JPH0599612A

JPH0599612A - レーザ干渉計

Info

Publication number: JPH0599612A
Application number: JP3285684A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Kodama; 賢一児玉
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1991-10-04
Filing date: 1991-10-04
Publication date: 1993-04-23

Abstract

(57)【要約】【目的】空気のゆらぎの影響を無くすと共に、レーザ
ビームの波長補正を不要とする。【構成】底辺８ａとこの底辺を挟む２辺８ｂ，８ｃと
で側面を囲まれた密閉空間８ｄを有し、それら２辺のそ
の密閉空間側に第１の反射面Ｍ₁ 及び第２の反射面Ｍ₂
が形成された密閉容器８と、レーザビームＢ₀ を第１の
ビームＢ₁ と第２のビームＢ₂ とに分離し、これら第１
及び第２のビームをそれぞれその密閉容器８の第１及び
第２の反射面に垂直に入射させるレーザビーム分離光学
系２〜７と、それら第１及び第２の平面鏡にそれぞれ反
射されそのレーザビーム分離光学系２〜７を介して戻っ
てきた第１及び第２のビームを混合して受光するフォト
ディテクタ１０とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば測長用のレーザ
干渉計に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造用のステッパー又は高精度な
工作機械等において、２部材間の相対変位を高精度に測
定するために測長用のレーザ干渉計が使用されている。
図１０は従来のレーザ干渉計の構成を示し、この図１０
において、レーザ発振器１から射出されたレーザビーム
Ｂ₀ は偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）３に入射す
る。このレーザビームＢ₀ は図１０の紙面に平行な偏光
成分（Ｐ偏光成分）と紙面に垂直な偏光成分（Ｓ偏光成
分）とを有するものとする。具体的に、例えばそのレー
ザ発振器１の発振状態が直線偏光であり、そのレーザビ
ームＢ₀ の偏光面がその偏光ビームスプリッター３に対
して図１０の紙面に垂直な方向から光軸回りに４５゜回
転している場合、又はそのレーザ発振器１の発振状態が
円偏光である場合には、そのレーザビームＢ₀ は両方の
偏光成分を有する。

【０００３】この場合、そのレーザビームＢ₀ の例えば
Ｐ偏光成分は、その偏光ビームスプリッター３の接合面
を透過して参照ビームＢｒとなる。この参照ビームＢｒ
は１／４波長板５を透過した後、固定鏡１５で反射され
て再びその１／４波長板５を透過するが、その１／４波
長板５を一往復することにより偏光面が９０゜回転して
いる。このため、その偏光ビームスプリッター３に向か
う参照ビームＢｒの偏光状態はＳ偏光となり、その参照
ビームＢｒはその偏光ビームスプリッター３の接合面で
反射された後、偏光板９を透過してフォトディテクタ１
０に到達する。その偏光板９の光学軸は、図１０の紙面
に垂直な方向から４５゜回転した方向に設定されてお
り、その参照ビームＢｒのその偏光板９の光学軸に平行
な偏光成分がそのフォトディテクタ１０に到達する。

【０００４】一方、レーザ発振器１から射出されたレー
ザビームＢ₀ の内の偏光ビームスプリッター３に対する
Ｓ偏光成分は、その接合面で反射されて測長ビームＢｍ
となる。この測長ビームＢｍは、１／４波長板４を透過
した後、移動鏡１６で反射されて再びその１／４波長板
４を透過するが、その１／４波長板４を一往復すること
により偏光面が９０゜回転している。このため、その偏
光ビームスプリッター３に向かう測長ビームＢｍの偏光
状態はＰ偏光となり、その測長ビームＢｍはその偏光ビ
ームスプリッター３の接合面を透過した後、偏光板９を
透過してフォトディテクタ１０に到達する。測長ビーム
Ｂｍについても、その偏光板９の光学軸に平行な偏光成
分がそのフォトディテクタ１０に到達するので、そのフ
ォトディテクタ１０上では固定鏡１５からの参照ビーム
Ｂｒと移動鏡１６からの測長ビームＢｍとが干渉する。

