JPH1073409A - Interference measuring instrument using light wave - Google Patents

Interference measuring instrument using light wave

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Publication number
JPH1073409A
JPH1073409A JP8248561A JP24856196A JPH1073409A JP H1073409 A JPH1073409 A JP H1073409A JP 8248561 A JP8248561 A JP 8248561A JP 24856196 A JP24856196 A JP 24856196A JP H1073409 A JPH1073409 A JP H1073409A
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JP
Japan
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light
frequency
interference
optical path
measurement
Prior art date
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Pending
Application number
JP8248561A
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Japanese (ja)
Inventor
Hitoshi Kawai
斉 河井
Jun Kawakami
潤 川上
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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Publication of JPH1073409A publication Critical patent/JPH1073409A/en
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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an interference measuring instrument using light wave which can correct a distance measuring error caused by the refractive index fluctuation of an optical path with high accuracy by suppressing the deterioration of the measuring accuracy caused by unnecessary measurement of refractive index fluctuation and the lack of necessary measurement of the fluctuation. SOLUTION: First light for measuring distance arriving through a measuring optical path and a reference optical path is separated from second and third light rays after the first light is transmitted through a first interference light generating system (7-9) and a second interference light generating system (15-18) for measuring refractive index fluctuation and interferes with the second and third light rays and interferes through a third interference light generation system (12, 21). When an interference measuring instrument is constituted in such a way, the distance measuring optical path for which refractive index fluctuation is not measured although the measurement of the fluctuation is required can be made shorter in length and a distance nonmeasuring optical path for which refractive index fluctuation is measured although the measurement of the fluctuation is not required does not exist at all.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は光波干渉測定装置に
関し、特に高精度な変位計測を行うための光波干渉測定
装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light wave interference measuring device, and more particularly to a light wave interference measuring device for performing highly accurate displacement measurement.

【0002】[0002]

【従来の技術】図11は、従来の光波干渉測定装置の構
成を概略的に示す図である。図11の光波干渉測定装置
は、移動鏡6の光軸方向(図中矢印方向)の変位量Dを
測長するものである。光源1は、周波数ω1 の光と周波
数ω1'(ω1'=ω1+Δω1 )の光とを含む光を射出す
る。この2つの光は、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ている。
2. Description of the Related Art FIG. 11 is a diagram schematically showing a configuration of a conventional light wave interference measuring device. The light wave interference measurement device of FIG. 11 measures the displacement amount D of the movable mirror 6 in the optical axis direction (the direction of the arrow in the figure). The light source 1 emits light including light having a frequency ω 1 and light having a frequency ω 1 ′ (ω 1 ′ = ω 1 + Δω 1 ). The two lights have slightly different frequencies from each other,
The polarization directions are orthogonal to each other.

【0003】この2つの異なる周波数の光は、ビームス
プリッタのような光分離素子2を介して偏光ビームスプ
リッタのような偏光分離素子4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5で反射された後、再び偏光分離
素子4に戻る。また、周波数ω1 の光は測定光となり、
移動鏡6で反射された後、再び偏光分離素子4に戻る。
[0003] The two light beams having different frequencies are incident on a polarization beam splitter 4 such as a polarization beam splitter via a light beam separation device 2 such as a beam splitter, where the light beam having the frequency ω 1 'and the light beam having the frequency ω 1 are emitted. And separated. The light having the frequency ω 1 ′ becomes reference light, is reflected by the fixed mirror 5, and returns to the polarization splitting element 4 again. Also, the light of frequency ω 1 becomes the measuring light,
After being reflected by the movable mirror 6, the light returns to the polarization splitting element 4 again.

【0004】偏光分離素子4に戻ってきた測定光と参照
光とは、同一光路に沿って偏光分離素子4から射出され
る。同一光路に沿って偏光分離素子4から射出された測
定光と参照光とは、偏光板21を介して干渉する。偏光
板21は、具体的には参照光の偏光方位と測定光の偏光
方位とに対してそれぞれ45°傾いて配置された偏光素
子である。偏光板21を介して生成された干渉光は、受
光素子22で光電変換され、測定ビート信号(周波数Δ
ω1 )101として位相計105に入力される。
The measuring light and the reference light returning to the polarization beam splitter 4 are emitted from the polarization beam splitter 4 along the same optical path. The measurement light and the reference light emitted from the polarization splitting element 4 along the same optical path interfere with each other via the polarizing plate 21. The polarizing plate 21 is, specifically, a polarizing element that is disposed at an angle of 45 ° with respect to the polarization direction of the reference light and the polarization direction of the measurement light. The interference light generated via the polarizing plate 21 is photoelectrically converted by the light receiving element 22 and is measured, and the measurement beat signal (frequency Δ
ω 1 ) 101 is input to the phase meter 105.

【0005】一方、光源1から射出された2つの異なる
周波数の光の一部は光分離素子2で反射され、偏光板2
3を介して干渉する。偏光板23を介して生成された干
渉光は受光素子24によって光電変換され、参照ビート
信号(周波数Δω1 )100として位相計105に入力
される。なお、偏光板23は、偏光板21と同様に2つ
の異なる周波数の光(周波数ω1'の光および周波数ω1
の光)を干渉させる偏光素子である。
On the other hand, a part of the light of two different frequencies emitted from the light source 1 is reflected by the light separating element 2 and
3 via The interference light generated via the polarizing plate 23 is photoelectrically converted by the light receiving element 24 and input to the phase meter 105 as a reference beat signal (frequency Δω 1 ) 100. Note that the polarizing plate 23 includes two different frequencies of light (light having a frequency ω 1 ′ and frequency ω 1) as in the case of the polarizing plate 21.
Is a polarizing element that interferes with the light.

【0006】位相計105は、参照ビート信号100に
対する測定ビート信号101の位相変化を測定すること
によって移動鏡6の変位量D(ω1 )を求め、その変位
量情報を信号107として演算器108に出力する。
The phase meter 105 obtains a displacement D (ω 1 ) of the movable mirror 6 by measuring a phase change of the measurement beat signal 101 with respect to the reference beat signal 100, and uses the displacement information as a signal 107 as an arithmetic unit 108. Output to

【0007】ところで、図11のような光波の干渉によ
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、従来の光波干渉測定装置は、図11
に示すように、測定光路中の空気の屈折率変動に起因す
る測長誤差の補正手段としてエアセンサ532を備えて
いる。すなわち、エアセンサ532を用いて測定光路中
の大気の温度、圧力、湿度を測定し、この測定結果に基
づいて光の波長を補正することによって、空気の屈折率
変動に起因する測長誤差を補正している。
In order to accurately (highly) measure the length by interference of light waves as shown in FIG. 11, fluctuations in the refractive index of air (or other gases) in the optical path cannot be ignored. Therefore, the conventional light wave interference measuring device is shown in FIG.
As shown in (1), an air sensor 532 is provided as a means for correcting a length measurement error caused by a change in the refractive index of air in the measurement optical path. That is, the temperature, pressure, and humidity of the atmosphere in the measurement optical path are measured using the air sensor 532, and the wavelength of light is corrected based on the measurement result, thereby correcting a length measurement error caused by a change in the refractive index of air. doing.

【0008】すなわち、移動鏡の真の変位量をDとし、
空気の屈折率をnとし、nは空間的に一様であるとする
と、光波干渉測定装置で測定される変位量D(ω1
は、
That is, D is the true displacement of the movable mirror,
Assuming that the refractive index of air is n and n is spatially uniform, the displacement D (ω 1 ) measured by the light wave interference measurement device
Is

【数1】D(ω1 )=nD (1) と表される。D (ω 1 ) = nD (1)

【0009】したがって、測定光路に沿った空気の温
度、圧力、湿度をエアセンサ532で測定することによ
り、屈折率nを求めることができる。すなわち、演算器
108は、位相計105からの変位D(ω1 )の信号1
07と、エアセンサ532からの温度、圧力、湿度の測
定信号106と、式(2)に示す演算式とに基づいて、
移動鏡6の真の変位量Dを求めることができる。
Therefore, the refractive index n can be obtained by measuring the temperature, pressure, and humidity of the air along the measurement optical path with the air sensor 532. That is, the arithmetic unit 108 outputs the signal 1 of the displacement D (ω 1 ) from the phase meter 105.
07, the temperature, pressure, and humidity measurement signals 106 from the air sensor 532 and the arithmetic expression shown in Expression (2).
The true displacement D of the movable mirror 6 can be obtained.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
技術では、測定光路の1箇所のみにおいて空気の温度、
圧力、湿度をエアセンサで検出している。このため、空
気の屈折率が測定光路および参照光路に沿って一様に変
動している場合には正確な補正が可能であるが、空気の
屈折率が測定光路上および参照光路上において局所的に
変動している場合には、空気の屈折率変動に起因する測
長誤差を正確に補正することができないという不都合が
あった。
As described above, in the prior art, the air temperature,
Pressure and humidity are detected by an air sensor. For this reason, accurate correction is possible when the refractive index of air uniformly fluctuates along the measurement optical path and the reference optical path, but the refractive index of air locally changes on the measurement optical path and the reference optical path. However, there is a disadvantage that the length measurement error caused by the change in the refractive index of air cannot be accurately corrected.

【0011】そこで、本発明者等は、特願平7−609
69号および特願平7−64537号の明細書および図
面において、2つの異なる周波数の光を用いて空気の屈
折率変動に起因する測長誤差を補正することの可能な光
波干渉測定装置を提案している。なお、特願平7−60
969号および特願平7−64537号の明細書および
図面に開示された光波干渉測定装置は、本件出願時に未
だ公開されておらず、本件出願の従来技術に属していな
い。
Therefore, the present inventors have filed Japanese Patent Application No. 7-609.
In the specification and drawings of Japanese Patent Application No. 69 and Japanese Patent Application No. 7-64537, a light wave interferometer capable of correcting a length measurement error caused by a change in refractive index of air using light of two different frequencies is proposed. doing. In addition, Japanese Patent Application No. 7-60
The light wave interference measurement device disclosed in the specification and the drawings of Japanese Patent Application No. 969 and Japanese Patent Application No. 7-64537 has not been disclosed at the time of filing the present application, and does not belong to the prior art of the present application.

【0012】図10は、特願平7−60969号および
特願平7−64537号の明細書および図面に開示の光
波干渉測定装置の構成を概略的に示す図である。なお、
図10において、図11の従来の光波干渉測定装置の構
成要素と同様な要素については同じ参照符号を付してい
る。以下、図11の装置との相違に着目して図10の装
置の説明を行い、重複する説明を省略する。
FIG. 10 is a diagram schematically showing the configuration of an optical interference measuring apparatus disclosed in the specifications and drawings of Japanese Patent Application Nos. 7-60969 and 7-64537. In addition,
In FIG. 10, the same components as those of the conventional optical interference measuring apparatus in FIG. 11 are denoted by the same reference numerals. Hereinafter, the device of FIG. 10 will be described focusing on the difference from the device of FIG. 11, and redundant description will be omitted.

【0013】図10の光波干渉測定装置では、測長用光
源1から射出される光と同じ光路上に(以下、「同軸
に」と表現する)、2つの異なる周波数ω2 (基本波)
およびω3 (高調波)のレーザ光を結合させている。こ
うして、この2つの異なる周波数のレーザ光により、測
長用干渉計の光路中での空気(または他の気体等)の屈
折率変動を求めることができる。
In the optical interference measuring apparatus shown in FIG. 10, two different frequencies ω 2 (fundamental waves) are provided on the same optical path as the light emitted from the length measuring light source 1 (hereinafter, referred to as “coaxially”).
And ω 3 (harmonic) laser light are coupled. Thus, the refractive index fluctuation of air (or other gas or the like) in the optical path of the length measuring interferometer can be obtained by using the two different frequencies of laser light.

【0014】図10の光波干渉測定装置では、光源50
が周波数ω2 の光と周波数ω3 の光とを同軸に射出す
る。周波数ω2 の光および周波数ω3 の光の偏光方位
は、測長用光源1から射出される光の偏光方位に対して
45°の角度をなしている。周波数ω2 の光および周波
数ω3 の光は、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3によって測長用光源1から射出された
周波数ω1 の光と同軸に結合する。同軸に結合された光
は、同じ光路を介して、偏光分離素子4に入射する。
In the optical interference measuring apparatus shown in FIG.
There emits the light of the frequency omega 2 of the light and the frequency omega 3 coaxially. The polarization directions of the light having the frequency ω 2 and the light having the frequency ω 3 are at 45 ° to the polarization direction of the light emitted from the length measuring light source 1. Light with the frequency omega 2 of the light and the frequency omega 3 binds to e.g. dichroic from long light source 1 measured by the frequency coupling element 3 consisting of dichroic mirror of the injection frequency omega 1 light coaxially. The coaxially coupled light enters the polarization beam splitter 4 via the same optical path.

