JPH1144504A - 光波干渉測定装置 - Google Patents
光波干渉測定装置Info
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- JPH1144504A JPH1144504A JP9217162A JP21716297A JPH1144504A JP H1144504 A JPH1144504 A JP H1144504A JP 9217162 A JP9217162 A JP 9217162A JP 21716297 A JP21716297 A JP 21716297A JP H1144504 A JPH1144504 A JP H1144504A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明は、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し、複数の周波
数シフタでの駆動周波数に変動が生じても測定誤差を生
じさせずに屈折率変動情報を得ることができる光波干渉
測定装置を提供することを目的とする。 【解決手段】光波干渉測定装置において、移動鏡103
7の変位量を測定した第3干渉信号1402を光源部3
000からの第3基準信号1401と位相計1502で
比較し、参照光路を通った屈折率変動計測用の第1干渉
信号1411と光源部3000からの第1基準信号14
21とを位相計1503で比較し、測定光路を通った屈
折率変動計測用の第2干渉信号1412と光源部300
0からの第2基準信号1422とを位相計1503で比
較して、光源部3000内の複数の周波数シフタによる
駆動周波数の変動分をキャンセルするように構成する。
に測定するための光波干渉測定装置に関し、複数の周波
数シフタでの駆動周波数に変動が生じても測定誤差を生
じさせずに屈折率変動情報を得ることができる光波干渉
測定装置を提供することを目的とする。 【解決手段】光波干渉測定装置において、移動鏡103
7の変位量を測定した第3干渉信号1402を光源部3
000からの第3基準信号1401と位相計1502で
比較し、参照光路を通った屈折率変動計測用の第1干渉
信号1411と光源部3000からの第1基準信号14
21とを位相計1503で比較し、測定光路を通った屈
折率変動計測用の第2干渉信号1412と光源部300
0からの第2基準信号1422とを位相計1503で比
較して、光源部3000内の複数の周波数シフタによる
駆動周波数の変動分をキャンセルするように構成する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、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。
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。
【0002】
【従来の技術】従来の光波干渉測定装置の概略の構成を
図12を用いて説明する。図12に示す光波干渉測定装
置は、移動鏡の変位量の測定および、参照光路中と測定
光路中の空気や他の気体の屈折率変動の測定をヘテロダ
イン干渉法で行うものである。また、図13は、図12
の周波数シフト部2000の構成を概略的に示してい
る。
図12を用いて説明する。図12に示す光波干渉測定装
置は、移動鏡の変位量の測定および、参照光路中と測定
光路中の空気や他の気体の屈折率変動の測定をヘテロダ
イン干渉法で行うものである。また、図13は、図12
の周波数シフト部2000の構成を概略的に示してい
る。
【0003】図12において、光源1000から周波数
f1の光と周波数f2(=2×f1)の光とが周波数シ
フト部2000に向けて射出される。このとき、周波数
f1の光および周波数f2の光の偏光方位は、例えば図
12の紙面に対して45°傾いている。図13を参照す
ると、周波数シフト部2000に入射した周波数f2の
光は、周波数分離素子1011を透過して偏光分離素子
1023に入射する。偏光分離素子1023で反射され
た周波数f2の光は、反射鏡1033で反射されて、例
えば音響光学素子からなる周波数シフタ1201に入射
し、周波数シフタ1201により周波数f2とはわずか
に周波数の異なる周波数f2a(=f2+Δf2a)の
光に周波数シフトされる。一方、偏光分離素子1023
を透過した周波数f2の光は、周波数シフタ1202に
より、周波数f2b(=f2+Δf2b)の光に周波数
シフトされる。
f1の光と周波数f2(=2×f1)の光とが周波数シ
フト部2000に向けて射出される。このとき、周波数
f1の光および周波数f2の光の偏光方位は、例えば図
12の紙面に対して45°傾いている。図13を参照す
ると、周波数シフト部2000に入射した周波数f2の
光は、周波数分離素子1011を透過して偏光分離素子
1023に入射する。偏光分離素子1023で反射され
た周波数f2の光は、反射鏡1033で反射されて、例
えば音響光学素子からなる周波数シフタ1201に入射
し、周波数シフタ1201により周波数f2とはわずか
に周波数の異なる周波数f2a(=f2+Δf2a)の
光に周波数シフトされる。一方、偏光分離素子1023
を透過した周波数f2の光は、周波数シフタ1202に
より、周波数f2b(=f2+Δf2b)の光に周波数
シフトされる。
【0004】周波数シフタ1201で周波数シフトされ
た周波数f2aの光は反射鏡1034で反射されて偏光
分離素子1024に入射し、周波数1202で周波数シ
フトされた周波数f2bの光は直接偏光分離素子102
4に入射する。こうして、偏光分離素子1024により
結合された周波数f2aの光と周波数f2bの光とは、
周波数分離素子1012に入射する。
た周波数f2aの光は反射鏡1034で反射されて偏光
分離素子1024に入射し、周波数1202で周波数シ
フトされた周波数f2bの光は直接偏光分離素子102
4に入射する。こうして、偏光分離素子1024により
結合された周波数f2aの光と周波数f2bの光とは、
周波数分離素子1012に入射する。
【0005】また一方、光源1000からの周波数f1
の光は、周波数分離素子1011で反射された後、偏光
分離素子1021に入射する。偏光分離素子1021で
反射された周波数f1の光は、周波数シフタ1101に
より周波数f1a(=f1+Δf1a)の光に周波数シ
フトされる。また、偏光分離素子1021を透過した周
波数f1の光は、反射鏡1031で反射されて周波数シ
フタ1102に入射し、周波数シフタ1102により周
波数f1b(=f1+Δf1b)の光に周波数シフトさ
れる。
の光は、周波数分離素子1011で反射された後、偏光
分離素子1021に入射する。偏光分離素子1021で
反射された周波数f1の光は、周波数シフタ1101に
より周波数f1a(=f1+Δf1a)の光に周波数シ
フトされる。また、偏光分離素子1021を透過した周
波数f1の光は、反射鏡1031で反射されて周波数シ
フタ1102に入射し、周波数シフタ1102により周
波数f1b(=f1+Δf1b)の光に周波数シフトさ
れる。
【0006】周波数シフタ1101で周波数シフトされ
た周波数f1aの光は直接偏光分離素子1022に入射
する。周波数シフタ1102で周波数シフトされた周波
数f1bの光は反射鏡1032で反射された後偏光分離
素子1022に入射する。こうして、偏光分離素子10
22により結合された周波数f1aの光と周波数f1b
の光とは、周波数分離素子1012に入射する。
た周波数f1aの光は直接偏光分離素子1022に入射
する。周波数シフタ1102で周波数シフトされた周波
数f1bの光は反射鏡1032で反射された後偏光分離
素子1022に入射する。こうして、偏光分離素子10
22により結合された周波数f1aの光と周波数f1b
の光とは、周波数分離素子1012に入射する。
【0007】周波数分離素子1012により結合された
周波数f2aの光と周波数f2bの光、および周波数f
1aの光と周波数f1bの光とは、ビームスプリッタ1
051を介して周波数シフト部2000から射出され
る。
周波数f2aの光と周波数f2bの光、および周波数f
1aの光と周波数f1bの光とは、ビームスプリッタ1
051を介して周波数シフト部2000から射出され
る。
【0008】再び図12に戻って、周波数シフト部20
00から射出された各々の光は、反射鏡1035により
光路を折り曲げられて偏光分離素子1025に向けて射
出される。偏光分離素子1025において、周波数f1
aの光および周波数f2aの光は反射されて参照光路に
向かう。参照光路には、コーナーキューブプリズムであ
る固定鏡1036が設けられており、周波数f1aの光
および周波数f2aの光は反射鏡1038により偏光分
離素子1025と固定鏡1036との間を2往復した
後、偏光分離素子1025から射出される。偏光分離素
子1025を射出した周波数f1aの光および周波数f
2aの光は、ビームスプリッタ1052に入射する。
00から射出された各々の光は、反射鏡1035により
光路を折り曲げられて偏光分離素子1025に向けて射
出される。偏光分離素子1025において、周波数f1
aの光および周波数f2aの光は反射されて参照光路に
向かう。参照光路には、コーナーキューブプリズムであ
る固定鏡1036が設けられており、周波数f1aの光
および周波数f2aの光は反射鏡1038により偏光分
離素子1025と固定鏡1036との間を2往復した
後、偏光分離素子1025から射出される。偏光分離素
子1025を射出した周波数f1aの光および周波数f
2aの光は、ビームスプリッタ1052に入射する。
【0009】また、周波数f1bの光および周波数f2
bの光は偏光分離素子1025を透過して測定光路に向