【０００５】そして、移動鏡１６がその測長ビームＢｍ
の光軸に平行なｘ方向に移動すると、レーザ発振器１を
出てからフォトディテクタ１０に到達するまでの測長ビ
ームＢｍと参照ビームＢｒとの光路長の差が変化して、
フォトディテクタ１０上での光強度が変化する。この光
強度をＩ´、移動鏡１６の変位をｘ、大気の屈折率をｎ
´、レーザビームの真空中の波長をλとして、Ｉ₀ ´及
びφ₀ ´を定数とすると、両者の関係式は次の（数１）
で与えられ、図１１に示すような信号波形が得られる。

【０００６】

【数１】Ｉ´＝Ｉ₀ ´｛１＋ｃｏｓ（４πｎ´ｘ／λ＋φ₀ ´）｝従って、その光強度Ｉ´を光電変換して逐次測定するこ
とにより、逆に移動鏡１６の変位ｘを知ることができ
る。図１１において、光強度Ｉ´の変位ｘに対する周期
Ｑ´はλ／（２ｎ´）である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
如き従来のレーザ干渉計においては、レーザビーム（特
に測長ビームＢｍ）の光路中の空気にゆらぎが生じる
と、空気の屈折率の変化により光路長が変化して、測定
誤差が生じるという不都合がある。この測定誤差を減少
させるため、図１０に示すように、測長ビームＢｍの近
傍に空気の温度、圧力及び湿度等を計測するためのセン
サー１７を配置することも考えられる。この場合には、
フォトディテクタ１０から出力される光電変換信号を処
理する波長補正回路１８が設けられ、そのセンサー１７
から供給される測定データに基づいてレーザビームの波
長λの補正及び移動鏡１６の変位の計算が行われる。

【０００８】しかしながら、この方式でも局所的な屈折
率の変化を完全に補正しきれないという不都合があっ
た。即ち、空気のゆらぎは空間的に一様ではないので、
一箇所で大気の状態を測定するだけでは完全に空気のゆ
らぎの補正をすることはできない。また、移動鏡１６が
ｘ方向に前後に移動するために、測長ビームＢｍの光路
中に多数のセンサーを配置する構成も実用的ではない。
本発明は斯かる点に鑑み、空気のゆらぎの影響が無く、
かつレーザビームの波長補正を不要とするレーザ干渉計
を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によるレーザ干渉
計は、例えば図１に示す如く、底辺（８ａ）とこの底辺
を挟む２辺（８ｂ，８ｃ）とで側面を囲まれた密閉空間
（８ｄ）を有し、それら２辺のその密閉空間側に第１の
平面鏡Ｍ₁及び第２の平面鏡Ｍ₂ が形成された密閉容器
（８）と、レーザビームＢ₀ を第１のビームＢ₁ と第２
のビームＢ₂ とに分離し、これら第１及び第２のビーム
をそれぞれその密閉容器（８）の第１及び第２の平面鏡
に垂直に入射させるレーザビーム分離光学系（２〜７）
と、それら第１及び第２の平面鏡にそれぞれ反射されそ
のレーザビーム分離光学系（２〜７）を介して戻ってき
た第１及び第２のビームを混合して受光する光電変換素
子（１０）とを有し、それら第１及び第２の平面鏡にそ
れぞれ反射された第１及び第２のビームの干渉状態の変
化より、その密閉容器（８）の底辺（８ａ）に平行な方
向への変位を測定するようにしたものである。

【００１０】この場合、その密閉容器（８）の密閉空間
（８ｄ）には、所定の気体を封入してもよく、又は真空
に保っておいてもよい。また、その密閉容器（８）の底
辺（８ａ）とこの底辺を挟む２辺（８ｂ，８ｃ）とが二
等辺三角形をなすようにしてもよい。ただし、これは実
質的に二等辺三角形であるという意味であり、より正確
にはその底辺（８ａ）と辺（８ｂ）との交差角と底辺
（８ａ）と辺（８ｃ）との交差角とが等しければよく、
必ずしも三角形である必要もないことは言うまでもな
い。更に、それら第１のビームＢ₁ と第２のビームＢ₂
とが、その密閉容器（８）の底辺（８ａ）又はこの底辺
の近傍で互いに交差するようにしてもよい。