【0015】周波数ω2 の光および周波数ω3 の光は、
偏光分離素子4によって、固定鏡5側に反射される光
(参照光)と移動鏡6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。偏光分離素子4で反射
された参照光は、たとえばコーナーキューブからなる固
定鏡5で反射された後、偏光分離素子4に再び戻る。一
方、偏光分離素子4を透過した測定光も、たとえばコー
ナーキューブからなる移動鏡6で反射された後、偏光分
離素子4に再び戻る。ここで、偏光分離素子4に入射す
る参照光の入射点と測定光の入射点とが実質的に重なら
ないように、固定鏡5を構成するコーナーキューブおよ
び移動鏡6を構成するコーナーキューブが配置されてい
る。
The light of frequency ω 2 and the light of frequency ω 3 are
The light is split by the polarization splitting element 4 into light reflected on the fixed mirror 5 (reference light) and light transmitted on the movable mirror 6 (measurement light). Between the reference light and the measurement light, its polarization direction are orthogonal to each other, and includes both the frequency omega 2 of the light and the frequency omega 3 of the light respectively. The reference light reflected by the polarization separation element 4 is reflected by a fixed mirror 5 made of, for example, a corner cube, and then returns to the polarization separation element 4 again. On the other hand, the measurement light transmitted through the polarization separation element 4 is reflected by the movable mirror 6 formed of, for example, a corner cube, and then returns to the polarization separation element 4 again. Here, the corner cube forming the fixed mirror 5 and the corner cube forming the moving mirror 6 are arranged so that the incident point of the reference light and the incident point of the measurement light incident on the polarization splitting element 4 do not substantially overlap. Have been.

【0016】こうして、参照光路(参照光が通る光路)
を介して偏光分離素子4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(測定光が通る光
路)を介して偏光分離素子4から射出された周波数ω2
の光および周波数ω3 の光とは、互いに異なる(互いに
空間的に分離された)光路に沿って周波数分離素子50
0に入射する。周波数分離素子500は、たとえばダイ
クロイックミラーで構成され、周波数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500の作用により、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。
Thus, the reference optical path (the optical path through which the reference light passes)
The light of frequency ω 2 and the light of frequency ω 3 emitted from the polarization splitting element 4 via the optical path and the frequency ω 2 emitted from the polarization splitting element 4 via the measurement optical path (the optical path through which the measurement light passes)
And the light of the frequency ω 3 along the optical paths different from each other (spatially separated from each other).
Incident at 0. Frequency separating device 500, for example, a dichroic mirror, has the property of transmitting only light of the frequency omega 1 near and reflects light of other frequencies. Accordingly, the light of the light and the frequency omega 3 frequency omega 2 by the action of the frequency separation device 500 is separated from light (frequency omega 1 near the light) from the long light source 1 measurement.

【0017】周波数分離素子500で反射された周波数
ω2 の光および周波数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、互
いに異なる光路に沿って偏光回転装置507および51
5並びに屈折光学素子508および516を介し、周波
数変換素子509および517にそれぞれ入射する。周
波数変換素子509および517では、周波数の低い周
波数ω2 の光が周波数の高い周波数ω3 の光に高調波変
換され、周波数の高い周波数ω3 の光はそのまま透過す
る。こうして、周波数変換素子509および517によ
って周波数変換された周波数ω3 の光は、光源部50か
ら射出され所定の光路を介した周波数ω3 の光と干渉す
る。周波数変換素子509および517を介して生成さ
れた干渉光は、屈折光学素子510および518により
平行光に変換された後、受光素子551および552で
それぞれ光電変換される。
The frequency is reflected by the separation element 500 frequency omega 2 of the light and the frequency omega 3 of light, that the light of the frequency omega 2 of the light and the frequency omega 3 through the reference optical path, the frequency omega 2 through the measurement light path And the light of the frequency ω 3 along the optical paths different from each other, the polarization rotators 507 and 51
5 and refraction optical elements 508 and 516, and are incident on frequency conversion elements 509 and 517, respectively. In the frequency converting element 509 and 517, are harmonic conversion to a higher frequency omega 3 optical low frequency omega 2 of the light frequency of the frequency, the light of the higher frequency omega 3 frequency is transmitted as it is. In this manner, the light of frequency ω 3 whose frequency has been converted by the frequency conversion elements 509 and 517 interferes with the light of frequency ω 3 emitted from the light source unit 50 and passing through a predetermined optical path. The interference light generated via the frequency conversion elements 509 and 517 is converted into parallel light by the refractive optical elements 510 and 518, and then photoelectrically converted by the light receiving elements 551 and 552, respectively.

【0018】なお、特段の配慮をしない限り、周波数変
換素子509および517によって周波数変換された周
波数ω3 の光の偏光方位は、周波数変換素子509およ
び517に入射する周波数ω3 の光の偏光方位とは異な
る。そこで、上述したように、たとえば複数の波長板か
らなる偏光回転装置507および515を光路中に挿入
し、周波数ω3 の光の偏光方位と周波数ω2 の光の偏光
方位とを独立に変化させている。この偏光回転装置50
7および515の作用により、周波数変換素子509お
よび517によって周波数変換された周波数ω3 の光の
偏光方位と、周波数変換素子509および517に入射
する周波数ω3 の光の偏光方位とを一致させて干渉光を
生成することができる。
Unless special consideration is given, the polarization direction of the light of frequency ω 3 that has been frequency-converted by the frequency conversion elements 509 and 517 is the polarization direction of the light of frequency ω 3 incident on the frequency conversion elements 509 and 517. And different. Therefore, as described above, the polarization rotation device 507 and 515 inserted in the optical path is varied independently and polarization orientation of the frequency omega 3 light polarizing direction and the frequency omega 2 of the light for example, a plurality of wave plates ing. This polarization rotation device 50
By the action of 7 and 515, to match the polarization direction of light with the frequency converted frequency omega 3, and a polarization direction of light with the frequency omega 3 entering the frequency conversion element 509 and 517 by the frequency converting element 509 and 517 Interference light can be generated.

【0019】また、屈折光学素子508および516
は、周波数変換の変換効率を大きくするために光路中に
挿入された光学素子であって、参照光および測定光を周
波数変換素子509および517上に集光する機能を有
する。これは、周波数変換素子509および517の変
換効率が、周波数変換される光( すなわち周波数ω2
光)の単位面積当たりの光強度の二乗に比例するからで
ある。
The refractive optical elements 508 and 516
Is an optical element inserted in the optical path to increase the conversion efficiency of frequency conversion, and has a function of condensing reference light and measurement light on the frequency conversion elements 509 and 517. This is because the conversion efficiency of the frequency conversion element 509 and 517 is proportional to the square of the light intensity per unit area of the light (i.e. the frequency omega 2 of the light) to be frequency-converted.

【0020】受光素子551では、参照光路を介した周
波数ω2 の光と周波数ω3 の光とによる干渉信号102
が生成される。また、受光素子552では、測定光路を
介した周波数ω2 の光と周波数ω3 の光とによる干渉信
号103が生成される。受光素子551からの干渉信号
102および受光素子552からの干渉信号103は、
ともに位相計104に供給される。位相計104では、
参照光路を介した周波数ω2 の光と周波数ω3 の光とに
よる干渉信号102と、測定光路を介した周波数ω2
光と周波数ω3 の光とによる干渉信号103との位相差
に基づいて、周波数ω3 の光に対する光路長変化D(ω
3 )と周波数ω2 の光に対する光路長変化D(ω2 )と
の差である{D(ω3 )−D(ω2 )}を求める。位相
計104で求められた{D(ω3 )−D(ω2 )}に関
する信号106は、演算器108に供給される。
[0020] Interference signals by a the light receiving element 551, the frequency omega 2 through the reference optical path of the light and the frequency omega 3 Light 102
Is generated. Further, the light receiving element 552, the interference signal 103 due to the light of the frequency omega 2 of the light and the frequency omega 3 through the measurement optical path is produced. The interference signal 102 from the light receiving element 551 and the interference signal 103 from the light receiving element 552 are
Both are supplied to the phase meter 104. In the phase meter 104,
Based on the phase difference between the interference signal 102 caused by the light having the frequency ω 2 and the light having the frequency ω 3 via the reference optical path and the interference signal 103 caused by the light having the frequency ω 2 and the light having the frequency ω 3 via the measurement optical path. Te, the optical path length variation with respect to the frequency omega 3 light D (omega
{D (ω 3 ) −D (ω 2 )}, which is the difference between 3 ) and the optical path length change D (ω 2 ) for the light of frequency ω 2 . The signal 106 related to {D (ω 3 ) −D (ω 2 )} obtained by the phase meter 104 is supplied to the arithmetic unit 108.

【0021】図10の光波干渉測定装置はまた、移動鏡
6の光軸方向(図中矢印方向)の変位量を測長するため
の光を供給する光源1を備えている。光源1は、周波数
ω1の光と周波数ω1'(ω1'=ω1 +Δω1 )の光とを
含む光を射出する。この2つの光は、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ている。この2
つの異なる周波数の光は、光分離素子2を介して偏光分
離素子4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
5で反射された後、再び偏光分離素子4に戻る。また、
周波数ω1 の光は測定光となり、移動鏡6で反射された
後、再び偏光分離素子4に戻る。このように、周波数ω
1'の参照光は周波数ω2 の光および周波数ω3 の光から
なる参照光と同じ光路に沿って、周波数ω1 の測定光は
周波数ω2 の光および周波数ω3 の光からなる測定光と
同じ光路に沿って、偏光分離素子4にそれぞれ戻る。前
述したように、偏光分離素子4に再び入射する参照光の
入射点と測定光の入射点とは実質的に一致しないように
構成されている。
The optical interference measurement apparatus shown in FIG. 10 also includes a light source 1 for supplying light for measuring the displacement of the movable mirror 6 in the optical axis direction (the direction of the arrow in the figure). The light source 1 emits light including light having a frequency ω 1 and light having a frequency ω 1 ′ (ω 1 ′ = ω 1 + Δω 1 ). The two lights have slightly different frequencies from each other and polarization directions orthogonal to each other. This 2
Light having two different frequencies enters the polarization splitter 4 via the light splitter 2 and is separated into light having a frequency ω 1 ′ and light having a frequency ω 1 . The light having the frequency ω 1 ′ becomes reference light, is reflected by the fixed mirror 5, and returns to the polarization splitting element 4 again. Also,
The light having the frequency ω 1 becomes measurement light, is reflected by the movable mirror 6, and returns to the polarization separation element 4 again. Thus, the frequency ω
1 reference light 'along the same optical path as the reference beam composed of the frequency omega 2 of the light and the frequency omega 3 light, the frequency omega 1 of the measuring light measurement light comprising frequency omega 2 of the light and the frequency omega 3 light The light returns to the polarization splitting element 4 along the same optical path as that described above. As described above, the incident point of the reference light and the incident point of the measurement light that re-enter the polarization splitting element 4 are configured not to substantially coincide with each other.

【0022】こうして、参照光路を介して偏光分離素子
4から射出された周波数ω1'の光と、測定光路を介して
偏光分離素子4から射出された周波数ω1 の光とは、互
いに異なる光路に沿って周波数分離素子500に入射す
る。前述したように、周波数分離素子500は、周波数
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500を透過す
る。周波数分離素子500を透過した周波数ω1'の参照
光は反射鏡501で反射された後に、周波数分離素子5
00を透過した周波数ω1 の測定光は直接に、偏光ビー
ムスプリッタのような偏光結合素子502にそれぞれ入
射する。
[0022] Thus, the light emitted frequency omega 1 'from the polarization separating element 4 through the reference optical path, and the measurement optical path of the polarized light separating element 4 frequencies omega 1 emitted from over the optical, different optical paths from each other Along the frequency separation element 500. As described above, the frequency separation element 500 has the property of transmitting only light of the frequency omega 1 near and reflects light of other frequencies. Therefore, the reference light having the frequency ω 1 ′ and the measurement light having the frequency ω 1 pass through the frequency separation element 500. The reference light having the frequency ω 1 ′ transmitted through the frequency separation element 500 is reflected by the reflecting mirror 501, and
The measurement light having the frequency ω 1 transmitted through 00 directly enters the polarization coupling element 502 such as a polarization beam splitter.

【0023】偏光結合素子502を介して同軸に結合さ
れた周波数ω1'の参照光と周波数ω1 の測定光とは、偏
光板21を介して干渉する。なお、偏光板21は、たと
えば周波数ω1'の参照光の偏光方位および周波数ω1
測定光の偏光方位に対してそれぞれ45°だけ傾いて配
置された偏光素子から構成されている。偏光板21を介
して生成された干渉光は、受光素子22で光電変換され
る。こうして、受光素子22は、干渉光に基づく測定ビ
ート信号(周波数Δω1 )101を位相計105に供給
する。一方、光源1から射出された2つの異なる周波数
の光(周波数ω1 の光および周波数ω1'の光)の一部
は、光分離素子2で反射され、偏光板23を介して干渉
する。偏光板23を介して生成された干渉光は受光素子
24で光電変換され、参照ビート信号(周波数Δω1
100として位相計105に入力される。
The reference light having the frequency ω 1 ′ and the measurement light having the frequency ω 1 which are coaxially coupled via the polarization coupling element 502 interfere with each other via the polarizing plate 21. The polarizing plate 21 is composed of, for example, polarizing elements that are arranged at an angle of 45 ° with respect to the polarization direction of the reference light having the frequency ω 1 ′ and the polarization direction of the measurement light having the frequency ω 1 . The interference light generated via the polarizing plate 21 is photoelectrically converted by the light receiving element 22. Thus, the light receiving element 22 supplies the measurement beat signal (frequency Δω 1 ) 101 based on the interference light to the phase meter 105. On the other hand, a part of the light of two different frequencies (light of frequency ω 1 and light of frequency ω 1 ′) emitted from the light source 1 is reflected by the light separating element 2 and interferes via the polarizing plate 23. The interference light generated via the polarizing plate 23 is photoelectrically converted by the light receiving element 24, and the reference beat signal (frequency Δω 1 )
100 is input to the phase meter 105.

