JPH1144503A - 光波干渉測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 たとえばダブルパス構成においてコーナーキ
ューブプリズムの端面反射に起因する測定誤差の発生を
回避した高精度な光波干渉測定装置。 【解決手段】 光源（３００）からの光を参照光路を通
過する参照光と移動鏡（１４０）が配置された測定光路
を通過する測定光とに分離するための偏光ビームスプリ
ッタ（１１０）と、測定光路を往復した後に偏光ビーム
スプリッタを介して入射した測定光を入射光路とほぼ平
行な射出光路に沿って反射して偏光ビームスプリッタに
戻すための反射手段（２００）とを備えている。反射手
段は、入射光路に沿って入射した測定光を順次反射して
射出光路に沿って射出するための複数の反射鏡を有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光波干渉測定装置に
関し、特に物体の長さ、変位、密度等を高精度に測定す
るための光波干渉測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の光波干渉測定装置は、特定の周波
数の光を用いて例えば移動鏡のような物体の変位量を測
定する測長用干渉計と、周波数の異なる２つの光を用い
て光路中の気体の屈折率変動を測定する屈折率変動測定
系とを備えている。そして、移動物体の測定変位量を光
路の屈折率変動で補正することによって、移動物体の幾
何学的変位量（真の変位量）を測定する。この種の光波
干渉測定装置では、測定精度を高めるために、移動鏡が
配置された測定光路および固定鏡が配置された参照光路
を光が２回往復するように、いわゆるダブルパス構成を
採用することが多い。

【０００３】図５は、ダブルパス構成を有する従来の光
波干渉測定装置の測定光路の構成を概略的に示す図であ
る。図５において、光源から供給された光５１は、偏光
ビームスプリッタ１１０に入射する。ここで、偏光ビー
ムスプリッタ１１０は、図５の紙面に平行な偏光方位を
有するｐ偏光を透過し、紙面に垂直な偏光方位を有する
ｓ偏光を反射するように配置されている。したがって、
偏光ビームスプリッタ１１０を透過したｐ偏光の光５２
は測定光路に導かれ、偏光ビームスプリッタ１１０で反
射されたｓ偏光の光は参照光路（不図示）に導かれる。

【０００４】偏光ビームスプリッタ１１０を透過したｐ
偏光の光５２は、たとえばフレネルロムや色消しプリズ
ムのような光学素子からなる１／４波長板１２０に入射
する。１／４波長板１２０を介して円偏光になった光５
２は、移動鏡１４０に入射する。移動鏡１４０で反射さ
れた円偏光の光５２は、１／４波長板１２０を介してｓ
偏光となり、偏光ビームスプリッタ１１０に戻る。こう
して、第１測定光路を往復して偏光ビームスプリッタ１
１０に戻ったｓ偏光の光５２は、偏光ビームスプリッタ
１１０で反射され、さらにコーナーキューブプリズム１
５１で反射された後、ｓ偏光の状態で偏光ビームスプリ
ッタ１１０に入射する。

【０００５】偏光ビームスプリッタ１１０で反射された
ｓ偏光の光５２は、第１測定光路とは異なる第２測定光
路に導かれる。第２測定光路に導かれたｓ偏光の光５２
は、１／４波長板１２０を介して円偏光となり、移動鏡
１４０に入射する。移動鏡１４０で再び反射された円偏
光の光５２は、１／４波長板１２０を介してｐ偏光とな
り、偏光ビームスプリッタ１１０に戻る。第２測定光路
を往復して偏光ビームスプリッタ１１０に戻ったｐ偏光
の光５２は、偏光ビームスプリッタ１１０を透過し、本
来の測定光５３として偏光ビームスプリッタ１１０から
射出される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、たとえ
ば１／４波長板１２０のリタデーション誤差により、第
２測定光路を往復した後に偏光ビームスプリッタ１１０
に入射する光５２はｓ偏光を含んだ楕円偏光の光となる
ことがある。この場合、偏光ビームスプリッタ１１０を
透過すべき光５２のうちの一部のｓ偏光の光５４が偏光
ビームスプリッタ１１０で反射され、コーナーキューブ
プリズム１５１に入射する。ここで、コーナーキューブ
プリズム１５１の端面１５１ａは、入射光５４に対して
垂直に設定されている。したがって、コーナーキューブ
プリズム１５１に入射した光５４の一部の光５４ａは、
その端面１５１ａで反射された後、入射光路と同じ光路
に沿って偏光ビームスプリッタ１１０に入射する。

【０００７】コーナーキューブプリズム１５１の端面反
射に起因するｓ偏光の光５４ａは、偏光ビームスプリッ
タ１１０で反射され、第２測定光路を往復した後、ｐ偏
光となって偏光ビームスプリッタ１１０に戻る。偏光ビ
ームスプリッタ１１０に戻ったｐ偏光の光５４ａは、偏
光ビームスプリッタ１１０を透過し、誤差光として射出
される。なお、誤差光５４ａと本来の測定光５３とはと
もにｐ偏光であり、本来の測定光５３から誤差光５４ａ
を取り除くことは原理的に不可能である。したがって、
測定光路を３回往復（第１測定光路を１回往復し且つ第
２測定光路を２回往復）して偏光ビームスプリッタ１１
０から射出された誤差光５４ａは、測定光路を２回往復
して偏光ビームスプリッタ１１０から射出された本来の
測定光５３と干渉する。その結果、測長用干渉計や屈折
率変動測定系において、コーナーキューブプリズム１５
１の端面反射に起因して、移動鏡１４０の変位に伴う周
期的な測定誤差が発生する。

【０００８】また、上述したように、第１測定光路を往
復したｓ偏光の光５２は、偏光ビームスプリッタ１１０
で反射された後、コーナーキューブプリズム１５１に入
射する。この場合、コーナーキューブプリズム１５１に
入射した光５２の大部分は、その端面１５１ａを透過し
た後、互いに直交する３つの反射面で順次内部反射され
た後、入射光路と平行な射出光路に沿ってコーナーキュ
ーブプリズム１５１から射出される。しかしながら、コ
ーナーキューブプリズム１５１に入射した光５２の一部
の光５２ｂは、その端面１５１ａで反射された後、入射
光路と同じ光路に沿ってｓ偏光の状態で偏光ビームスプ
リッタ１１０に入射する。

【０００９】コーナーキューブプリズム１５１の端面反
射に起因するｓ偏光の光５２ｂは、偏光ビームスプリッ
タ１１０で反射され、第１測定光路および第２測定光路
を往復した後、ｐ偏光となって偏光ビームスプリッタ１
１０に戻る。偏光ビームスプリッタ１１０に戻ったｐ偏
光の光５２ｂは、偏光ビームスプリッタ１１０を透過
し、誤差光として射出される。なお、この誤差光５２ｂ
も本来の測定光５３と同じｐ偏光であり、本来の測定光
５３から誤差光５２ｂを取り除くことは原理的に不可能
である。したがって、測定光路を３回往復（第１測定光
路を２回往復し且つ第２測定光路を１回往復）して偏光
ビームスプリッタ１１０から射出された誤差光５２ｂ
は、測定光路を２回往復して偏光ビームスプリッタ１１
０から射出された本来の測定光５３と干渉する。その結
果、測長用干渉計や屈折率変動測定系において、コーナ
ーキューブプリズム１５１の端面反射に起因して、移動
鏡１４０の変位に伴う周期的な測定誤差が発生する。

【００１０】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、たとえばダブルパス構成においてコーナーキ
ューブプリズムの端面反射に起因する測定誤差の発生を
回避した高精度な光波干渉測定装置を提供することを目
的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の第１発明において、光源からの光を参照光
路を通過する参照光と移動鏡が配置された測定光路を通
過する測定光とに分離するための偏光ビームスプリッタ
と、前記測定光を前記測定光路で複数回往復させるため
に、前記測定光路を往復した後に前記偏光ビームスプリ
ッタを介して入射した前記測定光を入射光路とほぼ平行
な射出光路に沿って反射して前記偏光ビームスプリッタ
に戻すための反射手段と、前記参照光路を介した前記参
照光と前記測定光路を介した前記測定光との干渉光に基
づいて、前記移動鏡の変位量を検出するための検出手段
とを備え、前記反射手段は、前記入射光路に沿って入射
した前記測定光を順次反射して前記射出光路に沿って射
出するための複数の反射鏡を有することを特徴とする光
波干渉測定装置を提供する。

【００１２】第１発明の好ましい態様によれば、前記反
射手段は、互いに直交する３つの反射鏡を有する。ま
た、前記測定光路中において前記測定光の偏光状態を変
化させるための波長板をさらに備え、前記反射手段は、
前記入射光路に沿って入射した前記測定光の偏光状態を
変化させることなく前記射出光路に沿って射出すること
が好ましい。

