JPH1096601A - Light wave interference measuring device - Google Patents

Light wave interference measuring device

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Publication number
JPH1096601A
JPH1096601A JP8271427A JP27142796A JPH1096601A JP H1096601 A JPH1096601 A JP H1096601A JP 8271427 A JP8271427 A JP 8271427A JP 27142796 A JP27142796 A JP 27142796A JP H1096601 A JPH1096601 A JP H1096601A
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JP
Japan
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light
frequency
interference
harmonic
measuring
Prior art date
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Application number
JP8271427A
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Japanese (ja)
Inventor
Keishin Shinjiyou
啓慎 新城
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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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately correct measurement error caused by fluctuation of air density and humidity in light path by correcting the displacement of an object measured with a measuring optical system based on information on fluctuation of a refractive index in the air measured with a refractive index fluctuation measuring system. SOLUTION: A measuring optical system is an interferometer for length measurement for measuring the displacement of a moving mirror 140 along a specified direction. The lights of frequencies f10, f20 and f30 having different frequencies each other which are emitted along nearly the same light path from a light source 300 of the refractive index fluctuation measuring system are reflected by a dichroic mirror 110 and bound along with nearly the same light path as the lights from the light source 310 for length measurement. By almost coinciding the frequencies of light with frequency f10 and frequency f20 and almost coinciding those of frequency f20 and frequency f30, two interfered lights are produced and the fluctuation of refractive index accompanying the fluctuation of density and humidity of the air in the specific light path of the interfero meter for length measurement is measured based on those interfered lights to correct the measured displacement of the moving mirror 140.

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、特に物体の長さ、変位、密度などを高精度に測定
する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 an optical interference measuring apparatus, and more particularly to an optical interference measuring apparatus for measuring the length, displacement, density, etc. of an object with high accuracy.

【0002】[0002]

【従来の技術】図9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9の光波干渉測定装置は、
ステージ131の光軸方向(図中矢印方向)の変位を測
定するためのヘテロダイン干渉方式の測長用干渉計と、
測長用干渉計の測定光路中の空気(またはその他の気
体:以下、単に「空気」という)の屈折率変動を測定す
るための屈折率変動測定系とから構成されている。
2. Description of the Related Art FIG. 9 is a diagram schematically showing a configuration of a conventional light wave interference measuring device. The light wave interference measurement device of FIG.
A heterodyne interferometric length measuring interferometer for measuring the displacement of the stage 131 in the optical axis direction (arrow direction in the figure);
It comprises a refractive index fluctuation measuring system for measuring the refractive index fluctuation of air (or other gas: hereinafter simply referred to as “air”) in the measuring optical path of the length measuring interferometer.

【0003】図9の測長用干渉計において、測長用光源
314は、周波数が互いにわずかに異なり且つ偏光方位
が直交した周波数f00の光と周波数f01の光とを射出す
る。この2つの異なる周波数の光は、ビームスプリッタ
101、ダイクロイックミラー118およびダイクロイ
ックミラー128を介して偏光ビームスプリッタ402
に入射し、周波数f00の光と周波数f01の光とに分離さ
れる。すなわち、偏光ビームスプリッタ402で反射さ
れた周波数f01の光は参照光となり、固定鏡152で反
射された後、再び偏光ビームスプリッタ402に戻る。
また、偏光ビームスプリッタ402を透過した周波数f
00の光は測定光となり、ステージ131に取り付けられ
た移動鏡142で反射された後、再び偏光ビームスプリ
ッタ402に戻る。
In the length measuring interferometer of FIG. 9, a length measuring light source 314 emits light of frequency f00 and light of frequency f01 having slightly different frequencies and orthogonal polarization directions. The lights of the two different frequencies are transmitted through the beam splitter 101, the dichroic mirror 118 and the dichroic mirror 128 to the polarization beam splitter 402.
And is separated into light of frequency f00 and light of frequency f01. That is, the light having the frequency f01 reflected by the polarization beam splitter 402 becomes reference light, is reflected by the fixed mirror 152, and returns to the polarization beam splitter 402 again.
The frequency f transmitted through the polarization beam splitter 402
The light of 00 becomes measurement light, is reflected by the moving mirror 142 attached to the stage 131, and returns to the polarization beam splitter 402 again.

【0004】偏光ビームスプリッタ402に戻った測定
光と参照光とは、ほぼ同一の光路に沿って偏光ビームス
プリッタ402から射出され、ダイクロイックミラー1
27および周波数フィルタ420を介して、偏光子付き
のレシーバ219に入射する。こうして、偏光子を介し
て生成された干渉光はレシーバ219によって検出さ
れ、ステージ131の変位測定のための測定ビート信号
として演算器203に入力される。
The measurement light and reference light returned to the polarization beam splitter 402 are emitted from the polarization beam splitter 402 along substantially the same optical path, and are output from the dichroic mirror 1.
27, and enters the receiver 219 with the polarizer via the frequency filter 420. The interference light generated through the polarizer in this way is detected by the receiver 219 and input to the calculator 203 as a measurement beat signal for measuring the displacement of the stage 131.

【0005】一方、測長用光源314から射出された周
波数f00の光および周波数f01の光の一部は、ビームス
プリッタ101によって反射され、偏光子付きのレシー
バ218に入射する。偏光子を介して生成された干渉光
はレシーバ218によって検出され、ステージ131の
変位測定のための参照ビート信号として演算器203に
入力される。演算器203では、レシーバ218からの
参照ビート信号に対するレシーバ219からの測定ビー
ト信号の位相変化に基づいて、屈折率変動の影響を考慮
していないステージ131の変位量ΔD(f00)を求め
る。
On the other hand, a part of the light of frequency f00 and part of the light of frequency f01 emitted from the length measuring light source 314 is reflected by the beam splitter 101 and enters a receiver 218 with a polarizer. The interference light generated via the polarizer is detected by the receiver 218 and input to the arithmetic unit 203 as a reference beat signal for measuring the displacement of the stage 131. The arithmetic unit 203 obtains the displacement amount ΔD (f00) of the stage 131 without considering the influence of the refractive index variation based on the phase change of the measured beat signal from the receiver 219 with respect to the reference beat signal from the receiver 218.

【0006】一方、屈折率変動測定系は、周波数f1 の
光と、その第2高調波である周波数f2 の光(f2 =2
f1 )とを互いにほぼ平行に射出する光源315を備え
ている。なお、周波数f1 の光の偏光方位と周波数f2
の光の偏光方位とは互いにほぼ一致し、測長用光源31
4からの周波数f00の光の偏光方位とほぼ同じである。
光源315から射出された周波数f1 の光および周波数
f2 の光は、周波数シフタ414および415にそれぞ
れ入射する。周波数シフタ414に入射した周波数f1
の光は、周波数f1 からわずかに周波数のずれた周波数
f10の光(f10=f1 +Δf1 )に周波数変調される。
また、周波数シフタ415に入射した周波数f2 の光
は、周波数f2 からわずかに周波数のずれた周波数f20
の光(f20=f2 +Δf2 )に周波数変調される。
[0006] On the other hand, the refractive index fluctuation measuring system uses a light having a frequency f1 and a light having a frequency f2 as a second harmonic thereof (f2 = 2).
f1) are emitted substantially parallel to each other. Note that the polarization direction of the light of frequency f1 and the frequency f2
And the polarization directions of the light of
It is almost the same as the polarization direction of the light of frequency f00 from No. 4.
The light having the frequency f1 and the light having the frequency f2 emitted from the light source 315 enter the frequency shifters 414 and 415, respectively. Frequency f1 incident on frequency shifter 414
Is frequency-modulated to light of frequency f10 (f10 = f1 + .DELTA.f1) slightly shifted in frequency from frequency f1.
The light having the frequency f2 incident on the frequency shifter 415 has a frequency f20 slightly shifted from the frequency f2.
(F20 = f2 + Δf2).

【0007】周波数f10の光および周波数f20の光は、
周波数結合素子であるダイクロイックミラー117に入
射する。こうして、ダイクロイックミラー117を介し
てほぼ同一の光路に沿って結合された周波数f10の光お
よび周波数f20の光は、もう1つのダイクロイックミラ
ー118に入射する。ダイクロイックミラー118で反
射された周波数f10の光および周波数f20の光は、測長
用光源314からの周波数f00の光および周波数f01の
光とほぼ同一の光路に沿って結合され、偏光ビームスプ
リッタ402に入射する。
The light of frequency f10 and the light of frequency f20 are
The light enters a dichroic mirror 117 which is a frequency coupling element. Thus, the light of the frequency f10 and the light of the frequency f20 that are coupled along the substantially same optical path via the dichroic mirror 117 enter another dichroic mirror 118. The light having the frequency f10 and the light having the frequency f20 reflected by the dichroic mirror 118 are coupled along substantially the same optical path as the light having the frequency f00 and the light having the frequency f01 from the length measuring light source 314, and are transmitted to the polarization beam splitter 402. Incident.

【0008】周波数f10の光および周波数f20の光は、
偏光ビームスプリッタ402を透過し、移動鏡142に
入射する。移動鏡142で反射された周波数f10の光お
よび周波数f20の光は、偏光ビームスプリッタ402を
透過し、周波数分離素子であるダイクロイックミラー1
27に入射する。ダイクロイックミラー127で反射さ
れた周波数f10の光および周波数f20の光は、第2高調
波変換素子(以下、「SHG変換素子」という)185
に入射する。SHG変換素子185では、周波数f10の
光の一部がSHG変換されて周波数f10' (f10' =2
f10)の光になる。一方、周波数f20の光は、SHG変
換素子185をそのまま透過する。SHG変換素子18
5から射出された周波数f10' の光および周波数f20の
光は、周波数フィルタ421を介して、偏光子付きのレ
シーバ430に入射する。こうして、偏光子を介して生
成された干渉光はレシーバ430によって検出され、屈
折率変動測定のための測定ビート信号として演算器20
3に入力される。
The light of frequency f10 and the light of frequency f20 are
The light passes through the polarization beam splitter 402 and enters the movable mirror 142. The light of the frequency f10 and the light of the frequency f20 reflected by the movable mirror 142 pass through the polarization beam splitter 402, and the dichroic mirror 1 as a frequency separation element.
27. The light having the frequency f10 and the light having the frequency f20 reflected by the dichroic mirror 127 are converted into a second harmonic conversion element (hereinafter, referred to as "SHG conversion element") 185.
Incident on. In the SHG conversion element 185, a part of the light having the frequency f10 is subjected to the SHG conversion to obtain the frequency f10 '(f10' = 2).
f10). On the other hand, the light having the frequency f20 passes through the SHG conversion element 185 as it is. SHG conversion element 18
The light having the frequency f10 'and the light having the frequency f20 emitted from 5 enter the receiver 430 with a polarizer via the frequency filter 421. The interference light generated through the polarizer in this manner is detected by the receiver 430, and is used as a measurement beat signal for the refractive index fluctuation measurement by the arithmetic unit 20.
3 is input.

【0009】一方、光源315からの周波数f10の光お
よび周波数f20の光の一部は、ダイクロイックミラー1
28によって反射され、SHG変換素子186に入射す
る。SHG変換素子186では、周波数f10の光の一部
がSHG変換されて周波数f10' (f10' =2f10)の
光になる。一方、周波数f20の光は、SHG変換素子1
86をそのまま透過する。SHG変換素子186から射
出された周波数f10'の光および周波数f20の光は、周
波数フィルタ422を介して、偏光子付きのレシーバ4
31に入射する。こうして、偏光子を介して生成された
干渉光はレシーバ431によって検出され、屈折率変動
測定のための参照ビート信号として演算器203に入力
される。
On the other hand, the light of the frequency f10 and a part of the light of the frequency f20 from the light source 315 are transmitted to the dichroic mirror 1
The light is reflected by 28 and enters the SHG conversion element 186. In the SHG conversion element 186, a part of the light having the frequency f10 is subjected to SHG conversion to become light having the frequency f10 '(f10' = 2f10). On the other hand, the light of the frequency f20 is
86 as it is. The light having the frequency f10 'and the light having the frequency f20 emitted from the SHG conversion element 186 are passed through the frequency filter 422 to the receiver 4 having the polarizer.
It is incident on 31. Thus, the interference light generated via the polarizer is detected by the receiver 431, and is input to the arithmetic unit 203 as a reference beat signal for measuring the refractive index fluctuation.

【0010】演算器203では、レシーバ431からの
参照ビート信号に対するレシーバ430からの測定ビー
ト信号の位相変化に基づいて、測長用干渉計の測定光路
中の空気の屈折率変動を測定する。そして、屈折率変動
測定系で測定した屈折率変動に基づいて、測長用干渉計
で測定したステージ131の変位量ΔD(f00)を補正
し、ステージ131の真の変位量(幾何学的な距離)Δ
Dを求める。以下、ステージ131の変位量D(f00)
から真の変位量ΔDへの補正について説明する。
The arithmetic unit 203 measures the change in the refractive index of air in the measurement optical path of the length measuring interferometer based on the phase change of the measurement beat signal from the receiver 430 with respect to the reference beat signal from the receiver 431. Then, based on the refractive index fluctuation measured by the refractive index fluctuation measuring system, the displacement amount ΔD (f00) of the stage 131 measured by the length measuring interferometer is corrected, and the true displacement amount (geometric Distance) Δ
Find D. Hereinafter, the displacement amount D (f00) of the stage 131
Will be described below.

【0011】周波数fa、fbおよびfcの光に対する
光路長D(fa)、D(fb)およびD(fc)は、そ
れぞれ次の式(1)〜(3)により表される。
The optical path lengths D (fa), D (fb) and D (fc) for light of frequencies fa, fb and fc are represented by the following equations (1) to (3), respectively.

【数1】 D(fa)={1+N・F(fa)}D (1) D(fb)={1+N・F(fb)}D (2) D(fc)={1+N・F(fc)}D (3)D (fa) = {1 + NF (fa)} D (1) D (fb) = {1 + NF (fb)} D (2) D (fc) = {1 + NF (fc) } D (3)

【0012】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(f)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
fのみに依存する関数である。上述の式(1)〜(3)
より、幾何学的距離Dは次の式(4)によって与えられ
る。
Here, D is a geometric distance, and N is the density of air. Further, F (f) is a function that depends only on the frequency f of the light without depending on the density of the air if the composition ratio of the air is unchanged. Equations (1) to (3) above
Thus, the geometric distance D is given by the following equation (4).

【数2】 D=D(fa)−A{D(fc)−D(fb)} (4) 但し、A=F(fa)/{F(fc)−F(fb)}で
ある。
D = D (fa) −A {D (fc) −D (fb)} (4) where A = F (fa) / {F (fc) −F (fb)}.

【0013】式(4)より、幾何学的距離Dの変化量す
なわち真の変位量ΔDは、次の式(5)によって与えら
れる。
From equation (4), the amount of change in the geometric distance D, that is, the true displacement ΔD is given by the following equation (5).

【数3】 ΔD=ΔD(fa)−A{ΔD(fc)−ΔD(fb)} (5) ここで、ΔD(fa)、ΔD(fb)およびΔD(f
c)は、周波数fa、fbおよびfcの光に対する光路
長変化である。
ΔD = ΔD (fa) −A {ΔD (fc) −ΔD (fb)} (5) where ΔD (fa), ΔD (fb) and ΔD (f
c) is an optical path length change with respect to light of frequencies fa, fb, and fc.

【0014】上述したように、式(5)の右辺第1項の
ΔD(fa)は、測長用干渉計においてレシーバ218
からの参照ビート信号とレシーバ219からの測定ビー
ト信号との位相変化に基づいて求められる。また、式
(5)の右辺第2項の{ΔD(fc)−ΔD(fb)}
は、屈折率変動測定系においてレシーバ431からの参
照ビート信号とレシーバ430からの測定ビート信号と
の位相変化に基づいて求められる。こうして、演算器2
03では、式(5)の演算式に基づいて、測長用干渉計
で測定した変位量ΔD(fa)を補正し、真の変位量Δ
Dを求めることができる。
As described above, ΔD (fa) of the first term on the right side of the equation (5) is calculated by the receiver 218 in the length measuring interferometer.
And the measured beat signal from the receiver 219. Further, {ΔD (fc) −ΔD (fb)} of the second term on the right side of Expression (5)
Is calculated based on the phase change between the reference beat signal from the receiver 431 and the measured beat signal from the receiver 430 in the refractive index fluctuation measurement system. Thus, arithmetic unit 2
In step 03, the displacement amount ΔD (fa) measured by the length measuring interferometer is corrected based on the arithmetic expression of equation (5), and the true displacement amount ΔD (fa) is corrected.
D can be determined.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】一般に、光路中の空気
の屈折率変動は、空気の密度変動(すなわち温度変動)
だけに依存するわけでなく、空気の湿度変動にも依存す
る。しかしながら、上述の従来の光波干渉測定装置で
は、光路中の空気の密度変動に伴う屈折率変動の影響だ
けを考慮して、測長用干渉計の測定値を補正している。
その結果、光路中の空気の湿度が変動するような環境下
で従来の光波干渉測定装置を使用すると、湿度変動に伴
う屈折率変動に起因して測定誤差が発生し、測定精度が
低下するという不都合があった。
In general, a change in the refractive index of air in an optical path is caused by a change in air density (that is, a change in temperature).
Depends not only on the humidity but also on the humidity of the air. However, in the above-described conventional light wave interference measuring apparatus, the measured value of the length measuring interferometer is corrected in consideration of only the influence of the refractive index fluctuation caused by the density fluctuation of the air in the optical path.
As a result, when using a conventional light wave interference measurement device in an environment where the humidity of air in the optical path fluctuates, a measurement error occurs due to the refractive index fluctuation accompanying the humidity fluctuation, and the measurement accuracy is reduced. There was an inconvenience.

