ヘテロダインレーザー干渉測長器
【課題】測長結果から精度よくデッドパスの影響を排除するヘテロダインレーザー干渉測長器を提供する。
【解決手段】ヘテロダインレーザー光源１０からのビームを分岐させて測定ビームＢ１と参照ビームＢ２を生成する分岐器８０と、測定ビームＢ１及び参照ビームＢ２を分割する偏光ビームスプリッタ３０と、測定光路ＬＰ１，ＬＰ２に設けられる１／４波長板３１，３２と、可動測定物５０に固定され、測定ビームＢ１１，Ｂ１２が照射される測定ミラー３４１，３４２と、測定ミラー３４１，３４２近傍に配置され、参照ビームＢ２１，Ｂ２２が照射される反射ミラー４１１，４１２と、測定ミラー３４１，３４２の反射光を干渉させた光と反射ミラー４１１，４１２の反射光を干渉させた光に基づく２つのビート信号から変位を算出する演算回路７０を備え、分機器８０は測定ビームＢ１と参照ビームＢ２の光量比を連続的に変化させて調整する調整手段を有する。
【解決手段】ヘテロダインレーザー光源１０からのビームを分岐させて測定ビームＢ１と参照ビームＢ２を生成する分岐器８０と、測定ビームＢ１及び参照ビームＢ２を分割する偏光ビームスプリッタ３０と、測定光路ＬＰ１，ＬＰ２に設けられる１／４波長板３１，３２と、可動測定物５０に固定され、測定ビームＢ１１，Ｂ１２が照射される測定ミラー３４１，３４２と、測定ミラー３４１，３４２近傍に配置され、参照ビームＢ２１，Ｂ２２が照射される反射ミラー４１１，４１２と、測定ミラー３４１，３４２の反射光を干渉させた光と反射ミラー４１１，４１２の反射光を干渉させた光に基づく２つのビート信号から変位を算出する演算回路７０を備え、分機器８０は測定ビームＢ１と参照ビームＢ２の光量比を連続的に変化させて調整する調整手段を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、精密機械、半導体、光ディスクなどの加工製造に利用されるレーザー光を用いて被測定物の変位を測定するヘテロダインレーザー干渉測長器や電子線描画装置等精密加工装置の可動部の移動距離計測に応用されるヘテロダインレーザー干渉測長器に関し、具体的には、デッドパスエラー補正を行うヘテロダインレーザー干渉測長器に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザー干渉測長として利用されている方式で代表的なものは、高精度で安定性があるヘテロダインレーザー干渉測長器である。
【０００３】
図１に、従来のヘテロダインレーザー干渉測長器の代表構成例を示す。
ヘテロダインレーザー光源１０は、互いに周波数がわずかに異なり偏光面が直交する、２つの直線偏光出射ビームを出射する。また、ヘテロダインレーザー光源１０から出射されてビームスプリッタ２０で分岐されたビームは、光検出器２１で干渉状態を電気信号に変換し、基準信号回路２２でビート信号を検出する。
一方、ビームスプリッタ２０を透過したビームは、偏光ビームスプリッタ３０で基準ビームと測定ビームに分割される。
【０００４】
基準ビームは、１／４波長板３１を透過後、位置固定されている基準ミラー３３で反射され、１／４波長板３１を経て偏光ビームスプリッタ３０へ戻る。
測定ビームは、１／４波長板３２を透過後、可動測定ミラー３４で反射され、１／４波長板３２を経て偏光ビームスプリッタ３０へ戻る。
【０００５】
基準ミラー３３と測定ミラー３４で反射した基準ビームと測定ビームは、それぞれ２回１／４波長板３１，３２を通るので偏光面が回転し、偏光ビームスプリッタ３０から出射ビームとは分離され、光検出器３５で干渉状態を電気信号に変換され、測定信号回路３６でビート信号が検出される。なお、偏光ビームスプリッタ３０と２つの１／４波長板３１，３２は一体化されている場合も多い。
ついで、基準信号回路２２と測定信号回路３６の出力は、演算回路７０で演算処理される。
【０００６】
測定対象に搭載して固定された可動測定ミラー３４が動くと、測定信号回路３６のビート信号位相が変化し、また周波数が速度に応じてドップラーシフトするため、演算回路７０が、基準信号回路２２をもとにこれらを演算処理することで移動距離を測定できる。
【０００７】
この移動距離は絶対値測定ではなく相対値測定で行われ、任意に定めた測定原点（Ｏ）で測定値をゼロリセットする。測定原点における基準ビームと測定ビームの光路長差がデッドパスである。
【０００８】
一般に光学系配置の制約等から、デッドパスをゼロとすることは困難である。周囲環境の温度、湿度、気圧によってレーザー光の波長は変化する（エドレンの式として知られている）ので、レーザー干渉測長の測定値も変化するが、デッドパス中の変化分は測定値から分離することができないため、結果として可動測定ミラー３４の移動距離測定精度が低下するという問題がある。
【０００９】
そのため、デッドパスの影響を低減させる方法や装置が提案されている。
まず、設計上のデッドパス量をあらかじめ求めておき、環境変化によるデッドパス量変化分を計算してデッドパスを含む実際の測長結果を補正する方法がある（特許文献１，２参照。）。
すなわち、デッドパス長Ｌｄを何らかの手段（例えば、メジャーなど）によって測定し、レーザー干渉を利用して測定した測長結果をＬ、符号ダッシュを温度等環境を考慮したエドレンの式による補正後の測長結果とすると、真の移動距離ＬａをＬａ＝Ｌ’−（Ｌｄ−Ｌｄ’）として求める（特許文献１）。
また、温度等環境条件の検出部を備え、デッドパスを入力部に操作者がデッドパス長Ｃｄ（正しくは距離に対応するカウント値）を入力し、自動的にエドレンの式による補正が行われるようにし、測定した移動距離Ｃｐの値に対し、真の移動距離をＣ＝Ｃｐ−（Ｃｄ−Ｃｄ’）としている（特許文献２）。
【００１０】
しかしながら、これらの従来技術では、デッドパス量をあらかじめ求めておき、環境変化によるデッドパス量変化分を計算してデッドパスを含む測長結果を補正するが、間接的であり、またあらかじめ求めておくデッドパス量の精度が低い、という問題があった。
【００１１】
また、参照および測定光路に伸縮機構を備え、基準ミラー・測定物と偏光ビームスプリッタとの距離を増減できるようにし、デッドパスゼロに相当する光源からの基準信号を元に、参照および測定光路の位相差を算出し、参照光路の長さを伸縮させて、実際にデッドパス長をゼロに調整することで、デッドパス自体を光学系から取り除くようにする装置が提案されている（特許文献３参照。）。
【００１２】
しかしながら、この従来技術では、デッドパス量を実際に求めてそれ自体を解消させるが、そのために必要な光路伸縮機構が必要であり、実際の装置搭載を考えると実現が難しく、実現した場合も設置スペースの点で問題があった。
【００１３】
また、基準光路の１／４波長板を基準ビームに部分的に挿入し、測定光路の１／４波長板の表面の一部をミラーとし測定原点に配置して、基準信号は、基準光路の１／４波長板を通らず基準ミラーから反射される部分と、測定光路の１／４波長板表面から反射される部分の干渉によって発生し、測定信号は、基準光路の１／４波長板を通り基準ミラーから反射される部分と、測定光路の１／４波長板を通り測定ミラーから反射される部分の干渉によって発生するようにしているので、デッドパスの測長を基準信号で行い、測定ミラー位置の測長を測定信号で行ない、測定ミラーの測長結果からデッドパス量変化を相殺する装置が提案されている（特許文献４参照。）。
【００１４】
しかしながら、この従来技術では、対象と共にデッドパス部の光学測長も行なうことでデッドパス量変化を相殺しているが、基準ミラーは位置固定とするのが前提と読み取れる。あえて基準ミラーの可動を許し差動検出光学系に適用しようとすると、２つの光路間で測定光路の位置が光軸に対して反転するため、測定光路を測定ミラーの同一直線上に合わせるためには光路をシフトさせる必要があり、そのための機構が余分に必要になる問題があった。
【００１５】
また、レーザー干渉測長では基準光路を測定光路として利用し、分解能を向上させる方法がある。
図２に代表的な構成を示すが、被測定物５０にお互いのミラー面が反対方向に向いた基準ミラー３３と測定ミラー３４が搭載された形になっている。
また、基準ミラー３３への基準ビームは、１／４波長板３１から方向を変えるための３つのミラー５１，５２，５３を経て導かれている。基準ビームと測定ビームは同一直線上にあり、基準ミラー３３と測定ミラー３４のミラー面はビームに対して垂直となるように配置されている。
【００１６】
図１のヘテロダインレーザー干渉測長器と比較すると、基準ミラー３３のミラー面が光軸に相当する直線に対して測定ミラー３４のミラー面と反対方向を向いて測定対象に搭載される点が違っている。この構成では、測定対象の光軸方向移動量に対し光路長が差動検出されて２倍になるので分解能が２倍に向上する。
【００１７】
また、このような差動検出光学系構成では、基準ミラー３３と測定ミラー３４の働きは全く同等になる。ただし光学的差動検出では、測定対象を挟み込むような光学系を構成する必要があるため、基本的には被測定物に移動量を加えた程度の不等長光路となり、デッドパスが図１で示す通常の光学系に比較して大きくなる。そのため、より一層デッドパスによる測定精度の低下を抑制する手段を講ずる必要がある。
【００１８】
特許文献５では、ヘテロダインレーザー干渉測長器の偏光ビームスプリッタで分離される２つの測定ビームを、それぞれ被測定物に対して仮想直線上の対向方向から照射し、その反射干渉光によって被測定物の変位を計測する場合に、被測定物近傍に設けた反射ミラーによって被測定物に照射される２本の測定ビーム断面の一部を反射し、同一光束として逆方向へ戻る被測定物からの反射ビームと上記反射ミラーからの反射ビームとを、偏光ビームスプリッタ以降で２分割し、被測定物からの反射干渉光のビート信号と、反射ミラーからの反射干渉光ビート信号の２角ビート信号の差分に対応する変移の算出を行っている。これにより、前者はデッドパスを含む被測定物の変位量に対応し、後者はデッドパス量に対応するので、その差分をとることによりデッドパス量を排除することができる。
【００１９】
しかしながら、この従来技術では、対象と共にデッドパス部の光学測長も行なうことでデッドパスの影響を排除しているが、反射光束を物理的に２分割した上、さらに対象からの反射光および反射ミラーからの光を開口制限により選択している。そのため、ビート信号に関する光検出器に到達する光量が少なく、対象の反射率によっては測定精度が影響を受けたり、測定できなくなったりする問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、光学的差動検出を用いたヘテロダインレーザー干渉測長器において、測長結果から精度よくデッドパスの影響を排除することのできるヘテロダインレーザー干渉測長器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
前記課題を解決するために提供する本発明は、被測定物（可動測定物５０）の変位を測定するヘテロダインレーザー干渉測長器であって、仮想直線上にお互いの反射面を反対方向に向けて前記被測定物に固定される２つの測定ミラー（測定ミラー３４１，３４２）と、異なる周波数で偏光面が直交する２つの直線偏光レーザービームを物理的に１本のレーザービームとして出射するヘテロダインレーザー光源（ヘテロダインレーザー光源１０）と、前記ヘテロダインレーザー光源からのレーザービームを分岐させて測定ビーム（測定ビームＢ１）と参照ビーム（参照ビームＢ２）からなる２本の物理的に離れた平行なレーザービームを生成する分岐器（分岐器８０）と、前記分岐器からの測定ビーム及び参照ビームを２方向に分割する偏光ビームスプリッタ（偏光ビームスプリッタ３０）と、前記２方向に分割された測定ビーム及び参照ビームのうち、一方向の測定ビーム（第１の測定ビームＢ１１）及び参照ビーム（第１の参照ビームＢ２１）を前記仮想直線に沿って前記２つの測定ミラーの一方の測定ミラー（測定ミラー３４１）側へ導き、他方向の測定ビーム（第２の測定ビームＢ１２）及び参照ビーム（第２の参照ビームＢ２２）を前記仮想直線に沿って他方の測定ミラー（測定ミラー３４２）側へ導く２つの測定光路（測定光路ＬＰ１，ＬＰ２）と、前記２つの測定光路それぞれの光路中に設けられる２つの１／４波長板（１／４波長板３１，３２）と、前記２つの測定光路ごとに前記１／４波長板と前記測定ミラーの間に配置され、前記参照ビームを反射する２つの反射ミラー（反射ミラー４１１，４１２）と、前記２つの測定ミラーで反射されたそれぞれの前記測定ビームを前記偏光ビームスプリッタで干渉させた測定ビーム干渉光（測定ビーム干渉光Ｂ１ｋ）の強度を電気的に検出する測定ビーム光検出器（光検出器３５）と、前記測定ビーム光検出器の出力からビート信号を生成する測定ビーム測定回路（測定信号回路３６）と、前記２つの反射ミラーで反射されたそれぞれの前記参照ビームを前記偏光ビームスプリッタで干渉させた参照ビーム干渉光（参照ビーム干渉光Ｂ２ｋ）の強度を電気的に検出する参照ビーム光検出器（光検出器３７）と、前記参照ビーム光検出器の出力からビート信号を生成する参照ビーム測定回路（測定信号回路３８）と、前記測定ビーム測定回路で生成されるビート信号と前記参照ビーム測定回路で生成されるビート信号の差分に対応する変位の算出を行う演算回路（演算回路７０）と、を備え、前記分岐器は、前記測定ビームと参照ビームの光量比を連続的に変化させて調整する調整手段を有することを特徴とするヘテロダインレーザー干渉測長器である（図３，図４，図９）。