【００１３】また、本発明の第２発明によれば、光源か
らの光を参照光路を通過する参照光と移動鏡が配置され
た測定光路を通過する測定光とに分離するための偏光ビ
ームスプリッタと、前記測定光を前記測定光路で複数回
往復させるために、前記測定光路を往復した後に前記偏
光ビームスプリッタを介して入射した前記測定光を入射
光路とほぼ平行な射出光路に沿って反射して前記偏光ビ
ームスプリッタに戻すためのコーナーキューブプリズム
と、前記参照光路を介した前記参照光と前記測定光路を
介した前記測定光との干渉光に基づいて、前記移動鏡の
変位量を検出するための検出手段とを備え、前記コーナ
ーキューブプリズムは、前記測定光の入射光軸に対して
前記コーナーキューブプリズムの端面の法線が傾いて配
置されていることを特徴とする光波干渉測定装置を提供
する。

【００１４】さらに、本発明の第３発明によれば、特定
の周波数を有する光を用いて測定光路中に配置された移
動鏡の変位量を測定するための測長用干渉計と、互いに
異なる周波数を有する第１の光と第２の光とを供給する
ための光源と、前記光源からの前記第１の光および前記
第２の光の少なくとも一部を前記測定光路に導くための
偏光ビームスプリッタと、前記第１の光および前記第２
の光を前記測定光路で複数回往復させるために、前記測
定光路を往復した後に前記偏光ビームスプリッタを介し
て入射した前記第１の光および前記第２の光を入射光路
とほぼ平行な射出光路に沿って反射して前記偏光ビーム
スプリッタに戻すための反射手段と、前記測定光路を介
した前記第１の光および前記第２の光のうちの一方の光
の周波数を他方の光の周波数とほぼ一致させることによ
って生成された干渉光に基づいて、前記測定光路中の気
体の屈折率変動を検出するための検出手段と、前記測長
干渉計で測定された前記移動鏡の変位量を、前記検出手
段で検出された前記測定光路中の気体の屈折率変動で補
正することによって、前記移動鏡の幾何学的変位量を求
めるための演算手段とを備え、前記反射手段は、前記入
射光路に沿って入射した前記第１の光および前記第２の
光を順次反射して前記射出光路に沿って射出するための
複数の反射鏡を有することを特徴とする光波干渉測定装
置を提供する。

【００１５】また、本発明の第４発明によれば、特定の
周波数を有する光を用いて測定光路中に配置された移動
鏡の変位量を測定するための測長用干渉計と、互いに異
なる周波数を有する第１の光と第２の光とを供給するた
めの光源と、前記光源からの前記第１の光および前記第
２の光の少なくとも一部を前記測定光路に導くための偏
光ビームスプリッタと、前記第１の光および前記第２の
光を前記測定光路で複数回往復させるために、前記測定
光路を往復した後に前記偏光ビームスプリッタを介して
入射した前記第１の光および前記第２の光を入射光路と
ほぼ平行な射出光路に沿って反射して前記偏光ビームス
プリッタに戻すためのコーナーキューブプリズムと、前
記測定光路を介した前記第１の光および前記第２の光の
うちの一方の光の周波数を他方の光の周波数とほぼ一致
させることによって生成された干渉光に基づいて、前記
測定光路中の気体の屈折率変動を検出するための検出手
段と、前記測長干渉計で測定された前記移動鏡の変位量
を、前記検出手段で検出された前記測定光路中の気体の
屈折率変動で補正することによって、前記移動鏡の幾何
学的変位量を求めるための演算手段とを備え、前記コー
ナーキューブプリズムは、前記第１の光および前記第２
の光の入射光軸に対して前記コーナーキューブプリズム
の端面の法線が傾いて配置されていることを特徴とする
光波干渉測定装置を提供する。

【００１６】

【発明の実施の形態】上述したように、従来のダブルパ
ス構成の光波干渉測定装置では、コーナーキューブプリ
ズムの端面反射に起因して測定誤差が発生する。本発明
では、コーナーキューブプリズムに代えて、複数の反射
鏡を有する反射手段を用いている。本発明の反射手段
は、コーナーキューブプリズムと同様に、測定光路を往
復した後に偏光ビームスプリッタを介して入射した光を
入射光路とほぼ平行な射出光路に沿って反射して偏光ビ
ームスプリッタに戻す機能を有する。しかしながら、本
発明の反射手段は、コーナーキューブプリズムとは異な
り、たとえば互いに直交する３つの反射鏡を有するミラ
ー構造であり、コーナーキューブプリズムの端面に対応
する面を備えていない。したがって、本発明では、入射
光に対するコーナーキューブプリズムの端面反射の発生
自体を回避することにより、コーナーキューブプリズム
の端面反射に起因する測定誤差の発生を回避することが
できる。

【００１７】また、本発明では、入射光軸に対して端面
を垂直に配置した従来のコーナーキューブプリズムに代
えて、入射光軸に対して端面の法線を傾けて配置したコ
ーナーキューブプリズムを用いている。この場合、本発
明にしたがって配置されたコーナーキューブプリズムに
おいても、従来のコーナーキューブプリズムと同様に、
入射光に対する端面反射が発生する。しかしながら、従
来のコーナーキューブプリズムでは、端面反射によって
発生した誤差光が入射光の光路と同じ光路に沿って反射
されるのに対し、本発明のコーナーキューブプリズムで
は、端面反射によって発生した誤差光が入射光の光路と
は異なる光路に沿って反射される。すなわち、本発明に
したがって配置されたコーナーキューブプリズムの作用
により、その端面反射により発生した誤差光の光路と本
来の光の光路とを空間的に分離することができる。した
がって、本発明では、適当な遮蔽板などを用いて誤差光
を取り除くことにより誤差光と本来の光との干渉を回避
することができ、その結果コーナーキューブプリズムの
端面反射に起因する測定誤差の発生を回避することがで
きる。

【００１８】以下、本発明の実施例を、添付図面に基づ
いて説明する。図１は、本発明の第１実施例にかかる光
波干渉測定装置の構成を概略的に示す図である。図１の
光波干渉測定装置は、移動鏡１４０の光軸方向（図中矢
印方向）の変位量を測定するための測長用干渉計を備え
ている。測長用干渉計において、測長用光源３００は、
周波数がわずかに異なり偏光方位が直交する２つの光、
すなわち周波数ｆ00の光および周波数ｆ01の光を同一光
路に沿って射出する。なお、周波数ｆ00の光は図１の紙
面に平行な偏光方位を有するｐ偏光であり、周波数ｆ01
の光は紙面に垂直な偏光方位を有するｓ偏光である。

【００１９】測長用光源３００から射出された周波数ｆ
00の光および周波数ｆ01の光の一部は、周波数結合素子
としてのダイクロイックミラー１０１に入射する。ダイ
クロイックミラー１０１は、周波数がｆ00近傍の光のみ
を透過し、それ以外の周波数の光を反射する特性を有す
る。したがって、周波数ｆ00の光および周波数ｆ01の光
は、ダイクロイックミラー１０１を透過し、偏光ビーム
スプリッタ１１０に入射する。偏光ビームスプリッタ１
１０は、ｓ偏光を反射しｐ偏光を透過するように配置さ
れている。したがって、偏光ビームスプリッタ１１０に
入射した周波数ｆ01の光は、偏光ビームスプリッタ１１
０で反射され、参照光として固定鏡１３０側の参照光路
に導かれる。一方、偏光ビームスプリッタ１１０に入射
した周波数ｆ00の光は、偏光ビームスプリッタ１１０を
透過し、測定光として移動鏡１４０側の測定光路に導か
れる。

【００２０】参照光である周波数ｆ01の光は、周波数フ
ィルタ１６０を透過し、１／４波長板１２１を介して円
偏光となり、固定鏡１３０に入射する。ここで、周波数
フィルタ１６０は、周波数ｆ01の光のみを透過する特性
を有し、周波数ｆ01の参照光以外の誤差光を遮断する。
固定鏡１３０で反射された円偏光の参照光は、１／４波
長板１２１を介してｐ偏光となり、周波数フィルタ１６
０を透過し、偏光ビームスプリッタ１１０に戻る。この
ように、第１参照光路に沿って１／４波長板１２１を２
回通過することにより、参照光の偏光方位は９０°回転
する。したがって、第１参照光路を往復して偏光ビーム
スプリッタ１１０に戻ったｐ偏光の参照光は、偏光ビー
ムスプリッタ１１０を透過し、三面鏡２００に入射す
る。三面鏡２００に入射したｐ偏光の参照光は、互いに
直交する３つの反射鏡で順次反射された後に、偏光状態
が変化することなくｐ偏光の状態で、入射光路と平行な
射出光路に沿って三面鏡２００から射出される。

