JPH07253303A - Fringe counting displacement interferometer - Google Patents
Fringe counting displacement interferometerInfo
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- JPH07253303A JPH07253303A JP6071289A JP7128994A JPH07253303A JP H07253303 A JPH07253303 A JP H07253303A JP 6071289 A JP6071289 A JP 6071289A JP 7128994 A JP7128994 A JP 7128994A JP H07253303 A JPH07253303 A JP H07253303A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、高度な変位計測精度が
要求される測定機器等に応用される縞計数変位干渉計に
関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fringe counting displacement interferometer which is applied to a measuring instrument or the like which requires a high precision in displacement measurement.
【0002】[0002]
【従来の技術】干渉縞計数法を用いた変位計測方式とし
て、被測定物からの測定光と参照光とから、DCレベル
が零で振幅が等しい90度位相差を持つ二つの干渉出力
信号V1 、V2 を作り出し、これらの相互干渉状態から
被測定物の変位を求める方法が知られている。2. Description of the Related Art As a displacement measuring method using an interference fringe counting method, two interference output signals V having a 90 degree phase difference of zero DC level and equal amplitude from a measuring light and a reference light from an object to be measured. A method is known in which 1 and V 2 are generated and the displacement of the object to be measured is obtained from the mutual interference state thereof.
【0003】これらの二つの出力信号V1 、V2 のリサ
ージュ図形は、例えば図2で示すように、原点を中心と
した真円(A)となる。そして、このリサージュ図形の
一周が1フリンジ(縞)に相当し、シングルパスの変位
干渉計の場合には、1フリンジは被測定物のλ/2の変
位に相当する。ここで、λは使用する光の波長であり、
リサージュ図形における回転数をカウントすることで、
被測定物の変位量が測定される。The Lissajous figure of these two output signals V 1 and V 2 is a perfect circle (A) centered on the origin, as shown in FIG. 2, for example. Then, one round of this Lissajous figure corresponds to one fringe (fringe), and in the case of a single-pass displacement interferometer, one fringe corresponds to a displacement of λ / 2 of the object to be measured. Where λ is the wavelength of the light used,
By counting the number of rotations in the Lissajous figure,
The displacement amount of the measured object is measured.
【0004】ところで、1フリンジの整数倍の変位の計
測は、V2 が0度でクロスしたときをカウントすること
により行うが、V2 が0度でクロスしたのか180度で
クロスしたのかを判断するために、そのとき(V2 が0
度でクロスしたとき)のV1の正負を知る必要がある。[0004] 1 measurement an integer multiple of the displacement of the fringes is carried out by counting the time in which V 2 is a cross at 0 degrees, determines whether the cross in the or 180 degrees V 2 is a cross zero degrees In order to do so (when V 2 is 0
It is necessary to know the positive / negative of V 1 (when crossing in degrees).
【0005】また、1フリンジ以下の変位の計測は、基
本的にはtan-1(V2 /V1 )からリサージュの回転
角θを計算し、シングルパス方式の場合には一周分が変
位量λ/2に相当することから、回転角θに基づく変位
量を求める。In addition, the displacement of less than 1 fringe is basically calculated by calculating the rotation angle θ of the Lissajous from tan −1 (V 2 / V 1 ), and in the case of the single pass system, the displacement amount is one revolution. Since it corresponds to λ / 2, the displacement amount based on the rotation angle θ is obtained.
【0006】ここで、従来のこの種の装置の一例を図3
に示す。この図に示す従来例では、レーザ光源301か
ら射出された入力ビーム302が、偏光ビームスプリッ
ター303に入射して、p偏光の測定光304とs偏光
の参照光305とに偏光分離される。An example of a conventional device of this type is shown in FIG.
Shown in. In the conventional example shown in this figure, an input beam 302 emitted from a laser light source 301 enters a polarization beam splitter 303 and is polarized and separated into a p-polarized measuring beam 304 and an s-polarized reference beam 305.
【0007】測定光304は、被測定物の移動鏡306
で折り返され、入力ビーム302とは分離されて偏光ビ
ームスプリッター303から射出する。参照光305
は、予め相対間隔が定められた固定鏡307で折り返さ
れて、再び偏光ビームスプリッター303に入射して、
測定光304と同軸上に合成され、出力ビーム308と
なって偏光ビームスプリッター303から射出される。The measuring light 304 is a moving mirror 306 of the object to be measured.
The light beam is reflected by the polarization beam splitter 303 and is separated from the input beam 302 and emitted from the polarization beam splitter 303. Reference light 305
Is folded by a fixed mirror 307 whose relative distance is previously determined, and is incident on the polarization beam splitter 303 again,
It is combined with the measurement light 304 coaxially, and becomes an output beam 308, which is emitted from the polarization beam splitter 303.
【0008】このように、出力ビーム308は、互いに
直交する偏光成分である測定光成分と参照光成分とから
なる検出光となる。そして、この出力ビーム308は、
全反射ミラー309で反射され、λ/2板310により
偏光面を45度回転させて、ビームスプリッター311
に入射すると共に、ここで二方向に等しく光量分割され
る。As described above, the output beam 308 becomes detection light composed of the measurement light component and the reference light component which are polarization components orthogonal to each other. The output beam 308 is then
The light is reflected by the total reflection mirror 309, and the polarization plane is rotated by 45 degrees by the λ / 2 plate 310, and the beam splitter 311
And the light amount is equally divided in two directions.
【0009】ビームスプリッター311で反射されて分
割された検出光312は、偏光ビームスプリッター31
3に入射すると共に、ここで偏光方向に伴って分離さ
れ、透過方位と反射方位とで180度位相のずれた透過
干渉光317と反射干渉光318とが出力される。The detection light 312 reflected and split by the beam splitter 311 is polarized beam splitter 31.
In addition to being incident on the optical axis 3, the transmitted interference light 317 and the reflected interference light 318 are output here, separated according to the polarization direction and having a phase difference of 180 degrees between the transmission azimuth and the reflection azimuth.
【0010】一方、ビームスプリッター311で透過さ
れて分割された検出光314は、測定光成分と参照光成
分の何れかに中性軸を一致させたλ/4板315に入射
して、測定光成分と参照光成分との位相差を90度ずら
した後、偏光子316に入射して検出干渉光319が得
られる。On the other hand, the detection light 314 transmitted and split by the beam splitter 311 is incident on a λ / 4 plate 315 whose neutral axis is aligned with either the measurement light component or the reference light component, and the measurement light After the phase difference between the component and the reference light component is shifted by 90 degrees, it is incident on the polarizer 316, and detection interference light 319 is obtained.
【0011】このとき、検出干渉光319の位相は、透
過干渉光317、反射干渉光318に対して90度ずれ
ている。夫々の干渉光は、利得可変な光電変換器320
〜322に入射し、夫々0度、90度、180度の三つ
の位相の信号を出力する。これらの三つの検出信号は、
夫々減算回路323に入力され、ここで90度の位相を
持つ検出干渉光319に基づく信号から、夫々0度、1
80度の位相の信号を差し引いて、二つの差信号を得
る。At this time, the phase of the detected interference light 319 is shifted by 90 degrees with respect to the transmitted interference light 317 and the reflected interference light 318. The respective interference lights are photoelectric converters 320 with variable gain.
To 322, and outputs signals of three phases of 0 degree, 90 degrees, and 180 degrees, respectively. These three detection signals are
The signals based on the detected interference light 319 having a phase of 90 degrees are input to the subtraction circuit 323, respectively, and 0 degrees and 1
The 80 degree phase signal is subtracted to obtain two difference signals.
【0012】この二つの差信号は、先の光電変換器32
0〜322の利得を変えることにより、DCレベルが零
で、振幅が等しく、かつ、位相差が90度になるように
調整してある。そして、減算回路323により得られた
二つの差信号は、演算回路324に入力され、ここでの
演算処理により移動鏡306(被測定物)の変位量が計
算されるものとなっている。The difference signal between these two signals is obtained by the above-mentioned photoelectric converter 32.
The gains of 0 to 322 are changed so that the DC level is zero, the amplitudes are equal, and the phase difference is 90 degrees. Then, the two difference signals obtained by the subtraction circuit 323 are input to the arithmetic circuit 324, and the amount of displacement of the movable mirror 306 (measurement object) is calculated by the arithmetic processing here.
【0013】また、検出信号の位相差が互いに90度づ
つとなる四つの信号から互いに180度づつずれた二つ
の信号を対にして選択し、これらの二つの差信号から位
置検出処理を行うものとして特開平2−22503号が
知られている。Further, two signals having a phase difference of 90 degrees with respect to each other are shifted from each other by 90 degrees and selected from a pair of signals, and position detection processing is performed from these two difference signals. JP-A-2-22503 is known as the above.
【0014】この公知技術では、互いに直交する偏光成
分からなる検出ビームに対し、偏光ビームスプリッター
を偏光の振動軸に対して45度傾けることにより、互い
に逆位相の(180度位相のずれた)干渉光を採り出す
方式としている。According to this known technique, the polarization beamsplitters are tilted by 45 degrees with respect to the oscillation axis of the polarization with respect to the detection beams composed of polarization components orthogonal to each other, so that interferences of opposite phases (shifted by 180 degrees) are generated. It is a method of extracting light.
【0015】さらに、これらを90度づつずれた信号と
するために、最初に光量分割した一方の検出ビームをλ
/4板を透過させて、位相が90度ずれた検出ビームと
している。Further, in order to obtain signals shifted by 90 degrees from each other, one of the detection beams which is first divided by the light quantity is λ
The / 4 plate is transmitted, and the detection beam has a phase difference of 90 degrees.
【0016】[0016]
【発明が解決しようとする課題】上記のような縞計数干
渉計では、検出した出力信号V1 、V2 がオフセットを
持っていたり、振幅が等しくない場合や、位相差が90
度からずれている場合等には、図2のBで示すように楕
円形のリサージュ図形となる場合があり、このようなリ
サージュ図形に基づいて逆正接から求めた変位量は、実
際の変位量に対して誤差を持つものとなる。In the above fringe counting interferometer, the detected output signals V 1 and V 2 have an offset, the amplitudes are not equal, or the phase difference is 90.
When it is deviated from the degree, it may become an elliptic Lissajous figure as shown by B in FIG. 2, and the displacement amount obtained from the arctangent based on such a Lissajous figure is the actual displacement amount. There is an error with respect to.
【0017】ここで、前述した従来構成の縞計数干渉計
では、90度の位相の信号から夫々0度と180度の位
相の信号を差し引いて、DCレベルが零で振幅が等し
く、互いに直角位相の二つの差信号を作り出すため、装
置の調整時に光電変換器の一つの検出器の利得を変える
と、差信号のDCレベル、振幅、位相差が全て同時に変
動してしまう。このため、個別の差信号検出に対してオ
フセット調整や、振幅調整、及び位相調整を独自に行う
ことができないため、調整作業が非常に面倒である欠点
がある。In the fringe counting interferometer of the above-mentioned conventional structure, signals of 0 degrees and 180 degrees are subtracted from signals of 90 degrees phase to obtain zero DC level, equal amplitude, and quadrature phase. Therefore, if the gain of one detector of the photoelectric converter is changed during adjustment of the device in order to generate two difference signals, the DC level, the amplitude, and the phase difference of the difference signal all fluctuate at the same time. Therefore, there is a drawback that the adjustment work is very troublesome because the offset adjustment, the amplitude adjustment, and the phase adjustment cannot be individually performed for the individual difference signal detection.
【0018】この欠点は、λ/4板にリターデーション
誤差がある(互いに直交する固有偏光間の位相差が90
度からずれている)場合、検出信号自体に誤差が生ずる
と共に、調整作業がさらに困難になる。The drawback is that the λ / 4 plate has a retardation error (the phase difference between the intrinsic polarizations orthogonal to each other is 90).
Error), the adjustment work becomes more difficult.