【００２２】
また、前記課題を解決するために提供する本発明は、被測定物（可動測定物５０）の変位を測定するヘテロダインレーザー干渉測長器であって、仮想直線上にお互いの反射面を反対方向に向けて前記被測定物に固定される２つの測定ミラー（測定ミラー３４１，３４２）と、異なる周波数で偏光面が直交する２つの直線偏光レーザービームを含むレーザービームを発生し、該レーザービームを分岐させて測定ビーム（測定ビームＢ１）と参照ビーム（参照ビームＢ２）からなる２本の物理的に離れた平行なレーザービームとして出射するヘテロダインレーザー光源（ヘテロダインレーザー光源１０）と、前記ヘテロダインレーザー光源からの測定ビーム及び参照ビームを２方向に分割する偏光ビームスプリッタ（偏光ビームスプリッタ３０）と、前記２方向に分割された測定ビーム及び参照ビームのうち、一方向の測定ビーム（第１の測定ビームＢ１１）及び参照ビーム（第１の参照ビームＢ２１）を前記仮想直線に沿って前記２つの測定ミラーの一方の測定ミラー（測定ミラー３４１）側へ導き、他方向の測定ビーム（第２の測定ビームＢ１２）及び参照ビーム（第２の参照ビームＢ２２）を前記仮想直線に沿って他方の測定ミラー（測定ミラー３４２）側へ導く２つの測定光路（測定光路ＬＰ１，ＬＰ２）と、前記２つの測定光路それぞれの光路中に設けられる２つの１／４波長板（１／４波長板３１，３２）と、前記２つの測定光路ごとに前記１／４波長板と前記測定ミラーの間に配置され、前記参照ビームを反射する２つの反射ミラー（反射ミラー４１１，４１２）と、前記２つの測定ミラーで反射されたそれぞれの前記測定ビームを前記偏光ビームスプリッタで干渉させた測定ビーム干渉光（測定ビーム干渉光Ｂ１ｋ）の強度を電気的に検出する測定ビーム光検出器（光検出器３５）と、前記測定ビーム光検出器の出力からビート信号を生成する測定ビーム測定回路（測定信号回路３６）と、前記２つの反射ミラーで反射されたそれぞれの前記参照ビームを前記偏光ビームスプリッタで干渉させた参照ビーム干渉光（参照ビーム干渉光Ｂ２ｋ）の強度を電気的に検出する参照ビーム光検出器（光検出器３７）と、前記参照ビーム光検出器の出力からビート信号を生成する参照ビーム測定回路（測定信号回路３８）と、前記測定ビーム測定回路で生成されるビート信号と前記参照ビーム測定回路で生成されるビート信号の差分に対応する変位の算出を行う演算回路（演算回路７０）と、を備え、前記ヘテロダインレーザー光源は、前記測定ビームと参照ビームの光量比を連続的に変化させて調整する調整手段を有することを特徴とするヘテロダインレーザー干渉測長器である（図５，図６，図９）。
【００２３】
また、前記課題を解決するために提供する本発明は、被測定物（可動測定物５０（円筒物体５０ａ））の変位を測定するヘテロダインレーザー干渉測長器であって、異なる周波数で偏光面が直交する２つの直線偏光レーザービームを物理的に１本のレーザービームとして出射するヘテロダインレーザー光源（ヘテロダインレーザー光源１０）と、前記ヘテロダインレーザー光源からのレーザービームを分岐させて測定ビーム（測定ビームＢ１）と参照ビーム（参照ビームＢ２）からなる２本の物理的に離れた平行なレーザービームを生成する分岐器（分岐器８０）と、前記分岐器からの測定ビーム及び参照ビームを２方向に分割する偏光ビームスプリッタ（偏光ビームスプリッタ３０）と、前記２方向に分割された測定ビーム及び参照ビームのうち、一方向の測定ビーム（第１の測定ビームＢ１１）及び参照ビーム（第１の参照ビームＢ２１）を前記被測定物の一方側へ導き、他方向の測定ビーム（第２の測定ビームＢ１２）及び参照ビーム（第２の参照ビームＢ２２）を正対する前記被測定物の他方側へ導く２つの測定光路（測定光路ＬＰ１，ＬＰ２）と、前記２つの測定光路それぞれの光路中に設けられる２つの１／４波長板（１／４波長板３１，３２）と、前記２つの測定光路ごとに前記１／４波長板と前記被測定物の間に配置され、前記参照ビームを反射する２つの反射ミラー（反射ミラー４１１，４１２）と、前記被測定物の双方側で反射されたそれぞれの前記測定ビームを前記偏光ビームスプリッタで干渉させた測定ビーム干渉光（測定ビーム干渉光Ｂ１ｋ）の強度を電気的に検出する測定ビーム光検出器（光検出器３５）と、前記測定ビーム光検出器の出力からビート信号を生成する測定ビーム測定回路（測定信号回路３６）と、前記２つの反射ミラーで反射されたそれぞれの前記参照ビームを前記偏光ビームスプリッタで干渉させた参照ビーム干渉光（参照ビーム干渉光Ｂ２ｋ）の強度を電気的に検出する参照ビーム光検出器（光検出器３７）と、前記参照ビーム光検出器の出力からビート信号を生成する参照ビーム測定回路（測定信号回路３８）と、前記測定ビーム測定回路で生成されるビート信号と前記参照ビーム測定回路で生成されるビート信号の差分に対応する変位の算出を行う演算回路（演算回路７０）と、を備え、前記分岐器は、前記測定ビームと参照ビームの光量比を連続的に変化させて調整する調整手段を有することを特徴とするヘテロダインレーザー干渉測長器である（図１０）。
【発明の効果】
【００２４】
本発明のヘテロダインレーザー干渉測長器によれば、光学的差動検出構成で測定対象の測長を行うと同時に、測定対象に近接した部分に反射ミラーを設置し、測定ビームの一部でデッドパス測長も行って、最終的な測長結果からデッドパスの値を取り除いているので、分解能２倍であっても測長結果からデッドパスの影響を排除することができる。また、測定ビームと参照ビームは物理的に離れた平行ビームであり、ビーム分割することなく各々全光量をビート信号の光検出器が利用できるので、精度良く測定を行うことができる。またこのとき、調整手段により測定ビームと参照ビームの光量比率を連続的に変えることができるので、測定対象に対して最適な測定ビーム光量を設定することが可能になり、測定精度の信頼性がより向上する。これにより、反射率が低い測定対象に対しても測定が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来のヘテロダインレーザー干渉測長器の構成例１を示すブロック図である。
【図２】従来のヘテロダインレーザー干渉測長器の構成例２を示すブロック図である。
【図３】本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器の第１の実施形態における構成を示すブロック図である。
【図４】本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器の第２の実施形態における構成を示すブロック図である。
【図５】本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器の第３の実施形態における構成を示すブロック図である。
【図６】本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器の第４の実施形態における構成を示すブロック図である。
【図７】本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器における測定ビームと参照ビームの光量比の調整手段の参考例１を示す概略図である。
【図８】本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器における測定ビームと参照ビームの光量比の調整手段の参考例２を示す概略図である。
【図９】本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器における測定ビームと参照ビームの光量比の調整手段の構成例を示す概略図である。
【図１０】本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器の第５の実施形態における構成を示すブロック図である。
【図１１】（ａ）円筒物体の表面に生じた切削痕を示す断面模式図、（ｂ）切削痕のある円筒物体の模式図である。
【図１２】測定ビームの円筒物体に対する（ａ）Ｘ方向の照射状態、（ｂ）Ｙ方向の照射状態、（ｃ）Ｘ，Ｙ方向の照射状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に、本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器の構成について説明する。
図３は、本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器の第１の実施形態における構成を示すブロック図である。
図３に示すように、ヘテロダインレーザー光源１０からは、互いに周波数がわずかに異なり偏光面が直交する、２つの直線偏光出射ビームが物理的に１本のレーザービームとして出射され、続いてこの１本のレーザービームが分岐器８０によって物理的に離れた平行な２本の測定ビーム(Ｂ１)と参照ビーム(Ｂ２)に分岐される。分岐器８０としては、無偏光ビームスプリッタとミラーの組み合わせなどが利用できる。
【００２７】
分岐器８０から出た測定ビーム(Ｂ１)と参照ビーム(Ｂ２)は、偏光ビームスプリッタ３０に入射し、それぞれ偏光ビームスプリッタ３０により２方向に分割される。なお、測定ビーム(Ｂ１)と参照ビーム(Ｂ２)は、物理的に離れた平行な２本のレーザービームとして偏光ビームスプリッタ３０に入射することから、偏光ビームスプリッタ３０内の異なる位置（点）で分割される。すなわち、偏光ビームスプリッタ３０内において、測定ビーム(Ｂ１)は点Ｐ１で分割され、参照ビーム(Ｂ２)は点Ｐ２で分割される。
【００２８】
このとき、測定ビーム（Ｂ１）は第１の測定ビームＢ１１と第２の測定ビームＢ１２に、参照ビーム（Ｂ２）は第１の参照ビームＢ２１と第２の参照ビームＢ２２に分割される。また、第１の測定ビームＢ１１と第１の参照ビームＢ２１は、偏光ビームスプリッタ３０で反射されて図中上方に向かうビームであり、第２の測定ビームＢ１２と第２の参照ビームＢ２２は偏光ビームスプリッタ３０を透過して図中右方に向かうビームである。さらに、第１の測定ビームＢ１１と第１の参照ビームＢ２１は、お互いが物理的に離れた平行な関係のまま測定光路ＬＰ１を通り、第２の測定ビームＢ１２と第２の参照ビームＢ２２は、お互いが物理的に離れた平行な関係のまま測定光路ＬＰ２を通る。
【００２９】
測定光路ＬＰ１では、１／４波長板３１と、ミラー５１，５２，５３が配置されており、第１の測定ビームＢ１１と第１の参照ビームＢ２１は、お互いが物理的に離れた平行な関係が維持されたまま、１／４波長板３１を透過した後、ミラー５１，５２，５３で反射されて方向が変えられて、測定ミラー３４１側へ導かれる。
【００３０】
ここで、第１の測定ビームＢ１１は、そのまま測定ミラー３４１で反射されて、そこから測定光路ＬＰ１を遡り、１／４波長板３１を経て偏光ビームスプリッタ３０へ戻る。また、第１の参照ビームＢ２１は、測定光路ＬＰ１中で、ミラー５３までは第１の測定ビームＢ１１と同じ光路を通り、測定ミラー３４１の手前の所定位置に配置された反射ミラー４１１で反射されて、そこから測定光路ＬＰ１を遡り、１／４波長板３１を経て偏光ビームスプリッタ３０へ戻る。
【００３１】
なお、反射されて戻ってきた第１の測定ビームＢ１１は、偏光ビームスプリッタ３０において、前述の分岐器８０から入射してきた測定ビームＢ１が分割された点Ｐ１に戻ってくる。また、反射されて戻ってきた第１の参照ビームＢ２１は、偏光ビームスプリッタ３０において、前述の分岐器８０から入射してきた参照ビームＢ２が分割された点Ｐ２に戻ってくる。したがって、反射されて戻ってきた第１の測定ビームＢ１１と第１の参照ビームＢ２１は、偏光ビームスプリッタ３０において異なる位置（点）に入射することになる。
【００３２】
測定光路ＬＰ２では、１／４波長板３２が配置されており、第２の測定ビームＢ１２と第２の参照ビームＢ２２は、お互いが物理的に離れた平行な関係が維持されたまま、１／４波長板３２を透過した後、測定ミラー３４２側へ導かれる。
【００３３】
ここで、第２の測定ビームＢ１２は、そのまま測定ミラー３４２で反射されて、そこから測定光路ＬＰ２を遡り、１／４波長板３２を経て偏光ビームスプリッタ３０へ戻る。また、第２の参照ビームＢ２２は、測定光路ＬＰ２中を第２の測定ビームＢ１２と同じ光路を通り、測定ミラー３４２手前の所定位置に配置された反射ミラー４１２で反射されて、そこから測定光路ＬＰ２を遡り、１／４波長板３２を経て偏光ビームスプリッタ３０へ戻る。
【００３４】
なお、反射されて戻ってきた第２の測定ビームＢ１２は、偏光ビームスプリッタ３０において、前述の分岐器８０から入射してきた測定ビームＢ１が分割された点Ｐ１に戻ってくる。また、反射されて戻ってきた第２の参照ビームＢ２２は、偏光ビームスプリッタ３０において、前述の分岐器８０から入射してきた参照ビームＢ２が分割された点Ｐ２に戻ってくる。したがって、反射されて戻ってきた第２の測定ビームＢ１２と第２の参照ビームＢ２２は、偏光ビームスプリッタ３０において異なる位置（点）に入射するとともに、反射されて戻ってきた第１の測定ビームＢ１１と第２の測定ビームＢ１２は偏光ビームスプリッタ３０において同じ位置（点Ｐ１）に入射し、反射されて戻ってきた第１の参照ビームＢ２１と第２の参照ビームＢ２２は偏光ビームスプリッタ３０において同じ位置（点Ｐ２）に入射することになる。