【００２１】三面鏡２００から射出されたｐ偏光の参照
光は、偏光ビームスプリッタ１１０を透過し、第１参照
光路とは異なる第２参照光路に導かれる。第２参照光路
に導かれたｐ偏光の参照光は、周波数フィルタ１６０を
透過し、１／４波長板１２１を介して円偏光となり、固
定鏡１３０に入射する。固定鏡１３０で再び反射された
円偏光の参照光は、１／４波長板１２１を介してｓ偏光
となり、周波数フィルタ１６０を透過し、偏光ビームス
プリッタ１１０に戻る。第２参照光路を往復して偏光ビ
ームスプリッタ１１０に戻ったｓ偏光の参照光は、偏光
ビームスプリッタ１１０で反射され、周波数分離素子と
してのダイクロイックミラー１０２に向かう。

【００２２】一方、測定光である周波数ｆ00の光は、１
／４波長板１２０を介して円偏光となり、図中の矢印に
沿って移動可能なステージ１７０上に設置された移動鏡
１４０に入射する。移動鏡１４０で反射された円偏光の
測定光は、１／４波長板１２０を介してｓ偏光となり、
偏光ビームスプリッタ１１０に戻る。第１測定光路を往
復して偏光ビームスプリッタ１１０に戻ったｓ偏光の測
定光は、偏光ビームスプリッタ１１０で反射され、三面
鏡２００に入射する。三面鏡２００に入射した光は、互
いに直交する３つの反射鏡で順次反射された後に、偏光
状態が変化することなくｓ偏光の状態で、入射光路と平
行な射出光路に沿って三面鏡２００から射出される。

【００２３】三面鏡２００から射出されたｓ偏光の測定
光は、偏光ビームスプリッタ１１０で反射され、第１測
定光路とは異なる第２測定光路に導かれる。第２測定光
路に導かれたｓ偏光の測定光は、１／４波長板１２０を
介して円偏光となり、移動鏡１４０に入射する。移動鏡
１４０で再び反射された円偏光の測定光は、１／４波長
板１２０を介してｐ偏光となり、偏光ビームスプリッタ
１１０に戻る。第２測定光路を往復して偏光ビームスプ
リッタ１１０に戻ったｐ偏光の測定光は、偏光ビームス
プリッタ１１０を透過し、参照光と同一の光路に沿って
ダイクロイックミラー１０２に向かう。

【００２４】こうして、参照光路を２回往復して偏光ビ
ームスプリッタ１１０から射出された周波数ｆ01の参照
光と、測定光路を２回往復して偏光ビームスプリッタ１
１０から射出された周波数ｆ00の測定光とは、同一の光
路に沿ってダイクロイックミラー１０２に入射する。ダ
イクロイックミラー１０２は、ダイクロイックミラー１
０１と同様に、周波数がｆ00近傍の光のみを透過し、他
の周波数の光を反射する特性を有する。したがって、周
波数ｆ01の参照光および周波数ｆ00の測定光は、ダイク
ロイックミラー１０２を透過し、周波数フィルタ１６１
を透過した後、偏光子付きの検出器４００に入射する。
ここで、周波数フィルタ１６１は、周波数がｆ00近傍の
光のみを透過する特性を有し、周波数ｆ01の参照光およ
び周波数ｆ00の測定光以外の誤差光を遮断する。

【００２５】検出器４００の偏光子は、周波数ｆ00の光
の偏光方位および周波数ｆ01の光の偏光方位に対してた
とえば４５°だけ傾いて配置されている。したがって、
参照光路を介した周波数ｆ01の参照光と測定光路を介し
た周波数ｆ00の測定光とは、検出器４００の偏光子を介
して干渉する。検出器４００では、干渉光を光電変換し
て得られた測定信号（周波数：ｆ00−ｆ01）を演算器５
００に供給する。一方、測長用光源３００は、周波数ｆ
00の光と周波数ｆ01の光との差（ｆ00−ｆ01）に等しい
周波数を有する参照信号を演算器５００に供給する。演
算器５００では、参照信号に対する測定信号の位相変化
を測定することによって、屈折率変動の影響を考慮して
いない周波数ｆ00の光による移動鏡１４０（ひいてはス
テージ１７０）の測定変位量ΔＤ（ｆ00）を求める。

【００２６】また、図１の光波干渉測定装置は、測定光
路中の空気またはその他の気体（以下、単に「気体」と
いう）の屈折率変動を測定するための屈折率変動測定系
を備えている。屈折率変動測定系において、光源３０１
は、周波数ｆ00の光および周波数ｆ01の光とは異なる周
波数を有する周波数ｆ１の光と、その第二高調波である
周波数ｆ２（ｆ２＝２×ｆ１）の光とを互いに平行な光
路に沿ってそれぞれ射出する。光源３０１から射出され
た周波数ｆ１の光および周波数ｆ２の光は、ともに図１
の紙面に平行な偏光方位を有するｐ偏光であり、たとえ
ば音響光学素子からなる周波数シフタ１９０および１９
１にそれぞれ入射する。

【００２７】こうして、周波数シフタ１９０では、周波
数ｆ１の光が周波数シフトを受け、周波数ｆ１からわず
かに周波数のずれた周波数ｆ10（ｆ10＝ｆ１＋Δｆ１）
の光となる。また、周波数シフタ１９１では、周波数ｆ
２の光が周波数シフトを受け、周波数ｆ２からわずかに
周波数のずれた周波数ｆ20（ｆ20＝ｆ２＋Δｆ２）の光
となる。ただし、Δｆ２≠２×Δｆ１である。周波数シ
フタ１９０を介して形成された周波数ｆ10の光と周波数
シフタ１９１を介して形成された周波数ｆ20の光とはと
もにｐ偏光であり、周波数結合素子としてのダイクロイ
ックミラー１００を介して同一光路上に結合される。

【００２８】ダイクロイックミラー１００を介して同一
光路上に結合された周波数ｆ10の光および周波数ｆ20の
光は、ダイクロイックミラー１０１に入射する。ダイク
ロイックミラー１０１は、前述したように、周波数がｆ
00近傍の光のみを透過し、それ以外の周波数の光を反射
する特性を有する。したがって、ダイクロイックミラー
１０１で反射された周波数ｆ10の光および周波数ｆ20の
光は、測長用光源３００からの光（周波数ｆ00の光およ
び周波数ｆ01の光）と同一光路上に結合され、偏光ビー
ムスプリッタ１１０に入射する。偏光ビームスプリッタ
１１０に入射したｐ偏光状態の周波数ｆ10の光および周
波数ｆ20の光は、偏光ビームスプリッタ１１０を透過し
て、移動鏡１４０側の測定光路に導かれる。

【００２９】偏光ビームスプリッタ１１０を透過した周
波数ｆ10の光および周波数ｆ20の光は、１／４波長板１
２０を介して円偏光となり、移動鏡１４０で反射され、
１／４波長板１２０を介してｓ偏光となり、偏光ビーム
スプリッタ１１０に戻る。このように、１／４波長板１
２０は、周波数がｆ00の光とｆ10の光とｆ20の光とに対
応した波長板であり、たとえばフレネルロムや色消しプ
リズムのような光学素子から構成されている。第１測定
光路を往復して偏光ビームスプリッタ１１０に戻ったｓ
偏光状態の周波数ｆ10の光および周波数ｆ20の光は、偏
光ビームスプリッタ１１０で反射され、三面鏡２００に
入射する。三面鏡２００に入射した周波数ｆ10の光およ
び周波数ｆ20の光は、互いに直交する３つの反射鏡で順
次反射された後に、偏光状態が変化することなくｓ偏光
の状態で、入射光路と平行な射出光路に沿って三面鏡２
００から射出される。

【００３０】三面鏡２００から射出されたｓ偏光状態の
周波数ｆ10の光および周波数ｆ20の光は、偏光ビームス
プリッタ１１０で反射され、第１測定光路とは異なる第
２測定光路に導かれる。第２測定光路に導かれたｓ偏光
状態の周波数ｆ10の光および周波数ｆ20の光は、１／４
波長板１２０を介して円偏光となり、移動鏡１４０に入
射する。移動鏡１４０で再び反射された円偏光状態の周
波数ｆ10の光および周波数ｆ20の光は、１／４波長板１
２０を介してｐ偏光となり、偏光ビームスプリッタ１１
０に戻る。第２測定光路を往復して偏光ビームスプリッ
タ１１０に戻ったｐ偏光状態の周波数ｆ10の光および周
波数ｆ20の光は、偏光ビームスプリッタ１１０を透過
し、ダイクロイックミラー１０２に向かう。

