JPH11132718A

JPH11132718A - 干渉計測装置及び干渉計測装置用プローブ

Info

Publication number: JPH11132718A
Application number: JP9314586A
Authority: JP
Inventors: Makoto Fujino; 誠藤野; Nobuo Hori; 信男堀; Shigenori Nagano; 繁憲永野
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1997-10-31
Filing date: 1997-10-31
Publication date: 1999-05-21
Also published as: EP0913666A3; US6233370B1; EP0913666A2; US20010014191A1

Abstract

(57)【要約】【課題】光学系をシンプルとするとともに、ひとつの
受光部で方向弁別機能と高分解検出機能の両方の信号処
理を可能とする。【解決手段】光導波路部３から射出したＴＥ波は、ビ
ームスプリッタ部５にとってはＰ波形成分となるため透
過し、測定光路に導かれる。また光導波路から射出した
ＴＭ波は、ビームスプリッタ部５にとっては、Ｓ波成分
となるため反射し、参照光路へ導かれる。それぞれの光
路には、第１及び第２の１／４波長板１０及び１１が挿
入されており、往復で１／２波長板としての作用を受け
る。参照光（ＴＭ波）は、参照反射部８で反射され、Ｓ
成分からＰ成分（ＴＥ波）になってビームスプリッタ部
５に戻ってくるため、ビームスプリッタ部５を通過す
る。一方、測定光（ＴＥ波）は、測定反射部９で反射さ
れ、Ｐ成分からＳ成分（ＴＭ波）になって、再びビーム
スプリッタ部５に戻ってくるので、ビームスプリッタ部
５で反射される。偏光部材１２により、ＴＭ波とＴＥ波
は偏光部材１２の方向成分のみが抽出されて両波は干渉
し、これにより変位計測部７で変位が計測される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、干渉計測装置及び
干渉計測装置用プローブに係り、特に位相変調方式を利
用した干渉計測装置及び干渉計測装置用プローブに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】まず、第１の従来技術について説明す
る。図１１に、従来の干渉計測装置の構成図を示す（特
開昭６４−８８２０２号公報参照）。

【０００３】この干渉計測装置は、光源装置１１１、ハ
ーフミラー１１３、移動コーナキューブ１１４、参照用
コーナキューブ１１５、偏光ビームスプリッタ１１６、
検出器１１７及び１１８、信号処理回路１１９を備え
る。

【０００４】このような干渉計測装置において、光源装
置１１１から出射された光束Ｐをビームスプリッタとし
てのハーフミラー１１３により測定光束Ｐ１とＰ２とに
分割し、測定光束Ｐ１は測定光路の被測定位置に配置さ
れた反射手段としての移動コーナキューブ１１４により
反射させ、参照光Ｐ２は、参照光路に配置された参照用
コーナキューブ１１５により反射させる。そして、これ
ら両光束の干渉光Ｐ３を偏光ビームスプリッタ１１６に
導き、この偏光ビームスプリッタ１１６により、干渉光
をＰ成分とＳ成分とに分離して、そのＰ成分の干渉光を
検出器１１１８に導き、Ｓ成分の干渉光を検出器１１８
に導く。そして、移動コーナキューブ１１４の移動に基
づく干渉状態の変化により、検出器１１７及び１１８か
ら９０度の位相ズレを有する干渉信号Ｑ１、Ｑ２を信号
処理回路に導き、信号処理回路により所定の信号処理を
行い、移動コーナキューブ４までの距離を測定する。