【００３５】
なお、偏光ビームスプリッタ３０と２つの１／４波長板３１，３２は、一体化されていても差し支えない。
【００３６】
また、ミラー５３から測定ミラー３４１に向かう測定光路ＬＰ１と測定光路ＬＰ２は一直線（仮想直線）をなすように調整されており、２つの測定ミラー３４１，３４２のミラー面（反射面）は測定光路ＬＰ１，ＬＰ２の光軸に対し垂直に、かつ反対を向いた状態で可動測定物５０に設置され、固定されている。
【００３７】
また、反射ミラー４１１，４１２は、第１の参照ビームＢ２１、第２の参照ビームＢ２２それぞれを反射して測定光路ＬＰ１，ＬＰ２を遡らせるように、測定光路ＬＰ１，ＬＰ２光軸に対して配置する。
【００３８】
さらに、反射ミラー４１１，４１２は、可能な限り測定ミラー３４１，３４２に近接させて配置する。
【００３９】
上記の測定ミラー３４１，３４２及び反射ミラー４１１，４１２としては、平面ミラーやコーナーキューブの利用が考えられる。あるいは、測定ミラー３４１，３４２は、可動測定物の端面そのものを反射面としたものであってもよい。
【００４０】
測定光路ＬＰ１において、偏光ビームスプリッタ３０から測定ミラー３４１までの距離をＭＰ１、偏光ビームスプリッタ３０から反射ミラー４１１までの距離ＤＰ１とし、測定光路ＬＰ２において、偏光ビームスプリッタ３０から測定ミラー３４２までの距離ＭＰ２、偏光ビームスプリッタ３０から反射ミラー４１２までの距離をＤＰ２とする。
【００４１】
ここで、偏光ビームスプリッタ３０から出て、測定ミラー３４１で反射されて再度偏光ビームスプリッタ３０に戻ってきた第１の測定ビームＢ１１は、１／４波長板３１を２回通るので、偏光面が回転し、偏光ビームスプリッタ３０では出射ビームとは分離され該偏光ビームスプリッタ３０を図中下方向に透過する。また、偏光ビームスプリッタ３０から出て、測定ミラー３４２で反射されて再度偏光ビームスプリッタ３０に戻ってきた第２の測定ビームＢ１２は、１／４波長板３２を２回通るので、偏光面が回転し、偏光ビームスプリッタ３０から出射ビームとは分離され該偏光ビームスプリッタ３０で図中下方向に反射される。このとき、偏光ビームスプリッタ３０では、測定ミラー３４１で反射されて戻ってきた第１の測定ビームＢ１１と測定ミラー３４２で反射されて戻ってきた第２の測定ビームＢ１２を干渉させた１本の測定ビーム干渉光Ｂ１ｋとして図中下方に出射することになる。
ついで、測定ビーム干渉光Ｂ１ｋは、ミラー６０により折り曲げられて光検出器３５に導かれる。
【００４２】
光検出器３５では、測定ビーム干渉光Ｂ１ｋの干渉状態（強度）を電気信号に変換し、ついで、測定信号回路３６で光検出器３５の出力信号からビート信号を生成する。この測定信号回路３６のビート信号は、距離(ＭＰ１−ＭＰ２)に対応し、これは差動検出光学系におけるデッドパス量を含む測定対象の移動距離に相当する。
【００４３】
一方、偏光ビームスプリッタ３０から出て、反射ミラー４１１で反射されて再度偏光ビームスプリッタ３０に戻ってきた第１の参照ビームＢ２１は、１／４波長板３１を２回通るので、偏光面が回転し、偏光ビームスプリッタ３０では出射ビームとは分離され該偏光ビームスプリッタ３０を図中下方向に透過する。また、偏光ビームスプリッタ３０から出て、反射ミラー４１２で反射されて再度偏光ビームスプリッタ３０に戻ってきた第２の参照ビームＢ２２は、１／４波長板３２を２回通るので、偏光面が回転し、偏光ビームスプリッタ３０から出射ビームとは分離され該偏光ビームスプリッタ３０で図中下方向に反射される。このとき、偏光ビームスプリッタ３０では、反射ミラー４１１で反射されて戻ってきた第１の参照ビームＢ２１と反射ミラー４１２で反射されて戻ってきた第２の参照ビームＢ２２を干渉させた１本の参照ビーム干渉光Ｂ２ｋとして図中下方に出射することになる。また、参照ビーム干渉光Ｂ２ｋは、測定ビーム干渉光Ｂ１ｋと物理的に離れて平行な関係を維持したまま偏光ビームスプリッタ３０から出射される。
ついで、参照ビーム干渉光Ｂ２ｋは、ミラー６１により折り曲げられて光検出器３７に導かれる。
【００４４】
なお、測定ビーム干渉光Ｂ１ｋと参照ビーム干渉光Ｂ２ｋは、偏光ビームスプリッタ３０からお互いに物理的に離れた平行な２本のビームとして出射されるため、測定ビーム干渉光Ｂ１ｋ、参照ビーム干渉光Ｂ２ｋそれぞれをそのまま簡単に光検出器３５，３７に導くことができる。
【００４５】
光検出器３７では、参照ビーム干渉光Ｂ２ｋの干渉状態（強度）を電気信号に変換し、ついで、測定信号回路３８で光検出器３７の出力信号からビート信号を生成する。この測定信号回路３８のビート信号は、距離(ＤＰ１−ＤＰ２)に対応し、これは差動検出光学系におけるデッドパス量に相当する。
【００４６】
ついで、演算回路７０は、測定信号回路３６で生成されるビート信号と、測定信号回路３８で生成されるビート信号とを受けて、両者の差分に対応する変位の算出を行う。すなわち、測定信号回路３６，３８でデッドパス量を含む測定対象の移動距離とデッドパス量とを電気的に検出できているので、演算回路７０は、測定信号回路３６の出力信号と測定信号回路３８の出力信号の差((ＭＰ１−ＭＰ２)−(ＤＰ１−ＤＰ２))を算出し、差動検出光学系におけるデッドパス量を含まない測定対象の移動距離を得ることができる。
【００４７】
なお、演算回路７０における測定信号回路３６の出力信号と測定信号回路３８の出力信号の差の算出方法としては、測定信号回路３６の出力信号を基準ビート信号として用い、測定信号回路３８のビート信号との差を求める方法でよい。あるいは、図１，図２で説明した基準信号回路２２（図３では図示していない）を利用し、測定信号回路３６と測定信号回路３８の出力信号それぞれと基準信号回路２２の出力信号との差を求め、実際に(ＤＰ１−ＤＰ２)および(ＭＰ１−ＭＰ２)に相当するデータを算出してから、これらの差を演算する方法でもよい。
【００４８】
本実施形態のヘテロダインレーザー干渉測長器は、一例として直動ステージの移動量測定に応用することができる。具体例として、半導体用や光ディスク、ハードディスクのパターン作製用の精密直動ステージに適用すれば、デッドパスの影響を受けることなく高精度にステージ移動量を計測しているので、ステージ送り制御の精度を高めることができ、作製パターンの精度を改善することが可能である。
【００４９】
次に、本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器の第２の実施形態における構成について説明する。
図４は、本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器の第２の実施形態における構成を示すブロック図である。
本実施形態は、図３のヘテロダインレーザー干渉測長器（第１の実施形態）と比較して、測定ミラー３４１，３４２が可動測定物５０の端面そのものを反射面としたものであり、測定ビームＢ１１，Ｂ１２を、それぞれ集光して測定ミラー３４１，３４２に照射するレンズ４２１，４２２を備える点で異なり、それ以外の部分については図３の構成と同一である。
【００５０】
レンズ４２１，４２２で測定ビームＢ１１，Ｂ１２を集光することにより、光源のビーム径よりも小さな測定ミラー面積しかとることのできない被測定物や、測定ミラーが曲面となっている被測定物に対しても測定可能になる。
【００５１】
また、反射ミラー４１１，４１２の位置として、反射面をレンズ４２１，４２２の入射面に配置させると、反射ミラー間隔を最大に取ることができるので好ましい。
【００５２】
また、図４のヘテロダインレーザー干渉測長器における可動測定物５０の測長の機構（方法）は、測定ビームＢ１１，Ｂ１２をレンズ４２１，４２２で集光して可動測定物５０の端面（測定ミラー３４１，３４２）に照射し、その反射光をレンズ４２１，４２２を通過させて偏光ビームスプリッタ３０に戻す点が第１の実施形態と異なるだけで、基本的な測長の機構（方法）は第１の実施形態と同じであるため、その説明は省略する。
【００５３】
なおここでは、可動測定物５０の端面そのものをミラー化して測定ミラー３４１，３４２とする例を取り上げたが、図３のように独立した測定ミラー３４１，３４２が可動測定物５０に設置され、固定されていても差し支えない。
【００５４】
本実施形態のヘテロダインレーザー干渉測長器は、一例として回転ステージの回転振れ量測定に応用することができる。具体例として、光ディスク、ハードディスクのパターン作製用の精密ターンテーブルに適用すれば、デッドパスの影響を受けることなく高精度にターンテーブル回転振れを計測するので、パターン作製用のレーザービーム位置に回転振れ量をフィードバックして、振れのないトラックパターンを作るなど精度を改善することが可能である。
【００５５】
次に、本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器の第３の実施形態における構成について説明する。
図５は、本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器の第３の実施形態における構成を示すブロック図である。本実施形態では、第１の実施形態（図３）と比較して、ビームの分岐がヘテロダインレーザー光源１０の内部で行われ、２本のビームが出射される点が異なる。
【００５６】
図５に示すように、ヘテロダインレーザー光源１０の内部では、はじめに互いに周波数がわずかに異なり偏光面が直交する、２つの直線偏光出射ビームが物理的に１本のビームとして生成され、続く分岐器８０によって平行な２本の測定ビーム(Ｂ１)と参照ビーム(Ｂ２)に分岐されて外部に出射される。分岐器８０としては無偏光ビームスプリッタとミラーの組み合わせなどが利用できる。
【００５７】
ヘテロダインレーザー光源１０から出射された測定ビーム(Ｂ１)と参照ビーム(Ｂ２)は、偏光ビームスプリッタ３０に入射し、それぞれ偏光ビームスプリッタ３０により２方向に分割される。なお、測定ビーム(Ｂ１)と参照ビーム(Ｂ２)は、物理的に離れた平行な２本のレーザービームとして偏光ビームスプリッタ３０に入射することから、偏光ビームスプリッタ３０内の異なる位置（点）で分割される。すなわち、偏光ビームスプリッタ３０内において、測定ビーム(Ｂ１)は点Ｐ１で分割され、参照ビーム(Ｂ２)は点Ｐ２で分割される。
【００５８】
このとき、測定ビーム（Ｂ１）は第１の測定ビームＢ１１と第２の測定ビームＢ１２に、参照ビーム（Ｂ２）は第１の参照ビームＢ２１と第２の参照ビームＢ２２に分割される。また、第１の測定ビームＢ１１と第１の参照ビームＢ２１は、偏光ビームスプリッタ３０で反射されて図中上方に向かうビームであり、第２の測定ビームＢ１２と第２の参照ビームＢ２２は偏光ビームスプリッタ３０を透過して図中右方に向かうビームである。さらに、第１の測定ビームＢ１１と第１の参照ビームＢ２１は、お互いが物理的に離れた平行な関係のまま測定光路ＬＰ１を通り、第２の測定ビームＢ１２と第２の参照ビームＢ２２は、お互いが物理的に離れた平行な関係のまま測定光路ＬＰ２を通る。
【００５９】
測定光路ＬＰ１では、１／４波長板３１と、ミラー５１，５２，５３が配置されており、第１の測定ビームＢ１１と第１の参照ビームＢ２１は、お互いが物理的に離れた平行な関係が維持されたまま、１／４波長板３１を透過した後、ミラー５１，５２，５３で反射されて方向が変えられて、測定ミラー３４１側へ導かれる。
【００６０】
ここで、第１の測定ビームＢ１１は、そのまま測定ミラー３４１で反射されて、そこから測定光路ＬＰ１を遡り、１／４波長板３１を経て偏光ビームスプリッタ３０へ戻る。また、第１の参照ビームＢ２１は、測定光路ＬＰ１中で、ミラー５３までは第１の測定ビームＢ１１と同じ光路を通り、測定ミラー３４１の手前の所定位置に配置された反射ミラー４１１で反射されて、そこから測定光路ＬＰ１を遡り、１／４波長板３１を経て偏光ビームスプリッタ３０へ戻る。
【００６１】
なお、反射されて戻ってきた第１の測定ビームＢ１１は、偏光ビームスプリッタ３０において、前述の分岐器８０から入射してきた測定ビームＢ１が分割された点Ｐ１に戻ってくる。また、反射されて戻ってきた第１の参照ビームＢ２１は、偏光ビームスプリッタ３０において、前述の分岐器８０から入射してきた参照ビームＢ２が分割された点Ｐ２に戻ってくる。したがって、反射されて戻ってきた第１の測定ビームＢ１１と第１の参照ビームＢ２１は、偏光ビームスプリッタ３０において異なる位置（点）に入射することになる。
【００６２】
測定光路ＬＰ２では、１／４波長板３２が配置されており、第２の測定ビームＢ１２と第２の参照ビームＢ２２は、お互いが物理的に離れた平行な関係が維持されたまま、１／４波長板３２を透過した後、測定ミラー３４２側へ導かれる。
【００６３】