【0019】この点については、前述した公知技術にお
いても同様であり、波長板のリターデーション誤差が生
じないようにするには、精密なλ/4波長板を用いる必
要があるが、このような精密な波長板の作製は非常に困
難であり、仮に製作しても製造コストがかさむ欠点があ
る。This point is the same as in the above-mentioned known technique, and in order to prevent the retardation error of the wave plate from occurring, it is necessary to use a precise λ / 4 wave plate. It is very difficult to manufacture a precise wave plate, and even if it is manufactured, there is a drawback that the manufacturing cost is high.
【0020】また、公知技術のように光学系自体を偏光
面に対して45度傾ける構成とすると、光学系の配置構
成に制限が多くなると共に、製造時のこれらの光学系の
配置構成における調整作業が非常に面倒である。Further, when the optical system itself is tilted by 45 degrees with respect to the plane of polarization as in the known art, there are many restrictions on the arrangement of the optical system and the adjustment of the arrangement of these optical systems at the time of manufacture. The work is very troublesome.
【0021】加えて、先のリターデーション誤差と共
に、光学系の配置構成のずれとの相互の誤差が検出信号
に影響するので、例えば使用中の振動等によっても検出
誤差が生ずる。このため、これらの相互の影響から検出
精度を著しく低下させる場合があり、これを防止するこ
と並びに精度自体を向上させることや使用中に調整し直
すこと等が困難な問題もある。In addition, the above-mentioned retardation error and the mutual error with the displacement of the arrangement of the optical system affect the detection signal, so that the detection error also occurs due to, for example, vibration during use. For this reason, the detection accuracy may be significantly reduced due to the mutual influence of these, and there is also a problem that it is difficult to prevent this, improve the accuracy itself, and readjust during use.
【0022】本発明はこれらの問題点に鑑みてなされた
ものであり、検出特性の優れた縞計数変位干渉計を提供
することを主目的とする。特に、これらの装置に関し
て、オフセット調整、振幅調整、並びに位相調整が夫々
独立して調整できる様にする事で、装置の調整が容易な
縞計数変位干渉計を提供する事を目的とする。The present invention has been made in view of these problems, and its main object is to provide a fringe counting displacement interferometer having excellent detection characteristics. In particular, it is an object of the present invention to provide a fringe-counting displacement interferometer in which the adjustment of the device is easy by making it possible to adjust the offset adjustment, the amplitude adjustment, and the phase adjustment independently of each other.
【0023】また、差信号の位相差が正確に90度毎に
独自に調整できる縞計数変位干渉計を提供する事を目的
とする。さらに、DCレベルが零で、振幅の等しい理想
的な二つの差信号が容易に得られる縞計数変位干渉計を
提供することを目的とする。It is another object of the present invention to provide a fringe counting displacement interferometer in which the phase difference of the difference signal can be accurately and independently adjusted every 90 degrees. Further, it is an object of the present invention to provide a fringe-counting displacement interferometer which can easily obtain two ideal difference signals having zero DC level and the same amplitude.
【0024】[0024]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本願請求項1に記載した発明では、光源からの出力
ビームを互いに直交する偏光成分毎に分割して参照光と
測定光とに利用すると共に、参照対象物並びに被測定物
から反射してきた検査光束を同軸上に合成して検出ビー
ムを取り出す干渉光学系と、前記検出ビームを二つに分
割する分割手段と、ここで分割された一方の検出ビーム
の直交する偏光成分間の位相を変移させる位相変移手段
と、前記分割された夫々の検出ビームから互いに180
度位相のずれた二つの干渉光をそれぞれ取り出す偏光干
渉手段と、これらの四つの干渉光を夫々検出する検出手
段とを備え、前記位相変移手段が互いに直交する偏光成
分間の位相の変移量を変更させる変移量可変手段を有し
ており、前記位相変移手段の変移量可変手段により、前
記分割された一方の干渉光の位相が他方の干渉光の位相
と90度づつ変移した状態で前記四つの干渉光を夫々検
出し、該検出結果に基づいて被測定物の変位量を測定す
ること特徴とする縞計数変位干渉計を提供する。In order to achieve the above object, in the invention described in claim 1 of the present application, an output beam from a light source is divided into polarized light components orthogonal to each other to obtain reference light and measurement light. An interfering optical system for extracting the detection beam by coaxially synthesizing the inspection light beams reflected from the reference object and the object to be measured, and a dividing means for dividing the detection beam into two. The phase shift means for shifting the phase between the orthogonal polarization components of one detection beam, and 180 degrees from each of the divided detection beams.
Polarization interference means for respectively taking out two interference lights whose phases are shifted from each other, and detection means for detecting these four interference lights respectively are provided, and the phase shift means measures the amount of phase shift between polarization components orthogonal to each other. The phase shift means includes a shift amount varying means for changing the shift amount varying means for shifting the phase of one of the divided interference light beams by 90 degrees with respect to the phase of the other interference light beam. Provided is a fringe counting displacement interferometer, which is characterized by detecting two interference lights and measuring a displacement amount of an object to be measured based on the detection result.
【0025】本願請求項2に記載した発明は、請求項1
記載の縞計数変位干渉計であって、前記検出手段が利得
可変な光電変換手段により前記四つの干渉光を光電変換
して検出するものであることを特徴とする。The invention described in claim 2 of the present application is the same as claim 1.
The fringe counting displacement interferometer described above is characterized in that the detecting means photoelectrically converts and detects the four interference lights by a photoelectric converting means having a variable gain.
【0026】本願請求項3に記載した発明は、請求項1
又は2に記載の縞計数変位干渉計であって、前記位相変
移手段が、互いに直交する偏光成分間の位相をずらす移
相子と、この移相子をビーム光軸のまわりに回転させる
ことにより位相の変移量を変更させる変移量可変手段か
らなることを特徴とする。The invention described in claim 3 of the present application is based on claim 1.
Or the fringe counting displacement interferometer according to 2, wherein the phase shift means rotates the phase shifter around a beam optical axis and a phase shifter that shifts a phase between polarization components orthogonal to each other. It is characterized in that it comprises a shift amount varying means for changing the shift amount of the phase.
【0027】本願請求項4に記載した発明は、請求項
1、2、又は3に記載の縞計数変位干渉計であって、前
記偏光干渉手段が、前記検出ビームの光路中に設けられ
たλ/2板と、前記分割手段により分割された二つの検
出ビームの光路中に夫々設けられた偏光ビームスプリッ
ターとを有し、前記λ/2板が、これを透過する前後の
検出ビームの偏光面が互いに45度傾く様に配置されて
いると共に、前記偏光ビームスプリッターが、前記λ/
2板を透過する前の検出ビームのいずれかの偏光面と偏
光ビームスプリッターの偏光分離面に対する検出ビーム
の入射面とが一致する様に配置されていることを特徴と
する。The invention according to claim 4 of the present application is the fringe counting displacement interferometer according to claim 1, 2, or 3, wherein the polarization interference means is provided in the optical path of the detection beam. / 2 plate and polarization beam splitters respectively provided in the optical paths of the two detection beams split by the splitting means, and the λ / 2 plate has polarization planes of the detection beams before and after passing therethrough. Are arranged so as to be inclined by 45 degrees with respect to each other, and the polarization beam splitter is
It is characterized in that any one of the polarization planes of the detection beam before passing through the two plates and the incidence plane of the detection beam with respect to the polarization splitting surface of the polarization beam splitter are aligned.
【0028】本願請求項5に記載した発明は、光源から
の出力ビームを互いに直交する偏光成分毎に分割して参
照光と測定光とに利用すると共に、参照対象物並びに被
測定物から反射してきた検査光束を同軸上に合成して検
出ビームを取り出す干渉光学系と、前記検出ビームを二
つに分割する分割手段と、ここで分割された一方の検出
ビームの直交する偏光成分間の位相を変移させる位相変
移手段と、前記分割された夫々の検出ビームから互いに
180度位相のずれた二つの干渉光をそれぞれ取り出す
偏光干渉手段と、これらの四つの干渉光を夫々検出する
検出手段とを備え、前記分割手段が非偏光ビームスプリ
ッターからなり、前記位相変移手段が互いに直交する偏
光成分間の位相をずらす移相子と、この移相子をビーム
光軸に対して回転させることにより干渉光の位相の変移
量を変更させる変移量可変手段を有し、前記移相子が前
記分割手段により分割された一方の光路中に設けられ、
前記偏光干渉手段が前記分割手段による分割前の検出ビ
ームの光路中に設けられたλ/2板と前記分割手段によ
り分割された二つの検出ビームの光路中に夫々設けられ
た偏光ビームスプリッターとを有し、前記λ/2板が、
これを透過する前後の検出ビームの偏光面が互いに45
度傾く様に配置されていると共に、前記偏光ビームスプ
リッターが、前記λ/2板を透過する前の検出ビームの
いずれかの偏光面と偏光ビームスプリッターの偏光分離
面に対する検出ビームの入射面とが一致する様に配置さ
れており、前記検出手段が、利得可変な光電変換手段に
より前記四つの干渉光を光電変換して検出するものであ
り、前記位相変移手段の変移量可変手段により、前記分
割された一方の干渉光の位相が他方の干渉光の位相と9
0度づつ変移した状態で前記四つの干渉光を夫々検出
し、該検出結果に基づいて被測定物の変位量を測定する
こと特徴とする縞計数変位干渉計を提供する。According to a fifth aspect of the present invention, the output beam from the light source is divided into polarized light components which are orthogonal to each other to be used as the reference light and the measurement light, and is reflected from the reference object and the object to be measured. The interference optical system for extracting the detection beam by synthesizing the inspection light beams on the same axis, the division means for dividing the detection beam into two, and the phase between the orthogonal polarization components of one of the detection beams divided here. A phase shift means for shifting, a polarized light interference means for respectively extracting two interference lights having a phase difference of 180 degrees from each of the divided detection beams, and a detection means for detecting each of these four interference lights. , The splitting means is composed of a non-polarizing beam splitter, and the phase shift means shifts the phase between polarization components orthogonal to each other, and the phase shifter rotates with respect to the beam optical axis. Has a displacement amount changing means for changing the shift amount of the phase of the interference light by causing the retarder is provided in the optical path of the one divided by said dividing means,
The polarization interference means includes a λ / 2 plate provided in the optical path of the detection beam before being split by the splitting means and a polarization beam splitter provided in each of the optical paths of the two detection beams split by the splitting means. And the λ / 2 plate has
The polarization planes of the detection beam before and after passing through this are 45
The polarization beam splitter is arranged so as to be inclined with respect to one another, and one of the polarization planes of the detection beam before passing through the λ / 2 plate and the incidence plane of the detection beam with respect to the polarization splitting surface of the polarization beam splitter. The detection means are arranged so as to coincide with each other, and the four interference lights are photoelectrically converted and detected by the photoelectric conversion means with variable gain, and the division is performed by the displacement amount variable means of the phase shift means. The phase of one of the interfering light beams that has been separated is 9
A fringe counting displacement interferometer characterized in that the four interference lights are respectively detected in a state of being displaced by 0 degree, and the displacement amount of an object to be measured is measured based on the detection result.
【0029】[0029]
【作用】本発明は、上記のように構成されているため以
下の作用を奏する。まず、本願請求項1に記載した発明
では、光源からの出力ビームを互いに直交する偏光成分
毎に分割して参照光と測定光とに利用すると共に、参照
対象物並びに被測定物から反射してきた検査光束を同軸
上に合成して検出ビームを取り出す干渉光学系を備えて
いる。このため、干渉光学系から互いに直交する偏光成
分である参照光と測定光とからなる検出ビームが得られ
ることとなる。Since the present invention is constructed as described above, it has the following effects. First, in the invention described in claim 1 of the present application, the output beam from the light source is divided into polarized light components orthogonal to each other and used as the reference light and the measurement light, and is reflected from the reference object and the measurement object. An interference optical system is provided that coaxially combines the inspection light beams and extracts a detection beam. Therefore, a detection beam including the reference light and the measurement light, which are polarization components orthogonal to each other, can be obtained from the interference optical system.
【0030】この検出ビームを分割手段が二つに分割す
るが、この分割手段は少なくとも検出ビームを光量分割
するものであれば良く、分割した二つの光量(光強度)
が互いに等しいものとなることが望ましい。This detection beam is divided into two by the dividing means, but this dividing means is only required to divide at least the detection beam into light amounts, and the two divided light amounts (light intensity).
