JPH11183116A - Method and device for light wave interference measurement - Google Patents

Method and device for light wave interference measurement

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JPH11183116A
JPH11183116A JP9364491A JP36449197A JPH11183116A JP H11183116 A JPH11183116 A JP H11183116A JP 9364491 A JP9364491 A JP 9364491A JP 36449197 A JP36449197 A JP 36449197A JP H11183116 A JPH11183116 A JP H11183116A
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JP
Japan
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light
measurement
optical path
wavelength
interference
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JP9364491A
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Inventor
Saburo Kamiya
三郎 神谷
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Nikon Corp
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Nikon Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To allow range-finding without interruption without zero-resetting even when the laser light on a measurement light path is blocked, and to constitute an interference optical system with ease at low cost. SOLUTION: A polarizing beam splitter 2 which slits the light of wavelength λ1 emitted from a laser light source 1 into a measurement light path and a reference light path, a reference reflection mirror 6 provided on the reference light path, a measurement reflection mirror 7 movably provided on the measurement light path, and photoelectric detector 9 for photodetecting interference light of reference and measurement light are provided. Here, the polarizing beam splitter 12 which splits the light of λ2(≠λ1) emitted from a laser light source 11 into two, an optical system 10 which deflects one of the split λ2 light toward the measurement deflection mirror 7, which becoming parallel to the measurement light path on the way of measurement light path, and a photoelectric detector 17 for photodetecting interference light between one light reflected on the measurement reflection mirror 7 and the other light are provided.

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、物体の変位等を高
精度で測定する光波干渉測定方法および装置に関し、特
に、半導体装置、液晶表示装置、あるいは薄膜磁気ヘッ
ド等を製造する際のフォトリソグラフィ工程で使用され
る露光装置に用いられているステージにおける超精密位
置決め方法および装置として好適な光波干渉測定方法お
よび装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical interference measuring method and apparatus for measuring displacement of an object with high accuracy, and more particularly, to photolithography for manufacturing a semiconductor device, a liquid crystal display device, a thin film magnetic head and the like. The present invention relates to an optical interference measurement method and apparatus suitable as an ultra-precision positioning method and apparatus for a stage used in an exposure apparatus used in a process.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置や液晶表示装置等の製造工程
におけるフォトリソグラフィ工程では、レチクルあるい
は、マスク(以下、レチクルという)に形成された回路
パターンを投影光学系を介して半導体ウェハやガラスプ
レート(以下、ウェハという)上に投影露光する投影露
光装置が用いられている。この投影露光装置としては種
々の方式のものがあるが、例えば半導体装置の製造の場
合、レチクルの回路パターン全体を一度に投影し得るイ
メージフィールドを持つ投影光学系を介してウェハをス
テップ・アンド・リピート方式で露光する投影露光装置
や、レチクルを1次元に走査しつつ、ウェハをそれと同
期した速度で1次元に走査させる、いわゆるステップ・
アンド・スキャン方式の投影露光装置等がある。
2. Description of the Related Art In a photolithography process in a manufacturing process of a semiconductor device, a liquid crystal display device, or the like, a circuit pattern formed on a reticle or a mask (hereinafter, referred to as a reticle) is projected through a projection optical system onto a semiconductor wafer or glass plate. A projection exposure apparatus that performs projection exposure on a wafer is used. There are various types of projection exposure apparatuses. For example, in the case of manufacturing a semiconductor device, a wafer is step-and-stepped through a projection optical system having an image field capable of projecting the entire reticle circuit pattern at one time. A projection exposure apparatus that performs exposure in a repeat mode, or a one-dimensional scanning of a wafer while scanning a reticle one-dimensionally at a speed synchronized with the reticle.
There is an AND scan type projection exposure apparatus.

【0003】これらの投影露光装置における露光動作で
は、レチクルのパターンの像をウェハに形成されたパタ
ーン上に正確に重ね合わせることが必須であり、そのた
めレチクルやウェハを載置してX−Y平面を2次元的に
移動可能なX−Yステージには高い位置決め精度が要求
されている。このX−Yステージを超精密に位置決めす
るために光波干渉測定装置が用いられている。
In the exposure operation of these projection exposure apparatuses, it is essential to accurately superimpose the image of the reticle pattern on the pattern formed on the wafer. Therefore, the reticle or wafer is placed on the XY plane. The X-Y stage capable of moving two-dimensionally is required to have high positioning accuracy. An optical interference measuring device is used to position the XY stage very precisely.

【0004】この種の光波干渉測定装置としては、周波
数安定化されたヘリウム−ネオン(He−Ne)ガスレ
ーザを光源とし、ヘテロダイン検出方式を採用したもの
(例えば、米国ヒューレット・パッカード社製)が広く
用いられている。
As this type of light wave interference measuring device, there is widely used a device which uses a helium-neon (He-Ne) gas laser whose frequency is stabilized as a light source and employs a heterodyne detection system (for example, manufactured by Hewlett-Packard Company, USA). Used.

【0005】ここで従来の光波干渉測定装置を図7を用
いて説明する。図7において、レーザ光源1は中心波長
λ1で、波長のわずかに異なる互いに直交する偏光方位
を有するレーザビームを射出する。このレーザ光源1か
ら射出されたレーザビームは偏光ビームスプリッタ40
に入射して測定光路と参照光路とに分離される。偏光ビ
ームスプリッタ40において、p偏光成分の光は透過し
て測定光路に進み、1/4波長板44によって円偏光に
変換された測定光となり、s偏光成分の光は偏光ビーム
スプリッタ40で反射して参照光路に進み、ミラー3に
入射して光路を測定光と平行になるように曲げられて、
1/4波長板42によって円偏光に変換された参照光と
なる。
Here, a conventional light wave interference measuring apparatus will be described with reference to FIG. In FIG. 7, a laser light source 1 emits a laser beam having a center wavelength λ1 and mutually orthogonal polarization directions having slightly different wavelengths. The laser beam emitted from this laser light source 1 is polarized beam splitter 40
And is separated into a measurement optical path and a reference optical path. In the polarization beam splitter 40, the light of the p-polarized component is transmitted and proceeds to the measurement optical path, becomes the measurement light converted into circularly polarized light by the quarter-wave plate 44, and the light of the s-polarized component is reflected by the polarization beam splitter 40. To the reference optical path, enters the mirror 3 and bends the optical path so as to be parallel to the measurement light.
The reference light is converted into circularly polarized light by the 波長 wavelength plate 42.

【0006】そして、参照光は参照用反射鏡(固定鏡)
6で反射し、測定光は測定用反射鏡(移動鏡)7で反射
する。それぞれの反射光は再びそれぞれ1/4波長板4
2、44を透過して、偏光方位を当初の偏光方位に対し
て90°回転させられた直線偏光の光に変換される。1
/4波長板44を透過した測定光は偏光ビームスプリッ
タ40に入射して、偏光方位が当初より90°度回転し
ているために、偏光ビームスプリッタ40で反射され
る。
The reference light is a reference reflecting mirror (fixed mirror).
The measurement light is reflected at 6, and the measurement light is reflected at a measuring reflecting mirror (moving mirror) 7. Each reflected light is again a quarter-wave plate 4
2 and 44, the light is converted into linearly polarized light whose polarization direction is rotated by 90 ° with respect to the original polarization direction. 1
The measurement light transmitted through the 波長 wavelength plate 44 enters the polarization beam splitter 40 and is reflected by the polarization beam splitter 40 because the polarization direction is rotated by 90 ° from the beginning.

【0007】一方、1/4波長板42を透過した参照光
はミラー3で反射して偏光ビームスプリッタ40に入射
し、同様に偏光方位が当初より90°度回転しているた
め偏光ビームスプリッタ40を透過する。従って、参照
光と測定光は同軸となって偏光ビームスプリッタ40を
射出する。この参照光と測定光はダイクロイックミラー
48を透過して偏光子8に入射する。偏光子8の偏光方
位は、参照光と測定光に対して45°傾いて設定されて
おり、従って、偏光子8を透過した両光は干渉して光電
検出素子9で検出される。光電検出素子9で電気信号に
変換されたこの干渉信号は、レーザ光源1内部でp偏光
成分とs偏光成分のレーザビームを直接干渉させて得ら
れる基準信号と共に位相計(図示せず)に入力され、基
準信号に対する測定信号の位相変化量を積算することに
より、測定用反射鏡7の変位を知ることができる。
On the other hand, the reference light transmitted through the quarter-wave plate 42 is reflected by the mirror 3 and enters the polarization beam splitter 40. Similarly, since the polarization direction is rotated by 90 ° from the beginning, the polarization beam splitter 40 Through. Therefore, the reference light and the measurement light exit the polarization beam splitter 40 coaxially. The reference light and the measurement light pass through the dichroic mirror 48 and enter the polarizer 8. The polarization direction of the polarizer 8 is set to be inclined by 45 ° with respect to the reference light and the measurement light. Therefore, both lights transmitted through the polarizer 8 interfere with each other and are detected by the photoelectric detection element 9. The interference signal converted into an electric signal by the photoelectric detection element 9 is input to a phase meter (not shown) together with a reference signal obtained by directly interfering the laser beams of the p-polarized component and the s-polarized component inside the laser light source 1. Then, by integrating the amount of phase change of the measurement signal with respect to the reference signal, the displacement of the measurement reflecting mirror 7 can be known.

【0008】ところが、この種の光波干渉測定装置(レ
ーザ干渉計)は、ステージなどに取り付けた測定用反射
鏡7の参照用反射鏡6に対する相対的な変位量を、干渉
信号の位相変化を積算することにより求めることはでき
るが、参照用反射鏡6と測定用反射鏡7の距離を直接求
めることはできないため、ひとたび干渉計のビームが遮
られると、位置の基準が失われてしまうという欠点を有
している。周知のように、光電センサなどで位置の基準
を与える原点出し(これ以降、「原点出し」と呼ぶ)を
することはできるが、せいぜいμm程度の精度であり、
また原点出しのためにステージを移動させなければなら
ず、測定に時間がかかるなどの問題があった。光電セン
サの代わりに、ステージのガイド部分にリニアエンコー
ダを設置しておき、この測定値を頼りに原点出しを行う
ことも考えられる。この場合、原点出しのためにステー
ジを移動させる必要はなくなるが、この種のエンコーダ
は、測定の再現性はあっても、数十cmのストローク範
囲での絶対位置精度はせいぜいμm程度であり問題を解
決することはできない。
However, this type of light wave interference measuring apparatus (laser interferometer) integrates the relative displacement of the measuring reflecting mirror 7 mounted on a stage or the like with respect to the reference reflecting mirror 6 and the phase change of the interference signal. However, since the distance between the reference reflecting mirror 6 and the measuring reflecting mirror 7 cannot be determined directly, once the interferometer beam is interrupted, the position reference is lost. have. As is well known, it is possible to perform origin search (hereinafter, referred to as “origin search”) for providing a position reference using a photoelectric sensor or the like, but the accuracy is at most about μm.
In addition, there is a problem that the stage has to be moved to find the origin, and it takes a long time for measurement. Instead of the photoelectric sensor, a linear encoder may be installed in the guide portion of the stage, and the origin may be determined based on the measured value. In this case, it is not necessary to move the stage to find the origin, but this type of encoder has a problem that the absolute position accuracy in the stroke range of several tens of cm is at most about μm even though the measurement is reproducible. Can not be solved.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】そこで、上記問題を解
決するために、図7に示すようにさらに別の干渉計を組
み合わせた光波干渉測定装置が用いられている。この別
の干渉計のレーザ光源11からは、波長λ1と異なる中
心波長λ2で、波長がわずかに異なる互いに直交する2
つの偏光方位を有するレーザビームが射出される。この
レーザ光源11から射出したレーザビームは、ミラー4
5で折り曲げられてダイクロイックミラー46に入射
し、レーザ光源1からのレーザビームと同軸となって偏
光ビームスプリッタ40に入射して測定光路と参照光路
とに分離される。偏光ビームスプリッタ40において、
p偏光成分の光は透過して測定光路に進み、1/4波長
板44によって円偏光に変換された測定光となり、s偏
光成分の光は偏光ビームスプリッタ40で反射して参照
光路に進み、ミラー3に入射して光路を測定光と平行に
なるように曲げられて、1/4波長板42によって円偏
光に変換された参照光となる。
Therefore, in order to solve the above-mentioned problem, a light wave interference measuring apparatus combined with another interferometer as shown in FIG. 7 is used. From the laser light source 11 of this other interferometer, a center wavelength λ2 different from the wavelength λ1,
A laser beam having two polarization directions is emitted. The laser beam emitted from the laser light source 11 is
The laser beam is bent at 5 and is incident on the dichroic mirror 46, is coaxial with the laser beam from the laser light source 1, is incident on the polarization beam splitter 40, and is separated into a measurement optical path and a reference optical path. In the polarization beam splitter 40,
The light of the p-polarized component is transmitted and proceeds to the measurement optical path, becomes the measurement light converted into circularly polarized light by the quarter-wave plate 44, and the light of the s-polarized component is reflected by the polarization beam splitter 40 and proceeds to the reference optical path, The light enters the mirror 3 and is bent so that its optical path becomes parallel to the measurement light, and becomes reference light converted into circularly polarized light by the 波長 wavelength plate 42.