ここで、第２の測定ビームＢ１２は、そのまま測定ミラー３４２で反射されて、そこから測定光路ＬＰ２を遡り、１／４波長板３２を経て偏光ビームスプリッタ３０へ戻る。また、第２の参照ビームＢ２２は、測定光路ＬＰ２中を第２の測定ビームＢ１２と同じ光路を通り、測定ミラー３４２手前の所定位置に配置された反射ミラー４１２で反射されて、そこから測定光路ＬＰ２を遡り、１／４波長板３２を経て偏光ビームスプリッタ３０へ戻る。
【００６４】
なお、反射されて戻ってきた第２の測定ビームＢ１２は、偏光ビームスプリッタ３０において、前述の分岐器８０から入射してきた測定ビームＢ１が分割された点Ｐ１に戻ってくる。また、反射されて戻ってきた第２の参照ビームＢ２２は、偏光ビームスプリッタ３０において、前述の分岐器８０から入射してきた参照ビームＢ２が分割された点Ｐ２に戻ってくる。したがって、反射されて戻ってきた第２の測定ビームＢ１２と第２の参照ビームＢ２２は、偏光ビームスプリッタ３０において異なる位置（点）に入射するとともに、反射されて戻ってきた第１の測定ビームＢ１１と第２の測定ビームＢ１２は偏光ビームスプリッタ３０において同じ位置（点Ｐ１）に入射し、反射されて戻ってきた第１の参照ビームＢ２１と第２の参照ビームＢ２２は偏光ビームスプリッタ３０において同じ位置（点Ｐ２）に入射することになる。
【００６５】
なお、偏光ビームスプリッタ３０と２つの１／４波長板３１，３２は、一体化されていても差し支えない。
【００６６】
また、ミラー５３から測定ミラー３４１に向かう測定光路ＬＰ１と測定光路ＬＰ２は一直線（仮想直線）をなすように調整されており、２つの測定ミラー３４１，３４２のミラー面（反射面）は測定光路ＬＰ１，ＬＰ２の光軸に対し垂直に、かつ反対を向いた状態で可動測定物５０に設置され、固定されている。
【００６７】
また、反射ミラー４１１，４１２は、第１の参照ビームＢ２１、第２の参照ビームＢ２２それぞれを反射して測定光路ＬＰ１，ＬＰ２を遡らせるように、測定光路ＬＰ１，ＬＰ２光軸に対して配置する。
【００６８】
さらに、反射ミラー４１１，４１２は、可能な限り測定ミラー３４１，３４２に近接させて配置する。
【００６９】
上記の測定ミラー３４１，３４２及び反射ミラー４１１，４１２としては、平面ミラーやコーナーキューブの利用が考えられる。あるいは、測定ミラー３４１，３４２は、可動測定物の端面そのものを反射面としたものであってもよい。
【００７０】
測定光路ＬＰ１において、偏光ビームスプリッタ３０から測定ミラー３４１までの距離をＭＰ１、偏光ビームスプリッタ３０から反射ミラー４１１までの距離ＤＰ１とし、測定光路ＬＰ２において、偏光ビームスプリッタ３０から測定ミラー３４２までの距離ＭＰ２、偏光ビームスプリッタ３０から反射ミラー４１２までの距離をＤＰ２とする。
【００７１】
ここで、偏光ビームスプリッタ３０から出て、測定ミラー３４１で反射されて再度偏光ビームスプリッタ３０に戻ってきた第１の測定ビームＢ１１は、１／４波長板３１を２回通るので、偏光面が回転し、偏光ビームスプリッタ３０では出射ビームとは分離され該偏光ビームスプリッタ３０を図中下方向に透過する。また、偏光ビームスプリッタ３０から出て、測定ミラー３４２で反射されて再度偏光ビームスプリッタ３０に戻ってきた第２の測定ビームＢ１２は、１／４波長板３２を２回通るので、偏光面が回転し、偏光ビームスプリッタ３０から出射ビームとは分離され該偏光ビームスプリッタ３０で図中下方向に反射される。このとき、偏光ビームスプリッタ３０では、測定ミラー３４１で反射されて戻ってきた第１の測定ビームＢ１１と測定ミラー３４２で反射されて戻ってきた第２の測定ビームＢ１２を干渉させた１本の測定ビーム干渉光Ｂ１ｋとして図中下方に出射することになる。
ついで、測定ビーム干渉光Ｂ１ｋは、ミラー６０により折り曲げられて光検出器３５に導かれる。
【００７２】
光検出器３５では、測定ビーム干渉光Ｂ１ｋの干渉状態（強度）を電気信号に変換し、ついで、測定信号回路３６で光検出器３５の出力信号からビート信号を生成する。この測定信号回路３６のビート信号は、距離(ＭＰ１−ＭＰ２)に対応し、これは差動検出光学系におけるデッドパス量を含む測定対象の移動距離に相当する。
【００７３】
一方、偏光ビームスプリッタ３０から出て、反射ミラー４１１で反射されて再度偏光ビームスプリッタ３０に戻ってきた第１の参照ビームＢ２１は、１／４波長板３１を２回通るので、偏光面が回転し、偏光ビームスプリッタ３０では出射ビームとは分離され該偏光ビームスプリッタ３０を図中下方向に透過する。また、偏光ビームスプリッタ３０から出て、反射ミラー４１２で反射されて再度偏光ビームスプリッタ３０に戻ってきた第２の参照ビームＢ２２は、１／４波長板３２を２回通るので、偏光面が回転し、偏光ビームスプリッタ３０から出射ビームとは分離され該偏光ビームスプリッタ３０で図中下方向に反射される。このとき、偏光ビームスプリッタ３０では、反射ミラー４１１で反射されて戻ってきた第１の参照ビームＢ２１と反射ミラー４１２で反射されて戻ってきた第２の参照ビームＢ２２を干渉させた１本の参照ビーム干渉光Ｂ２ｋとして図中下方に出射することになる。また、参照ビーム干渉光Ｂ２ｋは、測定ビーム干渉光Ｂ１ｋと物理的に離れて平行な関係を維持したまま偏光ビームスプリッタ３０から出射される。
ついで、参照ビーム干渉光Ｂ２ｋは、ミラー６１により折り曲げられて光検出器３７に導かれる。
【００７４】
なお、測定ビーム干渉光Ｂ１ｋと参照ビーム干渉光Ｂ２ｋは、偏光ビームスプリッタ３０からお互いに物理的に離れた平行な２本のビームとして出射されるため、測定ビーム干渉光Ｂ１ｋ、参照ビーム干渉光Ｂ２ｋそれぞれをそのまま簡単に光検出器３５，３７に導くことができる。
【００７５】
光検出器３７では、参照ビーム干渉光Ｂ２ｋの干渉状態（強度）を電気信号に変換し、ついで、測定信号回路３８で光検出器３７の出力信号からビート信号を生成する。この測定信号回路３８のビート信号は、距離(ＤＰ１−ＤＰ２)に対応し、これは差動検出光学系におけるデッドパス量に相当する。
【００７６】
ついで、演算回路７０は、測定信号回路３６で生成されるビート信号と、測定信号回路３８で生成されるビート信号とを受けて、両者の差分に対応する変位の算出を行う。すなわち、測定信号回路３６，３８でデッドパス量を含む測定対象の移動距離とデッドパス量とを電気的に検出できているので、演算回路７０は、測定信号回路３６の出力信号と測定信号回路３８の出力信号の差((ＭＰ１−ＭＰ２)−(ＤＰ１−ＤＰ２))を算出し、差動検出光学系におけるデッドパス量を含まない測定対象の移動距離を得ることができる。
【００７７】
なお、演算回路７０における測定信号回路３６の出力信号と測定信号回路３８の出力信号の差の算出方法としては、測定信号回路３６の出力信号を基準ビート信号として用い、測定信号回路３８のビート信号との差を求める方法でよい。あるいは、図１，図２で説明した基準信号回路２２（図５では図示していない）を利用し、測定信号回路３６と測定信号回路３８の出力信号それぞれと基準信号回路２２の出力信号との差を求め、実際に(ＤＰ１−ＤＰ２)および(ＭＰ１−ＭＰ２)に相当するデータを算出してから、これらの差を演算する方法でもよい。
【００７８】
本実施形態のヘテロダインレーザー干渉測長器は、一例として直動ステージの移動量測定に応用することができる。具体例として、半導体用や光ディスク、ハードディスクのパターン作製用の精密直動ステージに適用すれば、デッドパスの影響を受けることなく高精度にステージ移動量を計測しているので、ステージ送り制御の精度を高めることができ、作製パターンの精度を改善することが可能である。なお、ヘテロダインレーザー光源１０から物理的に離れた平行な測定ビームと参照ビームが出射されるようにしているので、測定ビームと参照ビームを分岐させる光学系を設置することなく、本発明の第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００７９】
次に、本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器の第４の実施形態における構成について説明する。
図６は、本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器の第４の実施形態における構成を示すブロック図である。
本実施形態は、図５のヘテロダインレーザー干渉測長器（第３の実施形態）と比較して、測定ミラー３４１，３４２が可動測定物５０の端面そのものを反射面としたものであり、測定ビームＢ１１，Ｂ１２を、それぞれ集光して測定ミラー３４１，３４２に照射するレンズ４２１，４２２を備える点で異なり、それ以外の部分については図５の構成と同一である。
【００８０】
レンズ４２１，４２２で測定ビームＢ１１，Ｂ１２を集光することにより、光源のビーム径よりも小さな測定ミラー面積しかとることのできない被測定物や、測定ミラーが曲面となっている被測定物に対しても測定可能になる。
【００８１】
また、反射ミラー４１１，４１２の位置として、反射面をレンズ４２１，４２２の入射面に配置させると、反射ミラー間隔を最大に取ることができるので好ましい。
【００８２】
また、図６のヘテロダインレーザー干渉測長器における可動測定物５０の測長の機構（方法）は、測定ビームＢ１１，Ｂ１２をレンズ４２１，４２２で集光して可動測定物５０の端面（測定ミラー３４１，３４２）に照射し、その反射光をレンズ４２１，４２２を通過させて偏光ビームスプリッタ３０に戻す点が第１の実施形態と異なるだけで、基本的な測長の機構（方法）は第３の実施形態と同じであるため、その説明は省略する。
【００８３】
なおここでは、可動測定物５０の端面そのものをミラー化して測定ミラー３４１，３４２とする例を取り上げたが、図５のように独立した測定ミラー３４１，３４２が可動測定物５０に設置され、固定されていても差し支えない。
【００８４】
ここで、図３〜図６に示したヘテロダインレーザー干渉測長器は、分岐器８０において、測定ビームＢ１と参照ビームＢ２の光量比の調整手段を有する。
例えば、分岐器８０において、光量分割比率が異なる複数の無偏光ビームスプリッタを用意し、その中から一つを選択して所定位置に配置し、無偏光ビームスプリッタとは別に用意されたミラーからなる光路によって、無偏光ビームスプリッタに入射するビームから、２本の平行ビーム（測定ビームＢ１と参照ビームＢ２）を分岐・発生させるようするとよい。
【００８５】
その具体例としては、図７に示すように、光量分割比率が異なる無偏光ビームスプリッタを複数（ここでは３個の無偏光ビームスプリッタ８１１、８１２、８１３）用意し回転を利用してその中の一つを選択して所定位置（図７において無偏光ビームスプリッタ８１２の位置）に配置し、固定されたミラー８２と合わせて光路とする構成がある。
【００８６】
また、図８に示すように、相対位置が固定された光量分割比率が異なる無偏光ビームスプリッタとミラーの組み合わせを複数組（ここでは、無偏光ビームスプリッタ８１１とミラー８２１、無偏光ビームスプリッタ８１２とミラー８２２、無偏光ビームスプリッタ８１３とミラー８２３の３組）用意し、回転を利用してその中から一組選択して所定位置（図８において無偏光ビームスプリッタ８１２とミラー８２２の組の位置）に配置し、光路とする構成がある。
【００８７】
このようにすることで、測定ビームＢ１と参照ビームＢ２を分岐させると同時に両者の光量比を変更することができ、測定対象（可動測定物５０）の反射率が小さい場合は、測定ビームＢ１の光量比率を大きくすることで光検出器３５に到達する光量を増やし、測定ビームＢ１と参照ビームＢ２の光量比率が固定の場合（例えば１：１の場合）に比べ、測定の安定性や精度を向上させることが可能となる。これは、図４，図６に示す構成のように、可動測定物５０の端面そのものを反射面（測定ミラー３４１，３４２）とした場合に特に有効である。なおこの場合、参照ビームＢ２の光量が相対的に小さくなるが、参照ビームＢ２が反射するのは反射ミラー４１１，４１２であるためその反射率は高く、通常は反射光量が相当量減っても問題にならない。
【００８８】
ところで、図７，図８に示す調整手段では、予め決められた複数の測定ビームＢ１と参照ビームＢ２の光量比から選択する構成であるため、測定ビームＢ１と参照ビームＢ２の光量比が調整できるとしても段階的な（不連続な）調整であり、必ずしも測定対象（可動測定物５０）の反射率に最適な測定ビーム光量にはならないことがあった。また、装置構造上、調整手段に測定ビームＢ１と参照ビームＢ２の光量比の選択肢（複数の固定的な光量比）を数多く備えることは困難であり、その場合、測定の精度や安定性がやや失われたままとなる。
【００８９】