【0024】位相計105では、参照ビート信号100
に対する測定ビート信号101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
6の変位量D(ω1 )を求め、この変位量D(ω1 )に
関する信号107を演算器108に供給する。演算器1
08では、光源1を用いた測長用干渉計で測定した移動
鏡6の変位量D(ω1 )を補正し、移動鏡の真の変位量
(幾何学的な距離)Dが求められる。
In the phase meter 105, the reference beat signal 100
, The displacement D (ω 1 ) of the movable mirror 6 without considering the influence of the refractive index fluctuation is obtained, and a signal 107 relating to the displacement D (ω 1 ) is obtained. It is supplied to the arithmetic unit 108. Arithmetic unit 1
In step 08, the displacement D (ω 1 ) of the movable mirror 6 measured by the length measuring interferometer using the light source 1 is corrected, and the true displacement (geometric distance) D of the movable mirror is obtained.

【0025】以下、移動鏡6の変位量D(ω1 )から真
の変位量(幾何学的な距離)Dへの補正について説明す
る。周波数ω1 、ω2 および周波数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(3)乃至(5)により表される。
Hereinafter, the correction from the displacement D (ω 1 ) of the movable mirror 6 to the true displacement (geometric distance) D will be described. The optical path length changes D (ω 1 ), D (ω 2 ) and D (ω 3 ) for light of frequencies ω 1 , ω 2 and frequency ω 3 are:
These are represented by the following equations (3) to (5), respectively.

【数2】 D(ω1 )={1+N・F(ω1 )}×D (3)D (ω 1 ) = {1 + NF (ω 1 )} × D (3)

【数3】 D(ω2 )={1+N・F(ω2 )}×D (4)D (ω 2 ) = {1 + NF (ω 2 )} × D (4)

【数4】 D(ω3 )={1+N・F(ω3 )}×D (5)D (ω 3 ) = {1 + NF (ω 3 )} × D (5)

【0026】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(3)〜(5)
より、幾何学的距離Dは次の式(6)によって与えられ
る。
Here, D is a geometric distance, and N is the density of air. F (ω) is a function that depends only on the frequency ω of the light without depending on the density of the air if the composition ratio of the air is unchanged. Equations (3) to (5) above
Thus, the geometric distance D is given by the following equation (6).

【数5】 D=D(ω1 )−A{D(ω3 )−D(ω2 )} (6) 但し、A=F(ω1 )/{F(ω3 )−F(ω2 )}で
ある。
D = D (ω 1 ) −A {D (ω 3 ) −D (ω 2 )} (6) where A = F (ω 1 ) / {F (ω 3 ) −F (ω 2 )}.

【0027】式(6)の右辺第2項のD(ω3 )−D
(ω2 )は、上述したように、位相計104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105によって求めることができる。したがっ
て、演算器108では、位相計104の出力信号106
と位相計105の出力信号107とに基づいて、式
(6)の演算式により、移動鏡の真の変位量Dを求める
ことができる。図10の光波干渉測定装置では、光源5
0からの周波数ω2 の光および周波数ω3 の光が、光源
1から射出された測長用の光と同軸に所定の光路を通過
する。このため、空気の屈折率変動が測定光路および参
照光路に沿って一様でない場合も、空気の屈折率変動に
起因する測長誤差を補正し、移動鏡の光軸方向の変位量
を高精度に測定することができる。
D (ω 3 ) −D of the second term on the right side of equation (6)
2 ) can be obtained by the phase meter 104 as described above. D (ω 1 ) of the first term on the right side is
It can be obtained by the phase meter 105. Therefore, in the arithmetic unit 108, the output signal 106 of the phase meter 104
Based on the output signal 107 of the phase meter 105 and the arithmetic expression of Expression (6), the true displacement D of the movable mirror can be obtained. In the light wave interference measuring apparatus of FIG.
Frequency omega 2 of the light and the frequency omega 3 of light from 0 passes through a predetermined optical path to the light and coaxial length measuring emitted from the light source 1. For this reason, even when the refractive index fluctuation of the air is not uniform along the measurement optical path and the reference optical path, the length measurement error caused by the air refractive index fluctuation is corrected, and the displacement amount of the movable mirror in the optical axis direction can be accurately determined. Can be measured.

【0028】しかしながら、図10の光波干渉測定装置
において、空気の屈折率変動が測定されるべき測長干渉
計の光路のうち実際に屈折率変動が測定されている光路
は、偏光分離素子4から周波数分離素子500までの参
照光の光路および測定光の光路だけである。したがっ
て、参照光である周波数ω1'の光が通る周波数分離素子
500から偏光結合素子502までの光路および測定光
である周波数ω1 の光が通る周波数分離素子500から
偏光結合素子502までの光路において、屈折率変動の
測定が必要であるにもかかわらず屈折率変動が測定され
ていない。また、参照光である周波数ω2 の光および周
波数ω3 の光が通る周波数分離素子500から周波数変
換素子509までの光路および測定光である周波数ω2
の光および周波数ω3 の光が通る周波数分離素子500
から周波数変換素子517までの光路において、測長干
渉計の光路ではなく屈折率変動の測定が不要であるにも
かかわらず屈折率変動が測定されている。
However, in the optical interference measuring apparatus shown in FIG. 10, the optical path of the length measuring interferometer in which the refractive index fluctuation of the air is to be measured, the optical path of which the refractive index fluctuation is actually measured is from the polarization separation element 4. Only the optical path of the reference light and the optical path of the measurement light up to the frequency separation element 500 are provided. Therefore, the optical path from the frequency separation element 500 to the polarization coupling element 502 through which the light of frequency ω 1 ′ as the reference light passes and the optical path from the frequency separation element 500 to the polarization coupling element 502 through which the light of frequency ω 1 as the measurement light passes In the above, the refractive index fluctuation is not measured even though the refractive index fluctuation needs to be measured. Further, an optical path and the measuring beam from the frequency separation element 500 is a reference light frequency omega 2 of the light and the frequency omega 3 light passes up to the frequency converter 509 frequency omega 2
Frequency separating device 500 through which the light and the frequency omega 3 light
In the optical path from to the frequency conversion element 517, not the optical path of the length measuring interferometer but the refractive index fluctuation is measured although the measurement of the refractive index fluctuation is unnecessary.

【0029】このように、図10の光波干渉測定装置で
は、屈折率変動の測定が不要な非測長光路において屈折
率変動の測定がなされ、屈折率変動の測定が必要な測長
光路において屈折率変動の測定がなされていない。その
結果、屈折率変動の不要な測定および必要な測定の欠如
に起因して、装置の測定精度が低下することが考えられ
る。本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであ
り、屈折率変動の不要な測定および必要な測定の欠如に
起因する測定精度の低下を抑えて、光路の屈折率変動に
起因する測長誤差を高精度に補正することのできる光波
干渉測定装置を提供することを目的とする。
As described above, in the optical interference measurement apparatus shown in FIG. 10, the refractive index fluctuation is measured in the non-length measuring optical path where the measurement of the refractive index fluctuation is unnecessary, and the refractive index fluctuation is measured in the length measuring optical path which requires the measurement of the refractive index fluctuation. Rate fluctuations have not been measured. As a result, it is conceivable that the measurement accuracy of the device is reduced due to unnecessary measurement of refractive index fluctuation and lack of necessary measurement. The present invention has been made in view of the above-described problem, and suppresses a decrease in measurement accuracy due to unnecessary measurement of refractive index fluctuation and a lack of necessary measurement, and measures the length due to refractive index fluctuation in an optical path. It is an object of the present invention to provide a light wave interference measurement device capable of correcting an error with high accuracy.

【0030】[0030]

【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、所定の周波数を有する第1の光を
出力するための光源と、互いに異なる周波数を有する第
2の光および第3の光を同一光路に沿って出力するため
の光源部と、前記光源からの前記第1の光と前記光源部
からの前記第2の光および前記第3の光とを同一光路に
沿って結合するための周波数結合手段と、前記周波数結
合手段を介した前記第1の光、前記第2の光および前記
第3の光を、固定鏡までの参照光路に沿って導かれる参
照光と、移動鏡までの測定光路に沿って導かれる測定光
とにそれぞれ偏光分離するための偏光分離手段と、前記
測定光路を介した前記第2の光および前記第3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
て第1干渉光を生成するための第1干渉光生成系と、前
記参照光路を介した前記第2の光および前記第3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
せて第2干渉光を生成するための第2干渉光生成系と、
前記測定光路および前記第1干渉光生成系を介した前記
第1の光、前記第2の光および前記第3の光を、前記第
1の光と前記第2の光および前記第3の光とに周波数分
離するための第1周波数分離手段と、前記参照光路およ
び前記第2干渉光生成系を介した前記第1の光、前記第
2の光および前記第3の光を、前記第1の光と前記第2
の光および前記第3の光とに周波数分離するための第2
周波数分離手段と、前記測定光路を介して前記第1周波
数分離手段によって分離された前記第1の光と前記参照
光路を介して前記第2周波数分離手段によって分離され
た前記第1の光とに基づいて第3干渉光を生成するため
の第3干渉光生成系とを備え、前記第3干渉光に基づい
て測定された前記移動鏡の変位量を、前記第1干渉光お
よび前記第2干渉光に基づいて測定された前記測定光路
中および前記参照光路中の屈折率変動情報に基づいて補
正することを特徴とする光波干渉測定装置を提供する。
In order to solve the above-mentioned problems, according to the present invention, a light source for outputting a first light having a predetermined frequency, a second light and a third light having different frequencies from each other are provided. And a light source unit for outputting the first light from the light source along the same optical path, and the first light from the light source, the second light and the third light from the light source unit are coupled along the same optical path. And a reference light guided along a reference optical path to a fixed mirror through the first light, the second light, and the third light via the frequency coupling means. Polarization splitting means for splitting polarization into measurement light guided along a measurement optical path to a mirror, and a frequency of one of the second light and the third light via the measurement optical path. The first interference light is generated by substantially matching the frequency of the other light. A first interference light generating system, and a second interference light generated by making the frequency of one of the second light and the third light through the reference optical path substantially equal to the frequency of the other light. A second interference light generation system for generating
The first light, the second light, and the third light passing through the measurement light path and the first interference light generation system are referred to as the first light, the second light, and the third light. A first frequency separation unit for separating the first light, the second light, and the third light via the reference light path and the second interference light generation system into the first light; Light and the second
And second light for frequency separation into the third light and the third light.
Frequency separating means, and the first light separated by the first frequency separating means via the measurement light path and the first light separated by the second frequency separating means via the reference light path. A third interference light generation system for generating a third interference light based on the first interference light and the second interference light, the displacement amount of the movable mirror measured based on the third interference light. A light wave interference measurement device is provided which performs correction based on refractive index fluctuation information in the measurement optical path and the reference optical path measured based on light.

【0031】本発明の好ましい態様によれば、前記固定
鏡および前記移動鏡は、前記測定光路を介して前記偏光
分離手段から射出される測定光と前記参照光路を介して
前記偏光分離手段から射出される参照光とを互いに空間
的に分離するように配置されている。この場合、前記固
定鏡および前記移動鏡は、それぞれコーナーキューブプ
リズムからなり、前記固定鏡で反射された前記参照光が
前記偏光分離手段に入射する位置と、前記移動鏡で反射
された前記測定光が前記偏光分離手段に入射する位置と
が実質的に異なるように前記2つのコーナーキューブプ
リズムが配置されていることが好ましい。
According to a preferred aspect of the present invention, the fixed mirror and the movable mirror emit the measurement light emitted from the polarization splitting means via the measurement optical path and the measurement light emitted from the polarization splitting means via the reference optical path. And the reference light to be spatially separated from each other. In this case, the fixed mirror and the movable mirror are each formed of a corner cube prism, and the position at which the reference light reflected by the fixed mirror is incident on the polarization splitting means, and the measurement light reflected by the movable mirror. It is preferable that the two corner cube prisms are arranged so that the position at which the light enters the polarization splitting means is substantially different.

【0032】また、本発明の好ましい態様によれば、前
記第1干渉光生成系は、前記測定光路を介した前記第2
の光および前記第3の光のうち少なくとも一方の光の偏
光方位を調整するための第1偏光回転手段と、該第1偏
光回転手段を介した前記第2の光および前記第3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
せるための第1周波数変換手段と、前記第1偏光回転手
段を介した前記第2の光および前記第3の光を前記第1
周波数変換手段上に集光させるための第1集光手段とを
有し、前記第2干渉光生成系は、前記参照光路を介した
前記第2の光および前記第3の光のうち少なくとも一方
の光の偏光方位を調整するための第2偏光回転手段と、
該第2偏光回転手段を介した前記第2の光および前記第
3の光のうち一方の光の周波数を他方の光の周波数とほ
ぼ一致させるための第2周波数変換手段と、前記第2偏
光回転手段を介した前記第2の光および前記第3の光を
前記第2周波数変換手段上に集光させるための第2集光
手段とを有する。
Further, according to a preferred aspect of the present invention, the first interference light generation system includes the second interference light generation system via the measurement optical path.
First polarization rotating means for adjusting the polarization direction of at least one of the light and the third light, and the second light and the third light passing through the first polarization rotating means. A first frequency converter for making the frequency of one of the lights substantially equal to the frequency of the other light, and the second light and the third light via the first polarization rotating means for the first light.
A first condensing unit for condensing the light on a frequency conversion unit, wherein the second interference light generation system is configured to perform at least one of the second light and the third light via the reference light path. Second polarization rotating means for adjusting the polarization direction of the light,
Second frequency conversion means for making the frequency of one of the second light and the third light through the second polarization rotation means substantially equal to the frequency of the other light, and the second polarization And a second light condensing means for condensing the second light and the third light via the rotation means on the second frequency conversion means.

