ω₁'の光と周波数ω₁の光とに分離される。周波
数ω₁'の光は参照光となり、固定鏡４で反射された後、
再び偏光ビームスプリッタ３に戻る。また、周波数ω₁
の光は測定光となり、移動鏡５で反射された後、再び偏
光ビームスプリッタ３に戻る。偏光ビームスプリッタ３
に戻った測定光と参照光とは、同一光路に沿って偏光ビ
ームスプリッタ３から射出され、偏光板６を介して干渉
する。偏光板６を介して生成された干渉光は、光電変換
素子７で受光される。光電変換素子７で変換された測定
ビート信号は、位相計１０に入力される。

【０００４】一方、測長用光源１から射出された周波数
ω₁の光および周波数ω₁'の光のうちの一部はビームス
プリッタ２によって反射され、偏光板８を介して干渉す
る。偏光板８を介して生成された干渉光は光電変換素子
９によって検出され、参照ビート信号として位相計１０
に入力される。位相計１０は、参照ビート信号に対する
測定ビート信号の位相変化を測定することによって移動
鏡５の変位量Ｄ（ω₁）を求め、その変位量情報に関す
る信号を演算器１１に出力する。

【０００５】ところで、光波の干渉による測長を精密
（高精度）に行うためには、光路中の空気（またはその
他の気体）の屈折率変動を無視することができない。そ
こで、従来の多波長光源装置を備えた光波干渉測定装置
は、光路中の空気の屈折率変動を測定するヘテロダイン
干渉方式を用いた屈折率変動測定系を備えている。屈折
率変動測定系を備えた光波干渉測定装置では、上述の測
長用干渉計で測定した移動鏡５の変位量Ｄ（ω₁）か
ら、測定光路および参照光路中の空気の屈折率変動の影
響を補正し、移動鏡５の真の変位量Ｄを求める。

【０００６】屈折率変動測定系は、周波数ω₂の光と、
周波数ω₂の光の２倍の周波数を有する周波数ω₃の光
（ω₃＝２ω₂）とを間隔を隔てて互いに平行に射出す
る光源１５１を備えている。光源１５１から射出された
周波数ω₂の光および周波数ω₃の光は、音響光学素子
１５４および１５２にそれぞれ入射する。音響光学素子
１５４に入射した周波数ω₂の光は、周波数ω₂からわ
ずかに周波数のずれた周波数ω₂'の光（ω₂'＝ω₂＋Δ
ω₂）に周波数変調される。また、音響光学素子１５２
に入射した周波数ω₃の光は、周波数ω₃からわずかに
周波数のずれた周波数ω₃'の光（ω₃'＝ω₃＋Δω₃）
に周波数変調される。

【０００７】音響光学素子１５２を介した周波数ω₃'の
光は反射鏡１５３を介して、音響光学素子１５４を介し
た周波数ω₂'の光は直接に、それぞれダイクロイックミ
ラー１５５に入射する。こうして、ダイクロイックミラ
ー１５５を介して同軸に（同一の光路に沿って）結合さ
れた周波数ω₂'の光および周波数ω₃'の光は、もう１つ
のダイクロイックミラー３３に入射する。ダイクロイッ
クミラー３３で反射された周波数ω₂'の光および周波数
ω₃'の光は、偏光ビームスプリッタ３に入射する。この
ように、光源１５１、音響光学素子１５２および１５
４、反射鏡１５３、およびダイクロイックミラー１５５
は、周波数の異なる複数の光を同一光路に沿って出力す
る多波長光源装置１５０を構成している。

【０００８】周波数ω₂'の光および周波数ω₃'の光は、
偏光ビームスプリッタ３によって、固定鏡４側に反射さ
れる光（参照光）と移動鏡５側へ透過する光（測定光）
とに分割される。参照光と測定光とは、その偏光方位が
互いに直交しているが、いずれも周波数ω₂'の光および
周波数ω₃'の光をそれぞれ含んでいる。その後、固定鏡
４および移動鏡５でそれぞれ反射された参照光および測
定光は、偏光ビームスプリッタ３に入射して結合され、
同一光路に沿って射出される。偏光ビームスプリッタ３
で結合された参照光および測定光は、ダイクロイックミ
ラー３４で反射され、偏光ビームスプリッタ３５に入射
する。偏光ビームスプリッタ３５は、移動鏡５で反射さ
れた測定光（周波数ω₂'の光および周波数ω₃'の光）を
透過し、固定鏡４で反射された参照光（周波数ω₂'の光
および周波数ω₃'の光）を反射する。

【０００９】偏光ビームスプリッタ３５を透過した周波
数ω₂'の光および周波数ω₃'の光のうちの周波数の小さ
い周波数ω₂'の光は、第２高調波変換素子（以下、「Ｓ
ＨＧ変換素子」という）３６によって周波数ω₃'' （ω
₃'' ＝２ω₂'）の光に変換される。一方、周波数ω₃'の
光は、ＳＨＧ変換素子３６をそのまま透過する。その結
果、ＳＨＧ変換素子３６によって周波数ω₂'から周波数
ω₃'' に変換された光と移動鏡５で反射された周波数ω
₃'の光とが干渉し、その干渉光が光電変換素子３７によ
って検出される。また、偏光ビームスプリッタ３５で反
射された周波数ω₂'の光および周波数ω₃'の光について
も、ＳＨＧ変換素子３８の作用により、周波数ω₂'から
周波数ω₃'' に変換された光と固定鏡４で反射された周
波数ω₃'の光との干渉光が光電変換素子３９で検出され
る。

【００１０】光電変換素子３７で検出された干渉信号す
なわち測定信号および光電変換素子３９で検出された干
渉信号すなわち参照信号は、それぞれ位相計４０に入力
される。位相計４０では、参照信号と測定信号との位相
変化に基づいて、周波数ω₃の光に対する光路長変化Ｄ
（ω₃）と周波数ω₂の光に対する光路長変化Ｄ
（ω₂）との差すなわち｛Ｄ（ω₃）−Ｄ（ω₂）｝を
求める。位相計４０で求められた｛Ｄ（ω₃）−Ｄ（ω
₂）｝に関する信号は、演算器１１に供給される。演算
器１１では、位相計４０からの｛Ｄ（ω₃）−Ｄ
（ω₂）｝に関する信号に基づいて、測長用光源１を用
いた測長用干渉計で測定した移動鏡５の変位量Ｄ
（ω₁）を補正し、真の変位量（幾何学的な距離）Ｄが
求められる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の多波長光源装置を備えた光波干渉測定装置では、光源
１５１が周波数ω₂の光と周波数ω₃の光とを互いに間
隔を隔てて平行に射出している。したがって、光源１５
１の製造誤差により初期的に、また装置の作動により経
時的に、周波数ω₂の光の射出方向と周波数ω₃の光の
射出方向とが互いに独立に変動する可能性がある。すな
わち、光源１５１から射出される周波数ω₂の光と周波
数ω₃の光との間に正確な平行性を確保することができ
ず、その結果、従来の多波長光源装置１５０から射出さ
れる周波数ω₂'の光と周波数ω₃'の光との間に正確な同
軸性を確保することができない。

【００１２】なお、従来の多波長光源装置を備えた光波
干渉測定装置では、周波数ω₂ の光で測定した移動鏡の
変位量と周波数ω₃ の光で測定した移動量の変位量の
差、すなわち２つの異なる周波数の光の光路長差に基づ
いて、測定光路および参照光路中の空気の屈折率変動の
影響を求めている。したがって、移動鏡の変位量を高精
度に測定するには、周波数ω₂ の光と周波数ω₃ の光と
の同軸性を正確に確保しなければならない。同軸性を正
確に確保することができない場合、それぞれの周波数の
光で測定した移動鏡の変位量にそれぞれ独立な誤差が生
じ、２つの異なる周波数の光の光路長差を正確に求める
ことができない。その結果、光路中の空気の屈折率変動
を高精度に測定することができず、光波干渉測定装置の
測定精度が低下するという不都合があった。

【００１３】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、正確な同軸性を確保しつつ周波数の異なる複
数の光を同一光路に沿って出力することのできる多波長
光源装置および該光源装置を備えた光波干渉測定装置を
提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明において、第１の周波数を有する第１の光を
供給するための光源と、前記光源からの前記第１の光の
一部を前記第１の周波数とは異なる第２の周波数を有す
る第２の光に変換し、前記第１の光と前記第２の光とを
同一の光路に沿って出力するための周波数変換手段と、
前記周波数変換手段から同一の光路に沿って出力された
前記第１の光および前記第２の光をそれぞれ所定の周波
数だけ周波数変調して第３の光および第４の光を生成
し、生成された前記第３の光と前記第４の光とを同一の
光路に沿って出力するための周波数変調手段とを備えて
いることを特徴とする多波長光源装置を提供する。

【００１５】本発明の好ましい態様によれば、前記周波
数変換手段は、前記第１の光の一部を高調波に変換し、
該高調波を前記第２の光として出力するための高調波変
換素子である。また、前記周波数変調手段は、前記第１
の光および前記第２の光をそれぞれ所定の周波数だけ周
波数変調するための少なくとも１つの周波数変調素子
と、前記少なくとも１つの周波数変調素子を介して生成
された前記第３の光と前記第４の光とを同一の光路に沿
って結合させるための補正光学系とを有することが好ま
しい。

【００１６】また、本発明の好ましい態様によれば、前
記補正光学系は、前記周波数変調素子を介して生成され
た前記第３の光および前記第４の光を屈折または回折す
ることによって間隔を隔てて互いに平行な光に変換する
ための屈折光学系または回折光学系と、該屈折光学系ま
たは回折光学系を介して互いに平行に変換された前記第
３の光と前記第４の光とを同一の光路に沿って結合させ
るための周波数結合素子とを有する。あるいは、前記補
正光学系は、前記周波数変調素子の入射側に設けられた
第１補正光学系と、前記周波数変調素子の射出側に設け
られた第２補正光学系とを有し、前記第１補正光学系
は、同一の光路に沿って前記周波数変調手段に入射した
前記第１の光および前記第２の光を回折または屈折する
ための回折光学系または屈折光学系であり、前記第２補
正光学系は、前記周波数変調素子を介して生成された前
記第３の光および前記第４の光を回折または屈折するこ
とによって前記第３の光と前記第４の光とを同一光路に
沿って結合するための回折光学系または屈折光学系であ
ることが好ましい。