【0016】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、光路中の気体の密度変動および湿度変動に伴
う屈折率変動に起因する測定誤差を補正することのでき
る高精度な光波干渉測定装置を提供することを目的とす
る。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and has been made in consideration of the above-described problems, and has been made in consideration of a high-precision light wave interference capable of correcting a measurement error caused by a refractive index variation caused by a density variation and a humidity variation of a gas in an optical path. It is an object to provide a measuring device.

【0017】[0017]

【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、物体の変位量を光学的に測定する
ための測定光学系と、前記測定光学系の光路中の気体の
密度変動および湿度変動に伴う屈折率変動を測定するた
めの屈折率変動測定系とを備え、前記測定光学系で測定
した前記物体の変位量を前記屈折率変動測定系で測定し
た前記光路中の気体の屈折率変動情報に基づいて補正す
ることによって前記物体の幾何学的変位量を測定するこ
とを特徴とする光波干渉測定装置を提供する。
According to the present invention, there is provided a measuring optical system for optically measuring an amount of displacement of an object, and a gas density variation in an optical path of the measuring optical system. And a refractive index fluctuation measuring system for measuring the refractive index fluctuation due to humidity fluctuation, the gas in the optical path measured by the refractive index fluctuation measuring system the amount of displacement of the object measured by the measurement optical system. A light wave interference measurement device is provided, wherein a geometric displacement amount of the object is measured by correcting based on refractive index fluctuation information.

【0018】本発明の好ましい態様によれば、前記測定
光学系は、所定方向に沿った移動鏡の変位量を測定する
ための測長用干渉計であり、前記屈折率変動測定系は、
互いに異なる周波数を有する第1の光、第2の光および
第3の光をほぼ同一の光路に沿って出力するための第1
光源部と、前記測長用干渉計の所定光路を介した前記第
1の光および前記第2の光のうち前記第1の光の周波数
を前記第2の光の周波数とほぼ一致させることによって
第1干渉光を生成するための第1干渉光生成系と、前記
測長用干渉計の前記所定光路を介した前記第2の光およ
び前記第3の光のうち前記第2の光の周波数を前記第3
の光の周波数とほぼ一致させることによって第2干渉光
を生成するための第2干渉光生成系とを備え、前記第1
干渉光および前記第2干渉光に基づいて、前記測長用干
渉計の前記所定光路中の気体の密度変動および湿度変動
に伴う屈折率変動を測定し、前記測長用干渉計で測定し
た前記移動鏡の変位量を補正する。
According to a preferred aspect of the present invention, the measuring optical system is a length measuring interferometer for measuring a displacement amount of a movable mirror along a predetermined direction, and the refractive index fluctuation measuring system includes:
A first light for outputting the first light, the second light, and the third light having different frequencies from each other along substantially the same optical path.
A light source unit, by making the frequency of the first light substantially equal to the frequency of the second light among the first light and the second light via a predetermined optical path of the length measuring interferometer. A first interference light generation system for generating a first interference light, and a frequency of the second light of the second light and the third light passing through the predetermined optical path of the length measuring interferometer The third
A second interference light generation system for generating a second interference light by making the frequency substantially equal to the frequency of the first light.
Based on the interference light and the second interference light, the refractive index fluctuation accompanying the density fluctuation and humidity fluctuation of the gas in the predetermined optical path of the length measuring interferometer was measured, and the refractive index fluctuation was measured by the length measuring interferometer. Correct the displacement of the moving mirror.

【0019】また、本発明の好ましい態様によれば、前
記測定光学系は、所定方向に沿った移動鏡の変位量を測
定するための測長用干渉計であり、前記屈折率変動測定
系は、互いに異なる周波数を有する第1の光、第2の光
および第3の光と、前記第1の光とわずかに周波数の異
なる第4の光、前記第2の光とわずかに周波数の異なる
第5の光、および前記第3の光とわずかに周波数の異な
る第6の光とをほぼ同一の光路に沿って出力するための
第2光源部と、前記測長用干渉計の参照光路を介した前
記第1の光と前記測長用干渉計の測定光路を介した前記
第4の光との第1干渉光を生成するための第1干渉光生
成系と、前記測長用干渉計の参照光路を介した前記第2
の光と前記測長用干渉計の測定光路を介した前記第5の
光との第2干渉光を生成するための第2干渉光生成系
と、前記測長用干渉計の参照光路を介した前記第3の光
と前記測長用干渉計の測定光路を介した前記第6の光と
の第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1干渉光、前記第2干渉光および前記第3干
渉光に基づいて、前記測長用干渉計の参照光路および測
定光路中の気体の密度変動および湿度変動に伴う屈折率
変動を測定し、前記測長用干渉計で測定した前記移動鏡
の変位量を補正する。
According to a preferred aspect of the present invention, the measuring optical system is a length measuring interferometer for measuring a displacement amount of a movable mirror along a predetermined direction, and the refractive index fluctuation measuring system is A first light, a second light, and a third light having different frequencies from each other, a fourth light having a slightly different frequency from the first light, and a fourth light having a slightly different frequency from the second light. A second light source unit for outputting the fifth light and the sixth light slightly different in frequency from the third light along substantially the same optical path; and a reference light path of the length measuring interferometer. A first interference light generation system for generating a first interference light between the first light and the fourth light via a measurement optical path of the length measurement interferometer; The second through a reference optical path
A second interference light generating system for generating a second interference light between the first light and the fifth light via the measurement optical path of the length measuring interferometer, and a reference light path of the length measuring interferometer. A third interference light generating system for generating a third interference light between the third light and the sixth light via a measurement optical path of the length measuring interferometer, wherein the first interference light Measuring, on the basis of the second interference light and the third interference light, a refractive index variation accompanying a density variation and a humidity variation of a gas in a reference optical path and a measurement optical path of the length measuring interferometer, The displacement of the movable mirror measured by the interferometer is corrected.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】本発明の光波干渉測定装置では、
たとえば所定方向に沿った移動鏡の変位量を測定するた
めの測長用干渉計の光路中の気体の密度変動および湿度
変動に伴う屈折率変動を測定するための屈折率変動測定
系を備えている。したがって、測長用干渉計の光路中の
気体の密度変動および湿度変動に伴う屈折率変動に起因
する測定誤差を補正し、移動鏡の変位量を高精度に測定
することができる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the light wave interference measuring apparatus of the present invention,
For example, there is provided a refractive index fluctuation measuring system for measuring a refractive index fluctuation accompanying a density fluctuation and a humidity fluctuation of a gas in an optical path of a length measuring interferometer for measuring a displacement amount of a moving mirror along a predetermined direction. I have. Therefore, it is possible to correct a measurement error caused by a change in refractive index due to a change in density and a change in humidity in the optical path of the length measuring interferometer, and to measure the displacement amount of the movable mirror with high accuracy.

【0021】具体的な一例として、屈折率変動測定系
は、第1の光、第2の光および第3の光をほぼ同一の光
路に沿って出力するための第1光源部を備えている。そ
して、測長用干渉計の測定光路を介した第1の光の周波
数を第2の光の周波数とほぼ一致させることによって第
1干渉光を生成する。また、測長用干渉計の測定光路を
介した第2の光の周波数を第3の光の周波数とほぼ一致
させることによって第2干渉光を生成する。こうして、
3つの異なる周波数の光を利用して光路中の気体の密度
変動および湿度変動に伴う屈折率変動に起因する測定誤
差を補正することができるので、移動鏡の変位量を高精
度に測定することができる。
As a specific example, the refractive index fluctuation measurement system includes a first light source unit for outputting the first light, the second light, and the third light along substantially the same optical path. . Then, the first interference light is generated by making the frequency of the first light through the measurement optical path of the length measuring interferometer substantially equal to the frequency of the second light. Further, the second interference light is generated by making the frequency of the second light through the measurement optical path of the length measuring interferometer substantially equal to the frequency of the third light. Thus,
Measuring the displacement of the movable mirror with high accuracy, because it is possible to correct the measurement error caused by the refractive index fluctuation caused by the density fluctuation and the humidity fluctuation of the gas in the optical path using the light of three different frequencies. Can be.

【0022】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300の内部構成を概略的に示す
図である。さらに、図3は、図1の測定検出部320A
および参照検出部320Bの内部構成を概略的に示す図
である。
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 schematically showing an internal configuration of the light source unit 300 of FIG. Further, FIG. 3 shows the measurement detection unit 320A of FIG.
FIG. 5 is a diagram schematically showing an internal configuration of a reference detection unit 320B.

【0023】図1の光波干渉測定装置は、ステージ13
0の光軸方向(図中矢印方向)の変位を測定するための
ヘテロダイン干渉方式の測長用干渉計を備えている。測
長用干渉計において、たとえばHe−Neレーザ光源か
らなる測長用光源310は、周波数が互いにわずかに異
なり且つ偏光方位が直交する2つの光、すなわち周波数
f00の光および周波数f01(f01=f00+Δf00)の光
をほぼ同一の光路に沿って射出する。なお、図中矢印で
示すように、周波数f00の光の偏光方位は図1の紙面に
平行であり、周波数f01の光の偏光方位は紙面に垂直で
あるものとする。
The optical interference measuring apparatus shown in FIG.
A heterodyne interferometric length measuring interferometer for measuring the displacement in the optical axis direction of 0 (the direction of the arrow in the figure) is provided. In the length measuring interferometer, a length measuring light source 310 composed of, for example, a He-Ne laser light source has two lights whose frequencies are slightly different from each other and whose polarization directions are orthogonal to each other, that is, light of a frequency f00 and frequency f01 (f01 = f00 + Δf00). ) Are emitted along substantially the same optical path. As shown by the arrows in the drawing, it is assumed that the polarization direction of the light of frequency f00 is parallel to the plane of FIG. 1 and the polarization direction of the light of frequency f01 is perpendicular to the plane of paper.

【0024】測長用光源310から射出された2つの異
なる周波数の光は、ビームスプリッタ100を介して、
周波数結合素子であるダイクロイックミラー110に入
射する。ダイクロイックミラー110は、周波数がf00
近傍の光のみを透過し、それ以外の周波数の光を反射す
る特性を有する。したがって、ダイクロイックミラー1
10を透過した周波数f00の光および周波数f01の光
は、周波数分離素子であるダイクロイックミラー120
を介して偏光ビームスプリッタ160に入射する。偏光
ビームスプリッタ160は、図1の紙面に平行な偏光方
位を有する光を透過し、紙面に垂直な偏光方位を有する
光を反射するように配置されている。したがって、周波
数f01の光は偏光ビームスプリッタ160で反射され、
参照光としてコーナキューブプリズムからなる固定鏡1
50に導かれる。一方、周波数f00の光は偏光ビームス
プリッタ160を透過し、測定光としてコーナキューブ
プリズムからなる移動鏡140に導かれる。移動鏡14
0は、図中矢印の方向に沿って移動可能なステージ13
0に取り付けられている。
Light of two different frequencies emitted from the length measuring light source 310 passes through the beam splitter 100,
The light enters a dichroic mirror 110 which is a frequency coupling element. The dichroic mirror 110 has a frequency f00
It has the property of transmitting only nearby light and reflecting light of other frequencies. Therefore, dichroic mirror 1
The light having the frequency f00 and the light having the frequency f01 transmitted through the dichroic mirror 120 are frequency-separating elements.
Through the polarization beam splitter 160. The polarization beam splitter 160 is arranged so as to transmit light having a polarization direction parallel to the plane of FIG. 1 and reflect light having a polarization direction perpendicular to the plane of FIG. Therefore, the light of frequency f01 is reflected by the polarizing beam splitter 160,
Fixed mirror 1 consisting of corner cube prism as reference light
It is led to 50. On the other hand, the light having the frequency f00 is transmitted through the polarization beam splitter 160, and is guided as measurement light to the movable mirror 140 formed of a corner cube prism. Moving mirror 14
0 denotes a stage 13 movable along the direction of the arrow in the figure.
It is attached to 0.

【0025】周波数f01の光からなる参照光は、固定鏡
150で反射された後、再び偏光ビームスプリッタ16
0に戻る。また、周波数f00の光からなる測定光は、移
動鏡140で反射され、再び偏光ビームスプリッタ16
0に戻る。こうして、参照光路を介して偏光ビームスプ
リッタ160から射出された周波数f01の光と、測定光
路を介して偏光ビームスプリッタ160から射出された
周波数f00の光とは、ほぼ同一の光路に沿って周波数分
離素子であるダイクロイックミラー121に入射する。
ダイクロイックミラー121は、ダイクロイックミラー
110と同様に、周波数がf00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。
The reference light composed of the light having the frequency f01 is reflected by the fixed mirror 150, and is again reflected by the polarization beam splitter 16
Return to 0. The measurement light composed of the light having the frequency f00 is reflected by the movable mirror 140 and is again reflected by the polarization beam splitter 16.
Return to 0. Thus, the light having the frequency f01 emitted from the polarization beam splitter 160 via the reference optical path and the light having the frequency f00 emitted from the polarization beam splitter 160 via the measurement optical path are frequency-separated along substantially the same optical path. The light enters a dichroic mirror 121 as an element.
Like the dichroic mirror 110, the dichroic mirror 121 transmits only light having a frequency near f00,
It has the property of reflecting light of other frequencies.

【0026】したがって、周波数f01の参照光および周
波数f00の測定光は、ダイクロイックミラー121を透
過し、周波数フィルタ170に入射する。周波数フィル
タ170は、周波数f00の光および周波数f01の光だけ
を透過し、それ以外の周波数の光すなわち誤差光を遮断
する。周波数フィルタ170を透過した周波数f01の参
照光および周波数f00の測定光は、偏光子付きのレシー
バ211に入射する。レシーバ211の偏光子は、周波
数f00の測定光の偏光方位および周波数f01の参照光の
偏光方位に対してそれぞれ45°だけ傾いて配置されて
いる。したがって、周波数f00の測定光と周波数f01の
参照光とは偏光子を介して干渉し、レシーバ211は干
渉光に基づくビート信号(周波数Δf00=f01−f00)
をステージ130の変位測定のための測定ビート信号と
して演算器200に供給する。
Therefore, the reference light having the frequency f01 and the measurement light having the frequency f00 pass through the dichroic mirror 121 and enter the frequency filter 170. The frequency filter 170 transmits only light having the frequency f00 and light having the frequency f01, and blocks light having other frequencies, that is, error light. The reference light having the frequency f01 and the measurement light having the frequency f00 transmitted through the frequency filter 170 are incident on a receiver 211 having a polarizer. The polarizer of the receiver 211 is arranged at an angle of 45 ° with respect to the polarization direction of the measurement light having the frequency f00 and the polarization direction of the reference light having the frequency f01. Therefore, the measurement light having the frequency f00 and the reference light having the frequency f01 interfere via the polarizer, and the receiver 211 outputs a beat signal (frequency Δf00 = f01−f00) based on the interference light.
Is supplied to the arithmetic unit 200 as a measurement beat signal for measuring the displacement of the stage 130.

【0027】一方、測長用光源310から射出された周
波数f01の光および周波数f00の光の一部は、ビームス
プリッタ100によって反射された後、偏光子付きのレ
シーバ210に入射する。レシーバ210の偏光子は、
周波数f00の測定光の偏光方位および周波数f01の参照
光の偏光方位に対してそれぞれ45°だけ傾いて配置さ
れている。したがって、周波数f00の測定光と周波数f
01の参照光とは偏光子を介して干渉し、レシーバ210
は干渉光に基づくビート信号(周波数Δf00)をステー
ジ130の変位測定のための参照ビート信号として演算
器200に供給する。演算器200では、レシーバ21
0からの参照ビート信号に対するレシーバ211からの
測定ビート信号の位相変化に基づいて、屈折率変動の影
響を考慮していないステージ130の変位量ΔD(f0
0)が求められる。
On the other hand, a part of the light having the frequency f01 and the light having the frequency f00 emitted from the length measuring light source 310 are reflected by the beam splitter 100, and thereafter, enter the receiver 210 having a polarizer. The polarizer of the receiver 210 is
The polarization direction of the measurement light having the frequency f00 and the polarization direction of the reference light having the frequency f01 are arranged at an angle of 45 degrees. Therefore, the measurement light having the frequency f00 and the frequency f
01 interferes with the reference light via the polarizer, and the receiver 210
Supplies a beat signal (frequency Δf00) based on the interference light to the arithmetic unit 200 as a reference beat signal for measuring the displacement of the stage 130. In the arithmetic unit 200, the receiver 21
Based on the phase change of the measured beat signal from the receiver 211 with respect to the reference beat signal from 0, the displacement amount ΔD (f0
0) is required.

【0028】図1の光波干渉測定装置はまた、測長用干
渉計の測定光路中の空気密度および空気湿度の変動に伴
う屈折率変動を測定するための屈折率変動測定系を備え
ている。屈折率変動測定系において、光源部300の光
源311は、周波数f1 の光(たとえば波長1064n
mの光)と、その第2高調波である周波数f2 の光(f
2 =2f1 :たとえば波長532nmの光)とを、互い
にほぼ平行な光路に沿ってそれぞれ射出する。なお、周
波数f1 の光および周波数f2 の光はともに、図1およ
び図2の紙面に平行な偏光方位を有する。また、周波数
f1 の光および周波数f2 の光は、測長用光源310か
らの周波数f00の光および周波数f01の光とは実質的に
異なる周波数を有する。
The optical interference measuring apparatus shown in FIG. 1 also has a refractive index fluctuation measuring system for measuring a refractive index fluctuation caused by a fluctuation in air density and air humidity in a measuring optical path of the length measuring interferometer. In the refractive index fluctuation measurement system, the light source 311 of the light source unit 300 emits light of the frequency f1 (for example, the wavelength 1064n).
m) and the light of the second harmonic, frequency f2 (f
2 = 2f1: for example, light having a wavelength of 532 nm) are emitted along optical paths almost parallel to each other. Note that both the light having the frequency f1 and the light having the frequency f2 have a polarization direction parallel to the plane of FIG. 1 and FIG. The light having the frequency f1 and the light having the frequency f2 have substantially different frequencies from the light having the frequency f00 and the light having the frequency f01 from the length measuring light source 310.