かう。測定光路には、コーナーキューブプリズムである
移動鏡1037が設けられており、周波数f1bの光お
よび周波数f2bの光は反射鏡1038により偏光分離
素子1025と移動鏡1037との間を2往復した後、
偏光分離素子1025から射出される。偏光分離素子1
025を射出した周波数f1bの光および周波数f2b
の光は、反射鏡1039、反射鏡1040で反射してビ
ームスプリッタ1052に入射する。
bの光は偏光分離素子1025を透過して測定光路に向
かう。測定光路には、コーナーキューブプリズムである
移動鏡1037が設けられており、周波数f1bの光お
よび周波数f2bの光は反射鏡1038により偏光分離
素子1025と移動鏡1037との間を2往復した後、
偏光分離素子1025から射出される。偏光分離素子1
025を射出した周波数f1bの光および周波数f2b
の光は、反射鏡1039、反射鏡1040で反射してビ
ームスプリッタ1052に入射する。
【0010】このように、偏光分離素子1025で参照
光路と測定光路とに分離された光はその後共通の光路を
通ることなく偏光分離素子1025から射出されて、ビ
ームスプリッタ1052の異なる位置に入射する。ビー
ムスプリッタ1052では、周波数f1aの光の一部と
周波数f1bの光の一部が透過し、周波数f1aの光お
よび周波数f1bの光の残りと周波数f2aの光および
周波数f2bの光は反射される。
光路と測定光路とに分離された光はその後共通の光路を
通ることなく偏光分離素子1025から射出されて、ビ
ームスプリッタ1052の異なる位置に入射する。ビー
ムスプリッタ1052では、周波数f1aの光の一部と
周波数f1bの光の一部が透過し、周波数f1aの光お
よび周波数f1bの光の残りと周波数f2aの光および
周波数f2bの光は反射される。
【0011】測定光路を経てビームスプリッタ1052
で反射された周波数f1bの光および周波数f2bの光
のうち、周波数の低い周波数f1bの光は、周波数変換
素子1072により周波数2×f1b(=f2+2Δf
1b)の光に周波数変換される。測定光路を経て周波数
変換素子1072で周波数変換された周波数2×f1b
の光と、測定光路を経て周波数変換素子1072をその
まま透過した周波数f2bの光とが干渉し、その干渉光
は光電変換素子1312で検出される。光電変換素子1
312からの干渉信号1412は、位相計1501に入
力される。
で反射された周波数f1bの光および周波数f2bの光
のうち、周波数の低い周波数f1bの光は、周波数変換
素子1072により周波数2×f1b(=f2+2Δf
1b)の光に周波数変換される。測定光路を経て周波数
変換素子1072で周波数変換された周波数2×f1b
の光と、測定光路を経て周波数変換素子1072をその
まま透過した周波数f2bの光とが干渉し、その干渉光
は光電変換素子1312で検出される。光電変換素子1
312からの干渉信号1412は、位相計1501に入
力される。
【0012】同様に、参照光路を経てビームスプリッタ
1052で反射された周波数f1aの光および周波数f
2aの光のうち、周波数の低い周波数f1aの光は、周
波数変換素子1071により周波数2×f1a(=f2
+2Δf1a)の光に周波数変換される。参照光路を経
て周波数変換素子1071で周波数変換された周波数2
×f1aの光と、参照光路を経て周波数変換素子107
1をそのまま透過した周波数f2aの光とが干渉し、そ
の干渉光は光電変換素子1311で検出される。光電変
換素子1311からの干渉信号1411は、位相計15
01に入力される。
1052で反射された周波数f1aの光および周波数f
2aの光のうち、周波数の低い周波数f1aの光は、周
波数変換素子1071により周波数2×f1a(=f2
+2Δf1a)の光に周波数変換される。参照光路を経
て周波数変換素子1071で周波数変換された周波数2
×f1aの光と、参照光路を経て周波数変換素子107
1をそのまま透過した周波数f2aの光とが干渉し、そ
の干渉光は光電変換素子1311で検出される。光電変
換素子1311からの干渉信号1411は、位相計15
01に入力される。
【0013】位相計1501は、干渉信号1411に対
する干渉信号1412の位相変化を測定することによ
り、周波数f2の光による移動鏡1037の測定変位量
ΔD(f2)と周波数f1の光による移動鏡1037の
測定変位量ΔD(f1)との差である屈折率変動情報1
451、すなわち{ΔD(f2)−ΔD(f1)}を求
め、これを演算器1600に出力する。
する干渉信号1412の位相変化を測定することによ
り、周波数f2の光による移動鏡1037の測定変位量
ΔD(f2)と周波数f1の光による移動鏡1037の
測定変位量ΔD(f1)との差である屈折率変動情報1
451、すなわち{ΔD(f2)−ΔD(f1)}を求
め、これを演算器1600に出力する。
【0014】このとき干渉信号1411の搬送周波数
(2Δf1a−Δf2a)と干渉信号1412の搬送周
波数(2Δf1b−Δf2b)は、等しくすることが必
要である。
(2Δf1a−Δf2a)と干渉信号1412の搬送周
波数(2Δf1b−Δf2b)は、等しくすることが必
要である。
【0015】また、図13に示した周波数シフト部20
00のビームスプリッタ1051は、入射した周波数f
1aの光および周波数f1bの光のうち一部を反射し、
周波数f1aの光および周波数f1bの光のうちの残り
の部分、周波数f2aの光および周波数f2bの光を透
過させる。ビームスプリッタ1051で反射された周波
数f1aの光および周波数f1bの光は、偏光板106
1を介して干渉する。その干渉光は、光電変換素子13
01によって検出され、干渉信号1401を位相計15
02に出力する。
00のビームスプリッタ1051は、入射した周波数f
1aの光および周波数f1bの光のうち一部を反射し、
周波数f1aの光および周波数f1bの光のうちの残り
の部分、周波数f2aの光および周波数f2bの光を透
過させる。ビームスプリッタ1051で反射された周波
数f1aの光および周波数f1bの光は、偏光板106
1を介して干渉する。その干渉光は、光電変換素子13
01によって検出され、干渉信号1401を位相計15
02に出力する。
【0016】一方、ビームスプリッタ1052を透過し
た周波数f1aの光は、反射鏡1041で反射して偏光
分離素子1026で周波数f1bの光と結合され、偏光
板1062を介して干渉する。干渉光は光電変換素子1
302で検出され、干渉信号1402を位相計1502
に出力する。
た周波数f1aの光は、反射鏡1041で反射して偏光
分離素子1026で周波数f1bの光と結合され、偏光
板1062を介して干渉する。干渉光は光電変換素子1
302で検出され、干渉信号1402を位相計1502
に出力する。
【0017】位相計1502では、干渉信号1401に
対する干渉信号1402の位相変化を測定し、周波数f
1の光による移動鏡1037の測定変位量情報145
2、すなわちΔD(f1)を求め、演算器1600に出
力する。演算器1600では、測定変位量情報1452
(ΔD(f1))を屈折率変動情報1451({ΔD
(f2)−ΔD(f1)})で補正することによって、
移動鏡1037の幾何学的変位量ΔDを求める。
対する干渉信号1402の位相変化を測定し、周波数f
1の光による移動鏡1037の測定変位量情報145
2、すなわちΔD(f1)を求め、演算器1600に出
力する。演算器1600では、測定変位量情報1452
(ΔD(f1))を屈折率変動情報1451({ΔD
(f2)−ΔD(f1)})で補正することによって、
移動鏡1037の幾何学的変位量ΔDを求める。
【0018】以下、移動鏡1037の測定変位量ΔD
(f1)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
(f1)およびD(f2)は、それぞれ次の式(1)、
(2)により表される。
(f1)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
(f1)およびD(f2)は、それぞれ次の式(1)、
(2)により表される。
【0019】 D(f1)=[1+N・F(f1)]・D ・・・(1) D(f2)=[1+N・F(f2)]・D ・・・(2)
【0020】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)、(2)
より、幾何学的距離Dは、次の式(3)によって与えら
れる。
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)、(2)
より、幾何学的距離Dは、次の式(3)によって与えら
れる。
【0021】 D=D(f1)−A[D(f2)−D(f1)] ・・・(3) 但し、A=F(f1)/[F(f2)−F(f1)]
である。
である。
【0022】従って、幾何学的変位量ΔDは、次の式
(4)によって与えられる。 ΔD=ΔD(f1)−A[ΔD(f2)−ΔD(f1)] ・・・(4)
(4)によって与えられる。 ΔD=ΔD(f1)−A[ΔD(f2)−ΔD(f1)] ・・・(4)
【0023】
【発明が解決しようとする課題】このように従来のヘテ
ロダイン方式の光波干渉測定装置では、図13に示した
ような複数の周波数シフタ1101、1102、120
1、1202により複数の所望の周波数の光が生成され
ている。そして、これらの複数の周波数の光を参照光
路、測定光路にそれぞれ振り分けて移動鏡の移動量の測
定、参照光路上および測定光路上の気体の屈折率変動の
測定を行うようにしている。このようなヘテロダイン方
式による干渉測定では、異なる2つの周波数の光の所定