【0010】そして、参照光は参照用反射鏡(固定鏡)
6で反射し、測定光は測定用反射鏡(移動鏡)7で反射
する。それぞれの反射光は再びそれぞれ1/4波長板4
2、44を透過して、偏光方位を当初の偏光方位に対し
て90°回転させられた直線偏光の光に変換される。1
/4波長板44を透過した測定光は偏光ビームスプリッ
タ40に入射して、偏光方位が当初より90°度回転し
ているために、偏光ビームスプリッタ40で反射され
る。
The reference light is a reference reflecting mirror (fixed mirror).
The measurement light is reflected at 6, and the measurement light is reflected at a measuring reflecting mirror (moving mirror) 7. Each reflected light is again a quarter-wave plate 4
2 and 44, the light is converted into linearly polarized light whose polarization direction is rotated by 90 ° with respect to the original polarization direction. 1
The measurement light transmitted through the 波長 wavelength plate 44 enters the polarization beam splitter 40 and is reflected by the polarization beam splitter 40 because the polarization direction is rotated by 90 ° from the beginning.

【0011】一方、1/4波長板42を透過した参照光
はミラー3で反射して偏光ビームスプリッタ40に入射
し、同様に偏光方位が当初より90°度回転しているた
め偏光ビームスプリッタ40を透過する。従って、参照
光と測定光は同軸となって偏光ビームスプリッタ40を
射出してダイクロイックミラー48で反射されて偏光子
16に入射する。偏光子16の偏光方位は、参照光と測
定光に対して偏光方位が45°傾いて設定されており、
従って、偏光子16を透過した両光は干渉して光電検出
素子17で検出される。光電検出素子17で電気信号に
変換されたこの干渉信号は、レーザ光源11内部でp偏
光成分とs偏光成分のレーザビームを直接干渉させて得
られる基準信号と共に位相計(図示せず)に入力され、
基準信号に対する測定信号の位相変化量を積算すること
により、測定用反射鏡7の変位を知ることができる。
On the other hand, the reference light transmitted through the quarter-wave plate 42 is reflected by the mirror 3 and enters the polarization beam splitter 40. Similarly, since the polarization direction is rotated by 90 ° from the beginning, the polarization beam splitter 40 Through. Accordingly, the reference light and the measurement light are coaxial, exit the polarization beam splitter 40, are reflected by the dichroic mirror 48, and enter the polarizer 16. The polarization direction of the polarizer 16 is set such that the polarization direction is inclined by 45 ° with respect to the reference light and the measurement light.
Therefore, both lights transmitted through the polarizer 16 interfere with each other and are detected by the photoelectric detection element 17. The interference signal converted into an electric signal by the photoelectric detection element 17 is input to a phase meter (not shown) together with a reference signal obtained by directly interfering the laser beams of the p-polarized component and the s-polarized component inside the laser light source 11. And
By integrating the amount of phase change of the measurement signal with respect to the reference signal, the displacement of the measurement reflecting mirror 7 can be known.

【0012】こうすることにより、周知の技術であるい
わゆる絶対干渉計が構成できる。例えばレーザ光源11
の波長λ2を可変にして波長を掃引し、その位相変化を
計測して、参照光路と測定光路の光路長の差を直接求め
るようにしてもよいし、また、多波長レーザ光源を使
い、合成波長内での絶対干渉測定を行うようにしてもよ
い。
In this manner, a so-called absolute interferometer, which is a well-known technique, can be configured. For example, a laser light source 11
The wavelength λ2 may be varied and the wavelength may be swept, the phase change may be measured, and the difference between the optical path lengths of the reference optical path and the measurement optical path may be directly obtained. Absolute interference measurement within the wavelength may be performed.

【0013】ところが、以上説明したような2つのレー
ザ光源を用いて両光源からのレーザビームを同一の干渉
光学系に導入して、変位測定と絶対位置測定とを組み合
わせて測定を行うシステムでは、測長用レーザ波長の光
に加えて別の連続波長ないし多波長の光に対して同一の
系で干渉光学系を構成する必要が生じるため、偏光ビー
ムスプリッタ40、あるいは1/4波長板42、44は
広い波長範囲で色消しされていることが必須となる。し
かしながら、このような広い波長範囲で色消しされてい
る光学素子を形成するのは現実には極めて困難であり、
また形成できたとしても高コストになるのは避けられな
いという問題がある。
However, in the above-described system in which the laser beams from both light sources are introduced into the same interference optical system using the two laser light sources as described above, and the measurement is performed by combining the displacement measurement and the absolute position measurement, Since it becomes necessary to form an interference optical system with the same system for light of another continuous wavelength or multiple wavelengths in addition to the light of the laser wavelength for length measurement, the polarization beam splitter 40 or the quarter-wave plate 42, It is essential that 44 is achromatic in a wide wavelength range. However, it is actually very difficult to form an optical element that is achromatic in such a wide wavelength range.
Further, even if it can be formed, there is a problem that high cost cannot be avoided.

【0014】本発明の目的は、測定光路のレーザ光が遮
られても、原点復帰させずに継続して測長することがで
き、しかも安価で容易に干渉光学系を構成することがで
きる光波干渉測定方法および装置を提供することにあ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a light wave capable of continuously measuring the length without returning to the original point even if the laser beam in the measurement light path is interrupted, and which can easily form an interference optical system at low cost. An object of the present invention is to provide an interference measurement method and apparatus.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上記目的は、波長λ1の
光を参照光と測定光に分離し、参照光を参照光路上に設
けられた参照用反射鏡で反射させ、測定光を測定光路上
を移動可能に設けられた測定用反射鏡で反射させ、反射
した参照光および測定光を干渉させて、基準位置から移
動した測定用反射鏡の参照用反射鏡に対する相対移動距
離ΔLを測定する光波干渉測定方法において、基準位置
での参照光路と測定光路の光路長差L1(=φ1・λ1
/m、但し、mは光路の折り返しの数)に基づく位相φ
1を測定し、波長λ2(≠λ1)の光をさらに用い、当
該波長λ2の光を2つに分離して、一方の光を測定光路
の途中から測定光路に平行に入射して測定用反射鏡で反
射させ、反射した一方の光と、他方の光とを干渉させ
て、基準位置での一方の光の光路と他方の光の光路との
光路長差L2(=φ2・λ2/m)に基づく位相φ2を
測定し、相対移動距離ΔLでの参照光路と測定光路の光
路長差L1+ΔL(=φ1’・λ1/m)に基づく位相
φ1’を測定し、相対移動距離ΔLでの一方の光の光路
と他方の光の光路の光路長差L2+ΔL(=φ2’・λ
2/m)に基づく位相φ2’を測定し、位相φ1、φ
2、φ1’、φ2’に基づいて、波長λ1の光が遮断さ
れた際の相対移動距離ΔLを求めることを特徴とする光
波干渉測定方法によって達成される。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to separate light having a wavelength λ1 into reference light and measurement light, reflect the reference light with a reference reflector provided on a reference optical path, and convert the measurement light into measurement light. It is reflected by a measuring reflector movably provided on the road, and the reflected reference light and the measuring light interfere with each other to measure a relative moving distance ΔL of the measuring reflector moved from the reference position with respect to the reference reflector. In the light wave interference measurement method, an optical path length difference L1 (= φ1 · λ1) between a reference optical path and a measurement optical path at a reference position.
/ M, where m is the number of turns of the optical path)
1 is measured, the light having the wavelength λ2 (≠ λ1) is further used, the light having the wavelength λ2 is separated into two lights, and one light is incident on the measuring light path in parallel from the middle of the measuring light path and reflected for measurement. The light reflected by the mirror is caused to interfere with one of the reflected light and the other light, so that an optical path length difference L2 between the optical path of one light and the optical path of the other light at the reference position (= φ2 / λ2 / m) The phase φ1 ′ based on the optical path length difference L1 + ΔL (= φ1 ′ · λ1 / m) between the reference optical path and the measurement optical path at the relative movement distance ΔL is measured, and one of the phases at the relative movement distance ΔL is measured. The optical path length difference L2 + ΔL (= φ2 ′ · λ) between the optical path of the light and the optical path of the other light
2 / m), and the phases φ1, φ
2. A light wave interference measurement method characterized in that a relative movement distance ΔL when light of wavelength λ1 is cut off is obtained based on 2, φ1 ′ and φ2 ′.

【0016】そして、相対移動距離ΔLは、 ΔL=ΔΦ・λs/m 但し、ΔΦ=Φ’−Φ、 Φ=φ2−φ1、 Φ’=φ2’−φ1’ 合成波長λs=λ1・λ2/|λ2−λ1| から求めることを特徴とする。The relative movement distance ΔL is as follows: ΔL = ΔΦ · λs / m where ΔΦ = Φ′−Φ, Φ = φ2−φ1, Φ ′ = φ2′−φ1 ′ Synthetic wavelength λs = λ1 · λ2 // λ2−λ1 |

【0017】また上記目的は、上記光波干渉測定方法に
おいて、波長λ3(≠λ1、≠λ2、|λ2−λ1|>
|λ3−λ2|)の光をさらに用い、当該波長λ3の光
を2つに分離して、一方の光を測定光路の途中から測定
光路に平行に入射して測定用反射鏡で反射させ、反射し
た当該一方の光と、他方の光とを干渉させて、基準位置
での当該一方の光の光路と当該他方の光の光路との光路
長差L3(=φ3・λ3/m)に基づく位相φ3を測定
し、相対移動距離ΔLでの当該一方の光の光路と当該他
方の光の光路の光路長差L3+ΔL(=φ3’・λ3/
m)に基づく位相φ3’を測定することにより、相対的
に広い合成波長λsW=λ2・λ3/|λ3−λ2|に
基づいてΔLの存在範囲を求め、次いで、それより狭い
合成波長λsに基づいてΔLを求めることを特徴とする
光波干渉測定方法によって達成される。
It is another object of the present invention to provide a light wave interference measuring method, wherein the wavelength λ3 (≠ λ1, ≠ λ2, | λ2-λ1 |>
| Λ3-λ2 |) is further used to separate the light of the wavelength λ3 into two, and one of the light is incident on the measurement optical path in the middle of the measurement optical path and reflected by the measurement reflector. The reflected one light and the other light are caused to interfere with each other, based on an optical path length difference L3 (= φ3 · λ3 / m) between the optical path of the one light and the optical path of the other light at the reference position. The phase φ3 is measured, and the optical path length difference L3 + ΔL (= φ3 ′ · λ3 /) between the optical path of the one light and the optical path of the other light at the relative movement distance ΔL.
m), the existence range of ΔL is determined based on the relatively wide synthetic wavelength λsW = λ2 · λ3 / | λ3-λ2 |, and then based on the narrower synthetic wavelength λs. And ΔL is obtained by the method.

【0018】さらに上記目的は、上記光波干渉測定方法
において、基準位置での、参照光路と測定光路との光路
長差L1と、一方の光の光路と他方の光の光路との光路
長差L2とをほぼ等しくさせることを特徴とする光波干
渉測定方法によって達成される。
[0018] Further, the object is to provide an optical wave interference measuring method, wherein the optical path difference L1 between the reference optical path and the measuring optical path at the reference position, and the optical path length difference L2 between the optical path of one light and the optical path of the other light. Are made substantially equal to each other.