そこで本発明では、分岐器８０は、測定ビームＢ１と参照ビームＢ２の光量比を連続的に変化させて調整する調整手段を有することとする。具体的には、調整手段は、入射するレーザービームを第１のビーム（ｆ１）と第２のビーム（ｆ２）に偏光分離する第１の偏光ビームスプリッタ（偏光ビームスプリッタ９１１）と、前記第１のビーム、前記第２のビームそれぞれの偏光方向を調整する２つの１／２波長板（１／２波長板９２１，９２２）と、前記偏光方向が調整された第１のビームをＳ偏光成分（◎）とＰ偏光成分（↑）に分離する第２の偏光ビームスプリッタ（偏光ビームスプリッタ９１３）と、前記偏光方向が調整された第２のビームをＳ偏光成分（◎）とＰ偏光成分（↑）に分離する第３の偏光ビームスプリッタ（偏光ビームスプリッタ９１２）と、前記第１のビームのＳ偏光成分と前記第２のビームのＰ偏光成分を合成して前記測定ビームＢ１（または参照ビーム）とする第４の偏光ビームスプリッタ（偏光ビームスプリッタ９１４）と、前記第１のビームのＰ偏光成分と前記第２のビームのＳ偏光成分を合成して１本のビームとする第５の偏光ビームスプリッタ（偏光ビームスプリッタ９１５）と、前記第５の偏光ビームスプリッタからの１本のビームの偏光方向を９０度回転させて前記参照ビームＢ２（または測定ビーム）とする１／２波長板（１／２波長板９２３）と、を有する。
【００９０】
図９に、本発明のヘテロダインレーザー干渉測長器の分光器８０における調整手段の構成例を示す。
図９に示すように、調整手段は、偏光を利用して、偏光ビームスプリッタ９１１に入射するビームから、２本の平行ビーム（測定ビームＢ１と参照ビームＢ２）を分岐・発生させる構成とされている。なお、図９において、符号９１１、９１２、９１３、９１４、９１５は偏光ビームスプリッタであり、符号９２１、９２２、９２３は１／２波長板であり、符号８２１、８２２、８２３は光路を折り曲げるミラーである。
【００９１】
図９に示す調整手段は、以下のような光学的機能を有する。
すなわち、光源（ヘテロダインレーザー光源１０）からの出射ビームは偏光面が直交する２つの直線偏光出射ビームであるため、偏光ビームスプリッタ９１１により、第１のビームｆ１と第２のビームｆ２に分離される。このとき、第１のビームｆ１はＳ偏光成分（図中◎印で表す）であり、第２のビームはＰ偏光成分（図中↑印で表す）である。
【００９２】
ついで、第１のビームｆ１は、ミラー８２１で反射されて１／２波長板９２２を通過するが、該１／２波長板９２２を所定角度回転させて第１のビームｆ１の偏光方向をＳ偏光からずらすことにより、１／２波長板９２２通過後のビームｆ１にはＰ偏光成分も発生する。この状態で第１のビームｆ１が偏光ビームスプリッタ９１３に入射すると、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分に分離される（Ｓ偏光成分（◎）は反射され、Ｐ偏光成分（↑）は透過する）。
【００９３】
同様に、第２のビームｆ２は、１／２波長板９２１を通過するが、該１／２波長板９２１を所定角度回転させて第２のビームｆ２の偏光方向をＰ偏光からずらすことにより、１／２波長板９２１通過後のビームｆ２にはＳ偏光成分も発生する。この状態で第２のビームｆ２が偏光ビームスプリッタ９１２に入射すると、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分に分離される（Ｓ偏光成分（◎）は反射され、Ｐ偏光成分（↑）は透過する）。
【００９４】
つぎに、偏光ビームスプリッタ９１３で分離された第１のビームｆ１のＳ偏光成分（◎）と、偏光ビームスプリッタ９１２で分離された第２のビームｆ２のＰ偏光成分（↑）は、偏光ビームスプリッタ９１４で１本のビームとして合成され測定ビームＢ１となる。
【００９５】
同様に、偏光ビームスプリッタ９１３で分離された第１のビームｆ１のＰ偏光成分（↑）と、偏光ビームスプリッタ９１２で分離された第２のビームｆ２のＳ偏光成分（◎）は、偏光ビームスプリッタ９１５で１本のビームとして合成され、１／２波長板９２３により偏光方向が９０度回転されて参照ビームＢ２となる。
【００９６】
このような調整手段において、測定ビームＢ１と参照ビームＢ２の光量比を、１／２波長板９２１，９２２の回転角度に応じて、０：１から１：０の間で連続的に変化させて調整することが可能である。
【００９７】
このようにすることで、分光器８０において、測定ビームＢ１と参照ビームＢ２を分岐させると同時に両者の光量比を連続的に変化させて調整することができるので、種々の測定対象（可動測定物５０）に対して最適な測定ビーム光量とすることができ、測定のさらなる信頼性向上が可能となる。例えば、測定対象（可動測定物５０）の反射率が小さい場合は、測定ビームＢ１の光量比率を大きくすることで光検出器３５に到達する光量を増やし、測定ビームＢ１と参照ビームＢ２の光量比率が固定の場合（例えば１：１の場合）に比べ、測定の安定性や精度を向上させることが可能となる。これは、図４，図６に示す構成のように、可動測定物５０の端面そのものを反射面（測定ミラー３４１，３４２）とした場合に特に有効である。
【００９８】
次に、本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器の第５の実施形態における構成について説明する。なお、第１〜第４の実施形態と同様の点についての説明は省略する。図１０は、本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器の第５の実施形態における構成を示すブロック図である。
【００９９】
本実施形態は、図４のヘテロダインレーザー干渉測長器（第２の実施形態）と比較して、測定対象（可動測定物５０）が回転ステージ等の円筒物体５０ａであって、測定ビームＢ１１，Ｂ１２を、それぞれ集光して円筒物体５０ａの周面（測定ミラー３４１，３４２に相当する面）に照射するレンズ４３１，４３２を備える点で異なり、それ以外の部分については図４の構成と同一である。
【０１００】
円筒物体５０ａの回転振れ量測定にヘテロダインレーザー干渉測長器を用いる場合、測定する面は、例えば、ターンテーブル側面やスピンドル軸となり、回転する円筒物体５０ａに測定ビームＢ１１，Ｂ１２を照射することになる。
【０１０１】
円筒物体５０ａの側面は曲面になっているため、第２の実施形態（図４）や第４の実施形態（図６）で説明したように、測定ビームＢ１１，Ｂ１２をレンズ４３１，４３２で絞って照射するが、対象とする曲面の大きさによっては照射するビームスポットサイズを相当小さくする必要がある。なお、照射するビームスポットサイズは、被測定面の曲率半径との関係も考慮する必要があるが、例えば、直径１００ｍｍを下回る場合、おおよそ数〜数十ミクロン程度が必要である。
【０１０２】
このようなビームスポットサイズに対し、円筒物体５０ａの側面（曲面）がミラーなど、十分に研磨された平滑面（例えば、λ／１０程度；λはレーザー波長で０.５〜１ミクロン程度）であれば問題ないが、円筒物体５０ａの側面が、例えば、金属切削面などで構成される場合は、ビームスポットサイズに対して切削痕が無視できない大きさとなる場合がある。例えば、図１１（ａ）に示すように、切削痕（図１１中、５０ｂで示す）の深さがレーザー波長と同程度以上となると、照射される測定ビームＢ１１，Ｂ１２（図１１中、５０ｃで示す）が切削痕５０ｂのどこに当たっているか、あるいは切削痕５０ｂとの重なりに応じて測長データが変動するようになる。
【０１０３】
図１１（ｂ）に示すように、回転中の円筒物体５０ａの側面の変位測定を行う場合において、円筒物体５０ａが金属切削して製作されている場合、概ね図のＹ方向（円筒の断面円を含む平面）近傍に切削痕５０ｂが残るが、切削痕５０ｂは完全に平行に形成されるものではなく、また、蛇行したり部分的に消えたりする。また、円筒物体５０ａの回転にも振れがあるので、測定ビームＢ１１，Ｂ１２を固定しても回転中に測定ビーム測定ビームＢ１１，Ｂ１２は、切削痕５０ｂの横断を繰り返すことになる。
【０１０４】
そのため、円筒物体５０ａの側面の切削痕５０ｂ横断により測長データ（測定ビーム干渉光Ｂ１ｋの干渉状態）が変動し、円筒側面の変位測定精度が低下してしまうという問題がある。
【０１０５】
本願発明者らが、アルミ切削して製作した直径１２０ミリのターンテーブルを１２００ｒｐｍで回転させながらヘテロダインレーザー干渉測長器により変位測定した（約１０ミクロンのビームスポットに絞り込んだ）ところ、想定される振れ量以外のドリフト成分が発生した。これは、円筒物体５０ａの切削痕５０ｂに限らず、可動測定物５０に傷が存在する場合や粗面の場合でも、大きさによっては同様の現象が起こり得る。
【０１０６】
また、上述のように、変位測定中に測定対象が移動すると、一般的には、測定ビームＢ１１，Ｂ１２のビームスポットの照射位置も移動するので、ビームスポットが切削痕や傷などを横断する。
【０１０７】
以上のように、測定対象の表面のミクロな凹凸の存在により、測長データが変動を受け、物体曲面の変位というマクロ的な量を計測しているのにも関わらず、変位測定精度が低下するという問題が生じる。なお、測定対象の曲面を研磨して鏡面化することができれば、上記問題を解決することはできるが、ミクロンレベルの曲面研磨は技術的に難易度が高く、形状、大きさ、材質、加工性、費用等の観点から難しい場合も多い。
【０１０８】
そこで、本実施形態では、図１２（ａ）（ｂ）に示すように、一方向（ここでは、Ｙ方向）のみに収束作用を有するレンズ４３１，４３２を用いて測定ビームＢ１１，Ｂ１２を一方向のみに収束させるようにしている。なお、レンズ４３１，４３２としては、例えば、シリンドリカルレンズ等を用いることができる。
【０１０９】
レンズ４３１，４３２により、測定ビームＢ１１，Ｂ１２をＹ方向のみに収束させて、図１２（ｃ）に示すように、円筒物体５０ａの表面にスリット状（図１２中、５０ｃで示す）に集光されるよう照射する。
【０１１０】
ビームの収束方向は円筒物体５０ａの曲面方向（Ｙ方向）と一致させるようにしている。曲面が切削製作された場合、Ｙ方向に延びた切削痕５０ｂがＸ方向に並ぶことになるが、レンズ４３１，４３２により、測定ビームＢ１１，Ｂ１２はＸ方向には集光されないので、被測定面のミクロな凹凸である切削痕５０ｂや傷等と比べて十分な大きさ（通常数ｍｍ程度）を持たせることが可能となる。このため、被測定面の切削痕５０ｂや傷等の影響を平均化して、変位データ精度に影響を与えないものとすることができる。また、測定ビームＢ１１，Ｂ１２は、Ｙ方向には小さく絞られているため、円筒物体５０ａの表面からの反射光が得られ、曲面の変位測定を行うことができる。
【０１１１】
本実施形態のヘテロダインレーザー干渉測長器では、測定ビームＢ１１，Ｂ１２を一方向のみに収束させるレンズ（レンズ４３１，４３２）を用いて測定対象（円筒物体５０ａ）に照射し、測定対象の表面にスリット状に集光されるよう照射している。そのため、一方向のみに曲面を有する測定対象であっても、測定ビームＢ１１，Ｂ１２の集束方向を測定対象の曲面方向と一致させることができ、かつ、照射されるビームスポットを測定対象の非曲面方向で長くとることができるため、測定対象の表面の微細な凹凸等の影響を平均化して、精度良く変位測定することが可能となる。
【０１１２】
以上説明したように、本実施形態のヘテロダインレーザー干渉測長器は、回転ステージ等の回転振れ量測定にも適用することができる。例えば、光ディスク、ハードディスクのパターン作製用の精密ターンテーブルに適用することで、デッドパスの影響を受けることなく高精度にターンテーブル回転振れを計測し、パターン作製用のレーザービーム位置に回転振れ量をフィードバックして、振れのないトラックパターンを作るなど精度を改善することが可能である。なお、ヘテロダインレーザー光源１０から物理的に離れた平行な測定ビームと参照ビームが出射されるようにしているので、測定ビームと参照ビームを分岐させる光学系を設置することなく、本発明の第２の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【０１１３】
以上のように、本発明のヘテロダインレーザー干渉測長器によれば、測定ビーム、参照ビームのビート信号に関する光量を減らすことなく、そのまま光検出器に到達させるため、測定対象の反射率の影響を受けることなく、測長結果からデッドパスの影響を排除し、高精度の測長結果を得ることができる。
【０１１４】
なお、これまで本発明を図面に示した実施形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１１５】
１０ ヘテロダインレーザー光源
２０ ビームスプリッタ
２１，３５，３７ 光検出器
２２ 基準信号回路
３０,９１１，９１２，９１３，９１４，９１５ 偏光ビームスプリッタ
３１，３２ １／４波長板
３３ 基準ミラー
３４，３４１，３４２ 測定ミラー
３６，３８ 測定信号回路
５０ 可動測定物
５０ａ 円筒物体
５０ｂ 切削痕
５０ｃ ビームスポット
５１，５２，５３，６０，６１ ミラー
７０ 演算回路
８０ 分岐器
８２，８２１，８２２，８２３ ミラー
４１１，４１２ 反射ミラー
４２１，４２２ レンズ
４３１，４３２ レンズ
８１１，８１２，８１３ 無偏光ビームスプリッタ
９２１，９２２，９２３ １／２波長板
Ｂ１，Ｂ１１，Ｂ１２ 測定ビーム
Ｂ１ｋ 測定ビーム干渉光
Ｂ２，Ｂ２１，Ｂ２２ 参照ビーム
Ｂ２ｋ 参照ビーム干渉光
ＤＰ１，ＤＰ２，ＭＰ１，ＭＰ２ 距離
ｆ１ 第１のビーム
ｆ２ 第２のビーム
ＬＰ１，ＬＰ２ 測定光路
Ｐ１，Ｐ２ 点
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１１６】
【特許文献１】特開平０６−０５８７１１号公報