【0029】周波数f1 の光は、周波数シフタ220を
介してわずかに周波数変調され、周波数f10(f10=f
1 +Δf1 )の光になる。一方、周波数f2 の光は、S
HG変換素子180に入射し、周波数f2 の光の一部が
SHG変換素子180により周波数f3 (f3 =2f2
)の光に変換され、その残部がSHG変換素子180
をそのまま透過する。なお、SHG変換素子180に
は、KTP(KTiOPO4 )などの非線形光学結晶を
用いることができる。SHG変換素子180から射出さ
れた周波数f2 の光および周波数f3 の光は、ほぼ同一
の光路に沿って周波数分離素子であるダイクロイックミ
ラー122に入射する。
The light having the frequency f1 is slightly frequency-modulated through the frequency shifter 220, and the frequency f10 (f10 = f
1 + Δf1). On the other hand, the light of frequency f2 is S
A part of the light having the frequency f2 which is incident on the HG conversion element 180 is converted by the SHG conversion element 180 into a frequency f3 (f3 = 2f2).
), And the rest is converted to the SHG conversion element 180.
Is transmitted as it is. Note that a nonlinear optical crystal such as KTP (KTiOPO 4 ) can be used for the SHG conversion element 180. The light of frequency f2 and the light of frequency f3 emitted from the SHG conversion element 180 enter the dichroic mirror 122 as a frequency separation element along substantially the same optical path.

【0030】ダイクロイックミラー122を透過した周
波数f2 の光は周波数シフタ221に、ダイクロイック
ミラー122で反射された周波数f3 の光は周波数シフ
タ222にそれぞれ入射する。周波数シフタ221で
は、周波数f2 の光がわずかに周波数変調され、周波数
f20(f20=f2 +Δf2 )の光になる。また、周波数
シフタ222では、周波数f3 の光がわずかに周波数変
調され、周波数f30(f30=f3 +Δf3 )の光にな
る。ここで、Δf2 ≠2Δf1 で且つΔf3 ≠2Δf2
である。周波数変調された周波数f10の光、周波数f20
の光および周波数f30の光は、周波数結合素子であるダ
イクロイックミラー111および112の作用によりほ
ぼ同一の光路に沿って結合され、光源部300から射出
される。
The light of frequency f 2 transmitted through the dichroic mirror 122 enters the frequency shifter 221, and the light of frequency f 3 reflected by the dichroic mirror 122 enters the frequency shifter 222. In the frequency shifter 221, the light of the frequency f2 is slightly frequency-modulated to become light of the frequency f20 (f20 = f2 + .DELTA.f2). In the frequency shifter 222, the light of the frequency f3 is slightly frequency-modulated to light of the frequency f30 (f30 = f3 + .DELTA.f3). Here, Δf2 ≠ 2Δf1 and Δf3 ≠ 2Δf2
It is. Frequency-modulated light of frequency f10, frequency f20
And the light of frequency f30 are coupled along substantially the same optical path by the action of dichroic mirrors 111 and 112, which are frequency coupling elements, and emitted from the light source unit 300.

【0031】光源部300からほぼ同一の光路に沿って
射出された周波数f10の光、周波数f20の光および周波
数f30の光は、ダイクロイックミラー110で反射さ
れ、測長用光源310からの光(周波数がf00近傍の
光)とほぼ同一の光路に沿って結合される。ダイクロイ
ックミラー110で反射された周波数f10の光、周波数
f20の光および周波数f30の光は、ダイクロイックミラ
ー120を介して偏光ビームスプリッタ160に入射す
る。偏光ビームスプリッタ160は、上述したように、
図1の紙面に平行な偏光方位を有する光を透過し、紙面
に垂直な偏光方位を有する光を反射するように配置され
ている。したがって、偏光ビームスプリッタ160に入
射した周波数f10の光、周波数f20の光および周波数f
30の光は、偏光ビームスプリッタ160を透過し、移動
鏡140で反射された後、再び偏光ビームスプリッタ1
60に戻る。
The light of frequency f10, the light of frequency f20, and the light of frequency f30 emitted along the substantially same optical path from the light source unit 300 are reflected by the dichroic mirror 110, and the light (frequency) Are coupled along substantially the same optical path as the light near f00). The light having the frequency f10, the light having the frequency f20, and the light having the frequency f30 reflected by the dichroic mirror 110 enter the polarization beam splitter 160 via the dichroic mirror 120. The polarization beam splitter 160 is, as described above,
It is arranged to transmit light having a polarization direction parallel to the paper surface of FIG. 1 and reflect light having a polarization direction perpendicular to the paper surface of FIG. Therefore, the light of frequency f10, the light of frequency f20, and the frequency f
The light of 30 passes through the polarizing beam splitter 160 and is reflected by the moving mirror 140, and then is returned to the polarizing beam splitter 1 again.
Return to 60.

【0032】こうして、測定光路を介して偏光ビームス
プリッタ160から射出された周波数f10の光、周波数
f20の光および周波数f30の光は、ダイクロイックミラ
ー121に入射する。ダイクロイックミラー121は、
前述したように、周波数がf00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、
ダイクロイックミラー121の作用により、周波数f10
の光、周波数f20の光および周波数f30の光は、測長用
光源310からの光(周波数がf00近傍の光)から分離
される。こうして、ダイクロイックミラー121で反射
された周波数f10の光、周波数f20の光および周波数f
30の光は、測定検出部320Aに入射する。
Thus, the light of the frequency f10, the light of the frequency f20, and the light of the frequency f30 emitted from the polarization beam splitter 160 via the measurement optical path enter the dichroic mirror 121. The dichroic mirror 121 is
As described above, only light having a frequency near f00 is transmitted,
It has the property of reflecting light of other frequencies. Therefore,
Due to the operation of the dichroic mirror 121, the frequency f10
, The light of the frequency f20, and the light of the frequency f30 are separated from the light from the length measuring light source 310 (light near the frequency f00). Thus, the light of frequency f10, the light of frequency f20, and the light of frequency f20 reflected by the dichroic mirror 121.
The light of 30 enters the measurement detection unit 320A.

【0033】図3を参照すると、ほぼ同一の光路に沿っ
て測定検出部320Aに入射した周波数f10の光、周波
数f20の光および周波数f30の光は、ビームスプリッタ
104によりその一部が反射され、周波数分離素子であ
るダイクロイックミラー440に入射する。ダイクロイ
ックミラー440で反射された周波数f30の光はレシー
バ431に入射し、ダイクロイックミラー440を透過
した周波数f10の光および周波数f20の光はもう1つの
周波数分離素子であるダイクロイックミラー441に入
射する。ダイクロイックミラー441で反射された周波
数f20の光はレシーバ432に入射し、ダイクロイック
ミラー441を透過した周波数f10の光はレシーバ43
3に入射する。レシーバ431〜433は各光束の光路
変動を検出するためのレシーバであり、検出された光路
変動に関する信号は演算器200に供給される。なお、
レシーバ431〜433として、たとえば高分解能のP
SD(Position Sensitive Detector )、CCD、4分
割ディテクタのように、ビームのx方向変位およびy方
向変位を測定可能な素子を用いることができる。
Referring to FIG. 3, the light of the frequency f10, the light of the frequency f20, and the light of the frequency f30 incident on the measurement detection unit 320A along substantially the same optical path are partially reflected by the beam splitter 104, The light enters a dichroic mirror 440 which is a frequency separation element. The light of the frequency f30 reflected by the dichroic mirror 440 enters the receiver 431, and the light of the frequency f10 and the light of the frequency f20 transmitted through the dichroic mirror 440 enter the dichroic mirror 441, which is another frequency separating element. The light of frequency f20 reflected by the dichroic mirror 441 enters the receiver 432, and the light of frequency f10 transmitted through the dichroic mirror 441 is received by the receiver 43.
3 is incident. The receivers 431 to 433 are receivers for detecting optical path fluctuations of each light beam, and a signal related to the detected optical path fluctuations is supplied to the arithmetic unit 200. In addition,
As the receivers 431 to 433, for example, a high-resolution P
Elements such as an SD (Position Sensitive Detector), a CCD, and a four-segment detector that can measure the displacement of the beam in the x direction and the displacement in the y direction can be used.

【0034】一方、ビームスプリッタ104を透過した
周波数f10の光、周波数f20の光および周波数f30の光
は、周波数分離素子であるダイクロイックミラー128
に入射する。ダイクロイックミラー128は、周波数f
10の光のほぼ全部および周波数f20の光の一部を反射
し、周波数f30の光のほぼ全部および周波数f20の光の
残部を透過する特性を有する。ダイクロイックミラー1
28で反射された周波数f10の光および周波数f20の光
は、SHG変換素子181に入射する。なお、SHG変
換素子181には、KTP(KTiOPO4 )などの非
線形光学結晶を用いることができる。
On the other hand, the light having the frequency f10, the light having the frequency f20, and the light having the frequency f30 transmitted through the beam splitter 104 are converted into dichroic mirrors 128 serving as frequency separation elements.
Incident on. The dichroic mirror 128 has a frequency f
It has a characteristic of reflecting almost all of the light of frequency 10 and a part of the light of frequency f20, and transmitting almost all of the light of frequency f30 and the rest of the light of frequency f20. Dichroic mirror 1
The light having the frequency f10 and the light having the frequency f20 reflected at 28 enter the SHG conversion element 181. Note that a nonlinear optical crystal such as KTP (KTiOPO 4 ) can be used for the SHG conversion element 181.

【0035】SHG変換素子181では、周波数f20の
光がそのまま透過し、周波数f10の光の一部がSHG変
換され周波数f10' の光(f10' =2f10)になる。S
HG変換素子181から射出された周波数f10' の光お
よび周波数f20の光は、周波数フィルタ171を介して
偏光子付きのレシーバ212に入射する。周波数フィル
タ171は、周波数f10' の光および周波数f20の光だ
けを透過し、それ以外の周波数の光すなわち誤差光を遮
断する。周波数f10' の光と周波数f20の光とはレシー
バ212の偏光子を介して干渉し、レシーバ212は干
渉光に基づくビート信号(周波数f10' −f20=2Δf
1 −Δf2 )を屈折率変動の測定のための測定ビート信
号として演算器200に供給する。
In the SHG conversion element 181, the light of the frequency f20 is transmitted as it is, and a part of the light of the frequency f10 is SHG converted to light of the frequency f10 '(f10' = 2f10). S
The light having the frequency f10 'and the light having the frequency f20 emitted from the HG conversion element 181 enter the receiver 212 with a polarizer via the frequency filter 171. The frequency filter 171 transmits only light of the frequency f10 'and light of the frequency f20, and blocks light of other frequencies, that is, error light. The light having the frequency f10 'and the light having the frequency f20 interfere via the polarizer of the receiver 212, and the receiver 212 generates a beat signal (frequency f10'-f20 = 2Δf) based on the interference light.
1 -Δf2) is supplied to the arithmetic unit 200 as a measurement beat signal for measuring the refractive index fluctuation.

【0036】また、ダイクロイックミラー128を透過
した周波数f20の光および周波数f30の光は、ミラー1
45を介して、SHG変換素子182に入射する。SH
G変換素子182では、周波数f30の光がそのまま透過
し、周波数f20の光の一部がSHG変換され周波数f2
0' の光(f20' =2f20)になる。なお、SHG変換
素子182には、KDP(KH2 PO4 )などの非線形
光学結晶を用いることができる。SHG変換素子182
から射出された周波数f20' の光および周波数f30の光
は、周波数フィルタ172を介して偏光子付きのレシー
バ213に入射する。周波数フィルタ172は、周波数
f20' の光および周波数f30の光だけを透過し、それ以
外の周波数の光すなわち誤差光を遮断する。周波数f2
0' の光と周波数f30の光とはレシーバ213の偏光子
を介して干渉し、レシーバ213は干渉光に基づくビー
ト信号(周波数f20' −f30=2Δf2 −Δf3 )を屈
折率変動の測定のための測定ビート信号として演算器2
00に供給する。
The light of frequency f20 and the light of frequency f30 transmitted through the dichroic mirror 128
The light enters the SHG conversion element 182 via 45. SH
In the G conversion element 182, the light of the frequency f30 is transmitted as it is, and a part of the light of the frequency f20 is subjected to the SHG conversion and converted to the frequency f2.
The light becomes 0 '(f20' = 2f20). Note that a nonlinear optical crystal such as KDP (KH 2 PO 4 ) can be used for the SHG conversion element 182. SHG conversion element 182
The light having the frequency f20 'and the light having the frequency f30, which are emitted from the light source, enter the receiver 213 with the polarizer via the frequency filter 172. The frequency filter 172 transmits only light having the frequency f20 'and light having the frequency f30, and blocks light having other frequencies, that is, error light. Frequency f2
The light of 0 'and the light of frequency f30 interfere via the polarizer of the receiver 213, and the receiver 213 converts a beat signal (frequency f20'-f30 = 2Δf2-Δf3) based on the interference light into a measurement of refractive index fluctuation. Calculator 2 as the measurement beat signal of
Supply to 00.

【0037】一方、光源部300からほぼ同一の光路に
沿って射出された周波数f10の光、周波数f20の光およ
び周波数f30の光の一部は、ダイクロイックミラー12
0によって反射され、参照検出部320Bに入射する。
なお、図3に示すように、参照検出部320Bの構成
は、測定検出部320Aの構成と全く同じである。した
がって、参照検出部320Bにおいても、レシーバ43
1〜433で検出された光路変動に関する信号は演算器
200に供給される。また、レシーバ212は、干渉光
に基づくビート信号(周波数f10' −f20=2Δf1 −
Δf2 )を屈折率変動の測定のための参照ビート信号と
して演算器200に供給する。さらに、レシーバ213
は、干渉光に基づくビート信号(周波数f20' −f30=
2Δf2 −Δf3 )を屈折率変動の測定のための参照ビ
ート信号として演算器200に供給する。
On the other hand, the light of the frequency f10, the light of the frequency f20, and a part of the light of the frequency f30 emitted along the substantially same optical path from the light source unit 300 are reflected by the dichroic mirror 12
The light is reflected by 0 and enters the reference detection unit 320B.
In addition, as shown in FIG. 3, the configuration of the reference detection unit 320B is exactly the same as the configuration of the measurement detection unit 320A. Therefore, also in the reference detection unit 320B, the receiver 43
Signals relating to optical path fluctuations detected at 1 to 433 are supplied to the arithmetic unit 200. Further, the receiver 212 outputs a beat signal (frequency f10'-f20 = 2.DELTA.f1-) based on the interference light.
Δf2) is supplied to the arithmetic unit 200 as a reference beat signal for measuring the refractive index fluctuation. Further, the receiver 213
Is a beat signal (frequency f20'-f30 =
2Δf2−Δf3) is supplied to the arithmetic unit 200 as a reference beat signal for measuring the refractive index fluctuation.

【0038】こうして、演算器200では、レシーバ2
12からの屈折率変動の測定のための参照ビート信号と
測定ビート信号との位相変化に基づいて、周波数f2 の
光に対する光路長変化ΔD(f2 )と周波数f1 の光に
対する光路長変化ΔD(f1)との差すなわち{ΔD
(f2 )−ΔD(f1 )}を求める。また、レシーバ2
13からの屈折率変動の測定のための参照ビート信号と
測定ビート信号との位相変化に基づいて、周波数f3 の
光に対する光路長変化ΔD(f3 )と周波数f2の光に
対する光路長変化ΔD(f2 )との差すなわち{ΔD
(f3 )−ΔD(f2 )}を求める。さらに、レシーバ
431〜433からの信号に基づいて、主として光源3
11の射出角の変動に起因する各光路の変動を検出す
る。なお、各光路の変動に起因する測定誤差の補正につ
いては周知であり、以下の各実施例においてその詳細な
説明を省略する。
As described above, in the arithmetic unit 200, the receiver 2
12, the optical path length change ΔD (f2) for the light of frequency f2 and the optical path length change ΔD (f1) for the light of frequency f1 based on the phase change between the reference beat signal for measuring the refractive index fluctuation and the measured beat signal. ), Ie, {ΔD
(F2) -ΔD (f1)} is obtained. Also, receiver 2
13, the optical path length change ΔD (f3) for the light of frequency f3 and the optical path length change ΔD (f2) for the light of frequency f2 based on the phase change between the reference beat signal for measuring the refractive index fluctuation and the measured beat signal. ), Ie, {ΔD
(F3) -ΔD (f2)} is obtained. Further, based on signals from the receivers 431 to 433, the light source 3
The change of each optical path resulting from the change of the exit angle of No. 11 is detected. The correction of the measurement error caused by the fluctuation of each optical path is well known, and a detailed description thereof will be omitted in the following embodiments.