の周波数差(ビート周波数)を基準としてそのビート周
波数の変動量を測定して測長距離、あるいは屈折率変動
量を求めている。従って、測定と無関係な要因によりビ
ート周波数が変動してしまうと、その変動量は測定デー
タに重畳されて取り除くことができない測定誤差となっ
てしまう。
ロダイン方式の光波干渉測定装置では、図13に示した
ような複数の周波数シフタ1101、1102、120
1、1202により複数の所望の周波数の光が生成され
ている。そして、これらの複数の周波数の光を参照光
路、測定光路にそれぞれ振り分けて移動鏡の移動量の測
定、参照光路上および測定光路上の気体の屈折率変動の
測定を行うようにしている。このようなヘテロダイン方
式による干渉測定では、異なる2つの周波数の光の所定
の周波数差(ビート周波数)を基準としてそのビート周
波数の変動量を測定して測長距離、あるいは屈折率変動
量を求めている。従って、測定と無関係な要因によりビ
ート周波数が変動してしまうと、その変動量は測定デー
タに重畳されて取り除くことができない測定誤差となっ
てしまう。
【0024】ところが、上述の従来の光波干渉測定装置
では、図13に示した周波数シフタ1101、110
2、1201、1202の駆動周波数変動の影響につい
て考慮されていない。従って、周波数シフタ1101、
1102、1201、1202の駆動周波数変動が各周
波数シフタにおいて独立に生じてしまうと、参照光路を
経た光の干渉信号1411の搬送周波数(2Δf1a−
Δf2a)と参照光路を経た光の干渉信号1412の搬
送周波数(2Δf1b−Δf2b)とが等しくなくな
り、正しい屈折率変動情報1451が得られなくなると
いう問題がある。
では、図13に示した周波数シフタ1101、110
2、1201、1202の駆動周波数変動の影響につい
て考慮されていない。従って、周波数シフタ1101、
1102、1201、1202の駆動周波数変動が各周
波数シフタにおいて独立に生じてしまうと、参照光路を
経た光の干渉信号1411の搬送周波数(2Δf1a−
Δf2a)と参照光路を経た光の干渉信号1412の搬
送周波数(2Δf1b−Δf2b)とが等しくなくな
り、正しい屈折率変動情報1451が得られなくなると
いう問題がある。
【0025】本発明は、上記従来の技術が有していた問
題を解決するためになされたものであり、その目的は、
複数の周波数シフタでの駆動周波数に変動が生じても測
定誤差を生じさせずに屈折率変動情報を得ることがで
き、移動鏡の幾何学的変位量を高精度に測定することが
できる光波干渉測定装置を提供することにある。
題を解決するためになされたものであり、その目的は、
複数の周波数シフタでの駆動周波数に変動が生じても測
定誤差を生じさせずに屈折率変動情報を得ることがで
き、移動鏡の幾何学的変位量を高精度に測定することが
できる光波干渉測定装置を提供することにある。
【0026】
【課題を解決するための手段】上記目的は、第1の周波
数を有する第1の光と、第1の光と偏光方位が直交し第
2の周波数を有する第2の光と、第1の光と偏光方位が
同一で第3の周波数を有する第3の光と、第3の光と偏
光方位が直交し第4の周波数を有する第4の光とを同一
光路に沿って射出する光源部と、光源部から射出された
第1の光および第3の光を固定鏡が設けられた参照光路
に導き、記第2の光および第4の光を移動鏡が設けられ
た測定光路に導く偏光分離手段と、参照光路を通った第
1の光と、第3の光の周波数をほぼ一致させて干渉さ
せ、第1干渉信号を生成する第1干渉信号生成系と、測
定光路を通った第2の光と、第4の光の周波数をほぼ一
致させて干渉させ、第2干渉信号を生成する第2干渉信
号生成系と、参照光路を通った第3の光と、測定光路を
通った第4の光とを干渉させて第3干渉信号を生成する
第3干渉信号生成系とを備え、第1干渉信号と第2干渉
信号とに基づいて測定された参照光路中および測定光路
中の屈折率変動情報により、第3干渉信号に基づいて測
定された移動鏡の測定変位量を補正して、移動鏡の幾何
学的変位量を測定する光波干渉測定装置において、光源
部は、第1干渉信号の基準信号となる第1基準信号を生
成する第1基準信号生成系と、第2干渉信号の基準信号
となる第2基準信号を生成する第2基準信号生成系と、
第3干渉信号の基準信号となる第3基準信号を生成する
第3基準信号生成系とをさらに備えていることを特徴と
する光波干渉測定装置によって達成される。
数を有する第1の光と、第1の光と偏光方位が直交し第
2の周波数を有する第2の光と、第1の光と偏光方位が
同一で第3の周波数を有する第3の光と、第3の光と偏
光方位が直交し第4の周波数を有する第4の光とを同一
光路に沿って射出する光源部と、光源部から射出された
第1の光および第3の光を固定鏡が設けられた参照光路
に導き、記第2の光および第4の光を移動鏡が設けられ
た測定光路に導く偏光分離手段と、参照光路を通った第
1の光と、第3の光の周波数をほぼ一致させて干渉さ
せ、第1干渉信号を生成する第1干渉信号生成系と、測
定光路を通った第2の光と、第4の光の周波数をほぼ一
致させて干渉させ、第2干渉信号を生成する第2干渉信
号生成系と、参照光路を通った第3の光と、測定光路を
通った第4の光とを干渉させて第3干渉信号を生成する
第3干渉信号生成系とを備え、第1干渉信号と第2干渉
信号とに基づいて測定された参照光路中および測定光路
中の屈折率変動情報により、第3干渉信号に基づいて測
定された移動鏡の測定変位量を補正して、移動鏡の幾何
学的変位量を測定する光波干渉測定装置において、光源
部は、第1干渉信号の基準信号となる第1基準信号を生
成する第1基準信号生成系と、第2干渉信号の基準信号
となる第2基準信号を生成する第2基準信号生成系と、
第3干渉信号の基準信号となる第3基準信号を生成する
第3基準信号生成系とをさらに備えていることを特徴と
する光波干渉測定装置によって達成される。
【0027】本発明の光波干渉測定装置において、第1
基準信号生成系は、第1、および第3の周波数を電気的
に混合して第1基準信号を生成し、第2基準信号生成系
は、第2、および第4の周波数を電気的に混合して第2
基準信号を生成するようにしてもよい。
基準信号生成系は、第1、および第3の周波数を電気的
に混合して第1基準信号を生成し、第2基準信号生成系
は、第2、および第4の周波数を電気的に混合して第2
基準信号を生成するようにしてもよい。
【0028】また、第1基準信号生成系は、第1、およ
び第3の光の周波数をほぼ一致させて干渉させて第1基
準信号を生成し、第2基準信号生成系は、第2、および
第4の光の周波数をほぼ一致させて干渉させて第2基準
信号を生成するようにしてもよい。
び第3の光の周波数をほぼ一致させて干渉させて第1基
準信号を生成し、第2基準信号生成系は、第2、および
第4の光の周波数をほぼ一致させて干渉させて第2基準
信号を生成するようにしてもよい。
【0029】さらに、これらの光波干渉測定装置におい
て、第3基準信号生成系は、第3および第4の周波数を
電気的に混合して第3基準信号を生成するようにしても
よい。あるいは、第3基準信号生成系は、第3の光と第
4の光とを干渉させて第3基準信号を生成するようにし
てもよい。
て、第3基準信号生成系は、第3および第4の周波数を
電気的に混合して第3基準信号を生成するようにしても
よい。あるいは、第3基準信号生成系は、第3の光と第
4の光とを干渉させて第3基準信号を生成するようにし
てもよい。
【0030】さらに、第3干渉信号生成系は、第3及び
第4の光に代えて、参照光路を通った第1の光と、測定
光路を通った第2の光を干渉させて第3干渉信号を生成
するようにしてもよい。この場合、第3基準信号生成系
は、第1および第2の周波数を電気的に混合して第3基
準信号を生成するようにしても、第1の光と第2の光と
を干渉させて第3基準信号を生成するようにすることも
できる。
第4の光に代えて、参照光路を通った第1の光と、測定
光路を通った第2の光を干渉させて第3干渉信号を生成
するようにしてもよい。この場合、第3基準信号生成系
は、第1および第2の周波数を電気的に混合して第3基
準信号を生成するようにしても、第1の光と第2の光と
を干渉させて第3基準信号を生成するようにすることも
できる。
【0031】上記のような本発明の構成によれば、参照
光路を経た光の干渉信号および測定光路を経た光の干渉
信号は、それぞれの基準信号と比較されるため、屈折率
変動情報に駆動周波数変動による測定誤差が重畳してし
まうことはない。これにより、変位測定に及ぼす屈折率
変動の影響を正確に測定することができ、移動鏡の幾何
学的変位量を高精度に測定することができるようにな
る。
光路を経た光の干渉信号および測定光路を経た光の干渉
信号は、それぞれの基準信号と比較されるため、屈折率
変動情報に駆動周波数変動による測定誤差が重畳してし
まうことはない。これにより、変位測定に及ぼす屈折率
変動の影響を正確に測定することができ、移動鏡の幾何
学的変位量を高精度に測定することができるようにな
る。
【0032】
【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態による光波
干渉測定装置を図1乃至図11を用いて説明する。図1
は本実施の形態による光波干渉測定装置の概略の構成を
示している。また、図2乃至図9は、図1に示した光源
部3000の種々の構成を概略的に示している。図10
および図11は、図2乃至図9に示した光源装置400
0の構成例をそれぞれ概略的に示している。
干渉測定装置を図1乃至図11を用いて説明する。図1
は本実施の形態による光波干渉測定装置の概略の構成を
示している。また、図2乃至図9は、図1に示した光源
部3000の種々の構成を概略的に示している。図10