【特許文献２】特開平０９−２８７９１７号公報
【特許文献３】特開２００３−２８７４０３号公報
【特許文献４】特開平１１−２５７９１５号公報
【特許文献５】特開２００７−３２７８１９号公報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、精密機械、半導体、光ディスクなどの加工製造に利用されるレーザー光を用いて被測定物の変位を測定するヘテロダインレーザー干渉測長器や電子線描画装置等精密加工装置の可動部の移動距離計測に応用されるヘテロダインレーザー干渉測長器に関し、具体的には、デッドパスエラー補正を行うヘテロダインレーザー干渉測長器に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザー干渉測長として利用されている方式で代表的なものは、高精度で安定性があるヘテロダインレーザー干渉測長器である。
【０００３】
図１に、従来のヘテロダインレーザー干渉測長器の代表構成例を示す。
ヘテロダインレーザー光源１０は、互いに周波数がわずかに異なり偏光面が直交する、２つの直線偏光出射ビームを出射する。また、ヘテロダインレーザー光源１０から出射されてビームスプリッタ２０で分岐されたビームは、光検出器２１で干渉状態を電気信号に変換し、基準信号回路２２でビート信号を検出する。
一方、ビームスプリッタ２０を透過したビームは、偏光ビームスプリッタ３０で基準ビームと測定ビームに分割される。
【０００４】
基準ビームは、１／４波長板３１を透過後、位置固定されている基準ミラー３３で反射され、１／４波長板３１を経て偏光ビームスプリッタ３０へ戻る。
測定ビームは、１／４波長板３２を透過後、可動測定ミラー３４で反射され、１／４波長板３２を経て偏光ビームスプリッタ３０へ戻る。
【０００５】
基準ミラー３３と測定ミラー３４で反射した基準ビームと測定ビームは、それぞれ２回１／４波長板３１，３２を通るので偏光面が回転し、偏光ビームスプリッタ３０から出射ビームとは分離され、光検出器３５で干渉状態を電気信号に変換され、測定信号回路３６でビート信号が検出される。なお、偏光ビームスプリッタ３０と２つの１／４波長板３１，３２は一体化されている場合も多い。
ついで、基準信号回路２２と測定信号回路３６の出力は、演算回路７０で演算処理される。
【０００６】
測定対象に搭載して固定された可動測定ミラー３４が動くと、測定信号回路３６のビート信号位相が変化し、また周波数が速度に応じてドップラーシフトするため、演算回路７０が、基準信号回路２２をもとにこれらを演算処理することで移動距離を測定できる。
【０００７】
この移動距離は絶対値測定ではなく相対値測定で行われ、任意に定めた測定原点（Ｏ）で測定値をゼロリセットする。測定原点における基準ビームと測定ビームの光路長差がデッドパスである。
【０００８】
一般に光学系配置の制約等から、デッドパスをゼロとすることは困難である。周囲環境の温度、湿度、気圧によってレーザー光の波長は変化する（エドレンの式として知られている）ので、レーザー干渉測長の測定値も変化するが、デッドパス中の変化分は測定値から分離することができないため、結果として可動測定ミラー３４の移動距離測定精度が低下するという問題がある。
【０００９】
そのため、デッドパスの影響を低減させる方法や装置が提案されている。
まず、設計上のデッドパス量をあらかじめ求めておき、環境変化によるデッドパス量変化分を計算してデッドパスを含む実際の測長結果を補正する方法がある（特許文献１，２参照。）。
すなわち、デッドパス長Ｌｄを何らかの手段（例えば、メジャーなど）によって測定し、レーザー干渉を利用して測定した測長結果をＬ、符号ダッシュを温度等環境を考慮したエドレンの式による補正後の測長結果とすると、真の移動距離ＬａをＬａ＝Ｌ’−（Ｌｄ−Ｌｄ’）として求める（特許文献１）。
また、温度等環境条件の検出部を備え、デッドパスを入力部に操作者がデッドパス長Ｃｄ（正しくは距離に対応するカウント値）を入力し、自動的にエドレンの式による補正が行われるようにし、測定した移動距離Ｃｐの値に対し、真の移動距離をＣ＝Ｃｐ−（Ｃｄ−Ｃｄ’）としている（特許文献２）。
【００１０】
しかしながら、これらの従来技術では、デッドパス量をあらかじめ求めておき、環境変化によるデッドパス量変化分を計算してデッドパスを含む測長結果を補正するが、間接的であり、またあらかじめ求めておくデッドパス量の精度が低い、という問題があった。
【００１１】
また、参照および測定光路に伸縮機構を備え、基準ミラー・測定物と偏光ビームスプリッタとの距離を増減できるようにし、デッドパスゼロに相当する光源からの基準信号を元に、参照および測定光路の位相差を算出し、参照光路の長さを伸縮させて、実際にデッドパス長をゼロに調整することで、デッドパス自体を光学系から取り除くようにする装置が提案されている（特許文献３参照。）。
【００１２】
しかしながら、この従来技術では、デッドパス量を実際に求めてそれ自体を解消させるが、そのために必要な光路伸縮機構が必要であり、実際の装置搭載を考えると実現が難しく、実現した場合も設置スペースの点で問題があった。
【００１３】
また、基準光路の１／４波長板を基準ビームに部分的に挿入し、測定光路の１／４波長板の表面の一部をミラーとし測定原点に配置して、基準信号は、基準光路の１／４波長板を通らず基準ミラーから反射される部分と、測定光路の１／４波長板表面から反射される部分の干渉によって発生し、測定信号は、基準光路の１／４波長板を通り基準ミラーから反射される部分と、測定光路の１／４波長板を通り測定ミラーから反射される部分の干渉によって発生するようにしているので、デッドパスの測長を基準信号で行い、測定ミラー位置の測長を測定信号で行ない、測定ミラーの測長結果からデッドパス量変化を相殺する装置が提案されている（特許文献４参照。）。
【００１４】
しかしながら、この従来技術では、対象と共にデッドパス部の光学測長も行なうことでデッドパス量変化を相殺しているが、基準ミラーは位置固定とするのが前提と読み取れる。あえて基準ミラーの可動を許し差動検出光学系に適用しようとすると、２つの光路間で測定光路の位置が光軸に対して反転するため、測定光路を測定ミラーの同一直線上に合わせるためには光路をシフトさせる必要があり、そのための機構が余分に必要になる問題があった。
【００１５】
また、レーザー干渉測長では基準光路を測定光路として利用し、分解能を向上させる方法がある。
図２に代表的な構成を示すが、被測定物５０にお互いのミラー面が反対方向に向いた基準ミラー３３と測定ミラー３４が搭載された形になっている。
また、基準ミラー３３への基準ビームは、１／４波長板３１から方向を変えるための３つのミラー５１，５２，５３を経て導かれている。基準ビームと測定ビームは同一直線上にあり、基準ミラー３３と測定ミラー３４のミラー面はビームに対して垂直となるように配置されている。
【００１６】
図１のヘテロダインレーザー干渉測長器と比較すると、基準ミラー３３のミラー面が光軸に相当する直線に対して測定ミラー３４のミラー面と反対方向を向いて測定対象に搭載される点が違っている。この構成では、測定対象の光軸方向移動量に対し光路長が差動検出されて２倍になるので分解能が２倍に向上する。
【００１７】
また、このような差動検出光学系構成では、基準ミラー３３と測定ミラー３４の働きは全く同等になる。ただし光学的差動検出では、測定対象を挟み込むような光学系を構成する必要があるため、基本的には被測定物に移動量を加えた程度の不等長光路となり、デッドパスが図１で示す通常の光学系に比較して大きくなる。そのため、より一層デッドパスによる測定精度の低下を抑制する手段を講ずる必要がある。
【００１８】
特許文献５では、ヘテロダインレーザー干渉測長器の偏光ビームスプリッタで分離される２つの測定ビームを、それぞれ被測定物に対して仮想直線上の対向方向から照射し、その反射干渉光によって被測定物の変位を計測する場合に、被測定物近傍に設けた反射ミラーによって被測定物に照射される２本の測定ビーム断面の一部を反射し、同一光束として逆方向へ戻る被測定物からの反射ビームと上記反射ミラーからの反射ビームとを、偏光ビームスプリッタ以降で２分割し、被測定物からの反射干渉光のビート信号と、反射ミラーからの反射干渉光ビート信号の２角ビート信号の差分に対応する変移の算出を行っている。これにより、前者はデッドパスを含む被測定物の変位量に対応し、後者はデッドパス量に対応するので、その差分をとることによりデッドパス量を排除することができる。
【００１９】
しかしながら、この従来技術では、対象と共にデッドパス部の光学測長も行なうことでデッドパスの影響を排除しているが、反射光束を物理的に２分割した上、さらに対象からの反射光および反射ミラーからの光を開口制限により選択している。そのため、ビート信号に関する光検出器に到達する光量が少なく、対象の反射率によっては測定精度が影響を受けたり、測定できなくなったりする問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、光学的差動検出を用いたヘテロダインレーザー干渉測長器において、測長結果から精度よくデッドパスの影響を排除することのできるヘテロダインレーザー干渉測長器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
前記課題を解決するために提供する本発明は、被測定物（可動測定物５０）の変位を測定するヘテロダインレーザー干渉測長器であって、仮想直線上にお互いの反射面を反対方向に向けて前記被測定物に固定される２つの測定ミラー（測定ミラー３４１，３４２）と、異なる周波数で偏光面が直交する２つの直線偏光レーザービームを物理的に１本のレーザービームとして出射するヘテロダインレーザー光源（ヘテロダインレーザー光源１０）と、前記ヘテロダインレーザー光源からのレーザービームを分岐させて測定ビーム（測定ビームＢ１）と参照ビーム（参照ビームＢ２）からなる２本の物理的に離れた平行なレーザービームを生成する分岐器（分岐器８０）と、前記分岐器からの測定ビーム及び参照ビームを２方向に分割する偏光ビームスプリッタ（偏光ビームスプリッタ３０）と、前記２方向に分割された測定ビーム及び参照ビームのうち、一方向の測定ビーム（第１の測定ビームＢ１１）及び参照ビーム（第１の参照ビームＢ２１）を前記仮想直線に沿って前記２つの測定ミラーの一方の測定ミラー（測定ミラー３４１）側へ導き、他方向の測定ビーム（第２の測定ビームＢ１２）及び参照ビーム（第２の参照ビームＢ２２）を前記仮想直線に沿って他方の測定ミラー（測定ミラー３４２）側へ導く２つの測定光路（測定光路ＬＰ１，ＬＰ２）と、前記２つの測定光路それぞれの光路中に設けられる２つの１／４波長板（１／４波長板３１，３２）と、前記２つの測定光路ごとに前記１／４波長板と前記測定ミラーの間に配置され、前記参照ビームを反射する２つの反射ミラー（反射ミラー４１１，４１２）と、前記２つの測定ミラーで反射されたそれぞれの前記測定ビームを前記偏光ビームスプリッタで干渉させた測定ビーム干渉光（測定ビーム干渉光Ｂ１ｋ）の強度を電気的に検出する測定ビーム光検出器（光検出器３５）と、前記測定ビーム光検出器の出力からビート信号を生成する測定ビーム測定回路（測定信号回路３６）と、前記２つの反射ミラーで反射されたそれぞれの前記参照ビームを前記偏光ビームスプリッタで干渉させた参照ビーム干渉光（参照ビーム干渉光Ｂ２ｋ）の強度を電気的に検出する参照ビーム光検出器（光検出器３７）と、前記参照ビーム光検出器の出力からビート信号を生成する参照ビーム測定回路（測定信号回路３８）と、前記測定ビーム測定回路で生成されるビート信号と前記参照ビーム測定回路で生成されるビート信号の差分に対応する変位の算出を行う演算回路（演算回路７０）と、を備え、前記分岐器は、前記測定ビームと参照ビームの光量比を連続的に変化させて調整する調整手段を有することを特徴とするヘテロダインレーザー干渉測長器である（図３，図４，図９）。
【００２２】