【００１７】また、本発明の別の局面によれば、参照光
路と移動鏡を含む測定光路とを有し、所定方向に沿った
移動鏡の変位量を測定するための測長用干渉計と、該測
長用干渉計の光路中の気体の屈折率変動を測定するため
の屈折率変動測定系と、該屈折率変動測定系のために周
波数の異なる２つの光を同一の光路に沿って出力するた
めの多波長光源装置とを備え、前記測長用干渉計で測定
した前記移動鏡の変位量を前記屈折率変動測定系で測定
した前記光路中の気体の屈折率変動情報に基づいて補正
することによって前記移動鏡の幾何学的変位量を測定す
る光波干渉測定装置において、前記多波長光源装置は、
第１の周波数を有する第１の光を供給するための光源
と、前記光源からの前記第１の光の一部を前記第１の周
波数とは異なる第２の周波数を有する第２の光に変換
し、前記第１の光と前記第２の光とを同一の光路に沿っ
て出力するための周波数変換手段と、前記周波数変換手
段から同一の光路に沿って出力された前記第１の光およ
び前記第２の光をそれぞれ所定の周波数だけ周波数変調
して第３の光および第４の光を生成し、生成された前記
第３の光と前記第４の光とを同一の光路に沿って出力す
るための周波数変調手段とを有し、前記屈折率変動測定
系は、前記測長用干渉計の前記測定光路を介した前記第
３の光および前記第４の光のうちの一方の光の周波数を
他方の光の周波数とほぼ一致させることによってヘテロ
ダイン干渉による第１干渉光を生成するための第１干渉
光生成系と、前記測長用干渉計の前記参照光路を介した
前記第３の光および前記第４の光のうち一方の光の周波
数を他方の光の周波数とほぼ一致させることによってヘ
テロダイン干渉による第２干渉光を生成するための第２
干渉光生成系とを有し、前記第１干渉光および前記第２
干渉光に基づいて前記測長用干渉計の光路中の気体の屈
折率変動を測定し、補正することを特徴とする光波干渉
測定装置を提供する。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の多波長光源装置および該
光源装置を備えた屈折率変動測定系を有する光波干渉測
定装置では、１つの光源から射出された第１の周波数を
有する第１の光に基づいて、その第１の光の一部をたと
えば第２高調波変換素子（ＳＨＧ変換素子）のような周
波数変換手段の作用により、第１の周波数とは異なる第
２の周波数を有する第２の光を生成し、第１の光の残部
と第１の光から変換された第２の光とを同一の光路に沿
って出力する。次いで、たとえば音響光学素子のような
周波数変調素子の作用により、第１の光および第２の光
をそれぞれ所定の周波数だけ周波数変調して第３の光お
よび第４の光を生成する。生成された第３の光と第４の
光とは、たとえば屈折光学系と周波数結合素子とからな
る補正光学系の作用により、同一の光路に沿って屈折率
変動を測定すべき所定光路に導かれる。

【００１９】このように、本発明では、光源からの第１
の光の射出方向が設計光軸に対して変動しても、屈折率
変動を測定すべき所定光路に導かれる第３の光および第
４の光は、光源からの第１の光の射出方向の変動の影響
を互いに同じように受けることになる。その結果、第３
の光および第４の光の進行方向が設計光軸に対して変動
することはあっても、第３の光と第４の光とは同一の光
路に沿って屈折率変動を測定すべき所定光路中を伝搬す
る。すなわち、光源からの第１の光の射出方向の変動の
影響を受けることなく第３の光と第４の光との同軸性を
正確に確保することができるので、ヘテロダイン干渉方
式を用いて光路中の空気の屈折率変動を高精度に測定す
ることができる。

【００２０】以下、本発明の実施例を、添付図面に基づ
いて説明する。図１は、本発明の実施例にかかる多波長
光源装置および該光源装置を備えた光波干渉測定装置の
構成を概略的に示す図である。また、図２は、図１の周
波数変調部１０１の内部構成を概略的に示す図である。
図１の光波干渉測定装置は、光路中の空気（またはその
他の気体）の屈折率変動を測定するための屈折率変動測
定系を備えている。屈折率変動測定系において、光源３
１から射出された周波数ω₂の光はＳＨＧ変換素子３２
に入射し、周波数ω₂の光の一部がＳＨＧ変換素子３２
により周波数ω₃（ω₃＝２ω₂）の光に変換され、そ
の残部がＳＨＧ変換素子３２をそのまま透過する。ＳＨ
Ｇ変換素子３２から射出された周波数ω₂の光および周
波数ω₃の光は、同一光路に沿って同軸で周波数変調部
１０１に入射する。

【００２１】なお、ＳＨＧ変換素子３２には、例えば非
線形光学結晶ＫＴｉＯＰＯ₄を用いることができる。ま
た、ＳＨＧ変換素子３２によってＳＨＧ変換された周波
数ω₃の光の偏光方位は、ＳＨＧ変換素子３２に入射し
てそのまま透過する周波数ω₂の光の偏光方位とは異な
る。そこで、図１では図示を省略しているが、たとえば
ＳＨＧ変換素子３２と周波数変調部１０１との間には、
周波数ω₂の光の偏光方位と周波数ω₃の光の偏光方位
とを一致させるための光学系（複数個の波長板）が配置
されている。

【００２２】図２を参照すると、同一の光路に沿って同
軸で周波数変調部１０１に入射した周波数ω₂の光およ
び周波数ω₃の光は、周波数変調素子としての音響光学
素子１２０に入射する。音響光学素子１２０では、音響
光学媒体に伝搬される超音波によって、音響光学媒体中
に周期的な屈折率変化が生じる。その結果、音響光学素
子１２０は回折格子の機能を発揮し、音響光学素子１２
０への入射光は超音波の周波数に応じてラマン・ナース
回折を受ける。以下、本発明の実施例および各変形例に
おいて特に断りのない限り、音響光学素子への入射光は
ラマン・ナース回折を受けるものとする。ラマン・ナー
ス回折の回折角は、入射光の有する周波数と超音波の周
波数とに依存する。したがって、周波数ω₂の光と周波
数ω₃ の光とでは、周波数が互いに異なるため、その回
折角も互いに異なる。

【００２３】ここで、音響光学媒体を伝搬する超音波の
周波数をΔｆとし、周波数ω₂ の光に対しては音響光学
素子１２０の回折光のうち−１次回折光を用い、周波数
ω₃の光に対しては音響光学素子１２０の回折光のうち
＋１次回折光を用いるものとする。この場合、音響光学
素子１２０に入射した周波数ω₂ の光は、周波数ω₂'
（＝ω₂ ＋Δｆ）の光２００に周波数変調され且つ所定
の回折角で回折される。また、音響光学素子１２０に周
波数ω₃ の光は、周波数ω₃'（＝ω₃ ＋Δｆ）の光３０
０に周波数変調され且つ所定の回折角で回折される。音
響光学素子１２０を介した周波数ω₂'の光２００および
周波数ω₃'の光３００は、たとえば正レンズからなるコ
リメートレンズ５２により互いに平行な光になる。

【００２４】ここで、コリメートレンズ５２は、周波数
ω₂'の光と周波数ω₃'の光とに対して軸上色収差が良好
に補正されている必要がある。コリメートレンズ５２を
介した周波数ω₂'の光２００および周波数ω₃'の光３０
０は、互いに平行な光路に沿って、ダイクロイックプリ
ズム５３に入射する。こうして、周波数ω₂'の光２００
と周波数ω₃'の光３００とは、ダイクロイックプリズム
５３の作用により同軸に結合され、同一の光路に沿って
周波数変調部１０１から射出される。

【００２５】なお、コリメートレンズ５２とダイクロイ
ックプリズム５３との間の光路中に、周波数ω₂'の光２
００および周波数ω₃'の光３００だけを通過させる絞り
５１ａを挿入することにより、音響光学素子１２０で生
じた０次光などの背景光を遮断することができる。この
ように、屈折光学系であるコリメートレンズ５２および
周波数結合素子であるダイクロイックプリズム５３は、
音響光学素子１２０を介した周波数ω₂'の光２００と周
波数ω₃'の光３００とを同一の光路に沿って結合するた
めの補正光学系を構成している。また、光源３１、ＳＨ
Ｇ変換素子３２および周波数変調部１０１は、互いに異
なる周波数を有する周波数ω₂'の光２００と周波数ω₃'
の光３００とを同一の光路に沿って出力するための多波
長光源装置１０３を構成している。

【００２６】再び図１を参照すると、多波長光源装置１
０３から同一光路に沿って同軸に射出された周波数ω₂'
の光および周波数ω₃'の光は、周波数変調部１０１で生
じた不要光（後述する不要な回折光）を遮断する絞り５
１を介して、たとえばダイクロイックミラーからなる周
波数結合素子３３によって反射され、後述する測長用光
源１からの光（周波数ω₁近傍の光）と同一光路上に結
合される。なお、周波数結合素子３３は、周波数ω₁近
傍の光のみを透過し、それ以外の周波数の光を反射する
特性を有する。

【００２７】周波数結合素子３３で反射された周波数ω
₂'の光および周波数ω₃'の光は、偏光ビームスプリッタ
のような偏光分離素子３に入射する。偏光ビームスプリ
ッタ３は、周波数ω₂'の光および周波数ω₃'の光の偏光
方位に対して４５°だけ傾いて配置されている。したが
って、偏光ビームスプリッタ３に入射した光は、２つの
異なる周波数の光、すなわち偏光ビームスプリッタ３で
反射されて固定鏡４に導かれる参照光と、偏光ビームス
プリッタ３を透過して移動鏡５に導かれる測定光とに分
割される。このように、参照光と測定光とは偏光方位が
互いに直交しており、いずれも周波数ω₂'の光および周
波数ω₃'の光の双方を含んでいる。

【００２８】偏光ビームスプリッタ３で反射された参照
光（周波数ω₂'の光および周波数ω₃'の光）は、コーナ
キューブプリズムからなる固定鏡４で反射された後、再
び偏光ビームスプリッタ３に戻る。すなわち、参照光路
を通る。他方、偏光ビームスプリッタ３を透過した測定
光（周波数ω₂'の光および周波数ω₃'の光）も移動台
（不図示）に取り付けられたコーナキューブプリズムか
らなる移動鏡５で反射され、再び偏光ビームスプリッタ
３に戻る。すなわち、測定光路を通る。

【００２９】こうして、参照光路を介して偏光ビームス
プリッタ３から射出された周波数ω₂'の光および周波数
ω₃'の光と、測定光路を介して偏光ビームスプリッタ３
から射出された周波数ω₂'の光および周波数ω₃'の光と
は、同一の光路に沿って周波数分離素子３４に入射す
る。周波数分離素子３４は周波数結合素子３３と同様
に、たとえばダイクロイックミラーで構成され、周波数
がω₁近傍の光のみを透過し、他の周波数の光を反射す
る特性を有する。したがって、周波数ω₂'の光および周
波数ω₃'の光は、周波数分離素子３４の作用により、後
述する測長用光源１からの光（周波数ω₁近傍の光）か
ら分離される。