【００３１】こうして、測定光路を介して偏光ビームス
プリッタ１１０から射出されたｐ偏光状態の周波数ｆ10
の光および周波数ｆ20の光は、ダイクロイックミラー１
０２に入射する。ダイクロイックミラー１０２は、前述
したように、周波数がｆ00近傍の光のみを透過し、他の
周波数の光を反射する特性を有する。したがって、測定
光路を介した周波数ｆ10の光および周波数ｆ20の光は、
ダイクロイックミラー１０２の作用により、測長用光源
３００からの光（周波数ｆ00の光および周波数ｆ01の
光）から分離される。

【００３２】ダイクロイックミラー１０２で反射された
周波数ｆ10の光および周波数ｆ20の光は、たとえばＫＴ
Ｐ（ＫＴｉＯＰＯ₄ ）などの非線形光学結晶からなるＳ
ＨＧ変換素子（第２高調波変換素子）１８０に入射す
る。ＳＨＧ変換素子１８０では、周波数ｆ10の光および
周波数ｆ20の光のうちの周波数の低い周波数ｆ10の光が
周波数ｆ10' （ｆ10' ＝２×ｆ10）の光に変換される。
一方、周波数の高い周波数ｆ20の光は、ＳＨＧ変換素子
１８０をそのまま透過する。こうして、ＳＨＧ変換素子
１８０を介した周波数ｆ10' の光および周波数ｆ20の光
は、周波数フィルタ１６２を透過した後に、検出器４０
１に入射する。ここで、周波数フィルタ１６２は、周波
数がｆ20近傍の光のみを透過する特性を有し、周波数ｆ
10' の光および周波数ｆ20の光以外の誤差光を遮断す
る。

【００３３】検出器４０１は、ＳＨＧ変換素子１８０に
よって周波数ｆ10から周波数ｆ10'に変換された光と移
動鏡１４０で反射された周波数ｆ20の光との干渉光を光
電変換し、得られた測定ビート信号（周波数：ｆ10' −
ｆ20＝２×Δｆ１−Δｆ２）を演算器５００に供給す
る。

【００３４】一方、周波数シフタ１９０および１９１
は、その周波数シフト信号Δｆ１およびΔｆ２を演算器
５００に供給する。演算器５００では、供給された周波
数シフト信号Δｆ１およびΔｆ２に基づいて、周波数
（２×Δｆ１−Δｆ２）の参照ビート信号を形成する。
そして、参照ビート信号に対する測定ビート信号の位相
変化に基づいて、周波数ｆ２の光による移動鏡１４０の
光路長変化ΔＤ（ｆ２）と周波数ｆ１の光による移動鏡
１４０の光路長変化ΔＤ（ｆ１）との差である屈折率変
動情報｛ΔＤ（ｆ２）−ΔＤ（ｆ１）｝を求める。こう
して、演算器５００では、測長用干渉計で測定された測
定変位量｛ΔＤ（ｆ00）｝を、屈折率変動測定系で測定
された屈折率変動情報｛ΔＤ（ｆ２）−ΔＤ（ｆ１）｝
で補正することによって、移動鏡１４０（ひいてはステ
ージ１７０）の幾何学的変位量ΔＤを求める。

【００３５】以下、移動鏡１４０の測定変位量ΔＤ（ｆ
00）から幾何学的変位量ΔＤへの補正について説明す
る。周波数ｆ１、ｆ２およびｆ00の光に対する光路長Ｄ
（ｆ１）、Ｄ（ｆ２）およびＤ（ｆ00）は、次の式
（１）〜（３）によりそれぞれ表される。 Ｄ（ｆ１）＝｛１＋Ｎ・Ｆ（ｆ１）｝・Ｄ （１） Ｄ（ｆ２）＝｛１＋Ｎ・Ｆ（ｆ２）｝・Ｄ （２） Ｄ（ｆ00）＝｛１＋Ｎ・Ｆ（ｆ00）｝・Ｄ （３）

【００３６】ここで、Ｄは幾何学的な距離であり、Ｎは
空気の密度である。また、Ｆ（ｆ）は、空気の構成比が
不変であれば空気の密度に依存することなく光の周波数
ｆのみに依存する関数である。上述の式（１）〜（３）
より、幾何学的距離Ｄは次の式（４）によって与えられ
る。 Ｄ＝Ｄ（ｆ00）−Ａ｛Ｄ（ｆ２）−Ｄ（ｆ１）｝ （４） 但し、Ａ＝Ｆ（ｆ00）／｛Ｆ（ｆ２）−Ｆ（ｆ１）｝で
ある。したがって、式（４）を参照すると、幾何学的変
位量ΔＤは、次の式（５）によって与えられる。 ΔＤ＝ΔＤ（ｆ00）−Ａ｛ΔＤ（ｆ２）−ΔＤ（ｆ１）｝ （５）

【００３７】従来技術では、図１の三面鏡２００の位置
にコーナーキューブプリズムが配置されているので、そ
の端面反射に起因して誤差光が発生する。この誤差光は
本来の測定光と同じ偏光状態を有するので、本来の測定
光から誤差光を取り除くことは原理的に不可能である。
したがって、誤差光と本来の測定光との干渉を回避する
ことができず、移動鏡の変位に伴う測定誤差が発生す
る。なお、幾何学的変位量ΔＤを求める式（５）を参照
すると、屈折率変動測定系で測定された屈折率変動情報
｛ΔＤ（ｆ２）−ΔＤ（ｆ１）｝には定数Ａがかかって
いるが、この定数Ａの値は通常１よりも大きい。したが
って、コーナーキューブプリズムの端面反射に起因する
測定誤差のうち、測長用干渉計において発生する誤差よ
りも屈折率変動測定系において発生する誤差の方が大き
くなる。特に、第１実施例における周波数ｆ20の光は、
ＳＨＧ変換素子１８０において周波数変換されることな
くそのまま通過し、検出器４０１に達する。したがっ
て、周波数ｆ20の光に関連して発生する誤差光の影響が
特に大きい。

【００３８】第１実施例では、従来のコーナーキューブ
プリズムに代えて、互いに直交する３つの反射鏡を有す
る三面鏡２００からなる反射手段を用いている。三面鏡
２００は、コーナーキューブプリズムと同様に、測定光
路を往復した後に偏光ビームスプリッタ１１０を介して
入射した光を入射光路と平行な射出光路に沿って反射し
て偏光ビームスプリッタ１１０に戻す機能を有する。し
かしながら、三面鏡２００は、コーナーキューブプリズ
ムとは異なり、３つの反射鏡からなるミラー構造であ
り、コーナーキューブプリズムの端面に対応する面を備
えていない。したがって、第１実施例では、入射光に対
するコーナーキューブプリズムの端面反射の発生自体を
回避することにより、コーナーキューブプリズムの端面
反射に起因する測定誤差の発生を回避することができ
る。その結果、第１実施例では、特に測定光路中の気体
の屈折率変動を高精度に測定することができ、光波干渉
測定装置の測定精度を向上させることができる。

【００３９】図２は、本発明の第２実施例にかかる光波
干渉測定装置の構成を概略的に示す図である。第２実施
例では、測長用光源と屈折率変動測定用光源とを共通の
光源３０２で構成している。共通の光源３０２は、周波
数ｆ１の光（たとえば波長１０６４ｎｍの光）と、その
第２高調波である周波数ｆ2 の光（ｆ2 ＝２×ｆ１：た
とえば波長５３２ｎｍの光）とを、互いに平行な光路に
沿ってそれぞれ射出する。なお、周波数ｆ１の光および
周波数ｆ2 の光はともに、図２の紙面に平行な偏光方位
を有するｐ偏光である。

【００４０】周波数ｆ１の光は、波長板１２２を介し
て、偏光ビームスプリッタ１１４に入射する。波長板１
２２は、偏光ビームスプリッタ１１４の偏光分離面の配
置に応じて入射する周波数ｆ１の光の偏光方位を適宜回
転させる。その結果、周波数ｆ１の光は、波長板１２２
と偏光ビームスプリッタ１１４との作用により、偏光方
位が直交した２つの光すなわちｐ偏光の光とｓ偏光の光
とに分離される。そして、偏光ビームスプリッタ１１４
で反射された周波数ｆ１のｓ偏光の光は周波数シフタ１
９３に、偏光ビームスプリッタ１１４を透過した周波数
ｆ１のｐ偏光の光は周波数シフタ１９２にそれぞれ入射
する。