【0019】またさらに上記目的は、上記光波干渉測定
方法において、基準位置での、参照光路と測定光路との
光路長差L1と、一方の光の光路と他方の光の光路との
光路長差L2とを、L1>>L2とすることを特徴とす
る光波干渉測定方法によって達成される。
Still another object of the present invention is to provide a light wave interference measuring method, comprising: an optical path length difference L1 between a reference optical path and a measurement optical path at a reference position; and an optical path length difference between one optical path and the other optical path. L2 and L1 >> L2 are achieved by a light wave interference measurement method.

【0020】上記目的は、物体の変位を測定するための
第1の光を射出する第1の光源と、第1の光を測定光路
と参照光路に分離する第1のビームスプリッタと、参照
光路上に設けられた参照用反射鏡と、測定光路上を移動
可能に設けられた測定用反射鏡と、参照用反射鏡および
測定用反射鏡で反射した第1の光の干渉光を受光する第
1の受光部とを有する光波干渉測定装置において、第1
の光の波長と異なる波長を有する第2の光を射出する第
2の光源と、第2の光を2つに分離する第2のビームス
プリッタと、2つに分離された第2の光の一方を、測定
光路の途中から測定光路と平行に測定用反射鏡に向かわ
せる第1の光学系と、測定用反射鏡で反射した一方の光
と、他方の光との干渉光を受光する第2の受光部とをさ
らに備えたことを特徴とする光波干渉測定装置によって
達成される。
The object is to provide a first light source for emitting a first light for measuring a displacement of an object, a first beam splitter for separating the first light into a measurement light path and a reference light path, and a reference light. A reference reflecting mirror provided on the road, a measuring reflecting mirror movably provided on the measuring optical path, and a second reflecting light receiving the interference light of the first light reflected by the reference reflecting mirror and the measuring reflecting mirror. In the optical interference measuring apparatus having the first light receiving section, the first
A second light source that emits a second light having a wavelength different from the wavelength of the second light, a second beam splitter that splits the second light into two, and a second light splitter that splits the second light into two. A first optical system for directing the one from the middle of the measurement optical path toward the measurement mirror in parallel with the measurement optical path, and a first optical system for receiving interference light between one of the lights reflected by the measurement mirror and the other light. This is achieved by a light wave interference measurement device further comprising two light receiving units.

【0021】また、上記目的は、上記光波干渉測定装置
において、第1の光学系は、さらに第2の光の他方を、
参照光路の途中から参照光路と平行に参照用反射鏡に向
かわせ、第2の受光部は、測定用反射鏡で反射した第2
の光の一方と参照用反射鏡で反射した第2の光の他方と
の干渉光を受光することを特徴とする光波干渉測定装置
によって達成される。
The above object is also achieved in the above-mentioned optical interference measuring apparatus, wherein the first optical system further transmits the other of the second light,
From the middle of the reference light path, the light is directed toward the reference reflecting mirror in parallel with the reference light path, and the second light receiving unit reflects the second light reflected by the measurement reflecting mirror.
And an interference light between the other of the second light reflected by the reference reflecting mirror and the other of the second light reflected by the reference reflecting mirror.

【0022】さらに上記目的は、上記光波干渉測定装置
において、第2の光源は、波長可変レーザであることを
特徴とする光波干渉測定装置によって達成される。また
さらに上記目的は、上記光波干渉測定装置において、第
1および第2の光の波長と異なる波長を有する第3の光
を射出する第3の光源と、第3の光を2つに分離する第
3のビームスプリッタと、2つに分離された第3の光の
一方を、測定光路の途中から測定光路と平行に測定用反
射鏡に向かわせる第2の光学系と、測定用反射鏡で反射
した第3の光の一方の光と、他方の光との干渉光を受光
する第3の受光部とをさらに備えたことを特徴とする光
波干渉測定装置によって達成される。
Further, the above object is achieved by a light wave interference measuring apparatus, wherein the second light source is a tunable laser. Still another object of the present invention is to provide a light wave interference measuring apparatus, wherein the third light source that emits third light having a wavelength different from the wavelengths of the first and second lights and the third light are separated into two. A third beam splitter, a second optical system that directs one of the two split third lights to a measuring reflector in a direction parallel to the measuring optical path from the middle of the measuring optical path, and a measuring reflector. This is achieved by a light wave interference measurement device, further comprising a third light receiving unit that receives interference light between one of the reflected third lights and the other light.

【0023】そして、第2の光学系は、さらに第3の光
の他方を、参照光路の途中から参照光路と平行に参照用
反射鏡に向かわせ、第3の受光部は、測定用反射鏡で反
射した第3の光の一方と参照用反射鏡で反射した第3の
光の他方との干渉光を受光するようにしてもよい。ま
た、第3のビームスプリッタを第2のビームスプリッタ
で兼用し、第2の光学系を第1の光学系で兼用するよう
にしてもよい。
The second optical system further directs the other of the third light from the middle of the reference optical path to the reference reflecting mirror in parallel with the reference optical path, and the third light receiving section includes a measuring reflecting mirror. An interference light between one of the third lights reflected by the reference light and the other of the third lights reflected by the reference reflecting mirror may be received. Further, the third beam splitter may be shared by the second beam splitter, and the second optical system may be shared by the first optical system.

【0024】さらに、上記光波干渉測定装置において、
第1の光は、互いに直角な偏光方位を有し周波数がわず
かに異なる2つの光から構成され、第1のビームスプリ
ッタは偏光ビームスプリッタであり、測定光路上および
参照光路上には、それぞれ波長板が配置され、第1の光
学系は、少なくとも第2の光の一方を、測定光路上の波
長板と測定用反射鏡との間から、測定光路と平行に測定
用反射鏡に向かわせるように配置されているようにして
もよい。
Further, in the above-mentioned optical interference measuring apparatus,
The first light is composed of two lights having polarization directions perpendicular to each other and having slightly different frequencies, the first beam splitter is a polarization beam splitter, and has a wavelength on the measurement optical path and on the reference optical path, respectively. A plate is arranged, and the first optical system directs at least one of the second light beams from between the wave plate and the measurement reflector on the measurement optical path to the measurement reflector in parallel with the measurement optical path. May be arranged.

【0025】そして、第1の光学系は、少なくとも第2
の光の他方を、参照光路上の波長板と参照用反射鏡との
間から、参照光路と平行に参照用反射鏡に向かわせるよ
うに配置されているようにしてもよい。また、上記光波
干渉測定装置において、第1乃至第3の光源は、波長安
定化レーザであることを特徴とする。
The first optical system has at least a second optical system.
May be arranged so as to direct the other of the lights from the wave plate on the reference optical path and the reference reflecting mirror toward the reference reflecting mirror in parallel with the reference optical path. Further, in the above-described optical interference measuring apparatus, the first to third light sources are wavelength stabilized lasers.

【0026】このように本発明では、所定の波長の光を
用いた測長用の光波干渉計と、当該所定の波長とは異な
る別の波長の光を用いた光波干渉計とを用い、少なくと
も両干渉計の測定光の光軸を途中から平行にして同一の
測定用反射鏡に導き、両干渉計の合成波長内での測定用
反射鏡の移動量の測定を、位相変化の計数をしなくても
行えるようにしたので、たとえ測定光が遮断されたとし
ても、原点からの測定用反射鏡の位置を合成波長内で測
長用の光波干渉計の分解能で行うことができるようにな
る。そして、測長用の光波干渉計と、それと異なる波長
の光を用いた別の光波干渉計とは、少なくとも両測定光
の光軸を途中から合成するようにしているので、各光波
干渉計の光路を参照光路と測定光路に分離する偏光分離
素子(偏光ビームスプリッタ)、あるいは参照光や測定
光の偏光方位を回転させる1/4波長板等に、安価な単
一波長に対応した素子を用いることができるようにな
る。
As described above, according to the present invention, at least the light-wave interferometer for measuring length using light of a predetermined wavelength and the light-wave interferometer using light of another wavelength different from the predetermined wavelength are used. The optical axes of the measuring beams of both interferometers are guided in parallel from the middle to the same measuring mirror, and the amount of movement of the measuring mirror within the combined wavelength of both interferometers is measured, and the phase change is counted. Even if the measuring light is cut off, the position of the measuring mirror from the origin can be measured within the composite wavelength with the resolution of the lightwave interferometer for length measurement. . Since the lightwave interferometer for length measurement and another lightwave interferometer using light of a different wavelength are configured to combine at least the optical axes of both measurement lights from the middle, Use an inexpensive element corresponding to a single wavelength as a polarization separation element (polarization beam splitter) that separates the optical path into a reference optical path and a measurement optical path, or a quarter-wave plate that rotates the polarization direction of the reference light or the measurement light. Will be able to do it.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を説明するに
際し、まずはじめに本発明による光波干渉測定方法の基
本原理について説明する。この光波干渉測定方法は、以
下に説明する第1乃至第6の実施の形態で説明する光波
干渉測定装置の全てに適用できるものである。まず、測
長レーザ干渉計の波長をλ1、付加する別波長レーザ干
渉計の波長をλ2とする。両干渉光学系の光路長差は一
般に異なるから、それぞれL1、L2とすると、
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Before describing the embodiments of the present invention, the basic principle of the optical interference measuring method according to the present invention will be described first. This light wave interference measurement method can be applied to all of the light wave interference measurement devices described in the first to sixth embodiments described below. First, it is assumed that the wavelength of the length measuring laser interferometer is λ1 and the wavelength of the additional wavelength laser interferometer to be added is λ2. Since the optical path length difference between the two interference optical systems is generally different, L1 and L2 are given as follows.

【0028】 L1=φ1・λ1/m ・・・(1) L2=φ2・λ2/m ・・・(2)L1 = φ1 · λ1 / m (1) L2 = φ2 · λ2 / m (2)

【0029】ここで、mは光路の折り返し数で、φは位
相である。そして、測定用反射鏡が原点位置Pにあると
きのφ1、φ2を記憶しておく。次に、測定用反射鏡が
移動してQの位置にあるときのPQ間の距離をΔLとす
ると、
Here, m is the number of turns of the optical path, and φ is the phase. Then, φ1 and φ2 when the measuring reflecting mirror is at the origin position P are stored. Next, assuming that the distance between PQ when the measuring reflector moves and is at the position of Q is ΔL,

【0030】 L1+ΔL=φ1’・λ1/m ・・・(3) L2+ΔL=φ2’・λ2/m ・・・(4)L1 + ΔL = φ1 ′ · λ1 / m (3) L2 + ΔL = φ2 ′ · λ2 / m (4)

【0031】であるから、ここで、Φ=φ2−φ1とす
ると、
Therefore, if Φ = φ2−φ1 here,

【0032】 ΔΦ=Φ’−Φ=(φ2’−φ1’)−(φ2−φ1) =mΔL(1/λ2−1/λ1) 従って、合成波長λsを λs=λ1・λ2/|λ2−λ1| ・・・(5) とすると、Φの変化量をΔΦとして、 ΔL=ΔΦ・λs/m ・・・(6) となる。ΔΦ = Φ′−Φ = (φ2′−φ1 ′) − (φ2−φ1) = mΔL (1 / λ2-1 / λ1) Therefore, the composite wavelength λs is expressed as λs = λ1 · λ2 / | λ2-λ1 .. (5), ΔL = ΔΦ · λs / m (6) where ΔΦ is the change amount of Φ.

【0033】すなわち、測定用反射鏡がλs/m単位で
何処に位置するかが分かっていれば、ビームが遮断され
てもΦ’を測定し直してΔΦを求めることにより、ΔL
を求めることができる。この測定精度は、後述するよう
にλ1/m範囲以内にすることが可能であるから、結局
元の測長レーザ干渉計の精度でΔLを求めることができ
ることになる。
That is, if it is known where the measuring reflector is located in the unit of λs / m, even if the beam is cut off, Φ ′ is measured again to obtain ΔΦ, thereby obtaining ΔL.
Can be requested. Since the measurement accuracy can be set within the range of λ1 / m as described later, ΔL can be finally obtained with the accuracy of the original length measuring laser interferometer.