【００３０】周波数分離素子３４で反射された周波数ω
₂'の光と周波数ω₃'の光、すなわち参照光路を介した周
波数ω₂'の光および周波数ω₃'の光と、測定光路を介し
た周波数ω₂'の光および周波数ω₃'の光とは、同一の光
路に沿って、たとえば偏光ビームスプリッタからなる偏
光分離素子３５に入射する。偏光分離素子３５は、移動
鏡５で反射された測定光（周波数ω₂'の光および周波数
ω₃'の光）を透過し、固定鏡４で反射された参照光（周
波数ω₂'の光および周波数ω₃'の光）を反射する。

【００３１】偏光分離素子３５を透過した周波数ω₂'の
光および周波数ω₃'の光のうちの周波数の小さい周波数
ω₂'の光は、ＳＨＧ変換素子３６によって周波数ω₃''
（ω₃'' ＝２ω₂'）の光に変換される。一方、周波数の
大きい周波数ω₃'の光は、ＳＨＧ変換素子３６をそのま
ま透過する。その結果、ＳＨＧ変換素子３６によって周
波数ω₂'から周波数ω₃'' に変換された光と移動鏡５で
反射された周波数ω₃'の光とが干渉し、その干渉光が光
電変換素子３７によって検出される。また、偏光分離素
子３５で反射された周波数ω₂'の光および周波数ω₃'の
光についても、ＳＨＧ変換素子３８の作用により、周波
数ω₂'から周波数ω₃'' に変換された光と固定鏡４で反
射された周波数ω₃'の光との干渉光が光電変換素子３９
で検出される。

【００３２】なお、ＳＨＧ変換素子３６および３８によ
ってＳＨＧ変換された周波数ω₃''の光の偏光方位は、
ＳＨＧ変換素子３６および３８をそのまま透過した周波
数ω₃'の光の偏光方位とは異なる。ＳＨＧ変換素子３６
および３８によってＳＨＧ変換された周波数ω₃'' の光
とＳＨＧ変換素子３６および３８をそのまま透過した周
波数ω₃'の光との干渉光をできるだけ強くさせるには、
２つの異なる周波数の光の偏光方位を互いに一致させな
ければならない。したがって、図１では図示を省略して
いるが、ＳＨＧ変換素子３６および３８の前に、２つの
異なる周波数の光の偏光方位を調節するための光学系
（複数個の波長板）を配置する必要がある。

【００３３】光電変換素子３７で検出された干渉信号す
なわち測定信号および光電変換素子３９で検出された干
渉信号すなわち参照信号は、それぞれ位相計４０に入力
される。位相計４０では、参照信号と測定信号との位相
変化に基づいて、周波数ω₃の光に対する光路長変化Ｄ
（ω₃）と周波数ω₂の光に対する光路長変化Ｄ
（ω₂）との差すなわち｛Ｄ（ω₃）−Ｄ（ω₂）｝を
求める。位相計４０で求められた｛Ｄ（ω₃）−Ｄ（ω
₂）｝に関する信号は、演算器１１に供給される。

【００３４】また、図１の光波干渉測定装置は、移動鏡
５の光軸方向（図中矢印方向）の変位量を測長するため
の測長用干渉計を備えている。測長用干渉計において、
測長用光源１は、周波数が互いにわずかに異なり且つ偏
光方位が互いに直交する２つの光、すなわち周波数ω₁
の光および周波数ω₁'（ω₁'＝ω₁＋Δω₁）の光を同
一光路に沿って射出する。測長用光源１から射出された
この直交２周波光の一部は、ビームスプリッタ２を透過
した後、周波数結合素子３３に入射する。なお前述した
ように、周波数結合素子３３は、周波数ω₁近傍の光の
みを透過し、それ以外の周波数の光を反射する特性を有
する。

【００３５】したがって、周波数結合素子３３を透過し
た周波数ω₁の光および周波数ω₁'の光は、偏光ビーム
スプリッタ３に入射する。偏光ビームスプリッタ３は、
周波数ω₁'の光と同一な偏光方位の光を反射し、周波数
ω₁の光と同一な偏光方位の光を透過するように配置さ
れている。したがって、偏光ビームスプリッタ３に入射
した周波数ω₁の光および周波数ω₁'の光のうち周波数
ω₁'の光は、偏光ビームスプリッタ３で反射され、参照
光としてコーナキューブプリズムからなる固定鏡４に導
かれる。一方、周波数ω₁の光および周波数ω₁'の光の
うち周波数ω₁の光は、偏光ビームスプリッタ３を透過
し、測定光としてコーナキューブプリズムからなる移動
鏡５に導かれる。

【００３６】参照光は、固定鏡４で反射された後、再び
偏光ビームスプリッタ３に戻る。また、偏光ビームスプ
リッタ３を透過した測定光も移動鏡５で反射され、再び
偏光ビームスプリッタ３に戻る。こうして、参照光路を
介して偏光ビームスプリッタ３から射出された周波数ω
₁'の光と、測定光路を介して偏光ビームスプリッタ３か
ら射出された周波数ω₁の光とは、同一の光路に沿って
周波数分離素子３４に入射する。前述したように、周波
数分離素子３４は、周波数がω₁近傍の光のみを透過
し、他の周波数の光を反射する特性を有する。したがっ
て、周波数ω₁'の参照光および周波数ω₁の測定光は、
周波数分離素子３４を透過する。周波数分離素子３４を
透過した周波数ω₁'の参照光と周波数ω₁の測定光と
は、偏光素子６を介して干渉する。なお、偏光素子６
は、たとえば周波数ω₁の光および周波数ω₁'の光の偏
光方位に対して４５°だけ傾いて配置された偏光板から
構成されている。偏光素子６を介して生成された干渉光
は光電変換素子７で受光され、光電変換素子７は干渉光
に基づく測定ビート信号（周波数Δω₁）を位相計１０
に供給する。

【００３７】一方、測長用光源１から射出された周波数
ω₁'の光および周波数ω₁の光の一部は、ビームスプリ
ッタ２によって反射された後、偏光素子８に入射する。
なお、偏光素子８は、偏光素子６と同様に、周波数ω₁'
の光と周波数ω₁の光とを干渉させるための偏光板であ
る。したがって、偏光素子８を介して生成された周波数
ω₁'の光と周波数ω₁の光との干渉光は、光電変換素子
９によって検出される。光電変換素子９は、周波数ω₁'
の光と周波数ω₁の光との干渉光に基づく参照ビート信
号（周波数Δω₁）を位相計１０に供給する。位相計１
０では、参照ビート信号に対する測定ビート信号の位相
変化を測定することによって屈折率変動の影響を考慮し
ていない移動鏡５の変位量Ｄ（ω₁）を求め、この変位
量Ｄ（ω₁）に関する信号を演算器１１に供給する。

【００３８】演算器１１では、位相計１０からの変位量
Ｄ（ω₁）に関する信号と位相計４０からの｛Ｄ
（ω₃）−Ｄ（ω₂）｝に関する信号とに基づいて、測
定光路および参照光路中の屈折率変動に起因する測定誤
差を補正した移動鏡５の真の変位量Ｄを求めて出力す
る。以下、移動鏡５の変位量Ｄ（ω₁）から真の変位量
Ｄへの補正について説明する。周波数ω₁、ω₂および
ω₃の光に対する光路長変化Ｄ（ω₁）、Ｄ（ω₂）お
よびＤ（ω₃）は、それぞれ次の式（１）乃至（３）に
より表される。

【００３９】

【数１】Ｄ（ω₁）＝〔１＋Ｎ・Ｆ（ω₁）〕・Ｄ・・・（１）

【数２】Ｄ（ω₂）＝〔１＋Ｎ・Ｆ（ω₂）〕・Ｄ・・・（２）

【数３】Ｄ（ω₃）＝〔１＋Ｎ・Ｆ（ω₃）〕・Ｄ・・・（３）

【００４０】ここで、Ｄは幾何学的な距離であり、Ｎは
空気の密度である。また、Ｆ（ω）は、空気の構成比が
不変であれば空気の密度に依存することなく光の周波数
ωのみに依存する関数である。上述の式（１）乃至
（３）より、幾何学的距離Ｄは次の式（４）によって与
えられる。

【数４】Ｄ＝Ｄ（ω₁）−Ａ〔Ｄ（ω₃）−Ｄ（ω₂）〕・・・（４）但し、Ａ＝Ｆ（ω₁）／〔Ｆ（ω₃）−Ｆ（ω₂）〕で
ある。

【００４１】式（４）の右辺第２項の｛Ｄ（ω₃）−Ｄ
（ω₂）｝は、上述したように、位相計４０によって求
めることができる。また、右辺第１項のＤ（ω₁）は、
位相計１０によって求めることができる。したがって、
演算器１１では、位相計４０の出力信号と位相計１０の
出力信号とに基づいて、式（４）の演算式により、測長
用干渉計で測定した変位量Ｄ（ω₁）を補正し、移動鏡
５の真の変位量Ｄを求めることができる。

【００４２】本実施例の多波長光源装置１０３では、光
源３１から射出された周波数ω₂ の光に基づき、ＳＨＧ
変換素子３２を介して、周波数ω₂ の光および周波数ω
₃ の光が同一の光路に沿って同軸に生成される。同軸に
生成された周波数ω₂ の光および周波数ω₃ の光は、周
波数変調部１０１の作用により、それぞれ周波数ω₂'の
光および周波数ω₃'の光に周波数変調された後、同一の
光路に沿って同軸に射出される。したがって、本実施例
の多波長光源装置では、光源３１からの周波数ω₂ の光
の射出方向が設計光軸に対して変動しても、周波数変調
部１０１から射出される周波数ω₂'の光および周波数ω
₃'の光は、周波数ω₂ の光の射出方向の変動の影響を互
いに同じように受けることになる。

【００４３】その結果、本実施例の多波長光源装置を備
えた光波干渉測定装置では、周波数ω₂'の光および周波
数ω₃'の光の進行方向が設計光軸に対して変動すること
はあっても、周波数ω₂'の光と周波数ω₃'の光とは同一
の光路に沿って屈折率を測定すべき光路中を伝搬する。
すなわち、周波数ω₂'の光と周波数ω₃'の光との同軸性
を正確に確保することができるので、光源３１からの周
波数ω₂ の光の射出方向の変動の影響を受けることな
く、｛Ｄ（ω₃ ）−Ｄ（ω₂ ）｝を高精度に求めること
ができる。こうして、本実施例では、光源からの光の射
出方向の変動の影響を受けることなく周波数ω₂'の光と
周波数ω₃'の光との同軸性を正確に確保することができ
るので、ヘテロダイン干渉方式を用いて光路中の空気の
屈折率変動を高精度に測定することができ、光波干渉測
定装置の測定精度を向上させることができる。