また、前記課題を解決するために提供する本発明は、被測定物（可動測定物５０）の変位を測定するヘテロダインレーザー干渉測長器であって、仮想直線上にお互いの反射面を反対方向に向けて前記被測定物に固定される２つの測定ミラー（測定ミラー３４１，３４２）と、異なる周波数で偏光面が直交する２つの直線偏光レーザービームを含むレーザービームを発生し、該レーザービームを分岐させて測定ビーム（測定ビームＢ１）と参照ビーム（参照ビームＢ２）からなる２本の物理的に離れた平行なレーザービームとして出射するヘテロダインレーザー光源（ヘテロダインレーザー光源１０）と、前記ヘテロダインレーザー光源からの測定ビーム及び参照ビームを２方向に分割する偏光ビームスプリッタ（偏光ビームスプリッタ３０）と、前記２方向に分割された測定ビーム及び参照ビームのうち、一方向の測定ビーム（第１の測定ビームＢ１１）及び参照ビーム（第１の参照ビームＢ２１）を前記仮想直線に沿って前記２つの測定ミラーの一方の測定ミラー（測定ミラー３４１）側へ導き、他方向の測定ビーム（第２の測定ビームＢ１２）及び参照ビーム（第２の参照ビームＢ２２）を前記仮想直線に沿って他方の測定ミラー（測定ミラー３４２）側へ導く２つの測定光路（測定光路ＬＰ１，ＬＰ２）と、前記２つの測定光路それぞれの光路中に設けられる２つの１／４波長板（１／４波長板３１，３２）と、前記２つの測定光路ごとに前記１／４波長板と前記測定ミラーの間に配置され、前記参照ビームを反射する２つの反射ミラー（反射ミラー４１１，４１２）と、前記２つの測定ミラーで反射されたそれぞれの前記測定ビームを前記偏光ビームスプリッタで干渉させた測定ビーム干渉光（測定ビーム干渉光Ｂ１ｋ）の強度を電気的に検出する測定ビーム光検出器（光検出器３５）と、前記測定ビーム光検出器の出力からビート信号を生成する測定ビーム測定回路（測定信号回路３６）と、前記２つの反射ミラーで反射されたそれぞれの前記参照ビームを前記偏光ビームスプリッタで干渉させた参照ビーム干渉光（参照ビーム干渉光Ｂ２ｋ）の強度を電気的に検出する参照ビーム光検出器（光検出器３７）と、前記参照ビーム光検出器の出力からビート信号を生成する参照ビーム測定回路（測定信号回路３８）と、前記測定ビーム測定回路で生成されるビート信号と前記参照ビーム測定回路で生成されるビート信号の差分に対応する変位の算出を行う演算回路（演算回路７０）と、を備え、前記ヘテロダインレーザー光源は、前記測定ビームと参照ビームの光量比を連続的に変化させて調整する調整手段を有することを特徴とするヘテロダインレーザー干渉測長器である（図５，図６，図９）。
【００２３】
また、前記課題を解決するために提供する本発明は、被測定物（可動測定物５０（円筒物体５０ａ））の変位を測定するヘテロダインレーザー干渉測長器であって、異なる周波数で偏光面が直交する２つの直線偏光レーザービームを物理的に１本のレーザービームとして出射するヘテロダインレーザー光源（ヘテロダインレーザー光源１０）と、前記ヘテロダインレーザー光源からのレーザービームを分岐させて測定ビーム（測定ビームＢ１）と参照ビーム（参照ビームＢ２）からなる２本の物理的に離れた平行なレーザービームを生成する分岐器（分岐器８０）と、前記分岐器からの測定ビーム及び参照ビームを２方向に分割する偏光ビームスプリッタ（偏光ビームスプリッタ３０）と、前記２方向に分割された測定ビーム及び参照ビームのうち、一方向の測定ビーム（第１の測定ビームＢ１１）及び参照ビーム（第１の参照ビームＢ２１）を前記被測定物の一方側へ導き、他方向の測定ビーム（第２の測定ビームＢ１２）及び参照ビーム（第２の参照ビームＢ２２）を正対する前記被測定物の他方側へ導く２つの測定光路（測定光路ＬＰ１，ＬＰ２）と、前記２つの測定光路それぞれの光路中に設けられる２つの１／４波長板（１／４波長板３１，３２）と、前記２つの測定光路ごとに前記１／４波長板と前記被測定物の間に配置され、前記参照ビームを反射する２つの反射ミラー（反射ミラー４１１，４１２）と、前記被測定物の双方側で反射されたそれぞれの前記測定ビームを前記偏光ビームスプリッタで干渉させた測定ビーム干渉光（測定ビーム干渉光Ｂ１ｋ）の強度を電気的に検出する測定ビーム光検出器（光検出器３５）と、前記測定ビーム光検出器の出力からビート信号を生成する測定ビーム測定回路（測定信号回路３６）と、前記２つの反射ミラーで反射されたそれぞれの前記参照ビームを前記偏光ビームスプリッタで干渉させた参照ビーム干渉光（参照ビーム干渉光Ｂ２ｋ）の強度を電気的に検出する参照ビーム光検出器（光検出器３７）と、前記参照ビーム光検出器の出力からビート信号を生成する参照ビーム測定回路（測定信号回路３８）と、前記測定ビーム測定回路で生成されるビート信号と前記参照ビーム測定回路で生成されるビート信号の差分に対応する変位の算出を行う演算回路（演算回路７０）と、を備え、前記分岐器は、前記測定ビームと参照ビームの光量比を連続的に変化させて調整する調整手段を有することを特徴とするヘテロダインレーザー干渉測長器である（図１０）。
【発明の効果】
【００２４】
本発明のヘテロダインレーザー干渉測長器によれば、光学的差動検出構成で測定対象の測長を行うと同時に、測定対象に近接した部分に反射ミラーを設置し、測定ビームの一部でデッドパス測長も行って、最終的な測長結果からデッドパスの値を取り除いているので、分解能２倍であっても測長結果からデッドパスの影響を排除することができる。また、測定ビームと参照ビームは物理的に離れた平行ビームであり、ビーム分割することなく各々全光量をビート信号の光検出器が利用できるので、精度良く測定を行うことができる。またこのとき、調整手段により測定ビームと参照ビームの光量比率を連続的に変えることができるので、測定対象に対して最適な測定ビーム光量を設定することが可能になり、測定精度の信頼性がより向上する。これにより、反射率が低い測定対象に対しても測定が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来のヘテロダインレーザー干渉測長器の構成例１を示すブロック図である。
【図２】従来のヘテロダインレーザー干渉測長器の構成例２を示すブロック図である。
【図３】本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器の第１の実施形態における構成を示すブロック図である。
【図４】本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器の第２の実施形態における構成を示すブロック図である。
【図５】本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器の第３の実施形態における構成を示すブロック図である。
【図６】本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器の第４の実施形態における構成を示すブロック図である。
【図７】本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器における測定ビームと参照ビームの光量比の調整手段の参考例１を示す概略図である。
【図８】本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器における測定ビームと参照ビームの光量比の調整手段の参考例２を示す概略図である。
【図９】本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器における測定ビームと参照ビームの光量比の調整手段の構成例を示す概略図である。
【図１０】本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器の第５の実施形態における構成を示すブロック図である。
【図１１】（ａ）円筒物体の表面に生じた切削痕を示す断面模式図、（ｂ）切削痕のある円筒物体の模式図である。
【図１２】測定ビームの円筒物体に対する（ａ）Ｘ方向の照射状態、（ｂ）Ｙ方向の照射状態、（ｃ）Ｘ，Ｙ方向の照射状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に、本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器の構成について説明する。
図３は、本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器の第１の実施形態における構成を示すブロック図である。
図３に示すように、ヘテロダインレーザー光源１０からは、互いに周波数がわずかに異なり偏光面が直交する、２つの直線偏光出射ビームが物理的に１本のレーザービームとして出射され、続いてこの１本のレーザービームが分岐器８０によって物理的に離れた平行な２本の測定ビーム(Ｂ１)と参照ビーム(Ｂ２)に分岐される。分岐器８０としては、無偏光ビームスプリッタとミラーの組み合わせなどが利用できる。
【００２７】
分岐器８０から出た測定ビーム(Ｂ１)と参照ビーム(Ｂ２)は、偏光ビームスプリッタ３０に入射し、それぞれ偏光ビームスプリッタ３０により２方向に分割される。なお、測定ビーム(Ｂ１)と参照ビーム(Ｂ２)は、物理的に離れた平行な２本のレーザービームとして偏光ビームスプリッタ３０に入射することから、偏光ビームスプリッタ３０内の異なる位置（点）で分割される。すなわち、偏光ビームスプリッタ３０内において、測定ビーム(Ｂ１)は点Ｐ１で分割され、参照ビーム(Ｂ２)は点Ｐ２で分割される。
【００２８】
このとき、測定ビーム（Ｂ１）は第１の測定ビームＢ１１と第２の測定ビームＢ１２に、参照ビーム（Ｂ２）は第１の参照ビームＢ２１と第２の参照ビームＢ２２に分割される。また、第１の測定ビームＢ１１と第１の参照ビームＢ２１は、偏光ビームスプリッタ３０で反射されて図中上方に向かうビームであり、第２の測定ビームＢ１２と第２の参照ビームＢ２２は偏光ビームスプリッタ３０を透過して図中右方に向かうビームである。さらに、第１の測定ビームＢ１１と第１の参照ビームＢ２１は、お互いが物理的に離れた平行な関係のまま測定光路ＬＰ１を通り、第２の測定ビームＢ１２と第２の参照ビームＢ２２は、お互いが物理的に離れた平行な関係のまま測定光路ＬＰ２を通る。
【００２９】
測定光路ＬＰ１では、１／４波長板３１と、ミラー５１，５２，５３が配置されており、第１の測定ビームＢ１１と第１の参照ビームＢ２１は、お互いが物理的に離れた平行な関係が維持されたまま、１／４波長板３１を透過した後、ミラー５１，５２，５３で反射されて方向が変えられて、測定ミラー３４１側へ導かれる。
【００３０】
ここで、第１の測定ビームＢ１１は、そのまま測定ミラー３４１で反射されて、そこから測定光路ＬＰ１を遡り、１／４波長板３１を経て偏光ビームスプリッタ３０へ戻る。また、第１の参照ビームＢ２１は、測定光路ＬＰ１中で、ミラー５３までは第１の測定ビームＢ１１と同じ光路を通り、測定ミラー３４１の手前の所定位置に配置された反射ミラー４１１で反射されて、そこから測定光路ＬＰ１を遡り、１／４波長板３１を経て偏光ビームスプリッタ３０へ戻る。
【００３１】
なお、反射されて戻ってきた第１の測定ビームＢ１１は、偏光ビームスプリッタ３０において、前述の分岐器８０から入射してきた測定ビームＢ１が分割された点Ｐ１に戻ってくる。また、反射されて戻ってきた第１の参照ビームＢ２１は、偏光ビームスプリッタ３０において、前述の分岐器８０から入射してきた参照ビームＢ２が分割された点Ｐ２に戻ってくる。したがって、反射されて戻ってきた第１の測定ビームＢ１１と第１の参照ビームＢ２１は、偏光ビームスプリッタ３０において異なる位置（点）に入射することになる。
【００３２】
測定光路ＬＰ２では、１／４波長板３２が配置されており、第２の測定ビームＢ１２と第２の参照ビームＢ２２は、お互いが物理的に離れた平行な関係が維持されたまま、１／４波長板３２を透過した後、測定ミラー３４２側へ導かれる。
【００３３】
ここで、第２の測定ビームＢ１２は、そのまま測定ミラー３４２で反射されて、そこから測定光路ＬＰ２を遡り、１／４波長板３２を経て偏光ビームスプリッタ３０へ戻る。また、第２の参照ビームＢ２２は、測定光路ＬＰ２中を第２の測定ビームＢ１２と同じ光路を通り、測定ミラー３４２手前の所定位置に配置された反射ミラー４１２で反射されて、そこから測定光路ＬＰ２を遡り、１／４波長板３２を経て偏光ビームスプリッタ３０へ戻る。
【００３４】
なお、反射されて戻ってきた第２の測定ビームＢ１２は、偏光ビームスプリッタ３０において、前述の分岐器８０から入射してきた測定ビームＢ１が分割された点Ｐ１に戻ってくる。また、反射されて戻ってきた第２の参照ビームＢ２２は、偏光ビームスプリッタ３０において、前述の分岐器８０から入射してきた参照ビームＢ２が分割された点Ｐ２に戻ってくる。したがって、反射されて戻ってきた第２の測定ビームＢ１２と第２の参照ビームＢ２２は、偏光ビームスプリッタ３０において異なる位置（点）に入射するとともに、反射されて戻ってきた第１の測定ビームＢ１１と第２の測定ビームＢ１２は偏光ビームスプリッタ３０において同じ位置（点Ｐ１）に入射し、反射されて戻ってきた第１の参照ビームＢ２１と第２の参照ビームＢ２２は偏光ビームスプリッタ３０において同じ位置（点Ｐ２）に入射することになる。
【００３５】
なお、偏光ビームスプリッタ３０と２つの１／４波長板３１，３２は、一体化されていても差し支えない。
【００３６】
また、ミラー５３から測定ミラー３４１に向かう測定光路ＬＰ１と測定光路ＬＰ２は一直線（仮想直線）をなすように調整されており、２つの測定ミラー３４１，３４２のミラー面（反射面）は測定光路ＬＰ１，ＬＰ２の光軸に対し垂直に、かつ反対を向いた状態で可動測定物５０に設置され、固定されている。
【００３７】
また、反射ミラー４１１，４１２は、第１の参照ビームＢ２１、第２の参照ビームＢ２２それぞれを反射して測定光路ＬＰ１，ＬＰ２を遡らせるように、測定光路ＬＰ１，ＬＰ２光軸に対して配置する。
【００３８】
さらに、反射ミラー４１１，４１２は、可能な限り測定ミラー３４１，３４２に近接させて配置する。
【００３９】
上記の測定ミラー３４１，３４２及び反射ミラー４１１，４１２としては、平面ミラーやコーナーキューブの利用が考えられる。あるいは、測定ミラー３４１，３４２は、可動測定物の端面そのものを反射面としたものであってもよい。
【００４０】