【００１１】

【作用】斯かる本発明によれば、例えば図１に示すよう
に、レーザビーム分離光学系（２〜７）に対して密閉容
器（８）がその底辺（８ａ）の方向（ｘ方向）に移動す
ると、第１のミラーＭ₁ から反射される第１のビームＢ
₁ の光路長と第２のミラーＭ₂ から反射される第２のビ
ームＢ₂ の光路長との差が次第に変化する。従って、光
電変換素子（１０）でこれら第１のビームＢ₁ と第２の
ビームＢ₂ との干渉状態の変化を検出することにより、
その密閉容器（８）のその底辺（８ａ）に平行な方向へ
の変位を測定することができる。

【００１２】この場合、第１及び第２のビームの大部分
は密閉容器（８）の密閉空間（８ｄ）の中を通過してお
り、密閉空間（８ｄ）の内部では気体のゆらぎは存在し
ない。また、レーザビーム分離光学系（２〜７）と密閉
容器（８）との間隔は短くできると共に、あまり変化し
ないので、その間隔における空気のゆらぎの影響はほぼ
無視することができる。従って、レーザ干渉計の周囲で
空気のゆらぎが生じてもその影響はなく、測定結果に誤
差が生ずることもない。

【００１３】また、その密閉容器（８）の底辺（８ａ）
とこの底辺を挟む２辺（８ｂ，８ｃ）とが二等辺三角形
をなしている場合には、その密閉容器（８）がそのレー
ザビーム分離光学系（２〜７）に対してその底辺（８
ａ）に垂直な方向に相対変位しても、第１のビームＢ₁
の光路長と第２のビームＢ₂ の光路長との差は変化しな
い。従って、その底辺（８ａ）に垂直な方向への相対変
位は測定されないので、その底辺（８ａ）に平行な方向
（ｘ方向）への変位だけを正確に測定することができ
る。

【００１４】更に、第１のビームＢ₁ と第２のビームＢ
₂ とがその密閉容器（８）の底辺（８ａ）の近傍で互い
に交差するようにした場合には、仮にその底辺（８ａ）
に場所による厚さのむらがある場合でも、それら第１の
ビームＢ₁ の光路長と第２のビームＢ₂ の光路長とが同
じ量だけ変化する。従って、その底辺（８ａ）の厚さの
むらにより計測結果に誤差が生じることがない。

【００１５】

【実施例】以下、本発明によるレーザ干渉計の種々の実
施例につき図１〜図９を参照して説明しよう。これらの
実施例において図１０に対応する部分には同一符号を付
してその詳細説明を省略する。

【００１６】［第１実施例］図１は第１実施例の平面の
断面図を示し、この図１において、２は全体として中空
の第１の密閉容器を示す。この第１の密閉容器２の中空
部の側面を、光透過性のレーザビーム入射面２ａ、光透
過性のレーザビーム入出力面２ｂ、光透過性のレーザビ
ーム射出面２ｃ及びその他の面により囲み、その中空部
には偏光ビームスプリッター３、２個の１／４波長板
４，５及び２個の平面鏡６，７を設置しておく。そし
て、その第１の密閉容器２の中空部は所定の気体を封入
するか、又は真空に保っておく。また、その第１の密閉
容器２のレーザビーム入射面２ａの外側にレーザ発振器
１を固定し、レーザビーム射出面２ｃの外側に偏光板
９、集光レンズ１１及びフォトディテクタ１０を配置す
る。

【００１７】８は密閉空間８ｄを有する第２の密閉容器
を示し、この第２の密閉容器８の密閉空間８ｄの側面を
光透過性の底辺８ａ、この底辺８ａに頂角αで交差する
第１辺８ｂ及びその底辺８ａに頂角βで交差する第２辺
８ｃで覆う。それら第１辺８ｂ及び第２辺８ｃの密閉空
間８ｄ側の面にそれぞれ面精度が極めて良い平面状の第
１の反射面Ｍ₁ 及び第２の反射面Ｍ₂ を形成する。そし
て、その密閉空間８ｄも所定の気体を封入するか、又は
真空に保っておく。また、その第１の密閉容器２のレー
ザビーム入出力面２ｂと第２の密閉容器８の底辺８ａと
が対向するように配置すると共に、その第２の密閉容器
８はその底辺８ａに平行なｘ方向に移動自在であるもの
とする。これは第２の密閉容器８を、例えばｘ方向に摺
動する移動テーブルに装着することを意味し、これによ
りその移動テーブルのｘ方向への変位を測定することが
できる。