【００４１】なお、偏光ビームスプリッタ１１４で反射
される周波数ｆ１のｓ偏光の光と偏光ビームスプリッタ
１１４を透過する周波数ｆ１のｐ偏光の光との強度比
は、波長板１２２と偏光ビームスプリッタ１１４との組
み合わせにより適宜調整可能である。後述するように、
偏光ビームスプリッタ１１４を透過した周波数ｆ１のｐ
偏光の光は、周波数シフトされて周波数ｆ10の光となっ
た後、ＳＨＧ変換素子１８２により周波数変換される。
周波数変換には大きな光強度が必要であるため、偏光ビ
ームスプリッタ１１４で反射される周波数ｆ１のｓ偏光
の光の強度に比べて偏光ビームスプリッタ１１４を透過
する周波数ｆ１のｐ偏光の光の強度が大きくなるよう
に、波長板１２２と偏光ビームスプリッタ１１４とを組
み合わせることが好ましい。

【００４２】周波数シフタ１９３では、ｓ偏光状態にあ
る周波数ｆ１の光がわずかに周波数シフトされ、周波数
ｆ11（ｆ11＝ｆ１＋Δｆ1'）の光になる。また、周波数
シフタ１９２では、ｐ偏光状態にある周波数ｆ１の光が
わずかに周波数シフトされ、周波数ｆ10（ｆ10＝ｆ１＋
Δｆ１）の光になる。周波数シフタ１９２を介したｐ偏
光状態の周波数ｆ10の光と周波数シフタ１９３を介した
ｓ偏光状態の周波数ｆ11の光とは、周波数結合素子とし
ての偏光ビームスプリッタ１１５を介して同一光路上に
結合される。同一光路上に結合された周波数ｆ10の光お
よび周波数ｆ11の光は、ビームスプリッタ２１０を透過
して周波数結合素子としてのダイクロイックミラー１０
３に入射する。

【００４３】一方、周波数ｆ２の光は、周波数シフタ１
９４に入射する。周波数シフタ１９４では、周波数ｆ２
の光がわずかに周波数シフトされ、周波数ｆ20（ｆ20＝
ｆ２＋Δｆ２）の光になる。ここで、Δｆ２≠２×Δｆ
１である。周波数シフタ１９４を介したｐ偏光状態の周
波数ｆ20の光は、ダイクロイックミラー１０３に入射す
る。ダイクロイックミラー１０３は、周波数がｆ１近傍
の光を透過しそれ以外の周波数の光を反射する特性を有
する。こうして、ｐ偏光状態の周波数ｆ10の光とｓ偏光
状態の周波数ｆ11の光とｐ偏光状態の周波数ｆ20の光と
は、ダイクロイックミラー１０３の作用により同一光路
上に結合される。

【００４４】同一光路上に結合された周波数ｆ10の光、
周波数ｆ11の光および周波数ｆ20の光は、周波数分離素
子としてのダイクロイックミラー２１１を介して、偏光
ビームスプリッタ１１１に入射する。偏光ビームスプリ
ッタ１１１は、ｐ偏光の光を透過し、ｓ偏光の光を反射
するように配置されている。したがって、ｐ偏光状態に
ある周波数ｆ10の光および周波数ｆ20の光は偏光ビーム
スプリッタ１１１を透過し、ｓ偏光状態にある周波数ｆ
11の光は偏光ビームスプリッタ１１１で反射される。

【００４５】偏光ビームスプリッタ１１１で反射された
ｓ偏光状態の周波数ｆ11の参照光は、周波数フィルタ１
６３を透過し、１／４波長板１２４を介して円偏光にな
った後、固定鏡１３１に入射する。固定鏡１３１で反射
された円偏光状態の周波数ｆ11の光は、１／４波長板１
２４を介してｐ偏光となり、周波数フィルタ１６３を透
過した後、偏光ビームスプリッタ１１１に戻る。偏光ビ
ームスプリッタ１１１に戻ったｐ偏光状態の周波数ｆ11
の光は、偏光ビームスプリッタ１１１を透過し、偏光ビ
ームスプリッタ１１２に入射する。偏光ビームスプリッ
タ１１２は、偏光ビームスプリッタ１１１と同様に、ｐ
偏光の光を透過し、ｓ偏光の光を反射するように配置さ
れている。したがって、偏光ビームスプリッタ１１２を
透過したｐ偏光状態の周波数ｆ11の光は、周波数フィル
タ１６４を透過して、三面鏡２０１に入射する。ここ
で、周波数フィルタ１６３および１６４は、周波数ｆ11
の光のみを透過する特性を有し、周波数ｆ11の参照光以
外の誤差光を遮断する。

【００４６】三面鏡２０１に入射したｐ偏光状態の周波
数ｆ11の参照光は、互いに直交する３つの反射鏡で順次
反射された後に、偏光状態が変化することなくｐ偏光の
状態で、入射光路と平行な射出光路に沿って三面鏡２０
１から射出される。三面鏡２０１から射出されたｐ偏光
状態の周波数ｆ11の光は、周波数フィルタ１６４および
偏光ビームスプリッタ１１２を介して、偏光ビームスプ
リッタ１１１に戻る。偏光ビームスプリッタ１１１に戻
ったｐ偏光状態の周波数ｆ11の光は、偏光ビームスプリ
ッタ１１１を透過し、周波数フィルタ１６３を透過し、
１／４波長板１２４を介して円偏光になった後、固定鏡
１３１に再び入射する。固定鏡１３１で反射された円偏
光状態の周波数ｆ11の光は、１／４波長板１２４を介し
てｓ偏光となり、周波数フィルタ１６３を透過した後
に、偏光ビームスプリッタ１１１に戻る。偏光ビームス
プリッタ１１１に戻ったｓ偏光状態の周波数ｆ11の光
は、偏光ビームスプリッタ１１１で反射され、周波数分
離素子としてのダイクロイックミラー２１２に向かう。

【００４７】一方、偏光ビームスプリッタ１１１を透過
したｐ偏光状態にある周波数ｆ10の光および周波数ｆ20
の光は、１／４波長板１２３を介して円偏光になった
後、図中の矢印に沿って移動可能なステージ１７１上に
設置された移動鏡１４１に入射する。移動鏡１４１で反
射された円偏光状態の周波数ｆ10の光および周波数ｆ20
の光は、１／４波長板１２３を介してｓ偏光となり、偏
光ビームスプリッタ１１１に戻る。偏光ビームスプリッ
タ１１１に戻ったｓ偏光状態の周波数ｆ10の光および周
波数ｆ20の光は、偏光ビームスプリッタ１１１で反射さ
れ、偏光ビームスプリッタ１１２に入射する。偏光ビー
ムスプリッタ１１２で反射されたｓ偏光状態の周波数ｆ
10の光および周波数ｆ20の光は、偏光ビームスプリッタ
１１３に入射する。偏光ビームスプリッタ１１３は、偏
光ビームスプリッタ１１１および１１２と同様に、ｐ偏
光の光を透過し、ｓ偏光の光を反射するように配置され
ている。したがって、偏光ビームスプリッタ１１３で反
射されたｓ偏光状態の周波数ｆ10の光および周波数ｆ20
の光は、三面鏡２０２に入射する。

【００４８】三面鏡２０２に入射したｓ偏光状態の周波
数ｆ10の光および周波数ｆ20の光は、互いに直交する３
つの反射鏡で順次反射された後に、偏光状態が変化する
ことなくｓ偏光の状態で、入射光路と平行な射出光路に
沿って三面鏡２０２から射出される。三面鏡２０２から
射出されたｓ偏光状態の周波数ｆ10の光および周波数ｆ
20の光は、偏光ビームスプリッタ１１３および１１２を
介して、偏光ビームスプリッタ１１１に戻る。偏光ビー
ムスプリッタ１１１に戻ったｓ偏光状態の周波数ｆ10の
光および周波数ｆ20の光は、偏光ビームスプリッタ１１
１で反射され、１／４波長板１２３を介して円偏光にな
った後、移動鏡１４１に入射する。移動鏡１４１で再び
反射された円偏光状態の周波数ｆ10の光および周波数ｆ
20の光は、１／４波長板１２３を介してｐ偏光となり、
偏光ビームスプリッタ１１１に戻る。偏光ビームスプリ
ッタ１１１に戻ったｐ偏光状態の周波数ｆ10の光および
周波数ｆ20の光は、偏光ビームスプリッタ１１１を透過
し、周波数ｆ11の参照光と同一の光路に沿ってダイクロ
イックミラー２１２に向かう。

【００４９】こうして、測定光路を介したｐ偏光状態の
周波数ｆ10の光および周波数ｆ20の光と、参照光路を介
したｓ偏光状態の周波数ｆ11の光とは、同一の光路に沿
ってダイクロイックミラー２１２に入射する。ダイクロ
イックミラー２１２は、周波数ｆ11の光のほぼ全部およ
び周波数ｆ10の光の一部を透過し、他の周波数の光を反
射する特性を有する。したがって、ダイクロイックミラ
ー２１２を透過したｓ偏光状態の周波数ｆ11の光および
ｐ偏光状態の周波数ｆ10の光は、周波数フィルタ１６５
に入射する。周波数フィルタ１６５は、周波数ｆ11の光
および周波数ｆ10の光だけを透過し、それ以外の周波数
の光すなわち誤差光を遮断する。周波数フィルタ１６５
を透過した周波数ｆ11の参照光および周波数ｆ10の測定
光は、偏光子付きの検出器４０３に入射する。