【0039】第1実施例では、演算器200において、
変位量ΔD(f00)に関する信号と、{ΔD(f2 )−
ΔD(f1 )}に関する信号と、{ΔD(f3 )−ΔD
(f2 )}に関する信号とに基づいて、測定光路中の空
気の密度変動および湿度変動に伴う屈折率変動に起因す
る測定誤差を補正したステージ130の真の変位量ΔD
を求める。以下、ステージ130の変位量ΔD(f00)
から真の変位量ΔDへの補正について説明する。
In the first embodiment, in the arithmetic unit 200,
A signal relating to the displacement amount ΔD (f00) and {ΔD (f2) −
A signal relating to ΔD (f1)} and {ΔD (f3) −ΔD
(F2) The true displacement .DELTA.D of the stage 130 in which the measurement error caused by the refractive index fluctuation caused by the density fluctuation and the humidity fluctuation of the air in the measuring optical path is corrected based on the signal related to .SIGMA.
Ask for. Hereinafter, the displacement amount ΔD (f00) of the stage 130
Will be described below.

【0040】周波数fa、fb、fcおよびfdの光に
対する光路長D(fa)、D(fb)、D(fc)およ
びD(fd)は、B. Edlenの式(Metrologia, vol.2, p
71,1966)にしたがって、それぞれ次の式(6)〜
(9)により表される。
The optical path lengths D (fa), D (fb), D (fc) and D (fd) for the lights of frequencies fa, fb, fc and fd are calculated by the equations of B. Edlen (Metrologia, vol. 2, p.
71, 1966), the following equations (6) to
It is represented by (9).

【数4】 D(fa)={1+N・F(fa)+p・G(fa)}D (6) D(fb)={1+N・F(fb)+p・G(fb)}D (7) D(fc)={1+N・F(fc)+p・G(fc)}D (8) D(fd)={1+N・F(fd)+p・G(fd)}D (9)D (fa) = {1 + NF (fa) + pG (fa)} D (6) D (fb) = {1 + NF (fb) + pG (fb)} D (7) D (fc) = {1 + NF (fc) + pG (fc)} D (8) D (fd) = {1 + NF (fd) + pG (fd)} D (9)

【0041】ここで、Dは幾何学的な距離であり、Nは
空気の密度であり、pは空気の湿度(水蒸気分圧)であ
る。また、F(f)およびG(f)は、空気の構成比が
不変であれば空気の密度および湿度に依存することなく
光の周波数fのみに依存する関数である。上述の式
(6)乃至(9)より、幾何学的距離Dは次の式(10)
によって与えられる。
Here, D is a geometric distance, N is the density of air, and p is the humidity of the air (water vapor partial pressure). Further, F (f) and G (f) are functions that depend only on the frequency f of light without depending on the density and humidity of the air if the composition ratio of the air is unchanged. From the above equations (6) to (9), the geometric distance D is calculated by the following equation (10).
Given by

【0042】[0042]

【数5】 D=D(fa)−A{D(fc)−D(fb)}−B{D(fd)−D(fc)} (10) 但し、 A=[F(fa)(G(fd)-G(fc))-G(fa)(F(fd)-F(fc)]/[(F(f
c)-F(fb))(G(fd)-G(fc))-(F(fd)-F(fc))(G(fc)-G(fb))] B=[G(fa)(F(fc)-F(fb))-F(fa)(G(fc)-G(fb)]/[(F(f
c)-F(fb))(G(fd)-G(fc))-(F(fd)-F(fc))(G(fc)-G(fb))]
D = D (fa) −A {D (fc) −D (fb)} − B {D (fd) −D (fc)} (10) where A = [F (fa) (G (fd) -G (fc))-G (fa) (F (fd) -F (fc)] / [(F (f
c) -F (fb)) (G (fd) -G (fc))-(F (fd) -F (fc)) (G (fc) -G (fb))] B = [G (fa) (F (fc) -F (fb))-F (fa) (G (fc) -G (fb)] / [(F (f
c) -F (fb)) (G (fd) -G (fc))-(F (fd) -F (fc)) (G (fc) -G (fb))]

【0043】式(10)より、真の変位量ΔDすなわち幾
何学的距離Dの変化量は、次の式(11)によって与えら
れる。
From equation (10), the true displacement ΔD, that is, the change in the geometric distance D is given by the following equation (11).

【数6】ΔD=ΔD(fa)−A{ΔD(fc)−ΔD(fb)} −B{ΔD(fd)−ΔD(fc)} (11) ここで、ΔD(fa)、ΔD(fb)、ΔD(fc)お
よびΔD(fd)は、周波数fa、fb、fcおよびf
dの光に対する光路長変化である。
ΔD = ΔD (fa) −A {ΔD (fc) −ΔD (fb)} − B {ΔD (fd) −ΔD (fc)} (11) where ΔD (fa) and ΔD (fb ), ΔD (fc) and ΔD (fd) are the frequencies fa, fb, fc and f
This is an optical path length change for the light of d.

【0044】上述したように、式(11)の右辺第1項の
ΔD(fa)は、レシーバ210からの参照ビート信号
に対するレシーバ211からの測定ビート信号の位相変
化に基づいて、変位量ΔD(f00)として求めることが
できる。また、式(11)の右辺第2項の{ΔD(fc)
−ΔD(fb)}は、レシーバ212からの屈折率変動
の測定のための参照ビート信号と測定ビート信号との位
相変化に基づいて、光路長変化の差{ΔD(f2 )−Δ
D(f1 )}として求めることができる。さらに、式
(11)の右辺第3項の{ΔD(fd)−ΔD(fc)}
は、レシーバ213からの屈折率変動の測定のための参
照ビート信号と測定ビート信号との位相変化に基づい
て、光路長変化の差{ΔD(f3 )−ΔD(f2 )}と
して求めることができる。こうして、第1実施例では、
測定光路中の空気の密度変動および湿度変動に伴う屈折
率変動に起因する測定誤差を補正し、移動鏡140の真
の変位量ΔDをひいてはステージ130の真の変位量Δ
Dを高精度に求めることができる。
As described above, ΔD (fa) of the first term on the right side of the equation (11) is based on the phase change of the measured beat signal from the receiver 211 with respect to the reference beat signal from the receiver 210, and the displacement ΔD (fa) f00). Also, {ΔD (fc) of the second term on the right side of equation (11)
-ΔD (fb)} is a difference in optical path length change ΔΔD (f2) −Δ based on a phase change between a reference beat signal for measuring refractive index fluctuation from the receiver 212 and a measured beat signal.
D (f1)}. Further, {ΔD (fd) −ΔD (fc)} of the third term on the right side of equation (11).
Can be calculated as the difference {ΔD (f3) −ΔD (f2)} in optical path length change based on the phase change between the reference beat signal for measuring the refractive index fluctuation from the receiver 213 and the measured beat signal. . Thus, in the first embodiment,
The measurement error caused by the change in the refractive index caused by the density change and the humidity change of the air in the measurement optical path is corrected, and the true displacement ΔD of the movable mirror 140 and the true displacement Δ of the stage 130 are corrected.
D can be determined with high accuracy.

【0045】図4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。また、図
5は、図4の光源部301の内部構成を概略的に示す図
である。さらに、図6は、図4の測定検出部321Aお
よび参照検出部321Bの内部構成を概略的に示す図で
ある。第2実施例は第1実施例と同様の構成を有する
が、光源部301および検出部321の内部構成が第1
実施例と基本的に相違している。したがって、図4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. 4 is a diagram schematically showing a configuration of an optical interference measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention. FIG. 5 is a diagram schematically showing an internal configuration of the light source unit 301 in FIG. FIG. 6 is a diagram schematically showing the internal configurations of the measurement detection unit 321A and the reference detection unit 321B of FIG. The second embodiment has the same configuration as the first embodiment, but the internal configuration of the light source unit 301 and the detection unit 321 is the same as that of the first embodiment.
This is basically different from the embodiment. Therefore, in FIG. 4, 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 focusing on the differences from the first embodiment.

【0046】図4の光波干渉測定装置は、ステージ13
0の光軸方向(図中矢印方向)の変位を測定するための
ヘテロダイン干渉方式の測長用干渉計を備えている。な
お、第2実施例における測長用干渉計の構成は、第1実
施例と全く同じである。したがって、演算器201で
は、レシーバ210からの参照ビート信号に対するレシ
ーバ211からの測定ビート信号の位相変化に基づい
て、屈折率変動の影響を考慮していないステージ130
の変位量ΔD(f00)が求められる。
The optical interference measuring apparatus shown in FIG.
A heterodyne interferometric length measuring interferometer for measuring the displacement in the optical axis direction of 0 (the direction of the arrow in the figure) is provided. The configuration of the length measuring interferometer in the second embodiment is exactly the same as in the first embodiment. Therefore, in the arithmetic unit 201, based on the phase change of the measured beat signal from the receiver 211 with respect to the reference beat signal from the receiver 210, the stage 130 does not consider the influence of the refractive index fluctuation.
Of the displacement ΔD (f00) is obtained.

【0047】図4の光波干渉測定装置はまた、測長用干
渉計の参照光路および測定光路中の空気密度および空気
湿度の変動に伴う屈折率変動を測定するための屈折率変
動測定系を備えている。第2実施例の屈折率変動測定系
において、光源部301の光源312は、周波数f1 の
光と、その第2高調波である周波数f2 の光(f2 =2
f1 )とを、互いにほぼ平行な光路に沿ってそれぞれ射
出する。なお、周波数f1 の光および周波数f2 の光は
ともに、図4および図5の紙面に平行な偏光方位を有す
る。また、周波数f1 の光および周波数f2 の光は、測
長用光源310からの周波数f00の光および周波数f01
の光とは実質的に異なる周波数を有する。
The optical interference measuring apparatus shown in FIG. 4 is further provided with a refractive index fluctuation measuring system for measuring a refractive index fluctuation caused by a change in air density and air humidity in the reference light path and the measurement light path of the length measuring interferometer. ing. In the refractive index fluctuation measuring system of the second embodiment, the light source 312 of the light source unit 301 includes light having a frequency f1 and light having a frequency f2 which is a second harmonic thereof (f2 = 2).
f1) are respectively emitted along optical paths substantially parallel to each other. The light of frequency f1 and the light of frequency f2 both have a polarization direction parallel to the plane of FIG. 4 and FIG. The light having the frequency f1 and the light having the frequency f2 are the light having the frequency f00 and the light having the frequency f01 from the length measuring light source 310.
Has a frequency substantially different from that of the light.

【0048】周波数f1 の光は、波長板190を介し
て、偏光ビームスプリッタ161に入射する。波長板1
90は、偏光ビームスプリッタ161の偏光分離面の配
置に応じて入射する周波数f1 の光の偏光方位を適宜回
転させる。その結果、周波数f1 の光は、波長板190
と偏光ビームスプリッタ161との作用により、強度が
互いにほぼ等しく且つ偏光方位が直交した2つの光に分
離される。すなわち、偏光ビームスプリッタ161で反
射された周波数f1 の光(図5の紙面に垂直な偏光方位
を有する光)は周波数シフタ223に、偏光ビームスプ
リッタ161を透過した周波数f1 の光(図5の紙面に
平行な偏光方位を有する光)は周波数シフタ224にそ
れぞれ入射する。
The light having the frequency f 1 is incident on the polarization beam splitter 161 via the wave plate 190. Wave plate 1
Numeral 90 appropriately rotates the polarization direction of the incident light of frequency f1 according to the arrangement of the polarization splitting surface of the polarization beam splitter 161. As a result, the light of the frequency f1 is
And the polarization beam splitter 161, the light is separated into two lights having substantially equal intensities and orthogonal polarization directions. That is, the light of the frequency f1 reflected by the polarization beam splitter 161 (the light having the polarization direction perpendicular to the plane of FIG. 5) is transmitted to the frequency shifter 223 by the light of the frequency f1 transmitted through the polarization beam splitter 161 (the plane of FIG. 5). The light having a polarization direction parallel to the light is incident on the frequency shifter 224.

【0049】周波数シフタ223では、周波数f1 の光
がわずかに周波数変調され、周波数f11(f11=f1 +
Δf1')の光になる。また、周波数シフタ224では、
周波数f1 の光がわずかに周波数変調され、周波数f10
(f10=f1 +Δf1 )の光になる。一方、周波数f2
の光は、SHG変換素子183に入射し、周波数f2 の
光の一部がSHG変換素子183により周波数f3 (f
3 =2f2 )の光に変換され、その残部がSHG変換素
子183をそのまま透過する。SHG変換素子183か
ら射出された周波数f2 の光および周波数f3 の光は、
ほぼ同一の光路に沿って周波数分離素子であるダイクロ
イックミラー123に入射する。
In the frequency shifter 223, the light having the frequency f1 is slightly frequency-modulated, and the frequency f11 (f11 = f1 +
Δf1 ′). In the frequency shifter 224,
The light of the frequency f1 is slightly frequency-modulated, and the frequency f10
(F10 = f1 + Δf1). On the other hand, the frequency f2
Is incident on the SHG conversion element 183, and a part of the light having the frequency f2 is converted by the SHG conversion element 183 into the frequency f3 (f
3 = 2f2), and the remainder passes through the SHG conversion element 183 as it is. The light of frequency f2 and the light of frequency f3 emitted from the SHG conversion element 183 are
The light enters the dichroic mirror 123 as a frequency separation element along substantially the same optical path.

【0050】ダイクロイックミラー123を透過した周
波数f2 の光は、波長板191を介して、偏光ビームス
プリッタ163に入射する。周波数f2 の光は、波長板
191と偏光ビームスプリッタ163との作用により、
強度が互いにほぼ等しく且つ偏光方位が直交した2つの
光に分離される。すなわち、偏光ビームスプリッタ16
3で反射された周波数f2 の光(図5の紙面に垂直な偏
光方位を有する光)は周波数シフタ226に、偏光ビー
ムスプリッタ163を透過した周波数f2 の光(図5の
紙面に平行な偏光方位を有する光)は周波数シフタ22
5にそれぞれ入射する。周波数シフタ226では、周波
数f2 の光がわずかに周波数変調され、周波数f21(f
21=f2 +Δf2')の光になる。また、周波数シフタ2
25では、周波数f2 の光がわずかに周波数変調され、
周波数f20(f20=f2 +Δf2)の光になる。
The light having the frequency f 2 transmitted through the dichroic mirror 123 is incident on the polarization beam splitter 163 via the wave plate 191. The light of the frequency f2 is generated by the action of the wave plate 191 and the polarization beam splitter 163.
The light is separated into two lights having substantially equal intensities and orthogonal polarization directions. That is, the polarization beam splitter 16
The light of frequency f2 (light having a polarization direction perpendicular to the plane of FIG. 5) reflected at 3 is transmitted to the frequency shifter 226 by the light of frequency f2 transmitted through the polarization beam splitter 163 (polarization direction parallel to the plane of FIG. 5). Is a frequency shifter 22
5 respectively. In the frequency shifter 226, the light having the frequency f2 is slightly frequency-modulated, and the frequency f21 (f
21 = f2 + .DELTA.f2 '). In addition, frequency shifter 2
At 25, the light of frequency f2 is slightly frequency modulated,
It becomes light of frequency f20 (f20 = f2 + Δf2).

【0051】ダイクロイックミラー123で反射された
周波数f3 の光は、波長板192を介して、偏光ビーム
スプリッタ165に入射する。周波数f3 の光は、波長
板192と偏光ビームスプリッタ165との作用によ
り、強度が互いにほぼ等しく且つ偏光方位が直交した2
つの光に分離される。すなわち、偏光ビームスプリッタ
165で反射された周波数f3 の光(図5の紙面に垂直
な偏光方位を有する光)は周波数シフタ228に、偏光
ビームスプリッタ165を透過した周波数f3 の光(図
5の紙面に平行な偏光方位を有する光)は周波数シフタ
227にそれぞれ入射する。周波数シフタ228では、
周波数f3 の光がわずかに周波数変調され、周波数f31
(f31=f3 +Δf3')の光になる。また、周波数シフ
タ227では、周波数f3 の光がわずかに周波数変調さ
れ、周波数f30(f30=f3 +Δf3 )の光になる。
The light having the frequency f 3 reflected by the dichroic mirror 123 enters the polarization beam splitter 165 via the wave plate 192. Due to the action of the wave plate 192 and the polarizing beam splitter 165, the light of the frequency f3 is substantially equal in intensity and orthogonal in the polarization direction.
Separated into two lights. That is, the light of the frequency f3 reflected by the polarization beam splitter 165 (the light having the polarization direction perpendicular to the plane of FIG. 5) is transmitted to the frequency shifter 228 and the light of the frequency f3 transmitted through the polarization beam splitter 165 (the plane of FIG. 5). The light having a polarization direction parallel to the light is incident on the frequency shifter 227. In the frequency shifter 228,
The light of the frequency f3 is slightly frequency-modulated, and the frequency f31
(F31 = f3 + .DELTA.f3 '). Further, the frequency shifter 227 slightly modulates the light of the frequency f3 into light of the frequency f30 (f30 = f3 + .DELTA.f3).