Should be equal to each other.
【0031】ここで分割された検出ビームに対しては、
直交する偏光成分間の位相を変移させる位相変移手段が
設けられている。この位相変位手段は、分割された一方
の検出ビームによる干渉光を、他方の検出ビームによる
干渉光に対して位相を変移させるものであれば良く、少
なくとも分割された一方の検出ビームの光路中に設けれ
ば良いが、相互に設けて位相差を調整しても良い。尚、
この位相差は90度であることが好ましいが、差信号の
検出方式等によってはこれに限定されるものではない。For the detection beam divided here,
Phase shift means for shifting the phase between orthogonal polarization components is provided. The phase displacing means may be one that shifts the phase of the interference light of one of the split detection beams with respect to the interference light of the other detection beam, and at least in the optical path of the one of the split detection beams. They may be provided, but they may be provided mutually to adjust the phase difference. still,
The phase difference is preferably 90 degrees, but is not limited to this depending on the detection method of the difference signal and the like.
【0032】さらに、分割された夫々の検出ビームは夫
々偏光干渉手段により、互いに180度位相のずれた二
つの干渉光が夫々取り出され、検出手段により検出され
ることとなる。Further, the respective polarized detection beams are respectively extracted by the polarization interference means, and two interference lights having a phase difference of 180 degrees are extracted and detected by the detection means.
【0033】ここで、先の位相変移手段で、一方の干渉
光は他方に対して位相差が生じているため、互いに18
0度位相のずれた信号が二種類検出され、結果として四
つの信号が検出されることとなる。尚、先の位相変移手
段における位相差が90度であれば、この四つの信号の
位相差は互いに90度づつずれたもの、即ち、0度、9
0度、180度、270度の検出信号となる。Here, in the above phase shift means, since one interference light has a phase difference with respect to the other, the mutual interference light is 18
Two types of signals with a phase difference of 0 degrees are detected, and as a result, four signals are detected. If the phase difference in the phase shift means is 90 degrees, the phase differences of these four signals are shifted by 90 degrees from each other, that is, 0 degrees, 9 degrees.
The detection signals are 0 degree, 180 degrees, and 270 degrees.
【0034】しかし、前述したように、波長板のリター
デーション誤差や、装置の配置構成誤差又は位置ずれ等
により、位相差にも誤差が生ずることがある。このた
め、本発明では、位相変移手段が互いに直交する偏光成
分間の位相の変移量を変更させる変移量可変手段を有し
ており、これにより二つの干渉光の位相差を調整するこ
とができるものとなっている。However, as described above, an error may occur in the phase difference due to the retardation error of the wave plate, the arrangement configuration error of the device, or the positional shift. Therefore, in the present invention, the phase shift means has the shift amount varying means for changing the shift amount of the phase between the polarization components orthogonal to each other, whereby the phase difference between the two interference lights can be adjusted. It has become a thing.
【0035】この変移量可変手段により位相差を調整す
ることで、分割された一方の検出ビームからの干渉光の
位相が他方の検出ビームによる干渉光の位相と正確に9
0度変移した状態の前記四つの干渉光を夫々検出するこ
とができるものとなる。By adjusting the phase difference by the displacement amount varying means, the phase of the interference light from one of the divided detection beams is exactly 9 with the phase of the interference light from the other detection beam.
Each of the four interference lights in the state of 0 degree shift can be detected.
【0036】そして、これらの正確な位相差が与えられ
た干渉光からの差信号を検出することにより、誤差のな
い検出結果が得られるので検出精度が向上する。このた
め、このような検出信号に基づいて被測定物の変位量を
測定することにより、被測定物の変位量が正確に測定さ
れるものとなる。By detecting the difference signal from the interference light to which these accurate phase differences are given, a detection result without error can be obtained, so that the detection accuracy is improved. Therefore, by measuring the displacement amount of the measured object based on such a detection signal, the displacement amount of the measured object can be accurately measured.
【0037】本願請求項2に記載した発明では、検出手
段が利得可変な光電変換手段により前記四つの干渉光を
光電変換して検出するものであるため、差信号の検出の
際の利得調整が四つの検出信号の個々に対して行えるも
のとなっている。According to the second aspect of the present invention, since the detection means photoelectrically converts the four interference lights by the photoelectric conversion means having a variable gain to detect, the gain adjustment at the time of detecting the difference signal is performed. It can be performed for each of the four detection signals.
【0038】これにより、二つの差信号のオフセット及
び振幅調整は、前記四つの光電変換器の利得を個々に変
えることにより行なう。このため、夫々の検出信号のD
Cレベルを零にして、かつ振幅を等しくすることが容易
に行なう事ができる。Thus, the offset and amplitude of the two difference signals are adjusted by individually changing the gains of the four photoelectric converters. Therefore, D of each detection signal
It is easy to set the C level to zero and make the amplitudes equal.
【0039】即ち、本発明においては、移相子を透過し
たビームからも、一つの干渉光だけでは無く、互いに1
80度の位相差を持つ二つの干渉光を作り出し、ここか
ら逆位相同士の引算により二つの差信号を得ている。こ
のため、差信号の位相差は、移相子の固有偏光成分間の
位相差と中性軸方位によって決まり、光電変換器の利得
の変化は無関係となる。That is, according to the present invention, not only one interference light but also one mutual light from the beams transmitted through the phase shifter.
Two interference lights having a phase difference of 80 degrees are generated, and two difference signals are obtained by subtracting the opposite phases from the interference light. Therefore, the phase difference of the difference signal is determined by the phase difference between the intrinsic polarization components of the phase shifter and the neutral axis direction, and the change in the gain of the photoelectric converter is irrelevant.
【0040】これは、夫々の光電変換器における利得の
変化が、差信号のDCレベルと振幅のみに寄与するため
であり、オフセット、振幅調整と位相調整が独立して行
えるようになる。This is because the change in gain in each photoelectric converter contributes only to the DC level and amplitude of the difference signal, and offset, amplitude adjustment and phase adjustment can be performed independently.
【0041】さらに、一方の検出ビームから180度位
相のずれた二つの検出信号を取り出す際にも、これらを
偏光分離により逆位相の信号を取り出すものであるた
め、一つの信号検出の利得を変換しても他方に影響を与
えないものとなっている。Further, even when two detection signals that are 180 degrees out of phase with each other are extracted from one detection beam, signals of opposite phases are extracted by polarization separation, so that the gain of one signal detection is converted. However, it does not affect the other.
【0042】本願請求項3に記載した発明は、前記位相
変移手段が、互いに直交する偏光成分間の位相をずらす
移相子と、この移相子をビーム光軸のまわりに回転させ
ることにより干渉光の位相の変移量を変更させる変移量
可変手段からなることを特徴とする。According to the third aspect of the present invention, the phase shift means causes the phase shifter to shift the phase between the polarization components orthogonal to each other, and causes the phase shifter to rotate about the beam optical axis to cause interference. It is characterized by comprising a shift amount varying means for changing the shift amount of the phase of light.
【0043】即ち、互いに直交する偏光成分からなる検
出ビームに対し、一方にのみ90度の位相差を与えるた
めには、移相子として通常λ/4板の中性軸を互いに直
交する偏光成分の一方の振動面方向に一致させることに
より行われている。しかし、正確な90度移相子の作製
は極めて困難であり、多少の誤差が含まれているのが現
状である。That is, in order to give a phase difference of 90 degrees to only one of the detection beams composed of polarization components orthogonal to each other, as a phase shifter, polarization components whose neutral axes are normally orthogonal to each other on a λ / 4 plate are used. This is done by matching the direction of one of the vibrating surfaces. However, it is extremely difficult to manufacture an accurate 90-degree retarder, and at present, some errors are included.
【0044】ここで、移相子を光軸のまわりに回転させ
てやると、これにより与えられる干渉光の位相が変化す
ることが知られている。本発明では、これを利用して移
相子により与えられる干渉光の位相を調整できるように
したものであり、例えば90度位相を生じさせるために
は、少なくとも90度以上180度未満の移相子を用
い、これを光軸のまわりに回転させることで、正確に9
0度位相の干渉光を与えるものとしている。Here, it is known that when the phase shifter is rotated around the optical axis, the phase of the interference light given thereby changes. The present invention utilizes this to adjust the phase of the interference light provided by the phase shifter. For example, in order to generate a 90 degree phase, a phase shift of at least 90 degrees and less than 180 degrees is required. By using a child and rotating it around the optical axis,
It is assumed that 0-degree phase interference light is given.
【0045】これを、図4を用いて説明する。二つの差
信号間の位相差φは、図4に示すように移相子をビーム
光軸まわりに回転させることにより調整される。この図
において、θ0 は移相子の中性軸が互いに直交する測定
光成分と参照光成分のどちらか一方に一致しているとき
の角度であり、δは移相子の二つの固有偏光成分間の位
相差である。This will be described with reference to FIG. The phase difference φ between the two difference signals is adjusted by rotating the retarder around the beam optical axis as shown in FIG. In this figure, θ 0 is the angle when the neutral axis of the retarder coincides with either the measurement light component or the reference light component orthogonal to each other, and δ is the two intrinsic polarizations of the retarder. It is the phase difference between the components.
【0046】このように、本発明では正確な90度移相
子を使用する必要がないので、移相子の製作コストに伴
う装置の製造コストの上昇を抑えることができる。ま
た、仮に位相差に誤差(リターデーション誤差)のある
移相子を用いても、検出する干渉光に正確な位相差を与
えることができる利点がある。As described above, according to the present invention, since it is not necessary to use an accurate 90-degree phase shifter, it is possible to suppress an increase in the manufacturing cost of the device due to the manufacturing cost of the phase shifter. Further, even if a phase shifter having an error (retardation error) in the phase difference is used, there is an advantage that an accurate phase difference can be given to the interference light to be detected.
【0047】尚、本発明に係る位相変移手段や、変移量
可変手段はこの方式に限定されるものでは無く、例えば
バビネ・ソレイユ補償板を応用したもの、複数の移相子
を組み合わせたもの、電気光学的素子を用いて位相差を
与える(位相差を変化させる手段を含む)もの等を応用
することも可能である。The phase shift means and the shift amount varying means according to the present invention are not limited to this method. For example, a Babinet-Soleil compensator is applied, a combination of a plurality of phase shifters, It is also possible to apply a device that gives a phase difference (including means for changing the phase difference) using an electro-optical element.
【0048】次に、本願に係る発明に用いる偏光干渉手
段としては、検出ビームを偏光分離手段に入射させて互
いに直交する偏光成分ごとに分離する際に、分離された
偏光成分の夫々に検出ビームの測定光と参照光との両成
分を含ませる事で、分離された同じ偏光成分同士の測定
光と参照光とを干渉させる手段を使用する。Next, as the polarization interference means used in the invention according to the present application, when the detection beam is incident on the polarization separation means and is separated into polarization components orthogonal to each other, each of the separated polarization components is detected. By including both components of the measurement light and the reference light, the means for causing interference between the measurement light and the reference light of the same separated polarized components is used.
【0049】この様な偏光干渉手段により分離されて干
渉した干渉光は、互いに直交する偏光成分である事か
ら、互いに位相が180度ずれたものとなり、これらの
検出手段により検出する事で逆位相の差信号が分離して
とり出される。Since the interference lights separated and interfered by such polarization interference means are polarization components orthogonal to each other, the phases thereof are 180 degrees out of phase with each other, and the opposite phase is detected by these detection means. The difference signal of is separated and taken out.
【0050】本発明における偏光分離手段として、前述
した公知技術の様に、光学系全体を検出ビームの互いに
直交する偏光成分に対して傾けて配置するものを使用す
る事も可能であるが、本願請求項4に記載した発明で
は、λ/2板と偏光ビームスプリッターとを用い、これ
らと検出ビームの偏光面(振動面)の位置関係を工夫す
る事により偏光分離手段を構築している。As the polarized light separating means in the present invention, it is also possible to use one in which the entire optical system is inclined with respect to the polarization components of the detection beam which are orthogonal to each other, as in the above-mentioned known technique. In the invention described in claim 4, the polarization splitting means is constructed by using the λ / 2 plate and the polarization beam splitter and devising the positional relationship between these and the polarization plane (vibration plane) of the detection beam.