【０００５】つぎに、第２の従来技術について説明す
る。図１２に、従来のバルク型の位相変調干渉計測装置
を示す（特開昭６４−１２２０５号公報等参照）。

【０００６】この装置では、レーザ光源１２１から出射
されたコヒーレント光Ｐをハーフミラー１２２より参照
光Ｐ１と測定光Ｐ２とに分割し、参照光Ｐ１は、参照用
プリズム１２３により反射させる。測定光Ｐ２は、測定
用プリズム１２６により反射させ、戻ってくる参照光Ｐ
１と戻ってくる測定光Ｐ２とを干渉させて干渉光をホト
ディテクタ１２５に導く。ここで、測定用プリズム１２
４を矢印方向またはその反対方向に移動させると共に、
参照用プリズム１２３を矢印で示すように一定周期で周
期的に振動させる。そして測定光Ｐ２の光学距離に対す
る参照光Ｐ１の光学距離の差を相対的に一定周期で周期
的に変化させて、対応して変化する干渉光に基づく干渉
信号をホトディテクタ１２５から取り出す。このように
して、測定光の位相変化の方向（測定用プリズム１２４
の移動方向）を求めることができ、光量変化等に基づく
直流バイアス成分の影響を受けずに測定用プリズム１２
４の移動量の測定を行うことができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第１の
従来技術においては、光学系の構造が複雑となる。ま
た、第２の従来技術においては、参照プリズムをメカニ
カルに駆動する駆動部が必要となり制御系の構造が複雑
になる。また、第１及び第２の従来技術では、反射鏡と
してプリズムを用いているので、使用範囲がプリズム自
体の大きさにより使用範囲に限定され、軸ずれが生じる
場合があり、使い勝手がよくない。

【０００８】本発明は、以上の点に鑑み、位相変調方式
を採用することにより、光学系をシンプルとするととも
に、ひとつの受光部で方向弁別機能と高分解検出機能の
両方の信号処理を可能とすることを目的とする。

【０００９】本発明は、導波路デバイス型位相変調方式
を採用することにより、メカニカルな駆動部を持たない
位相変調方式を実現する。また、ひとつのストレート導
波路のみで位相の異なる２つの信号を形成することによ
り、導波路パターンを単純にして、量産化に適するよう
にすることを目的とする。

【００１０】また、本発明は、プッシュプル型位相変調
法を採用することにより、印加電圧を約半分で済むよう
にし、変調時の電圧振幅が小さくして、低消費電力型を
達成することを目的とする。さらに、波長板の製作誤差
が、変位の検出精度に影響を与えないようにすることを
目的とする。

【００１１】また、本発明の第１の実施の形態では、反
射鏡として平面ミラーを採用することにより、使い勝手
をよくし、軸ズレを少なくすることを目的とする。ま
た、Ｌ字ミラーによる２軸変位位置決めセンシングシス
テムへの応用しやすい干渉計測装置を提供することを目
的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明によると、直線偏
波光を供給するための光源部と、；入射光束のＴＭ波と
ＴＥ波に対して所定の変調周波数により、それぞれ異な
る位相を与える位相変調部が設けられ、上記光源部から
の光束を入射し、位相変調光束を出射する光導波路部
と、；上記光導波路部で位相変調された上記位相変調光
束を偏光方向により測定光束と参照光束とに分離し、上
記測定光束を測定対象物が配置される測定光路へ、上記
参照光束を参照反射部が配置される参照光路へ向かわせ
るビームスプリッタ部と、；上記ビームスプリッタ部を
介して、上記参照光路を経て戻ってくる上記参照光束と
上記測定光路を経て戻ってくる上記測定光束とを干渉さ
せた干渉光束を受光する受光部と、；上記受光部の出力
から互いに９０度位相の異なる周波数成分を抽出し、該
抽出された信号に基づき対象物の変位を測定する変位測
定部とを備えた干渉計測装置を提供する。

【００１３】また、本発明によると、直線偏波光を供給
するための光源部と、；入射光束のＴＭ波とＴＥ波に対
して所定の変調周波数により、それぞれ異なる位相を与
える位相変調部が設けられ、上記光源部からの光束を入
射し、位相変調光束を出射する光導波路部とを備え、；
上記光導波路部は、電気光学効果を有する基板で形成さ
れ、上記光源部からの直線偏波光の偏波方向が該基板表
面と略４５度方向となるように入射されており、上記光
導波路部の上記位相変調部に、所定の変調周波数のため
の信号が印加されることにより、上記入射光束のＴＭ波
とＴＥ波に対して略等しい逆符号の位相変化を与えるこ
とを特徴とする干渉計測装置用プローブを提供する。