【0052】周波数f10の光と周波数f11の光とは、偏
光ビームスプリッタ162の作用により、ほぼ同一の光
路に沿って結合される。また、周波数f20の光と周波数
f21の光とは、偏光ビームスプリッタ164の作用によ
り、ほぼ同一の光路に沿って結合される。さらに、周波
数f30の光と周波数f31の光とは、偏光ビームスプリッ
タ166の作用により、ほぼ同一の光路に沿って結合さ
れる。こうして、図4および図5の紙面に平行な偏光方
位を有する周波数f10の光、周波数f20の光および周波
数f30の光、並びに紙面に垂直な偏光方位を有する周波
数f11の光、周波数f21の光および周波数f31の光は、
周波数結合素子であるダイクロイックミラー113およ
び114の作用によりほぼ同一の光路に沿って結合さ
れ、光源部301から射出される。
The light having the frequency f10 and the light having the frequency f11 are coupled along substantially the same optical path by the action of the polarization beam splitter 162. Further, the light having the frequency f20 and the light having the frequency f21 are coupled along substantially the same optical path by the action of the polarization beam splitter 164. Further, the light having the frequency f30 and the light having the frequency f31 are coupled along substantially the same optical path by the action of the polarization beam splitter 166. Thus, the light of frequency f10, the light of frequency f20, and the light of frequency f30 having the polarization direction parallel to the paper surface of FIGS. 4 and 5, the light of frequency f11 having the polarization direction perpendicular to the paper surface, the light of frequency f21, and the like. The light of frequency f31 is
The light is coupled along substantially the same optical path by the action of dichroic mirrors 113 and 114, which are frequency coupling elements, and emitted from the light source unit 301.

【0053】光源部301からほぼ同一の光路に沿って
射出された周波数f10の光、周波数f20の光および周波
数f30の光、並びに周波数f11の光、周波数f21の光お
よび周波数f31の光は、ダイクロイックミラー110お
よびダイクロイックミラー120を介して偏光ビームス
プリッタ160に入射する。偏光ビームスプリッタ16
0は、図4の紙面に平行な偏光方位を有する光を透過
し、紙面に垂直な偏光方位を有する光を反射するように
配置されている。したがって、周波数f10の光、周波数
f20の光および周波数f30の光は、偏光ビームスプリッ
タ160を透過し、移動鏡140で反射された後、再び
偏光ビームスプリッタ160に戻る。また、周波数f11
の光、周波数f21の光および周波数f31の光は、偏光ビ
ームスプリッタ160で反射され、固定鏡150で反射
された後、再び偏光ビームスプリッタ160に戻る。
The light having the frequency f10, the light having the frequency f20 and the light having the frequency f30, the light having the frequency f11, the light having the frequency f21 and the light having the frequency f31 emitted from the light source 301 along substantially the same optical path are dichroic. The light enters the polarization beam splitter 160 via the mirror 110 and the dichroic mirror 120. Polarizing beam splitter 16
Numeral 0 is arranged so as to transmit light having a polarization direction parallel to the plane of FIG. 4 and reflect light having a polarization direction perpendicular to the plane of FIG. Therefore, the light having the frequency f10, the light having the frequency f20, and the light having the frequency f30 pass through the polarizing beam splitter 160, are reflected by the movable mirror 140, and return to the polarizing beam splitter 160 again. Also, the frequency f11
, The light of frequency f21, and the light of frequency f31 are reflected by the polarization beam splitter 160, reflected by the fixed mirror 150, and then return to the polarization beam splitter 160 again.

【0054】こうして、測定光路を介した周波数f10の
光、周波数f20の光および周波数f30の光と、参照光路
を介した周波数f11の光、周波数f21の光および周波数
f31の光とは、偏光ビームスプリッタ160からほぼ同
一の光路に沿って射出され、ダイクロイックミラー12
1に入射する。ダイクロイックミラー121で反射され
た周波数f10の光、周波数f20の光および周波数f30の
光、並びに周波数f11の光、周波数f21の光および周波
数f31の光は、測長用光源310からの周波数がf00近
傍の光から分離され、測定検出部321Aに入射する。
Thus, the light of the frequency f10, the light of the frequency f20, and the light of the frequency f30 via the measurement optical path, and the light of the frequency f11, the light of the frequency f21, and the light of the frequency f31 via the reference optical path are polarized light beams. The light is emitted from the splitter 160 along substantially the same optical path, and the dichroic mirror 12
Incident on 1. The light having the frequency f10, the light having the frequency f20, the light having the frequency f30, the light having the frequency f11, the light having the frequency f21, and the light having the frequency f31 reflected by the dichroic mirror 121 have a frequency from the length measurement light source 310 near f00. And is incident on the measurement detection unit 321A.

【0055】図6を参照すると、ほぼ同一の光路に沿っ
て測定検出部321Aに入射した周波数f10の光、周波
数f20の光および周波数f30の光の一部は、偏光ビーム
スプリッタ403により反射され、周波数分離素子であ
るダイクロイックミラー442に入射する。ダイクロイ
ックミラー442で反射された周波数f30の光はレシー
バ434に入射し、ダイクロイックミラー442を透過
した周波数f10の光および周波数f20の光はもう1つの
周波数分離素子であるダイクロイックミラー443に入
射する。ダイクロイックミラー443で反射された周波
数f20の光はレシーバ435に入射し、ダイクロイック
ミラー443を透過した周波数f10の光はレシーバ43
6に入射する。こうして、レシーバ434〜436で検
出された光路変動に関する信号は、演算器201に供給
される。
Referring to FIG. 6, the light of frequency f10, the light of frequency f20, and a part of the light of frequency f30 incident on the measurement and detection section 321A along substantially the same optical path are reflected by the polarization beam splitter 403. The light enters a dichroic mirror 442 which is a frequency separation element. The light of the frequency f30 reflected by the dichroic mirror 442 enters the receiver 434, and the light of the frequency f10 and the light of the frequency f20 transmitted through the dichroic mirror 442 enter the dichroic mirror 443, which is another frequency separation element. The light of the frequency f20 reflected by the dichroic mirror 443 enters the receiver 435, and the light of the frequency f10 transmitted through the dichroic mirror 443 is received by the receiver 43.
6 is incident. In this way, the signal regarding the optical path fluctuation detected by the receivers 434 to 436 is supplied to the arithmetic unit 201.

【0056】一方、偏光ビームスプリッタ403を透過
した周波数f10の光、周波数f20の光および周波数f30
の光の残部、並びに周波数f11の光、周波数f21の光お
よび周波数f31の光は、周波数分離素子であるダイクロ
イックミラー124に入射する。ダイクロイックミラー
124は、周波数f10の光および周波数f11の光を反射
し、他の周波数の光を透過する特性を有する。したがっ
て、ダイクロイックミラー124で反射された周波数f
10の光および周波数f11の光は、周波数フィルタ173
を介して偏光子付きのレシーバ214に入射する。周波
数フィルタ173は、周波数f10の光および周波数f11
の光だけを透過し、それ以外の周波数の光すなわち誤差
光を遮断する。周波数f10の光と周波数f11の光とはレ
シーバ214の偏光子を介して干渉し、レシーバ214
は干渉光に基づくビート信号(周波数f10−f11=Δf
1 −Δf1')を屈折率変動の測定のための測定ビート信
号として演算器201に供給する。
On the other hand, the light having the frequency f10, the light having the frequency f20, and the light having the frequency f30 transmitted through the polarization beam splitter 403.
And the light of the frequency f11, the light of the frequency f21, and the light of the frequency f31 enter the dichroic mirror 124 as a frequency separation element. The dichroic mirror 124 has a characteristic of reflecting light of the frequency f10 and light of the frequency f11 and transmitting light of other frequencies. Therefore, the frequency f reflected by the dichroic mirror 124
The light of 10 and the light of frequency f11 are passed through the frequency filter 173.
To the receiver 214 with a polarizer. The frequency filter 173 includes the light having the frequency f10 and the frequency f11.
, And blocks light of other frequencies, that is, error light. The light having the frequency f10 and the light having the frequency f11 interfere with each other via the polarizer of the receiver 214.
Is a beat signal based on the interference light (frequency f10−f11 = Δf
1−Δf1 ′) is supplied to the arithmetic unit 201 as a measurement beat signal for measuring the refractive index fluctuation.

【0057】ダイクロイックミラー124を透過した周
波数f20の光および周波数f30の光、並びに周波数f21
の光および周波数f31の光は、周波数分離素子であるダ
イクロイックミラー125に入射する。ダイクロイック
ミラー125は、周波数f20の光および周波数f21の光
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、ダイクロイックミラー125で反射された周
波数f20の光および周波数f21の光は、周波数フィルタ
174を介して偏光子付きのレシーバ215に入射す
る。周波数フィルタ174は、周波数f20の光および周
波数f21の光だけを透過し、それ以外の周波数の光すな
わち誤差光を遮断する。周波数f20の光と周波数f21の
光とはレシーバ215の偏光子を介して干渉し、レシー
バ215は干渉光に基づくビート信号(周波数f20−f
21=Δf2 −Δf2')を屈折率変動の測定のための測定
ビート信号として演算器201に供給する。
The light having the frequency f20 and the light having the frequency f30 transmitted through the dichroic mirror 124 and the light having the frequency f21
And the light having the frequency f31 enter a dichroic mirror 125 which is a frequency separation element. The dichroic mirror 125 has a characteristic of reflecting light having the frequency f20 and light having the frequency f21 and transmitting light having other frequencies. Therefore, the light of the frequency f20 and the light of the frequency f21 reflected by the dichroic mirror 125 enter the receiver 215 with the polarizer via the frequency filter 174. The frequency filter 174 transmits only the light of the frequency f20 and the light of the frequency f21, and blocks the light of other frequencies, that is, the error light. The light of the frequency f20 and the light of the frequency f21 interfere via the polarizer of the receiver 215, and the receiver 215 generates a beat signal (frequency f20-f) based on the interference light.
21 = Δf 2 −Δf 2 ′) is supplied to the arithmetic unit 201 as a measurement beat signal for measuring the refractive index fluctuation.

【0058】ダイクロイックミラー125を透過した周
波数f30の光および周波数f31の光は、ミラー146で
折り曲げられた後、周波数フィルタ175を介して偏光
子付きのレシーバ216に入射する。周波数フィルタ1
75は、周波数f30の光および周波数f31の光だけを透
過し、それ以外の周波数の光すなわち誤差光を遮断す
る。周波数f30の光と周波数f31の光とはレシーバ21
6の偏光子を介して干渉し、レシーバ216は干渉光に
基づくビート信号(周波数f30−f31=Δf3 −Δf
3')を屈折率変動の測定のための測定ビート信号として
演算器201に供給する。
The light having the frequency f 30 and the light having the frequency f 31 transmitted through the dichroic mirror 125 are bent by the mirror 146, and then enter the receiver 216 with the polarizer via the frequency filter 175. Frequency filter 1
Reference numeral 75 transmits only light having the frequency f30 and light having the frequency f31, and blocks light having other frequencies, that is, error light. The light of frequency f30 and the light of frequency f31 are
6, and the receiver 216 receives a beat signal (frequency f30-f31 = .DELTA.f3-.DELTA.f) based on the interference light.
3 ′) is supplied to the arithmetic unit 201 as a measurement beat signal for measuring the refractive index fluctuation.

【0059】一方、光源部301からほぼ同一の光路に
沿って射出された周波数f10の光、周波数f20の光およ
び周波数f30の光、並びに周波数f11の光、周波数f21
の光および周波数f31の光の一部は、ダイクロイックミ
ラー120によって反射され、参照検出部321Bに入
射する。なお、図6に示すように、参照検出部321B
の構成は、測定検出部321Aの構成と全く同じであ
る。したがって、参照検出部321Bにおいても、レシ
ーバ434〜436で検出された光路変動に関する信号
は演算器201に供給される。また、レシーバ214
は、干渉光に基づくビート信号(周波数f10−f11=Δ
f1 −Δf1')を屈折率変動の測定のための参照ビート
信号として演算器201に供給する。さらに、レシーバ
215は、干渉光に基づくビート信号(周波数f20−f
21=Δf2 −Δf2')を屈折率変動の測定のための参照
ビート信号として演算器201に供給する。また、レシ
ーバ216は、干渉光に基づくビート信号(周波数f30
−f31=Δf3 −Δf3')を屈折率変動の測定のための
参照ビート信号として演算器201に供給する。
On the other hand, light of frequency f10, light of frequency f20 and light of frequency f30, light of frequency f11, light of frequency f11, and frequency f21 emitted from light source 301 along substantially the same optical path.
Is reflected by the dichroic mirror 120 and enters the reference detection unit 321B. As shown in FIG. 6, the reference detection unit 321B
Is exactly the same as the configuration of the measurement detection unit 321A. Therefore, also in the reference detection unit 321B, the signal relating to the optical path fluctuation detected by the receivers 434 to 436 is supplied to the arithmetic unit 201. Also, the receiver 214
Is a beat signal based on the interference light (frequency f10−f11 = Δ
f1−Δf1 ′) is supplied to the arithmetic unit 201 as a reference beat signal for measuring the refractive index fluctuation. Further, the receiver 215 outputs a beat signal (frequency f20-f) based on the interference light.
21 = Δf 2 −Δf 2 ′) is supplied to the arithmetic unit 201 as a reference beat signal for measuring the refractive index fluctuation. Further, the receiver 216 outputs a beat signal (frequency f30) based on the interference light.
−f31 = Δf3−Δf3 ′) is supplied to the computing unit 201 as a reference beat signal for measuring the refractive index fluctuation.

【0060】こうして、演算器201では、レシーバ2
14からの屈折率変動の測定のための参照ビート信号と
測定ビート信号との位相変化に基づいて、周波数f1 の
光に対する光路長変化ΔD(f1 )を求める。また、レ
シーバ215からの屈折率変動の測定のための参照ビー
ト信号と測定ビート信号との位相変化に基づいて、周波
数f2 の光に対する光路長変化ΔD(f2 )を求める。
さらに、レシーバ216からの屈折率変動の測定のため
の参照ビート信号と測定ビート信号との位相変化に基づ
いて、周波数f3 の光に対する光路長変化ΔD(f3 )
を求める。また、レシーバ434〜436からの信号に
基づいて、主として光源312の射出角の変動に起因す
る各光路の変動を検出する。
As described above, in the arithmetic unit 201, the receiver 2
An optical path length change .DELTA.D (f1) with respect to the light of frequency f1 is obtained based on the phase change between the reference beat signal for measuring the refractive index variation from 14 and the measured beat signal. Further, based on the phase change between the reference beat signal for measuring the refractive index fluctuation from the receiver 215 and the measured beat signal, the optical path length change ΔD (f2) for the light having the frequency f2 is obtained.
Further, based on the phase change between the reference beat signal for measuring the refractive index fluctuation from the receiver 216 and the measured beat signal, the optical path length change ΔD (f3) for the light of frequency f3.
Ask for. Further, based on signals from the receivers 434 to 436, a change in each optical path mainly due to a change in the emission angle of the light source 312 is detected.

【0061】したがって、上述の演算式(11)におい
て、ΔD(fa)として変位量ΔD(f00)を、ΔD
(fb)として周波数f1 の光に対する光路長変化ΔD
(f1 )を、ΔD(fc)として周波数f2 の光に対す
るΔD(f2 )を、ΔD(fd)として周波数f3 の光
に対する光路長変化ΔD(f3 )をそれぞれ代入するこ
とにより、参照光路および測定光路中の空気の密度変動
および湿度変動に伴う屈折率変動に起因する測定誤差を
補正したステージ130の真の変位量ΔDを求めること
ができる。こうして、第2実施例では、参照光路および
測定光路中の空気の密度変動および湿度変動に伴う屈折
率変動に起因する測定誤差を補正し、移動鏡140の真
の変位量ΔDをひいてはステージ130の真の変位量Δ
Dを高精度に求めることができる。
Therefore, in the above equation (11), the displacement amount ΔD (f00) is expressed as ΔD (fa) by ΔD (fa).
(Fb) as an optical path length change ΔD for light of frequency f1
By substituting (f1) for .DELTA.D (fc) with .DELTA.D (f2) for light of frequency f2 and .DELTA.D (fd) for the change in optical path length .DELTA.D (f3) for light of frequency f3, respectively, the reference optical path and the measurement optical path The true displacement amount ΔD of the stage 130 in which the measurement error caused by the change in the refractive index caused by the density fluctuation and the humidity fluctuation of the air inside can be obtained. Thus, in the second embodiment, the measurement error caused by the refractive index fluctuation caused by the density fluctuation and the humidity fluctuation of the air in the reference light path and the measurement light path is corrected, and the true displacement amount ΔD of the movable mirror 140 and the stage 130 are corrected. True displacement Δ
D can be determined with high accuracy.

【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。また、図
8は、図7の光源部302の内部構成を概略的に示す図
である。第3実施例は、第1実施例と同様の構成を有す
る。しかしながら、第1実施例における測長用光源31
0および光源部300が第2実施例では1つの光源部3
02で置換されている点が基本的に相違している。した
がって、図7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. FIG. 8 is a diagram schematically showing an internal configuration of the light source unit 302 of FIG. The third embodiment has the same configuration as the first embodiment. However, the light source 31 for length measurement in the first embodiment is used.
0 and one light source unit 300 in the second embodiment.
The difference is that it is replaced by 02. Therefore, in FIG. 7, elements having the same functions as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in FIG. Hereinafter, the third embodiment will be described focusing on the differences from the first embodiment.