【００１８】この図１において、レーザ発振器１から射
出されたレーザビームＢ₀ は、レーザビーム入射面２ａ
を透過して第１の密閉容器２の中空部の偏光ビームスプ
リッター３に入射し、このビームスプリッター３の接合
面に対するＳ偏光成分は反射されて第１のビームＢ₁ と
なり、Ｐ偏光成分は透過して第２のビームＢ₂ となる。
レーザ発振器１の発振状態が直線偏光の場合は、その偏
光面を偏光ビームスプリッター３に対して光軸回りに４
５゜傾けて配置する。この場合、第１のビームＢ₁ は１
／４波長板４を通り円偏光となって平面鏡６で反射され
た後に、レーザビーム入出力面２ｂ及び底辺８ａを透過
して第２の密閉容器８の密閉空間８ｄの第１の反射面Ｍ
₁に垂直に入射する。

【００１９】第１の反射面Ｍ₁ で垂直に反射された第１
のビームＢ₁ は、底辺８ａ及びレーザビーム入出力面２
ｂを通って平面鏡６で反射された後、１／４波長板４を
通過する。この結果、第１のビームＢ₁ は１／４波長板
４を２回通過したことになり、偏光ビームスプリッター
３の接合面に対してＰ偏光になる。従って、その第１の
ビームＢ₁ はその接合面を透過した後、レーザビーム射
出面２ｃ及び偏光板９を透過して、集光レンズ１１によ
りフォトディテクタ１０上に集束される。その偏光板９
の偏光軸は偏光ビームスプリッター３の接合面に対して
光軸回りに４５゜傾いている。

【００２０】一方、第２のビームＢ₂ は、１／４波長板
５を通り円偏光となって平面鏡７で反射された後に、レ
ーザビーム入出力面２ｂ及び底辺８ａを透過して第２の
密閉容器８の密閉空間８ｄの第２の反射面Ｍ₂ に垂直に
入射する。第２の反射面Ｍ₂で垂直に反射された第２の
ビームＢ₂ は、底辺８ａ及びレーザビーム入出力面２ｂ
を通って平面鏡７で反射された後、１／４波長板５を通
過する。この結果、第２のビームＢ₂ は１／４波長板５
を２回通過したことになり、偏光ビームスプリッター３
の接合面に対してＳ偏光になる。従って、その第２のビ
ームＢ₂ はその接合面で反射された後、レーザビーム射
出面２ｃ及び偏光板９を透過して、集光レンズ１１によ
りフォトディテクタ１０上に集束される。このフォトデ
ィテクタ１０上において第１のビームＢ₁ と第２のビー
ムＢ₂ とが干渉する。

【００２１】この状態で第２の密閉容器８が底辺８ａに
平行なｘ方向に移動すると、第１のビームＢ₁ の光路長
と第２のビームＢ₂ の光路長とがそれぞれ変化する。こ
れらの変化の正負は逆であるため、両者の光路長の差が
変化し、それに応じてフォトディテクタ１０上で光強度
が正弦波状に変化する。この原理を図２を参照して詳細
に説明する。

【００２２】図２においては、図１の第２の密閉容器８
を三角形の図形で模式的に表している。初めに実線で示
す位置にあった密閉容器８が、底辺に平行な方向にｘ、
その底辺に垂直な方向にｙだけ並進移動して点線で示す
位置８Ｔに達する場合を想定する。この場合、反射面Ｍ
₁ 及び反射面Ｍ₂ が底辺となす角度はそれぞれα及びβ
であるため、第１のビームＢ₁ 及び第２のビームＢ₂ が
通過する片道の長さの増加量をそれぞれＬ₁ 及びＬ₂ と
すると、これらＬ₁ 及びＬ₂ はｘ及びｙの関数として次
式で表すことができる。