および図11は、図2乃至図9に示した光源装置400
0の構成例をそれぞれ概略的に示している。
【0033】まず、本実施の形態による光波干渉測定装
置の概略の構成を図1、図2、および図10、図11を
用いて説明する。ここでは図1における光源部3000
内が図2に示す構成である場合について説明する。
置の概略の構成を図1、図2、および図10、図11を
用いて説明する。ここでは図1における光源部3000
内が図2に示す構成である場合について説明する。
【0034】まず、図2に示す光源装置4000から、
周波数f1の光と周波数f2(=2×f1)の光とが射
出される。このとき、周波数f1の光および周波数f2
の光の偏光方位は、例えば図2の紙面に対して45°傾
いている。光源装置4000の構成は、例えば図10に
示すように、光源1001から周波数f1の光が射出さ
れ、周波数変換素子1070で周波数f1の光の一部が
周波数f2に変換された後、周波数分離素子1011で
周波数f1の光のみが透過し周波数f2の光が反射され
反射鏡1030を介して射出されるものである。あるい
は、光源装置4000の別の構成として、図11に示す
ように一つの光源1002から周波数f1の光と周波数
f2(=2×f1)の光とが射出するものでもよい。
周波数f1の光と周波数f2(=2×f1)の光とが射
出される。このとき、周波数f1の光および周波数f2
の光の偏光方位は、例えば図2の紙面に対して45°傾
いている。光源装置4000の構成は、例えば図10に
示すように、光源1001から周波数f1の光が射出さ
れ、周波数変換素子1070で周波数f1の光の一部が
周波数f2に変換された後、周波数分離素子1011で
周波数f1の光のみが透過し周波数f2の光が反射され
反射鏡1030を介して射出されるものである。あるい
は、光源装置4000の別の構成として、図11に示す
ように一つの光源1002から周波数f1の光と周波数
f2(=2×f1)の光とが射出するものでもよい。
【0035】図2において、光源装置4000からの周
波数f2の光は、偏光分離素子1023に入射する。偏
光分離素子1023で反射された周波数f2の光は、反
射鏡1033で反射されて、例えば音響光学素子からな
る周波数シフタ1201に入射し、周波数シフタ120
1により周波数f2とはわずかに周波数の異なる周波数
f2a(=f2+Δf2a)の光に周波数シフトされ
る。一方、偏光分離素子1023を透過した周波数f2
の光は、周波数シフタ1202により、周波数f2b
(=f2+Δf2b)の光に周波数シフトされる。
波数f2の光は、偏光分離素子1023に入射する。偏
光分離素子1023で反射された周波数f2の光は、反
射鏡1033で反射されて、例えば音響光学素子からな
る周波数シフタ1201に入射し、周波数シフタ120
1により周波数f2とはわずかに周波数の異なる周波数
f2a(=f2+Δf2a)の光に周波数シフトされ
る。一方、偏光分離素子1023を透過した周波数f2
の光は、周波数シフタ1202により、周波数f2b
(=f2+Δf2b)の光に周波数シフトされる。
【0036】周波数シフタ1201で周波数シフトされ
た周波数f2aの光は反射鏡1034で反射されて偏光
分離素子1024に入射し、周波数シフタ1202で周
波数シフトされた周波数f2bの光は直接偏光分離素子
1024に入射する。こうして、偏光分離素子1024
により結合された周波数f2aの光と周波数f2bの光
とは、反射鏡1042で光路を折り曲げられて周波数分
離素子1012に入射する。
た周波数f2aの光は反射鏡1034で反射されて偏光
分離素子1024に入射し、周波数シフタ1202で周
波数シフトされた周波数f2bの光は直接偏光分離素子
1024に入射する。こうして、偏光分離素子1024
により結合された周波数f2aの光と周波数f2bの光
とは、反射鏡1042で光路を折り曲げられて周波数分
離素子1012に入射する。
【0037】また一方、光源装置4000からの周波数
f1の光は、偏光分離素子1021に入射する。偏光分
離素子1021で反射された周波数f1の光は、反射鏡
1031で反射されて周波数シフタ1101により周波
数f1a(=f1+Δf1a)の光に周波数シフトされ
る。また、偏光分離素子1021を透過した周波数f1
の光は、周波数シフタ1102に入射し、周波数シフタ
1102により周波数f1b(=f1+Δf1b)の光
に周波数シフトされる。
f1の光は、偏光分離素子1021に入射する。偏光分
離素子1021で反射された周波数f1の光は、反射鏡
1031で反射されて周波数シフタ1101により周波
数f1a(=f1+Δf1a)の光に周波数シフトされ
る。また、偏光分離素子1021を透過した周波数f1
の光は、周波数シフタ1102に入射し、周波数シフタ
1102により周波数f1b(=f1+Δf1b)の光
に周波数シフトされる。
【0038】周波数シフタ1101で周波数シフトされ
た周波数f1aの光は反射鏡1032で反射された後偏
光分離素子1022に入射する。周波数シフタ1102
で周波数シフトされた周波数f1bの光は直接偏光分離
素子1022に入射する。こうして、偏光分離素子10
22により結合された周波数f1aの光と周波数f1b
の光とは、周波数分離素子1012に入射する。
た周波数f1aの光は反射鏡1032で反射された後偏
光分離素子1022に入射する。周波数シフタ1102
で周波数シフトされた周波数f1bの光は直接偏光分離
素子1022に入射する。こうして、偏光分離素子10
22により結合された周波数f1aの光と周波数f1b
の光とは、周波数分離素子1012に入射する。
【0039】周波数分離素子1012により結合された
周波数f2aの光と周波数f2bの光、および周波数f
1aの光と周波数f1bの光とは、光源部3000から
射出される。このとき、周波数f1aの光と周波数f2
aの光の偏光方位は一致しており、周波数f1bの光と
周波数f2bの光の偏光方位は一致しており、周波数f
1aの光と周波数f1bの光の偏光方位は直交してい
る。図1において、光源部3000から射出された各々
の光は、反射鏡1035により光路を折り曲げられて偏
光分離素子1025に向けて射出される。
周波数f2aの光と周波数f2bの光、および周波数f
1aの光と周波数f1bの光とは、光源部3000から
射出される。このとき、周波数f1aの光と周波数f2
aの光の偏光方位は一致しており、周波数f1bの光と
周波数f2bの光の偏光方位は一致しており、周波数f
1aの光と周波数f1bの光の偏光方位は直交してい
る。図1において、光源部3000から射出された各々
の光は、反射鏡1035により光路を折り曲げられて偏
光分離素子1025に向けて射出される。
【0040】偏光分離素子1025において、周波数f
1aの光および周波数f2aの光は反射されて参照光路
に向かう。参照光路には、コーナーキューブプリズムで
ある固定鏡1036が設けられており、周波数f1aの
光および周波数f2aの光は反射鏡1038により偏光
分離素子1025と固定鏡1036との間を2往復した
後、偏光分離素子1025から射出される。偏光分離素
子1025を射出した周波数f1aの光および周波数f
2aの光は、ビームスプリッタ1059に入射する。
1aの光および周波数f2aの光は反射されて参照光路
に向かう。参照光路には、コーナーキューブプリズムで
ある固定鏡1036が設けられており、周波数f1aの
光および周波数f2aの光は反射鏡1038により偏光
分離素子1025と固定鏡1036との間を2往復した
後、偏光分離素子1025から射出される。偏光分離素
子1025を射出した周波数f1aの光および周波数f
2aの光は、ビームスプリッタ1059に入射する。
【0041】また、周波数f1bの光および周波数f2
bの光は偏光分離素子1025を透過して測定光路に向
かう。測定光路には、コーナーキューブプリズムである
移動鏡1037が設けられており、周波数f1bの光お
よび周波数f2bの光は反射鏡1038により偏光分離
素子1025と移動鏡1037との間を2往復した後、
偏光分離素子1025から射出される。偏光分離素子1
025を射出した周波数f1bの光および周波数f2b
の光は、反射鏡1039、反射鏡1040で反射してビ
ームスプリッタ1059に入射する。
bの光は偏光分離素子1025を透過して測定光路に向
かう。測定光路には、コーナーキューブプリズムである
移動鏡1037が設けられており、周波数f1bの光お
よび周波数f2bの光は反射鏡1038により偏光分離
素子1025と移動鏡1037との間を2往復した後、
偏光分離素子1025から射出される。偏光分離素子1
025を射出した周波数f1bの光および周波数f2b
の光は、反射鏡1039、反射鏡1040で反射してビ
ームスプリッタ1059に入射する。
【0042】このように、偏光分離素子1025で参照
光路と測定光路とに分離された光はその後共通の光路を
通ることなく偏光分離素子1025から射出されて、ビ
ームスプリッタ1059の異なる位置に入射する。ビー
ムスプリッタ1059では、周波数f2aの光の一部と
周波数f2bの光の一部が透過し、周波数f1aの光お
よび周波数f1bの光と周波数f2aの光および周波数
f2bの光の残りは反射される。
光路と測定光路とに分離された光はその後共通の光路を
通ることなく偏光分離素子1025から射出されて、ビ
ームスプリッタ1059の異なる位置に入射する。ビー
ムスプリッタ1059では、周波数f2aの光の一部と
周波数f2bの光の一部が透過し、周波数f1aの光お
よび周波数f1bの光と周波数f2aの光および周波数
f2bの光の残りは反射される。
【0043】測定光路を経てビームスプリッタ1059
で反射された周波数f1bの光および周波数f2bの光