【0033】[0033]

【発明の実施の形態】本発明では、測定光路および参照
光路を介した測長のための第1の光が、屈折率変動の測
定のための第1干渉光生成系および第2干渉光生成系を
介した後に第2の光および第3の光から分離され、第3
干渉光生成系を介して干渉する。この構成により、本発
明では、屈折率変動の測定が必要であるにもかかわらず
屈折率変動の測定がなされない測長光路は比較的短く、
屈折率変動の測定が不要であるにもかかわらず屈折率変
動の測定がなされる非測長光路は全く存在しないことに
なる。その結果、屈折率変動の不要な測定に起因する測
定精度の低下を回避するとともに、屈折率変動の必要な
測定の欠如に起因する測定精度の低下を小さく抑えるこ
とができる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the present invention, a first light for measuring a length via a measurement optical path and a reference optical path is used as a first interference light generation system and a second interference light generation system for measuring a change in refractive index. After passing through the system, is separated from the second light and the third light,
Interference occurs through the interference light generation system. With this configuration, in the present invention, the length measurement optical path where the measurement of the refractive index variation is not performed despite the need for the measurement of the refractive index variation is relatively short,
Even though the measurement of the refractive index fluctuation is unnecessary, there is no non-length measuring optical path in which the measurement of the refractive index fluctuation is performed. As a result, it is possible to avoid a decrease in measurement accuracy due to unnecessary measurement of refractive index fluctuation, and to suppress a decrease in measurement accuracy due to lack of measurement requiring refractive index fluctuation.

【0034】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、本発明の第1実施例にかかる光
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の光源部50の内部構成を示す図である。
なお、第1実施例の光波干渉測定装置では、いわゆるホ
モダイン干渉方式を用いて屈折率変動の測定を行ってい
る。図1の光波干渉測定装置は、屈折率変動を測定する
ための光を供給する光源部50を備えている。光源部5
0は、周波数ω2 の光と周波数ω3 の光とを同軸に射出
する。光源部50から射出される周波数ω2 の光の偏光
方位と周波数ω3 の光の偏光方位とは互いに一致し、後
述する測長用光源1から射出される光の偏光方位に対し
て45°の角度をなしている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of an optical interference measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention. Also,
FIG. 2 is a diagram showing an internal configuration of the light source unit 50 of FIG.
In the light wave interference measuring apparatus of the first embodiment, the refractive index fluctuation is measured using a so-called homodyne interference method. The light wave interference measurement apparatus of FIG. 1 includes a light source unit 50 that supplies light for measuring a change in refractive index. Light source 5
0 emits a light of a frequency omega 2 of the light and the frequency omega 3 coaxially. The polarization direction of the light of frequency ω 2 emitted from the light source unit 50 and the polarization direction of the light of frequency ω 3 match each other, and are 45 ° with respect to the polarization direction of the light emitted from the length measuring light source 1 described later. At an angle.

【0035】図2を参照すると、光源部50は、周波数
ω2 の光を射出する光源200と、周波数変換素子20
1と、偏光回転装置209とから構成されている。光源
200から射出された周波数ω2 の光は、周波数変換素
子201に入射する。周波数変換素子201では、光源
200からの周波数ω2 の光の一部は周波数変換されて
周波数ω3 の光となり、残りは周波数ω2 のまま透過す
る。周波数変換素子201から射出された周波数ω2
光の偏光方位および周波数ω3 の光の偏光方位は、偏光
回転装置209の作用によりそれぞれ調整される。その
結果、光源部50から周波数ω2 の光の偏光方位と周波
数ω3 の光の偏光方位とが一致し、光源1から射出され
る光の偏光方位に対して45°の角度をなす。
Referring to FIG. 2, a light source unit 50 includes a light source 200 for emitting light of frequency ω 2 and a frequency conversion element 20.
1 and a polarization rotation device 209. The light having the frequency ω 2 emitted from the light source 200 enters the frequency conversion element 201. In the frequency converting element 201, a portion of the frequency omega 2 of the light from the light source 200 becomes a frequency omega 3 of the light is frequency converted and the remainder is transmitted remains frequency omega 2. The polarization direction of the light of frequency ω 2 and the polarization direction of the light of frequency ω 3 emitted from the frequency conversion element 201 are respectively adjusted by the operation of the polarization rotation device 209. As a result, the polarization direction of the light of frequency ω 2 from the light source unit 50 matches the polarization direction of the light of frequency ω 3 , and forms an angle of 45 ° with the polarization direction of the light emitted from the light source 1.

【0036】光源部50から射出された周波数ω2 の光
および周波数ω3 の光は、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3によって反射され、測長用
光源1からの光(周波数ω1 近傍の光)と同軸に結合さ
れる。なお、周波数結合素子3は、周波数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。周波数結合素子3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のような偏
光分離素子4に入射する。偏光分離素子4は、周波数ω
2 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、偏光分離素子
4に入射した光は、2つの光、すなわち偏光分離素子4
で反射されて固定鏡5に導かれる参照光と、偏光分離素
子4を透過して移動鏡6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ω
3 の光の双方を含んでいる。
The light having the frequency ω 2 and the light having the frequency ω 3 emitted from the light source unit 50 are reflected by the frequency coupling element 3 composed of, for example, a dichroic mirror, and are emitted from the length measuring light source 1 (in the vicinity of the frequency ω 1 ). Light) and coaxially. The frequency coupling element 3 has a characteristic that transmits only light of the frequency omega 1 near and reflects light of other frequencies. Light of the light and the frequency omega 3 of the reflected frequency omega 2 in frequency coupling element 3 is incident on the polarization separating element 4 such as a polarizing beam splitter. The polarization separation element 4 has a frequency ω
45 ° to the polarization direction of the light of frequency 2 and the light of frequency ω 3
It is arranged only inclined. Therefore, the light incident on the polarization splitting element 4 is two lights, that is, the polarization splitting element 4
Are split into a reference light which is reflected by and guided to the fixed mirror 5 and a measurement light which is transmitted through the polarization separation element 4 and guided to the movable mirror 6. As described above, the polarization directions of the reference light and the measurement light are orthogonal to each other, and both the light of the frequency ω 2 and the frequency ω
It includes both 3 light.

【0037】偏光分離素子4で反射された参照光は、た
とえばコーナキューブからなる固定鏡5で反射された
後、再び偏光分離素子4に戻る。一方、偏光分離素子4
を透過した測定光も、たとえばコーナキューブからなる
移動鏡6で反射された後、再び偏光分離素子4に戻る。
このとき、偏光分離素子4に再び入射する参照光の入射
点と測定光の入射点とが実質的に重ならないように、参
照光用のコーナーキューブ5および測定光用のコーナー
キューブ6がそれぞれ配置されている。
The reference light reflected by the polarization beam splitter 4 is reflected by a fixed mirror 5 formed of, for example, a corner cube, and then returns to the polarization beam splitter 4 again. On the other hand, the polarization separation element 4
Is reflected by the movable mirror 6 formed of, for example, a corner cube, and then returns to the polarization separation element 4 again.
At this time, the reference light corner cube 5 and the measurement light corner cube 6 are arranged such that the incident point of the reference light and the incident point of the measurement light that re-enter the polarization separation element 4 do not substantially overlap each other. Have been.

【0038】こうして、参照光路(参照光が通る光路)
を介した周波数ω2 の光および周波数ω3 の光と、測定
光路(測定光が通る光路)を介した周波数ω2 の光およ
び周波数ω3 の光とは、互いに異なる(互いに空間的に
分離された)光路に沿って偏光分離素子4から射出され
る。偏光分離素子4から射出された周波数ω2 の光およ
び周波数ω3 の光からなる参照光は、偏光回転装置7に
入射する。また、偏光分離素子4から射出された周波数
ω2 の光および周波数ω3 の光からなる測定光は、反射
鏡13および14を介して偏光回転装置15に入射す
る。偏光回転装置7および15を介した参照光および測
定光は、屈折光学素子8および16によって集光された
後、周波数変換素子9および17にそれぞれ入射する。
Thus, the reference optical path (the optical path through which the reference light passes)
The light of the frequency ω 2 and the light of the frequency ω 3 via the optical path are different from the light of the frequency ω 2 and the light of the frequency ω 3 via the measuring optical path (the optical path through which the measuring light passes) (they are spatially separated from each other). Out of the polarization separation element 4 along the optical path. The reference light composed of the light having the frequency ω 2 and the light having the frequency ω 3 emitted from the polarization separation element 4 enters the polarization rotation device 7. Further, the measurement light composed of the light having the frequency ω 2 and the light having the frequency ω 3 emitted from the polarization separation element 4 enters the polarization rotation device 15 via the reflection mirrors 13 and 14. The reference light and the measurement light having passed through the polarization rotators 7 and 15 are condensed by the refractive optical elements 8 and 16, and then enter the frequency conversion elements 9 and 17, respectively.

【0039】周波数変換素子9および17では、周波数
の低い周波数ω2 の光は周波数の高い周波数ω3 の光に
高調波変換され、周波数の高い周波数ω3 の光はそのま
ま透過する。周波数変換素子9および17によって周波
数変換された周波数ω3 の光は、光源部50から射出さ
れ所定の光路を介した周波数ω3 の光と干渉する。周波
数変換素子9および17を介して生成された干渉光は、
屈折光学素子10および18により平行光に変換された
後、周波数分離素子11および19にそれぞれ入射す
る。周波数分離素子11および19は、たとえばダイク
ロイックミラーで構成され、周波数ω1 近傍の光のみを
反射し、他の周波数の光を透過する特性を有する。した
がって、周波数分離素子11および19の作用により、
周波数ω2 の光および周波数ω3 の光は、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。
[0039] In the frequency converter 9 and 17, the light of the frequency omega 2 lower frequency is a harmonic converted to a higher frequency omega 3 optical frequencies, optical frequencies omega 3 high frequency is transmitted as it is. The light having the frequency ω 3 whose frequency has been converted by the frequency conversion elements 9 and 17 is emitted from the light source unit 50 and interferes with the light having the frequency ω 3 via a predetermined optical path. The interference light generated via the frequency conversion elements 9 and 17 is
After being converted into parallel light by the refractive optical elements 10 and 18, the light enters the frequency separation elements 11 and 19, respectively. Frequency separating device 11 and 19, for example, a dichroic mirror, having a characteristic that reflects only light of the frequency omega 1 near and transmits light of other frequencies. Therefore, by the action of the frequency separation elements 11 and 19,
The light of frequency ω 2 and the light of frequency ω 3 are
It is separated from the light (the frequency omega 1 near the light) from.

【0040】周波数分離素子11を透過した干渉光(参
照光路を介した周波数ω2 の光と周波数ω3 の光との干
渉光)、および周波数分離素子19を透過した干渉光
(測定光路を介した周波数ω2 の光と周波数ω3 の光と
の干渉光)は、受光素子51および52でそれぞれ光電
変換される。こうして、受光素子51では、参照光路を
介した周波数ω2 の光と周波数ω3の光とに基づく干渉
信号102が生成される。また、受光素子52では、測
定光路を介した周波数ω2 の光と周波数ω3 の光とに基
づく干渉信号103が生成される。受光素子51からの
干渉信号102および受光素子52からの干渉信号10
3は、ともに位相計104に供給される。
The interference light transmitted through the frequency separation element 11 (the interference light between the light of frequency ω 2 and the light of frequency ω 3 via the reference optical path) and the interference light transmitted through the frequency separation element 19 (via the measurement optical path) interference light) with a frequency omega 2 of the light and the frequency omega 3 of light are converted, respectively photoelectric receiving element 51 and 52. Thus, the light receiving element 51, the interference signal 102 based on the light of the light and the frequency omega 3 frequency omega 2 via a reference light path is produced. Further, the light receiving element 52, the interference signal 103 based on the light of the frequency omega 2 of the light and the frequency omega 3 through the measurement optical path is produced. Interference signal 102 from light receiving element 51 and interference signal 10 from light receiving element 52
3 are both supplied to the phase meter 104.

【0041】位相計104では、参照光路を介した参照
光路を介した周波数ω2 の光と周波数ω3 の光とに基づ
く干渉信号102と、測定光路を介した周波数ω2 の光
と周波数ω3 の光とに基づく干渉信号103との位相差
に基づいて、周波数ω3 の光に対する光路長変化D(ω
3 )と周波数ω2 の光に対する光路長変化D(ω2 )と
の差である{D(ω3 )−D(ω2 )}を求める。位相
計104で求められた{D(ω3 )−D(ω2 )}に関
する信号106は、演算器108に供給される。
In the phase meter 104, the interference signal 102 based on the light of the frequency ω 2 and the light of the frequency ω 3 via the reference optical path via the reference optical path, and the light of the frequency ω 2 via the measurement optical path and the frequency ω 3 based on the phase difference between the interfering signal 103 that is based on an optical, optical path length variation with respect to the frequency omega 3 light D (omega
{D (ω 3 ) −D (ω 2 )}, which is the difference between 3 ) and the optical path length change D (ω 2 ) for the light of frequency ω 2 . The signal 106 related to {D (ω 3 ) −D (ω 2 )} obtained by the phase meter 104 is supplied to the arithmetic unit 108.