【数２】Ｌ₁ ＝−ｓｉｎα・ｘ＋ｃｏｓα・ｙＬ₂ ＝ｓｉｎβ・ｘ＋ｃｏｓβ・ｙ

【００２３】従って、密閉容器８内の気体の屈折率をｎ
とすると、第１のビームＢ₁ と第２のビームＢ₂ との往
復の光路長差ΔＰは次の（数３）で表すことができる。

【数３】 ΔＰ＝２ｎ（Ｌ₂ −Ｌ₁ ）＝２ｎ｛（ｓｉｎβ＋ｓｉｎα）ｘ＋（ｃｏｓβ−ｃｏｓα）ｙ｝

【００２４】仮に密閉容器８が二等辺三角形であるとす
ると、α＝βが成立し、（数３）の第２項が消えて（数
３）は次の（数４）になる。

【数４】ΔＰ＝４ｎｓｉｎα・ｘこの（数４）にはｙが含まれていないため、底辺に垂直
な方向への変位ｙが存在しても、測定結果には影響しな
いことを意味する。従って、第２の密閉容器８が二等辺
三角形とみなせるときには、その密閉容器８のｘ方向へ
の案内機構に底辺に垂直な方向への振れが存在しても測
定結果は正確にｘ方向のみの変位を示すことになり、測
定精度が向上する。

【００２５】この場合のフォトディテクタ１０上の光強
度をＩとして、Ｉ₀ 及びφ₀ をそれぞれ定数とすると、
光強度Ｉと変位ｘとの関係は次の（数５）のようにな
り、その波形は図３に示す如くなる。

【数５】Ｉ＝Ｉ₀ ｛１＋ｃｏｓ（８πｎｓｉｎα・ｘ／λ＋φ₀ ）｝従って、その光強度Ｉを光電変換して逐次測定すること
により、逆に第２の密閉容器８の変位ｘを知ることがで
きる。図３において、光強度Ｉの変位ｘに対する周期Ｑ
はλ／（４ｎｓｉｎα）である。

【００２６】本例においては、第１のビームＢ₁ 及び第
２のビームＢ₂ の光路の大部分が第２の密閉容器８の内
部にあるので、その光路の大部分では空気のゆらぎの影
響を受けることがない。また、第１の密閉容器２と第２
の密閉容器８との間では第１のビームＢ₁ 及び第２のビ
ームＢ₂ は共に大気中を通り、空気のゆらぎの影響を受
けるが、両密閉容器の間隔を小さく保つことでその影響
はほとんど無視できる。また、ビームＢ₁ 及びビームＢ
₂ が第１の密閉容器２から射出してフォトディテクタ１
０に到達するまでの間は大気中を通過するが、ビームＢ
₁ 及びビームＢ₂ は同一光路を通過するので空気のゆら
ぎの影響はない。勿論、偏光板９、集光レンズ１１、フ
ォトディテクタ１０も第１の密閉容器２内に入れても良
いことは言うまでもない。従って、本例のレーザ干渉計
によれば、空気のゆらぎの影響をほぼ完全に排除するこ
とができる。

【００２７】また、図１に示すように、本例では第１の
ビームＢ₁ と第２のビームＢ₂ とが第２の密閉容器８の
底辺８ａの中又はこの底辺８ａの近傍で交差している。
従って、その底辺８ａの厚さがｘ方向でばらついていて
も、その底辺８ａの厚さに起因する第１のビームＢ₁ の
光路長の変化量と第２のビームＢ₂ の光路長の変化量と
はほぼ同一であり、その厚さのばらつきの影響を排除で
きる利点がある。

【００２８】更に、第２の密閉容器８の熱膨張等による
内容積の変化が小さいものとすると、その密閉容器８の
内部の気体（又は真空）の屈折率は常に一定である。従
って、大気の温度、圧力、湿度等が変化しても、これら
に全く左右されずに安定した測定を行うことができる。
即ち、その密閉容器８に最初に気体を封入したときの屈
折率ｎが正確に知られていれば、波長補正を行う必要が
全くなくなることになる。