【００５０】検出器４０３の偏光子は、周波数ｆ10の測
定光の偏光方位および周波数ｆ11の参照光の偏光方位に
対してそれぞれ４５°だけ傾いて配置されている。した
がって、周波数ｆ10の測定光と周波数ｆ11の参照光とは
検出器４０３の偏光子を介して干渉し、検出器４０３は
その干渉光に基づく測定信号（周波数：ｆ10−ｆ11＝Δ
ｆ１−Δｆ1'）を演算器５０１に供給する。一方、偏光
ビームスプリッタ１１５を介して同一光路上に結合され
た周波数ｆ10の光および周波数ｆ11の光の一部は、前述
のビームスプリッタ２１０で反射され、偏光子付きの検
出器４０２に入射する。この周波数ｆ10の光と周波数ｆ
11の光とは検出器４０２の偏光子を介して干渉し、検出
器４０２は干渉光に基づく参照信号（周波数：ｆ10−ｆ
11＝Δｆ１−Δｆ1'）を演算器５０１に供給する。演算
器５０１では、参照信号に対する測定信号の位相変化を
測定することによって、屈折率変動の影響を考慮してい
ない周波数ｆ１の光による移動鏡１４１（ひいてはステ
ージ１７１）の測定変位量ΔＤ（ｆ１）を求める。

【００５１】また、ダイクロイックミラー２１２で反射
されたｐ偏光状態の周波数ｆ10の光および周波数ｆ20の
光は、ＳＨＧ変換素子１８２に入射する。ＳＨＧ変換素
子１８２では、周波数ｆ10の光および周波数ｆ20の光の
うちの周波数の低い周波数ｆ10の光が周波数ｆ10' （ｆ
10' ＝２×ｆ10）の光に変換される。一方、周波数の高
い周波数ｆ20の光は、ＳＨＧ変換素子１８２をそのまま
透過する。こうして、ＳＨＧ変換素子１８２を介した周
波数ｆ10' の光および周波数ｆ20の光は、周波数フィル
タ１６７を透過した後に、検出器４０５に入射する。こ
こで、周波数フィルタ１６７は、周波数がｆ20近傍の光
のみを透過する特性を有し、周波数ｆ10' の光および周
波数ｆ20の光以外の誤差光を遮断する。検出器４０５に
入射した周波数ｆ10' の光と周波数ｆ20の光とは干渉
し、検出器４０５は干渉光に基づく測定ビート信号（周
波数ｆ10' −ｆ20＝２Δｆ1 −Δｆ2 ）を演算器５０１
に供給する。

【００５２】一方、ダイクロイックミラー１０３を介し
て同一光路上に結合された周波数ｆ10の光および周波数
ｆ20の光の一部は、ダイクロイックミラー２１１で反射
され、ＳＨＧ変換素子１８１に入射する。ＳＨＧ変換素
子１８１では、周波数ｆ10の光および周波数ｆ20の光の
うちの周波数の低い周波数ｆ10の光が周波数ｆ10' （ｆ
10' ＝２×ｆ10）の光に変換される。一方、周波数の高
い周波数ｆ20の光は、ＳＨＧ変換素子１８１をそのまま
透過する。こうして、ＳＨＧ変換素子１８１を介した周
波数ｆ10' の光および周波数ｆ20の光は、周波数フィル
タ１６６を透過した後に、検出器４０４に入射する。こ
こで、周波数フィルタ１６６は、周波数がｆ20近傍の光
のみを透過する特性を有し、周波数ｆ10' の光および周
波数ｆ20の光以外の誤差光を遮断する。検出器４０４に
入射した周波数ｆ10' の光と周波数ｆ20の光とは干渉
し、検出器４０４は干渉光に基づく参照ビート信号（周
波数ｆ10' −ｆ20＝２Δｆ1 −Δｆ2 ）を演算器５０１
に供給する。

【００５３】演算器５０１では、参照ビート信号に対す
る測定ビート信号の位相変化に基づいて、周波数ｆ２の
光による移動鏡１４１の光路長変化ΔＤ（ｆ２）と周波
数ｆ１の光による移動鏡１４１の光路長変化ΔＤ（ｆ
１）との差である屈折率変動情報｛ΔＤ（ｆ２）−ΔＤ
（ｆ１）｝を求める。こうして、演算器５０１では、測
長用干渉計で測定された測定変位量ΔＤ（ｆ１）を、屈
折率変動測定系で測定された屈折率変動情報｛ΔＤ（ｆ
２）−ΔＤ（ｆ１）｝で補正することによって、移動鏡
１４１（ひいてはステージ１７１）の幾何学的変位量Δ
Ｄを求める。

【００５４】以下、移動鏡１４１の測定変位量ΔＤ（ｆ
１）から幾何学的変位量ΔＤへの補正について説明す
る。周波数ｆ１およびｆ２の光に対する光路長Ｄ（ｆ
１）およびＤ（ｆ２）は、次の式（６）および（７）に
よりそれぞれ表される。 Ｄ（ｆ１）＝｛１＋Ｎ・Ｆ（ｆ１）｝・Ｄ （６） Ｄ（ｆ２）＝｛１＋Ｎ・Ｆ（ｆ２）｝・Ｄ （７）

【００５５】ここで、Ｄは幾何学的な距離であり、Ｎは
空気の密度である。また、Ｆ（ｆ）は、空気の構成比が
不変であれば空気の密度に依存することなく光の周波数
ｆのみに依存する関数である。上述の式（６）および
（７）より、幾何学的距離Ｄは次の式（８）によって与
えられる。 Ｄ＝Ｄ（ｆ２）−Ａ’｛Ｄ（ｆ２）−Ｄ（ｆ１）｝ （８） 但し、Ａ’＝Ｆ（ｆ２）／｛Ｆ（ｆ２）−Ｆ（ｆ１）｝
である。したがって、式（８）を参照すると、幾何学的
変位量ΔＤは、次の式（９）によって与えられる。 ΔＤ＝ΔＤ（ｆ２）−Ａ’｛ΔＤ（ｆ２）−ΔＤ（ｆ１）｝ （９）

【００５６】第２実施例においても第１実施例と同様
に、従来のコーナーキューブプリズムに代えて、互いに
直交する３つの反射鏡を有する三面鏡２０１および２０
２を用いている。三面鏡２０１および２０２は、コーナ
ーキューブプリズムと同様に、参照光路および測定光路
を往復した後に偏光ビームスプリッタ１１１を介して入
射した光を入射光路と平行な射出光路に沿って反射して
偏光ビームスプリッタ１１１に戻す機能を有する。しか
しながら、三面鏡２０１および２０２は、コーナーキュ
ーブプリズムとは異なり、３つの反射鏡からなるミラー
構造であり、コーナーキューブプリズムの端面に対応す
る面を備えていない。したがって、第２実施例において
も第１実施例と同様に、入射光に対するコーナーキュー
ブプリズムの端面反射の発生自体を回避することによ
り、コーナーキューブプリズムの端面反射に起因する測
定誤差の発生を回避することができる。

【００５７】図３は、本発明の第３実施例にかかる光波
干渉測定装置の構成を概略的に示す図である。また、図
４は、図３において本発明にしたがって配置されたコー
ナーキューブプリズム１５０の作用を説明するための図
である。第３実施例は第１実施例と類似の構成を有する
が、三面鏡２００に代えて入射光軸に対して端面の法線
を傾けて配置したコーナーキューブプリズム１５０を用
いている点だけが第１実施例と相違している。したがっ
て、図３において、第１実施例の構成要素と同様の機能
を有する要素には図１と同じ参照符号を付している。以
下、第１実施例との相違点に着目して第３実施例を説明
する。

【００５８】第３実施例では、第１実施例と同様に、測
長用光源３００から射出された周波数ｆ00の光、並びに
屈折率変動測定用の光源３０１から射出された周波数ｆ
10の光および周波数ｆ20の光（以下、単に「光４１」で
総称する）が、ともにｐ偏光状態で偏光ビームスプリッ
タ１１０に入射する。偏光ビームスプリッタ１１０を透
過したｐ偏光の光４２は、１／４波長板１２０を介して
円偏光になり、移動鏡１４０に入射する。移動鏡１４０
で反射された円偏光の光４２は、１／４波長板１２０を
介してｓ偏光となり、偏光ビームスプリッタ１１０に戻
る。第１測定光路を往復して偏光ビームスプリッタ１１
０に戻ったｓ偏光の光４２は、偏光ビームスプリッタ１
１０で反射され、コーナーキューブプリズム１５０に入
射する。