【0042】図1の光波干渉測定装置はまた、移動鏡6
の光軸方向(図中矢印方向)の変位量を測長するための
光を供給する測長用光源1を備えている。測長用光源1
は、周波数ω1 の光と周波数ω1'(ω1'=ω1 +Δ
ω1 )の光とを含む光を射出する。測長用光源1から射
出される2つの光は、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ている。測長用光源1から射出
されたこの2つの異なる周波数の光は、光分離素子2を
介して偏光分離素子4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5で反射された後、再び偏光分離素子4に
戻る。また、周波数ω1 の光は測定光となり、移動鏡6
で反射された後、再び偏光分離素子4に戻る。前述した
ように、偏光分離素子4に再び入射する参照光の入射点
と測定光の入射点とは実質的に一致しないように構成さ
れている。
The optical interference measuring apparatus shown in FIG.
A light source 1 for measuring the length of the displacement in the optical axis direction (the direction of the arrow in the figure) is provided. Light source 1 for length measurement
Is light and the frequency omega 1 of the frequency ω 1 '(ω 1' = ω 1 + Δ
ω 1 ). The two lights emitted from the length measuring light source 1 have slightly different frequencies from each other,
The polarization directions are orthogonal to each other. The lights of two different frequencies emitted from the length measuring light source 1 enter the polarization separation element 4 via the light separation element 2 and are separated into light of the frequency ω 1 ′ and light of the frequency ω 1. . The light having the frequency ω 1 ′ becomes reference light, is reflected by the fixed mirror 5, and returns to the polarization splitting element 4 again. Further, the light of frequency ω 1 becomes the measuring light, and the movable mirror 6
, And returns to the polarization separation element 4 again. As described above, the incident point of the reference light and the incident point of the measurement light that re-enter the polarization splitting element 4 are configured not to substantially coincide with each other.

【0043】こうして、参照光路を介して偏光分離素子
4から射出された周波数ω1'の光と測定光路を介して偏
光分離素子4から射出された周波数ω1 の光とは、互い
に異なる光路に沿って偏光回転装置7および15並びに
屈折光学素子8および16を介して、周波数変換素子9
および17にそれぞれ入射する。周波数変換素子9およ
び17を介した周波数ω1'の参照光および周波数ω1
測定光は、屈折光学素子10および18により平行光に
変換された後、周波数分離素子11および19にそれぞ
れ入射する。このように、周波数ω1'の参照光は周波数
ω2 の光および周波数ω3 の光からなる参照光と同じ光
路に沿って、周波数ω1 の測定光は周波数ω2 の光およ
び周波数ω3 の光からなる測定光と同じ光路に沿って、
周波数分離素子11および19までそれぞれ達する。
[0043] Thus, the light and the measurement light path through the polarization separating element frequency omega 1 emitted from 4 light through a reference light path frequency omega 1 emitted from the polarization separating element 4 ', the different optical paths from each other Along the polarization rotators 7 and 15 and the refractive optical elements 8 and 16
And 17 respectively. Reference light and measurement light frequency omega 1 of the frequency omega 1 'via the frequency converter 9 and 17 are converted into parallel light by the refractive optical element 10 and 18, respectively incident on the frequency separating device 11 and 19 . Thus, the reference light frequency omega 1 'along the same optical path as the reference beam composed of the frequency omega 2 of the light and the frequency omega 3 light, the frequency omega 1 of the measuring light frequency omega 2 of the light and the frequency omega 3 Along the same optical path as the measurement light consisting of
It reaches the frequency separation elements 11 and 19, respectively.

【0044】前述したように、周波数分離素子11およ
び19は、周波数ω1 近傍の光のみを反射し、他の周波
数の光を透過する特性を有する。したがって、周波数分
離素子11および19の作用により、周波数ω1'の参照
光および周波数ω1 の測定光は、光源部50からの周波
数ω2 の光および周波数ω3 の光から分離される。すな
わち、周波数分離素子11で反射された周波数ω1'の参
照光は直接に、周波数分離素子19で反射された周波数
ω1 の測定光は反射鏡20で反射された後に、たとえば
偏光ビームスプリッタのような偏光結合素子12にそれ
ぞれ入射する。
As described above, the frequency separation elements 11 and 19 have a characteristic of reflecting only light near the frequency ω 1 and transmitting light of other frequencies. Therefore, by the operation of the frequency separation elements 11 and 19, the reference light having the frequency ω 1 ′ and the measurement light having the frequency ω 1 are separated from the light having the frequency ω 2 and the light having the frequency ω 3 from the light source unit 50. That is, the reference light of the frequency ω 1 ′ reflected by the frequency separation element 11 is directly reflected, and the measurement light of the frequency ω 1 reflected by the frequency separation element 19 is reflected by the reflecting mirror 20. The light is incident on such a polarization coupling element 12, respectively.

【0045】偏光結合素子12を介して同軸に結合され
た周波数ω1'の参照光と周波数ω1の測定光とは、偏光
板21を介して干渉する。偏光板21を介して生成され
た干渉光は、受光素子22で光電変換される。受光素子
22は、干渉光に基づく測定ビート信号(周波数Δ
ω1 )101を位相計105に供給する。一方、測長用
光源1から射出された2つの異なる周波数の光の一部
は、光分離素子2で反射され、偏光板23を介して干渉
する。偏光板23を介して生成された干渉光は、受光素
子24で光電変換され、参照ビート信号(周波数Δ
ω1 )100として位相計105に入力される。
The reference light and the frequency omega 1 of the measuring light is coupled coaxially through the polarization coupling element 12 the frequency omega 1 'interferes through the polarizer 21. The interference light generated via the polarizing plate 21 is photoelectrically converted by the light receiving element 22. The light receiving element 22 receives a measurement beat signal (frequency Δ
ω 1 ) 101 is supplied to a phase meter 105. On the other hand, a part of the light of two different frequencies emitted from the length measuring light source 1 is reflected by the light separating element 2 and interferes via the polarizing plate 23. The interference light generated through the polarizing plate 23 is photoelectrically converted by the light receiving element 24, and the reference beat signal (frequency Δ
ω 1 ) 100 is input to the phase meter 105.

【0046】位相計105では、参照ビート信号100
に対する測定ビート信号101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
6の変位量D(ω1 )を求め、この変位量D(ω1 )に
関する信号107を演算器108に供給する。演算器1
08では、光源1を用いた測長用干渉計で測定した移動
鏡6の変位量D(ω1 )を補正し、移動鏡の真の変位量
(幾何学的な距離)Dが求められる。すなわち、演算器
108は、位相計104の出力信号106と位相計10
5の出力信号107と式(6)の演算式とに基づいて、
屈折率変動に起因する測定誤差を補正した移動鏡6の真
の変位量Dを出力する。
In the phase meter 105, the reference beat signal 100
, The displacement D (ω 1 ) of the movable mirror 6 without considering the influence of the refractive index fluctuation is obtained, and a signal 107 relating to the displacement D (ω 1 ) is obtained. It is supplied to the arithmetic unit 108. Arithmetic unit 1
In step 08, the displacement D (ω 1 ) of the movable mirror 6 measured by the length measuring interferometer using the light source 1 is corrected, and the true displacement (geometric distance) D of the movable mirror is obtained. That is, the arithmetic unit 108 outputs the output signal 106 of the phase meter 104 and the phase meter 10
5 based on the output signal 107 of Expression 5 and the operation expression of Expression (6),
The true displacement amount D of the movable mirror 6 in which the measurement error caused by the refractive index fluctuation is corrected is output.

【0047】以上のように、第1実施例では、周波数変
換素子9および17よりも後方に配置された周波数分離
素子11および19において、移動鏡の変位を測定する
ための周波数ω1 の光および周波数ω1'の光と、屈折率
変動の測定のための周波数ω2 の光および周波数ω3
光との分離を行っている。その結果、参照光である周波
数ω1'の光が通る周波数分離素子9から偏光結合素子1
2までの比較的短い光路および測定光である周波数ω1
の光が通る周波数分離素子17から偏光結合素子12ま
での比較的短い光路において、屈折率変動の測定が必要
であるにもかかわらず屈折率変動は測定されないことに
なる。しかしながら、第1実施例では、測長干渉計の光
路ではなく屈折率変動の測定が不要であるにもかかわら
ず屈折率変動が測定される光路は全く存在しないことに
なる。
As described above, in the first embodiment, in the frequency separation elements 11 and 19 disposed behind the frequency conversion elements 9 and 17, the light of the frequency ω 1 for measuring the displacement of the movable mirror and the light of the frequency ω 1 are measured. The light of frequency ω 1 ′ is separated from the light of frequency ω 2 and the light of frequency ω 3 for measuring the refractive index fluctuation. As a result, from the frequency separation element 9 through which the light of the frequency ω 1 ′ as the reference light passes, the polarization coupling element 1
A relatively short optical path up to 2 and a frequency ω 1 which is the measuring light
In a relatively short optical path from the frequency separation element 17 to the polarization coupling element 12 through which the light passes, the refractive index fluctuation is not measured even though the refractive index fluctuation needs to be measured. However, in the first embodiment, not the optical path of the length measuring interferometer but the optical path in which the refractive index fluctuation is measured even though the measurement of the refractive index fluctuation is unnecessary does not exist at all.

【0048】このように、第1実施例では、屈折率変動
の測定が必要であるにもかかわらず屈折率変動の測定が
なされない測長光路は比較的短く、屈折率変動の測定が
不要であるにもかかわらず屈折率変動の測定がなされる
非測長光路は全く存在しない。したがって、屈折率変動
の不要な測定に起因する測定精度の低下を回避すること
ができる。また、屈折率変動の必要な測定の欠如に起因
する測定精度の低下を小さく抑えることができる。その
結果、第1実施例では、光路の屈折率変動に起因する測
長誤差を高精度に補正することができる。
As described above, in the first embodiment, although the measurement of the refractive index fluctuation is required, the length measuring optical path where the measurement of the refractive index fluctuation is not performed is relatively short, and the measurement of the refractive index fluctuation is unnecessary. Nevertheless, there is no non-length measuring optical path in which the measurement of the refractive index fluctuation is performed. Therefore, it is possible to avoid a decrease in measurement accuracy due to unnecessary measurement of the refractive index fluctuation. In addition, it is possible to suppress a decrease in measurement accuracy due to a lack of required measurement of refractive index fluctuation. As a result, in the first embodiment, a length measurement error caused by a change in the refractive index of the optical path can be corrected with high accuracy.

【0049】但し、第1実施例の光波干渉測定装置で
は、光路上の屈折率変動の大きさを測定することはでき
るが、屈折率変動の方向すなわち符号を判別することが
できない。つまり、式(6)における{D(ω3 )−D
(ω2 )}の絶対値を求めることはできるが、D
(ω3 )に対してD(ω2 )が小さいのかあるいは大き
いのかを判別することができない。そこで、屈折率変動
の方向を判別するために、図1の受光素子51および5
2でそれぞれ検出される干渉信号102および103の
各々に対して、90°だけ位相のずれた信号を得る必要
がある。
The optical interference measuring apparatus of the first embodiment can measure the magnitude of the refractive index fluctuation on the optical path, but cannot determine the direction of the refractive index fluctuation, that is, the sign. That is, ΔD (ω 3 ) −D in equation (6)
Although the absolute value of (ω 2 )} can be obtained, D
It is impossible to determine whether D (ω 2 ) is small or large with respect to (ω 3 ). Therefore, in order to determine the direction of the refractive index fluctuation, the light receiving elements 51 and 5 shown in FIG.
For each of the interference signals 102 and 103 respectively detected in step 2, it is necessary to obtain signals that are out of phase by 90 °.

【0050】90°だけ位相のずれた信号を得る方法
は、一般によく知られている。たとえば、受光素子51
に入射する干渉光を2つの干渉光に分割し、分割された
2つの干渉光のうちの一方の干渉光の位相に対して他方
の干渉光の位相を90°だけずらして検出し、検出され
た2つの干渉光によって得られた2つの信号から屈折率
変動の方向を判別することができる。なお、一方の干渉
光の位相に対して他方の干渉光の位相を90°ずらすに
は、波長板や偏光素子等を用いることができる。受光素
子52で検出される干渉光についても同様に、屈折率変
動の方向を判別することができる。
A method of obtaining a signal whose phase is shifted by 90 ° is generally well known. For example, the light receiving element 51
Is divided into two interference light beams, and the phase of one of the two divided interference light beams is shifted by 90 ° with respect to the phase of the other interference light beam. The direction of the refractive index fluctuation can be determined from the two signals obtained by the two interference lights. In order to shift the phase of one interference light by 90 ° with respect to the phase of the other interference light, a wave plate, a polarizing element, or the like can be used. Similarly, the direction of the refractive index fluctuation can be determined for the interference light detected by the light receiving element 52.