【0034】次に、この測定の精度について詳述する。
まず、式(6)に誤差伝搬則を適用する。まず、式
(6)を式(5)を用いて変形し、
Next, the accuracy of this measurement will be described in detail.
First, the error propagation rule is applied to equation (6). First, equation (6) is transformed using equation (5),

【0035】 ΔL=ΔΦ・λs/m ={(φ2’−φ1’)−(φ2−φ1)}(λs/
m) これから、 δ(ΔL)=2(δφ2+δφ1)(λs/m) +ΔL・(λs/λ1)(δλ1/λ1) +ΔL・(λs/λ2)(δλ2/λ2) ・・・(7) となる。ここで、式(1)および式(2)より、 δφ1=δ’φ1+mL1・δλ1/λ12 δφ2=δ’φ2+mL2・δλ2/λ22
ΔL = ΔΦ · λs / m = {(φ2′−φ1 ′) − (φ2−φ1)} (λs /
m) From this, δ (ΔL) = 2 (δφ2 + δφ1) (λs / m) + ΔL · (λs / λ1) (δλ1 / λ1) + ΔL · (λs / λ2) (δλ2 / λ2) (7) . Here, from the equations (1) and (2), δφ1 = δ′φ1 + mL1 · δλ1 / λ1 2 δφ2 = δ′φ2 + mL2 · δλ2 / λ2 2

【0036】である。上記両式の第1項は位相測定の誤
差を、第2項は波長変動による誤差を表している。上記
これらの式を式(7)に代入すると、
Is as follows. The first term in each of the above equations represents an error in phase measurement, and the second term represents an error due to wavelength fluctuation. Substituting these equations into equation (7) gives

【0037】 δ(ΔL)=2(δ’φ2+δ’φ1)(λs/m) +2L1・(λs/λ1)(δλ1/λ1) +2L2・(λs/λ2)(δλ2/λ2) +ΔL・(λs/λ1)(δλ1/λ1) +ΔL・(λs/λ2)(δλ2/λ2) =2(δ’φ2+δ’φ1)(λs/m) +(2L1+ΔL)(λs/λ1)(δλ1/λ1) +(2L2+ΔL)(λs/λ2)(δλ2/λ2) ΔLはL1またはL2に比べ小さいから、結局、 δ(ΔL)=2(δ’φ1+δ’φ2)(λs/m) +2L1(λs/λ1)(δλ1/λ1) +2L2(λs/λ2)(δλ2/λ2) ・・・(8)Δ (ΔL) = 2 (δ′φ2 + δ′φ1) (λs / m) + 2L1 · (λs / λ1) (δλ1 / λ1) + 2L2 · (λs / λ2) (δλ2 / λ2) + ΔL · (λs / m λ1) (δλ1 / λ1) + ΔL · (λs / λ2) (δλ2 / λ2) = 2 (δ′φ2 + δ′φ1) (λs / m) + (2L1 + ΔL) (λs / λ1) (δλ1 / λ1) + (2L2 + ΔL) ) (Λs / λ2) (δλ2 / λ2) Since ΔL is smaller than L1 or L2, δ (ΔL) = 2 (δ′φ1 + δ′φ2) (λs / m) + 2L1 (λs / λ1) (δλ1 / λ1) + 2L2 (λs / λ2) (δλ2 / λ2) (8)

【0038】式(8)の第1項は位相測定誤差の影響を
表し、第2項は波長λ1のレーザの波長安定性(δλ1
/λ1)の影響を表し、同じく第3項は波長λ2のレー
ザの波長安定性の影響を表している。上述した条件は、
The first term of the equation (8) represents the influence of the phase measurement error, and the second term represents the wavelength stability (δλ1) of the laser having the wavelength λ1.
/ Λ1), and the third term also indicates the effect of the wavelength stability of the laser having the wavelength λ2. The above conditions are:

【0039】 δ(ΔL)<λ1/2m ・・・(9)Δ (ΔL) <λ1 / 2m (9)

【0040】で表される。この条件が満たされるとき、
ΔLは元の測長レーザ干渉計の精度で測定可能になる。
具体的な例としては、λ1にHe−Neレーザの633
nm、λ2に同じくHe−Neレーザの612nmの発
振線を選ぶと、λs=18.45μmである。ここで、
干渉計はシングルパス光学系であるとすると、m=2で
ある。また、L1=0.1m、L2=0.1mとする。
位相測定誤差は主に分解能で決定されるが、測定の応答
性が必要なければ、
Is represented by When this condition is met,
ΔL can be measured with the accuracy of the original length measuring laser interferometer.
As a specific example, 633 of He-Ne laser
When a 612 nm oscillation line of a He-Ne laser is similarly selected for nm and λ2, λs = 18.45 μm. here,
If the interferometer is a single-pass optical system, m = 2. L1 = 0.1 m and L2 = 0.1 m.
The phase measurement error is mainly determined by the resolution, but if measurement responsiveness is not required,

【0041】δ’φ1=δ’φ2=1/1024Δ′φ1 = δ′φ2 = 1/1024

【0042】程度は容易に実現可能である。波長安定性
は測定の時間間隔にもよるが、1時間程度以内であれ
ば、δλ1/λ1=δλ2/λ2=2E−9程度は達成
できる。従って、
The degree is easily realizable. Although the wavelength stability depends on the time interval of the measurement, if it is within about one hour, about δλ1 / λ1 = δλ2 / λ2 = 2E-9 can be achieved. Therefore,

【0043】 2(δ’φ1+δ’φ2)(λs/m)=36nm 2L1(λs/λ1)(δλ1/λ1)=11.7nm 2L2(λs/λ2)(δλ2/λ2)=12.1nm となる。従って、式(9)を満たすことができる。2 (δ′φ1 + δ′φ2) (λs / m) = 36 nm 2L1 (λs / λ1) (δλ1 / λ1) = 11.7 nm 2L2 (λs / λ2) (δλ2 / λ2) = 12.1 nm . Therefore, Expression (9) can be satisfied.

【0044】さて、以上説明した本発明の光波干渉測定
方法が適用される装置として、まず本発明の第1の実施
の形態による光波干渉測定装置を図1を用いて説明す
る。なお、本実施の形態は、上述の両干渉光学系の光路
長差L1、L2が等しい(L1=L2)構成の光波干渉
測定装置について説明する。
Now, as an apparatus to which the above-described light wave interference measuring method of the present invention is applied, a light wave interference measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, a light wave interference measurement device having a configuration in which the optical path length differences L1 and L2 of the two interference optical systems are equal (L1 = L2) will be described.

【0045】図1において、レーザ光源1は中心波長λ
1で、波長のわずかに異なる互いに直交する偏光方位を
有するレーザビームを射出する。このレーザ光源1から
射出されたレーザビームは偏光ビームスプリッタ2に入
射して測定光路と参照光路とに分離される。偏光ビーム
スプリッタ2において、p偏光成分の光は透過して測定
光路に進み、1/4波長板5によって円偏光に変換され
た測定光となり、s偏光成分の光は偏光ビームスプリッ
タ2で反射して参照光路に進み、ミラー3に入射して光
路を測定光と平行になるように曲げられて、1/4波長
板4によって円偏光に変換された参照光となる。
In FIG. 1, a laser light source 1 has a center wavelength λ.
At 1, a laser beam having slightly different wavelengths and mutually orthogonal polarization directions is emitted. The laser beam emitted from the laser light source 1 enters the polarization beam splitter 2 and is split into a measurement optical path and a reference optical path. In the polarization beam splitter 2, the light of the p-polarized component is transmitted and proceeds to the measurement optical path, becomes the measurement light converted into circularly polarized light by the quarter-wave plate 5, and the light of the s-polarized component is reflected by the polarization beam splitter 2. Then, the light enters the mirror 3 and enters the mirror 3 so that the optical path is bent so as to be parallel to the measurement light, and becomes reference light converted into circularly polarized light by the quarter-wave plate 4.

【0046】これら参照光と測定光はダイクロイックミ
ラー10を透過して、参照光は参照用反射鏡(固定鏡)
6で反射し、測定光は測定用反射鏡(移動鏡)7で反射
する。それぞれの反射光は再びダイクロイックミラー1
0を透過した後、それぞれ1/4波長板4、5を透過し
て、偏光方位を当初の偏光方位に対して90°回転させ
られた直線偏光の光に変換される。1/4波長板5を透
過した測定光は偏光ビームスプリッタ2に入射して、偏
光方位が当初より90°度回転しているために、偏光ビ
ームスプリッタ2で反射される。
The reference light and the measuring light pass through the dichroic mirror 10, and the reference light is a reference reflecting mirror (fixed mirror).
The measurement light is reflected at 6, and the measurement light is reflected at a measuring reflecting mirror (moving mirror) 7. Each reflected light is returned to the dichroic mirror 1 again.
After passing through 0, the light passes through quarter-wave plates 4 and 5, respectively, and is converted into linearly polarized light whose polarization direction is rotated by 90 ° with respect to the original polarization direction. The measurement light transmitted through the 波長 wavelength plate 5 enters the polarization beam splitter 2 and is reflected by the polarization beam splitter 2 because the polarization direction is rotated by 90 ° from the beginning.

【0047】一方、1/4波長板4を透過した参照光は
ミラー3で反射して偏光ビームスプリッタ2に入射し、
同様に偏光方位が当初より90°度回転しているため偏
光ビームスプリッタ2を透過する。従って、参照光と測
定光は同軸となって偏光ビームスプリッタ2を射出して
偏光子8に入射する。偏光子8は、参照光と測定光に対
して偏光方位が45°傾いて設定されており、従って、
偏光子8を透過した両光は干渉して光電検出素子9で検
出される。光電検出素子9で電気信号に変換されたこの
干渉信号(以下、これを測定信号と呼ぶ)は、レーザ光
源1内部でp偏光成分とs偏光成分のレーザビームを直
接干渉させて得られる基準信号と共に位相計50に入力
され、基準信号に対する測定信号の位相変化量を積算す
ることにより、測定用反射鏡7の変位を知ることができ
る。以上の構成のレーザ干渉計システムを干渉計Aと呼
ぶことにする。
On the other hand, the reference light transmitted through the 波長 wavelength plate 4 is reflected by the mirror 3 and is incident on the polarization beam splitter 2.
Similarly, since the polarization direction is rotated by 90 degrees from the beginning, the light passes through the polarization beam splitter 2. Therefore, the reference light and the measurement light are coaxial, exit the polarization beam splitter 2 and enter the polarizer 8. The polarizer 8 is set so that the polarization direction is inclined by 45 ° with respect to the reference light and the measurement light.
Both lights transmitted through the polarizer 8 interfere with each other and are detected by the photoelectric detection element 9. This interference signal (hereinafter referred to as a measurement signal) converted into an electric signal by the photoelectric detection element 9 is a reference signal obtained by directly interfering a laser beam of a p-polarized component and an s-polarized component inside the laser light source 1. Together with the phase change amount of the measurement signal with respect to the reference signal, the displacement of the measurement reflecting mirror 7 can be known. The laser interferometer system having the above configuration will be referred to as an interferometer A.

【0048】一方、レーザ光源11からは、波長λ1と
別波長の中心波長λ2で、同じく波長のわずかに異なる
互いに直交する偏光方位を有するレーザビームが射出す
る。このレーザ光源11から射出したレーザビームは偏
光ビームスプリッタ12に入射して測定光路と参照光路
とに分離される。偏光ビームスプリッタ12において、
p偏光成分の光は透過して測定光路に進み、1/4波長
板15によって円偏光に変換された測定光となり、s偏
光成分の光は偏光ビームスプリッタ12で反射して参照
光路に進み、ミラー13に入射して光路を測定光と平行
になるように曲げられて、1/4波長板14によって円
偏光に変換された参照光となる。
On the other hand, the laser light source 11 emits a laser beam having a center wavelength λ2 which is different from the wavelength λ1 and also has polarization directions orthogonal to each other and slightly different in wavelength. The laser beam emitted from the laser light source 11 enters the polarization beam splitter 12 and is split into a measurement optical path and a reference optical path. In the polarization beam splitter 12,
The light of the p-polarized component is transmitted and proceeds to the measurement optical path, becomes the measurement light converted into circularly polarized light by the quarter-wave plate 15, and the light of the s-polarized component is reflected by the polarization beam splitter 12 and proceeds to the reference optical path, The light enters the mirror 13 and is bent so that the optical path becomes parallel to the measurement light, and becomes reference light converted into circularly polarized light by the quarter-wave plate 14.