【００４４】図３は、図１の周波数変調部１０１の第１
変形例の構成を概略的に示す図である。図３の第１変形
例の構成は図２の実施例の構成と類似しているが、図２
のコリメートレンズ５２を回折格子５４で置換している
点が基本的に相違している。したがって、第１変形例で
は、同一の光路に沿って同軸で周波数変調部１０１に入
射した周波数ω₂の光および周波数ω₃の光は、音響光
学素子１２１を介して周波数ω₂'の光２０１（−１次回
折光）および周波数ω₃'の光３０１（＋１次回折光）と
なって、回折格子５４に入射する。なお、周波数ω₂'の
光に対する回折格子５４の回折角は、２倍の周波数を有
する周波数ω₃'の光に対する同次数の回折角の約２倍で
ある。

【００４５】そこで、第１変形例では、音響光学素子１
２１で回折された周波数ω₂'の光２０１と周波数ω₃'の
光３０１とが回折格子５４を介して間隔を隔てて互いに
平行になるように、音響光学素子１２１の回折角に応じ
て回折格子５４のピッチを規定している。こうして、音
響光学素子１２１を介した互いに平行な周波数ω₂'の光
２０１および周波数ω₃'の光３０１は、周波数結合素子
であるダイクロイックプリズム５５を介して同軸に結合
される。ここで、回折格子５４とダイクロイックプリズ
ム５５との間に配置され周波数ω₂'の光２０１および周
波数ω₃'の光３０１だけを通過させる絞り５１ｂの作用
により、音響光学素子１２１で生じた０次光などの背景
光を遮断することができる。なお、回折格子５４は、振
幅型でも良いし、位相型でも良い。第１変形例では、回
折格子５４の設計光軸に対する所要偏心精度が比較的緩
い点が有利である。

【００４６】図４は、図１の周波数変調部１０１の第２
変形例の構成を概略的に示す図である。図４の第２変形
例の構成は図２の実施例の構成と類似しているが、図２
のコリメートレンズ５２に代えてビームエクスパンダ
（５６、５７）を用いている点が基本的に相違してい
る。図２の実施例において、コリメートレンズ５２だけ
では周波数ω₂'の光２００と周波数ω₃'の光３００とを
十分な間隔を隔てて分離することができない場合があ
る。そこで、第２変形例では、一対の正レンズ５６と５
７とからなるビームエクスパンダを用いている。

【００４７】第２変形例の構成により、音響光学素子１
２２を介した周波数ω₂'の光２０２（−１次回折光）と
周波数ω₃'の光３０２（＋１次回折光）とを十分に間隔
を隔てて分離することができる。ビームエクスパンダ
（５６、５７）を介した周波数ω₂'の光２０２と周波数
ω₃'の光３０２とは、周波数結合素子であるダイクロイ
ックプリズム５９を介して同軸に結合される。ここで、
ビームエクスパンダ（５６、５７）とダイクロイックプ
リズム５９との間に配置され周波数ω₂'の光２０２およ
び周波数ω₃'の光３０２だけを通過させる絞り５１ｃの
作用により、音響光学素子１２２で生じた０次光などの
背景光を遮断することができる。なお、一対の正レンズ
５６および５７からなるビームエクスパンダは、周波数
ω₂'の光と周波数ω₃'の光とに対して軸上色収差が良好
に補正されている必要がある。

【００４８】図５は、図１の周波数変調部１０１の第３
変形例の構成を概略的に示す図である。図５の第３変形
例の構成は図２の実施例の構成と類似しているが、図２
のコリメートレンズ５２に代えて分散プリズム（くさび
状のプリズム）６０を用いている点が基本的に相違して
いる。第３変形例において、音響光学素子１２３を介し
た周波数ω₂'の光２０３（＋１次回折光）および周波数
ω₃'の光３０３（＋１次回折光）は、分散プリズム６０
の作用により間隔を隔てた互いに平行な光となる。分散
プリズム６０を介した周波数ω₂'の光２０３および周波
数ω₃'の光３０３は、周波数ω₂'の光を透過させ且つ周
波数ω₃'の光を反射する周波数結合素子であるダイクロ
イックプリズム６１により同軸に結合される。ここで、
分散プリズム６０とダイクロイックプリズム６１との間
に配置され周波数ω₂'の光２０３および周波数ω₃'の光
３０３だけを通過させる絞り５１ｄの作用により、音響
光学素子１２２で生じた０次光などの背景光を遮断する
ことができる。なお、屈折光学系である分散プリズム６
０の頂角（くさびの角度）は、音響光学素子１２３にお
ける各周波数の光の所定の回折角に応じて設定されてい
る。

【００４９】図６は、図１の周波数変調部１０１の第４
変形例の構成を概略的に示す図である。第４変形例で
は、互いに同じピッチを有する一対の回折格子６２と６
３との間の光路中に音響光学素子１２４を設けている。
したがって、回折格子６２に同軸で入射した周波数ω₂
の光および周波数ω₃ の光は、互いに異なる回折角で回
折され、周波数ω₂ の光２０４および周波数ω₃ の光３
０４となって射出される。なお、周波数ω₂ の光に対す
る回折格子６２の回折角は、周波数ω₃ の光に対する同
次数の回折角のほぼ２倍である。周波数ω₂ の光２０４
は周波数ω₂ 近傍の光のみを透過させる周波数フィルタ
９７ａを介して、周波数ω₃ の光３０４は周波数ω₃ 近
傍の光のみを透過させる周波数フィルタ９６ａを介し
て、音響光学素子１２４にそれぞれ入射する。こうし
て、互いに異なる角度で音響光学素子１２４に入射した
周波数ω₂ の光２０４および周波数ω₃ の光３０４は、
音響光学素子１２４で周波数変調されるとともに回折さ
れた後、周波数ω₂'の光２０５（−２次回折光）および
周波数ω₃'の光３０５（＋２次回折光）となって射出さ
れる。

【００５０】なお、周波数ω₂ の光２０４の入射角と周
波数ω₂'の光２０５の回折角とが等しく、周波数ω₃ の
光３０４の入射角と周波数ω₃'の光３０５の回折角とが
等しくなるように、一対の回折格子６２および６３のピ
ッチが音響光学素子１２４における各周波数の光の所定
の回折角に依存して設定されている。その結果、音響光
学素子１２４に関して回折格子６２と対称の位置に配置
され且つ回折格子６２と同じピッチを有する回折格子６
３の作用により、周波数ω₂'の光２０５と周波数ω₃'の
光３０５とは同軸に結合される。なお、音響光学素子１
２４と回折格子６３との間の光路中に、周波数ω₂'の光
２０５および周波数ω₃'の光３０５だけを通過させる絞
り５１ｅを挿入することにより、音響光学素子１２４で
生じた０次光などの背景光を遮断することができる。こ
のように、第４変形例では、第１、第２および第３変形
例で示したダイクロイックプリズムのような周波数結合
素子を用いることなく、周波数変調部１０１の全体構成
をひいては多波長光源装置１０３の全体構成を簡略化す
ることができる。

【００５１】図７は、図１の周波数変調部１０１の第５
変形例の構成を概略的に示す図である。図７の第５変形
例の構成は図６の第４変形例の構成と類似しているが、
図６の一対の回折格子６２および６３に代えて一対の分
散プリズム６４および６５を用いている点が基本的に相
違している。したがって、分散プリズム６４に同軸で入
射した周波数ω₂ の光および周波数ω₃ の光は、互いに
異なる屈折角で屈折された後、周波数ω₂ の光２０６お
よび周波数ω₃ の光３０６となって射出される。こうし
て、互いに異なる角度で音響光学素子１２５に入射した
周波数ω₂ の光２０６および周波数ω₃ の光３０６は、
音響光学素子１２５で周波数変調されるとともに回折さ
れた後、周波数ω₂'の光２０７および周波数ω₃'の光３
０７となって射出される。

【００５２】なお、周波数ω₂ の光２０６の入射角と周
波数ω₂'の光２０７の回折角とが等しく、周波数ω₃ の
光３０６の入射角と周波数ω₃'の光３０７の回折角とが
等しくなるように、一対の分散プリズム６４および６５
の頂角が音響光学素子１２５における各周波数の光の所
定の回折角に依存して設定されている。その結果、音響
光学素子１２５に関して分散プリズム６４と対称の位置
に配置され且つ分散プリズム６４と同じ頂角を有する分
散プリズム６５の作用により、周波数ω₂'の光２０７と
周波数ω₃'の光３０７とは同軸に結合される。また、音
響光学素子１２５と分散プリズム６５との間の光路中
に、周波数ω₂'の光２０７および周波数ω₃'の光３０７
だけを通過させる絞り５１ｆを挿入することにより、音
響光学素子１２５で生じた０次光などの背景光を遮断す
ることができる。なお、第４変形例および第５変形例に
おいて、回折格子または分散プリズムに代えてレンズ系
のような屈折光学系を用いることもできる。この場合、
レンズ系は、音響光学素子における各周波数の光の所定
の回折角に応じた軸上色収差を有する必要がある。

【００５３】図８は、図１の周波数変調部１０１の第６
変形例の構成を概略的に示す図である。図８の第６変形
例の構成は図６の第４変形例の構成と類似しているが、
図６の周波数変調部を直列に２つ並べて構成されている
点が基本的に相違している。第６変形例では、２つの音
響光学素子１２６および１２７を用いることにより、ヘ
テロンダイン周波数を小さくすることができる。一例と
して、音響光学素子１２６の変調周波数Δｆ₁ を７．９
ＭＨｚとし、音響光学素子１２７の変調周波数Δｆ₂ を
８ＭＨｚとする。そして、音響光学素子１２６では、周
波数ω₂ の光に対して−２次回折光を利用し、周波数ω
₃ の光に対して＋２次回折光を利用する。また、音響光
学素子１２７では、周波数ω₂ の光に対して＋２次回折
光を利用し、周波数ω₃ の光に対して−２次回折光を利
用する。

【００５４】この場合、周波数変調部１０１に同軸で入
射した周波数ω₂ の光および周波数ω₃ の光は、回折格
子６６を介して、それぞれ周波数ω₂ の光２０８および
周波数ω₃ ３０８となる。周波数ω₂ の光２０８は周波
数ω₂ 近傍の光のみを透過させる周波数フィルタ９７ｂ
を介して、周波数ω₃ の光３０８は周波数ω₃ 近傍の光
のみを透過させる周波数フィルタ９６ｂを介して、音響
光学素子１２６にそれぞれ入射する。周波数ω₂ の光２
０８および周波数ω₃ ３０８は、音響光学素子１２６で
周波数変調され、周波数ω₂'（＝ω₂ −２Δｆ₁ ）の光
２０９（−２次回折光）および周波数ω₃'（＝ω₃＋２
Δｆ₁ ）の光３０９（＋２次回折光）となり、回折格子
６７に入射する。ここで、音響光学素子１２６と回折格
子６７との間に配置され周波数ω₂'の光２０９および周
波数ω₃'の光３０９だけを通過させる絞り５１ｇの作用
により、音響光学素子１２６で生じた０次光などの背景
光を遮断することができる。