【0051】本願請求項4に記載した発明では、前記偏
光干渉手段が、前記検出ビームの光路中に設けられたλ
/2板と、前記分割手段により分割された二つの検出ビ
ームの光路中に夫々設けられた偏光ビームスプリッター
とを有し、前記λ/2板がこれを透過する前後の検出ビ
ームの偏光面が互いに45度傾く様に配置されていると
共に、前記偏光ビームスプリッターが前記λ/2板を透
過する前の検出ビームのいずれかの偏光面と偏光ビーム
スプリッターの偏光分離面に対する検出ビームの入射面
とが一致する様に配置されている。In the invention according to claim 4 of the present application, the polarization interference means is provided in the optical path of the detection beam.
/ 2 plate and polarization beam splitters respectively provided in the optical paths of the two detection beams divided by the dividing means, and the polarization planes of the detection beams before and after passing through the λ / 2 plate are The polarization beam splitters are arranged so as to be inclined by 45 degrees with each other, and one of the polarization planes of the detection beam before the polarization beam splitter transmits the λ / 2 plate, and the incidence plane of the detection beam with respect to the polarization split plane of the polarization beam splitter. Are arranged so that they match.
【0052】測定光と参照光とが互いに直交する偏光成
分からなる検出ビームのいずれかの偏光面と、偏光ビー
ムスプリッターの偏光分割面に対して入射する検出ビー
ムの入射面(入射光軸を含む)とを一致させると、偏光
ビームスプリッターにより再度偏光成分ごとに測定光と
参照光とが分離されてしまう。An incident plane of the detection beam (including the incident optical axis) which is incident on any one of the polarization planes of the detection beam having polarization components in which the measurement light and the reference light are orthogonal to each other and the polarization splitting surface of the polarization beam splitter. ), The measuring beam and the reference beam will be separated again for each polarization component by the polarization beam splitter.
【0053】本発明では、この偏光ビームスプリッター
に入射する検出ビームの光路中にλ/2板を設け、これ
を透過する前後の検出ビームの偏光面が互いに45度傾
く様に配置されている。In the present invention, the λ / 2 plate is provided in the optical path of the detection beam incident on the polarization beam splitter, and the polarization planes of the detection beam before and after passing through the plate are arranged so as to be inclined by 45 degrees.
【0054】このため、検出ビームが偏光分割面に入射
する際には、前記入射面に対して夫々の偏光成分が45
度づつ傾いた状態で入射するので、偏光分割面で透過あ
るいは反射されて分離される夫々の偏光方向成分毎に、
検出ビームの測定光と参照光とが夫々分離される。Therefore, when the detection beam is incident on the polarization splitting surface, each polarization component is 45 degrees with respect to the incidence surface.
Since the light is incident in a tilted state, each polarization direction component that is transmitted or reflected by the polarization splitting surface and is separated,
The measurement light and the reference light of the detection beam are separated from each other.
【0055】そして、例えば偏光ビームスプリッターの
透過偏光成分は、検出ビームの測定光と参照光との同じ
偏光面をもつ偏光成分が分離される事となるので、これ
らが互いに干渉して干渉光となる。ここで分離された透
過偏光成分と反射偏光成分とは、互いに直交する偏光成
分であるため、これらの干渉光は互いに180度位相の
ずれた干渉光となる。Then, for example, in the transmitted polarized light component of the polarization beam splitter, the polarized light components of the detection beam having the same polarization plane as the measurement light and the reference light are separated, so that these interfere with each other and interfere with each other. Become. Since the transmission polarization component and the reflection polarization component separated here are polarization components orthogonal to each other, these interference lights are interference lights with a phase difference of 180 degrees from each other.
【0056】本発明では、偏光干渉手段を上記の様な構
成としているため、前述した公知技術の様に光学系自体
を傾けるものに比べて、検出ビームに対する偏光ビーム
スプリッターの配置構成が容易である。さらに、この様
な光学部材の設計の制限が少なくなり、自由度が広がる
ものとなるので種々の装置への応用が容易になる。ま
た、装置の製造時や使用時における調整等の手間も軽減
される。In the present invention, since the polarization interference means has the above-mentioned structure, the arrangement of the polarization beam splitter with respect to the detection beam is easier than that of the known art in which the optical system itself is inclined. . Further, since there are less restrictions on the design of such an optical member and the degree of freedom is expanded, the application to various devices is facilitated. In addition, the time and effort required for adjustment and the like during manufacturing and use of the device are reduced.
【0057】なお、本発明ではλ/2板により検出ビー
ムの偏光面を傾ける(回転させる)ものとしているが、
このλ/2板のリターデーション誤差を考慮して、偏光
面の回転手段における回転角(傾き角)を調整する検出
ビーム偏光面調整手段を設ける事が好ましい。これは、
例えば、波長板を光軸回りに回転可能とすること、又は
光学系の傾き角度を調整可能とする等により、正確な位
置関係を維持して偏光干渉させることができるものとな
る。In the present invention, the polarization plane of the detection beam is tilted (rotated) by the λ / 2 plate.
In consideration of the retardation error of the λ / 2 plate, it is preferable to provide detection beam polarization plane adjusting means for adjusting the rotation angle (tilt angle) of the polarization plane rotating means. this is,
For example, by making the wave plate rotatable about the optical axis or adjusting the tilt angle of the optical system, it is possible to maintain the correct positional relationship and cause polarization interference.
【0058】本願請求項5に記載した発明は、光源から
の出力ビームを互いに直交する偏光成分毎に分割して参
照光と測定光とに利用すると共に、参照対象物並びに被
測定物から反射してきた検査光束を同軸上に合成して検
出ビームを取り出す干渉光学系と、前記検出ビームを二
つに分割する分割手段と、ここで分割された一方の検出
ビームの直交する偏光成分間の位相を変移させる位相変
移手段と、前記分割された夫々の検出ビームから互いに
180度位相のずれた二つの干渉光をそれぞれ取り出す
偏光干渉手段と、これらの四つの干渉光を夫々検出する
検出手段とを備えている。According to the invention described in claim 5, the output beam from the light source is divided into polarized light components orthogonal to each other to be used as the reference light and the measurement light, and is reflected from the reference object and the object to be measured. The interference optical system for extracting the detection beam by synthesizing the inspection light beams on the same axis, the division means for dividing the detection beam into two, and the phase between the orthogonal polarization components of one of the detection beams divided here. A phase shift means for shifting, a polarized light interference means for respectively extracting two interference lights having a phase difference of 180 degrees from each of the divided detection beams, and a detection means for detecting each of these four interference lights. ing.
【0059】この発明では、非偏光ビームスプリッター
からなる分割手段を備えているため、検出ビームはその
偏光成分にかかわらず分割される。即ち、検出ビームが
互いに直交する偏光成分からなる二つの測定光と参照光
とである事から、偏光面の方向に限らずこれらの二つの
光が互いに同じ光量で夫々分割されるものであれば、特
に限定される事はない。In the present invention, the detection beam is divided regardless of its polarization component because it is provided with the dividing means composed of the non-polarization beam splitter. That is, since the detection beam is the two measurement light and the reference light, which are composed of polarization components orthogonal to each other, it is not limited to the direction of the polarization plane, as long as these two lights are split with the same amount of light respectively. There is no particular limitation.
【0060】例えば非偏光ビームスプリッターとしてハ
ーフミラー等を本発明の分割手段に応用することができ
る。この場合には、ハーフミラーの光学面(反射光と透
過光に分離する面)に入射する検出ビームの入射面(入
射光軸を含む面)に対し、互いに直交する偏光成分の偏
光面のいずれかが一致すると、透過光と反射光に分離し
た際に、偏光面の方向により分割される光量に差異が生
ずる事がある。For example, as a non-polarizing beam splitter, a half mirror or the like can be applied to the dividing means of the present invention. In this case, one of the polarization planes of the polarization components orthogonal to the incidence plane (the plane including the incident optical axis) of the detection beam incident on the optical surface of the half mirror (the surface that separates the reflected light and the transmitted light). If the values are the same, when splitting into transmitted light and reflected light, the amount of light split may differ depending on the direction of the polarization plane.
【0061】このため、ハーフミラーの光学面に対する
検出ビームの入射面が、検出ビームの互いに直交する偏
光成分の偏光面と一致しない様に光学系を構成する事が
好ましく、偏光成分の偏光面が前記入射面に対して45
度傾いたものである事が望ましい。Therefore, it is preferable to configure the optical system so that the incident plane of the detection beam with respect to the optical surface of the half mirror does not coincide with the polarization planes of the polarization components of the detection beam orthogonal to each other. 45 with respect to the incident surface
It is desirable that it is inclined.
【0062】この様な偏光面と入射面の角度関係を保っ
ているハーフミラーの光学面に入射させる事により、ハ
ーフミラーからの透過光と反射光とに、検出ビームの測
定光と参照光とが互いにほぼ等しい割合の光量分割がな
されて分離される。By making the light incident on the optical surface of the half mirror which maintains such an angle relationship between the polarization plane and the incident surface, the measurement light and the reference light of the detection beam are included in the transmitted light and the reflected light from the half mirror. Are separated by being divided into light amounts having a substantially equal ratio.
【0063】また、本発明の位相変移手段は、互いに直
交する偏光成分間の位相をずらす移相子と、この移相子
をビーム光軸に対して回転させることにより干渉光の位
相の変移量を変更させる変移量可変手段を有しており、
前記移相子は前記分割手段により分割された一方の光路
中に設けられている。Further, the phase shifter of the present invention comprises a phase shifter for shifting the phase between polarization components orthogonal to each other and a phase shift amount of the interference light by rotating the phase shifter with respect to the beam optical axis. Has a displacement amount varying means for changing
The retarder is provided in one of the optical paths split by the splitting means.
【0064】このため、分割された一方の検出ビームに
含まれる測定光と参照光との間の位相がずらされる事と
なり、他方の検出ビームはそのまま検出される。ところ
で、移相子がリターデーション誤差を有している場合に
は、ここでずらされた位相が正確なずれ量でなくなるの
で、分割された一方の検出ビームからの干渉光と他方の
検出ビームによる干渉光との位相差が正確に90度とな
らない問題がある。For this reason, the phase between the measurement light and the reference light included in one of the divided detection beams is shifted, and the other detection beam is detected as it is. By the way, when the phase shifter has a retardation error, the phase shifted here is not an accurate shift amount, and therefore the interference light from one of the divided detection beams and the other detection beam There is a problem that the phase difference with the interference light does not become exactly 90 degrees.
【0065】本発明では、移相子を光軸回りに回転させ
る事により互いに直交する偏光成分間に与えられる位相
ずれ量が変更できる事を利用して、変移量可変手段によ
り移相子を光軸回りに回転可能に構成し、この回転量を
調整する事で、与える位相のずれ量を調整するものとし
ている。そして、この調整により分割された一方の検出
ビームからの干渉光と他方の検出ビームによる干渉光と
の位相差が正確に90度となる。In the present invention, the fact that the phase shift amount given between the polarization components orthogonal to each other can be changed by rotating the phase shifter about the optical axis is utilized, and the phase shift amount is changed by the shift amount varying means. It is configured to be rotatable about the axis, and the amount of phase shift to be applied is adjusted by adjusting the amount of rotation. Then, the phase difference between the interference light from one detection beam and the interference light from the other detection beam divided by this adjustment becomes exactly 90 degrees.
【0066】次に、本発明の偏光干渉手段は、偏光ビー
ムスプリッターによる偏光分離作用を利用して、分離さ
れる偏光成分ごとに検出ビームの測定光と参照光とを夫
々分離して、同一偏光成分に分離された測定光と参照光
とからなる干渉光を検出するものとなっている。Next, the polarization interference means of the present invention utilizes the polarization separation effect of the polarization beam splitter to separate the measurement light and the reference light of the detection beam for each polarization component to be separated, and to obtain the same polarization. The interference light composed of the measurement light and the reference light separated into the components is detected.