【００２９】なお、上述実施例では変位をフォトディテ
クタ１０上で干渉する２本のレーザビームの強度変化と
して検出するホモダイン検出法で説明しているが、密閉
容器８の前進又は後退を判別するためにフォトディテク
タ１０を複数個の受光素子より構成し、位相を部分的に
変化させるための位相板等を配置してもよい。また、第
１のビームＢ₁ 及び第２のビームＢ₂ として周波数がわ
ずかに異なる互いにコヒーレントなレーザビームを用い
たヘテロダイン検出法を用いてもよく、この場合には、
光強度Ｉの光電変換信号は位相変調信号となり、１相の
信号から前進又は後退の情報を得ることができる。

【００３０】上記したように第１実施例では、第２の密
閉容器８が二等辺三角形であるときには、その密閉容器
８が並進移動しても測定誤差は生じない。しかしなが
ら、その密閉容器８が回転すると測定誤差が生じる虞が
ある。図４は、その密閉容器８が図４の紙面に平行な面
内で回転した状態を示し、この図４において、初めに実
線で示す位置にあった密閉容器８が回転して一点鎖線で
示す位置８Ｒに達するものとする。また、入射ビームを
実線で示し、密閉容器８が回転した後の反射ビームを点
線で示す。ただし、この図４では簡単のため図１におけ
る第１の密閉容器２、１／４波長板４，５、偏光板９及
びフォトディテクタ１０等は省略してある。

【００３１】この図４より理解できるように、入射する
第１ビームＢ₁ 及び第２ビームＢ₂は密閉容器８内の反
射面で反射されてそれぞれ点線で示す第１ビームＢ₁ ´
及び第２ビームＢ₂ ´となるが、これら第１ビームＢ₁
´及び第２ビームＢ₂ ´はフォトディテクタ１０に入射
するときに広がり角を持った２本のビームとなる。この
ため、フォトディテクタ１０上での干渉状態に変化が生
じ、測定誤差が発生したり、干渉しなくなったりすると
いう不都合がある。この不都合を改善したのが次に示す
第２実施例である。

【００３２】［第２実施例］図５は本例の光学系の平面
の断面図を示し、この図５において図１に対応する部分
には同一符号を付してその詳細説明を省略する。ただ
し、第１の密閉容器２は図１の場合と異なりレーザビー
ム入射面２ａをレーザビーム射出面としても兼用し、中
空部の側面の形状もわずかに異なっているが、同一の符
号を使用している。

【００３３】図５において、１２は無偏光ビームスプリ
ッターを示し、このビームスプリッター１２を第１の密
閉容器５のレーザビーム入射面２ａの外側に設置し、こ
のビームスプリッター１２の接合面に対して対称にレー
ザ発振器１及び光学素子９，１０，１１を配置する。ま
た、第１の密閉容器２の中空部において、偏光ビームス
プリッター３の一面側にコーナーキューブ１３を配置す
る。コーナーキューブ１３は入射して来るレーザビーム
を同じ方向に反射する光学部品である。他の構成は図１
と同様である。

【００３４】この場合、レーザ発振器１から射出された
レーザビームＢ₀は無偏光ビームスプリッター１２を通
過して第１の密閉容器２内の偏光ビームスプリッター３
で、反射光の第１のビームＢ₁ 及び透過光の第２のビー
ムＢ₂ とに分離される。これら第１のビームＢ₁ 及び第
２のビームＢ₂ はそれぞれ第２の密閉容器８内の第１の
反射面Ｍ₁ 及び第２の反射面Ｍ₂ により反射されて再び
偏光ビームスプリッター３に戻って来る。このとき両ビ
ームともそれぞれ１／４波長板を２回通過しているの
で、第１のビームＢ₁ はビームスプリッター３を通過
し、第２のビームＢ₂ はビームスプリッター３で反射さ
れて、両ビームともにコーナーキューブ１３に入射す
る。

【００３５】コーナーキューブ１３で反射された第１の
ビームＢ₁ は偏光ビームスプリッター３を透過し、コー
ナーキューブ１３で反射された第２のビームＢ₂ は偏光
ビームスプリッター３で反射された後、再びそれぞれ第
２の密閉容器８内の第１の反射面Ｍ₁ 及び第２の反射面
Ｍ₂ により反射されて偏光ビームスプリッター３に戻っ
て来る。このとき両ビームともそれぞれ１／４波長板を
更に２回通過しているので、今度は第１のビームＢ₁ は
ビームスプリッター３で反射され、第２のビームＢ₂は
ビームスプリッター３を透過して、両ビームともにレー
ザビーム入射面２ａを逆方向に戻って無偏光ビームスプ
リッター１２に達する。この無偏光ビームスプリッター
１２で反射された両ビームは偏光板９及び集光レンズ１
１を透過してフォトディテクタ１０上で干渉し、このフ
ォトディテクタ１０から変位信号が出力される。