【0049】これら参照光と測定光はダイクロイックミ
ラー10で反射した後、参照光は参照用反射鏡(固定
鏡)6で反射し、測定光は測定用反射鏡(移動鏡)7で
反射する。それぞれの反射光は再びダイクロイックミラ
ー10で反射した後、それぞれ1/4波長板14、15
を透過して、偏光方位を当初の偏光方位に対して90°
回転させられた直線偏光の光に変換される。1/4波長
板15を透過した測定光は偏光ビームスプリッタ12に
入射して、偏光方位が当初より90°度回転しているた
めに、偏光ビームスプリッタ12で反射される。
After the reference light and the measuring light are reflected by the dichroic mirror 10, the reference light is reflected by the reference reflecting mirror (fixed mirror) 6, and the measuring light is reflected by the measuring reflecting mirror (moving mirror) 7. After each reflected light is reflected by the dichroic mirror 10 again, the 光 wavelength plates 14 and 15
And the polarization direction is 90 ° with respect to the original polarization direction.
It is converted to rotated linearly polarized light. The measurement light transmitted through the 波長 wavelength plate 15 enters the polarization beam splitter 12 and is reflected by the polarization beam splitter 12 because the polarization direction is rotated by 90 ° from the beginning.

【0050】一方、1/4波長板14を透過した参照光
はミラー13で反射して偏光ビームスプリッタ12に入
射し、同様に偏光方位が当初より90°度回転している
ため偏光ビームスプリッタ12を透過する。従って、参
照光と測定光は同軸となって偏光ビームスプリッタ12
を射出して偏光子16に入射する。偏光子16は、参照
光と測定光に対して偏光方位が45°傾いて設定されて
おり、従って、偏光子16を透過した両光は干渉して光
電検出素子17で検出される。光電検出素子17で電気
信号に変換されたこの干渉信号(測定信号)は、レーザ
光源11内部でp偏光成分とs偏光成分のレーザビーム
を直接干渉させて得られる基準信号と共に位相計52に
入力され、基準信号に対する測定信号の位相変化量を積
算することにより、測定用反射鏡7の変位を知ることが
できる。以上の構成のレーザ干渉計システムを干渉計B
と呼ぶことにする。
On the other hand, the reference light transmitted through the 波長 wavelength plate 14 is reflected by the mirror 13 and enters the polarization beam splitter 12. Similarly, since the polarization direction is rotated by 90 ° from the beginning, the polarization beam splitter 12 Through. Therefore, the reference light and the measurement light are coaxial and become the polarization beam splitter 12.
And enters the polarizer 16. The polarization direction of the polarizer 16 is set to be inclined by 45 ° with respect to the reference light and the measurement light. Therefore, both lights transmitted through the polarizer 16 interfere with each other and are detected by the photoelectric detection element 17. The interference signal (measurement signal) converted into an electric signal by the photoelectric detection element 17 is input to the phase meter 52 together with a reference signal obtained by causing the laser beams of the p-polarized component and the s-polarized component to directly interfere inside the laser light source 11. Then, by integrating the amount of phase change of the measurement signal with respect to the reference signal, the displacement of the measurement reflecting mirror 7 can be known. The laser interferometer system having the above configuration
I will call it.

【0051】さて、以上のような2組の干渉計A、Bか
らなる光波干渉測定装置において、レーザビームが遮断
された場合の原点出しを行う処理を簡単に説明する。ま
ず、測定用反射鏡7が基準位置(原点位置P)にあると
きの、干渉計Aの参照光路と測定光路の光路長差L1
(=φ1・λ1/m、但し、光路の折り返し数m=2)
に基づく位相φ1と、干渉計Bの参照光路と測定光路の
光路長差L2(=φ2・λ2/m、但し、光路の折り返
し数m=2)に基づく位相φ2を予め測定しておいて、
その差φ2−φ1を記憶しておく。
Now, a brief description will be given of the process of finding the origin when the laser beam is cut off in the light wave interference measurement apparatus including the two sets of interferometers A and B as described above. First, the optical path length difference L1 between the reference optical path of the interferometer A and the measuring optical path when the measuring reflecting mirror 7 is at the reference position (origin position P).
(= Φ1 · λ1 / m, where the number of turns of the optical path is m = 2)
And a phase φ2 based on an optical path length difference L2 between the reference optical path and the measurement optical path of the interferometer B (= φ2 · λ2 / m, where the number of turns of the optical path m = 2) is measured in advance.
The difference φ2−φ1 is stored.

【0052】レーザビームが遮断された後の測定用反射
鏡7の基準位置からの相対移動距離ΔLがλs/2以内
であるとして、相対移動距離ΔLでの干渉計Aの参照光
路と測定光路の光路長差L1+ΔL(=φ1’・λ1/
2)に基づく位相φ1’と、干渉計Bの参照光路と測定
光路の光路長差L2+ΔL(=φ2’・λ2/2)に基
づく位相φ2’を測定して、その差φ2’−φ1’を求
める。
Assuming that the relative moving distance ΔL from the reference position of the measuring reflecting mirror 7 after the laser beam is cut off is within λs / 2, the reference optical path of the interferometer A and the measuring optical path at the relative moving distance ΔL are determined. Optical path length difference L1 + ΔL (= φ1 ′ · λ1 /
2) and a phase φ2 ′ based on an optical path length difference L2 + ΔL (= φ2 ′ · λ2 / 2) between the reference optical path and the measurement optical path of the interferometer B, and the difference φ2′−φ1 ′ is calculated. Ask.

【0053】こうすることによりΔΦが求まり、一方、
合成波長λsも式(5)から求められるので、式(6)
から、最初の原点出しの位置からの変位ΔLを求めるこ
とができる。なお、本実施の形態の場合における誤差解
析は、式(8)でL1=L2とすればよい。
By doing so, ΔΦ is obtained, while
Since the composite wavelength λs is also obtained from Expression (5), Expression (6)
Thus, the displacement ΔL from the position of the first origin search can be obtained. Note that the error analysis in the case of the present embodiment may be performed by setting L1 = L2 in Expression (8).

【0054】以上説明したように本実施の形態の光波干
渉測定装置によれば、干渉計Aと干渉計Bとを用い、少
なくとも両干渉計A、Bの測定光の光軸を途中から平行
にして同一の測定用反射鏡7に導き、両干渉計A、Bの
合成波長内での測定用反射鏡7の移動量の測定を、位相
変化の計数をしなくても行えるようにしたので、たとえ
測定光が遮断されたとしても、原点からの測定用反射鏡
7の位置を合成波長内で測長用の光波干渉計の分解能で
行うことができるようになる。そして、測長用の干渉計
Aと干渉計Bとは、少なくとも両測定光の光軸を途中か
ら合成するようにしているので、各干渉計A、Bの光路
を参照光路と測定光路に分離する偏光ビームスプリッタ
2、12、あるいは参照光や測定光の偏光方位を回転さ
せる1/4波長板4、5、14、15等に、単一波長に
のみ対応した素子を用いることができるので装置を安価
にまた容易に構成することができるようになる。
As described above, according to the optical interference measuring apparatus of the present embodiment, the interferometers A and B are used, and at least the optical axes of the measuring lights of the interferometers A and B are made parallel from the middle. And the amount of movement of the measuring reflector 7 within the combined wavelength of the two interferometers A and B can be measured without counting the phase change. Even if the measuring light is blocked, the position of the measuring reflecting mirror 7 from the origin can be determined within the combined wavelength with the resolution of the length measuring light wave interferometer. Since the length measuring interferometer A and the interferometer B are configured to combine at least the optical axes of the two measuring beams from the middle, the optical paths of the interferometers A and B are separated into a reference optical path and a measuring optical path. The device corresponding to only a single wavelength can be used for the polarization beam splitters 2 and 12 for performing the operation, or the quarter-wave plates 4, 5, 14, and 15 for rotating the polarization direction of the reference light and the measurement light. Can be constructed at low cost and easily.

【0055】次に、本発明の第2の実施の形態による光
波干渉測定装置の概略の構成を図2を用いて説明する。
本実施の形態では、上述の両干渉光学系の光路長差L
1、L2が異なる場合(L1≠L2)について説明す
る。
Next, a schematic configuration of an optical interference measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the present embodiment, the optical path length difference L between the two interference optical systems described above.
The case where L1 and L2 are different (L1 ≠ L2) will be described.

【0056】本実施の形態による光波干渉測定装置の構
成は、第1の実施の形態による光波干渉測定装置の干渉
計Bの光路にミラー系18を付加した点に特徴を有して
おり、その他の構成要素は、作用、機能において図1に
示す第1の実施の形態と同一であるので、図1と同一の
符号を付してその説明は省略するものとする。図2に示
すように干渉計Bの光路に2枚のミラーを有するミラー
系18を付加したことにより、第1の実施の形態と異な
り、両干渉光学系の光路長差L1、L2を異ならせるこ
とができる。例えば、ミラー系18の2枚のミラーの配
置を変化させることにより干渉計Bの光路長差L2を極
めて小さくさせることが可能である。
The configuration of the optical interference measuring apparatus according to the present embodiment is characterized in that a mirror system 18 is added to the optical path of the interferometer B of the optical interference measuring apparatus according to the first embodiment. 1 are the same in operation and function as in the first embodiment shown in FIG. 1, and therefore, are denoted by the same reference numerals as in FIG. 1 and will not be described. By adding a mirror system 18 having two mirrors to the optical path of the interferometer B as shown in FIG. 2, unlike the first embodiment, the optical path length differences L1 and L2 of the two interference optical systems are different. be able to. For example, the optical path length difference L2 of the interferometer B can be made extremely small by changing the arrangement of the two mirrors of the mirror system 18.

【0057】こうすることにより、各干渉計A、Bの光
路を参照光路と測定光路に分離する偏光ビームスプリッ
タ2、12、あるいは参照光や測定光の偏光方位を回転
させる1/4波長板4、5、14、15等に、単一波長
にのみ対応した素子を用いることができるようになると
共に、干渉計Bのレーザ光源11の波長安定性が干渉計
Aのレーザ光源1に比べて劣るような場合でも、上述し
た本発明の光波干渉測定方法における誤差解析の式
(8)からわかるように、高い位置決め精度を維持する
ことができるようになる。
Thus, the polarization beam splitters 2 and 12 for separating the optical paths of the interferometers A and B into a reference optical path and a measurement optical path, or a quarter-wave plate 4 for rotating the polarization direction of the reference light and the measurement light. 5, 14, 15, etc., the elements corresponding to only a single wavelength can be used, and the wavelength stability of the laser light source 11 of the interferometer B is inferior to that of the laser light source 1 of the interferometer A. Even in such a case, high positioning accuracy can be maintained, as can be seen from Equation (8) of the error analysis in the lightwave interference measurement method of the present invention described above.

【0058】次に、本発明の第3の実施の形態による光
波干渉測定装置を図3を用いて説明する。なお、本実施
の形態による光波干渉測定装置の構成において、図1及
び図2を用いて説明した第1および第2の実施の形態に
よる光波干渉測定装置の構成要素と、作用、機能におい
て同一の構成要素には同一の符号を付してその説明は省
略するものとする。本実施の形態による光波干渉測定装
置は、図3に示すように、干渉計Aの参照用反射鏡6と
別に干渉計B専用の参照用反射鏡(固定鏡)19を設け
た点に特徴を有している。すなわち、図1および図2に
示したミラー13を取り除き、レーザ光源11を射出し
て偏光ビームスプリッタ12を反射した参照光を、1/
4波長板14を透過させて干渉計B専用の参照用反射鏡
19で反射させるようにしている。
Next, an optical interference measuring apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the configuration of the lightwave interference measurement device according to the present embodiment, the operation and function are the same as those of the lightwave interference measurement devices according to the first and second embodiments described with reference to FIGS. The components are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The light wave interference measuring apparatus according to the present embodiment is characterized in that a reference reflecting mirror (fixed mirror) 19 dedicated to interferometer B is provided separately from reference reflecting mirror 6 of interferometer A, as shown in FIG. Have. That is, the mirror 13 shown in FIGS. 1 and 2 is removed, and the reference light emitted from the laser light source 11 and reflected by the polarization beam splitter 12 is divided by 1 /
The light passes through the four-wavelength plate 14 and is reflected by the reference reflecting mirror 19 dedicated to the interferometer B.