【００１４】

【発明の実施の形態】

（１）干渉計測装置の第１の実施の形態図１に、本発明の干渉計測装置の第１の実施の形態の構
成図を示す。

【００１５】図１において、干渉計測装置は、光源部
１、結合部２、光導波路部３、照射部４、偏光ビームス
プリッタ部５、受光部６、変位測定部７、参照反射部８
及び測定反射部９を備える。さらに、この干渉計測装置
は、第１及び第２の１／４波長板１０及び１１、偏光部
材１２を備える。また、干渉計測用プローブに関して
は、光源部１、結合部２、光導波路部３及び照射部４を
備える。

【００１６】光源部１は、例えば、レーザダイオード等
により構成され、コヒーレント光を供給する。結合部２
は、例えば、光導波路部３への偏波面保存型シングルモ
ードファイバによる直接入力、集光レンズ及び偏光子に
よる入力等による手段で構成される。また、光源部１か
らレンズ等を介して光ファイバに入力する手段を含んで
もよい。結合部２は、光源部１から発せられたレーザ光
を光導波路部３に供給するもので、直線偏波光の偏波方
向が基板表面と略４５度方向となるように光導波路部３
に入射される。なお、光源部１として、ランダム偏光光
を発するレーザを使用した場合は、偏光子等を設けるこ
とにより、直線偏光光に変換して構成することもでき
る。

【００１７】光導波路部３は、ニオブ酸リチウム結晶基
板又はタンタル酸リチウム結晶基板等の電気光学効果を
有する基板で形成される。光導波路部３には、例えば、
Ｘカット型、Ｚ伝搬型のストレート型光導波路が１本形
成され、さらに、位相変調部として、この光導波路の近
傍にＹ方向に変調するための１対の電極が配置される。
この電極に、例えば、所定周波数の正弦波信号等の位相
変調信号が印加され、入射光束のＴＭ波とＴＥ波に対し
て、例えば略等しい逆符号の位相変化を与える。

【００１８】照射部４は、コリメータレンズ等で構成さ
れる。これにより、光導波路部３から出射された光束
は、適度なビーム径を持つ平行光束に変換される。偏光
ビームスプリッタ部５は、Ｐ波及びＳ波を、それぞれ通
過及び反射するような偏光ビームスプリッタ等で構成さ
れる。

【００１９】受光部６は、例えば、集光レンズ、フェル
ール、光ファイバ及びフォトディテクタ等を適宜使用し
て構成される。受光部６は、受光光量に応じて、集光レ
ンズを省略したり、また、光ファイバを省略したり適宜
の構成が可能である。変位測定部７は、信号処理プロセ
ッサ等で構成され、受光部６により受光した信号に基づ
いて、測定対象物の変位を求める。また、参照反射部８
及び測定反射部９は、例えば、平面ミラーにより構成さ
れる。

【００２０】つぎに、光導波路部３の構成及び製造方法
について詳述する。図２に、光導波路部の製造工程図の
一例を示す。

【００２１】まず、図２（Ａ）に示すように、フォトリ
ソグラフィ技術を用いて、単結晶基板２１１（例えば、
ＬｉＮｂＯ₃）の表面に、所望の導波路パターン形状に
金属２１２（例えば、Ｔｉ）を蒸着する。つぎに、図２
（Ｂ）に示すように、この単結晶基板２１１を電気炉等
で加熱することにより、金属２１２は基板内に熱拡散さ
れ、その結果、パターン形状の埋込み型導波路２１３が
形成される。さらに、導波路２１３を形成した後、図２
（Ｃ）に示されるように、光制御用電極２１４を所望の
位置に形成する。光制御用電極部２１４の材料は、電気
伝導率のよい金属材料が用いられ、一般的には、例えば
経時的に安定なＡｕを蒸着して用いる。

【００２２】このようにして、図２（Ｄ）に示すよう
に、光源部１からのコヒーレント光が通過するストレー
ト導波路２１５と、ストレート導波路２１５において位
相変調する変調部２１６を形成することができる。