【0063】図7の光波干渉測定装置は、光源部302
を備えている。図8を参照すると、光源部302の光源
313は、周波数f1 の光と、その第2高調波である周
波数f2 の光(f2 =2f1 )とを、互いにほぼ平行な
光路に沿ってそれぞれ射出する。なお、周波数f1 の光
および周波数f2 の光はともに、図7および図8の紙面
に平行な偏光方位を有する。以下、説明を簡単にするた
めに、図7および図8の紙面に平行な偏光方位を有する
光をp偏光の光とし、紙面に垂直な偏光方位を有する光
をs偏光の光とする。周波数f1 の光は、波長板195
を介して、偏光ビームスプリッタ400に入射する。波
長板195は、偏光ビームスプリッタ400の偏光分離
面の配置に応じて入射する周波数f1 の光の偏光方位を
適宜回転させる。その結果、周波数f1 の光は、波長板
195と偏光ビームスプリッタ400との作用により、
偏光方位が直交した2つの光すなわちp偏光の光とs偏
光の光とに分離される。
The light wave interference measuring apparatus shown in FIG.
It has. Referring to FIG. 8, the light source 313 of the light source unit 302 emits light having a frequency f1 and light having a frequency f2 (f2 = 2f1), which is the second harmonic thereof, along optical paths substantially parallel to each other. . Note that both the light having the frequency f1 and the light having the frequency f2 have a polarization direction parallel to the plane of FIG. 7 and FIG. Hereinafter, for simplicity of explanation, light having a polarization direction parallel to the paper surface of FIGS. 7 and 8 is referred to as p-polarized light, and light having a polarization direction perpendicular to the paper surface is referred to as s-polarized light. The light of the frequency f1 is transmitted to the wave plate 195.
, And enters the polarization beam splitter 400. The wave plate 195 appropriately rotates the polarization direction of the incident light of the frequency f1 according to the arrangement of the polarization splitting surface of the polarization beam splitter 400. As a result, the light having the frequency f1 is generated by the action of the wave plate 195 and the polarizing beam splitter 400.
The light is separated into two lights whose polarization directions are orthogonal, that is, p-polarized light and s-polarized light.

【0064】すなわち、偏光ビームスプリッタ400で
反射された周波数f1 のs偏光の光は周波数シフタ41
1に、偏光ビームスプリッタ400を透過した周波数f
1 のp偏光の光は周波数シフタ410にそれぞれ入射す
る。なお、偏光ビームスプリッタ400で反射される周
波数f1 のs偏光の光と偏光ビームスプリッタ400を
透過する周波数f1 のp偏光の光との強度比は、波長板
195と偏光ビームスプリッタ400との組み合わせに
より適宜調整可能である。後述するように、偏光ビーム
スプリッタ400を透過した周波数f1 のp偏光の光
は、周波数変調されて周波数f10の光となった後、測定
検出部320Aおよび参照検出部320BにおいてSH
G変換素子181により周波数変換される。周波数変換
には大きな光強度が必要であるため、偏光ビームスプリ
ッタ400で反射される周波数f1 のs偏光の光の強度
に比べて偏光ビームスプリッタ400を透過する周波数
f1 のp偏光の光の強度が大きくなるように、波長板1
95と偏光ビームスプリッタ400とを組み合わせるこ
とが好ましい。
That is, the s-polarized light having the frequency f 1 reflected by the polarization beam splitter 400 is reflected by the frequency shifter 41.
1, the frequency f transmitted through the polarizing beam splitter 400
The 1 p-polarized light enters the frequency shifter 410. The intensity ratio between the s-polarized light having the frequency f1 reflected by the polarization beam splitter 400 and the p-polarized light having the frequency f1 transmitted through the polarization beam splitter 400 is determined by the combination of the wave plate 195 and the polarization beam splitter 400. It can be adjusted appropriately. As will be described later, the p-polarized light having the frequency f1 transmitted through the polarization beam splitter 400 is frequency-modulated into light having the frequency f10, and then SH is measured by the measurement detection unit 320A and the reference detection unit 320B.
The frequency is converted by the G conversion element 181. Since the frequency conversion requires a large light intensity, the intensity of the p-polarized light having the frequency f1 transmitted through the polarization beam splitter 400 is smaller than the intensity of the s-polarized light having the frequency f1 reflected by the polarization beam splitter 400. Wave plate 1
It is preferable to combine the polarization beam splitter 95 with the polarization beam splitter 400.

【0065】周波数シフタ411では、s偏光状態にあ
る周波数f1 の光がわずかに周波数変調され、周波数f
11(f11=f1 +Δf1')の光になる。また、周波数シ
フタ410では、p偏光状態にある周波数f1 の光がわ
ずかに周波数変調され、周波数f10(f10=f1 +Δf
1 )の光になる。周波数シフタ411のドライバの駆動
出力および周波数シフタ410のドライバの駆動出力
は、移動鏡141の変位測定のための参照信号として演
算器202に供給される。
The frequency shifter 411 slightly modulates the light of the frequency f 1 in the s-polarized state,
11 (f11 = f1 + Δf1 '). In the frequency shifter 410, the light having the frequency f1 in the p-polarized state is slightly frequency-modulated, and the frequency f10 (f10 = f1 + Δf)
1) Be light. The drive output of the driver of the frequency shifter 411 and the drive output of the driver of the frequency shifter 410 are supplied to the arithmetic unit 202 as reference signals for measuring the displacement of the movable mirror 141.

【0066】一方、周波数f2 の光は、SHG変換素子
184に入射し、周波数f2 の光の一部がSHG変換素
子184により周波数f3 (f3 =2f2 )の光に変換
され、その残部がSHG変換素子184をそのまま透過
する。なお、SHG変換素子184には、KDP(KH
2 PO4 )などの非線形光学結晶を用いることができ
る。SHG変換素子184から射出された周波数f2 の
光および周波数f3 の光は、ほぼ同一の光路に沿って周
波数分離素子であるダイクロイックミラー126に入射
する。
On the other hand, the light having the frequency f2 is incident on the SHG conversion element 184, and a part of the light having the frequency f2 is converted by the SHG conversion element 184 into light having the frequency f3 (f3 = 2f2), and the rest is converted into the SHG conversion light. The light passes through the element 184 as it is. The SHG conversion element 184 has KDP (KH
2 PO 4) can be used a non-linear optical crystal such as. The light of frequency f2 and the light of frequency f3 emitted from the SHG conversion element 184 enter the dichroic mirror 126 as a frequency separation element along substantially the same optical path.

【0067】ダイクロイックミラー126を透過した周
波数f2 の光は周波数シフタ412に、ダイクロイック
ミラー123で反射された周波数f3 の光は周波数シフ
タ413にそれぞれ入射する。周波数シフタ412で
は、周波数f2 の光がわずかに周波数変調され、周波数
f20(f20=f2 +Δf2 )の光になる。また、周波数
シフタ413では、周波数f3 の光がわずかに周波数変
調され、周波数f30(f30=f3 +Δf3 )の光にな
る。
The light of the frequency f 2 transmitted through the dichroic mirror 126 enters the frequency shifter 412, and the light of the frequency f 3 reflected by the dichroic mirror 123 enters the frequency shifter 413. In the frequency shifter 412, the light of the frequency f2 is slightly frequency-modulated to become light of the frequency f20 (f20 = f2 + .DELTA.f2). In the frequency shifter 413, the light having the frequency f3 is slightly frequency-modulated to become light having the frequency f30 (f30 = f3 + .DELTA.f3).

【0068】周波数f10の光と周波数f11の光とは、偏
光ビームスプリッタ401の作用により、ほぼ同一の光
路に沿って結合される。また、周波数f20の光と周波数
f30の光とは、周波数結合素子であるダイクロイックミ
ラー115の作用により、ほぼ同一の光路に沿って結合
される。こうして、p偏光状態にある周波数f10の光、
周波数f20の光および周波数f30の光、並びにs偏光状
態にある周波数f11の光は、周波数結合素子であるダイ
クロイックミラー116の作用によりほぼ同一の光路に
沿って結合され、光源部302から射出される。
The light having the frequency f10 and the light having the frequency f11 are coupled along substantially the same optical path by the action of the polarizing beam splitter 401. Further, the light having the frequency f20 and the light having the frequency f30 are coupled along substantially the same optical path by the action of the dichroic mirror 115 which is a frequency coupling element. Thus, light of frequency f10 in the p-polarized state,
The light of the frequency f20, the light of the frequency f30, and the light of the frequency f11 in the s-polarized state are coupled along substantially the same optical path by the action of the dichroic mirror 116, which is a frequency coupling element, and are emitted from the light source unit 302. .

【0069】光源部302からほぼ同一の光路に沿って
射出された周波数f10の光、周波数f11の光、周波数f
20の光および周波数f30の光は、周波数分離素子である
ダイクロイックミラー102を介して偏光ビームスプリ
ッタ167に入射する。偏光ビームスプリッタ167
は、p偏光の光を透過し、s偏光の光を反射するように
配置されている。したがって、p偏光状態にある周波数
f10の光、周波数f20の光および周波数f30の光は偏光
ビームスプリッタ167を透過し、s偏光状態にある周
波数f11の光は偏光ビームスプリッタ167で反射され
る。
The light having the frequency f10, the light having the frequency f11, and the light having the frequency f emitted from the light source 302 along substantially the same optical path.
The light having the frequency of 20 and the light having the frequency of f30 enter the polarization beam splitter 167 via the dichroic mirror 102 which is a frequency separation element. Polarizing beam splitter 167
Are arranged to transmit p-polarized light and reflect s-polarized light. Therefore, the light of the frequency f10, the light of the frequency f20, and the light of the frequency f30 in the p-polarized state pass through the polarizing beam splitter 167, and the light of the frequency f11 in the s-polarized state is reflected by the polarizing beam splitter 167.

【0070】偏光ビームスプリッタ167で反射された
周波数f11のs偏光の光は、波長板193を介して円偏
光になった後、周波数フィルタ176を介して、平面鏡
からなる固定鏡151に入射する。固定鏡151で入射
光路と同じ光路に沿って反射された周波数f11の円偏光
の光は、周波数フィルタ176および波長板193を介
してp偏光となり、偏光ビームスプリッタ167に戻
る。偏光ビームスプリッタ167に戻った周波数f11の
p偏光の光は、偏光ビームスプリッタ167を透過し、
偏光ビームスプリッタ168に入射する。偏光ビームス
プリッタ168は、偏光ビームスプリッタ167と同様
に、p偏光の光を透過し、s偏光の光を反射するように
配置されている。したがって、偏光ビームスプリッタ1
68を透過した周波数f11のp偏光の光は、周波数フィ
ルタ177を介して、コーナーキューブ135に入射す
る。
The s-polarized light having the frequency f 11 reflected by the polarization beam splitter 167 becomes circularly polarized light via the wave plate 193, and then enters the fixed mirror 151 formed of a plane mirror via the frequency filter 176. The circularly-polarized light having the frequency f11 reflected by the fixed mirror 151 along the same optical path as the incident optical path becomes p-polarized light via the frequency filter 176 and the wavelength plate 193, and returns to the polarization beam splitter 167. The p-polarized light having the frequency f11 returned to the polarization beam splitter 167 passes through the polarization beam splitter 167,
The light enters the polarization beam splitter 168. Like the polarization beam splitter 167, the polarization beam splitter 168 is arranged to transmit p-polarized light and reflect s-polarized light. Therefore, the polarization beam splitter 1
The p-polarized light having the frequency f11 transmitted through the light 68 enters the corner cube 135 via the frequency filter 177.

【0071】コーナーキューブ135で反射された周波
数f11のp偏光の光は、周波数フィルタ177および偏
光ビームスプリッタ168を介して、偏光ビームスプリ
ッタ167に戻る。偏光ビームスプリッタ167に戻っ
た周波数f11のp偏光の光は、偏光ビームスプリッタ1
67を透過し、波長板193を介して円偏光になった
後、周波数フィルタ176を介して、固定鏡151に再
び入射する。固定鏡151で反射された周波数f11の円
偏光の光は、周波数フィルタ176および波長板193
を介してs偏光となり、偏光ビームスプリッタ167に
戻る。偏光ビームスプリッタ167に戻った周波数f11
のs偏光の光は、偏光ビームスプリッタ167で反射さ
れ、周波数分離素子であるダイクロイックミラー103
に向かって射出される。なお、偏光ビームスプリッタ1
67と固定鏡151との間の参照光路中の屈折率変動を
小さく抑えるために、参照光路はエアチューブ330に
よって包囲されている。
The p-polarized light having the frequency f 11 reflected by the corner cube 135 returns to the polarization beam splitter 167 via the frequency filter 177 and the polarization beam splitter 168. The p-polarized light having the frequency f11 returned to the polarization beam splitter 167 is
After passing through 67 and becoming circularly polarized light via the wavelength plate 193, the light enters the fixed mirror 151 again via the frequency filter 176. The circularly polarized light having the frequency f11 reflected by the fixed mirror 151 is transmitted to the frequency filter 176 and the wave plate 193.
, And returns to the polarization beam splitter 167. Frequency f11 returned to polarization beam splitter 167
The s-polarized light is reflected by the polarization beam splitter 167 and is a dichroic mirror 103 serving as a frequency separation element.
It is injected toward. Note that the polarization beam splitter 1
The reference optical path is surrounded by an air tube 330 in order to keep the refractive index fluctuation in the reference optical path between the 67 and the fixed mirror 151 small.

【0072】偏光ビームスプリッタ167を透過したp
偏光状態にある周波数f10の光、周波数f20の光および
周波数f30の光は、波長板194を介して円偏光になっ
た後、平面鏡からなる移動鏡141に入射する。なお、
移動鏡141は、図中矢印方向に沿って移動可能なステ
ージ(不図示)に取り付けられている。移動鏡141で
入射光路と同じ光路に沿って反射された円偏光状態にあ
る周波数f10の光、周波数f20の光および周波数f30の
光は、波長板194を介してs偏光となり、偏光ビーム
スプリッタ167に戻る。偏光ビームスプリッタ167
に戻ったs偏光状態にある周波数f10の光、周波数f20
の光および周波数f30の光は、偏光ビームスプリッタ1
67で反射され、偏光ビームスプリッタ168に入射す
る。偏光ビームスプリッタ168で反射されたs偏光状
態にある周波数f10の光、周波数f20の光および周波数
f30の光は、偏光ビームスプリッタ169に入射する。
偏光ビームスプリッタ169は、偏光ビームスプリッタ
167および168と同様に、p偏光の光を透過し、s
偏光の光を反射するように配置されている。したがっ
て、偏光ビームスプリッタ169で反射されたs偏光状
態にある周波数f10の光、周波数f20の光および周波数
f30の光は、コーナーキューブ136に入射する。
The p transmitted through the polarizing beam splitter 167
The light of the frequency f10, the light of the frequency f20, and the light of the frequency f30 in the polarization state are converted into circularly polarized light via the wave plate 194, and then enter the moving mirror 141 formed of a plane mirror. In addition,
The movable mirror 141 is attached to a stage (not shown) that can move along the arrow direction in the figure. The light of the frequency f10, the light of the frequency f20, and the light of the frequency f30, which are reflected by the movable mirror 141 along the same optical path as the incident optical path, become the s-polarized light via the wave plate 194, and become the polarization beam splitter 167. Return to Polarizing beam splitter 167
The light of frequency f10 in the s-polarized state and the frequency f20
And the light of the frequency f30 are polarized beam splitter 1
The light is reflected by 67 and enters the polarization beam splitter 168. The light having the frequency f10, the light having the frequency f20, and the light having the frequency f30 in the s-polarized state reflected by the polarization beam splitter 168 enter the polarization beam splitter 169.
The polarization beam splitter 169 transmits p-polarized light and transmits light of s, like the polarization beam splitters 167 and 168.
It is arranged to reflect polarized light. Therefore, the light having the frequency f10, the light having the frequency f20, and the light having the frequency f30 in the s-polarized state reflected by the polarization beam splitter 169 enter the corner cube 136.

【0073】コーナーキューブ136で反射されたs偏
光状態にある周波数f10の光、周波数f20の光および周
波数f30の光は、偏光ビームスプリッタ169および1
68を介して、偏光ビームスプリッタ167に戻る。偏
光ビームスプリッタ167に戻ったs偏光状態にある周
波数f10の光、周波数f20の光および周波数f30の光
は、偏光ビームスプリッタ167で反射され、波長板1
94を介して円偏光になった後、移動鏡141に再び入
射する。移動鏡141で反射された円偏光状態にある周
波数f10の光、周波数f20の光および周波数f30の光
は、波長板194を介してp偏光となり、偏光ビームス
プリッタ167に戻る。偏光ビームスプリッタ167に
戻ったp偏光状態にある周波数f10の光、周波数f20の
光および周波数f30の光は、偏光ビームスプリッタ16
7を透過し、周波数f11の光とほぼ同一の光路に沿って
ダイクロイックミラー103に向かって射出される。
The light of the frequency f10, the light of the frequency f20, and the light of the frequency f30, which are in the s-polarized state, reflected by the corner cube 136, are polarized by the polarization beam splitters 169 and 1.
Returning to the polarizing beam splitter 167 via 68. The light having the frequency f10, the light having the frequency f20, and the light having the frequency f30 in the s-polarized state that have returned to the polarization beam splitter 167 are reflected by the polarization beam splitter 167, and
After becoming circularly polarized light via 94, it enters the movable mirror 141 again. The light having the frequency f10, the light having the frequency f20, and the light having the frequency f30 in the circularly polarized state reflected by the movable mirror 141 become p-polarized light via the wave plate 194, and return to the polarization beam splitter 167. The light of the frequency f10, the light of the frequency f20, and the light of the frequency f30, which are in the p-polarized state and returned to the polarization beam splitter 167,
7 and is emitted toward the dichroic mirror 103 along substantially the same optical path as the light of the frequency f11.