【0059】こうすることにより、第2の実施の形態と
同じく、参照用反射鏡19の位置を調節することで、干
渉計Bの光路長差L2を極めて小さくさせることが可能
になる。従って、本実施の形態によれば、各干渉計A、
Bの光路を参照光路と測定光路に分離する偏光ビームス
プリッタ2、12、あるいは参照光や測定光の偏光方位
を回転させる1/4波長板4、5、14、15等に、単
一波長にのみ対応した素子を用いることができるように
なると共に、干渉計Bのレーザ光源11の波長安定性が
干渉計Aのレーザ光源1に比べて劣るような場合でも、
上述した本発明の光波干渉測定方法における誤差解析の
式(8)に基づき、高い位置決め精度を維持することが
できるようになる。
Thus, as in the second embodiment, by adjusting the position of the reference reflecting mirror 19, the optical path length difference L2 of the interferometer B can be made extremely small. Therefore, according to the present embodiment, each interferometer A,
Polarization beam splitters 2 and 12 for separating the optical path of B into a reference optical path and a measurement optical path, or 1 / wavelength plates 4, 5, 14, and 15 for rotating the polarization direction of the reference light and the measurement light to a single wavelength. And the wavelength stability of the laser light source 11 of the interferometer B is inferior to that of the laser light source 1 of the interferometer A.
High positioning accuracy can be maintained based on the error analysis expression (8) in the light wave interference measurement method of the present invention described above.

【0060】次に、本発明の第4の実施の形態による光
波干渉測定装置の概略の構成を図4を用いて説明する。
本実施の形態における光波干渉測定装置は、図4に示す
ように、第3の実施の形態を表す図3に示したと同様の
干渉計Aおよび干渉計Bを構成し、さらにそれら干渉計
A、Bで用いる波長と異なる別波長のレーザ干渉計Cを
構成して、干渉計Cの測定光を干渉計Aの測定光路の途
中から同軸にして測定用反射鏡(移動鏡)7に入射させ
ている点に特徴を有している。本実施の形態による光波
干渉測定装置の構成において、図3を用いて説明した第
3の実施の形態による光波干渉測定装置の構成要素と、
作用、機能において同一の構成要素には同一の符号を付
してその説明は省略する。
Next, a schematic configuration of an optical interference measuring apparatus according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 4, the light wave interference measuring apparatus according to the present embodiment includes an interferometer A and an interferometer B similar to those shown in FIG. 3 representing the third embodiment. A laser interferometer C of another wavelength different from the wavelength used in B is constructed, and the measuring light of the interferometer C is made coaxial from the middle of the measuring optical path of the interferometer A and made incident on the measuring reflecting mirror (moving mirror) 7. Is characterized by the fact that In the configuration of the optical interference measurement apparatus according to the present embodiment, the components of the optical interference measurement apparatus according to the third embodiment described with reference to FIG.
In the operation and function, the same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

【0061】図4において、干渉計Cは中心波長λ3
(λ3≠λ1、λ3≠λ2)のレーザビームを射出する
レーザ光源21を有している。このレーザビームも波長
のわずかに異なる互いに直交する偏光方位を有してい
る。このレーザ光源21から射出したレーザビームは偏
光ビームスプリッタ60に入射して測定光路と参照光路
とに分離される。偏光ビームスプリッタ60において、
p偏光成分の光は透過して測定光路に進み、1/4波長
板62によって円偏光に変換された参照光となり、s偏
光成分の光は偏光ビームスプリッタ60で反射して1/
4波長板64によって円偏光に変換された測定光とな
る。
In FIG. 4, the interferometer C has a center wavelength λ3
It has a laser light source 21 that emits a laser beam of (λ3 ≠ λ1, λ3 ≠ λ2). This laser beam also has mutually orthogonal polarization directions with slightly different wavelengths. The laser beam emitted from the laser light source 21 enters the polarization beam splitter 60 and is split into a measurement optical path and a reference optical path. In the polarization beam splitter 60,
The light of the p-polarized component is transmitted and proceeds to the measurement optical path, becomes reference light converted into circularly polarized light by the quarter-wave plate 62, and the light of the s-polarized component is reflected by the polarizing beam splitter 60 to 1 /
The measurement light is converted into circularly polarized light by the four-wavelength plate 64.

【0062】参照光は、1/4波長板62を透過した
後、参照用反射鏡(固定鏡)68に入射する。また、測
定光は1/4波長板64を透過した後、干渉系Aの測定
光路の途中に設けられたダイクロイックミラー66で反
射して、干渉計Aの測定光と同軸になって測定用反射鏡
7に向かう。
After passing through the quarter-wave plate 62, the reference light enters a reference reflecting mirror (fixed mirror) 68. Further, the measuring light is transmitted through the quarter-wave plate 64, then reflected by a dichroic mirror 66 provided in the middle of the measuring optical path of the interference system A, and is reflected coaxially with the measuring light of the interferometer A for measurement. Head to mirror 7.

【0063】参照用反射鏡68で反射した参照光は、再
度1/4波長板に入射して、偏光方位が当初より90°
度回転した直線偏光の光となって偏光ビームスプリッタ
68で反射される。一方、測定用反射鏡7で反射した測
定光は再びダイクロイックミラー66で反射した後、1
/4波長板64を透過して、偏光方位を当初の偏光方位
に対して90°回転させられた直線偏光の光に変換され
る。1/4波長板64を透過した測定光は偏光ビームス
プリッタ60に入射して、偏光方位が当初より90°度
回転しているために、偏光ビームスプリッタ60を透過
する。
The reference light reflected by the reference reflecting mirror 68 is again incident on the quarter-wave plate, and the polarization direction is 90 ° from the beginning.
The light becomes linearly polarized light rotated by degrees and is reflected by the polarization beam splitter 68. On the other hand, the measuring light reflected by the measuring reflecting mirror 7 is again reflected by the dichroic mirror 66,
The light passes through the 波長 wavelength plate 64 and is converted into linearly polarized light whose polarization direction is rotated by 90 ° with respect to the original polarization direction. The measurement light transmitted through the 波長 wavelength plate 64 enters the polarization beam splitter 60 and transmits through the polarization beam splitter 60 because the polarization direction is rotated by 90 ° from the beginning.

【0064】偏光ビームスプリッタ60で反射された参
照光と偏光ビームスプリッタ60を透過した測定光は、
同軸となって偏光子70に入射する。偏光子70の偏光
方位は、参照光と測定光に対して45°傾いて設定され
ており、従って、偏光子70を透過した両光は干渉して
光電検出素子72で検出される。光電検出素子72で電
気信号に変換されたこの干渉信号(測定信号)は、レー
ザ光源21内部でp偏光成分とs偏光成分のレーザビー
ムを直接干渉させて得られる基準信号と共に位相計(図
示を省略)に入力され、基準信号に対する測定信号の位
相変化量を積算することにより、測定用反射鏡7の変位
を知ることができる。
The reference light reflected by the polarization beam splitter 60 and the measurement light transmitted through the polarization beam splitter 60 are:
The light enters the polarizer 70 in a coaxial manner. The polarization direction of the polarizer 70 is set to be inclined by 45 ° with respect to the reference light and the measurement light. Therefore, both lights transmitted through the polarizer 70 interfere with each other and are detected by the photoelectric detection element 72. The interference signal (measurement signal) converted into an electric signal by the photoelectric detection element 72 is combined with a phase signal (not shown) together with a reference signal obtained by causing the laser beams of the p-polarized component and the s-polarized component to directly interfere within the laser light source 21. (Omitted), and by integrating the phase change amount of the measurement signal with respect to the reference signal, the displacement of the measurement reflecting mirror 7 can be known.

【0065】干渉計A、Bにより検出された電気信号
も、第1乃至第3の実施の形態と同様にして、不図示の
位相計に入力され、基準信号に対する測定信号の位相変
化量がそれぞれの干渉計について求められる。本実施の
形態において、波長λ2と波長λ3の波長差は、波長λ
1と波長λ2、あるいは波長λ1と波長λ3との波長差
に比較して小さく設定してある。従って、波長λ2と波
長λ3から決定される合成波長λ23は波長λ1と波長
λ2とから決定される合成波長λ12に比べ長くなる。
そこで、本実施の形態による光波干渉測定装置において
は、まず合成波長λ23を単位として、測定用反射鏡7
の位置を広い測長範囲だが粗い分解能で計測する。次い
で、第3の実施の形態と同様に、波長λ1の干渉計Aと
波長λ2の干渉計Bの信号を用いて精密に測定用反射鏡
7の位置を求めるようにする。
The electric signals detected by the interferometers A and B are also input to a phase meter (not shown) in the same manner as in the first to third embodiments. Required for the interferometer. In the present embodiment, the wavelength difference between the wavelengths λ2 and λ3 is
It is set smaller than the wavelength difference between 1 and λ2 or between λ1 and λ3. Therefore, the combined wavelength λ23 determined from the wavelengths λ2 and λ3 is longer than the combined wavelength λ12 determined from the wavelengths λ1 and λ2.
Therefore, in the lightwave interference measuring apparatus according to the present embodiment, first, the measuring reflecting mirror 7 is used in units of the composite wavelength λ23.
Is measured with a coarse measurement range but coarse resolution. Next, similarly to the third embodiment, the position of the measuring reflecting mirror 7 is precisely obtained using the signals of the interferometer A having the wavelength λ1 and the interferometer B having the wavelength λ2.

【0066】このように2段階で測定用反射鏡7の位置
を決定するため、測定用反射鏡7が合成波長λ23を光
路析り返し数m(この場合はm=2)で除した範囲内に
あればよく、従って、本実施の形態による光波干渉測定
装置は、上述の第1乃至第3の実施の形態に比べて測定
可能範囲を拡大することができるという特徴を有してい
る。
In order to determine the position of the measuring reflecting mirror 7 in two stages, the measuring reflecting mirror 7 divides the composite wavelength λ23 by the number m of reflected light paths (in this case, m = 2). Therefore, the optical interference measurement apparatus according to the present embodiment has a feature that the measurable range can be expanded as compared with the above-described first to third embodiments.

【0067】次に、本発明の第5の実施の形態による光
波干渉測定装置を図5を用いて説明する。本実施の形態
による光波干渉測定装置は、図4を用いて説明した第4
の実施の形態による光波干渉測定装置の変形例である。
本実施の形態による光波干渉測定装置の構成において、
図4を用いて説明した第4の実施の形態による光波干渉
測定装置の構成要素と、作用、機能において同一の構成
要素には同一の符号を付してその説明は省略する。
Next, an optical interference measuring apparatus according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The light wave interference measuring apparatus according to the present embodiment is similar to the fourth embodiment described with reference to FIG.
13 is a modification of the optical interference measurement apparatus according to the embodiment.
In the configuration of the light wave interference measurement device according to the present embodiment,
Components having the same functions and functions as those of the optical interference measuring apparatus according to the fourth embodiment described with reference to FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

【0068】本実施の形態による光波干渉測定装置は、
図5に示すように、測長用干渉計Aの他に2つの別波長
のレーザ干渉計B、Cを構成し、それらの測定光を第4
の実施の形態と同じく、干渉計Aの測定光路の途中から
同軸にして入射するようにしたものである。干渉計Bの
レーザ光源11から射出する波長λ2のレーザビームと
干渉計Cのレーザ光源21から射出する波長λ3のレー
ザビームは、ダイクロイック・ミラー20によって同軸
にされ、偏光ビームスプリッタ120に入射する。両レ
ーザビームは第4の実施の形態と同様に、一方の偏光成
分は1/4波長板150を透過した後、ダイクロイック
・ミラー10によって干渉計Aの測定光路と同軸になっ
て測定用反射鏡7に送光され、他方の偏光成分は1/4
波長板140を透過した後、干渉計B、Cに共通な参照
用反射鏡19に送光される。
The light wave interference measuring apparatus according to the present embodiment
As shown in FIG. 5, in addition to the length measuring interferometer A, two laser interferometers B and C having different wavelengths are formed, and their measurement light is transmitted to the fourth interferometer.
In the same manner as in the first embodiment, the light is incident coaxially from the middle of the measurement optical path of the interferometer A. The laser beam of wavelength λ2 emitted from the laser light source 11 of the interferometer B and the laser beam of wavelength λ3 emitted from the laser light source 21 of the interferometer C are made coaxial by the dichroic mirror 20 and enter the polarization beam splitter 120. As in the fourth embodiment, one of the two laser beams is transmitted through the quarter-wave plate 150, and then becomes coaxial with the measurement optical path of the interferometer A by the dichroic mirror 10 so that the reflection mirror for measurement is used. 7 and the other polarization component is 1 /
After passing through the wave plate 140, the light is transmitted to the reference reflecting mirror 19 common to the interferometers B and C.