【００５５】回折格子６７を介して同軸に結合された周
波数ω₂'の光２０９および周波数ω₃'の光３０９は、回
折格子６９を介してそれぞれ周波数ω₂'の光２１０およ
び周波数ω₃'の光３１０となる。周波数ω₂'の光２１０
は周波数ω₂ 近傍の光のみを透過させる周波数フィルタ
９７ｃを介して、周波数ω₃'の光３１０は周波数ω₃近
傍の光のみを透過させる周波数フィルタ９６ｃを介し
て、音響光学素子１２７にそれぞれ入射する。周波数ω
₂'の光２１０および周波数ω₃'の光３１０は、音響光学
素子１２７で周波数変調され、周波数ω₂'' （＝ω₂'＋
２Δｆ₂＝ω₂ −２Δｆ₁ ＋２Δｆ₂＝ω₂ ＋０．２Ｍ
Ｈｚ）の光２１１（＋２次回折光）および周波数ω₃''
（＝ω₃'−２Δｆ₂＝ω₃＋２Δｆ₁ −２Δｆ₂＝ω₃
−０．２ＭＨｚ）の光３１１（−２次回折光）となり、
回折格子７０に入射する。ここで、音響光学素子１２７
と回折格子７０との間に配置され周波数ω₂'' の光２１
１および周波数ω₃'' の光３１１だけを通過させる絞り
５１ｈの作用により、音響光学素子１２７で生じた０次
光などの背景光を遮断することができる。周波数ω₂''
の光２１１および周波数ω₃'' の光３１１は、回折格子
７０を介して同軸に結合され、同一の光路に沿って周波
数変調部１０１から射出される。

【００５６】こうして、第６変形例の周波数変調部１０
１では、入射した周波数ω₂ の光が＋０．２ＭＨｚだ
け、周波数ω₃ の光が−０．２ＭＨｚだけ周波数変調を
受ける。周波数変調部１０１から同軸で射出された周波
数ω₂'' の光２１１および周波数ω₃'' の光３１１は、
図１を参照して前述したように、参照光路および測定光
路に導かれる。測定光路を介した周波数ω₂'' の光およ
び周波数ω₃'' の光のうちの周波数の小さなω₂'' の光
は、ＳＨＧ変換素子３６の作用により周波数ω₃'''（＝
２ω₂'' ）の光に変換され、変換された周波数ω₃'''の
光と測定光路を介した周波数ω₃'' の光とが干渉する。
ここで、実際には周波数ω₃'''（＝２（ω₂ −２Δｆ₁
＋２Δｆ₂ ））の光は＋０．４ＭＨｚの周波数変調を受
けており、周波数ω₃'' （＝ω₃ ＋２Δｆ₁ −２Δｆ
₂ ）の光は−０．２ＭＨｚの周波数変調を受けている。
したがって、変換された周波数ω₃'''の光と測定光路を
介した周波数ω₃'' の光との干渉光のビート周波数（ヘ
テロンダイン周波数）は０．６ＭＨｚとなる。

【００５７】一方、参照光路を介した周波数ω₂'' の光
および周波数ω₃'' の光のうちの周波数の小さなω₂''
の光も、ＳＨＧ変換素子３８の作用により、周波数
ω₃'''（＝２ω₂'' ）の光に変換される。そして、変換
された周波数ω₃'''の光と参照光路を介した周波数
ω₃'' の光とが干渉し、そのビート周波数（ヘテロンダ
イン周波数）は０．６ＭＨｚとなる。こうして、第６変
形例では、一対の音響光学素子を用いることによりヘテ
ロンダイン周波数を小さくすることができるので、装置
の分解能すなわち測定精度が向上する。なお、回折格子
６６、６７、６９および７０のピッチは、音響光学素子
１２６および１２７における各周波数の光の所定の回折
角に応じて設定されていることはいうまでもない。

【００５８】図９は、図１の周波数変調部１０１の第７
変形例の構成を概略的に示す図である。図９の第７変形
例の構成は図８の第６変形例の構成と類似しているが、
図８の一対の回折格子６７および６９を省略してダイク
ロイックプリズム７３を付設している点が基本的に相違
している。したがって、第７変形例では、周波数変調部
１０１に同軸で入射した周波数ω₂ の光および周波数ω
₃ の光は、回折格子７１を介してそれぞれ周波数ω₂ の
光２１２および周波数ω₃ ３１２となる。周波数ω₂ の
光２１２は周波数ω₂ 近傍の光のみを透過させる周波数
フィルタ９７ｄを介して、周波数ω₃ の光３１２は周波
数ω₃ 近傍の光のみを透過させる周波数フィルタ９６ｄ
を介して、音響光学素子１２８にそれぞれ入射する。周
波数ω₂ の光２１２および周波数ω₃ ３１２は、音響光
学素子１２８で周波数変調され、周波数ω₂'の光２１３
（−２次回折光）および周波数ω₃'の光３１３（＋２次
回折光）となる。

【００５９】音響光学素子１２８を介した周波数ω₂'の
光２１３および周波数ω₃'の光３１３は、もう１つの音
響光学素子１２９で周波数変調され、周波数ω₂'' の光
２１４（＋２次回折光）および周波数ω₃'' の光３１４
（−２次回折光）となり、回折格子７２に入射する。周
波数ω₂'' の光２１４および周波数ω₃'' の光３１４
は、回折格子７２を介して、間隔を隔てて互いに平行な
光となり、周波数結合素子であるダイクロイックプリズ
ム７３を介して同軸に結合される。なお、音響光学素子
１２８と音響光学素子１２９との間の光路中に、周波数
ω₂'の光２１３および周波数ω₃'の光３１３だけを通過
させる絞り５１ｉを挿入することにより、音響光学素子
１２８で生じた０次光などの背景光を遮断することがで
きる。また、回折格子７２とダイクロイックプリズム７
３との間の光路中に、周波数ω₂''の光２１４および周
波数ω₃'' の光３１４だけを通過させる絞り５１ｊを挿
入することにより、音響光学素子１２９および回折格子
７２で生じた０次光などの背景光を遮断することができ
る。

【００６０】図１０は、図１の周波数変調部１０１の第
８変形例の構成を概略的に示す図である。図１０の第８
変形例の構成は図８の第６変形例の構成と類似している
が、図８の一対の回折格子６７および６９を省略してい
る点が基本的に相違している。したがって、第８変形例
では、周波数変調部１０１に同軸で入射した周波数ω₂
の光および周波数ω₃ の光は、回折格子７４を介してそ
れぞれ周波数ω₂ の光２１５および周波数ω₃ ３１５と
なる。周波数ω₂ の光２１５は周波数ω₂ 近傍の光のみ
を透過させる周波数フィルタ９７ｅを介して、周波数ω
₃ の光３１５は周波数ω₃ 近傍の光のみを透過させる周
波数フィルタ９６ｅを介して、音響光学素子１３０にそ
れぞれ入射する。周波数ω₂ の光２１５および周波数ω
₃ ３１５は、音響光学素子１３０で周波数変調され、周
波数ω₂'の光２１６（−２次回折光）および周波数ω₃'
の光３１６（＋２次回折光）となる。

【００６１】音響光学素子１３０を介した周波数ω₂'の
光２１６および周波数ω₃'の光３１６は、もう１つの音
響光学素子１３１で周波数変調され、周波数ω₂'' の光
２１７（＋２次回折光）および周波数ω₃'' の光３１７
（−２次回折光）となり、回折格子７６に入射する。周
波数ω₂'' の光２１７および周波数ω₃'' の光３１７
は、回折格子７６を介して、同軸に結合される。なお、
音響光学素子１３０と音響光学素子１３１との間の光路
中に、周波数ω₂'の光２１６および周波数ω₃'の光３１
６だけを通過させる絞り５１ｋを挿入することにより、
音響光学素子１３０で生じた０次光などの背景光を遮断
することができる。

【００６２】なお、上述の第６変形例〜第８変形例で
は、音響光学素子を介した２つの異なる周波数の光を同
一の光路に沿って結合するための補正光学系として回折
格子を用いているが、上述の実施例および第３変形例の
ような屈折光学系を用いることができる。屈折光学系と
してレンズ系を用いる場合には、レンズ系は音響光学素
子における各周波数の光の所定の回折角に応じた軸上色
収差を有する必要がある。また、屈折光学系として分散
プリズムを用いる場合には、分散プリズムは音響光学素
子における各周波数の光の所定の回折角に応じたくさび
の角度を有する必要がある。

【００６３】さらに、上述の第６変形例〜第８変形例で
は、一対の音響光学素子においてラマン・ナース回折を
利用しているが、いずれか一方がブラッグ回折を利用し
た音響光学素子であってもよい。この場合、ブラッグ回
折を利用した音響光学素子において用いられる回折光の
次数は、ラマン・ナース回折を利用した音響光学素子に
おいて用いられる回折光の次数とは異なる。また、最終
的なヘテロダイン周波数を小さくするために、ブラッグ
回折を利用した音響光学素子およびラマン・ナース回折
を利用した音響光学素子において各周波数の光に対する
変調周波数の差をできるだけ小さくすることが望まし
い。

【００６４】図１１は、図１の周波数変調部１０１の第
９変形例の構成を概略的に示す図である。図１１の第９
変形例では、ラマン・ナース回折を利用した音響光学素
子１３２とブラッグ回折を利用した音響光学素子１３３
とが用いられている。音響光学素子１３２では音響光学
媒体を伝搬する超音波の進行方向は図中鉛直上向きであ
り、音響光学素子１３３では音響光学媒体を伝搬する超
音波の進行方向は図中鉛直下向きである。したがって、
第９変形例では、周波数変調部１０１に同軸で入射した
周波数ω₂ の光および周波数ω₃ の光は、音響光学素子
１３２で周波数変調されるとともにラマン・ナース回折
され、周波数ω₂'の光２１８（−１次回折光）および周
波数ω₃'の光３１８（＋１次回折光）となる。