【0074】こうして、測定光路を介したp偏光状態に
ある周波数f10の光、周波数f20の光および周波数f30
の光と、参照光路を介したs偏光状態にある周波数f11
の光とは、ほぼ同一の光路に沿ってダイクロイックミラ
ー103に入射する。ダイクロイックミラー103は、
周波数f11の光のほぼ全部および周波数f10の光の一部
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、ダイクロイックミラー103を透過した周波
数f11のs偏光の光および周波数f10のp偏光の光は、
周波数フィルタ178に入射する。周波数フィルタ17
8は、周波数f11の光および周波数f10の光だけを透過
し、それ以外の周波数の光すなわち誤差光を遮断する。
周波数フィルタ178を透過した周波数f11の参照光お
よび周波数f10の測定光は、偏光子付きのレシーバ21
7に入射する。
Thus, the light of the frequency f10, the light of the frequency f20, and the light of the frequency f30 in the p-polarized state via the measurement optical path.
And the frequency f11 in the s-polarized state via the reference optical path
Is incident on the dichroic mirror 103 along substantially the same optical path. The dichroic mirror 103
It has the property of transmitting substantially all of the light of the frequency f11 and part of the light of the frequency f10 and reflecting light of other frequencies. Therefore, the s-polarized light having the frequency f11 and the p-polarized light having the frequency f10 transmitted through the dichroic mirror 103 are:
The light enters the frequency filter 178. Frequency filter 17
8 transmits only the light of the frequency f11 and the light of the frequency f10, and blocks the light of other frequencies, that is, the error light.
The reference light having the frequency f11 and the measurement light having the frequency f10 transmitted through the frequency filter 178 are transmitted to the receiver 21 having the polarizer.
7 is incident.

【0075】レシーバ217の偏光子は、周波数f10の
測定光の偏光方位および周波数f11の参照光の偏光方位
に対してそれぞれ45°だけ傾いて配置されている。し
たがって、周波数f10の測定光と周波数f11の参照光と
は偏光子を介して干渉し、レシーバ217は干渉光に基
づくビート信号(周波数f10−f11=Δf1 −Δf1')
を移動鏡141の変位測定のための測定信号として演算
器202に供給する。演算器202では、光源部302
からの参照信号とレシーバ217からの測定信号とを比
較して、屈折率変動の影響を考慮していない移動鏡14
1のひいてはステージの変位量ΔD(f1 )が求められ
る。
The polarizer of the receiver 217 is arranged at an angle of 45 ° with respect to the polarization direction of the measurement light having the frequency f10 and the polarization direction of the reference light having the frequency f11. Therefore, the measurement light having the frequency f10 and the reference light having the frequency f11 interfere with each other via the polarizer, and the receiver 217 generates a beat signal based on the interference light (frequency f10−f11 = Δf1−Δf1 ′).
Is supplied to the arithmetic unit 202 as a measurement signal for measuring the displacement of the movable mirror 141. In the arithmetic unit 202, the light source unit 302
Is compared with the measurement signal from the receiver 217, and the effect of the refractive index fluctuation is not taken into account of the movable mirror 14
As a result, the displacement .DELTA.D (f1) of the stage is obtained.

【0076】また、ダイクロイックミラー103で反射
されたp偏光状態にある周波数f10の光、周波数f20の
光および周波数f30の光は、測定検出部320Aに入射
する。なお、測定検出部320Aおよび参照検出部32
0Bの構成は、第1実施例の構成と同じであり、図3に
示す通りである。したがって、測定検出部320Aにお
いて、レシーバ431〜433で検出された光路変動に
関する信号は演算器202に供給される。また、レシー
バ212は干渉光に基づくビート信号(周波数f10' −
f20=2Δf1 −Δf2 )を屈折率変動の測定のための
測定ビート信号として演算器202に供給する。さら
に、レシーバ213は干渉光に基づくビート信号(周波
数f20' −f30=2Δf2 −Δf3 )を屈折率変動の測
定のための測定ビート信号として演算器202に供給す
る。
The light of the frequency f10, the light of the frequency f20, and the light of the frequency f30 in the p-polarized state reflected by the dichroic mirror 103 are incident on the measurement detection unit 320A. Note that the measurement detection unit 320A and the reference detection unit 32
The configuration of 0B is the same as the configuration of the first embodiment, and is as shown in FIG. Therefore, in the measurement detection unit 320 </ b> A, the signal regarding the optical path fluctuation detected by the receivers 431 to 433 is supplied to the arithmetic unit 202. Further, the receiver 212 outputs a beat signal (frequency f10'−) based on the interference light.
f20 = 2Δf1−Δf2) is supplied to the arithmetic unit 202 as a measurement beat signal for measuring the refractive index fluctuation. Further, the receiver 213 supplies a beat signal (frequency f20'-f30 = 2.DELTA.f2 -.DELTA.f3) based on the interference light to the arithmetic unit 202 as a measurement beat signal for measuring a refractive index fluctuation.

【0077】一方、光源部302からほぼ同一の光路に
沿って射出されたp偏光状態にある周波数f10の光、周
波数f20の光および周波数f30の光の一部は、ダイクロ
イックミラー102によって反射され、参照検出部32
0Bに入射する。したがって、参照検出部320Bにお
いても、レシーバ431〜433で検出された光路変動
に関する信号は演算器202に供給される。また、レシ
ーバ212は、干渉光に基づくビート信号(周波数f1
0' −f20=2Δf1 −Δf2 )を屈折率変動の測定の
ための参照ビート信号として演算器202に供給する。
さらに、レシーバ213は、干渉光に基づくビート信号
(周波数f20' −f30=2Δf2 −Δf3 )を屈折率変
動の測定のための参照ビート信号として演算器202に
供給する。
On the other hand, the light of the frequency f10, the light of the frequency f20, and a part of the light of the frequency f30, which are in the p-polarized state and emitted from the light source 302 along substantially the same optical path, are reflected by the dichroic mirror 102. Reference detection unit 32
0B is incident. Therefore, also in the reference detection unit 320B, the signal regarding the optical path fluctuation detected by the receivers 431 to 433 is supplied to the arithmetic unit 202. Further, the receiver 212 outputs a beat signal (frequency f1) based on the interference light.
0′−f20 = 2Δf1−Δf2) is supplied to the arithmetic unit 202 as a reference beat signal for measuring the refractive index fluctuation.
Further, the receiver 213 supplies the arithmetic unit 202 with a beat signal (frequency f20'-f30 = 2.DELTA.f2-.DELTA.f3) based on the interference light as a reference beat signal for measuring the refractive index fluctuation.

【0078】こうして、演算器202では、レシーバ2
12からの屈折率変動の測定のための参照ビート信号と
測定ビート信号との位相変化に基づいて、周波数f2 の
光に対する光路長変化ΔD(f2 )と周波数f1 の光に
対する光路長変化ΔD(f1)との差すなわち{ΔD
(f2 )−ΔD(f1 )}を求める。また、レシーバ2
13からの屈折率変動の測定のための参照ビート信号と
測定ビート信号との位相変化に基づいて、周波数f3 の
光に対する光路長変化ΔD(f3 )と周波数f2の光に
対する光路長変化ΔD(f2 )との差すなわち{ΔD
(f3 )−ΔD(f2 )}を求める。さらに、レシーバ
431〜433からの信号に基づいて、主として光源3
12の射出角の変動に起因する各光路の変動を検出す
る。
As described above, the arithmetic unit 202 includes the receiver 2
12, the optical path length change ΔD (f2) for the light of frequency f2 and the optical path length change ΔD (f1) for the light of frequency f1 based on the phase change between the reference beat signal for measuring the refractive index fluctuation and the measured beat signal. ), Ie, {ΔD
(F2) -ΔD (f1)} is obtained. Also, receiver 2
13, the optical path length change ΔD (f3) for the light of frequency f3 and the optical path length change ΔD (f2) for the light of frequency f2 based on the phase change between the reference beat signal for measuring the refractive index fluctuation and the measured beat signal. ), Ie, {ΔD
(F3) -ΔD (f2)} is obtained. Further, based on signals from the receivers 431 to 433, the light source 3
The change of each optical path resulting from the change of the exit angle of No. 12 is detected.

【0079】こうして、第3実施例では、変位量ΔD
(f1 )に関する信号と、{ΔD(f2 )−ΔD(f1
)}に関する信号と、{ΔD(f3 )−ΔD(f2
)}に関する信号とに基づいて、測定光路中の空気の
密度変動および湿度変動に伴う屈折率変動に起因する測
定誤差を補正した移動鏡141の真の変位量ΔDを求め
る必要がある。すなわち、第1実施例および第2実施例
では測長用干渉計で用いた光とは異なる3つの周波数の
光に基づいて屈折率変動に起因する測定誤差を補正して
いるが、第3実施例では屈折率変動に起因する測定誤差
の補正に用いられる3つの異なる周波数の光のうち1つ
の光が測長用干渉計に併用されている。
Thus, in the third embodiment, the displacement ΔD
(F1) and {ΔD (f2) −ΔD (f1
)}, And {ΔD (f3) −ΔD (f2
) It is necessary to obtain the true displacement ΔD of the movable mirror 141 in which the measurement error caused by the refractive index fluctuation caused by the density fluctuation and the humidity fluctuation of the air in the measurement optical path is corrected based on the signal regarding}. That is, in the first embodiment and the second embodiment, the measurement error caused by the refractive index fluctuation is corrected based on the light having three different frequencies from the light used in the length measuring interferometer. In the example, one of the three light beams having different frequencies used for correcting the measurement error caused by the refractive index fluctuation is used in combination with the length measuring interferometer.

【0080】そこで、第3実施例では、第1実施例およ
び第2実施例で用いた演算式(11)を変形した次の式
(12)にしたがって真の変位量ΔDを求める。
Therefore, in the third embodiment, the true displacement ΔD is obtained according to the following equation (12) obtained by modifying the arithmetic equation (11) used in the first and second embodiments.

【数7】ΔD=ΔD(fb)−A' {ΔD(fc)−ΔD(fb)} −B' {ΔD(fd)−ΔD(fc)} (12) 但し、 A' =[F(fb)(G(fd)-G(fc))-G(fb)(F(fd)-F(fc)]/[(F
(fc)-F(fb))(G(fd)-G(fc))-(F(fd)-F(fc))(G(fc)-G(f
b))] B' =[G(fb)F(fc)-F(fb)G(fc)] /[(F(fc)-F(fb))(G(f
d)-G(fc))-(F(fd)-F(fc))(G(fc)-G(fb))]
ΔD = ΔD (fb) −A ′ {ΔD (fc) −ΔD (fb)} − B ′ {ΔD (fd) −ΔD (fc)} (12) where A ′ = [F (fb ) (G (fd) -G (fc))-G (fb) (F (fd) -F (fc)] / [(F
(fc) -F (fb)) (G (fd) -G (fc))-(F (fd) -F (fc)) (G (fc) -G (f
b))] B '= [G (fb) F (fc) -F (fb) G (fc)] / [(F (fc) -F (fb)) (G (f
d) -G (fc))-(F (fd) -F (fc)) (G (fc) -G (fb))]

【0081】上述したように、式(12)の右辺第1項の
ΔD(fb)は、光源部302からの参照信号とレシー
バ217からの測定信号との比較に基づいて、変位量Δ
D(f1 )として求めることができる。また、式(12)
の右辺第2項の{ΔD(fc)−ΔD(fb)}は、レ
シーバ212からの屈折率変動の測定のための参照ビー
ト信号と測定ビート信号との位相変化に基づいて、光路
長変化の差{ΔD(f2 )−ΔD(f1 )}として求め
ることができる。さらに、式(12)の右辺第3項の{Δ
D(fd)−ΔD(fc)}は、レシーバ213からの
屈折率変動の測定のための参照ビート信号と測定ビート
信号との位相変化に基づいて、光路長変化の差{ΔD
(f3 )−ΔD(f2 )}として求めることができる。
As described above, ΔD (fb) of the first term on the right side of the equation (12) is calculated based on the comparison between the reference signal from the light source 302 and the measurement signal from the receiver 217.
D (f1). Equation (12)
{ΔD (fc) −ΔD (fb)} of the second term on the right-hand side of the right-hand side indicates the change in the optical path length based on the phase change between the reference beat signal for measuring the refractive index fluctuation from the receiver 212 and the measured beat signal. The difference {ΔD (f2) −ΔD (f1)} can be obtained. Further, {Δ of the third term on the right side of equation (12)
D (fd) −ΔD (fc)} is a difference ΔΔD of an optical path length change based on a phase change between a reference beat signal for measuring refractive index fluctuation from the receiver 213 and a measured beat signal.
(F3)-. DELTA.D (f2)}.

【0082】こうして、第3実施例においても、測定光
路中の空気の密度変動および湿度変動に伴う屈折率変動
に起因する測定誤差を補正し、移動鏡141の真の変位
量ΔDをひいてはステージの真の変位量ΔDを高精度に
求めることができる。なお、上述の第3実施例では、周
波数f1 の光を用いて移動鏡141の変位量を測定して
いるが、原理的には周波数f2 の光を用いても周波数f
3 の光を用いても測定が可能である。しかしながら、3
つの周波数の光のうち周波数が最も小さい周波数の光
(第3実施例では周波数f1 の光)を用いて移動鏡14
1の変位量を測定するのが好ましい。以下、その理由に
ついて説明する。
As described above, also in the third embodiment, the measurement error caused by the refractive index fluctuation caused by the density fluctuation and the humidity fluctuation of the air in the measuring optical path is corrected, and the true displacement ΔD of the movable mirror 141 and the stage The true displacement ΔD can be obtained with high accuracy. In the third embodiment, the displacement of the movable mirror 141 is measured by using the light having the frequency f1. However, in principle, the light having the frequency f2 can be measured by using the light having the frequency f2.
The measurement can be performed using the light of No. 3. However, 3
The movable mirror 14 is formed by using light having the lowest frequency (light having the frequency f1 in the third embodiment) of the light having two frequencies.
It is preferable to measure the displacement amount of No. 1. Hereinafter, the reason will be described.

【0083】一般に、測長用干渉計において、偏光ビー
ムスプリッタの消光比に起因する測定精度の低下の問題
がある。そこで、第3実施例では、3つの偏光ビームス
プリッタ167、168および169を組み合わせるこ
とにより、全体としての消光比を向上させている。しか
しながら、偏光ビームスプリッタの消光比が有限である
ため、本来偏光ビームスプリッタを透過すべき光が反射
されたり、本来偏光ビームスプリッタで反射されるべき
光が透過してしまう。その結果、本来透過すべきところ
を反射された光および本来反射されるべきところを透過
した光が誤差光となり、測長用干渉計の測定精度を低下
させてしまう。
In general, in a length measuring interferometer, there is a problem that the measurement accuracy is reduced due to the extinction ratio of the polarizing beam splitter. Therefore, in the third embodiment, the extinction ratio as a whole is improved by combining the three polarization beam splitters 167, 168 and 169. However, since the extinction ratio of the polarizing beam splitter is finite, light that should originally pass through the polarizing beam splitter is reflected or light that should be reflected by the polarizing beam splitter is transmitted. As a result, the light reflected at the place where it should be transmitted and the light transmitted at the place where it should be reflected become error light, which lowers the measurement accuracy of the interferometer for length measurement.

【0084】第3実施例において、偏光ビームスプリッ
タ167を本来透過すべきところを反射された周波数f
10のp偏光の光は、測定検出部320AのSHG変換素
子181を介してレシーバ212に達する。SHG変換
素子181で変換されるSHG光の強度は入射光の強度
の二乗に比例するため、周波数f10の光の変換効率は多
くとも1%程度である(光源313が周波数f1 および
f2 の光をそれぞれ200mWの強度で射出する場合に
ついて考えている)。その結果、測長用干渉計の測定精
度は、大きな影響を受けることがない。
In the third embodiment, the frequency f which is reflected at the place where the polarization beam splitter 167 should be transmitted.
The 10 p-polarized lights reach the receiver 212 via the SHG conversion element 181 of the measurement detection unit 320A. Since the intensity of the SHG light converted by the SHG conversion element 181 is proportional to the square of the intensity of the incident light, the conversion efficiency of the light of the frequency f10 is at most about 1% (the light source 313 converts the light of the frequencies f1 and f2 In each case, injection is performed at an intensity of 200 mW.) As a result, the measurement accuracy of the length measuring interferometer is not significantly affected.

【0085】これに対し、周波数f2 の光(または周波
数f3 の光)を用いて移動鏡141の変位量を測定する
と、偏光ビームスプリッタ167で反射された誤差光す
なわち周波数f20のp偏光の光(または周波数f30のp
偏光の光)は、SHG変換素子181(またはSHG変
換素子182)でSHG変換されることなく、そのまま
レシーバ212(またはレシーバ213)に達する。そ
の結果、測長用干渉計の測定精度は、大きな影響を受け
てしまう。このように、第3実施例では、偏光ビームス
プリッタの消光比に起因する測定精度の低下を抑えるた
めに、3つの周波数の光のうち周波数が最も小さい周波
数f1 の光を用いて移動鏡141の変位量を測定するの
が好ましい。
On the other hand, when the displacement of the movable mirror 141 is measured using the light of the frequency f2 (or the light of the frequency f3), the error light reflected by the polarization beam splitter 167, that is, the p-polarized light of the frequency f20 ( Or p at frequency f30
The polarized light reaches the receiver 212 (or the receiver 213) without being subjected to the SHG conversion by the SHG conversion element 181 (or the SHG conversion element 182). As a result, the measurement accuracy of the length measuring interferometer is greatly affected. As described above, in the third embodiment, in order to suppress a decrease in measurement accuracy due to the extinction ratio of the polarizing beam splitter, the light of the frequency f1 having the lowest frequency among the lights of the three frequencies is used to move the movable mirror 141. Preferably, the displacement is measured.