【0067】この偏光干渉手段の基本構成は、前述した
請求項4に記載した発明と同様であり、偏光ビームスプ
リッターの偏光分離面に対する検出ビームの入射面と、
検出ビームの互いに直交する偏光成分の偏光面とが45
度の傾きをもつ様に、検出ビームを偏光ビームに入射さ
せている。The basic structure of this polarization interference means is the same as that of the invention described in claim 4, and the incident surface of the detection beam with respect to the polarization separation surface of the polarization beam splitter,
The polarization planes of the polarization components of the detection beam orthogonal to each other are 45
The detection beam is made incident on the polarized beam so as to have an inclination of degree.
【0068】本発明では、分割前の検出ビームの光路中
にλ/2板を設けているので、分割後の検出ビームの夫
々に対して、同時にひとつのλ/2板で偏光面を45度
傾ける(回転させる)ことができるものとなっている。In the present invention, since the λ / 2 plate is provided in the optical path of the detection beam before splitting, the polarization plane is 45 degrees with one λ / 2 plate at the same time for each of the split detection beams. It can be tilted (rotated).
【0069】また、前述した分割手段の非偏光ビームス
プリッターにおいても、同様に偏光面が傾けられた状態
となって分割面に入射する事となるので、検出ビームが
均等な光量で二つに分割されるものとなる。Also in the non-polarizing beam splitter of the above-mentioned splitting means, the polarization plane is similarly tilted and enters the splitting surface, so that the detection beam is split into two with an equal amount of light. Will be done.
【0070】更に、これらの偏光ビームスプリッター
は、前記λ/2板を透過する前の検出ビームのいずれか
の偏光面と偏光ビームスプリッターの偏光分離面に対す
る検出ビームの入射面とが一致する様に配置されてい
る。また、分割手段の非偏光ビームスプリッターも同様
に配置する事が好ましい。Furthermore, these polarization beam splitters are arranged so that the polarization plane of any of the detection beams before passing through the λ / 2 plate coincides with the incidence plane of the detection beam with respect to the polarization separation surface of the polarization beam splitter. It is arranged. In addition, it is preferable to arrange the non-polarizing beam splitter of the dividing means in the same manner.
【0071】即ち検出ビームの互いに直交する偏光成分
の偏光面の方向は、干渉手段による偏光分割並びに合成
手段による偏光分離方向と同様である事から、光源から
の光束に対してこれらの干渉手段や、検出ビーム(光源
光束の延長)の偏光干渉手段による偏光分離や、分割手
段による分離方向を検出ビームの光路に対してすべて同
じ(直交方向を含む)位置関係で配置できることとな
る。このため、光学設計上の配置構成が容易となり、設
計上の制限が少なくなる利点がある。また、製造過程や
使用時における調整も容易に行なえる。That is, the directions of the polarization planes of the polarization components of the detection beam which are orthogonal to each other are the same as the polarization splitting direction by the interference means and the polarization splitting direction by the synthesizing means. The polarization separation of the detection beam (extension of the light source luminous flux) by the polarization interference means and the separation direction by the division means can be arranged in the same positional relationship (including the orthogonal direction) with respect to the optical path of the detection beam. For this reason, there is an advantage that the arrangement configuration in the optical design becomes easy and the design limitation is reduced. In addition, adjustments can be easily made during the manufacturing process and during use.
【0072】また、本発明では検出手段が、利得可変な
光電変換手段により前記四つの干渉光を光電変換して検
出するものであるため、二つの差信号のオフセット及び
振幅調整は、前記四つの光電変換器の利得を個々に変え
ることにより行なう。このため、夫々の検出信号のDC
レベルを零にして、かつ振幅を等しくすることが容易に
行なう事ができる。Further, in the present invention, since the detecting means photoelectrically converts and detects the four interference lights by the photoelectric converting means of variable gain, the offset and amplitude adjustment of the two difference signals can be performed by the above four. This is done by individually changing the gain of the photoelectric converter. Therefore, the DC of each detection signal
It is easy to set the level to zero and make the amplitudes equal.
【0073】本発明はこの様に構成されているため、位
相変移手段の変移量可変手段により、分割された一方の
干渉光の位相を他方の干渉光の位相と正確に90度づつ
変移した状態で前記四つの干渉光を夫々検出できるもの
となる。そして、該検出結果に基づいて被測定物の変位
量が正確に測定できるものとなる。Since the present invention is constructed in this way, the phase shift means of the phase shift means shifts the phase of one of the split interference light beams by exactly 90 degrees from the phase of the other interference light beam. Then, the four interference lights can be detected respectively. Then, the displacement amount of the object to be measured can be accurately measured based on the detection result.
【0074】[0074]
【実施例】以下実施例を通じ本発明をさらに詳しく説明
する。図1に本発明の一実施例に係る縞計数変位干渉計
の概略構成を示す。この実施例では、いわゆるシングル
パス方式のものを示しているが本発明はその他の方式、
例えばダブルパス方式のもの等に応用できることは言う
までもない。The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. FIG. 1 shows a schematic configuration of a fringe counting displacement interferometer according to an embodiment of the present invention. In this embodiment, a so-called single-pass system is shown, but the present invention is not limited to this.
It goes without saying that it can be applied to, for example, a double-pass system.
【0075】図1に示す第一の実施例においては、干渉
光学系が、光源1、偏光ビームスプリッター3、被測定
物に設けられた移動鏡6、予め定められた距離に固定さ
れた参照鏡7等から構成されている。In the first embodiment shown in FIG. 1, the interference optical system includes a light source 1, a polarizing beam splitter 3, a movable mirror 6 provided on the object to be measured, and a reference mirror fixed at a predetermined distance. It is composed of 7 etc.
【0076】この第一実施例では、光源として干渉性の
良いレーザ光を発するレーザ光源を用いており、レーザ
光源1から出射された光束を、入力ビーム2として偏光
ビームスプリッター3に入射させ、ここで互いに直交す
る偏光成分に分離して夫々参照光と測定光とに利用す
る。本実施例では、p偏光成分を測定光4に利用し、s
偏光成分を参照光5に利用しているが、これらの偏光成
分の選択は任意である。In this first embodiment, a laser light source which emits a laser beam having good coherence is used as a light source, and the light beam emitted from the laser light source 1 is made incident on the polarization beam splitter 3 as an input beam 2, Are separated into polarization components that are orthogonal to each other and are used as reference light and measurement light, respectively. In this embodiment, the p-polarized component is used for the measurement light 4, and s
Although the polarization components are used as the reference light 5, the selection of these polarization components is arbitrary.
【0077】p偏光成分からなる測定光4は、偏光ビー
ムスプリッター3から射出された後、被測定物の移動鏡
6で反射される。移動鏡6は、開き角を90度とした二
枚の反射部を備えた折り返しミラーから構成されている
ため、測定光4を入射方向と正確に逆向きで別経路に折
り返し反射させて、再度偏光ビームスプリッター3に導
く。The measurement light 4 composed of the p-polarized component is emitted from the polarization beam splitter 3 and then reflected by the movable mirror 6 of the object to be measured. Since the movable mirror 6 is composed of a folding mirror including two reflecting portions with an opening angle of 90 degrees, the measuring light 4 is reflected and reflected in a different path exactly in the opposite direction to the incident direction, and then again. It leads to the polarization beam splitter 3.
【0078】一方、s偏光成分からなる参照光5は、測
定光4とは別方向に分離されて偏光ビームスプリッター
3から射出された後、予め定められた距離に固定された
参照鏡7に入射する。この参照鏡7は、移動鏡6と同様
に折り返しミラーから構成されており、参照光5を入射
方向と逆向きに別経路で折り返し反射させて、再度偏光
ビームスプリッター3に導く。On the other hand, the reference light 5 consisting of the s-polarized light component is separated from the measurement light 4 in a different direction, emitted from the polarization beam splitter 3, and then incident on the reference mirror 7 fixed at a predetermined distance. To do. The reference mirror 7 is composed of a folding mirror like the moving mirror 6, and the reference light 5 is reflected and reflected by another path in the direction opposite to the incident direction, and is guided to the polarization beam splitter 3 again.
【0079】偏光ビームスプリッター3では、夫々反射
されてきた測定光4と参照光5とを同軸に合成して出力
ビーム(検出ビーム)8として出射する。この実施例で
は、偏光ビームスプリッター3の偏光選択性能(ここで
はs偏光を反射してp偏光を透過させる)を利用して、
夫々対象物から反射された測定光4と参照光5とを偏光
分割面の同じ位置に導いて、ここで反射されたs偏光成
分の参照光5と、透過するp偏光成分の測定光4とを合
成するものとしている。The polarization beam splitter 3 coaxially combines the reflected measurement light 4 and reference light 5 and emits them as an output beam (detection beam) 8. In this embodiment, the polarization selection performance of the polarization beam splitter 3 (here, s-polarized light is reflected and p-polarized light is transmitted),
The measurement light 4 and the reference light 5 respectively reflected from the object are guided to the same position on the polarization splitting surface, and the reference light 5 of the s-polarized component reflected here and the measurement light 4 of the p-polarized component transmitted therethrough are provided. Is to be synthesized.
【0080】尚、参照光と測定光との干渉光を形成する
方式や、これらの参照光と測定光とを同軸上に合成する
方式等は、本実施例に示す方式に限定されるものでは無
く、互いに直交する偏光成分からなる参照光と測定光と
を同軸に合成して検出ビームとして取り出せるものであ
れば、この実施例に示す方式以外のものであっても本発
明に応用できる。The method of forming the interference light between the reference light and the measurement light, the method of synthesizing the reference light and the measurement light on the same axis, etc. are not limited to the method shown in this embodiment. However, any method other than the method shown in this embodiment can be applied to the present invention as long as the reference light and the measurement light having polarization components orthogonal to each other can be coaxially combined and extracted as a detection beam.
【0081】次に、互いに直交する偏光成分からなる検
出ビームとしての出力ビーム8は、全反射ミラー9で反
射されて分割手段並びに偏光干渉手段に導かれる。この
実施例の分割手段は、非偏光ビームスプリッター11か
らなるものであり、ハーフミラー部を中心に備えた光路
分割プリズムで構成されている。このハーフミラー部に
対する出力ビーム8の入射面は、図中における紙面に平
行である。Next, the output beam 8 as a detection beam composed of polarization components orthogonal to each other is reflected by the total reflection mirror 9 and guided to the splitting means and the polarization interference means. The splitting means of this embodiment comprises a non-polarizing beam splitter 11, and is composed of an optical path splitting prism having a half mirror portion at the center. The plane of incidence of the output beam 8 on the half mirror section is parallel to the paper surface in the figure.
【0082】出力ビーム8が非偏光ビームスプリッター
11に入射すると、ここで二方向に等しい強度で分離
(光量分割)される。そして、反射分離された出力ビー
ムは、偏光ビームスプリッター12に導かれ、透過分離
された出力ビームは、移相子13に夫々導かれる。When the output beam 8 is incident on the non-polarization beam splitter 11, the output beam 8 is split into two directions with equal intensity (light amount division). The reflected and separated output beams are guided to the polarization beam splitter 12, and the transmitted and separated output beams are guided to the retarder 13.
【0083】この実施例における偏光干渉手段は、非偏
光ビームスプリッター11に入射する前の出力ビーム8
の光路上に設けられたλ/2板10と、分割後の光路上
に夫々設けられた偏光ビームスプリッター12、14か
ら構成されている。これらの偏光ビームスプリッター1
2、14の偏光分割面に対する出力ビーム8の入射面
は、図中における紙面に平行である。The polarization interference means in this embodiment is the output beam 8 before entering the non-polarization beam splitter 11.
Λ / 2 plate 10 provided on the optical path of, and polarization beam splitters 12 and 14 provided on the optical path after the division. These polarization beam splitters 1
The plane of incidence of the output beam 8 on the polarization split planes 2 and 14 is parallel to the plane of the drawing.