【0051】図3は、図1の光源部50の第1変形例を
示す図である。図3に示す光源部50は、2つの異なる
周波数の光すなわち周波数ω2 の光および周波数ω3
光を互いにほぼ平行な光路に沿って射出する光源210
を備えている。光源210から射出された周波数ω2
光は反射鏡207を介して、周波数ω3 の光は直接に、
周波数結合素子208にそれぞれ入射する。周波数分離
素子208は、たとえばダイクロイックミラーから構成
され、周波数ω2 の光を反射し、周波数ω3 の光を透過
する特性を有する。したがって、周波数結合素子208
を介して結合された周波数ω2 の光および周波数ω3
光は、偏光回転装置209を介して光源部50から同軸
に射出される。なお、上述の説明において周波数ω2
光の光路と周波数ω3 の光の光路とを逆に構成してもよ
い。また、図3の構成に限定されることなく、光源部5
0について様々な変形例が可能である。
FIG. 3 is a diagram showing a first modification of the light source unit 50 of FIG. The light source unit 50 shown in FIG. 3 emits light having two different frequencies, that is, light having a frequency ω 2 and light having a frequency ω 3 along optical paths substantially parallel to each other.
It has. The light of frequency ω 2 emitted from the light source 210 passes through the reflecting mirror 207, and the light of frequency ω 3 is
The light enters the frequency coupling elements 208 respectively. Frequency separating device 208 has for example, a dichroic mirror, a characteristic of reflecting light of a frequency omega 2, transmits light of a frequency omega 3. Therefore, the frequency coupling element 208
The light of the frequency ω 2 and the light of the frequency ω 3 which are coupled through the light are emitted coaxially from the light source unit 50 via the polarization rotation device 209. It is also possible to constitute the reversed optical path of the optical path and the frequency omega 3 optical frequency omega 2 of the light in the above description. Further, without being limited to the configuration of FIG.
Various modifications of 0 are possible.

【0052】図4は、図1の光源部50の第2変形例を
示す図である。図1の光波干渉測定装置の構成に対して
第2変形例の光源部50を採用することにより、いわゆ
るヘテロダイン干渉方式を用いて屈折率変動の測定を行
うことができる。図4の光源部50では、ヘテロダイン
方式を用いて周波数ω2 の光と周波数ω3 の光との干渉
光を検出するために、周波数変換素子201と偏光回転
装置209との間の光路中に、周波数分離素子205、
周波数変調素子202、周波数結合素子208および反
射鏡206、207を付設している。
FIG. 4 is a diagram showing a second modification of the light source unit 50 of FIG. By employing the light source unit 50 of the second modified example with respect to the configuration of the light wave interference measuring device of FIG. 1, it is possible to measure the refractive index fluctuation using a so-called heterodyne interference method. In the light source unit 50 of FIG. 4, in order to detect interference light between the light of the frequency ω 2 and the light of the frequency ω 3 using the heterodyne method, the light source unit 50 is disposed in an optical path between the frequency conversion element 201 and the polarization rotation device 209. , Frequency separation element 205,
A frequency modulation element 202, a frequency coupling element 208, and reflection mirrors 206 and 207 are additionally provided.

【0053】したがって、周波数変換素子201から射
出された周波数ω2 の光および周波数ω3 の光は、周波
数分離素子205に入射する。周波数分離素子205
は、たとえばダイクロイックミラーから構成され、周波
数ω2 の光を反射し、周波数ω3 の光を透過する特性を
有する。周波数分離素子205で反射された周波数ω2
の光は、反射鏡206および207で反射された後、周
波数結合素子208に入射する。一方、周波数分離素子
205を透過した周波数ω3 の光は、例えば音響光学素
子からなる周波数変調素子202を介して周波数変調さ
れ、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 )となり、周波数結合素子2
08に入射する。なお、周波数結合素子208は、周波
数分離素子205と同じ機能を有する。こうして、周波
数結合素子208を介して結合された周波数ω2 の光お
よび周波数ω3'の光は、偏光回転装置209を介して光
源部50から同軸に射出される。
Therefore, the light of frequency ω 2 and the light of frequency ω 3 emitted from the frequency conversion element 201 enter the frequency separation element 205. Frequency separation element 205
Includes for example, a dichroic mirror, a characteristic of reflecting light of a frequency omega 2, transmits light of a frequency omega 3. Frequency ω 2 reflected by frequency separation element 205
Are reflected by the reflecting mirrors 206 and 207 and then enter the frequency coupling element 208. On the other hand, light of frequency omega 3 transmitted through the frequency separating device 205 is, for example, frequency-modulated via a frequency modulator element 202 consisting of acousto-optic device, the frequency omega 3 which slightly shifted in frequency from the frequency omega 3 '
3 ′ = ω 3 + Δω 3 ), and the frequency coupling element 2
08. Note that the frequency coupling element 208 has the same function as the frequency separation element 205. Thus, the light of frequency ω 2 and the light of frequency ω 3 ′ coupled via the frequency coupling element 208 are emitted coaxially from the light source unit 50 via the polarization rotation device 209.

【0054】光源部50から同軸に射出された周波数ω
2 の光および周波数ω3'の光は、図1の第1実施例にお
ける周波数ω2 の光および周波数ω3 の光と同様の光路
を介して、周波数変換素子9および17に入射する。具
体的には、参照光路を介した周波数ω2 の光および周波
数ω3'の光は周波数変換素子9に、測定光路を介した周
波数ω2 の光および周波数ω3'の光は周波数変換素子1
7に入射する。周波数変換素子9では、参照光路を介し
た周波数ω2 の光および周波数ω3'の光のうち周波数ω
2 の光は周波数ω3 の光に周波数変換され、周波数ω3'
の光は周波数変換素子9をそのまま透過する。
Frequency ω coaxially emitted from light source unit 50
The light of frequency 2 and the light of frequency ω 3 ′ enter the frequency conversion elements 9 and 17 via the same optical paths as the light of frequency ω 2 and the light of frequency ω 3 in the first embodiment of FIG. Specifically, the light of the frequency ω 2 and the light of the frequency ω 3 ′ via the reference optical path are supplied to the frequency conversion element 9, and the light of the frequency ω 2 and the light of the frequency ω 3 ′ via the measurement optical path are supplied to the frequency conversion element 9. 1
7 is incident. In the frequency conversion element 9, the frequency ω of the light of the frequency ω 2 and the light of the frequency ω 3 ′ via the reference optical path
The light of 2 is frequency-converted into light of frequency ω 3 and the frequency ω 3
Is transmitted through the frequency conversion element 9 as it is.

【0055】このように、図1の光波干渉測定装置の構
成に対して図4の第2変形例にしたがう光源部50を用
いると、周波数が互いにΔω3 だけ異なる2つの光すな
わち周波数ω3 の光と周波数ω3'の光とが周波数変換素
子9を介してヘテロダイン干渉する。また、測定光路を
介した周波数ω2 の光および周波数ω3'の光についても
同様に、周波数変換素子17を介してヘテロダイン干渉
する。したがって、受光素子51からの干渉信号102
および受光素子52からの干渉信号103はともに干渉
ビート信号となる。位相計104では、干渉ビート信号
102と干渉ビート信号103とに基づいて、{D(ω
3')−D(ω2 )}を求める。位相計104で求められ
た{D(ω3')−D(ω2 )}に関する信号106は、
演算器108に供給される。したがって、演算器108
では、位相計104の出力信号106と位相計105の
出力信号107とに基づいて、式(6)の演算式によ
り、移動鏡の真の変位量Dを求めることができる。
As described above, when the light source unit 50 according to the second modified example shown in FIG. 4 is used for the configuration of the optical interference measuring apparatus shown in FIG. 1, two lights whose frequencies are different from each other by Δω 3, that is, the frequency ω 3 The light and the light having the frequency ω 3 ′ undergo heterodyne interference via the frequency conversion element 9. Similarly, the light of the frequency ω 2 and the light of the frequency ω 3 ′ via the measurement optical path also undergo heterodyne interference via the frequency conversion element 17. Therefore, the interference signal 102 from the light receiving element 51
And the interference signal 103 from the light receiving element 52 becomes an interference beat signal. In the phase meter 104, based on the interference beat signal 102 and the interference beat signal 103, ΔD (ω
3 ′) − D (ω 2 )}. The signal 106 regarding {D (ω 3 ′) −D (ω 2 )} obtained by the phase meter 104 is
It is supplied to the arithmetic unit 108. Therefore, the arithmetic unit 108
Then, based on the output signal 106 of the phase meter 104 and the output signal 107 of the phase meter 105, the true displacement amount D of the movable mirror can be obtained by the arithmetic expression of Expression (6).

【0056】また、第2変形例では、周波数ω2 の光と
周波数ω3 の光とを用いた屈折率変動測定をヘテロダイ
ン干渉方式で行っている。このため、光源部50の出力
変動に起因する誤差を受けにくく、位相差{D(ω3')
−D(ω2 )}を正確に検出することができる。その結
果、第2変形例にしたがう光源部50を用いた光波干渉
測定装置では、移動鏡の真の変位量Dの検出精度を向上
させることができる。
Further, in the second modified example, the refractive index fluctuation measurement using the light having the frequency ω 2 and the light having the frequency ω 3 is performed by the heterodyne interference method. For this reason, it is difficult to receive an error due to the output fluctuation of the light source unit 50, and the phase difference ΔD (ω 3 ′)
−D (ω 2 )} can be accurately detected. As a result, in the lightwave interference measurement device using the light source unit 50 according to the second modification, the accuracy of detecting the true displacement D of the movable mirror can be improved.

【0057】図5は、図1の光源部50の第3変形例を
示す図である。第3変形例は、図4の第2変形例と類似
の構成を有する。したがって、図1の光波干渉測定装置
の構成に対して第3変形例の光源部50を採用すること
により、ヘテロダイン干渉方式を用いて屈折率変動の測
定を行うことができる。しかしながら、第2変形例では
周波数ω3 の光だけを周波数変調するための周波数変調
素子202を備えているのに対し、第3変形例では周波
数ω2 の光および周波数ω3 の光をそれぞれ周波数変調
するための周波数変調素子204および203を備えて
いる。
FIG. 5 is a diagram showing a third modification of the light source unit 50 of FIG. The third modification has a configuration similar to that of the second modification of FIG. Therefore, by employing the light source unit 50 of the third modified example with respect to the configuration of the optical interference measurement apparatus of FIG. 1, it is possible to measure the refractive index fluctuation using the heterodyne interference method. However, while provided with a frequency modulation device 202 for frequency modulation only light of the frequency omega 3 in the second variation, respectively, at the frequency of light of the frequency omega 2 of the light and the frequency omega 3 in the third modification Frequency modulation elements 204 and 203 for performing modulation are provided.

【0058】図5の第3変形例において、周波数分離素
子205で反射された周波数ω2 の光は、反射鏡206
で反射された後、周波数変調素子204を介して周波数
ω2'の光(ω2'=ω2 +Δω2 )となり、反射鏡207
を介して周波数結合素子208に入射する。一方、周波
数分離素子205を透過した周波数ω3 の光は、周波数
変調素子203を介して周波数ω3'の光となり、周波数
結合素子208に入射する。こうして、周波数結合素子
208を介して結合された周波数ω2'の光および周波数
ω3'の光は、偏光回転装置209を介して光源部50か
ら同軸に射出される。このように、第3変形例では、周
波数ω2 の光および周波数ω3 の光の双方を周波数変調
しているので、光源への戻り光に起因する測定誤差を低
減することができる。
In the third modification shown in FIG. 5, the light of frequency ω 2 reflected by the frequency separation element 205
After the light is reflected by the mirror 207, the light becomes the light of the frequency ω 2 ′ (ω 2 ′ = ω 2 + Δω 2 ) via the frequency modulation element 204,
And enters the frequency coupling element 208 via. On the other hand, the light of the frequency ω 3 transmitted through the frequency separation element 205 becomes the light of the frequency ω 3 ′ via the frequency modulation element 203 and enters the frequency coupling element 208. Thus, the light having the frequency ω 2 ′ and the light having the frequency ω 3 ′ coupled via the frequency coupling element 208 are emitted coaxially from the light source unit 50 via the polarization rotation device 209. Thus, in the third modification, since the frequency modulation of both the frequency omega 2 of the light and the frequency omega 3 light, it is possible to reduce a measurement error due to return light to the light source.

【0059】図6は、本発明の第2実施例にかかる光波
干渉測定装置の構成を概略的に示す図である。第2実施
例は図1の第1実施例と類似の構成を有するが、測定光
路がいわゆるダブルパスに構成されている点だけが第1
実施例と基本的に相違する。したがって、図6におい
て、第1実施例の構成要素と同様の機能を有する要素に
は図1と同じ参照符号を付している。以下、第1実施例
との相違点に着目して、第2実施例を説明する。
FIG. 6 is a diagram schematically showing the configuration of an optical interference measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention. The second embodiment has a configuration similar to that of the first embodiment of FIG. 1 except that the measurement optical path is configured as a so-called double path.
Basically different from the embodiment. Therefore, in FIG. 6, elements having the same functions as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as in FIG. Hereinafter, the second embodiment will be described by focusing on the differences from the first embodiment.