【００６５】音響光学素子１３２を介した周波数ω₂'の
光２１８および周波数ω₃'の光３１８は、正レンズ７７
を介して、音響光学素子１３３に入射する。ここで、正
レンズ７７は、音響光学素子１３３に対する周波数ω₂'
の光２１８の入射角および周波数ω₃'の光３１８の入射
角がそれぞれブラッグ条件を満たすように調節されてい
る。したがって、音響光学素子１３３に入射した周波数
ω₂'の光２１８および周波数ω₃'の光３１８は、周波数
変調されるとともにブラッグ回折され、周波数ω₂'' の
光２１９（＋１次回折光）および周波数ω₃'' の光３１
９（−１次回折光）となる。音響光学素子１３３を介し
た周波数ω₂'' の光２１９および周波数ω₃'' の光３１
９は、正レンズ７８および回折格子７９を介して、同軸
に結合される。

【００６６】なお、音響光学素子１３２と正レンズ７７
との間の光路中に、周波数ω₂'の光２１８および周波数
ω₃'の光３１８だけを通過させる絞り５１ｍを挿入する
ことにより、音響光学素子１３２で生じた０次光などの
背景光を遮断することができる。また、音響光学素子１
３３と正レンズ７８との間の光路中に、周波数ω₂''の
光２１９および周波数ω₃'' の光３１９だけを通過させ
る絞り５１ｎを挿入することにより、音響光学素子１３
３で生じた０次光などの背景光を遮断することができ
る。さらに、音響光学素子１３３を、ラマン・ナース回
折を利用した音響光学素子で置換することもできる。

【００６７】図１２は、図１の周波数変調部１０１の第
１０変形例の構成を概略的に示す図である。図１２の第
１０変形例では、音響光学素子１３４が正レンズ８０の
焦点位置に配置され、音響光学素子１３５が正レンズ８
２の焦点位置に配置されている。また、正レンズ８０お
よび正レンズ８２は、各周波数の光に対して色収差が良
好に補正されている。したがって、第１０変形例では、
周波数変調部１０１に同軸で入射した周波数ω₂ の光お
よび周波数ω₃ の光は、音響光学素子１３４で周波数変
調されるとともに回折され、周波数ω₂'の光２２０（−
１次回折光）および周波数ω₃'の光３２０（＋１次回折
光）となる。

【００６８】音響光学素子１３４を介した周波数ω₂'の
光２２０および周波数ω₃'の光３２０は、正レンズ８０
により空間的に分離された互いに平行な光となって、正
レンズ８２に入射する。正レンズ８２を介した周波数ω
₂'の光２２０および周波数ω ₃'の光３２０は、正レンズ
８２の焦点位置に配置された音響光学素子１３５を介し
て、同軸に結合される。なお、正レンズ８０と正レンズ
８２との間の光路中に、周波数ω₂'の光２２０および周
波数ω₃'の光３２０だけを通過させる絞り８１を挿入す
ることにより、音響光学素子１３４で生じた０次光など
の背景光を遮断することができる。また、正レンズ８０
および正レンズ８２を、音響光学素子１３４の位置と音
響光学素子１３５の位置とを共役に結ぶ１つの正レンズ
で置換することもできる。さらに、正レンズ８０および
正レンズ８２に代えて一対の回折格子を用いてもよい。
この場合、一対の回折格子を、たとえばホログラフィッ
クに作成された１つの回折格子で置換することもでき
る。

【００６９】図１３は、図１の周波数変調部１０１の第
１１変形例の構成を概略的に示す図である。図１３の第
１１変形例において、周波数変調部１０１に同軸で入射
した周波数ω₂ の光および周波数ω₃ の光は、音響光学
素子１３６で周波数変調されるとともに回折され、周波
数ω₂'の光２２１（−１次回折光）および周波数ω₃'の
光３２１（＋１次回折光）となる。音響光学素子１３６
を介した周波数ω₂'の光２２１および周波数ω₃'の光３
２１は、もう１つの音響光学素子１３７に入射する。音
響光学素子１３７に入射した周波数ω₂'の光２２１およ
び周波数ω₃'の光３２１は、周波数変調されるとともに
回折され、周波数ω₂'' の光２２２（＋１次回折光）お
よび周波数ω₃'' の光３２２（−１次回折光）となる。
音響光学素子１３７を介した周波数ω₂'' の光２２２お
よび周波数ω₃'' の光３２２は、回折格子８３を介し
て、同軸に結合される。

【００７０】なお、音響光学素子１３６と音響光学素子
１３７との間の光路中に、周波数ω₂'の光２２１および
周波数ω₃'の光３２１だけを通過させる絞り５１ｐを挿
入することにより、音響光学素子１３６で生じた０次光
などの背景光を遮断することができる。また、回折格子
８３に代えて、分散プリズムやレンズ系のような屈折光
学系を用いることができる。この場合、分散プリズムは
音響光学素子１３６および１３７における各周波数の光
の所定の回折角に応じたくさびの角度を有する必要があ
る。一方、レンズ系は音響光学素子１３６および１３７
における各周波数の光の所定の回折角に応じた軸上色収
差を有する必要がある。さらに、音響光学素子１３７
を、ブラッグ回折を利用した音響光学素子に置換するこ
ともできる。

【００７１】なお、上述の実施例および各変形例の周波
数変調部において、各周波数の光に対して各音響光学素
子で選択される回折光の次数は上述の例に限定されるこ
となく選択することができる。また、各周波数の光に対
する変調周波数は、上述の実施例および各変形例で示す
特定の変調周波数に限定されることなく選択することが
できる。さらに、所望のヘテロダイン周波数を得るため
に、各音響光学素子で選択される回折光の次数、変調周
波数、音響光学媒体を伝搬する超音波の進行する方向な
どを適宜選択することができる。

【００７２】また、たとえば図２に示すように、周波数
変調部１０１においてラマン・ナース回折を利用した音
響光学素子１２０を用いる場合、ダイクロイックプリズ
ム５３を介して同軸に結合された周波数ω₂'の光２００
（−１次回折光）の光路上に、音響光学素子１２０で生
じた周波数ω₂の光に対する＋１次回折光と周波数ω₃'
の光に対する−２次回折光が混入する。同一光路中に混
入した周波数ω₃'の光に対する−２次回折光は、絞り５
１により除去することができない。しかしながら、図２
の場合および他の場合においても、混入した不要回折光
に基づくヘテロダイン周波数は、屈折率変動の測定のた
めの所定回折光に基づくヘテロダイン周波数とは異なる
ため、混入した不要回折光が測定精度に悪影響を及ぼす
ことはない。

【００７３】また、上述の実施例および各変形例では、
補正光学系として回折格子や分散プリズムを利用してい
るが、回折格子や分散プリズムに代えてレンズ系を用い
ることもできる。この場合、レンズ系は複数のレンズか
らなるレンズ群となり、レンズ群は各周波数の光に関し
て音響光学素子の回折角に応じた色収差を有することが
必要となる。レンズ群で補正光学系を構成する場合、周
波数変調部の構成が複雑になるが、光量の損失を小さく
抑えることができる。また、光源から射出される光の光
束径が大きかったり、発散した光が射出されるような場
合、音響光学素子に集光した光あるいは光束径を絞った
光を入射させることができる。これにより、音響光学素
子での回折効率を向上させることができる。

【００７４】図１４は、図１の測長部１０２の内部構成
を示す図である。図１４に示すように、測長部１０２の
実際の構成では、偏光分離素子としてプリズム型の偏光
ビームスプリッタ８４が用いられる。プリズム型の偏光
ビームスプリッタ８４が用いられるのは、配置上の安定
性を確保するとともに、偏光ビームスプリッタ膜４１２
を保護するためである。測長部１０２において、偏光ビ
ームスプリッタ８４への入射光３３１のうち偏光ビーム
スプリッタ８４を透過した光は、たとえばコーナーキュ
ーブからなる移動鏡５に入射する。移動鏡５で反射され
た光３３２は、偏光ビームスプリッタ８４を透過し、測
定光路を介した測定光３３３となって周波数分離素子３
４に向かう。通常、偏光ビームスプリッタ８４の端面４
００および４０１や移動鏡５の端面４０２には、反射防
止膜が蒸着されている。しかしながら、本発明の光波干
渉測定装置のように３つの異なる周波数の光に対して優
れた性能を有する反射防止膜を形成することは難しく、
上述の各端面に入射した光のうちある程度の光は反射さ
れてしまう。

【００７５】一般的に立方体で形成された通常のプリズ
ム型の偏光ビームスプリッタでは、その端面に対して垂
直に光が入射する。したがって、仮に移動鏡５からの反
射光３３２が偏光ビームスプリッタ８４の端面４０１に
対して垂直に入射した場合、入射光３３２のうちの一部
が移動鏡５に向かって正反射されることになる。この場
合、偏光ビームスプリッタ８４の端面４０１からの正反
射光は、移動鏡５の端面４０２で偏光ビームスプリッタ
８４に向かって正反射される。移動鏡５の端面４０２か
らの正反射光の大部分は、偏光ビームスプリッタ８４を
透過して周波数分離素子３４に向かう。このように、測
定光路を多重往復した光（以下、単に「誤差光」とい
う）と本来検出すべき測定光３３３とは、互いに分離さ
れることなく光電変換素子３７に入射する。その結果、
誤差光と本来検出すべき測定光との干渉に基づく誤差信
号が発生する。

【００７６】誤差光と本来検出すべき測定光との干渉
は、移動鏡５の変位に応じて互いに強め合う部分があ
る。すなわち、図１の実施例に示すシングルパス構成に
おいては、移動鏡５の変位量Ｄが次の式（５）を満たす
ときに、誤差光と本来検出すべき測定光との干渉が互い
に強め合い、移動鏡５の変位量Ｄに関して周期的な誤差
信号を生じさせ、測定精度を低下させる。特に、最終的
な干渉に用いられる周波数の光（図１の実施例では周波
数ω₃の光）に対する誤差光が測定精度の低下に大きく
影響する。

【数５】Ｄ＝ｃ・ｍ／（２ω₃）（５）ここで、ｃ：測定光路中における周波数ω₃の光の速度ｍ：正の整数

【００７７】そこで、図１４に示すように、入射光に対
して垂直でない端面４００および４０１を有する偏光ビ
ームスプリッタ８４を用いることが好ましい。この場
合、移動鏡５からの反射光３３２が偏光ビームスプリッ
タ８４の端面４０１に対して垂直に入射しないので、端
面４０１での正反射光すなわち誤差光３３４が移動鏡５
に戻ることがない。また仮に、端面４０１からの誤差光
３３４が移動鏡５に戻ることがあっても、移動鏡５の端
面４０２からの正反射光からなる誤差光の光路が本来検
出すべき測定光３３３の光路から外れるので、最終的に
は光電変換素子３７に誤差光が到達することはない。し
たがって、偏光ビームスプリッタ８４の端面での正反射
に基づく誤差光の影響を受けることなく、測定光路中の
空気や他の気体の屈折率変動を高精度に測定することが
できる。