【0069】各反射鏡で反射されたレーザビームは再び
偏光ビームスプリッタ120で合成され、波長分光手段
22である反射型の回折格子によって、波長λ2と波長
λ3のビームが分離され、それぞれ偏光子16、70に
よって偏光成分同士が干渉し、その干渉光は光電検出器
17、72で検出される。この検出された電気信号は上
述の実施の形態と同じく不図示の位相計に入力され、基
準信号に対する測定信号の位相変化量がそれぞれの干渉
計について求められる。
The laser beams reflected by the reflecting mirrors are combined again by the polarizing beam splitter 120, and the beams of wavelengths λ2 and λ3 are separated by the reflection type diffraction grating as the wavelength splitting means 22, and the polarizers 16 , 70 cause the polarization components to interfere with each other, and the interference light is detected by the photoelectric detectors 17 and 72. The detected electric signal is input to a phase meter (not shown) as in the above-described embodiment, and the amount of phase change of the measurement signal with respect to the reference signal is obtained for each interferometer.

【0070】本実施の形態においても、第4の実施の形
態と同様に、波長λ2と波長λ3の波長差は波長λ1と
波長λ2、または波長λ1と波長λ3との波長差に比べ
小さく設定されており、波長λ2と波長λ3から決定さ
れる合成波長λ23は、波長λ1と波長λ2とから決定
される合成波長λ12に比べ長くなるようになってい
る。従って、まず合成波長λ23を単位として、測定用
反射鏡7の位置がラフに求められる。次いで、波長λ1
の干渉計Aと波長λ2の干渉計Bの信号から、精密に測
定用反射鏡7の位置を求めることができる。
In this embodiment, as in the fourth embodiment, the wavelength difference between the wavelengths λ2 and λ3 is set smaller than the wavelength difference between the wavelengths λ1 and λ2 or between the wavelengths λ1 and λ3. Thus, the composite wavelength λ23 determined from the wavelengths λ2 and λ3 is longer than the composite wavelength λ12 determined from the wavelengths λ1 and λ2. Therefore, first, the position of the measuring reflecting mirror 7 is roughly determined using the combined wavelength λ23 as a unit. Then, the wavelength λ1
From the signals of the interferometer A and the interferometer B having the wavelength λ2, the position of the measuring reflecting mirror 7 can be accurately obtained.

【0071】本実施の形態も第4の実施の形態と同様
に、2段階で測定用反射鏡7の位置を決定するため、測
定用反射鏡7が合成波長λ23を光路析り返し数m(=
2)で除した範囲内にあればよく、第1乃至第3実施の
形態に比べ測定可能範囲が広げられるという利点があ
る。
In the present embodiment, similarly to the fourth embodiment, the position of the measuring reflecting mirror 7 is determined in two steps. =
It is only necessary to fall within the range divided by 2), and there is an advantage that the measurable range is expanded as compared with the first to third embodiments.

【0072】なお、ここでの偏光ビームスプリッタ12
0や1/4波長板140、150は波長λ2と波長λ3
の両方において、所定の光学性能となるように設計され
たものである必要がある。すなわちこれらの光学素子
は、波長λ2と波長λ3において色消しされている。ま
た、波長分光手段22は、必ずしも反射型の回折格子で
なくてもよく、たとえば分散プリズムのようなものでも
よい。
The polarization beam splitter 12 here
The 0 and quarter wave plates 140 and 150 have wavelengths λ2 and λ3
In both cases, it must be designed to have a predetermined optical performance. That is, these optical elements are achromatic at wavelengths λ2 and λ3. Further, the wavelength splitting means 22 does not necessarily have to be a reflection type diffraction grating, but may be, for example, a dispersion prism.

【0073】次に、本発明の第6の実施の形態による光
波干渉測定装置を図6を用いて説明する。本実施の形態
による光波干渉測定装置は、図3に示した第3の実施の
形態による光波干渉測定装置の干渉計Bのレーザ光源
を、波長可変レーザ光源31に置き換えたいわゆる絶対
干渉計を採用した点に特徴を有している。本実施の形態
による光波干渉測定装置の構成において、図3を用いて
説明した第3の実施の形態による光波干渉測定装置の構
成要素と、作用、機能において同一の構成要素には同一
の符号を付してその説明は省略する。
Next, an optical interference measuring apparatus according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The optical interference measuring apparatus according to the present embodiment employs a so-called absolute interferometer in which the laser light source of the interferometer B of the optical interference measuring apparatus according to the third embodiment shown in FIG. It is characterized by the following points. In the configuration of the lightwave interference measurement apparatus according to the present embodiment, the same reference numerals are given to the same components in operation and function as those of the lightwave interference measurement apparatus according to the third embodiment described with reference to FIG. The description is omitted here.

【0074】本実施の形態では、図6に示すように、干
渉計Bに波長可変レーザ光源31を用いており、この波
長可変レーザ光源31から出力されるレーザビームの波
長を掃引することにより得られる位相変化から、干渉系
Bの光路長差L2が直接求められる。これに基づいて、
干渉計Aの測定分解能で原点出しを行うことができるよ
うになる。なお、図6に示す偏光ビームスプリッタ12
2や1/4波長板142、152は波長可変レーザ光源
31の波長可変範囲内で色消しされているものとする。
In this embodiment, as shown in FIG. 6, a tunable laser light source 31 is used for the interferometer B, and the wavelength is obtained by sweeping the wavelength of the laser beam output from the tunable laser light source 31. From the obtained phase change, the optical path length difference L2 of the interference system B is directly obtained. Based on this,
The origin can be determined with the measurement resolution of the interferometer A. Note that the polarization beam splitter 12 shown in FIG.
It is assumed that the 2 and 1/4 wavelength plates 142 and 152 are achromatized within the wavelength variable range of the wavelength variable laser light source 31.

【0075】本発明は、上記実施の形態に限らず種々の
変形が可能である。例えば、上記実施の形態において
は、光波干渉測定装置の各干渉計はヘテロダイン方式に
よる干渉信号の計測を行うようにしているが、本発明は
これに限られず、ホモダイン方式の干渉計を用いてもも
ちろんよい。
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible. For example, in the above-described embodiment, each interferometer of the light wave interference measuring apparatus measures an interference signal by a heterodyne method, but the present invention is not limited to this, and a homodyne method interferometer may be used. Of course it is good.

【0076】また、上記実施の形態においては、干渉計
Aの測定光路や参照光路に途中から入射させた干渉計B
あるいは干渉計Cの測定光や参照光を、干渉計Aの測定
光や参照光と同軸にして各反射鏡に入射させるようにし
てるが、本発明はこれに限られず、完全に同軸にさせな
いで、各ビームが互いに平行にずれていてもよく、上記
式(9)の条件を満たす限り問題は生じない。
Further, in the above embodiment, the interferometer B which is made to enter the measurement optical path or the reference optical path of the interferometer A from the middle is used.
Alternatively, the measurement light and the reference light of the interferometer C are made coaxial with the measurement light and the reference light of the interferometer A so as to be incident on each reflecting mirror. However, the present invention is not limited to this. The beams may be shifted in parallel with each other, and no problem occurs as long as the condition of the above equation (9) is satisfied.

【0077】[0077]

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、たとえ測
定光が遮断されたとしても、原点からの測定用反射鏡の
位置を合成波長内で測長用の光波干渉計の分解能で行う
ことができるようになる。そして、測長用の光波干渉計
と、それと異なる波長の光を用いた別の光波干渉計と
は、少なくとも両測定光の光軸を途中から合成するよう
にしているので、各光波干渉計の光路を参照光路と測定
光路に分離する偏光分離素子(偏光ビームスプリッタ)
や、参照光や測定光の偏光方位を回転させる1/4波長
板等に、安価な単一波長に対応した素子を用いることが
できるようになる。
As described above, according to the present invention, even if the measuring light is cut off, the position of the measuring reflecting mirror from the origin is determined within the composite wavelength with the resolution of the measuring light wave interferometer. Will be able to do it. Since the lightwave interferometer for length measurement and another lightwave interferometer using light of a different wavelength are configured to combine at least the optical axes of both measurement lights from the middle, Polarization separation element (polarization beam splitter) that separates the optical path into a reference optical path and a measurement optical path
Inexpensive elements corresponding to a single wavelength can be used for a quarter-wave plate or the like for rotating the polarization direction of reference light or measurement light.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態による光波干渉測定
装置の概略の構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a light wave interference measurement device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施の形態による光波干渉測定
装置の概略の構成を示す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic configuration of a lightwave interference measurement device according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施の形態による光波干渉測定
装置の概略の構成を示す図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a schematic configuration of an optical interference measurement apparatus according to a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第4の実施の形態による光波干渉測定
装置の概略の構成を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a light wave interference measurement device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第5の実施の形態による光波干渉測定
装置の概略の構成を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of a lightwave interference measurement device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第6の実施の形態による光波干渉測定
装置の概略の構成を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of a light wave interference measurement device according to a sixth embodiment of the present invention.

【図7】従来の光波干渉測定装置の概略の構成を示す図
である。
FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional light wave interference measurement device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、11、21 レーザ光源 2、12、60、120、122 偏光ビームスプリッ
タ 4、5、14、15、140、142、150、152
1/4波長板 6、19 参照用反射鏡 7 測定用反射鏡 8、16、70 偏光子 9、17、72 光電検出器 10、20、66 ダイクロイックミラー 22 分光手段 31 波長可変レーザ光源 50、52 位相計
1, 11, 21 Laser light source 2, 12, 60, 120, 122 Polarizing beam splitter 4, 5, 14, 15, 140, 142, 150, 152
Quarter-wave plate 6, 19 Reflector for reference 7 Reflector for measurement 8, 16, 70 Polarizer 9, 17, 72 Photodetector 10, 20, 66 Dichroic mirror 22 Spectral unit 31 Wavelength variable laser light source 50, 52 Phase meter