のうち、周波数の低い周波数f1bの光は、周波数変換
素子1072により周波数2×f1b(=f2+2Δf
1b)の光に周波数変換される。測定光路を経て周波数
変換素子1072で周波数変換された周波数2×f1b
の光と、測定光路を経て周波数変換素子1072をその
まま透過した周波数f2bの光とが干渉し、その干渉光
は光電変換素子1312で検出される。光電変換素子1
312からの干渉信号(第2干渉信号)1412は、位
相計1503に入力される。
で反射された周波数f1bの光および周波数f2bの光
のうち、周波数の低い周波数f1bの光は、周波数変換
素子1072により周波数2×f1b(=f2+2Δf
1b)の光に周波数変換される。測定光路を経て周波数
変換素子1072で周波数変換された周波数2×f1b
の光と、測定光路を経て周波数変換素子1072をその
まま透過した周波数f2bの光とが干渉し、その干渉光
は光電変換素子1312で検出される。光電変換素子1
312からの干渉信号(第2干渉信号)1412は、位
相計1503に入力される。
【0044】同様に、参照光路を経てビームスプリッタ
1059で反射された周波数f1aの光および周波数f
2aの光のうち、周波数の低い周波数f1aの光は、周
波数変換素子1071により周波数2×f1a(=f2
+2Δf1a)の光に周波数変換される。参照光路を経
て周波数変換素子1071で周波数変換された周波数2
×f1aの光と、参照光路を経て周波数変換素子107
1をそのまま通過した周波数f2aの光とが干渉し、そ
の干渉光は光電変換素子1311で検出される。光電変
換素子1311からの干渉信号(第1干渉信号)141
1は、位相計1503に入力される。
1059で反射された周波数f1aの光および周波数f
2aの光のうち、周波数の低い周波数f1aの光は、周
波数変換素子1071により周波数2×f1a(=f2
+2Δf1a)の光に周波数変換される。参照光路を経
て周波数変換素子1071で周波数変換された周波数2
×f1aの光と、参照光路を経て周波数変換素子107
1をそのまま通過した周波数f2aの光とが干渉し、そ
の干渉光は光電変換素子1311で検出される。光電変
換素子1311からの干渉信号(第1干渉信号)141
1は、位相計1503に入力される。
【0045】また、ビームスプリッタ1059を透過し
た周波数f2aの光は、反射鏡1041で反射して偏光
分離素子1026で周波数f2bの光と結合され、偏光
板1062を介して干渉する。干渉光は光電変換素子1
302で検出され、干渉信号(第3干渉信号)1402
を位相計1502に出力する。
た周波数f2aの光は、反射鏡1041で反射して偏光
分離素子1026で周波数f2bの光と結合され、偏光
板1062を介して干渉する。干渉光は光電変換素子1
302で検出され、干渉信号(第3干渉信号)1402
を位相計1502に出力する。
【0046】一方、図2に示す光源部3000におい
て、周波数シフタ1201を駆動するドライバ2201
からの信号(周波数△f2a)は、ミキサ3401およ
びミキサ3421に供給されるようになっている。ま
た、周波数シフタ1202を駆動するドライバ2202
からの信号(周波数△f2b)は、ミキサ3401およ
びミキサ3422に供給されるようになっている。
て、周波数シフタ1201を駆動するドライバ2201
からの信号(周波数△f2a)は、ミキサ3401およ
びミキサ3421に供給されるようになっている。ま
た、周波数シフタ1202を駆動するドライバ2202
からの信号(周波数△f2b)は、ミキサ3401およ
びミキサ3422に供給されるようになっている。
【0047】さらに、周波数シフタ1101を駆動する
ドライバ2101からの信号(周波数△f1a)は、ミ
キサ3421に供給されるようになっている。また、周
波数シフタ1102を駆動するドライバ2102からの
信号(周波数△f1b)は、ミキサ3422に供給され
るようになっている。
ドライバ2101からの信号(周波数△f1a)は、ミ
キサ3421に供給されるようになっている。また、周
波数シフタ1102を駆動するドライバ2102からの
信号(周波数△f1b)は、ミキサ3422に供給され
るようになっている。
【0048】そして、ミキサ3401では、周波数△f
2aと周波数△f2bの差周波信号{周波数(△f2a
−△f2b)}を第3基準信号1401として位相計1
502に出力するようになっている。
2aと周波数△f2bの差周波信号{周波数(△f2a
−△f2b)}を第3基準信号1401として位相計1
502に出力するようになっている。
【0049】また、ミキサ3421では、周波数△f2
aと周波数△f1aの2倍の周波数との差周波信号{周
波数(△f2a−2×△f1a)}を第1基準信号14
21として位相計1503に出力するようになってい
る。また、ミキサ3422では、周波数△f2bと周波
数△f1bの2倍の周波数との差周波信号{周波数(△
f2b−2×△f1b)}を第2基準信号1422とし
て位相計1503に出力するようになっている。
aと周波数△f1aの2倍の周波数との差周波信号{周
波数(△f2a−2×△f1a)}を第1基準信号14
21として位相計1503に出力するようになってい
る。また、ミキサ3422では、周波数△f2bと周波
数△f1bの2倍の周波数との差周波信号{周波数(△
f2b−2×△f1b)}を第2基準信号1422とし
て位相計1503に出力するようになっている。
【0050】位相計1503では、第1基準信号142
1に対する第1干渉信号1411の位相変化と、第2基
準信号1422に対する第2干渉信号1412の位相変
化との差を測定し、周波数f2の光による測定変位量△
D(f2)と周波数f1の光による測定変位量△D(f
1)との差である屈折率変動情報1453、すなわち
{△D(f2)−△D(f1)}を求め、これを演算器
1600に出力する。
1に対する第1干渉信号1411の位相変化と、第2基
準信号1422に対する第2干渉信号1412の位相変
化との差を測定し、周波数f2の光による測定変位量△
D(f2)と周波数f1の光による測定変位量△D(f
1)との差である屈折率変動情報1453、すなわち
{△D(f2)−△D(f1)}を求め、これを演算器
1600に出力する。
【0051】位相計1502では、第3基準信号140
1に対する第3干渉信号1402の位相変化を測定し、
周波数f2の光による移動鏡1037の測定変位量情報
1452、すなわち△D(f2)を求め、演算器160
0に出力する。
1に対する第3干渉信号1402の位相変化を測定し、
周波数f2の光による移動鏡1037の測定変位量情報
1452、すなわち△D(f2)を求め、演算器160
0に出力する。
【0052】演算器1600では、測定変位量情報14
52(ΔD(f2))を屈折率変動情報1453({Δ
D(f2)−ΔD(f1)})で補正することによっ
て、移動鏡1037の幾何学的変位量ΔDを求める。
52(ΔD(f2))を屈折率変動情報1453({Δ
D(f2)−ΔD(f1)})で補正することによっ
て、移動鏡1037の幾何学的変位量ΔDを求める。
【0053】ここで本実施の形態における移動鏡103
7の測定変位量ΔD(f1)から、幾何学的変位量ΔD
への補正について以下に説明する。周波数f1およびf
2の光に対する光路長D(f1)およびD(f2)は、
従来の技術で説明した式(1)及び式(2)と同様に表
される。本実施の形態においては、測長用に周波数f2
の光を用いているので上述の式(1)、(2)より、幾
何学的距離Dは、次の式(5)によって与えられる。
7の測定変位量ΔD(f1)から、幾何学的変位量ΔD
への補正について以下に説明する。周波数f1およびf
2の光に対する光路長D(f1)およびD(f2)は、
従来の技術で説明した式(1)及び式(2)と同様に表
される。本実施の形態においては、測長用に周波数f2
の光を用いているので上述の式(1)、(2)より、幾
何学的距離Dは、次の式(5)によって与えられる。
【0054】 D=D(f2)−A[D(f2)−D(f1)] ・・・(5) 但し、A=F(f2)/[F(f2)−F(f1)]
である。
である。
【0055】従って、幾何学的変位量ΔDは、次の式
(6)によって与えられる。 ΔD=ΔD(f2)−A[ΔD(f2)−ΔD(f1)] ・・・(6)
(6)によって与えられる。 ΔD=ΔD(f2)−A[ΔD(f2)−ΔD(f1)] ・・・(6)
【0056】以上説明したように、本実施の形態による
光波干渉測定装置においては、参照光路を経た光の干渉
信号および測定光路を経た光の干渉信号が、それぞれの
基準信号と比較されるため、屈折率変動情報に周波数シ
フタの駆動周波数変動による測定誤差が重畳することを
防止させることができるようになる。これにより、変位
測定に及ぼす屈折率変動の影響を正確に測定することが
でき、移動鏡の幾何学的変位量を高精度に測定すること
ができるようになる。
光波干渉測定装置においては、参照光路を経た光の干渉
信号および測定光路を経た光の干渉信号が、それぞれの
基準信号と比較されるため、屈折率変動情報に周波数シ
フタの駆動周波数変動による測定誤差が重畳することを
防止させることができるようになる。これにより、変位
測定に及ぼす屈折率変動の影響を正確に測定することが
でき、移動鏡の幾何学的変位量を高精度に測定すること
ができるようになる。
【0057】以下、本実施の形態における光源部300
0内の種々の変形例を図3乃至図9を用いて説明する。
まず、図3は、第3基準信号1401として、周波数シ
フタ1101を駆動するドライバ2101からの信号
(周波数△f1a)と、周波数シフタ1102を駆動す
るドライバ2102からの信号(周波数△f1b)との