【0060】図6の第2実施例では、移動鏡として平面
鏡305が用いられている。また、測定光路のダブルパ
ス構成のために、例えばコーナーキューブからなる反射
鏡306および1/4波長板304が付設されている。
したがって、偏光分離素子4を透過した測定光は、1/
4波長板304を介して移動鏡305で反射された後、
1/4波長板304を介して偏光分離素子4に戻る。1
/4波長板304を2回通過することにより、偏光分離
素子4に戻った測定光の偏光方位は90°回転してい
る。したがって、偏光分離素子4に戻った測定光は、偏
光分離素子4で反射され、コーナーキューブ306に入
射する。コーナーキューブ306で反射された測定光
は、偏光分離素子4で再び反射され、1/4波長板30
4を介して移動鏡305で再び反射される。移動鏡30
5で再び反射された測定光は、1/4波長板304を介
して偏光分離素子4に戻る。
In the second embodiment shown in FIG. 6, a plane mirror 305 is used as a movable mirror. For a double-pass configuration of the measurement optical path, a reflecting mirror 306 made of, for example, a corner cube and a quarter-wave plate 304 are additionally provided.
Therefore, the measurement light transmitted through the polarization separation element 4 is 1 /
After being reflected by the moving mirror 305 via the four-wavelength plate 304,
The light returns to the polarization separation element 4 via the quarter-wave plate 304. 1
By passing through the quarter-wave plate 304 twice, the polarization direction of the measurement light returned to the polarization separation element 4 is rotated by 90 °. Therefore, the measurement light returned to the polarization separation element 4 is reflected by the polarization separation element 4 and enters the corner cube 306. The measurement light reflected by the corner cube 306 is reflected again by the polarization beam splitter 4, and the 光 wavelength plate 30
The light is reflected again by the moving mirror 305 via the light source 4. Moving mirror 30
The measurement light reflected again at 5 returns to the polarization splitting element 4 via the 波長 wavelength plate 304.

【0061】このように、第2実施例では、測定光が移
動鏡305までの光路を2回往復するダブルパス構成を
採用しているので、より高分解能で測定が可能となる。
なお、その他の構成および動作については、第1実施例
と同様であるため重複する説明を省略する。また、第2
実施例においてヘテロダイン干渉方式により屈折率変動
の測定を行う場合には、図6の光源部50を第2変形例
または第3変形例にしたがって構成すればよい。
As described above, the second embodiment employs a double-pass configuration in which the measurement light reciprocates twice in the optical path to the movable mirror 305, so that measurement can be performed with higher resolution.
Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment, and therefore, duplicated description will be omitted. Also, the second
In a case where the refractive index fluctuation is measured by the heterodyne interference method in the embodiment, the light source unit 50 in FIG. 6 may be configured according to the second modification or the third modification.

【0062】図7は、本発明の第3実施例にかかる光波
干渉測定装置の構成を概略的に示す図である。第3実施
例は図6の第2実施例と類似の構成を有するが、測定光
路だけでなく参照光路もダブルパスに構成されている点
だけが第2実施例と基本的に相違する。したがって、図
7において、第2実施例の構成要素と同様の機能を有す
る要素には図6と同じ参照符号を付している。以下、第
2実施例との相違点に着目して、第3実施例を説明す
る。
FIG. 7 is a diagram schematically showing the configuration of an optical interference measuring apparatus according to a third embodiment of the present invention. The third embodiment has a configuration similar to that of the second embodiment of FIG. 6, but is basically different from the second embodiment only in that not only the measurement optical path but also the reference optical path is configured as a double path. Therefore, in FIG. 7, elements having the same functions as those of the second embodiment are denoted by the same reference numerals as in FIG. Hereinafter, the third embodiment will be described by focusing on the differences from the second embodiment.

【0063】図7の第3実施例では、固定鏡として平面
鏡302が用いられている。また、参照光路のダブルパ
ス構成のために、たとえば偏光ビームスプリッタからな
る偏光分離素子300、たとえばコーナーキューブから
なる反射鏡303、および1/4波長板301が付設さ
れている。したがって、偏光分離素子4で反射された参
照光は、偏光分離素子300および1/4波長板301
を介して、固定鏡302に入射する。固定鏡302で反
射された参照光は、1/4波長板301を介して偏光分
離素子300に戻る。1/4波長板301を2回通過す
ることにより、偏光分離素子300に戻った参照光の偏
光方位は90°回転している。したがって、偏光分離素
子300に戻った参照光は、偏光分離素子300を透過
し、コーナーキューブ303に入射する。
In the third embodiment shown in FIG. 7, a plane mirror 302 is used as a fixed mirror. For a double-pass configuration of the reference optical path, a polarization splitting element 300 composed of, for example, a polarization beam splitter, a reflecting mirror 303 composed of, for example, a corner cube, and a quarter-wave plate 301 are additionally provided. Therefore, the reference light reflected by the polarization separation element 4 is combined with the polarization separation element 300 and the 波長 wavelength plate 301.
, And enters the fixed mirror 302. The reference light reflected by the fixed mirror 302 returns to the polarization separation element 300 via the quarter-wave plate 301. By passing through the quarter-wave plate 301 twice, the polarization direction of the reference light returned to the polarization separation element 300 is rotated by 90 °. Therefore, the reference light returned to the polarization beam splitter 300 passes through the polarization beam splitter 300 and enters the corner cube 303.

【0064】コーナーキューブ303で反射された参照
光は、偏光分離素子300を再び透過し、1/4波長板
301を介して固定鏡302で再び反射される。固定鏡
302で再び反射された参照光は、1/4波長板301
を介して偏光分離素子300に戻る。1/4波長板30
1をさらに2回通過することにより、偏光分離素子30
0に戻った参照光の偏光方位はさらに90°回転して元
に戻っている。したがって、偏光分離素子300に戻っ
た参照光は、偏光分離素子300で反射され、偏光分離
素子4に戻る。
The reference light reflected by the corner cube 303 passes through the polarization splitter 300 again, and is reflected again by the fixed mirror 302 via the quarter-wave plate 301. The reference light reflected again by the fixed mirror 302 is a quarter-wave plate 301
And returns to the polarization separation element 300. 1/4 wavelength plate 30
1 two more times, the polarization splitting element 30
The polarization azimuth of the reference light that has returned to 0 is further rotated by 90 ° and returned to the original position. Therefore, the reference light returned to the polarization beam splitter 300 is reflected by the polarization beam splitter 300 and returns to the polarization beam splitter 4.

【0065】このように、第3実施例では、測定光およ
び参照光が移動鏡305および固定鏡302までの光路
をそれぞれ2回往復するダブルパス構成を採用し、移動
鏡305を構成する平面鏡の反射面と固定鏡302を構
成する平面鏡の反射面とが互いに平行に構成されてい
る。したがって、第3実施例の光波干渉測定装置を用い
ることにより、例えば半導体素子や液晶表示素子の製造
のための露光装置において固定鏡と移動鏡との相対的な
変位を測定するような場合でも、高分解能な測定が可能
となる。なお、その他の構成および動作については、第
2実施例と同様であるため重複する説明を省略する。ま
た、第3実施例においてヘテロダイン干渉方式により屈
折率変動の測定を行う場合には、図7の光源部50を第
2変形例または第3変形例にしたがって構成すればよ
い。
As described above, the third embodiment employs a double-pass configuration in which the measurement light and the reference light reciprocate twice in the optical path to the movable mirror 305 and the fixed mirror 302, respectively. The surface and the reflecting surface of the plane mirror forming the fixed mirror 302 are configured to be parallel to each other. Therefore, by using the optical interference measuring apparatus of the third embodiment, even when the relative displacement between the fixed mirror and the movable mirror is measured in an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor element or a liquid crystal display element, for example, High-resolution measurement becomes possible. The other configurations and operations are the same as those of the second embodiment, and therefore, the duplicate description will be omitted. In the case where the refractive index fluctuation is measured by the heterodyne interference method in the third embodiment, the light source unit 50 in FIG. 7 may be configured according to the second modification or the third modification.

【0066】図8は、本発明の第4実施例にかかる光波
干渉測定装置の構成を概略的に示す図である。第4実施
例は図1の第1実施例と類似の構成を有するが、周波数
分離素子11および19と屈折光学系10および18と
の配置を逆にした点が第1実施例と基本的に相違する。
したがって、図8において、第1実施例の構成要素と同
様の機能を有する要素には図1と同じ参照符号を付して
いる。以下、第1実施例との相違点に着目して、第4実
施例を説明する。
FIG. 8 is a diagram schematically showing the configuration of an optical interference measuring apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. The fourth embodiment has a configuration similar to that of the first embodiment shown in FIG. 1, except that the arrangement of the frequency separation elements 11 and 19 and the refractive optical systems 10 and 18 is reversed. Different.
Therefore, in FIG. 8, elements having the same functions as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in FIG. Hereinafter, the fourth embodiment will be described focusing on the differences from the first embodiment.

【0067】図8の第4実施例では、周波数変換素子9
および17と屈折光学系10および18との間に周波数
分離素子11および19をそれぞれ配置している。この
ため、周波数分離素子11と偏光結合素子12との間に
屈折光学系610を、周波数分離素子19と偏光結合素
子12との間に屈折光学系618をそれぞれ付設してい
る。以上の構成により、第4実施例においても第1実施
例と同様に、屈折率変動の測定が必要であるにもかかわ
らず屈折率変動の測定がなされない測長光路を比較的短
くすることができる。その結果、光路の屈折率変動に起
因する測長誤差を高精度に補正することができる。
In the fourth embodiment shown in FIG.
The frequency separation elements 11 and 19 are arranged between the optical system 10 and the refractive optical system 10 and the refraction optical system 10 and 18, respectively. Therefore, a refractive optical system 610 is provided between the frequency separating element 11 and the polarization coupling element 12, and a refractive optical system 618 is provided between the frequency separating element 19 and the polarization coupling element 12. With the configuration described above, also in the fourth embodiment, similarly to the first embodiment, it is possible to relatively shorten the length measuring optical path in which the measurement of the refractive index fluctuation is required but the measurement of the refractive index fluctuation is not performed. it can. As a result, a length measurement error caused by a change in the refractive index of the optical path can be corrected with high accuracy.

【0068】図9は、本発明の第5実施例にかかる光波
干渉測定装置の構成を概略的に示す図である。第5実施
例は図1の第1実施例と類似の構成を有するが、図9中
破線で示す囲い部材90を付設した点だけが第1実施例
と基本的に相違する。したがって、図9において、第1
実施例の構成要素と同様の機能を有する要素には図1と
同じ参照符号を付している。以下、第1実施例との相違
点に着目して、第5実施例を説明する。
FIG. 9 is a diagram schematically showing a configuration of an optical interference measuring apparatus according to a fifth embodiment of the present invention. The fifth embodiment has a configuration similar to that of the first embodiment of FIG. 1, but is basically different from the first embodiment only in that an enclosing member 90 indicated by a broken line in FIG. 9 is provided. Therefore, in FIG.
Elements having the same functions as those of the embodiment are denoted by the same reference numerals as in FIG. The fifth embodiment will be described below, focusing on the differences from the first embodiment.

【0069】図9の第5実施例では、囲い部材90によ
り、屈折率変動の測定が必要であるにもかかわらず屈折
率変動の測定がなされない測長光路を包囲している。具
体的には、参照光である周波数ω1'の光が通る周波数分
離素子9から偏光結合素子12までの光路および測定光
である周波数ω1 の光が通る周波数分離素子17から偏
光結合素子12までの光路が、囲い部材90により包囲
されている。
In the fifth embodiment shown in FIG. 9, the enclosing member 90 surrounds the length measuring optical path in which the measurement of the refractive index fluctuation is required but the refractive index fluctuation is not measured. Specifically, the optical path from the frequency separation element 9 through which the light of the frequency ω 1 ′ as the reference light passes to the polarization coupling element 12 and the frequency separation element 17 through which the light of the frequency ω 1 as the measurement light passes through the polarization coupling element 12 The optical path up to is enclosed by the enclosing member 90.

【0070】したがって、第5実施例では、屈折率変動
の測定が必要であるにもかかわらず屈折率変動の測定が
なされない測長光路の屈折率変動を囲い部材90の作用
により小さく抑えることができる。また、囲い部材90
の中を他の気体で置換したりほぼ真空状態にすることに
より、屈折率変動の測定が必要であるにもかかわらず屈
折率変動の測定がなされない測長光路が存在しないよう
に構成することも可能である。その結果、第5実施例に
おいても、光路の屈折率変動に起因する測長誤差を高精
度に補正することができる。
Therefore, in the fifth embodiment, the fluctuation of the refractive index of the length measuring optical path in which the measurement of the refractive index fluctuation is not performed even though the measurement of the refractive index fluctuation is necessary is suppressed by the action of the surrounding member 90. it can. Also, the surrounding member 90
By substituting the inside with another gas or making it almost in a vacuum state, it is necessary to configure so that there is no length measuring optical path where the refractive index fluctuation is not measured even though the refractive index fluctuation is required to be measured. Is also possible. As a result, also in the fifth embodiment, it is possible to correct the length measurement error caused by the change in the refractive index of the optical path with high accuracy.