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】波長λ1の光を参照光と測定光に分離し、 前記参照光を参照光路上に設けられた参照用反射鏡で反
射させ、前記測定光を測定光路上を移動可能に設けられ
た測定用反射鏡で反射させ、反射した前記参照光および
前記測定光を干渉させて、基準位置から移動した前記測
定用反射鏡の前記参照用反射鏡に対する相対移動距離Δ
Lを測定する光波干渉測定方法において、 前記基準位置での前記参照光路と前記測定光路の光路長
差L1(=φ1・λ1/m、但し、mは光路の折り返し
の数)に基づく位相φ1を測定し、 波長λ2(≠λ1)の光をさらに用い、当該波長λ2の
光を2つに分離して、一方の光を前記測定光路の途中か
ら前記測定光路に平行に入射して前記測定用反射鏡で反
射させ、反射した前記一方の光と、他方の光とを干渉さ
せて、前記基準位置での前記一方の光の光路と前記他方
の光の光路との光路長差L2(=φ2・λ2/m)に基
づく位相φ2を測定し、 前記相対移動距離ΔLでの前記参照光路と前記測定光路
の光路長差L1+ΔL(=φ1’・λ1/m)に基づく
位相φ1’を測定し、 前記相対移動距離ΔLでの前記一方の光の光路と前記他
方の光の光路の光路長差L2+ΔL(=φ2’・λ2/
m)に基づく位相φ2’を測定し、 前記位相φ1、φ2、φ1’、φ2’に基づいて、前記
波長λ1の光が遮断された際の前記相対移動距離ΔLを
求めることを特徴とする光波干渉測定方法。
1. A light having a wavelength λ1 is separated into a reference light and a measurement light, the reference light is reflected by a reference mirror provided on a reference light path, and the measurement light is provided movably on the measurement light path. The reference light and the measurement light reflected by the measured measurement mirror, interfere with the reflected reference light and the measurement light, and move the measurement reflection mirror relative to the reference reflection mirror relative to the reference reflection mirror by moving from a reference position Δ
In the light wave interference measurement method for measuring L, a phase φ1 based on an optical path length difference L1 between the reference optical path and the measurement optical path at the reference position (= φ1 · λ1 / m, where m is the number of turns of the optical path). The light having the wavelength λ2 (≠ λ1) is further used to separate the light having the wavelength λ2 into two lights. The one light reflected by the reflecting mirror and the other light interfere with each other, and an optical path length difference L2 (= φ2) between the optical path of the one light and the optical path of the other light at the reference position. .Lambda.2 / m), and a phase .phi.1 'based on an optical path length difference L1 + .DELTA.L (= .phi.1' .. lambda.1 / m) between the reference optical path and the measurement optical path at the relative movement distance .DELTA.L, The optical path of the one light and the optical path of the other light at the relative movement distance ΔL Path length difference L2 + ΔL (= φ2 '· λ2 /
m), and measuring the relative movement distance ΔL when the light of the wavelength λ1 is cut off based on the phases φ1, φ2, φ1 ′, and φ2 ′. Interference measurement method.
【請求項2】請求項1記載の光波干渉測定方法におい
て、 前記相対移動距離ΔLは、 ΔL=ΔΦ・λs/m 但し、ΔΦ=Φ’−Φ、 Φ=φ2−φ1、 Φ’=φ2’−φ1’ 合成波長λs=λ1・λ2/|λ2−λ1| から求めることを特徴とする光波干渉測定方法。
2. The light wave interference measuring method according to claim 1, wherein the relative moving distance ΔL is ΔL = ΔΦ · λs / m, where ΔΦ = Φ′−Φ, Φ = φ2−φ1, Φ ′ = φ2 ′. −φ1 ′ A light wave interference measurement method characterized by being determined from the synthetic wavelength λs = λ1 · λ2 / | λ2-λ1 |.
【請求項3】請求項1または2に記載の光波干渉測定方
法において、 波長λ3(≠λ1、≠λ2、|λ2−λ1|>|λ3−
λ2|)の光をさらに用い、当該波長λ3の光を2つに
分離して、一方の光を前記測定光路の途中から前記測定
光路に平行に入射して前記測定用反射鏡で反射させ、反
射した当該一方の光と、他方の光とを干渉させて、前記
基準位置での当該一方の光の光路と当該他方の光の光路
との光路長差L3(=φ3・λ3/m)に基づく位相φ
3を測定し、 前記相対移動距離ΔLでの当該一方の光の光路と当該他
方の光の光路の光路長差L3+ΔL(=φ3’・λ3/
m)に基づく位相φ3’を測定することにより、 相対的に広い合成波長λsW=λ2・λ3/|λ3−λ
2|に基づいて前記ΔLの存在範囲を求め、次いで、そ
れより狭い前記合成波長λsに基づいて前記ΔLを求め
ることを特徴とする光波干渉測定方法。
3. The method of claim 1, wherein the wavelength λ3 (λ1, ≠ λ2, | λ2-λ1 |> | λ3-
λ2 |) is further used to separate the light having the wavelength λ3 into two, and one of the light is incident on the measurement optical path in the middle of the measurement optical path and is reflected by the measurement reflector. The reflected one light and the other light are caused to interfere with each other to make an optical path length difference L3 (= φ3 · λ3 / m) between the optical path of the one light and the optical path of the other light at the reference position. Phase φ
3 and the optical path length difference L3 + ΔL (= φ3 ′ · λ3 /) between the optical path of the one light and the optical path of the other light at the relative movement distance ΔL.
By measuring the phase φ3 ′ based on m), a relatively wide synthesized wavelength λsW = λ2 · λ3 / | λ3-λ
2. An optical interference measurement method, wherein an existence range of the ΔL is obtained based on 2 |, and then the ΔL is obtained based on the synthesized wavelength λs which is narrower.
【請求項4】請求項1乃至3のいずれかに記載の光波干
渉測定方法において、 前記基準位置での、前記参照光路と前記測定光路との光
路長差L1と、前記一方の光の光路と前記他方の光の光
路との光路長差L2とをほぼ等しくさせることを特徴と
する光波干渉測定方法。
4. The light wave interference measurement method according to claim 1, wherein an optical path length difference L1 between the reference optical path and the measurement optical path at the reference position, and an optical path of the one light. A light wave interference measurement method, wherein an optical path length difference L2 from the optical path of the other light is made substantially equal.
【請求項5】請求項1乃至3のいずれかに記載の光波干
渉測定方法において、 前記基準位置での、前記参照光路と前記測定光路との光
路長差L1と、前記一方の光の光路と前記他方の光の光
路との光路長差L2とを、L1>>L2とすることを特
徴とする光波干渉測定方法。
5. The light wave interference measurement method according to claim 1, wherein an optical path length difference L1 between the reference optical path and the measurement optical path at the reference position, and an optical path of the one light. An optical path interference measurement method, wherein an optical path length difference L2 from the optical path of the other light is L1 >> L2.
【請求項6】物体の変位を測定するための第1の光を射
出する第1の光源と、前記第1の光を測定光路と参照光
路に分離する第1のビームスプリッタと、前記参照光路
上に設けられた参照用反射鏡と、前記測定光路上を移動
可能に設けられた測定用反射鏡と、前記参照用反射鏡お
よび前記測定用反射鏡で反射した前記第1の光の干渉光
を受光する第1の受光部とを有する光波干渉測定装置に
おいて、 前記第1の光の波長と異なる波長を有する第2の光を射
出する第2の光源と、 前記第2の光を2つに分離する第2のビームスプリッタ
と、 2つに分離された前記第2の光の一方を、前記測定光路
の途中から前記測定光路と平行に前記測定用反射鏡に向
かわせる第1の光学系と、 前記測定用反射鏡で反射した前記一方の光と、他方の光
との干渉光を受光する第2の受光部とをさらに備えたこ
とを特徴とする光波干渉測定装置。
6. A first light source for emitting a first light for measuring a displacement of an object, a first beam splitter for separating the first light into a measurement light path and a reference light path, and the reference light A reference reflecting mirror provided on a road, a measuring reflecting mirror movably provided on the measuring optical path, and interference light of the first light reflected by the reference reflecting mirror and the measuring reflecting mirror A first light receiving unit that receives light, a second light source that emits second light having a wavelength different from the wavelength of the first light, and two light sources that emit the second light. A first beam splitter for splitting the second light into two beams; and a first optical system for directing one of the split second beams from the middle of the measurement optical path to the measurement reflector in parallel with the measurement optical path. And interference between the one light reflected by the measurement reflecting mirror and the other light A light wave interference measurement device, further comprising a second light receiving unit for receiving light.
【請求項7】請求項6記載の光波干渉測定装置におい
て、 前記第1の光学系は、さらに前記第2の光の他方を、前
記参照光路の途中から前記参照光路と平行に前記参照用
反射鏡に向かわせ、 前記第2の受光部は、前記測定用反射鏡で反射した前記
第2の光の一方と前記参照用反射鏡で反射した前記第2
の光の他方との干渉光を受光することを特徴とする光波
干渉測定装置。
7. The light wave interference measuring apparatus according to claim 6, wherein the first optical system further reflects the other of the second light from the middle of the reference optical path in parallel with the reference optical path. The second light receiving section is configured to reflect one of the second light reflected by the measurement reflecting mirror and the second light reflected by the reference reflecting mirror.
An interferometer for receiving an interference light with the other of the light beams.
【請求項8】請求項6または7に記載の光波干渉測定装
置において、 前記第2の光源は、波長可変レーザであることを特徴と
する光波干渉測定装置。
8. The light wave interference measurement device according to claim 6, wherein the second light source is a wavelength tunable laser.
【請求項9】請求項6または7に記載の光波干渉測定装
置において、 前記第1および第2の光の波長と異なる波長を有する第
3の光を射出する第3の光源と、 前記第3の光を2つに分離する第3のビームスプリッタ
と、 2つに分離された前記第3の光の一方を、前記測定光路
の途中から前記測定光路と平行に前記測定用反射鏡に向
かわせる第2の光学系と、 前記測定用反射鏡で反射した前記第3の光の一方の光
と、他方の光との干渉光を受光する第3の受光部とをさ
らに備えたことを特徴とする光波干渉測定装置。
9. The light wave interference measuring apparatus according to claim 6, wherein a third light source that emits third light having a wavelength different from the wavelengths of the first and second lights, and the third light source. A third beam splitter for splitting the second light into two light beams, and one of the two third light beams split from the middle of the measurement light path to the measurement reflector in parallel with the measurement light path. A second optical system; and a third light receiving unit that receives interference light between one of the third lights reflected by the measurement reflecting mirror and the other light. Light wave interferometer.
【請求項10】請求項9記載の光波干渉測定装置におい
て、 前記第2の光学系は、さらに前記第3の光の他方を、前
記参照光路の途中から前記参照光路と平行に前記参照用
反射鏡に向かわせ、 前記第3の受光部は、前記測定用反射鏡で反射した前記
第3の光の一方と前記参照用反射鏡で反射した前記第3
の光の他方との干渉光を受光することを特徴とする光波
干渉測定装置。
10. The light wave interference measuring apparatus according to claim 9, wherein the second optical system further reflects the other of the third light from the middle of the reference light path in parallel with the reference light path. A third light-receiving unit, the third light-receiving unit reflecting one of the third light reflected by the measurement reflecting mirror and the third light reflected by the reference reflecting mirror;
An interferometer for receiving an interference light with the other of the light beams.
【請求項11】請求項9または10に記載の光波干渉測
定装置において、 前記第3のビームスプリッタを前記第2のビームスプリ
ッタで兼用し、前記第2の光学系を前記第1の光学系で
兼用することを特徴とする光波干渉測定装置。
11. The optical interference measuring apparatus according to claim 9, wherein the third beam splitter is also used as the second beam splitter, and the second optical system is used as the first optical system. A light wave interference measurement device, which is also used.
【請求項12】請求項6乃至11のいずれかに記載の光
波干渉測定装置において、 前記第1の光は、互いに直角な偏光方位を有し周波数が
わずかに異なる2つの光から構成され、 前記第1のビームスプリッタは偏光ビームスプリッタで
あり、 前記測定光路上および前記参照光路上には、それぞれ波
長板が配置され、 前記第1の光学系は、少なくとも前記第2の光の一方
を、前記測定光路上の波長板と前記測定用反射鏡との間
から、前記測定光路と平行に前記測定用反射鏡に向かわ
せるように配置されていることを特徴とする光波干渉測
定装置。
12. The light wave interference measurement apparatus according to claim 6, wherein the first light is composed of two lights having polarization directions perpendicular to each other and having slightly different frequencies, The first beam splitter is a polarization beam splitter, and a wavelength plate is disposed on each of the measurement optical path and the reference optical path. The first optical system transmits at least one of the second light to the A light wave interference measurement device, which is arranged so as to be directed from the wave plate on the measurement optical path and the reflection mirror for measurement to the reflection mirror for measurement in parallel with the optical path for measurement.
【請求項13】請求項12記載の光波干渉測定装置にお
いて、 前記第1の光学系は、少なくとも前記第2の光の他方
を、前記参照光路上の波長板と前記参照用反射鏡との間
から、前記参照光路と平行に前記参照用反射鏡に向かわ
せるように配置されていることを特徴とする光波干渉測
定装置。
13. The optical interference measuring apparatus according to claim 12, wherein the first optical system transmits at least the other of the second light between the wave plate on the reference optical path and the reference reflecting mirror. A light wave interference measuring apparatus, which is disposed so as to face the reference reflecting mirror in parallel with the reference optical path.
【請求項14】請求項6乃至13のいずれかに記載の光
波干渉測定装置において、 前記第1乃至第3の光源は、波長安定化レーザであるこ
とを特徴とする光波干渉測定装置。
14. An optical interference measurement apparatus according to claim 6, wherein said first to third light sources are wavelength-stabilized lasers.
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