差周波信号{周波数(△f1a−△f1b)}を用いた
場合の光源部3000内の構成例を示している。
0内の種々の変形例を図3乃至図9を用いて説明する。
まず、図3は、第3基準信号1401として、周波数シ
フタ1101を駆動するドライバ2101からの信号
(周波数△f1a)と、周波数シフタ1102を駆動す
るドライバ2102からの信号(周波数△f1b)との
差周波信号{周波数(△f1a−△f1b)}を用いた
場合の光源部3000内の構成例を示している。
【0058】図3に示す光源部3000において、周波
数シフタ1201を駆動するドライバ2201からの信
号(周波数△f2a)は、ミキサ3421に供給される
ようになっている。また、周波数シフタ1202を駆動
するドライバ2202からの信号(周波数△f2b)
は、ミキサ3422に供給されるようになっている。
数シフタ1201を駆動するドライバ2201からの信
号(周波数△f2a)は、ミキサ3421に供給される
ようになっている。また、周波数シフタ1202を駆動
するドライバ2202からの信号(周波数△f2b)
は、ミキサ3422に供給されるようになっている。
【0059】さらに、周波数シフタ1101を駆動する
ドライバ2101からの信号(周波数△f1a)は、ミ
キサ3421およびミキサ3401に供給されるように
なっている。また、周波数シフタ1102を駆動するド
ライバ2102からの信号(周波数△f1b)は、ミキ
サ3422およびミキサ3401に供給されるようにな
っている。
ドライバ2101からの信号(周波数△f1a)は、ミ
キサ3421およびミキサ3401に供給されるように
なっている。また、周波数シフタ1102を駆動するド
ライバ2102からの信号(周波数△f1b)は、ミキ
サ3422およびミキサ3401に供給されるようにな
っている。
【0060】従って、ミキサ3401からは、周波数△
f1aと周波数△f1bの差周波信号{周波数(△f1
a−△f1b)}が第3基準信号1401として位相計
1502に出力される。
f1aと周波数△f1bの差周波信号{周波数(△f1
a−△f1b)}が第3基準信号1401として位相計
1502に出力される。
【0061】また、ミキサ3421からは、周波数△f
2aと周波数△f1aの2倍の周波数との差周波信号
{周波数(△f2a−2×△f1a)}が第1基準信号
1421として位相計1503に出力される。また、ミ
キサ3422からは、周波数△f2bと周波数△f1b
の2倍の周波数との差周波信号{周波数(△f2b−2
×△f1b)}が第2基準信号1422として位相計1
503に出力される。
2aと周波数△f1aの2倍の周波数との差周波信号
{周波数(△f2a−2×△f1a)}が第1基準信号
1421として位相計1503に出力される。また、ミ
キサ3422からは、周波数△f2bと周波数△f1b
の2倍の周波数との差周波信号{周波数(△f2b−2
×△f1b)}が第2基準信号1422として位相計1
503に出力される。
【0062】この図3に示す光源部3000の場合、図
1におけるビームスプリッタ1059は、周波数f1a
の光の一部と周波数f1bの光の一部のみを透過し、他
は反射するものであり、光電変換素子1302で検出さ
れ出力される第3干渉信号1402は、周波数f1aの
光と周波数f1bの光との干渉によるものである。従っ
て、この場合の幾何学的変位量△Dは、式(4)で算出
される。
1におけるビームスプリッタ1059は、周波数f1a
の光の一部と周波数f1bの光の一部のみを透過し、他
は反射するものであり、光電変換素子1302で検出さ
れ出力される第3干渉信号1402は、周波数f1aの
光と周波数f1bの光との干渉によるものである。従っ
て、この場合の幾何学的変位量△Dは、式(4)で算出
される。
【0063】次に、図4に示す光源部3000は、第1
基準信号1421と第2基準信号1422を干渉光から
生成する場合の構成例を示している。この図4に示した
光源部3000を図2に示した光源部3000との相違
で説明する。
基準信号1421と第2基準信号1422を干渉光から
生成する場合の構成例を示している。この図4に示した
光源部3000を図2に示した光源部3000との相違
で説明する。
【0064】図4の光源部3000は、周波数シフタ1
201を駆動するドライバ2201からの信号(周波数
△f2a)がミキサ3401に供給され、周波数シフタ
1202を駆動するドライバ2202からの信号(周波
数△f2b)がミキサ3401に供給され、ミキサ34
01から周波数△f2aと周波数△f2bの差周波信号
{周波数(△f2a−△f2b)}が第3基準信号14
01として位相計1502に出力される点では図2の光
源部3000と同様である。ところが、図4の光源部3
000は、第1基準信号1421と第2基準信号142
2を干渉光から生成するようにしているので、図2にお
けるようなミキサ3421、3422は設けられていな
い。その代わり、図4の光源部3000においては、以
下のような光学系を用いて第1基準信号1421と第2
基準信号1422を光学的に生成している。
201を駆動するドライバ2201からの信号(周波数
△f2a)がミキサ3401に供給され、周波数シフタ
1202を駆動するドライバ2202からの信号(周波
数△f2b)がミキサ3401に供給され、ミキサ34
01から周波数△f2aと周波数△f2bの差周波信号
{周波数(△f2a−△f2b)}が第3基準信号14
01として位相計1502に出力される点では図2の光
源部3000と同様である。ところが、図4の光源部3
000は、第1基準信号1421と第2基準信号142
2を干渉光から生成するようにしているので、図2にお
けるようなミキサ3421、3422は設けられていな
い。その代わり、図4の光源部3000においては、以
下のような光学系を用いて第1基準信号1421と第2
基準信号1422を光学的に生成している。
【0065】図4の光源部3000では、周波数シフタ
1201で周波数変換された周波数f2aの光の一部は
ビームスプリッタ1053で反射した後反射鏡1043
で反射して周波数分離素子1013に入射し、周波数シ
フタ1101で周波数変換された周波数f1aの光の一
部はビームスプリッタ1055で反射して周波数分離素
子1013に入射して、両光は周波数分離素子1013
で結合する。このうち周波数の低い周波数f1aの光
は、周波数変換素子1073により周波数2×f1a
(=f2+2△f1a)の光に変換される。この周波数
変換された周波数2×f1aの光と、周波数変換素子1
073をそのまま透過した周波数f2aの光とが干渉
し、その干渉光は光電変換素子1321で検出され、第
1基準信号1421として位相計1503に出力され
る。
1201で周波数変換された周波数f2aの光の一部は
ビームスプリッタ1053で反射した後反射鏡1043
で反射して周波数分離素子1013に入射し、周波数シ
フタ1101で周波数変換された周波数f1aの光の一
部はビームスプリッタ1055で反射して周波数分離素
子1013に入射して、両光は周波数分離素子1013
で結合する。このうち周波数の低い周波数f1aの光
は、周波数変換素子1073により周波数2×f1a
(=f2+2△f1a)の光に変換される。この周波数
変換された周波数2×f1aの光と、周波数変換素子1
073をそのまま透過した周波数f2aの光とが干渉
し、その干渉光は光電変換素子1321で検出され、第
1基準信号1421として位相計1503に出力され
る。
【0066】同様に、周波数シフタ1202で周波数変
換された周波数f2bの光の一部はビームスプリッタ1
054で反射した後反射鏡1044で反射して周波数分
離素子1014に入射し、周波数シフタ1102で周波
数変換された周波数f1bの光の一部はビームスプリッ
タ1056で反射して周波数分離素子1014に入射し
て、両光は周波数分離素子1014で結合する。このう
ち周波数の低い周波数f1bの光は、周波数変換素子1
074により周波数2×f1b(=f2+2△f1b)
の光に変換される。この周波数変換された周波数2×f
1bの光と、周波数変換素子1074をそのまま透過し
た周波数f2bの光とが干渉し、その干渉光は光電変換
素子1322で検出され、第2基準信号1422として
位相計1503に出力される。
換された周波数f2bの光の一部はビームスプリッタ1
054で反射した後反射鏡1044で反射して周波数分
離素子1014に入射し、周波数シフタ1102で周波
数変換された周波数f1bの光の一部はビームスプリッ
タ1056で反射して周波数分離素子1014に入射し
て、両光は周波数分離素子1014で結合する。このう
ち周波数の低い周波数f1bの光は、周波数変換素子1
074により周波数2×f1b(=f2+2△f1b)
の光に変換される。この周波数変換された周波数2×f
1bの光と、周波数変換素子1074をそのまま透過し
た周波数f2bの光とが干渉し、その干渉光は光電変換
素子1322で検出され、第2基準信号1422として
位相計1503に出力される。
【0067】このように、図4に示したような光源部3
000の構成においても、参照光路を経た光の干渉信号
および測定光路を経た光の干渉信号が、それぞれの基準
信号と比較されるため、屈折率変動情報に周波数シフタ
の駆動周波数変動による測定誤差が重畳することはな
い。従って、変位測定に及ぼす屈折率変動の影響を正確
に測定することができ、移動鏡の幾何学的変位量を高精
度に測定することができるようになる。
000の構成においても、参照光路を経た光の干渉信号
および測定光路を経た光の干渉信号が、それぞれの基準
信号と比較されるため、屈折率変動情報に周波数シフタ
の駆動周波数変動による測定誤差が重畳することはな