【００３６】この第２実施例では２本のビームＢ₁ 及び
Ｂ₂ がそれぞれ反射面Ｍ₁ 及びＭ₂で２回ずつ反射され
るので、第１実施例と比較して感度が２倍になり、第２
の密閉容器８の底辺に平行な方向の変位ｘとフォトディ
テクタ１０上の光強度Ｉとの関係は次式のようになる。
ただし、第２の密閉容器８は二等辺三角形を成している
ものとし、その三角形の２つの底角をそれぞれαとす
る。

【数６】Ｉ＝Ｉ₀ ｛１＋ｃｏｓ（１６πｎｓｉｎα・ｘ／λ＋φ₀ ）｝

【００３７】次に、図６を参照して、第２の密閉容器８
が図５の紙面に平行な面内で回転した場合について説明
する。図６は、その密閉容器８が図６の紙面に平行な面
内で回転した状態を示し、この図６において、初めに実
線で示す位置にあった密閉容器８が回転して一点鎖線で
示す位置８Ｒに達するものとする。また、レーザ発振器
１からの入射ビームＢ ₀ の内で偏光ビームスプリッター
３を透過した成分である第２のビームＢ₂ を実線で示
し、偏光ビームスプリッター３で反射された成分である
第１のビームＢ₁を点線で示す。ただし、この図４では
簡単のため図５におけるレーザ発振器１、無偏光ビーム
スプリッター１２、第１の密閉容器２、１／４波長板
４，５、偏光板９、集光レンズ１１及びフォトディテク
タ１０等は省略してある。

【００３８】この図４より理解できるように、入射する
第１ビームＢ₁ 及び第２ビームＢ₂は回転後の位置８Ｒ
に存在する密閉容器８内の反射面で反射されてそれぞれ
点線で示す第１ビームＢ₁ ´及び実線で示す第２ビーム
Ｂ₂ ´となるが、これら第１ビームＢ₁ ´及び第２ビー
ムＢ₂ ´は無偏光ビームスプリッター１２を出た後に互
いに平行なビームとなる。従って、この第２実施例では
第２の密閉容器８に回転が生じても、反射されて来た２
本のビームは集光レンズ１１に対して平行に入射するの
で、常に良好な干渉状態が維持される。

【００３９】［第３実施例］この第３実施例も第１実施
例の回転に起因する不都合を改善するための構成例であ
る。図７は第３実施例の光学系の平面の断面図を示し、
この図７において図１に対応する部分には同一符号を付
してその詳細説明を省略する。この第３実施例では図１
の第１実施例における一方の平面鏡６をペンタプリズム
１４で置き換える。他の構成は図１と同様である。

【００４０】次に、第２の密閉容器８が図７の紙面に平
行な面内で回転した場合について説明する。図８は、そ
の密閉容器８が図８の紙面に平行な面内で回転した状態
を示し、この図８において、初めに実線で示す位置にあ
った密閉容器８が回転して一点鎖線で示す位置８Ｒに達
するものとする。また、第２の密閉容器８へ入射する第
１のビームＢ₁ 及び第２のビームＢ₂ を実線で示し、そ
の密閉容器８が回転した後の反射ビームを点線で示す。
ただし、この図８では簡単のため図７におけるレーザ発
振器１、第１の密閉容器２、１／４波長板４，５、偏光
板９、集光レンズ１１及びフォトディテクタ１０等は省
略してある。この図８より、密閉容器８に回転が生じて
も反射されて来た２本のビームは集光レンズ１１に対し
て互いに平行に入射することが理解できる。