【００２３】図３に、干渉計測装置用プローブに関する
動作説明図を示す。光導波路部３には、直線偏波光がほ
ぼ４５度程度で入射される。ここで、ストレート導波路
に設けられた変調用電極は、長さｌ、電極間隔ｄであ
る。この電極には、位相変調信号Ｖ_M が印加される。出
射された光束は、照射部４のコリメータレンズを経て、
互いに直行するＴＭ波及びＴＥ波の成分を有する。ｘ、
ｙ、ｚ方向はそれぞれ図示の通りである。

【００２４】つぎに、干渉計測装置の動作を説明する。
図４に、ＴＭ波とＴＥ波の合波・干渉の作用原理図を示
す。図４では、図１の（Ａ）〜（Ｃ）の断面における光
波の様子を示している。

【００２５】光導波路部３から出射したＴＭ波及びＴＥ
波は、図４（ａ）のようになる。光導波路部３から射出
したＴＥ波は、偏光ビームスプリッタ部５にとってはＰ
波形成分となるため透過し、測定光路に導かれる。また
光導波路から射出したＴＭ波は、偏光ビームスプリッタ
部５にとっては、Ｓ波成分となるため反射し、参照光路
へ導かれる。それぞれの光路には、ビームスプリッタ部
５と反射平面ミラーの間に第１及び第２の１／４波長板
１０及び１１が挿入されており、各光波は往路及び復路
の２度、これらの１／４波長板を通過するので、１／２
波長板としての作用を受ける。よって、参照光（ＴＭ
波）は、参照反射部８で反射され、また、Ｓ成分からＰ
成分（ＴＥ波）になって偏光ビームスプリッタ部５に戻
ってくるため、偏光ビームスプリッタ部５を通過する。
一方、測定光（ＴＥ波）は、測定反射部９で反射され、
また、Ｐ成分からＳ成分（ＴＭ波）になって、再び偏光
ビームスプリッタ部５に戻ってくるので、偏光ビームス
プリッタ部５で反射される。

【００２６】したがって、図４（ｂ）に示すように、ふ
たつの光波は、入射方向に帰ることなく受光部６に導か
れる。ただし、ここでは、お互いの偏波面が直交してい
るため、干渉しない。そこで、偏光部材１２の偏光方向
を、ＴＭ波とＴＥ波の両方の成分が含まれる向き、例え
ば、ＴＭ波とＴＥ波の中間の方向に設定する。これによ
り、図４（ｃ）に示すように、同じ偏波方向に揃うの
で、偏光部材１２を通過後に初めて両波は干渉する。

【００２７】つぎに、図５に、本発明に係る干渉計測装
置の第１の実施の形態の変形例の構成図を示す。ここで
は、光導波路部３の方向を、そのデバイス表面を紙面に
垂直に配置したものである。この場合も、ＴＭ波とＴＥ
波が進む光路が逆になるが、上述と同様の動作をする。

【００２８】（２）干渉計測装置の動作原理つぎに、干渉計測装置の動作原理を説明する。

【００２９】図６に、プッシュプル型位相変調方式の干
渉についての説明図を示す。以下に、この図に対応し
て、動作原理を説明する。

【００３０】光導波路部３の変調動作は、ＬｉＮｂＯ₃
単結晶基板のポッケルス効果を利用したものである。Ｘ
カット、Ｚ伝搬型導波路に、Ｙ方向に電圧を印加した場
合の屈折率変化は、以下のようになる。