【００７８】なお、偏光ビームスプリッタ８４の端面で
の正反射に基づく誤差光の影響を受けないようにするに
は、一般的に立方体で形成された通常のプリズム型の偏
光ビームスプリッタを入射光３３１の中心軸線に対して
傾けて配置してもよい。しかしながら、この場合、偏光
ビームスプリッタ８４で反射される参照光の光路が入射
光３３１に対して垂直な設計光路から外れてしまう。そ
こで、図１４に示すように、角度４１０および４１１が
互いに等しい二等辺三角柱状のプリズムを偏光ビームス
プリッタ膜４１２に関して対称に２個貼り合わせて偏光
ビームスプリッタ８４を構成することが好ましい。この
構成により、偏光ビームスプリッタ８４で反射される参
照光の光路が入射光３３１に対して垂直な設計光路から
外れることなく、偏光ビームスプリッタ８４の端面での
正反射に基づく誤差光の影響を受けないようにすること
ができる。また、偏光ビームスプリッタ膜４１２に対す
る入射角のずれも通常のプリズム型の偏光ビームスプリ
ッタを傾けた場合よりも小さくなるので、配置上有利で
ある。

【００７９】図１５は、本発明の実施例にかかる多波長
光源装置を備えた屈折率変動測定系の構成を概略的に示
す図である。図１５の屈折率変動測定系において、光源
８５から射出された周波数ω₂の光はＳＨＧ変換素子８
６に入射し、周波数ω₂の光の一部がＳＨＧ変換素子８
６により周波数ω₃（ω₃＝２ω₂）の光に変換され、
その残部がＳＨＧ変換素子８６をそのまま透過する。Ｓ
ＨＧ変換素子８６から射出された周波数ω₂の光および
周波数ω₃の光は、同一光路に沿って同軸で周波数変調
部１０１に入射する。

【００８０】なお、ＳＨＧ変換素子８６には、例えば非
線形光学結晶ＫＴｉＯＰＯ₄を用いることができる。ま
た、ＳＨＧ変換素子８６によってＳＨＧ変換された周波
数ω₃の光の偏光方位は、ＳＨＧ変換素子８６に入射し
てそのまま透過する周波数ω₂の光の偏光方位とは異な
る。そこで、図１５では図示を省略しているが、たとえ
ばＳＨＧ変換素子８６と周波数変調部１０１との間に
は、周波数ω₂の光の偏光方位と周波数ω₃の光の偏光
方位とを一致させるための光学系（複数個の波長板）が
配置されている。

【００８１】同一の光路に沿って同軸で周波数変調部１
０１に入射した周波数ω₂の光および周波数ω₃の光
は、周波数変調素子としての音響光学素子８７に入射す
る。音響光学素子８７では、周波数ω₂ の光が周波数ω
₂'の光２３４（−１次回折光）に周波数変調され、周波
数ω₃ の光が周波数ω₃'の光３３４（＋１次回折光）に
周波数変調される。周波数ω₂'の光２３４および周波数
ω₃'の光３３４は、コリメートレンズ８８により互いに
平行な光になり、ダイクロイックプリズム８９に入射す
る。こうして、ダイクロイックプリズム８９の作用によ
り周波数ω₂'の光２３４と周波数ω₃'の光３３４とは、
同軸に結合され、同一の光路に沿って周波数変調部１０
１から射出される。

【００８２】周波数変調部１０１を介して同一光路に沿
って同軸に射出された周波数ω₂'の光および周波数ω₃'
の光は、音響光学素子８７で生じた不要な回折光を遮断
するための絞り９０を通過した後、屈折率変動を測定す
べき光路を介して、コーナキューブプリズムからなる移
動鏡９１に入射する。コーナキューブプリズム９１で反
射された周波数ω₂'の光および周波数ω₃'の光は、屈折
率変動を測定すべき光路を介して、ＳＨＧ変換素子９２
に入射する。ＳＨＧ変換素子９２では、周波数ω₂'の光
および周波数ω₃'の光のうちの周波数の小さい周波数ω
₂'の光が周波数ω₃'' （ω₃'' ＝２ω₂'）の光にＳＨＧ
変換され、周波数の大きい周波数ω₃'の光はＳＨＧ変換
素子９２をそのまま透過する。その結果、ＳＨＧ変換素
子９２によって周波数ω₂'から周波数ω₃'' に変換され
た光とコーナキューブプリズム（移動鏡）９１で反射さ
れた周波数ω₃'の光とが干渉し、その干渉光が光電変換
素子９３によって検出される。

【００８３】光電変換素子９３で検出された干渉信号
は、位相計９４に入力される。位相計９４では、干渉信
号の位相に基づいて、周波数ω₃の光に対する光路長変
化Ｄ（ω₃）と周波数ω₂の光に対する光路長変化Ｄ
（ω₂）との差すなわち｛Ｄ（ω₃）−Ｄ（ω₂）｝を
求める。位相計９４で求められた｛Ｄ（ω₃）−Ｄ（ω
₂）｝に関する信号は、演算器９５に供給される。前述
したように、｛Ｄ（ω₃）−Ｄ（ω₂）｝に関する信号
は、屈折率変動の情報を含んだ信号である。したがっ
て、演算器９５では、｛Ｄ（ω₃）−Ｄ（ω₂）｝に基
づいて、測定時における屈折率の変動を相対的に求める
ことができる。

【００８４】図１５の多波長光源装置１０３において、
光源８５からの周波数ω₂ の光の射出方向が設計光軸に
対して変動しても、周波数変調部１０１から射出される
周波数ω₂'の光および周波数ω₃'の光は、周波数ω₂ の
光の射出方向の変動の影響を互いに同じように受けるこ
とになる。その結果、周波数ω₂'の光および周波数ω₃'
の光の進行方向が設計光軸に対して変動することはあっ
ても、周波数ω₂'の光と周波数ω₃'の光とは同一の光路
に沿って伝搬する。すなわち、図１５の多波長光源装置
１０３を備えた屈折率変動測定系では、光源８５からの
周波数ω₂ の光の射出方向の変動の影響を受けることな
く周波数ω₂'の光と周波数ω₃'の光との同軸性を正確に
確保することができるので、（Ｄ（ω₃ ）−Ｄ（ω
₂ ））を高精度に求め、ひいては光路中の空気の屈折率
変動を高精度に測定することができる。

【００８５】なお、図１５の実施例では、図２の実施例
にしたがう周波数変調部１０１を用いた例を示してい
る。しかしながら、図１５の実施例において、図３〜図
１３の各変形例にしたがう周波数変調部１０１を用いて
もよいし、他の適当な本発明の構成例にしたがう周波数
変調部１０１を用いてもよい。また、上述の各実施例お
よび各変形例では、屈折率変動の測定に際して、周波数
ω₂の光とω₂の２倍の周波数を有する周波数ω₃の光
とを用いている。しかしながら、本発明では、光路を通
った互いに周波数の異なる２つの光のうち一方の光の周
波数を他方の光の周波数とほぼ一致させることによって
干渉させることが重要である。したがって、例えば、高
調波変換素子を用いて、第３高調波やそれ以上の高次の
光を用いて、屈折率変動の測定を行っても良い。

【００８６】

【効果】以上説明したように、本発明の多波長光源装置
によれば、光源からの光の射出方向の変動の影響を受け
ることなく、周波数の異なる複数の光の同軸性を正確に
確保することができる。したがって、本発明の多波長光
源装置を備えた屈折率測定系を有する光波干渉測定装置
では、ヘテロダイン干渉方式を用いて光路中の空気の屈
折率変動を高精度に測定することができる。その結果、
従来の光源からの光の射出方向の変動補正手段を必要と
しない簡略な構成で、移動鏡の幾何学的変位量を高精度
に測定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例にかかる多波長光源装置および
該光源装置を備えた光波干渉測定装置の構成を概略的に
示す図である。