【0084】このため、出力ビーム8は、先ずλ/2板
10に入射して、測定光4と参照光5の偏光状態が夫々
45度傾けられる。これは、偏光干渉手段において偏光
ビームスプリッター12、14に入射する偏光面(振動
面)の角度を決定するためのものであり、差信号の強度
に影響する。また、非偏光ビームスプリッター11の分
割された夫々の光束における光量比やそこに含まれる測
定光4と参照光5の成分比に影響する場合もある。Therefore, the output beam 8 first enters the λ / 2 plate 10 and the polarization states of the measurement light 4 and the reference light 5 are inclined by 45 degrees. This is for determining the angle of the polarization plane (vibration plane) incident on the polarization beam splitters 12 and 14 in the polarization interference means, and affects the intensity of the difference signal. In addition, there is a case where it affects the light quantity ratio in each of the divided light beams of the non-polarization beam splitter 11 and the component ratio of the measurement light 4 and the reference light 5 contained therein.
【0085】このため、λ/2板10を回転可能に構成
し、その回転角度を調整できるようにする偏光面調整手
段(図示せず)設けることで、出力ビーム8中の測定光
4と参照光5の偏光面を、前述した入射面に対して正確
に45度傾ける様に構成することが可能となるので、差
信号の強度調整が可能となる。また、この様な偏光面調
整手段は、例えば光学系自体を傾けて配置した公知技術
等にあっては、この傾き角度の調整手段を設けることで
も形成できる。For this reason, the λ / 2 plate 10 is rotatably provided, and the polarization plane adjusting means (not shown) for adjusting the rotation angle thereof is provided to refer to the measurement light 4 in the output beam 8. Since the polarization plane of the light 5 can be configured to be accurately tilted by 45 degrees with respect to the above-mentioned incident plane, the intensity of the difference signal can be adjusted. Further, such a polarization plane adjusting means can also be formed by providing the adjusting means of the tilt angle in a known technique in which the optical system itself is tilted and arranged.
【0086】なお、本実施例では偏光干渉手段を構成す
るλ/2板を分割前の光路中に配置しているが、分割後
の光路中に夫々配置しても、出力ビームから偏光干渉光
を取り出す事は可能である。ただし、λ/2板が夫々の
光路に必要になるため、部材点数を少なくして製造コス
トを下げる利点がある本実施例の配置が好ましい。In this embodiment, the λ / 2 plate constituting the polarization interference means is arranged in the optical path before the division, but even if they are arranged in the optical path after the division, the polarization interference light from the output beam will be generated. It is possible to take out. However, since the λ / 2 plate is required for each optical path, the arrangement of this embodiment is preferable, which has the advantage of reducing the number of members and reducing the manufacturing cost.
【0087】非偏光ビームスプリッター11で反射分割
された出力ビームは、偏光干渉手段を構成する偏光ビー
ムスプリッター12に入射する。この出力ビームは、λ
/2板10を透過する事により、測定光成分と参照光成
分の夫々の偏光面が互いに直交した状態を保つと共に、
偏光ビームスプリッター12の偏光分離面への入射面に
対して45度傾いた状態で導かれる。The output beam reflected and split by the non-polarization beam splitter 11 is incident on the polarization beam splitter 12 which constitutes the polarization interference means. This output beam is λ
By passing through the / 2 plate 10, while maintaining the respective polarization planes of the measurement light component and the reference light component orthogonal to each other,
The polarization beam splitter 12 is guided to the polarization splitting surface in a state of being inclined by 45 degrees with respect to the incident surface.
【0088】このため、ここで測定光4と参照光5と
は、夫々透過偏光成分と反射偏光成分とに偏光分離され
る。そして、ここで分離された透過偏光成分と反射偏光
成分とは、夫々同一の偏光面をもつ測定光4と参照光5
の夫々からの偏光成分であるため、これらは夫々干渉し
て透過干渉光15並びに反射干渉光16となる。Therefore, here, the measurement light 4 and the reference light 5 are polarized and separated into a transmission polarization component and a reflection polarization component, respectively. The transmitted polarized light component and the reflected polarized light component separated here are respectively the measurement light 4 and the reference light 5 having the same polarization plane.
Since they are polarization components from each of the above, these interfere with each other to become the transmitted interference light 15 and the reflected interference light 16.
【0089】更に、透過干渉光15並びに反射干渉光1
6は、検出手段を構成する検出器19、20に導かれ
る。夫々の検出器19、20は、利得可変な光電変換器
から構成されており、夫々干渉光を受光して光電変換
し、検出信号23並びに24を出力する。Further, transmitted interference light 15 and reflected interference light 1
6 is guided to the detectors 19 and 20 which constitute a detecting means. Each of the detectors 19 and 20 is composed of a variable gain photoelectric converter, receives the interference light and photoelectrically converts it, and outputs detection signals 23 and 24.
【0090】ここで、透過干渉光15と反射干渉光16
とは、偏光ビームスプリッター12により偏光干渉され
た光束であり、夫々透過方位と反射方位で180度位相
のずれた干渉光となっている。Here, the transmitted interference light 15 and the reflected interference light 16
Is a light beam polarized and interfered by the polarization beam splitter 12, and is an interference light having a phase difference of 180 degrees in the transmission direction and the reflection direction.
【0091】このような偏光干渉手段の基本構成は、非
偏光ビームスプリッター11で透過分離された出力ビー
ムに対しても同様であり、偏光ビームスプリッター14
で偏光分離された透過偏光成分からなる透過干渉光17
と反射偏光成分からなる反射干渉光18とは、互いに1
80度位相のずれた干渉光となって夫々検出器21、2
2で光電変換されて、夫々検出信号25、26となって
出力される。The basic configuration of such a polarization interference means is the same for the output beam transmitted and separated by the non-polarization beam splitter 11, and the polarization beam splitter 14
The transmitted interference light 17 composed of the transmitted polarization component polarized and separated by
And the reflected interference light 18 composed of the reflected polarization component
The interfering light having a phase difference of 80 degrees becomes detectors 21 and 2, respectively.
The signals are photoelectrically converted by 2 and output as detection signals 25 and 26, respectively.
【0092】ここで、非偏光ビームスプリッター11に
より透過分離された出力ビームは、位相変移手段である
移相子13に入射した後、偏光ビームスプリター14に
より、偏光干渉されるものとなっている。Here, the output beam transmitted and separated by the non-polarization beam splitter 11 is incident on the phase shifter 13 which is the phase shift means, and then is polarized by the polarization beam splitter 14 so as to undergo polarization interference.
【0093】この移相子13は、直交する固有偏光成分
間の位相差が90度以上で180度未満のものであり、
さらに位相変移量調整手段としてこの移相子13が光軸
回りに回転可能に構成されている。この移相子13の回
転量を調整することで、偏光ビームスプリッター14で
偏光分離された透過干渉光17と反射干渉光18に与え
られる位相のずれが調整できる様になっている。The phase shifter 13 has a phase difference between the orthogonal polarized light components of 90 degrees or more and less than 180 degrees,
Further, this phase shifter 13 is configured to be rotatable around the optical axis as a phase shift amount adjusting means. By adjusting the amount of rotation of the phase shifter 13, the phase shift given to the transmitted interference light 17 and the reflected interference light 18 polarized and separated by the polarization beam splitter 14 can be adjusted.
【0094】この状態を図6を用いて説明する。互いに
直交する偏光成分である参照光と測定光からなる検出ビ
ーム608は、λ/2板610により偏光状態を夫々4
5度づつ回転させられる。λ/2板610に示す矢印は
中性軸方位であり、光軸回りに回転可能に構成されてい
る。This state will be described with reference to FIG. The detection beam 608 composed of the reference light and the measurement light, which are polarization components orthogonal to each other, has a polarization state of 4 by the λ / 2 plate 610.
It can be rotated by 5 degrees. The arrow shown on the λ / 2 plate 610 is the neutral axis direction and is configured to be rotatable around the optical axis.
【0095】検出ビーム608は、偏光状態が45度傾
けられた状態で、非偏光ビームスプリッター611に入
射し、ここで透過方向と反射方向の二つの方向に偏光状
態にかかわりなく互いに等しい光量で分割される。The detection beam 608 enters the non-polarization beam splitter 611 in a state where the polarization state is inclined by 45 degrees, and is split into two directions, a transmission direction and a reflection direction, with equal light amounts regardless of the polarization state. To be done.
【0096】非偏光ビームスプリッター611で反射さ
れた検出ビームは、偏光ビームスプリッター612に入
射して偏光分離されるが、上記の様に偏光状態が45度
傾けられて偏光分離面に入射するため、ここで偏光分離
された夫々の偏光成分は、夫々干渉して偏光干渉光とな
る。この時、透過干渉光615と反射干渉光616と
は、互いに180度位相差の干渉光となる。The detection beam reflected by the non-polarization beam splitter 611 is incident on the polarization beam splitter 612 and is polarized and separated. However, as described above, the polarization state is inclined by 45 degrees and is incident on the polarization separation surface. Here, the respective polarization components separated by polarization are interfered with each other to become polarization interference light. At this time, the transmitted interference light 615 and the reflected interference light 616 become interference light having a 180-degree phase difference with each other.
【0097】一方、非偏光ビームスプリッター611を
透過した検出ビームは、移相子613に入射する。この
移相子613のリターデーションは、90度以上180
度未満であれば良く、矢印で示した中性軸方位を基準と
して、光軸回りに回転可能に構成されている。On the other hand, the detection beam transmitted through the non-polarization beam splitter 611 is incident on the phase shifter 613. The retardation of this retarder 613 is 90 degrees or more and 180 degrees.
The angle is less than 10 degrees, and it is configured to be rotatable around the optical axis with reference to the neutral axis direction indicated by the arrow.
【0098】移相子613を透過した検出ビームは、参
照光成分と測定光成分との位相が互いにずれた状態で射
出され、偏光ビームスプリッター614に入射して偏光
分離されて偏光干渉する。この時、透過干渉光617と
反射干渉光618とは、前記同様に互いに180度位相
差の干渉光となる。The detection beam transmitted through the phase shifter 613 is emitted in a state where the reference light component and the measurement light component are out of phase with each other, enters the polarization beam splitter 614, is polarized and separated, and interferes with polarization. At this time, the transmitted interference light 617 and the reflected interference light 618 are interference lights having a 180-degree phase difference with each other, as described above.
【0099】ここで、移相子613のリターデーション
が90度である場合には、ここに入射する検出ビーム6
08のいずれかの偏光面に一致させて配置する事で、一
方の偏光成分の位相が90度ずれる事となる。この状態
で検出される透過干渉光617と反射干渉光618は、
前記の透過干渉光615と反射干渉光616に対して位
相が90度ずれたものとなって検出される。Here, when the retardation of the retarder 613 is 90 degrees, the detection beam 6 incident on the retarder 613
By arranging them so as to match any one of the polarization planes of 08, the phase of one polarization component will be shifted by 90 degrees. The transmitted interference light 617 and the reflected interference light 618 detected in this state are
The transmitted interference light 615 and the reflected interference light 616 are detected as having a phase difference of 90 degrees.
【0100】また、移相子613のリターデーションが
90度以上180度未満である場合には、移相子613
を光軸回りに回転させる事により、前記の夫々の検出干
渉光の位相が正確に90度ずれる様に調整すれば良い。Further, when the retardation of the retarder 613 is 90 degrees or more and less than 180 degrees, the retarder 613
It is sufficient to adjust so that the phases of the respective detected interference lights are accurately deviated by 90 degrees by rotating the light beams around the optical axis.
【0101】ここで、干渉光の位相が移相子の回転によ
り変化する状況を図5を用いて説明する。この図では、
二つの固有偏光成分間の位相差(δ)が85度から95
度までの移相子が、光軸回りに回転した場合(回転角
θ)に、移相子13を透過した干渉光17の移相子を透
過しない干渉光15に対する位相差(φ)の変化の状態
を示している。Now, a situation in which the phase of the interference light changes due to the rotation of the phase shifter will be described with reference to FIG. In this figure,
The phase difference (δ) between the two intrinsic polarization components is 85 degrees to 95 degrees.