【0071】なお、上述の各実施例では、測定光路を介
して偏光分離素子から射出される光と参照光路を介して
偏光分離素子から射出される光とが空間的に分離される
ように、移動鏡および固定鏡を適宜配置している。しか
しながら、たとえば偏光分離素子と移動鏡との間に偏向
手段を配置し、測定光路を介した光が偏光分離素子を介
することなく参照光路を介した光から空間的に分離され
るように構成することもできる。
In each of the above embodiments, the light emitted from the polarization splitter via the measurement optical path and the light emitted from the polarization splitter via the reference optical path are spatially separated. A movable mirror and a fixed mirror are appropriately arranged. However, for example, a deflecting unit is arranged between the polarization splitting element and the movable mirror so that the light passing through the measurement optical path is spatially separated from the light passing through the reference optical path without passing through the polarization splitting element. You can also.

【0072】[0072]

【効果】以上説明したように、本発明によれば、屈折率
変動の不要な測定および必要な測定の欠如に起因する測
定精度の低下を抑えて、光路の屈折率変動に起因する測
長誤差を高精度に補正することのできる光波干渉測定装
置を実現することができる。
As described above, according to the present invention, unnecessary measurement of refractive index fluctuation and reduction in measurement accuracy due to lack of necessary measurement are suppressed, and length measurement error due to refractive index fluctuation in the optical path is suppressed. Can be realized with high accuracy.

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

【図1】本発明の第1実施例にかかる光波干渉測定装置
の構成を概略的に示す図である。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of an optical interference measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の光源部50の内部構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an internal configuration of a light source unit 50 of FIG.

【図3】図1の光源部50の第1変形例を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing a first modification of the light source unit 50 of FIG.

【図4】図1の光源部50の第2変形例を示す図であ
る。
FIG. 4 is a diagram showing a second modification of the light source unit 50 of FIG.

【図5】図1の光源部50の第3変形例を示す図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing a third modification of the light source unit 50 of FIG.

【図6】本発明の第2実施例にかかる光波干渉測定装置
の構成を概略的に示す図である。
FIG. 6 is a diagram schematically showing a configuration of an optical interference measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第3実施例にかかる光波干渉測定装置
の構成を概略的に示す図である。
FIG. 7 is a diagram schematically showing a configuration of an optical interference measurement apparatus according to a third embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第4実施例にかかる光波干渉測定装置
の構成を概略的に示す図である。
FIG. 8 is a diagram schematically showing a configuration of an optical interference measurement apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第5実施例にかかる光波干渉測定装置
の構成を概略的に示す図である。
FIG. 9 is a diagram schematically showing a configuration of an optical interference measuring apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.

【図10】特願平7−60969号および特願平7−6
4537号の明細書および図面に開示の光波干渉測定装
置の構成を概略的に示す図である。
FIG. 10: Japanese Patent Application No. 7-60969 and Japanese Patent Application No. 7-6
It is a figure which shows roughly the structure of the lightwave interference measuring apparatus disclosed by the specification and drawing of No. 4537.

【図11】従来の光波干渉測定装置の構成を概略的に示
す図である。
FIG. 11 is a diagram schematically showing a configuration of a conventional light wave interference measurement device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、200、210 光源 50 光源部 2 光分離素子 3、208 周波数結合素子 4、300、400 偏光分離素子 5、302 固定鏡 6、305 移動鏡 7、15、209 偏光回転装置 8、10、16、18、610、618 屈折光学素子 9、17、201 周波数変換素子 11、19、205 周波数分離素子 12、502 偏光結合素子 13、14、20、206、207、303、306
反射鏡 21、23 偏光板 22、24、51、52 受光素子 104、105 位相計 108 演算器 202〜204 周波数変調素子 301、304 1/4波長板 532 エアセンサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 200, 210 Light source 50 Light source part 2 Light separation element 3, 208 Frequency coupling element 4, 300, 400 Polarization separation element 5, 302 Fixed mirror 6, 305 Moving mirror 7, 15, 209 Polarization rotation device 8, 10, 16 , 18, 610, 618 Refractive optical element 9, 17, 201 Frequency conversion element 11, 19, 205 Frequency separation element 12, 502 Polarization coupling element 13, 14, 20, 206, 207, 303, 306
Reflecting mirror 21, 23 Polarizing plate 22, 24, 51, 52 Light receiving element 104, 105 Phase meter 108 Operation unit 202-204 Frequency modulation element 301, 304 Quarter wave plate 532 Air sensor

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 所定の周波数を有する第1の光を出力す
るための光源と、 互いに異なる周波数を有する第2の光および第3の光を
同一光路に沿って出力するための光源部と、 前記光源からの前記第1の光と前記光源部からの前記第
2の光および前記第3の光とを同一光路に沿って結合す
るための周波数結合手段と、 前記周波数結合手段を介した前記第1の光、前記第2の
光および前記第3の光を、固定鏡までの参照光路に沿っ
て導かれる参照光と、移動鏡までの測定光路に沿って導
かれる測定光とにそれぞれ偏光分離するための偏光分離
手段と、 前記測定光路を介した前記第2の光および前記第3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
させて第1干渉光を生成するための第1干渉光生成系
と、 前記参照光路を介した前記第2の光および前記第3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
させて第2干渉光を生成するための第2干渉光生成系
と、 前記測定光路および前記第1干渉光生成系を介した前記
第1の光、前記第2の光および前記第3の光を、前記第
1の光と前記第2の光および前記第3の光とに周波数分
離するための第1周波数分離手段と、 前記参照光路および前記第2干渉光生成系を介した前記
第1の光、前記第2の光および前記第3の光を、前記第
1の光と前記第2の光および前記第3の光とに周波数分
離するための第2周波数分離手段と、 前記測定光路を介して前記第1周波数分離手段によって
分離された前記第1の光と前記参照光路を介して前記第
2周波数分離手段によって分離された前記第1の光とに
基づいて第3干渉光を生成するための第3干渉光生成系
とを備え、 前記第3干渉光に基づいて測定された前記移動鏡の変位
量を、前記第1干渉光および前記第2干渉光に基づいて
測定された前記測定光路中および前記参照光路中の屈折
率変動情報に基づいて補正することを特徴とする光波干
渉測定装置。
A light source for outputting a first light having a predetermined frequency; a light source for outputting a second light and a third light having different frequencies along the same optical path; A frequency coupling unit for coupling the first light from the light source, the second light and the third light from the light source unit along the same optical path, and The first light, the second light, and the third light are respectively polarized into a reference light guided along a reference optical path to a fixed mirror and a measurement light guided along a measurement optical path to a movable mirror. Polarization splitting means for splitting, and generating a first interference light by making a frequency of one of the second light and the third light through the measurement optical path substantially equal to a frequency of the other light. A first interference light generation system for performing A second interference light generation system for generating a second interference light by making a frequency of one of the second light and the third light substantially equal to a frequency of the other light; and The first light, the second light, and the third light via the first interference light generation system are frequency-separated into the first light, the second light, and the third light. A first frequency separating unit, and the first light, the second light, and the third light via the reference light path and the second interference light generation system, and the first light and the second light. Second frequency separating means for frequency-separating the second light and the third light, and the first light and the reference light separated by the first frequency separating means via the measurement optical path. And third interference based on the first light separated by the second frequency separation means. And a displacement amount of the movable mirror measured based on the third interference light is measured based on the first interference light and the second interference light. A light-wave interference measuring apparatus, wherein the correction is performed based on the refractive index fluctuation information in the measurement optical path and the reference optical path.
【請求項2】 前記固定鏡および前記移動鏡は、前記測
定光路を介して前記偏光分離手段から射出される測定光
と前記参照光路を介して前記偏光分離手段から射出され
る参照光とを互いに空間的に分離するように配置されて
いることを特徴とする請求項1に記載の光波干渉測定装
置。
2. The apparatus according to claim 1, wherein the fixed mirror and the movable mirror separate measurement light emitted from the polarization splitting unit through the measurement optical path and reference light emitted from the polarization splitting unit through the reference optical path. The light wave interference measurement device according to claim 1, wherein the light wave interference measurement device is arranged so as to be spatially separated.
【請求項3】 前記固定鏡および前記移動鏡は、それぞ
れコーナーキューブプリズムからなり、 前記固定鏡で反射された前記参照光が前記偏光分離手段
に入射する位置と、前記移動鏡で反射された前記測定光
が前記偏光分離手段に入射する位置とが実質的に異なる
ように前記2つのコーナーキューブプリズムが配置され
ていることを特徴とする請求項2に記載の光波干渉測定
装置。
3. The fixed mirror and the movable mirror each include a corner cube prism, and a position where the reference light reflected by the fixed mirror is incident on the polarization splitting means, and a position reflected by the movable mirror. 3. The optical interference measuring apparatus according to claim 2, wherein the two corner cube prisms are arranged so that a position where the measuring light is incident on the polarization splitting means is substantially different.
【請求項4】 前記第1干渉光生成系は、 前記測定光路を介した前記第2の光および前記第3の光
のうち少なくとも一方の光の偏光方位を調整するための
第1偏光回転手段と、該第1偏光回転手段を介した前記
第2の光および前記第3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ための第1周波数変
換手段と、前記第1偏光回転手段を介した前記第2の光
および前記第3の光を前記第1周波数変換手段上に集光
させるための第1集光手段とを有し、 前記第2干渉光生成系は、 前記参照光路を介した前記第2の光および前記第3の光
のうち少なくとも一方の光の偏光方位を調整するための
第2偏光回転手段と、該第2偏光回転手段を介した前記
第2の光および前記第3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ための第2周波数変
換手段と、前記第2偏光回転手段を介した前記第2の光
および前記第3の光を前記第2周波数変換手段上に集光
させるための第2集光手段とを有することを特徴とする
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光波干渉測定装
置。
4. A first polarization rotating means for adjusting a polarization direction of at least one of the second light and the third light via the measurement optical path. And first frequency conversion means for making the frequency of one of the second light and the third light through the first polarization rotation means substantially equal to the frequency of the other light; and A first condensing unit for condensing the second light and the third light via the one polarization rotating unit on the first frequency conversion unit; and the second interference light generation system A second polarization rotation unit for adjusting a polarization direction of at least one of the second light and the third light via the reference optical path, and the second polarization rotation unit via the second polarization rotation unit. The frequency of one of the second light and the third light is approximately the same as the frequency of the other light. A second frequency converting means for making the two light beams coincide with each other, and a second light condensing means for condensing the second light and the third light via the second polarization rotating means on the second frequency converting means. The light wave interference measurement apparatus according to claim 1, further comprising:
【請求項5】 前記光源は、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周波数ω1 の光と周
波数ω1'の光とを含んだ光を前記第1の光として出力
し、 前記偏光分離手段は、前記周波数ω1 の光を前記測定光
に、前記周波数ω1'の光を前記参照光にそれぞれ偏光分
離することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項
に記載の光波干渉測定装置。
5. The light source outputs light including light having a frequency ω 1 and light having a frequency ω 1 ′ whose frequencies are slightly different from each other and whose polarization directions are orthogonal to each other, as the first light, The polarization separation means separates the light of the frequency ω 1 into the measurement light and the light of the frequency ω 1 ′ into the reference light, respectively. Light wave interferometer.
【請求項6】 前記光源部は、 前記第2の光と前記第3の光とを互いに異なる光路に沿
ってそれぞれ出力するための第1光源と、 前記第1光源からの前記第2の光と前記第3の光とを同
一光路上に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1乃至5のいずれか1項に記載
の光波干渉測定装置。
6. The first light source for outputting the second light and the third light along different optical paths, respectively, and the second light from the first light source. The optical interference measurement apparatus according to claim 1, further comprising: a frequency coupling element for coupling the third light with the third light on the same optical path.
【請求項7】 前記光源部は、 前記第2の光を出力するための第2光源と、 前記第2光源からの前記第2の光の一部を高調波に変換
し、該高調波を前記第3の光として出力するための第3
周波数変換手段とを有し、 前記第1干渉光生成系は、前記測定光路を介した前記第
2の光を高調波に変換するための第4周波数変換手段を
有し、 前記第2干渉光生成系は、前記参照光路を介した前記第
2の光を高調波に変換するための第5周波数変換手段を
有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項
に記載の光波干渉測定装置。
7. The light source unit includes: a second light source for outputting the second light; and a part of the second light from the second light source, which is converted into a harmonic. A third light for outputting as the third light
Frequency conversion means, wherein the first interference light generation system has fourth frequency conversion means for converting the second light through the measurement optical path into a harmonic, and the second interference light The light wave interference according to any one of claims 1 to 5, wherein the generation system includes a fifth frequency conversion unit configured to convert the second light having passed through the reference light path into a harmonic. measuring device.
【請求項8】 前記光源部は、前記第2の光および前記
第3の光のうち少なくともいずれか一方の光の周波数を
わずかに周波数変調させるための周波数変調手段をさら
に有することを特徴とする請求項6または7に記載の光
波干渉測定装置。
8. The light source unit further includes frequency modulation means for slightly modulating the frequency of at least one of the second light and the third light. The optical interference measurement apparatus according to claim 6.
【請求項9】 前記移動鏡および前記固定鏡のうち、少
なくとも一方は平面鏡であることを特徴とする請求項1
乃至8のいずれか1項に記載の光波干渉測定装置。
9. The apparatus according to claim 1, wherein at least one of said movable mirror and said fixed mirror is a plane mirror.
9. The light wave interference measurement apparatus according to any one of claims 8 to 8.
JP8248561A 1996-08-30 1996-08-30 Interference measuring instrument using light wave Pending JPH1073409A (en)

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