【００４１】次に、図９を参照して上述実施例において
第２の密閉容器８が回転した場合の測定誤差（所謂アッ
ベ誤差）について説明する。図９は密閉容器８の正規の
状態を実線で示し、その密閉容器８が底辺上の任意の点
Ｐを中心として図９の紙面に平行な面内で角度θだけ左
回転して位置８Ｒに達した状態を一点鎖線で示してい
る。この場合、第１のビームＢ₁ 及び第２のビームＢ₂
はそれぞれ片道で光路がＳ_L 及びＳ_r だけ変化する。ま
た、密閉容器８の側面の形状を頂角がδの二等辺三角形
として、点Ｐから底辺の中点までの距離をｒ、その中点
から２本のビームが密閉容器８に入射する点までの距離
をｄとする。これらの条件に加えて、θ≒０とすると、
距離Ｓ_L 及びＳ_r はそれぞれ次式で与えられる。

【００４２】

【数７】Ｓ_L ＝（ｒ＋ｄ）ｓｉｎ（δ／２）・θ Ｓ_r ＝（ｒ＋ｄ）ｓｉｎ（δ／２）・θ 従って、常にＳ_L ＝Ｓ_r となり、回転による測長誤差は
生じない。即ち、密閉容器８の底辺上の任意の点でアッ
ベ誤差は０である。

【００４３】なお、本発明は上述実施例に限定されず本
発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得るこ
とは勿論である。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、第１のビーム及び第２
のビームの光路の大部分は密閉容器の密閉空間の中に存
在するため、空気のゆらぎの影響が無く、かつレーザビ
ームの波長補正が不要になる利点がある。また、その密
閉容器の底辺とこの底辺を挟む２辺とが二等辺三角形を
なす場合には、その密閉容器が底辺に垂直な方向に振れ
ても測定誤差が発生しない利点がある。更に、それら第
１のビームと第２のビームとがその底辺又はその底辺の
近傍で交差するようにした場合には、その底辺の厚さの
ばらつきによる測定誤差が発生しない利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるレーザ干渉計の第１実施例の光学
系を示す断面図である。

【図２】第１実施例で第２の密閉容器が並進移動した場
合を示す概念図である。

【図３】第１実施例で検出される光強度を示す波形図で
ある。

【図４】第１実施例で第２の密閉容器が回転した場合を
示す概念図である。

【図５】本発明の第２実施例の光学系を示す断面図であ
る。

【図６】第２実施例で第２の密閉容器が回転した場合を
示す概念図である。

【図７】本発明の第３実施例の光学系を示す断面図であ
る。

【図８】第３実施例で第２の密閉容器が回転した場合を
示す概念図である。

【図９】本発明の実施例における第２の密閉容器の回転
に起因するアッベ誤差の説明に供する線図である。

【図１０】従来のレーザ干渉計を示す構成図である。

【図１１】従来のレーザ干渉計で検出される光強度を示
す波形図である。

【符号の説明】

１レーザ発振器２第１の密閉容器３偏光ビームスプリッター４，５１／４波長板６，７平面鏡８第２の密閉容器９偏光板１０フォトディテクタ１１集光レンズ１２無偏光ビームスプリッター１３コーナーキューブ１４ペンタプリズム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】底辺と該底辺を挟む２辺とで側面を囲ま
れた密閉空間を有し、前記２辺の前記密閉空間側に第１
の平面鏡及び第２の平面鏡が形成された密閉容器と、レーザビームを第１のビームと第２のビームとに分離
し、該第１及び第２のビームをそれぞれ前記密閉容器の
第１及び第２の平面鏡に垂直に入射させるレーザビーム
分離光学系と、前記第１及び第２の平面鏡にそれぞれ反射され前記レー
ザビーム分離光学系を介して戻ってきた第１及び第２の
ビームを混合して受光する光電変換素子とを有し、前記第１及び第２の平面鏡でそれぞれ反射された第１及
び第２のビームの干渉状態の変化より、前記密閉容器の
底辺に平行な方向への変位を測定するようにした事を特
徴とするレーザ干渉計。
【請求項２】前記密閉容器の底辺と該底辺を挟む２辺
とが二等辺三角形をなす事を特徴とする請求項１記載の
レーザ干渉計。
【請求項３】前記第１のビームと第２のビームとが、
前記密閉容器の底辺又は該底辺の近傍で互いに交差する
事を特徴とする請求項１記載のレーザ干渉計。