【図２】図１の周波数変調部１０１の内部構成を概略的
に示す図である。

【図３】図１の周波数変調部１０１の第１変形例の構成
を概略的に示す図である。

【図４】図１の周波数変調部１０１の第２変形例の構成
を概略的に示す図である。

【図５】図１の周波数変調部１０１の第３変形例の構成
を概略的に示す図である。

【図６】図１の周波数変調部１０１の第４変形例の構成
を概略的に示す図である。

【図７】図１の周波数変調部１０１の第５変形例の構成
を概略的に示す図である。

【図８】図１の周波数変調部１０１の第６変形例の構成
を概略的に示す図である。

【図９】図１の周波数変調部１０１の第７変形例の構成
を概略的に示す図である。

【図１０】図１の周波数変調部１０１の第８変形例の構
成を概略的に示す図である。

【図１１】図１の周波数変調部１０１の第９変形例の構
成を概略的に示す図である。

【図１２】図１の周波数変調部１０１の第１０変形例の
構成を概略的に示す図である。

【図１３】図１の周波数変調部１０１の第１１変形例の
構成を概略的に示す図である。

【図１４】図１の測長部１０２の内部構成を示す図であ
る。

【図１５】本発明の実施例にかかる多波長光源装置を備
えた屈折率変動測定系の構成を概略的に示す図である。

【図１６】従来の多波長光源装置を備えた光波干渉測定
装置の構成を概略的に示す図である。

【符号の説明】

１測長用光源２ビームスプリッタ３偏光分離素子４、５コーナーキューブプリズム６、８偏光板７、９、３７、３９光電変換素子１０、４０位相計１１演算器３１光源３２、３６、３８ＳＨＧ変換素子３３周波数結合素子３４周波数分離素子５１絞り５２コリメートレンズ５３ダイクロイックプリズム５４回折格子５６、５７ビームエクスパンダ６０分散プリズム９６、９７周波数フィルタ１０１周波数変調部１０２測長部１０３、１５０多波長光源装置１２０〜１３７音響光学素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の周波数を有する第１の光を供給す
るための光源と、前記光源からの前記第１の光の一部を前記第１の周波数
とは異なる第２の周波数を有する第２の光に変換し、前
記第１の光と前記第２の光とを同一の光路に沿って出力
するための周波数変換手段と、前記周波数変換手段から同一の光路に沿って出力された
前記第１の光および前記第２の光をそれぞれ所定の周波
数だけ周波数変調して第３の光および第４の光を生成
し、生成された前記第３の光と前記第４の光とを同一の
光路に沿って出力するための周波数変調手段とを備えて
いることを特徴とする多波長光源装置。
【請求項２】前記周波数変換手段は、前記第１の光の
一部を高調波に変換し、該高調波を前記第２の光として
出力するための高調波変換素子であることを特徴とする
請求項１に記載の多波長光源装置。
【請求項３】前記周波数変調手段は、前記第１の光お
よび前記第２の光をそれぞれ所定の周波数だけ周波数変
調するための少なくとも１つの周波数変調素子と、前記少なくとも１つの周波数変調素子を介して生成され
た前記第３の光と前記第４の光とを同一の光路に沿って
結合させるための補正光学系とを有することを特徴とす
る請求項１または２に記載の多波長光源装置。
【請求項４】前記周波数変調素子は、ラマン・ナース
回折を利用した音響光学素子であることを特徴とする請
求項３に記載の多波長光源装置。
【請求項５】前記補正光学系は、前記周波数変調素子
を介して生成された前記第３の光および前記第４の光を
屈折することによって間隔を隔てて互いに平行な光に変
換するための屈折光学系と、該屈折光学系を介して互い
に平行に変換された前記第３の光と前記第４の光とを同
一の光路に沿って結合させるための周波数結合素子とを
有することを特徴とする請求項３または４に記載の多波
長光源装置。
【請求項６】前記補正光学系は、前記周波数変調素子
を介して生成された前記第３の光および前記第４の光を
回折することによって間隔を隔てて互いに平行な光に変
換するための回折光学系と、該回折光学系を介して互い
に平行に変換された前記第３の光と前記第４の光とを同
一の光路に沿って結合させるための周波数結合素子とを
有することを特徴とする請求項３または４に記載の多波
長光源装置。
【請求項７】前記補正光学系は、前記周波数変調素子
の入射側に設けられた第１補正光学系と、前記周波数変
調素子の射出側に設けられた第２補正光学系とを有し、前記第１補正光学系は、同一の光路に沿って前記周波数
変調手段に入射した前記第１の光および前記第２の光を
回折するための回折光学系であり、前記第２補正光学系は、前記周波数変調素子を介して生
成された前記第３の光および前記第４の光を回折するこ
とによって前記第３の光と前記第４の光とを同一光路に
沿って結合するための回折光学系であることを特徴とす
る請求項３または４に記載の多波長光源装置。
【請求項８】前記補正光学系は、前記周波数変調素子
の入射側に設けられた第１補正光学系と、前記周波数変
調素子の射出側に設けられた第２補正光学系とを有し、前記第１補正光学系は、同一の光路に沿って前記周波数
変調手段に入射した前記第１の光および前記第２の光を
屈折するための屈折光学系であり、前記第２補正光学系は、前記周波数変調素子を介して生
成された前記第３の光および前記第４の光を屈折するこ
とによって前記第３の光と前記第４の光とを同一光路に
沿って結合するための屈折光学系であることを特徴とす
る請求項３または４に記載の多波長光源装置。
【請求項９】前記周波数変調手段は、前記第１の光お
よび前記第２の光を第１の周波数だけ周波数変調するた
めの第１の周波数変調素子と、前記第１の周波数変調素子を介した２つの光を前記第１
の周波数とわずかに異なる第２の周波数だけ周波数変調
するための第２の周波数変調素子とを有することを特徴
とする請求項３または４に記載の多波長光源装置。
【請求項１０】前記補正光学系は、前記第１の周波数
変調素子の入射側に設けられた第１補正光学系と、前記
第１の周波数変調素子の射出側に設けられた第２補正光
学系と、前記第２の周波数変調素子の入射側に設けられ
た第３補正光学系と、前記第２の周波数変調素子の射出
側に設けられた第４補正光学系とを有し、前記第１補正光学系は、同一の光路に沿って前記周波数
変調手段に入射した前記第１の光および前記第２の光を
回折するための回折光学系であり、前記第２補正光学系は、前記第１の周波数変調素子を介
して生成された２つの光を回折することによって前記２
つの光を同一光路に沿って結合するための回折光学系で
あり、前記第３補正光学系は、前記第２補正光学系を介して同
一の光路に沿って入射した前記２つの光を回折するため
の回折光学系であり、前記第４補正光学系は、前記第２の周波数変調素子を介
して生成された前記第３の光および前記第４の光を回折
することによって前記第３の光と前記第４の光とを同一
光路に沿って結合するための回折光学系であることを特
徴とする請求項９に記載の多波長光源装置。
【請求項１１】前記補正光学系は、前記第１の周波数
変調素子の入射側に設けられた第１補正光学系と、前記
第１の周波数変調素子の射出側に設けられた第２補正光
学系と、前記第２の周波数変調素子の入射側に設けられ
た第３補正光学系と、前記第２の周波数変調素子の射出
側に設けられた第４補正光学系とを有し、前記第１補正光学系は、同一の光路に沿って前記周波数
変調手段に入射した前記第１の光および前記第２の光を
屈折するための屈折光学系であり、前記第２補正光学系は、前記第１の周波数変調素子を介
して生成された２つの光を屈折することによって前記２
つの光を同一光路に沿って結合するための屈折光学系で
あり、前記第３補正光学系は、前記第２補正光学系を介して同
一の光路に沿って入射した前記２つの光を屈折するため
の屈折光学系であり、前記第４補正光学系は、前記第２の周波数変調素子を介
して生成された前記第３の光および前記第４の光を屈折
することによって前記第３の光と前記第４の光とを同一
光路に沿って結合するための屈折光学系であることを特
徴とする請求項９に記載の多波長光源装置。
【請求項１２】前記補正光学系は、前記第１の周波数
変調素子の入射側に設けられた第１補正光学系と、前記
第２の周波数変調素子の射出側に設けられた第２補正光
学系とを有し、前記第１補正光学系は、同一の光路に沿って前記周波数
変調手段に入射した前記第１の光および前記第２の光を
回折するための回折光学系であり、前記第２補正光学系は、前記第１の周波数変調素子およ
び前記第２の周波数変調素子を介して生成された前記第
３の光および前記第４の光を回折することによって前記
第３の光と前記第４の光とを同一光路に沿って結合する
ための回折光学系であることを特徴とする請求項９に記
載の多波長光源装置。
【請求項１３】前記補正光学系は、前記第１の周波数
変調素子の入射側に設けられた第１補正光学系と、前記
第２の周波数変調素子の射出側に設けられた第２補正光
学系とを有し、前記第１補正光学系は、同一の光路に沿って前記周波数
変調手段に入射した前記第１の光および前記第２の光を
屈折するための屈折光学系であり、前記第２補正光学系は、前記第１の周波数変調素子およ
び前記第２の周波数変調素子を介して生成された前記第
３の光および前記第４の光を屈折することによって前記
第３の光と前記第４の光とを同一光路に沿って結合する
ための屈折光学系であることを特徴とする請求項９に記
載の多波長光源装置。
【請求項１４】前記補正光学系は、前記第１の周波数
変調素子の入射側に設けられた第１補正光学系と、前記
第２の周波数変調素子の射出側に設けられた第２補正光
学系とを有し、前記第１補正光学系は、同一の光路に沿って前記周波数
変調手段に入射した前記第１の光および前記第２の光を
回折するための回折光学系であり、前記第２補正光学系は、前記第１の周波数変調素子およ
び前記第２の周波数変調素子を介して生成された前記第
３の光および前記第４の光を回折することによって間隔
を隔てて互いに平行な光に変換するための回折光学系
と、互いに平行に変換された前記第３の光と前記第４の
光とを同一の光路に沿って結合させるための周波数結合
素子とを有することを特徴とする請求項９に記載の多波
長光源装置。
【請求項１５】前記補正光学系は、前記第１の周波数
変調素子の入射側に設けられた第１補正光学系と、前記
第２の周波数変調素子の射出側に設けられた第２補正光
学系とを有し、前記第１補正光学系は、同一の光路に沿って前記周波数
変調手段に入射した前記第１の光および前記第２の光を
屈折するための屈折光学系であり、前記第２補正光学系は、前記第１の周波数変調素子およ
び前記第２の周波数変調素子を介して生成された前記第
３の光および前記第４の光を屈折することによって間隔
を隔てて互いに平行な光に変換するための屈折光学系
と、互いに平行に変換された前記第３の光と前記第４の
光とを同一の光路に沿って結合させるための周波数結合
素子とを有することを特徴とする請求項９に記載の多波
長光源装置。
【請求項１６】参照光路と移動鏡を含む測定光路とを
有し、所定方向に沿った移動鏡の変位量を測定するため
の測長用干渉計と、該測長用干渉計の光路中の気体の屈
折率変動を測定するための屈折率変動測定系と、該屈折
率変動測定系のために周波数の異なる２つの光を同一の
光路に沿って出力するための多波長光源装置とを備え、
前記測長用干渉計で測定した前記移動鏡の変位量を前記
屈折率変動測定系で測定した前記光路中の気体の屈折率
変動情報に基づいて補正することによって前記移動鏡の
幾何学的変位量を測定する光波干渉測定装置において、前記多波長光源装置は、第１の周波数を有する第１の光を供給するための光源
と、前記光源からの前記第１の光の一部を前記第１の周波数
とは異なる第２の周波数を有する第２の光に変換し、前
記第１の光と前記第２の光とを同一の光路に沿って出力
するための周波数変換手段と、前記周波数変換手段から同一の光路に沿って出力された
前記第１の光および前記第２の光をそれぞれ所定の周波
数だけ周波数変調して第３の光および第４の光を生成
し、生成された前記第３の光と前記第４の光とを同一の
光路に沿って出力するための周波数変調手段とを有し、前記屈折率変動測定系は、前記測長用干渉計の前記測定光路を介した前記第３の光
および前記第４の光のうちの一方の光の周波数を他方の
光の周波数とほぼ一致させることによってヘテロダイン
干渉による第１干渉光を生成するための第１干渉光生成
系と、前記測長用干渉計の前記参照光路を介した前記第３の光
および前記第４の光のうち一方の光の周波数を他方の光
の周波数とほぼ一致させることによってヘテロダイン干
渉による第２干渉光を生成するための第２干渉光生成系
とを有し、前記第１干渉光および前記第２干渉光に基づいて前記測
長用干渉計の光路中の気体の屈折率変動を測定し、補正
することを特徴とする光波干渉測定装置。
【請求項１７】前記周波数変換手段は、前記第１の光
の一部を高調波に変換し、該高調波を前記第２の光とし
て出力するための高調波変換素子であることを特徴とす
る請求項１６に記載の光波干渉測定装置。
【請求項１８】前記周波数変調手段は、前記第１の光
および前記第２の光をそれぞれ所定の周波数だけ周波数
変調するための少なくとも１つの周波数変調素子と、前記少なくとも１つの周波数変調素子を介して生成され
た前記第３の光と前記第４の光とを同一の光路に沿って
結合させるための補正光学系とを有することを特徴とす
る請求項１６または１７に記載の光波干渉測定装置。
【請求項１９】前記周波数変調素子は、ラマン・ナー
ス回折を利用した音響光学素子であることを特徴とする
請求項１８に記載の光波干渉測定装置。