【００３１】ただし、ｒ₂₂ ：ＬｉＮｂＯ₃ 単結晶基板
のポッケルス効果ｄ：導波路の電極間隔 Ω ：変調角周波数Ｖ：印加電圧ｌ：導波路の電極長とする。

【００３２】

【数１】したがって、つぎのような正弦波で電圧を印加した場
合、Ｘ方向及びＹ方向の光波の位相は、次式のようにな
る。

【００３３】

【数２】よって、Ｘ方向及びＹ方向の光波の位相変化は、次式の
ようになる。

【００３４】

【数３】以上のように、Ｘ方向及びＹ方向の光波の位相変化が同
振幅で逆符号を取るのが、プッシュプル型位相変調方式
の特徴である。

【００３５】このように、位相変調を受け参照反射部８
の固定ミラーから反射してきた参照波ＵR は、次式のよ
うになる。

【００３６】

【数４】一方、測定反射部９の移動ミラーから反射してきた測定
波ＵM は、ミラーの変位量△Ｌによる位相差ΔΦ＝２・
ｋΔＬが加わり、次式のようになる。

【００３７】

【数５】これらふたつの光波を合波干渉させた干渉光Ｉは、次の
ように求められる。

【００３８】

【数６】これを、計算すると、その基本波成分Ｉ（Ω）及び２倍
波成分Ｉ（２Ω）は、それぞれ、次式のようになる。

【００３９】

【数７】したがって、プッシュプル型では、変位量に対する位相
差がπ／２であり、方向弁別機能を可能とする。

【００４０】つぎに、変位測定部７では、基本波成分Ｉ
（Ω）及び２倍波成分Ｉ（２Ω）に基づいて、変位を計
測する。図７に、変位測定部の構成図を示す。

【００４１】変位測定部７は、信号抽出部７１と変位計
測部７２を備える。信号抽出部７１は、受光部６の出力
信号の内、位相変調部の変調周波数と等しい周波数の基
本波信号とこれの２倍の周波数の２倍波信号とを抽出す
る。すなわち、バンドパスフィルタ７１１及び７１２、
検出回路７１３及び７１４により、上述のような基本波
成分Ｉ（Ω）及び２倍波成分Ｉ（２Ω）を抽出する。ま
た、変位計測部７２は、信号抽出部７１により抽出され
た信号の位相から、次式のように測定対象物の変位を求
める。

【００４２】ΔＬ＝λ／２・（Ｎ＋ΔΦ／２π）ここで、Ｎは、整数値であり、変位量が１／２λ変化毎
に対応するカウント数である。ΔΦは、２π以内の位相
変位の端数である。

【００４３】つぎに、参照光と測定光の振幅値によるリ
サージュ円の形成について説明する。

【００４４】図８に、位相変調の振幅調整についての説
明図を示す。

【００４５】図示のように、位相変調部に印加する電圧
振幅により、リサージュ円が形成され、この場合が位相
振幅調整がなされたことを示す。例えば、上述のような
数式では、以下の条件が成立すると、リサージュ円が形
成されることになる。

【００４６】

【数８】このように、一般に干渉計測装置においては、参照光と
測定光が干渉する際、両者の強度が等しくなることが望
ましい。例えば、光源部１から供給される偏波方向が４
５度の場合、偏光部材の方向は斜め４５度程度に配置す
ることにより、両者の強度を併せることができる。ま
た、光源部１から供給される偏波方向が必ずしも４５度
でない場合、偏向部材１２も４５度に配置する必要はな
く、適宜両方の光強度を調整することができる。また、
光導波路部３により、変調された位相変調光束のＴＭ波
とＴＥ波とが（又は、基板面の光波とこれと直交する面
内の光波とが）、略同じ振幅となるように適宜調整する
ことができる。具体的には、例えば、光導波路部３の基
板の屈折率、光導波路部３の光導波路の近傍に配置され
た位相変調部の１対の電極の寸法若しくは電極間隔、位
相変調部への印加電圧、又はこれらの組み合わせを適宜
設定することにより、調整できる。

【００４７】（３）干渉計測装置の第２の実施の形態図９に、本発明の干渉計測装置の第２の実施の形態の構
成図を示す。

【００４８】図９において、干渉計測装置は、光源部２
１、結合部２２、光導波路部２３、照射部２４、偏光ビ
ームスプリッタ部２５、受光部２６、変位測定部２７、
参照反射部２８、測定反射部２９及び偏向部材３０を備
える。また、干渉計測用プローブに関しては、光源部２
１、結合部２２、光導波路部２３及び照射部２４を備
え、第１の実施の形態と同様である。偏光ビームスプリ
ッタ部２５、受光部２６、変位測定部２７、偏光部材３
０に関する構成も第１の実施の形態と同様である。