い。従って、変位測定に及ぼす屈折率変動の影響を正確
に測定することができ、移動鏡の幾何学的変位量を高精
度に測定することができるようになる。
【0068】次に、図5に示す光源部3000は、図4
に示した光源部3000の構成例に対して、第3基準信
号1401として、周波数シフタ1101を駆動するド
ライバ2101からの信号(周波数△f1a)と、周波
数シフタ1102を駆動するドライバ2102からの信
号(周波数△f1b)との、差周波信号{周波数(△f
1a−△f1b)}を用いた点が異なっている構成例を
示すものである。
に示した光源部3000の構成例に対して、第3基準信
号1401として、周波数シフタ1101を駆動するド
ライバ2101からの信号(周波数△f1a)と、周波
数シフタ1102を駆動するドライバ2102からの信
号(周波数△f1b)との、差周波信号{周波数(△f
1a−△f1b)}を用いた点が異なっている構成例を
示すものである。
【0069】このとき、図1におけるビームスプリッタ
1059は、周波数f1aの光の一部と周波数f1bの
光の一部のみを透過し、他は反射するものであり、光電
変換素子1302で検出され出力される第3干渉信号1
402は、周波数f1aの光と周波数f1bの光との干
渉によるものである。この場合の幾何学的変位量△D
は、式(4)で算出される。
1059は、周波数f1aの光の一部と周波数f1bの
光の一部のみを透過し、他は反射するものであり、光電
変換素子1302で検出され出力される第3干渉信号1
402は、周波数f1aの光と周波数f1bの光との干
渉によるものである。この場合の幾何学的変位量△D
は、式(4)で算出される。
【0070】次に、図6に示す光源部3000は、図4
に示した光源部3000の構成例に対して、第3基準信
号も干渉光から生成する場合を示している。この図6に
示した光源部3000を図4に示した光源部3000と
の相違で説明する。
に示した光源部3000の構成例に対して、第3基準信
号も干渉光から生成する場合を示している。この図6に
示した光源部3000を図4に示した光源部3000と
の相違で説明する。
【0071】図6に示す光源部3000では、偏光分離
素子1024で結合された、周波数f2aの光と周波数
f2bの光が、ビームスプリッタ1057でそれぞれの
一部が反射され、偏光板1063を介して干渉する。干
渉光は光電変換素子1303で検出され、第3基準信号
1401として位相計1502に出力される。
素子1024で結合された、周波数f2aの光と周波数
f2bの光が、ビームスプリッタ1057でそれぞれの
一部が反射され、偏光板1063を介して干渉する。干
渉光は光電変換素子1303で検出され、第3基準信号
1401として位相計1502に出力される。
【0072】次に、図7に示す光源部3000は、図5
に示した光源部3000の構成例に対して、第3基準信
号も干渉光から生成する場合の構成例を示すものであ
る。この図7に示した光源部3000を図5に示した光
源部3000との相違で説明する。
に示した光源部3000の構成例に対して、第3基準信
号も干渉光から生成する場合の構成例を示すものであ
る。この図7に示した光源部3000を図5に示した光
源部3000との相違で説明する。
【0073】図7に示す光源部3000では、偏光分離
素子1022で結合された、周波数f1aの光と周波数
f1bの光が、ビームスプリッタ1058でそれぞれの
一部が反射され、偏光板1061を介して干渉する。干
渉光は光電変換素子1301で検出され、第3基準信号
1401として位相計1502に出力される。
素子1022で結合された、周波数f1aの光と周波数
f1bの光が、ビームスプリッタ1058でそれぞれの
一部が反射され、偏光板1061を介して干渉する。干
渉光は光電変換素子1301で検出され、第3基準信号
1401として位相計1502に出力される。
【0074】このとき、図1におけるビームスプリッタ
1059は、周波数f1aの光の一部と周波数f1bの
光の一部のみを透過し、他は反射するものであり、光電
変換素子1302で検出され出力される第3干渉信号1
402は、周波数f1aの光と周波数f1bの光との干
渉によるものである。従って、この場合の幾何学的変位
量△Dは、式(4)で算出される。
1059は、周波数f1aの光の一部と周波数f1bの
光の一部のみを透過し、他は反射するものであり、光電
変換素子1302で検出され出力される第3干渉信号1
402は、周波数f1aの光と周波数f1bの光との干
渉によるものである。従って、この場合の幾何学的変位
量△Dは、式(4)で算出される。
【0075】次に、図8に示す光源部3000では、図
2に示した光源部3000の構成例に対して、第3基準
信号を干渉光から作成するときの構成例を示すものであ
る。この図8に示した光源部3000を図2に示した光
源部3000との相違で説明する。
2に示した光源部3000の構成例に対して、第3基準
信号を干渉光から作成するときの構成例を示すものであ
る。この図8に示した光源部3000を図2に示した光
源部3000との相違で説明する。
【0076】図8に示す光源部3000では、偏光分離
素子1024で結合された、周波数f2aの光と周波数
f2bの光が、ビームスプリッタ1057でそれぞれの
一部が反射され、偏光板1063を介して干渉する。干
渉光は光電変換素子1303で検出され、第3基準信号
1401として位相計1502に出力される。
素子1024で結合された、周波数f2aの光と周波数
f2bの光が、ビームスプリッタ1057でそれぞれの
一部が反射され、偏光板1063を介して干渉する。干
渉光は光電変換素子1303で検出され、第3基準信号
1401として位相計1502に出力される。
【0077】次に、図9に示す光源部3000では、図
3に示した光源部3000の構成例に対して、第3基準
信号を干渉光から作成するときの構成例を示すものであ
る。この図9に示した光源部3000を図3に示した光
源部3000との相違で説明する。
3に示した光源部3000の構成例に対して、第3基準
信号を干渉光から作成するときの構成例を示すものであ
る。この図9に示した光源部3000を図3に示した光
源部3000との相違で説明する。
【0078】図9に示す光源部3000では、偏光分離
素子1022で結合された、周波数f1aの光と周波数
f1bの光は、ビームスプリッタ1058でそれぞれの
一部が反射され、偏光板1061を介して干渉する。干
渉光は光電変換素子1301で検出され、第3基準信号
1401として位相計1502に出力される。
素子1022で結合された、周波数f1aの光と周波数
f1bの光は、ビームスプリッタ1058でそれぞれの
一部が反射され、偏光板1061を介して干渉する。干
渉光は光電変換素子1301で検出され、第3基準信号
1401として位相計1502に出力される。
【0079】このとき、図1におけるビームスプリッタ
1059は、周波数f1aの光の一部と周波数f1bの
光の一部のみを透過し、他は反射するものであり、光電
変換素子1302で検出され出力される第3干渉信号1
402は、周波数f1aの光と周波数f1bの光との干
渉によるものである。この場合、幾何学的変位量△D
は、式(4)で算出する。
1059は、周波数f1aの光の一部と周波数f1bの
光の一部のみを透過し、他は反射するものであり、光電
変換素子1302で検出され出力される第3干渉信号1
402は、周波数f1aの光と周波数f1bの光との干
渉によるものである。この場合、幾何学的変位量△D
は、式(4)で算出する。
【0080】以上説明したように、図5乃至図9に例示
した光源部3000によっても、参照光路を経た光の干
渉信号および測定光路を経た光の干渉信号が、それぞれ
の基準信号と比較されるため、屈折率変動情報に周波数
シフタの駆動周波数変動による測定誤差が重畳すること
を防止できる。従って、変位測定に及ぼす屈折率変動の
影響を正確に測定することができ、移動鏡の幾何学的変
位量を高精度に測定することができるようになる。
した光源部3000によっても、参照光路を経た光の干
渉信号および測定光路を経た光の干渉信号が、それぞれ
の基準信号と比較されるため、屈折率変動情報に周波数
シフタの駆動周波数変動による測定誤差が重畳すること
を防止できる。従って、変位測定に及ぼす屈折率変動の
影響を正確に測定することができ、移動鏡の幾何学的変
位量を高精度に測定することができるようになる。
【0081】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、周波数シ
フタの駆動周波数変動による測定誤差を低減させた光波
干渉測定装置を実現することができる。
フタの駆動周波数変動による測定誤差を低減させた光波
干渉測定装置を実現することができる。
【図1】本発明の一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。
の概略の構成を示す図である。
【図2】本発明の一実施の形態による光波干渉測定装置
における光源部の概略の構成を示す図である。
における光源部の概略の構成を示す図である。
【図3】本発明の一実施の形態による光波干渉測定装置
における光源部の他の例の概略の構成を示す図である。
における光源部の他の例の概略の構成を示す図である。
【図4】本発明の一実施の形態による光波干渉測定装置
における光源部の他の例の概略の構成を示す図である。
における光源部の他の例の概略の構成を示す図である。
【図5】本発明の一実施の形態による光波干渉測定装置
における光源部の他の例の概略の構成を示す図である。
における光源部の他の例の概略の構成を示す図である。
【図6】本発明の一実施の形態による光波干渉測定装置