【００５９】コーナーキューブプリズム１５０は、その
端面１５０ａが入射光軸に対して垂直ではなく、入射光
軸に対して端面１５０ａの法線が傾いて配置されてい
る。この場合においても、入射光軸に対して端面を垂直
に配置した従来のコーナーキューブプリズムと同様に、
コーナーキューブプリズム１５０の端面１５０ａを透過
したｓ偏光の光４２は、互いに直交する３つの反射面で
順次内部反射された後、入射光路と平行な射出光路に沿
ってコーナーキューブプリズム１５０から射出され、ｓ
偏光のの状態で偏光ビームスプリッタ１１０に入射す
る。

【００６０】偏光ビームスプリッタ１１０で反射された
ｓ偏光の光４２は、第１測定光路とは異なる第２測定光
路に沿って、１／４波長板１２０を介して円偏光とな
り、移動鏡１４０に入射する。移動鏡１４０で再び反射
された円偏光の光４２は、１／４波長板１２０を介して
ｐ偏光となり、偏光ビームスプリッタ１１０に戻る。第
２測定光路を往復して偏光ビームスプリッタ１１０に戻
ったｐ偏光の光４２は、偏光ビームスプリッタ１１０を
透過し、本来の測定光４３として偏光ビームスプリッタ
１１０から射出される。

【００６１】第３実施例において、たとえば１／４波長
板１２０のリタデーション誤差により、第２測定光路を
往復した後に偏光ビームスプリッタ１１０に入射する光
４２がｓ偏光を含んだ楕円偏光の光となることがある。
この場合、偏光ビームスプリッタ１１０を透過すべき光
４２のうちの一部のｓ偏光の光４４が偏光ビームスプリ
ッタ１１０で反射され、コーナーキューブプリズム１５
０に入射する。コーナーキューブプリズム１５０に入射
したｓ偏光の光４４の大部分はコーナーキューブプリズ
ム１５０の端面１５０ａを透過するが、その一部の光４
４ａは端面１５０ａで反射される。ここで、コーナーキ
ューブプリズム１５０の端面１５０ａの法線が入射光軸
に対して傾いて配置されているので、コーナーキューブ
プリズム１５０の端面１５０ａで反射された光４４ａ
は、図４中破線で示すように入射光路とは異なる光路に
沿ってコーナーキューブプリズム１５０から射出され、
偏光ビームスプリッタ１１０に入射する。

【００６２】ｓ偏光である光４４ａは、偏光ビームスプ
リッタ１１０で反射され、第２測定光路からずれた光路
を往復した後、ｐ偏光となって偏光ビームスプリッタ１
１０に戻る。偏光ビームスプリッタ１１０に戻ったｐ偏
光の光４４ａは、偏光ビームスプリッタ１１０を透過
し、誤差光として射出される。この場合、誤差光４４ａ
と本来の測定光４３とはともにｐ偏光であるが、互いに
異なる光路に沿って偏光ビームスプリッタ１１０から射
出される。

【００６３】また、第３実施例において、第１測定光路
を往復した光４２が、偏光ビームスプリッタ１１０で反
射された後、コーナーキューブプリズム１５０に入射す
る。この場合、コーナーキューブプリズム１５０に入射
した光４２の大部分は、その端面１５０ａを透過した
後、互いに直交する３つの反射面で順次内部反射され、
入射光路と平行な射出光路に沿ってコーナーキューブプ
リズム１５０から射出される。しかしながら、コーナー
キューブプリズム１５０の端面１５０ａの法線が入射光
軸に対して傾いて配置されているので、コーナーキュー
ブプリズム１５０に入射した光４２の一部の光４２ｂ
は、その端面１５０ａで反射された後、図４中破線で示
すように入射光路とは異なる光路に沿って偏光ビームス
プリッタ１１０に入射する。

【００６４】ｓ偏光である光４２ｂは、偏光ビームスプ
リッタ１１０で反射され、第１測定光路からずれた光路
（図示）および第２測定光路からずれた光路（不図示）
を往復した後、ｐ偏光となって偏光ビームスプリッタ１
１０に戻る。偏光ビームスプリッタ１１０に戻ったｐ偏
光の光４２ｂは、偏光ビームスプリッタ１１０を透過
し、誤差光として射出される。この場合も、誤差光４２
ｂと本来の測定光４３とはともにｐ偏光であるが、互い
に異なる光路に沿って偏光ビームスプリッタ１１０から
射出される。

【００６５】以上のように、第３実施例では、入射光軸
に対して端面の法線を傾けて配置したコーナーキューブ
プリズム１５０の作用により、誤差光４４ａおよび４２
ｂと本来の測定光４３とが空間的に分離され、互いに異
なる光路に沿って偏光ビームスプリッタ１１０から射出
される。したがって、たとえば遮蔽板などを用いて誤差
光４４ａおよび４２ｂを取り除くことにより、誤差光４
４ａおよび４２ｂと本来の測定光４３との干渉を回避す
ることができる。その結果、測長用干渉計や屈折率変動
測定系において、コーナーキューブプリズム１５０の端
面反射に起因する測定誤差の発生を回避することができ
る。

【００６６】上述のように、第１実施例および第２実施
例ではコーナーキューブプリズムに代えて三面鏡を用い
ているのに対し、第３実施例ではコーナーキューブプリ
ズムの端面を入射光軸に対して傾けて配置している。三
面鏡を用いている構成とコーナーキューブプリズムを傾
けて配置する構成とを比較すると、ミラー構造を有する
三面鏡ではプリズムとは異なり複数の周波数の光に対す
る分散や紫外域の光に対する吸収が起こらない点が有利
である。なお、上述の第１実施例および第２実施例では
コーナーキューブプリズムに代えて三面鏡を用いている
が、三面鏡に限定されることなく複数の反射鏡を有する
適当な反射手段を用いることもできる。

【００６７】また、上述の第２実施例では、周波数ｆ１
の光を用いて移動鏡１４１の変位量を測定しているが、
原理的には周波数ｆ２の光を用いても測定が可能であ
る。しかしながら、２つの周波数の光のうち周波数の低
い方の光（第２実施例では周波数ｆ１の光）を用いて移
動鏡１４１の変位量を測定するのが好ましい。以下、そ
の理由について説明する。

【００６８】一般に、測長用干渉計において、偏光ビー
ムスプリッタの消光比に起因する測定精度の低下の問題
がある。そこで、第２実施例では、３つの偏光ビームス
プリッタ１１１、１１２および１１３を組み合わせるこ
とにより、全体としての消光比を向上させている。しか
しながら、偏光ビームスプリッタの消光比が有限である
ため、本来偏光ビームスプリッタを透過すべき光が反射
されたり、本来偏光ビームスプリッタで反射されるべき
光が透過してしまう。その結果、本来透過すべきところ
を反射された光および本来反射されるべきところを透過
した光が誤差光となり、測長用干渉計の測定精度を低下
させてしまう。

【００６９】第２実施例において、偏光ビームスプリッ
タ１１１を本来透過すべきところを反射されたｐ偏光状
態の周波数ｆ10の光は、誤差光として参照光路に導かれ
る。この誤差光は、周波数ｆ11の参照光と同じ光路を介
して最終的にＳＨＧ変換素子１８２に達する。ＳＨＧ変
換素子１８２で変換されるＳＨＧ光の強度は入射光の強
度の二乗に比例するため、周波数ｆ10の光の変換効率は
多くとも１％程度である（光源３０２が周波数ｆ１およ
びｆ２の光をそれぞれ２００ｍＷの強度で射出する場合
について考えている）。その結果、測長用干渉計の測定
精度は、大きな影響を受けることがない。

【００７０】これに対し、周波数ｆ２の光を用いて移動
鏡１４１の変位量を測定すると、偏光ビームスプリッタ
１１１で反射された誤差光すなわちｐ偏光状態の周波数
ｆ20の光は、ＳＨＧ変換素子１８２で周波数変換される
ことなく、そのまま検出器４０５に達する。その結果、
測長用干渉計の測定精度は、大きな影響を受けてしま
う。このように、第２実施例では、偏光ビームスプリッ
タの消光比に起因する測定精度の低下を抑えるために、
２つの周波数の光のうち周波数の低い周波数ｆ１の光を
用いて移動鏡１４１の変位量を測定するのが好ましい。