【００４９】第２の実施の形態では、参照反射部２８及
び測定反射部２９が、例えば、コーナキューブ、キュー
ブコーナプリズム（ＣＣＰ）等で構成され、また、１／
４波長板が設けられていない。また、受光部２６及び偏
光部材３０が、図示のように配置される。

【００５０】つぎに、干渉計測装置の動作を説明する。

【００５１】光導波路部２３からは、照射部２４を経
て、ＴＥ波及びＴＭ波が出射される。光導波路部２３か
ら射出したＴＥ波は、偏光ビームスプリッタ部２５にと
ってはＰ波形成分となるため透過し、測定光路に導かれ
る。また光導波路部３から射出したＴＭ波は、偏光ビー
ムスプリッタ部２５にとっては、Ｓ波成分となるため反
射し、参照光路へ導かれる。つぎに、参照光（ＴＭ波）
は、参照反射部２８により反射され、Ｓ成分のまま偏光
ビームスプリッタ部５に戻ってくるため、偏光ビームス
プリッタ部５で反射される。一方、測定光（ＴＥ波）
は、測定反射部２９により反射され、Ｐ成分のまま再び
偏光ビームスプリッタ部５に戻ってくるので、偏光ビー
ムスプリッタ部５を透過する。

【００５２】戻ってきた参照光及び測定光は、それぞれ
の反射部がコーナキューブ等で構成されているため、往
路及び復路で平行にずれるので、これらふたつの光波
は、入射方向に帰ることなく、受光部２６に導かれる。
ただし、ここでは、お互いの偏波面が直交しているた
め、干渉しない。そこで、偏光部材３０の偏光方向をＴ
Ｍ波とＴＥ波の略中間の向きに設定することにより、Ｔ
Ｍ波とＴＥ波から偏光部材３０の方向成分が抽出され
る。これにより、同じ偏波方向に揃うため、偏光部材３
０を通過後に初めて両波は干渉する。

【００５３】動作原理等は第１の実施の形態と同様であ
る。また、光導波路部２３を、第１の実施の形態の変形
例のように配置することもできる。

【００５４】（４）干渉計測装置のシステム構成つぎに、干渉計測装置のシステム構成図の一例を示す。
図１０に、干渉計測装置のシステム構成図の一例を示
す。

【００５５】このシステムにおいては、光源部１０１、
導波路モジュール１０２、干渉部１０３、測定反射部１
０４、制御部１０５、駆動部１０６、ステージ１０７及
び対象物１０８を備える。図中、二重線は電気信号ライ
ン、一重太線は光ファイバラインをそれぞれ示す。

【００５６】光源部１０１は、レーザダイオード等によ
り構成され、コヒーレント光を発する。また、光源部１
０１には、光ファイバに接続するためにレンズやアイソ
レータが適宜設けられている。導波路モジュール１０２
は、光導波路部及び照射部を備える。導波路モジュール
１０２は、制御部１０５により変調電圧が印加されて、
光源部１０１からのコヒーレント光を入射して、照射光
束を出射する。干渉部１０３は、偏光ビームスプリッタ
部、参照反射部、参照光路上と測定光路上の１／４波長
板、偏向部材を備える。また、光ファイバに接続するた
めのコネクタ部を含む。測定反射部１０４は、対象物１
０８の変位を測定する部分に設置されている。

【００５７】制御部１０５は、受光部及び変位測定部の
他に、駆動部１０６を制御する構成を備える。駆動部１
０６は、入力信号に従ってステージ７の位置を変化する
ことができる。ステージ１０７には、対象物１０８が搭
載又は設置される。

【００５８】本発明によると、このようなシステムにお
いて、ステージに測定反射部１０４を設置するだけで、
対象物の変位を計測することができる。システムの応用
例としては、例えば、半導体製造装置、精密測定器へ搭
載可能な精度計測／位置決めシステム等がある。現在の
データでは、例えば、レーザ波長基準の精密位置決め／
制御システムの一例において、分解能は１．０ｎｍ程
度、測定精度は１ｐｐｍ以下程度、最大応答速度は２０
０ｍｍ／ｓｅｃ程度となった。なお、これらの値はこれ
に限定されない。なお、本発明の第２の実施の形態をこ
のシステムに適用することもできる。