における光源部の他の例の概略の構成を示す図である。
における光源部の他の例の概略の構成を示す図である。
【図7】本発明の一実施の形態による光波干渉測定装置
における光源部の他の例の概略の構成を示す図である。
における光源部の他の例の概略の構成を示す図である。
【図8】本発明の一実施の形態による光波干渉測定装置
における光源部の他の例の概略の構成を示す図である。
における光源部の他の例の概略の構成を示す図である。
【図9】本発明の一実施の形態による光波干渉測定装置
における光源部の他の例の概略の構成を示す図である。
における光源部の他の例の概略の構成を示す図である。
【図10】本発明の一実施の形態による光波干渉測定装
置に用いる光源装置の概略の構成を示す図である。
置に用いる光源装置の概略の構成を示す図である。
【図11】本発明の一実施の形態による光波干渉測定装
置に用いる他の光源装置の概略の構成を示す図である。
置に用いる他の光源装置の概略の構成を示す図である。
【図12】従来の光波干渉測定装置の概略の構成を示す
図である。
図である。
【図13】従来の光波干渉測定装置における光源部の概
略の構成を示す図である。
略の構成を示す図である。
1001 光源 1012 周波数分離素子 1101、1102、1201、1202 周波数シフ
タ 1025 偏光分離素子 1036 固定鏡 1037 移動鏡 1038 反射鏡 1071、1072 周波数変換素子 1401 第3基準信号 1402 第3干渉信号 1411 第1干渉信号 1412 第2干渉信号 1421 第1基準信号 1422 第2基準信号 1501、1502、1503 位相計 2101、2102、2201、2202 ドライバ 3000 光源部 3401、3421、3422 ミキサ 4000 光源装置
タ 1025 偏光分離素子 1036 固定鏡 1037 移動鏡 1038 反射鏡 1071、1072 周波数変換素子 1401 第3基準信号 1402 第3干渉信号 1411 第1干渉信号 1412 第2干渉信号 1421 第1基準信号 1422 第2基準信号 1501、1502、1503 位相計 2101、2102、2201、2202 ドライバ 3000 光源部 3401、3421、3422 ミキサ 4000 光源装置
Claims (8)
- 【請求項1】第1の周波数を有する第1の光と、前記第
1の光と偏光方位が直交し第2の周波数を有する第2の
光と、前記第1の光と偏光方位が同一で第3の周波数を
有する第3の光と、前記第3の光と偏光方位が直交し第
4の周波数を有する第4の光とを同一光路に沿って射出
する光源部と、 前記光源部から射出された前記第1の光および前記第3
の光を固定鏡が設けられた参照光路に導き、前記第2の
光および前記第4の光を移動鏡が設けられた測定光路に
導く偏光分離手段と、 前記参照光路を通った前記第1の光と、前記第3の光の
周波数をほぼ一致させて干渉させ、第1干渉信号を生成
する第1干渉信号生成系と、 前記測定光路を通った前記第2の光と、前記第4の光の
周波数をほぼ一致させて干渉させ、第2干渉信号を生成
する第2干渉信号生成系と、 前記参照光路を通った前記第3の光と、前記測定光路を
通った前記第4の光とを干渉させて第3干渉信号を生成
する第3干渉信号生成系とを備え、 前記第1干渉信号と前記第2干渉信号とに基づいて測定
された前記参照光路中および前記測定光路中の屈折率変
動情報により、前記第3干渉信号に基づいて測定された
前記移動鏡の測定変位量を補正して、前記移動鏡の幾何
学的変位量を測定する光波干渉測定装置において、 前記光源部は、 前記第1干渉信号の基準信号となる第1基準信号を生成
する第1基準信号生成系と、 前記第2干渉信号の基準信号となる第2基準信号を生成
する第2基準信号生成系と、 前記第3干渉信号の基準信号となる第3基準信号を生成
する第3基準信号生成系とをさらに備えていることを特
徴とする光波干渉測定装置。 - 【請求項2】請求項1記載の光波干渉測定装置におい
て、 前記第1基準信号生成系は、前記第1、および第3の周
波数を電気的に混合して前記第1基準信号を生成し、前
記第2基準信号生成系は、前記第2、および第4の周波
数を電気的に混合して前記第2基準信号を生成すること
を特徴とする光波干渉測定装置。 - 【請求項3】請求項1記載の光波干渉測定装置におい
て、 前記第1基準信号生成系は、前記第1、および第3の光
の周波数をほぼ一致させて干渉させて前記第1基準信号
を生成し、前記第2基準信号生成系は、前記第2、およ
び第4の光の周波数をほぼ一致させて干渉させて前記第
2基準信号を生成することを特徴とする光波干渉測定装
置。 - 【請求項4】請求項1乃至3のいずれかに記載の光波干
渉測定装置において、 前記第3基準信号生成系は、前記第3および第4の周波
数を電気的に混合して前記第3基準信号を生成すること
を特徴とする光波干渉測定装置。 - 【請求項5】請求項1乃至3のいずれかに記載の光波干
渉測定装置において、 前記第3基準信号生成系は、前記第3の光と前記第4の
光とを干渉させて第3基準信号を生成することを特徴と
する光波干渉測定装置。 - 【請求項6】請求項1乃至3のいずれかに記載の光波干
渉測定装置において、 前記第3干渉信号生成系は、前記第3及び第4の光に代
えて、前記参照光路を通った前記第1の光と、前記測定
光路を通った前記第2の光を干渉させて前記第3干渉信
号を生成することを特徴とする光波干渉測定装置。 - 【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3基準信号生成系は、前記第1および第2の周波
数を電気的に混合して前記第3基準信号を生成すること
を特徴とする光波干渉測定装置。 - 【請求項8】請求項6記載の光波干渉測定装置におい
て、 前記第3基準信号生成系は、前記第1の光と前記第2の
光とを干渉させて第3基準信号を生成することを特徴と
する光波干渉測定装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9217162A JPH1144504A (ja) | 1997-07-28 | 1997-07-28 | 光波干渉測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9217162A JPH1144504A (ja) | 1997-07-28 | 1997-07-28 | 光波干渉測定装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1144504A true JPH1144504A (ja) | 1999-02-16 |
Family
ID=16699835
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9217162A Withdrawn JPH1144504A (ja) | 1997-07-28 | 1997-07-28 | 光波干渉測定装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1144504A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2182319A1 (en) | 2008-11-04 | 2010-05-05 | Canon Kabushiki Kaisha | Interferometric distance measuring apparatus |
WO2011145289A1 (ja) * | 2010-05-19 | 2011-11-24 | コニカミノルタセンシング株式会社 | 干渉光学系 |
US20120127477A1 (en) * | 2010-11-11 | 2012-05-24 | Canon Kabushiki Kaisha | Interferometer and distance calculation method therefor |
-
1997
- 1997-07-28 JP JP9217162A patent/JPH1144504A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2182319A1 (en) | 2008-11-04 | 2010-05-05 | Canon Kabushiki Kaisha | Interferometric distance measuring apparatus |
US8339611B2 (en) | 2008-11-04 | 2012-12-25 | Canon Kabushiki Kaisha | Interferometric distance measurement with harmonic frequency comb generated beams |
WO2011145289A1 (ja) * | 2010-05-19 | 2011-11-24 | コニカミノルタセンシング株式会社 | 干渉光学系 |
US20120127477A1 (en) * | 2010-11-11 | 2012-05-24 | Canon Kabushiki Kaisha | Interferometer and distance calculation method therefor |
US8724114B2 (en) * | 2010-11-11 | 2014-05-13 | Canon Kabushiki Kaisha | Interferometer and distance calculation method therefor |
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20041005 |