When the phase shifter up to 4 degrees rotates about the optical axis (rotation angle θ), the phase difference (φ) of the interference light 17 that has passed through the phase shifter 13 with respect to the interference light 15 that does not pass through the phase shifter is changed. Shows the state of.
【0102】この図からも明らかなように、90度の位
相差を与えるためには、δが90度以上のものであれ
ば、移相子の回転により与える位相差を正確に90度に
調整できることが判る。本実施例では、変位量調整手段
を備えているため、移相子の回転量の調整により、δが
90度以上であれば、正確に90度の位相差を与えるこ
とができるものとなっている。As is apparent from this figure, in order to give a phase difference of 90 degrees, if δ is 90 degrees or more, the phase difference given by the rotation of the retarder is adjusted to 90 degrees accurately. I know what I can do. In this embodiment, since the displacement amount adjusting means is provided, the phase difference of 90 degrees can be accurately provided by adjusting the rotation amount of the phase shifter if δ is 90 degrees or more. There is.
【0103】従って、本発明を実施する場合には、90
度の位相差を与えるために、必ずしも正確にδが90度
のものを制作する必要は無く、90度以上のものを準備
すれば使用可能であるので装置の製作コストの低減を図
ることができる。Therefore, when implementing the present invention, 90
In order to give a phase difference of 90 degrees, it is not always necessary to produce a δ of 90 degrees accurately, and it is possible to use a δ of 90 degrees or more, so the production cost of the device can be reduced. .
【0104】尚、本実施例における位相変移手段13
(613)は、複屈折性をもつ結晶(例えば、水晶等)
から作られた波長板や、フレネルロム波長板等が使用さ
れる。そして、これらを光軸回りに回転可能に構成し、
その回転角を調整することで位相変位量の調整が行われ
るが、本発明の位相変移手段がこの方式に限定されるも
のでは無い。The phase shift means 13 in this embodiment is used.
(613) is a crystal having birefringence (for example, crystal)
A wave plate made of, a Fresnel rom wave plate, or the like is used. Then, these are configured to be rotatable around the optical axis,
The phase displacement amount is adjusted by adjusting the rotation angle, but the phase shift means of the present invention is not limited to this method.
【0105】これ以外の方式であっても、互いに直交す
る偏光成分間の位相をずらす作用を有するものであれば
本発明に応用できることは言うまでも無い。例えば、位
相変移手段として電気的光学素子等を利用することも可
能であり、この作動電圧を変化させることにより位相変
移量の調整を行う方式等が本発明に利用できる。Needless to say, other methods can be applied to the present invention as long as they have a function of shifting the phase between polarization components orthogonal to each other. For example, it is possible to use an electro-optical element or the like as the phase shift means, and a method of adjusting the amount of phase shift by changing the operating voltage can be used in the present invention.
【0106】図7に本発明の第二実施例における位相変
位手段を示す。この実施例においても互いに直交する偏
光成分である参照光と測定光からなる検出ビーム708
は、λ/2板710により偏光状態を夫々45度づつ回
転させられる。λ/2板710には上記実施例同様に、
光軸回りに回転可能に構成されている。FIG. 7 shows the phase shifting means in the second embodiment of the present invention. Also in this embodiment, the detection beam 708 composed of the reference light and the measurement light which are polarization components orthogonal to each other.
Are rotated by 45 degrees by the λ / 2 plate 710, respectively. In the λ / 2 plate 710, as in the above embodiment,
It is configured to be rotatable around the optical axis.
【0107】検出ビーム708は、偏光状態が45度傾
けられた状態で非偏光ビームスプリッター711に入射
し、透過方向と反射方向に等しい光量で分割される。こ
こで反射分割された検出ビームは、偏光ビームスプリッ
ター712に入射して偏光分離され、上記同様に夫々干
渉して偏光干渉光となる。この時、透過干渉光715と
反射干渉光716とは、互いに180度位相差の干渉光
となる。The detection beam 708 enters the non-polarization beam splitter 711 with the polarization state inclined by 45 degrees, and is split into equal amounts of light in the transmission direction and the reflection direction. The detection beams reflected and split here enter the polarization beam splitter 712 and are split into polarized lights, and interfere with each other in the same manner as described above to become polarized interference light. At this time, the transmitted interference light 715 and the reflected interference light 716 become interference light having a phase difference of 180 degrees.
【0108】一方、非偏光ビームスプリッター711を
透過した検出ビームは、電気的光学素子であるポッケル
スセル750に入射する。本実施例では、この電気的光
学素子により位相変位手段が構成されており、変移量可
変手段がこの電気的光学素子に印加する印加電圧を可変
する電気的調整手段から構成されている。On the other hand, the detection beam transmitted through the non-polarization beam splitter 711 is incident on the Pockels cell 750 which is an electro-optical element. In this embodiment, the phase shifting means is composed of this electro-optical element, and the displacement amount varying means is composed of electrical adjusting means for varying the applied voltage applied to this electro-optical element.
【0109】この実施例におけるポッケルスセル750
は、互いに直交する偏光成分である参照光と測定光のい
ずれか一方の振動面に、電気光学結晶の主軸が一致する
様に配置されている。そして、ポッケルスセル750に
印加される電圧Vp に比例して、参照光と測定光の位相
がずらされるものとなっている。Pockels cell 750 in this embodiment
Is arranged such that the principal axis of the electro-optic crystal is aligned with the vibrating surface of either the reference light or the measurement light, which are polarization components orthogonal to each other. Then, the phases of the reference light and the measurement light are shifted in proportion to the voltage V p applied to the Pockels cell 750.
【0110】ポッケルスセル750を透過した検出ビー
ムは、参照光成分と測定光成分との位相が互いにずれた
状態で射出され、偏光ビームスプリッター714に入射
して偏光分離されて偏光干渉する。この時、透過干渉光
717と反射干渉光718とは、前記同様に互いに18
0度位相差の干渉光となる。The detection beam transmitted through the Pockels cell 750 is emitted in a state where the reference light component and the measurement light component are out of phase with each other, enters the polarization beam splitter 714, is polarized and separated, and causes polarization interference. At this time, the transmitted interference light 717 and the reflected interference light 718 are separated from each other by the same method as described above.
The interference light has a phase difference of 0 degree.
【0111】ここで、電気的調整手段によりポッケルス
セル750への印加電圧Vp を変化させる事により、透
過干渉光717と反射干渉光718が、前記の透過干渉
光715と反射干渉光716に対して位相が正確に90
度ずれたものとなって検出されるように調整する。Here, by changing the voltage V p applied to the Pockels cell 750 by the electrical adjusting means, the transmitted interference light 717 and the reflected interference light 718 are different from the transmitted interference light 715 and the reflected interference light 716. The phase is exactly 90
Adjust so that it is detected as a deviation.
【0112】上記のいずれの実施例においても、互いに
90度ずつ位相のずれた干渉光が夫々の検出器により検
出される事となり、この位相差は正確に90度に調整さ
れている。ただし、前者においては移相子のリターデー
ションが90度からずれるものを使用して調整すると、
互いに正確に90度ずつ位相のずれた干渉光が得られる
ものの、移相子を回転させることにより干渉光のビジビ
リティーが低下する。In any of the above embodiments, the interfering light having a phase difference of 90 degrees from each other is detected by the respective detectors, and the phase difference is accurately adjusted to 90 degrees. However, in the former case, if the retardation of the retarder deviates from 90 degrees,
Although interfering lights that are exactly 90 degrees out of phase with each other can be obtained, the visibility of the interfering light is reduced by rotating the phase shifter.
【0113】このため、検出精度を考慮すると、リター
デーションが90度から余りにも遠ざかるものは余り好
ましくないが、移相子の精度向上に伴うコストアップを
防止できる効果は、装置の制作コスト上の問題からは大
きなウエイトを占める。Therefore, considering the detection accuracy, it is not preferable that the retardation is too far from 90 degrees, but the effect of preventing the cost increase due to the precision improvement of the retarder is the production cost of the device. It takes a big weight from the problem.
【0114】また、後者の電気的光学素子を応用したも
のは、位相のずれ量が正確で透過後の偏光状態に変動を
与えない利点があるが、部材コストが高価になるので、
装置全体の制作コスト上のメリットは少ないものとな
る。Further, the latter one applying the electro-optical element has an advantage that the amount of phase shift is accurate and does not change the polarization state after transmission, but since the member cost becomes high,
The merit in production cost of the entire device is small.
【0115】次に、これらの干渉光から非測定物の変移
量を測定する手段は、いずれも同様であるため、図1の
実施例を例にして説明する。夫々の検出器19〜22で
光電変換された夫々の干渉光に基づく検出信号は、夫々
処理回路に送られて演算処理により被測定物(移動鏡
6)の変位量が算出測定されるが、これを以下に説明す
る。Since the means for measuring the displacement amount of the non-measurement object from these interference lights are the same, the embodiment of FIG. 1 will be described as an example. The detection signals based on the respective interference lights photoelectrically converted by the respective detectors 19 to 22 are sent to the respective processing circuits and the displacement amount of the object to be measured (moving mirror 6) is calculated and measured by the arithmetic processing. This will be explained below.
【0116】検出信号23、24は、減算回路27に入
力され、これらから差信号29が出力される。一方、検
出信号25、26は、減算回路28に入力され、これら
から差信号30が出力される。これらの差信号29、3
0は、位相変移手段により正確に90度の位相差に調整
されているため、このまま演算回路31に入力され、こ
こでの演算処理により移動鏡6の変位量が算出される。The detection signals 23 and 24 are input to the subtraction circuit 27, and the difference signal 29 is output from them. On the other hand, the detection signals 25 and 26 are input to the subtraction circuit 28, and the difference signal 30 is output from them. These difference signals 29, 3
Since 0 is accurately adjusted to a phase difference of 90 degrees by the phase shift means, it is input to the arithmetic circuit 31 as it is, and the displacement amount of the movable mirror 6 is calculated by the arithmetic processing here.
【0117】この演算処理自体は、前述した従来技術同
様であり、差信号29、30から得られるリサージュ図
形に基づいて、回転数のカウント並びに回転角の計測に
基づく変位量の計算、即ちシングルパス方式では一周が
使用光波長λの1/2に相当することを利用して演算処
理により変位量を算出するものである。This arithmetic processing itself is the same as the above-mentioned conventional technique, and based on the Lissajous figure obtained from the difference signals 29 and 30, the calculation of the displacement amount based on the counting of the rotation number and the measurement of the rotation angle, that is, the single pass In the method, the displacement amount is calculated by the calculation process by utilizing that one round corresponds to 1/2 of the used light wavelength λ.
【0118】ここで、本実施例では検出器19〜22
が、夫々独自に利得変換可能に構成されている。このた
め、差信号29、30のオフセット及び振幅調整は、各
検出器19〜22の光電変換器の利得を個々に変化する
ことにより、夫々のDCレベルを零にして、かつ振幅が
等しくなるように調整できる。この調整の際に、夫々の
差信号が独立しているため、一つの検出器の利得を変化
させても、他の検出信号等に影響を与えない。Here, in this embodiment, the detectors 19 to 22 are used.
However, each of them is configured so that its gain can be converted independently. Therefore, in the offset and amplitude adjustment of the difference signals 29 and 30, by individually changing the gains of the photoelectric converters of the detectors 19 to 22, the respective DC levels are made zero and the amplitudes become equal. Can be adjusted to At the time of this adjustment, since the respective difference signals are independent, even if the gain of one detector is changed, it does not affect other detection signals and the like.
【0119】このように、本実施例では、差信号のDC
レベルの調整や、振幅の調整が容易に行える利点があ
る。さらに、差信号の位相差が正確に90度となるた
め、この差信号に基づいて移動鏡の変位量を算出する
と、誤差のない正確な測定が行えるものとなっている。As described above, in this embodiment, the DC of the difference signal is
There is an advantage that the level and the amplitude can be easily adjusted. Furthermore, since the phase difference of the difference signal is exactly 90 degrees, if the displacement amount of the movable mirror is calculated based on this difference signal, accurate measurement without error can be performed.