【００５９】

【発明の効果】本発明によると、位相変調方式を採用す
ることにより、光学系がシンプルとなるとともに、ひと
つの受光部で方向弁別機能と高分解検出機能の両方の信
号処理が可能となる。

【００６０】本発明によると、導波路デバイス型位相変
調方式を採用することにより、メカニカルな駆動部を持
たない位相変調方式が実現できる。また、ひとつのスト
レート導波路のみで位相の異なる２つの信号を形成する
ことができるので、導波路パターンが単純であり、量産
化に適する。

【００６１】また、本発明によると、プッシュプル型位
相変調法を採用することにより、位相変調器で形成され
る光束の位相は互いに逆位相であり、印加電圧は約半位
ですみ、変調時の電圧振幅が小さいので、低消費電力型
を達成することができる。さらに、波長板の製作誤差
が、変位の検出精度に影響を与えないようにすることが
できる。

【００６２】また、本発明の第１の実施の形態による
と、反射鏡として平面ミラーを採用することにより、使
い勝手がよく、軸ズレが少ない。そのため、Ｌ字ミラー
による２軸変位位置決めセンシングシステムへの応用し
やすい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の干渉計測装置の第１の実施の形態の構
成図。

【図２】光導波路部の製造工程図。

【図３】干渉計測装置用プローブに関する動作説明図。

【図４】ＴＭ波とＴＥ波の合波・干渉の作用原理図。

【図５】本発明に係る干渉計測装置の第１の実施の形態
の変形例の構成図。

【図６】プッシュプル型位相変調方式の干渉についての
説明図。

【図７】変位測定部の構成図。

【図８】位相変調の振幅調整についての説明図。

【図９】本発明の干渉計測装置の第２の実施の形態の構
成図。

【図１０】干渉計測装置のシステム構成図。

【図１１】従来の干渉計測装置の構成図。

【図１２】従来のバルク型の位相変調干渉計測装置。

【符号の説明】

１光源部２結合部３光導波路部４照射部５ビームスプリッタ部６受光部７変位測定部８参照反射部９測定反射部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直線偏波光を供給するための光源部と、入射光束のＴＭ波とＴＥ波に対して所定の変調周波数に
より、それぞれ異なる位相を与える位相変調部が設けら
れ、上記光源部からの光束を入射し、位相変調光束を出
射する光導波路部と、上記光導波路部で位相変調された上記位相変調光束を偏
光方向により測定光束と参照光束とに分離し、上記測定
光束を測定対象物が配置される測定光路へ、上記参照光
束を参照反射部が配置される参照光路へ向かわせるビー
ムスプリッタ部と、上記ビームスプリッタ部を介して、上記参照光路を経て
戻ってくる上記参照光束と上記測定光路を経て戻ってく
る上記測定光束とを干渉させた干渉光束を受光する受光
部と、上記受光部の出力から互いに９０度位相の異なる周波数
成分を抽出し、該抽出された信号に基づき対象物の変位
を測定する変位測定部とを備えた干渉計測装置。
【請求項２】上記参照光路中に配置された第１の１／４
波長板及び参照用平面ミラーと、上記測定光路中に配置された第２の１／４波長板と、上記測定光路中の測定対象物に配置された測定用平面ミ
ラーと、上記測定用平面ミラーからの反射光束と上記参照用平面
ミラーからの反射光束とを干渉させる偏光部材とをさら
に備え、上記ビームスプリッタ部は、偏光ビームスプリッターで
形成され、上記参照平面ミラーで反射された反射光束及
び上記測定用平面ミラーで反射された反射光束を、上記
偏向部材を介して上記受光部へ向かわせるようにしたこ
とを特徴とする請求項１記載の干渉計測装置。
【請求項３】上記光導波路部は、電気光学効果を有する
基板で形成され、上記光源部からの直線偏波光の偏波方