【0086】上述の各実施例では、ヘテロダイン干渉方
式の測長用干渉計を用いているが、ホモダイン干渉方式
の測長用干渉計を用いることもできる。また、上述の第
1実施例および第3実施例では、測定光路中の屈折率変
動を測定しているが、参照光路中の屈折率変動を測定す
ることもできる。さらに、上述の各実施例では、ヘテロ
ダイン干渉方式の屈折率変動測定系を用いているが、ホ
モダイン干渉方式の屈折率変動測定系を用いることもで
きる。また、上述の各実施例では、測長用干渉計に本発
明を適用しているが、一般に物体の変位量を光学的に測
定するための測定光学系に対して本発明を適用すること
ができる。
In each of the embodiments described above, the length measuring interferometer of the heterodyne interference system is used, but a length measuring interferometer of the homodyne interference system may be used. In the above-described first and third embodiments, the refractive index fluctuation in the measurement optical path is measured, but the refractive index fluctuation in the reference optical path can also be measured. Further, in each of the embodiments described above, the refractive index fluctuation measuring system of the heterodyne interference method is used, but a refractive index fluctuation measuring system of the homodyne interference method can be used. In each of the above-described embodiments, the present invention is applied to the length measuring interferometer. However, the present invention is generally applicable to a measuring optical system for optically measuring the displacement of an object. it can.

【0087】[0087]

【効果】以上説明したように、本発明によれば、光路中
の気体の密度変動および湿度変動に伴う屈折率変動に起
因する測定誤差を補正することのできる高精度な光波干
渉測定装置を実現することができる。
As described above, according to the present invention, a high-precision light wave interference measurement device capable of correcting a measurement error caused by a change in refractive index caused by a change in density of a gas in an optical path and a change in humidity is realized. can do.

【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300の内部構成を概略的に示す
図である。
FIG. 2 is a diagram schematically showing an internal configuration of a light source unit 300 of FIG.

【図3】図1および図7の測定検出部320Aおよび参
照検出部320Bの内部構成を概略的に示す図である。
FIG. 3 is a diagram schematically showing an internal configuration of a measurement detection unit 320A and a reference detection unit 320B of FIGS. 1 and 7;

【図4】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. 4 is a diagram schematically showing a configuration of an optical interference measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【図5】図4の光源部301の内部構成を概略的に示す
図である。
FIG. 5 is a diagram schematically showing an internal configuration of a light source unit 301 of FIG.

【図6】図4の測定検出部321Aおよび参照検出部3
21Bの内部構成を概略的に示す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a measurement detection unit 321A and a reference detection unit 3 in FIG. 4;
It is a figure which shows the internal structure of 21B schematically.

【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】図7の光源部302の内部構成を概略的に示す
図である。
8 is a diagram schematically showing an internal configuration of a light source unit 302 in FIG.

【図9】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. 9 is a diagram schematically showing a configuration of a conventional light wave interference measurement device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100、101、104〜106 ビームスプリッタ 110〜118 周波数結合素子 102、103、120〜128 周波数分離素子 130、131 ステージ 135、136 コーナーキューブ 140〜142 移動鏡 145、146 ミラー 150〜152 固定鏡 160〜169、440、401 偏光ビームスプリッ
タ 170〜178 周波数フィルタ 180〜186 SHG変換素子 190〜195 波長板 200〜203 演算器 210〜219、430〜436 レシーバ 220〜228 周波数フィルタ 300〜302 光源部 310〜315 光源 320、321 検出部 330 エアチューブ
100, 101, 104-106 Beam splitter 110-118 Frequency coupling element 102, 103, 120-128 Frequency separation element 130, 131 Stage 135, 136 Corner cube 140-142 Moving mirror 145, 146 Mirror 150-152 Fixed mirror 160- 169, 440, 401 Polarization beam splitter 170-178 Frequency filter 180-186 SHG conversion element 190-195 Wave plate 200-203 Operation unit 210-219, 430-436 Receiver 220-228 Frequency filter 300-302 Light source unit 310-315 Light source 320, 321 Detector 330 Air tube

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 物体の変位量を光学的に測定するための
測定光学系と、 前記測定光学系の光路中の気体の密度変動および湿度変
動に伴う屈折率変動を測定するための屈折率変動測定系
とを備え、 前記測定光学系で測定した前記物体の変位量を前記屈折
率変動測定系で測定した前記光路中の気体の屈折率変動
情報に基づいて補正することによって前記物体の幾何学
的変位量を測定することを特徴とする光波干渉測定装
置。
1. A measuring optical system for optically measuring an amount of displacement of an object, and a refractive index fluctuation for measuring a refractive index fluctuation due to a density fluctuation and a humidity fluctuation of a gas in an optical path of the measuring optical system. A measurement system, wherein the displacement amount of the object measured by the measurement optical system is corrected based on the refractive index fluctuation information of the gas in the optical path measured by the refractive index fluctuation measurement system, whereby the geometry of the object is corrected. A light wave interference measurement device for measuring a target displacement.
【請求項2】 前記測定光学系は、所定方向に沿った移
動鏡の変位量を測定するための測長用干渉計であり、 前記屈折率変動測定系は、 互いに異なる周波数を有する第1の光、第2の光および
第3の光をほぼ同一の光路に沿って出力するための第1
光源部と、 前記測長用干渉計の所定光路を介した前記第1の光およ
び前記第2の光のうち前記第1の光の周波数を前記第2
の光の周波数とほぼ一致させることによって第1干渉光
を生成するための第1干渉光生成系と、 前記測長用干渉計の前記所定光路を介した前記第2の光
および前記第3の光のうち前記第2の光の周波数を前記
第3の光の周波数とほぼ一致させることによって第2干
渉光を生成するための第2干渉光生成系とを備え、 前記第1干渉光および前記第2干渉光に基づいて、前記
測長用干渉計の前記所定光路中の気体の密度変動および
湿度変動に伴う屈折率変動を測定し、前記測長用干渉計
で測定した前記移動鏡の変位量を補正することを特徴と
する請求項1に記載の光波干渉測定装置。
2. The measuring optical system is a length measuring interferometer for measuring a displacement amount of a movable mirror along a predetermined direction, wherein the refractive index fluctuation measuring system has a first frequency having different frequencies from each other. A first light for outputting the light, the second light and the third light along substantially the same optical path;
A light source unit, and a frequency of the first light among the first light and the second light passing through a predetermined optical path of the length measuring interferometer is set to the second light.
A first interference light generation system for generating a first interference light by making the frequency substantially equal to the frequency of the light, and the second light and the third light passing through the predetermined optical path of the length measuring interferometer. A second interference light generation system for generating a second interference light by causing a frequency of the second light of the light to substantially match a frequency of the third light, wherein the first interference light and the second Based on the second interference light, the refractive index fluctuation due to the density fluctuation and humidity fluctuation of the gas in the predetermined optical path of the length measuring interferometer is measured, and the displacement of the movable mirror measured by the length measuring interferometer is measured. The optical interference measuring apparatus according to claim 1, wherein the amount is corrected.
【請求項3】 前記測長用干渉計は、前記第1光源部か
ら射出された前記第1の光、前記第2の光および前記第
3の光のうちいずれか1つの光に基づいて前記移動鏡の
変位量を測定す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 interferometer for length measurement, based on any one of the first light, the second light, and the third light emitted from the first light source unit, The optical interference measuring apparatus according to claim 2, wherein the displacement amount of the movable mirror is measured.
【請求項4】 前記第1光源部は、 第4の光と、その高調波である第5の光とを供給する光
源と、 前記光源からの前記第4の光の一部を高調波に変換し、
該高調波を第6の光として射出するための第1高調波変
換素子と、 前記第4の光をわずかに周波数変調させて前記第1の光
として射出するための第1周波数変調素子と、 前記第5の光をわずかに周波数変調させて前記第2の光
として射出するための第2周波数変調素子と、 前記第6の光をわずかに周波数変調させて前記第3の光
として射出するための第3周波数変調素子とを有し、 前記第1干渉光生成系は、前記第1の光の一部を高調波
に変換するための第2高調波変換素子を有し、該第2高
調波変換素子を介して得られた高調波と前記第2の光と
のヘテロダイン干渉によって前記第1干渉光を生成し、 前記第2干渉光生成系は、前記第2の光の一部を高調波
に変換するための第3高調波変換素子を有し、該第3高
調波変換素子を介して得られた高調波と前記第3の光と
のヘテロダイン干渉によって前記第2干渉光を生成する
ことを特徴とする請求項2または3に記載の光波干渉測
定装置。
4. The first light source unit includes: a light source that supplies a fourth light and a fifth light that is a harmonic of the fourth light; and a part of the fourth light from the light source to a harmonic. Converted,
A first harmonic conversion element for emitting the harmonic as sixth light, a first frequency modulation element for slightly modulating the frequency of the fourth light and emitting the first light, A second frequency modulation element for slightly modulating the frequency of the fifth light and emitting the second light; and a second frequency modulation element for slightly modulating the frequency of the sixth light and emitting the third light. The first interference light generation system has a second harmonic conversion element for converting a part of the first light into a harmonic, and the second interference light generation system has a second harmonic conversion element. The first interference light is generated by heterodyne interference between a harmonic obtained through a wave conversion element and the second light, and the second interference light generation system harmonically modulates a part of the second light. Having a third harmonic conversion element for converting into a wave, and via the third harmonic conversion element Optical interference measuring apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that to generate the second interference light obtained harmonic by heterodyne interference between the third light.
【請求項5】 前記第5の光は、前記第4の光の第2高
調波であり、 前記第1高調波変換素子は、前記第4の光の一部を第2
高調波に変換し、 前記第2高調波変換素子は、前記第1の光の一部を第2
高調波に変換し、 前記第3高調波変換素子は、前記第2の光の一部を第2
高調波に変換することを特徴とする請求項4に記載の光
波干渉測定装置。
5. The fifth light is a second harmonic of the fourth light, and the first harmonic converter converts a part of the fourth light into a second harmonic.
The second harmonic conversion element converts a part of the first light into a second harmonic.
The third harmonic conversion element converts a part of the second light into a second harmonic.
The light wave interference measurement device according to claim 4, wherein the light wave interference measurement device converts the light into harmonics.
【請求項6】 前記第1光源部は、 前記第1の光と、その高調波である前記第2の光とを供
給する光源と、 前記光源からの前記第2の光の一部を高調波に変換し、
該高調波を前記第3の光として射出するための第4高調
波変換素子とを有し、 前記第1干渉光生成系は、前記第1の光の一部を高調波
に変換するための第5高調波変換素子を有し、該第5高
調波変換素子を介して得られた高調波と前記第2の光と
のホモダイン干渉によって前記第1干渉光を生成し、 前記第2干渉光生成系は、前記第2の光の一部を高調波
に変換するための第6高調波変換素子を有し、該第6高
調波変換素子を介して得られた高調波と前記第3の光と
のホモダイン干渉によって前記第2干渉光を生成するこ
とを特徴とする請求項2または3に記載の光波干渉測定
装置。
6. The first light source unit includes: a light source that supplies the first light and the second light that is a harmonic of the first light; and a part of the second light from the light source that is a harmonic. Converted into waves,
A fourth harmonic conversion element for emitting the harmonic as the third light, wherein the first interference light generation system is configured to convert a part of the first light into a harmonic. A fifth harmonic conversion element, wherein the first interference light is generated by homodyne interference between a harmonic obtained through the fifth harmonic conversion element and the second light; The generation system has a sixth harmonic conversion element for converting a part of the second light into a harmonic, and the harmonic obtained through the sixth harmonic conversion element and the third harmonic The optical interference measuring apparatus according to claim 2, wherein the second interference light is generated by homodyne interference with light.
【請求項7】 前記第2の光は、前記第1の光の第2高
調波であり、 前記第4高調波変換素子は、前記第2の光の一部を第2
高調波に変換し、 前記第5高調波変換素子は、前記第1の光の一部を第2
高調波に変換し、 前記第6高調波変換素子は、前記第2の光の一部を第2
高調波に変換することを特徴とする請求項6に記載の光
波干渉測定装置。
7. The second light is a second harmonic of the first light, and the fourth harmonic converter converts a part of the second light into a second harmonic.
The fifth harmonic conversion element converts a part of the first light into a second harmonic.
The sixth harmonic conversion element converts a part of the second light into a second harmonic.
7. The light wave interference measurement device according to claim 6, wherein the light wave interference measurement device converts the light into harmonics.
【請求項8】 前記測定光学系は、所定方向に沿った移
動鏡の変位量を測定するための測長用干渉計であり、 前記屈折率変動測定系は、 互いに異なる周波数を有する第1の光、第2の光および
第3の光と、前記第1の光とわずかに周波数の異なる第
4の光、前記第2の光とわずかに周波数の異なる第5の
光、および前記第3の光とわずかに周波数の異なる第6
の光とをほぼ同一の光路に沿って出力するための第2光
源部と、 前記測長用干渉計の参照光路を介した前記第1の光と前
記測長用干渉計の測定光路を介した前記第4の光との第
1干渉光を生成するための第1干渉光生成系と、 前記測長用干渉計の参照光路を介した前記第2の光と前
記測長用干渉計の測定光路を介した前記第5の光との第
2干渉光を生成するための第2干渉光生成系と、 前記測長用干渉計の参照光路を介した前記第3の光と前
記測長用干渉計の測定光路を介した前記第6の光との第
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1干渉光、前記第2干渉光および前記第3干渉光
に基づいて、前記測長用干渉計の参照光路および測定光
路中の気体の密度変動および湿度変動に伴う屈折率変動
を測定し、前記測長用干渉計で測定した前記移動鏡の変
位量を補正す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。
8. The measuring optical system is a length measuring interferometer for measuring a displacement amount of a movable mirror along a predetermined direction, and the refractive index variation measuring system has a first frequency having different frequencies from each other. Light, second light and third light, fourth light slightly different in frequency from the first light, fifth light slightly different in frequency from the second light, and third light 6th with slightly different frequency from light
And a second light source unit for outputting the first light and the first light via a reference optical path of the length measuring interferometer through a substantially same optical path. A first interference light generation system for generating a first interference light with the fourth light, and a second interference light generation system for transmitting the second light and the length measurement interferometer through a reference optical path of the length measurement interferometer. A second interference light generation system for generating a second interference light with the fifth light via a measurement optical path; and the third light and the length measurement via a reference optical path of the length measuring interferometer A third interference light generation system for generating a third interference light with the sixth light via the measurement optical path of the interferometer for use in the first, the second, and the third interference light. Based on the interference light, measure the refractive index fluctuation due to density fluctuation and humidity fluctuation of the gas in the reference light path and the measurement light path of the length measuring interferometer, 2. The optical interference measuring apparatus according to claim 1, wherein the displacement amount of the movable mirror measured by an interferometer is corrected.
【請求項9】 前記第2光源部は、 第7の光と、その高調波である第8の光とを供給する光
源と、 前記光源からの前記第7の光の一部を高調波に変換し、
該高調波を第9の光として射出するための第1高調波変
換素子と、 前記第7の光の一部を第1変調周波数だけわずかに周波
数変調させて前記第1の光として射出するための第1周
波数変調素子と、 前記第7の光の残部を前記第1変調周波数とは異なる第
2変調周波数だけわずかに周波数変調させて前記第4の
光として射出するための第2周波数変調素子と、 前記第8の光の一部を第3変調周波数だけわずかに周波
数変調させて前記第2の光として射出するための第3周
波数変調素子と、 前記第8の光の残部を前記第3変調周波数とは異なる第
4変調周波数だけわずかに周波数変調させて前記第5の
光として射出するための第4周波数変調素子と、 前記第9の光の一部を第5変調周波数だけわずかに周波
数変調させて前記第3の光として射出するための第5周
波数変調素子と、 前記第9の光の残部を前記第5変調周波数とは異なる第
6変調周波数だけわずかに周波数変調させて前記第6の
光として射出するための第6周波数変調素子とを有する
ことを特徴とする請求項8に記載の光波干渉測定装置。
9. The second light source unit includes: a light source that supplies a seventh light and an eighth light that is a harmonic thereof; and a part of the seventh light from the light source to a harmonic. Converted,
A first harmonic conversion element for emitting the harmonic as a ninth light; and a first harmonic conversion element for slightly modulating a part of the seventh light by a first modulation frequency and emitting the first light. A first frequency modulation element, and a second frequency modulation element for slightly modulating the frequency of the remainder of the seventh light by a second modulation frequency different from the first modulation frequency and emitting the fourth light as the fourth light A third frequency modulating element for slightly modulating a part of the eighth light by a third modulation frequency and emitting the second light, and A fourth frequency modulation element for slightly modulating the frequency by a fourth modulation frequency different from the modulation frequency and emitting the fifth light, and a part of the ninth light is slightly frequency-modulated by a fifth modulation frequency. Modulated and emitted as the third light And a sixth frequency for slightly modulating the remainder of the ninth light by a sixth modulation frequency different from the fifth modulation frequency and emitting the sixth light as the sixth light. The optical interference measuring apparatus according to claim 8, further comprising a modulation element.
【請求項10】 前記第8の光は、前記第7の光の第2
高調波であり、 前記第1高調波変換素子は、前記第2の光の一部を第2
高調波に変換することを特徴とする請求項9に記載の光
波干渉測定装置。
10. The eighth light is a second light of the seventh light.
The first harmonic conversion element converts a part of the second light into a second harmonic.
The light wave interference measurement device according to claim 9, wherein the light wave interference measurement device converts the light into harmonics.
【請求項11】 前記複数の光のうち少なくとも1つの
光の光路変動を検出するための光路変動検出手段を備え
ていることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1
項に記載の光波干渉測定装置。
11. The apparatus according to claim 1, further comprising an optical path fluctuation detecting means for detecting an optical path fluctuation of at least one of the plurality of lights.
The light wave interference measurement device according to the item.
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