【0120】[0120]
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る縞計
数変位干渉計によれば、検出系の調整が容易であるた
め、装置の製造時並びに使用時の作業性が向上する。さ
らに、変位量の検出時には、互いに正確に90度の位相
差を持つ二つの差信号が得られるので検出精度が向上す
る。As described above, according to the fringe counting displacement interferometer of the present invention, since the detection system can be easily adjusted, the workability in manufacturing and using the device is improved. Further, at the time of detecting the displacement amount, two difference signals having a phase difference of 90 degrees with each other are obtained, so that the detection accuracy is improved.
【0121】加えて、使用中に装置の振動等の影響によ
り誤差が生じても、それらを容易に再調整して使用でき
る利点がある。また、光学部材の配置構成が容易である
ため、装置の設計上の制限が少なく、光学設計や変形が
簡易に行なえる利点がある。In addition, even if errors occur due to the influence of vibration of the apparatus during use, there is an advantage that they can be easily readjusted and used. Further, since the arrangement of the optical members is easy, there are few restrictions on the design of the device, and there is an advantage that the optical design and deformation can be easily performed.
【図1】本発明の一実施例に係る縞計数変位干渉計の概
略構成を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fringe counting displacement interferometer according to an embodiment of the present invention.
【図2】二つの干渉差信号によるリサージュ図形を示す
線図である。FIG. 2 is a diagram showing a Lissajous figure based on two interference difference signals.
【図3】従来の縞計数変位干渉計の概略構成を示す説明
図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a conventional fringe counting displacement interferometer.
【図4】二つの干渉出力信号の位相差に対して、移相子
の方位(回転)に対する依存性を示す線図であり、横軸
は、移相子が光軸回りに回転した場合の回転角度(θ)
を示し、縦軸は、移相子を透過した干渉光と移相子を透
過しない干渉光との位相差(φ)を角度で表している。FIG. 4 is a diagram showing the dependence of the phase difference between two interference output signals on the azimuth (rotation) of the retarder, where the horizontal axis represents the case where the retarder rotates around the optical axis. Rotation angle (θ)
The vertical axis represents the phase difference (φ) between the interference light that has passed through the phase shifter and the interference light that does not pass through the phase shifter as an angle.
【図5】二つの干渉出力信号の位相差に対して、移相子
の方位(回転)に対する依存性を示す線図であり、二つ
の固有偏光成分間の位相差の異なる複数の移相子(位相
差δが85度から95度までの移相子)を同時に示した
ものである。この線図における横軸は、移相子が光軸回
りに回転した場合の回転角度(θ)を示し、縦軸は、移
相子を透過した干渉光と移相子を透過しない干渉光との
位相差(φ)を角度で表している。FIG. 5 is a diagram showing the dependence of the phase difference between two interference output signals on the azimuth (rotation) of the phase shifter, and a plurality of phase shifters having different phase differences between the two intrinsic polarization components. (A phase shifter having a phase difference δ of 85 degrees to 95 degrees) is shown at the same time. The horizontal axis in this diagram shows the rotation angle (θ) when the phase shifter rotates around the optical axis, and the vertical axis shows the interference light that has passed through the phase shifter and the interference light that does not pass through the phase shifter. The phase difference (φ) of is represented by an angle.
【図6】本発明の第一実施例における位相変更手段の一
例を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of a phase changing unit in the first embodiment of the present invention.
【図7】本発明の第二実施例における位相変更手段の一
例を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of a phase changing unit according to a second embodiment of the present invention.
1…レーザ光源、 2…入力ビーム、 3…偏光ビームスプリッター、 4…測定光(p偏光)、 5…参照光(s偏光)、 6…移動鏡、 7…参照鏡、 8…出力ビーム(検査光)、 9…全反射ミラー、 10…λ/2板、 11…(非偏光)ビームスプリッター、 12…偏光ビームスプリッター、 13…移相子、 14…偏光ビームスプリッター、 15〜18…偏光干渉光、 19〜22…検出器(利得化変な光電変換器)、 23〜26…検出信号、 27,28…減算回路、 29,30…検出差信号、 31…演算回路、 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser light source, 2 ... Input beam, 3 ... Polarization beam splitter, 4 ... Measuring light (p polarization), 5 ... Reference light (s polarization), 6 ... Moving mirror, 7 ... Reference mirror, 8 ... Output beam (inspection Light), 9 ... total reflection mirror, 10 ... λ / 2 plate, 11 ... (non-polarization) beam splitter, 12 ... polarization beam splitter, 13 ... retarder, 14 ... polarization beam splitter, 15-18 ... polarization interference light , 19 to 22 ... Detector (gain-changing photoelectric converter), 23 to 26 ... Detection signal, 27, 28 ... Subtraction circuit, 29, 30 ... Detection difference signal, 31 ... Arithmetic circuit,
Claims (5)
偏光成分毎に分割して参照光と測定光とに利用すると共
に、参照対象物並びに被測定物から反射してきた検査光
束を同軸上に合成して検出ビームを取り出す干渉光学系
と、前記検出ビームを二つに分割する分割手段と、ここ
で分割された一方の検出ビームの直交する偏光成分間の
位相を変移させる位相変移手段と、前記分割された夫々
の検出ビームから互いに180度位相のずれた二つの干
渉光をそれぞれ取り出す偏光干渉手段と、これらの四つ
の干渉光を夫々検出する検出手段とを備え、 前記位相変移手段が、互いに直交する偏光成分間の位相
の変移量を変更させる変移量可変手段を有しており、 前記位相変移手段の変移量可変手段により、前記分割さ
れた一方の干渉光の位相が他方の干渉光の位相と90度
づつ変移した状態で前記四つの干渉光を夫々検出し、該
検出結果に基づいて被測定物の変位量を測定すること特
徴とする縞計数変位干渉計。1. An output beam from a light source is divided into polarization components orthogonal to each other and used as reference light and measurement light, and the inspection light beams reflected from a reference object and an object to be measured are coaxially combined. An interference optical system for extracting a detection beam by dividing the detection beam into two, and a phase shifting unit for shifting the phase between orthogonal polarization components of one of the detection beams divided here, Polarization interference means for respectively extracting two interference lights having a phase difference of 180 degrees from each of the divided detection beams, and detection means for detecting each of these four interference lights are provided, wherein the phase shift means are It has a shift amount varying means for changing the shift amount of the phase between the orthogonal polarization components, and the shift amount varying means of the phase shifting means causes the phase of one of the divided interference lights to be the other. The four interference light while phase and 90-degree increments shift of the interference light respectively detected, fringe counting displacement interferometer wherein measuring the displacement amount of the object to be measured based on the detection result.
段により前記四つの干渉光を光電変換して検出するもの
であることを特徴とする請求項1記載の縞計数変位干渉
計。2. The fringe counting displacement interferometer according to claim 1, wherein the detection means photoelectrically converts the four interference lights by a photoelectric conversion means having a variable gain and detects the four interference lights.
光成分間の位相をずらす移相子と、この移相子をビーム
光軸のまわりに回転させることにより干渉光の位相の変
移量を変更させる変移量可変手段からなることを特徴と
する請求項1又は2に記載の縞計数変位干渉計。3. The phase shift means shifts the phase between polarization components orthogonal to each other, and changes the phase shift amount of the interference light by rotating the phase shifter around the beam optical axis. The fringe counting displacement interferometer according to claim 1 or 2, further comprising a displacement amount varying means for causing the displacement.
光路中に設けられたλ/2板と、前記分割手段により分
割された二つの検出ビームの光路中に夫々設けられた偏
光ビームスプリッターとを有し、 前記λ/2板が、これを透過する前後の検出ビームの偏
光面が互いに45度傾く様に配置されていると共に、 前記偏光ビームスプリッターが、前記λ/2板を透過す
る前の検出ビームのいずれかの偏光面と偏光ビームスプ
リッターの偏光分離面に対する検出ビームの入射面とが
一致する様に配置されていることを特徴とする請求項
1、2、又は3に記載の縞計数変位干渉計。4. The polarization interference means includes a λ / 2 plate provided in the optical path of the detection beam, and a polarization beam splitter provided in each of the optical paths of the two detection beams split by the splitting means. The λ / 2 plate is arranged such that the polarization planes of the detection beam before and after passing through the λ / 2 plate are inclined by 45 degrees with respect to each other, and before the polarization beam splitter passes through the λ / 2 plate. 4. The fringe according to claim 1, wherein the polarization plane of any one of the detection beams and the plane of incidence of the detection beam with respect to the polarization splitting surface of the polarization beam splitter are arranged to coincide with each other. Counting displacement interferometer.
偏光成分毎に分割して参照光と測定光とに利用すると共
に、参照対象物並びに被測定物から反射してきた検査光
束を同軸上に合成して検出ビームを取り出す干渉光学系
と、前記検出ビームを二つに分割する分割手段と、ここ
で分割された一方の検出ビームの直交する偏光成分間の
位相を変移させる位相変移手段と、前記分割された夫々
の検出ビームから互いに180度位相のずれた二つの干
渉光をそれぞれ取り出す偏光干渉手段と、これらの四つ
の干渉光を夫々検出する検出手段とを備え、 前記分割手段が、非偏光ビームスプリッターからなり、 前記位相変移手段が、互いに直交する偏光成分間の位相
をずらす移相子と、この移相子をビーム光軸に対して回
転させることにより干渉光の位相の変移量を変更させる
変移量可変手段を有し、前記移相子が前記分割手段によ
り分割された一方の光路中に設けられ、 前記偏光干渉手段が、前記分割手段による分割前の検出
ビームの光路中に設けられたλ/2板と、前記分割手段
により分割された二つの検出ビームの光路中に夫々設け
られた偏光ビームスプリッターとを有し、 前記λ/2板が、これを透過する前後の検出ビームの偏
光面が互いに45度傾く様に配置されていると共に、 前記偏光ビームスプリッターが、前記λ/2板を透過す
る前の検出ビームのいずれかの偏光面と偏光ビームスプ
リッターの偏光分離面に対する検出ビームの入射面とが
一致する様に配置されており、 前記検出手段が、利得可変な光電変換手段により前記四
つの干渉光を光電変換して検出するものであり、 前記位相変移手段の変移量可変手段により、前記分割さ
れた一方の干渉光の位相が他方の干渉光の位相と90度
づつ変移した状態で前記四つの干渉光を夫々検出し、該
検出結果に基づいて被測定物の変位量を測定すること特
徴とする縞計数変位干渉計。5. An output beam from a light source is divided into polarized light components which are orthogonal to each other and is used as a reference light and a measurement light, and an inspection light flux reflected from a reference object and an object to be measured is coaxially combined. An interference optical system for extracting a detection beam by dividing the detection beam into two, and a phase shifting unit for shifting the phase between orthogonal polarization components of one of the detection beams divided here, Polarization interference means for respectively extracting two interference lights having a phase difference of 180 degrees from each of the divided detection beams, and detection means for detecting each of these four interference lights are provided, wherein the division means is a non-polarized light beam. The phase shifter is composed of a beam splitter, and the phase shifter shifts the phase between the polarization components orthogonal to each other, and the phase shifter rotates the phase shifter with respect to the beam optical axis to generate interference light. A shift amount changing means for changing a shift amount of a phase, the phase shifter is provided in one optical path divided by the dividing means, and the polarization interference means is a detection beam before the division by the dividing means. Λ / 2 plate provided in the optical path of the above, and a polarization beam splitter respectively provided in the optical paths of the two detection beams split by the splitting means, and the λ / 2 plate transmits the λ / 2 plate. And the polarization planes of the detection beams before and after are inclined by 45 degrees with respect to each other, and the polarization beam splitter is arranged such that one of the polarization planes of the detection beam and the polarization beam splitter before passing through the λ / 2 plate. It is arranged so that the incident surface of the detection beam with respect to the polarization splitting surface coincides, and the detecting means photoelectrically converts the four interference lights by a photoelectric conversion means having a variable gain. By the displacement amount varying means of the phase shifting means, each of the four interference lights is detected in a state in which the phase of the one of the divided interference lights is shifted by 90 degrees from the phase of the other interference light, and the detection result is detected. A fringe counting displacement interferometer, which is characterized by measuring the displacement amount of an object to be measured based on the above.
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