向が基板表面と略４５度方向となるように入射されてお
り、上記光導波路部の上記位相変調部が、所定の変調周波数
のための信号が印加されることにより、上記入射光束の
ＴＭ波とＴＥ波に対して略等しい逆符号の位相変化を与
えることを特徴とする請求項１又は２記載の干渉計測装
置。
【請求項４】上記光導波路部は、表面ＸカットでＺ伝搬
型のニオブ酸リチウム結晶基板又はタンタル酸リチウム
結晶基板等の電気光学効果を有する基板で形成されてお
り、上記光導波路部の上記位相変調部は、Ｙ方向に変調周波
数の電界が印加されることを特徴とする請求項１乃至３
のいずれかに記載の干渉計測装置。
【請求項５】上記光導波路部は、偏波面保存ファイバー
により上記光源部に結合されており、上記光源部からの
直線偏波光の偏波方向が基板表面と略４５度方向となる
ように入射されることを特徴とする請求項１乃至４のい
ずれかに記載の干渉計測装置。
【請求項６】上記光導波路部は、レンズ及び偏光子を介
して上記光源部に結合されており、上記光源部からのコ
ヒーレント光の偏波方向が基板表面と略４５度方向とな
るように入射されることを特徴とする請求項１乃至５の
いずれかに記載の干渉計測装置。
【請求項７】上記位相変調部は、所定周波数の電圧が印
加されるように、上記光導波路部の光導波路の近傍に配
置された１対の電極を有する請求項１乃至６のいずれか
に記載の干渉計測装置。
【請求項８】上記光導波路部は、上記光導波路部の基板
の屈折率、光導波路の近傍に配置された上記位相変調部
の１対の電極の寸法若しくは電極間隔、上記位相変調部
への印加電圧、又はこれらの組み合わせが設定されるこ
とにより、変調された上記位相変調光束のＴＭ波とＴＥ
波とが、又は基板面の光波とこれと直交する面内の光波
とが、略同じ振幅となるように調整されることを特徴と
する請求項１乃至７のいずれかに記載の干渉計測装置。
【請求項９】上記変位測定部は、上記受光部の出力信号の内、上記位相変調部の変調周波
数と等しい周波数の基本波信号とこれの２倍の周波数の
２倍波信号とを抽出する信号抽出部と、上記信号抽出部により抽出された信号の位相から、上記
測定対象物の変位を求める変位計測部とを備えた請求項
１乃至８のいずれかに記載の干渉計測装置。
【請求項１０】直線偏波光を供給するための光源部と、入射光束のＴＭ波とＴＥ波に対して所定の変調周波数に
より、それぞれ異なる位相を与える位相変調部が設けら
れ、上記光源部からの光束を入射し、位相変調光束を出
射する光導波路部とを備え、上記光導波路部は、電気光学効果を有する基板で形成さ
れ、上記光源部からの直線偏波光の偏波方向が該基板表
面と略４５度方向となるように入射されており、上記光
導波路部の上記位相変調部に、所定の変調周波数のため
の信号が印加されることにより、上記入射光束のＴＭ波
とＴＥ波に対して略等しい逆符号の位相変化を与えるこ
とを特徴とする干渉計測装置用プローブ。
【請求項１１】上記光導波路部は、表面ＸカットでＺ伝
搬型のニオブ酸リチウム結晶基板又はタンタル酸リチウ
ム結晶基板等の電気光学効果を有する基板で形成され、上記光導波路部の上記位相変調部は、所定周波数のＹ方
向に変調周波数の電界が印加されるように、光導波路の
近傍に１対の電極が形成されたことを特徴とする請求項
１０に記載の干渉計測装置用プローブ。
【請求項１２】上記光導波路部は、上記光導波路部の基
板の屈折率、光導波路の近傍に配置された上記位相変調
部の１対の電極の寸法若しくは電極間隔、上記位相変調
部への印加電圧、又はこれらの組み合わせが設定される
ことにより、変調された上記位相変調光束のＴＭ波とＴ
Ｅ波とが、又は基板面の光波とこれと直交する面内の光
波とが、略同じ振幅となるように調整されることを特徴
とする請求項１０又は１１に記載の干渉計測装置用プロ
ーブ。