【００７１】なお、上述の各実施例では、ヘテロダイン
干渉方式の測長用干渉計を用いているが、ホモダイン干
渉方式の測長用干渉計を用いることもできる。また、上
述の各実施例では、測定光路中の屈折率変動を測定して
いるが、参照光路中の屈折率変動を測定することもでき
る。さらに、上述の各実施例では、ヘテロダイン干渉方
式の屈折率変動測定系を用いているが、ホモダイン干渉
方式の屈折率変動測定系を用いることもできる。

【００７２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光波干渉
測定装置によれば、従来のコーナーキューブプリズムに
代えて、たとえば直交する３つの反射鏡からなる三面鏡
を用いているので、入射光に対するコーナーキューブプ
リズムの端面反射の発生自体を回避することができる。
また、入射光軸に対して端面を垂直に配置した従来のコ
ーナーキューブプリズムに代えて、入射光軸に対して端
面の法線を傾けて配置したコーナーキューブプリズムを
用いているので、その端面反射により発生した誤差光の
光路と本来の光の光路とを空間的に分離することがで
き、適当な遮蔽板などを用いて誤差光を取り除くことに
より誤差光と本来の光との干渉を回避することができ
る。その結果、本発明の光波干渉測定装置では、コーナ
ーキューブプリズムの端面反射に起因する測定誤差の発
生を回避し、高精度な測定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例にかかる光波干渉測定装置
の構成を概略的に示す図である。

【図２】本発明の第２実施例にかかる光波干渉測定装置
の構成を概略的に示す図である。

【図３】本発明の第３実施例にかかる光波干渉測定装置
の構成を概略的に示す図である。

【図４】図３において本発明にしたがって配置されたコ
ーナーキューブプリズム１５０の作用を説明するための
図である。

【図５】ダブルパス構成を有する従来の光波干渉測定装
置の測定光路の構成を概略的に示す図である。

【符号の説明】

１０１〜１０３ ダイクロイックミラー １１０〜１１５ 偏光ビームスプリッタ １２０〜１２４ １／４波長板 １３０、１３１ 固定鏡 １４０、１４１ 移動鏡 １５０、１５１ コーナーキューブプリズム １６０〜１６７ 周波数フィルタ １７０、１７１ ステージ １８０〜１８２ ＳＨＧ変換素子 １９０〜１９４ 周波数シフタ ２００〜２０２ 三面鏡 ２１０ ビームスプリッタ ２１１、２１２ ダイクロイックミラー ３００〜３０２ 光源 ４００〜４０５ 検出器 ５００、５０１ 演算器

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの光を参照光路を通過する参照
   光と移動鏡が配置された測定光路を通過する測定光とに
   分離するための偏光ビームスプリッタと、 前記測定光を前記測定光路で複数回往復させるために、
   前記測定光路を往復した後に前記偏光ビームスプリッタ
   を介して入射した前記測定光を入射光路とほぼ平行な射
   出光路に沿って反射して前記偏光ビームスプリッタに戻
   すための反射手段と、 前記参照光路を介した前記参照光と前記測定光路を介し
   た前記測定光との干渉光に基づいて、前記移動鏡の変位
   量を検出するための検出手段とを備え、 前記反射手段は、前記入射光路に沿って入射した前記測
   定光を順次反射して前記射出光路に沿って射出するため
   の複数の反射鏡を有することを特徴とする光波干渉測定
   装置。
2. 【請求項２】 前記反射手段は、互いに直交する３つの
   反射鏡を有することを特徴とする請求項１に記載の光波
   干渉測定装置。
3. 【請求項３】 前記測定光路中において前記測定光の偏
   光状態を変化させるための波長板をさらに備え、 前記反射手段は、前記入射光路に沿って入射した前記測
   定光の偏光状態を変化させることなく前記射出光路に沿
   って射出することを特徴とする請求項１または２に記載
   の光波干渉測定装置。
4. 【請求項４】 光源からの光を参照光路を通過する参照
   光と移動鏡が配置された測定光路を通過する測定光とに
   分離するための偏光ビームスプリッタと、 前記測定光を前記測定光路で複数回往復させるために、
   前記測定光路を往復した後に前記偏光ビームスプリッタ
   を介して入射した前記測定光を入射光路とほぼ平行な射
   出光路に沿って反射して前記偏光ビームスプリッタに戻
   すためのコーナーキューブプリズムと、 前記参照光路を介した前記参照光と前記測定光路を介し
   た前記測定光との干渉光に基づいて、前記移動鏡の変位
   量を検出するための検出手段とを備え、 前記コーナーキューブプリズムは、前記測定光の入射光
   軸に対して前記コーナーキューブプリズムの端面の法線
   が傾いて配置されていることを特徴とする光波干渉測定
   装置。
5. 【請求項５】 前記測定光路中において前記測定光の偏
   光状態を変化させるための波長板をさらに備え、 前記コーナーキューブプリズムは、該コーナーキューブ
   プリズムに入射した前記測定光の偏光状態を変化させる
   ことなく前記偏光ビームスプリッタに戻すことを特徴と
   する請求項４に記載の光波干渉測定装置。
6. 【請求項６】 特定の周波数を有する光を用いて測定光
   路中に配置された移動鏡の変位量を測定するための測長
   用干渉計と、 互いに異なる周波数を有する第１の光と第２の光とを供
   給するための光源と、 前記光源からの前記第１の光および前記第２の光の少な
   くとも一部を前記測定光路に導くための偏光ビームスプ
   リッタと、 前記第１の光および前記第２の光を前記測定光路で複数
   回往復させるために、前記測定光路を往復した後に前記
   偏光ビームスプリッタを介して入射した前記第１の光お
   よび前記第２の光を入射光路とほぼ平行な射出光路に沿
   って反射して前記偏光ビームスプリッタに戻すための反
   射手段と、 前記測定光路を介した前記第１の光および前記第２の光
   のうちの一方の光の周波数を他方の光の周波数とほぼ一
   致させることによって生成された干渉光に基づいて、前
   記測定光路中の気体の屈折率変動を検出するための検出
   手段と、 前記測長干渉計で測定された前記移動鏡の変位量を、前
   記検出手段で検出された前記測定光路中の気体の屈折率
   変動で補正することによって、前記移動鏡の幾何学的変
   位量を求めるための演算手段とを備え、 前記反射手段は、前記入射光路に沿って入射した前記第
   １の光および前記第２の光を順次反射して前記射出光路
   に沿って射出するための複数の反射鏡を有することを特
   徴とする光波干渉測定装置。
7. 【請求項７】 前記反射手段は、互いに直交する３つの
   反射鏡を有することを特徴とする請求項６に記載の光波
   干渉測定装置。
8. 【請求項８】 前記測定光路中において前記第１の光お
   よび前記第２の光の偏光状態を変化させるための波長板
   をさらに備え、 前記反射手段は、前記入射光路に沿って入射した前記第
   １の光および前記第２の光の偏光状態を変化させること
   なく前記射出光路に沿って射出することを特徴とする請
   求項６または７に記載の光波干渉測定装置。
9. 【請求項９】 特定の周波数を有する光を用いて測定光
   路中に配置された移動鏡の変位量を測定するための測長
   用干渉計と、 互いに異なる周波数を有する第１の光と第２の光とを供
   給するための光源と、 前記光源からの前記第１の光および前記第２の光の少な
   くとも一部を前記測定光路に導くための偏光ビームスプ
   リッタと、 前記第１の光および前記第２の光を前記測定光路で複数
   回往復させるために、前記測定光路を往復した後に前記
   偏光ビームスプリッタを介して入射した前記第１の光お
   よび前記第２の光を入射光路とほぼ平行な射出光路に沿
   って反射して前記偏光ビームスプリッタに戻すためのコ
   ーナーキューブプリズムと、 前記測定光路を介した前記第１の光および前記第２の光
   のうちの一方の光の周波数を他方の光の周波数とほぼ一
   致させることによって生成された干渉光に基づいて、前
   記測定光路中の気体の屈折率変動を検出するための検出
   手段と、 前記測長干渉計で測定された前記移動鏡の変位量を、前
   記検出手段で検出された前記測定光路中の気体の屈折率
   変動で補正することによって、前記移動鏡の幾何学的変
   位量を求めるための演算手段とを備え、 前記コーナーキューブプリズムは、前記第１の光および
   前記第２の光の入射光軸に対して前記コーナーキューブ
   プリズムの端面の法線が傾いて配置されていることを特
   徴とする光波干渉測定装置。
10. 【請求項１０】 前記測定光路中において前記第１の光
    および前記第２の光の偏光状態を変化させるための波長
    板をさらに備え、 前記コーナーキューブプリズムは、該コーナーキューブ
    プリズムに入射した前記第１の光および前記第２の光の
    偏光状態を変化させることなく前記偏光ビームスプリッ
    タに戻すことを特徴とする請求項９に記載の光波干渉測
    定装置。