測定光路ＬＰ１において、偏光ビームスプリッタ３０から測定ミラー３４１までの距離をＭＰ１、偏光ビームスプリッタ３０から反射ミラー４１１までの距離ＤＰ１とし、測定光路ＬＰ２において、偏光ビームスプリッタ３０から測定ミラー３４２までの距離ＭＰ２、偏光ビームスプリッタ３０から反射ミラー４１２までの距離をＤＰ２とする。
【００４１】
ここで、偏光ビームスプリッタ３０から出て、測定ミラー３４１で反射されて再度偏光ビームスプリッタ３０に戻ってきた第１の測定ビームＢ１１は、１／４波長板３１を２回通るので、偏光面が回転し、偏光ビームスプリッタ３０では出射ビームとは分離され該偏光ビームスプリッタ３０を図中下方向に透過する。また、偏光ビームスプリッタ３０から出て、測定ミラー３４２で反射されて再度偏光ビームスプリッタ３０に戻ってきた第２の測定ビームＢ１２は、１／４波長板３２を２回通るので、偏光面が回転し、偏光ビームスプリッタ３０から出射ビームとは分離され該偏光ビームスプリッタ３０で図中下方向に反射される。このとき、偏光ビームスプリッタ３０では、測定ミラー３４１で反射されて戻ってきた第１の測定ビームＢ１１と測定ミラー３４２で反射されて戻ってきた第２の測定ビームＢ１２を干渉させた１本の測定ビーム干渉光Ｂ１ｋとして図中下方に出射することになる。
ついで、測定ビーム干渉光Ｂ１ｋは、ミラー６０により折り曲げられて光検出器３５に導かれる。
【００４２】
光検出器３５では、測定ビーム干渉光Ｂ１ｋの干渉状態（強度）を電気信号に変換し、ついで、測定信号回路３６で光検出器３５の出力信号からビート信号を生成する。この測定信号回路３６のビート信号は、距離(ＭＰ１−ＭＰ２)に対応し、これは差動検出光学系におけるデッドパス量を含む測定対象の移動距離に相当する。
【００４３】
一方、偏光ビームスプリッタ３０から出て、反射ミラー４１１で反射されて再度偏光ビームスプリッタ３０に戻ってきた第１の参照ビームＢ２１は、１／４波長板３１を２回通るので、偏光面が回転し、偏光ビームスプリッタ３０では出射ビームとは分離され該偏光ビームスプリッタ３０を図中下方向に透過する。また、偏光ビームスプリッタ３０から出て、反射ミラー４１２で反射されて再度偏光ビームスプリッタ３０に戻ってきた第２の参照ビームＢ２２は、１／４波長板３２を２回通るので、偏光面が回転し、偏光ビームスプリッタ３０から出射ビームとは分離され該偏光ビームスプリッタ３０で図中下方向に反射される。このとき、偏光ビームスプリッタ３０では、反射ミラー４１１で反射されて戻ってきた第１の参照ビームＢ２１と反射ミラー４１２で反射されて戻ってきた第２の参照ビームＢ２２を干渉させた１本の参照ビーム干渉光Ｂ２ｋとして図中下方に出射することになる。また、参照ビーム干渉光Ｂ２ｋは、測定ビーム干渉光Ｂ１ｋと物理的に離れて平行な関係を維持したまま偏光ビームスプリッタ３０から出射される。
ついで、参照ビーム干渉光Ｂ２ｋは、ミラー６１により折り曲げられて光検出器３７に導かれる。
【００４４】
なお、測定ビーム干渉光Ｂ１ｋと参照ビーム干渉光Ｂ２ｋは、偏光ビームスプリッタ３０からお互いに物理的に離れた平行な２本のビームとして出射されるため、測定ビーム干渉光Ｂ１ｋ、参照ビーム干渉光Ｂ２ｋそれぞれをそのまま簡単に光検出器３５，３７に導くことができる。
【００４５】
光検出器３７では、参照ビーム干渉光Ｂ２ｋの干渉状態（強度）を電気信号に変換し、ついで、測定信号回路３８で光検出器３７の出力信号からビート信号を生成する。この測定信号回路３８のビート信号は、距離(ＤＰ１−ＤＰ２)に対応し、これは差動検出光学系におけるデッドパス量に相当する。
【００４６】
ついで、演算回路７０は、測定信号回路３６で生成されるビート信号と、測定信号回路３８で生成されるビート信号とを受けて、両者の差分に対応する変位の算出を行う。すなわち、測定信号回路３６，３８でデッドパス量を含む測定対象の移動距離とデッドパス量とを電気的に検出できているので、演算回路７０は、測定信号回路３６の出力信号と測定信号回路３８の出力信号の差((ＭＰ１−ＭＰ２)−(ＤＰ１−ＤＰ２))を算出し、差動検出光学系におけるデッドパス量を含まない測定対象の移動距離を得ることができる。
【００４７】
なお、演算回路７０における測定信号回路３６の出力信号と測定信号回路３８の出力信号の差の算出方法としては、測定信号回路３６の出力信号を基準ビート信号として用い、測定信号回路３８のビート信号との差を求める方法でよい。あるいは、図１，図２で説明した基準信号回路２２（図３では図示していない）を利用し、測定信号回路３６と測定信号回路３８の出力信号それぞれと基準信号回路２２の出力信号との差を求め、実際に(ＤＰ１−ＤＰ２)および(ＭＰ１−ＭＰ２)に相当するデータを算出してから、これらの差を演算する方法でもよい。
【００４８】
本実施形態のヘテロダインレーザー干渉測長器は、一例として直動ステージの移動量測定に応用することができる。具体例として、半導体用や光ディスク、ハードディスクのパターン作製用の精密直動ステージに適用すれば、デッドパスの影響を受けることなく高精度にステージ移動量を計測しているので、ステージ送り制御の精度を高めることができ、作製パターンの精度を改善することが可能である。
【００４９】
次に、本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器の第２の実施形態における構成について説明する。
図４は、本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器の第２の実施形態における構成を示すブロック図である。
本実施形態は、図３のヘテロダインレーザー干渉測長器（第１の実施形態）と比較して、測定ミラー３４１，３４２が可動測定物５０の端面そのものを反射面としたものであり、測定ビームＢ１１，Ｂ１２を、それぞれ集光して測定ミラー３４１，３４２に照射するレンズ４２１，４２２を備える点で異なり、それ以外の部分については図３の構成と同一である。
【００５０】
レンズ４２１，４２２で測定ビームＢ１１，Ｂ１２を集光することにより、光源のビーム径よりも小さな測定ミラー面積しかとることのできない被測定物や、測定ミラーが曲面となっている被測定物に対しても測定可能になる。
【００５１】
また、反射ミラー４１１，４１２の位置として、反射面をレンズ４２１，４２２の入射面に配置させると、反射ミラー間隔を最大に取ることができるので好ましい。
【００５２】
また、図４のヘテロダインレーザー干渉測長器における可動測定物５０の測長の機構（方法）は、測定ビームＢ１１，Ｂ１２をレンズ４２１，４２２で集光して可動測定物５０の端面（測定ミラー３４１，３４２）に照射し、その反射光をレンズ４２１，４２２を通過させて偏光ビームスプリッタ３０に戻す点が第１の実施形態と異なるだけで、基本的な測長の機構（方法）は第１の実施形態と同じであるため、その説明は省略する。
【００５３】
なおここでは、可動測定物５０の端面そのものをミラー化して測定ミラー３４１，３４２とする例を取り上げたが、図３のように独立した測定ミラー３４１，３４２が可動測定物５０に設置され、固定されていても差し支えない。
【００５４】
本実施形態のヘテロダインレーザー干渉測長器は、一例として回転ステージの回転振れ量測定に応用することができる。具体例として、光ディスク、ハードディスクのパターン作製用の精密ターンテーブルに適用すれば、デッドパスの影響を受けることなく高精度にターンテーブル回転振れを計測するので、パターン作製用のレーザービーム位置に回転振れ量をフィードバックして、振れのないトラックパターンを作るなど精度を改善することが可能である。
【００５５】
次に、本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器の第３の実施形態における構成について説明する。
図５は、本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器の第３の実施形態における構成を示すブロック図である。本実施形態では、第１の実施形態（図３）と比較して、ビームの分岐がヘテロダインレーザー光源１０の内部で行われ、２本のビームが出射される点が異なる。
【００５６】
図５に示すように、ヘテロダインレーザー光源１０の内部では、はじめに互いに周波数がわずかに異なり偏光面が直交する、２つの直線偏光出射ビームが物理的に１本のビームとして生成され、続く分岐器８０によって平行な２本の測定ビーム(Ｂ１)と参照ビーム(Ｂ２)に分岐されて外部に出射される。分岐器８０としては無偏光ビームスプリッタとミラーの組み合わせなどが利用できる。
【００５７】
ヘテロダインレーザー光源１０から出射された測定ビーム(Ｂ１)と参照ビーム(Ｂ２)は、偏光ビームスプリッタ３０に入射し、それぞれ偏光ビームスプリッタ３０により２方向に分割される。なお、測定ビーム(Ｂ１)と参照ビーム(Ｂ２)は、物理的に離れた平行な２本のレーザービームとして偏光ビームスプリッタ３０に入射することから、偏光ビームスプリッタ３０内の異なる位置（点）で分割される。すなわち、偏光ビームスプリッタ３０内において、測定ビーム(Ｂ１)は点Ｐ１で分割され、参照ビーム(Ｂ２)は点Ｐ２で分割される。
【００５８】
このとき、測定ビーム（Ｂ１）は第１の測定ビームＢ１１と第２の測定ビームＢ１２に、参照ビーム（Ｂ２）は第１の参照ビームＢ２１と第２の参照ビームＢ２２に分割される。また、第１の測定ビームＢ１１と第１の参照ビームＢ２１は、偏光ビームスプリッタ３０で反射されて図中上方に向かうビームであり、第２の測定ビームＢ１２と第２の参照ビームＢ２２は偏光ビームスプリッタ３０を透過して図中右方に向かうビームである。さらに、第１の測定ビームＢ１１と第１の参照ビームＢ２１は、お互いが物理的に離れた平行な関係のまま測定光路ＬＰ１を通り、第２の測定ビームＢ１２と第２の参照ビームＢ２２は、お互いが物理的に離れた平行な関係のまま測定光路ＬＰ２を通る。
【００５９】
測定光路ＬＰ１では、１／４波長板３１と、ミラー５１，５２，５３が配置されており、第１の測定ビームＢ１１と第１の参照ビームＢ２１は、お互いが物理的に離れた平行な関係が維持されたまま、１／４波長板３１を透過した後、ミラー５１，５２，５３で反射されて方向が変えられて、測定ミラー３４１側へ導かれる。
【００６０】
ここで、第１の測定ビームＢ１１は、そのまま測定ミラー３４１で反射されて、そこから測定光路ＬＰ１を遡り、１／４波長板３１を経て偏光ビームスプリッタ３０へ戻る。また、第１の参照ビームＢ２１は、測定光路ＬＰ１中で、ミラー５３までは第１の測定ビームＢ１１と同じ光路を通り、測定ミラー３４１の手前の所定位置に配置された反射ミラー４１１で反射されて、そこから測定光路ＬＰ１を遡り、１／４波長板３１を経て偏光ビームスプリッタ３０へ戻る。
【００６１】
なお、反射されて戻ってきた第１の測定ビームＢ１１は、偏光ビームスプリッタ３０において、前述の分岐器８０から入射してきた測定ビームＢ１が分割された点Ｐ１に戻ってくる。また、反射されて戻ってきた第１の参照ビームＢ２１は、偏光ビームスプリッタ３０において、前述の分岐器８０から入射してきた参照ビームＢ２が分割された点Ｐ２に戻ってくる。したがって、反射されて戻ってきた第１の測定ビームＢ１１と第１の参照ビームＢ２１は、偏光ビームスプリッタ３０において異なる位置（点）に入射することになる。
【００６２】
測定光路ＬＰ２では、１／４波長板３２が配置されており、第２の測定ビームＢ１２と第２の参照ビームＢ２２は、お互いが物理的に離れた平行な関係が維持されたまま、１／４波長板３２を透過した後、測定ミラー３４２側へ導かれる。
【００６３】
ここで、第２の測定ビームＢ１２は、そのまま測定ミラー３４２で反射されて、そこから測定光路ＬＰ２を遡り、１／４波長板３２を経て偏光ビームスプリッタ３０へ戻る。また、第２の参照ビームＢ２２は、測定光路ＬＰ２中を第２の測定ビームＢ１２と同じ光路を通り、測定ミラー３４２手前の所定位置に配置された反射ミラー４１２で反射されて、そこから測定光路ＬＰ２を遡り、１／４波長板３２を経て偏光ビームスプリッタ３０へ戻る。
【００６４】
なお、反射されて戻ってきた第２の測定ビームＢ１２は、偏光ビームスプリッタ３０において、前述の分岐器８０から入射してきた測定ビームＢ１が分割された点Ｐ１に戻ってくる。また、反射されて戻ってきた第２の参照ビームＢ２２は、偏光ビームスプリッタ３０において、前述の分岐器８０から入射してきた参照ビームＢ２が分割された点Ｐ２に戻ってくる。したがって、反射されて戻ってきた第２の測定ビームＢ１２と第２の参照ビームＢ２２は、偏光ビームスプリッタ３０において異なる位置（点）に入射するとともに、反射されて戻ってきた第１の測定ビームＢ１１と第２の測定ビームＢ１２は偏光ビームスプリッタ３０において同じ位置（点Ｐ１）に入射し、反射されて戻ってきた第１の参照ビームＢ２１と第２の参照ビームＢ２２は偏光ビームスプリッタ３０において同じ位置（点Ｐ２）に入射することになる。
【００６５】
なお、偏光ビームスプリッタ３０と２つの１／４波長板３１，３２は、一体化されていても差し支えない。
【００６６】
また、ミラー５３から測定ミラー３４１に向かう測定光路ＬＰ１と測定光路ＬＰ２は一直線（仮想直線）をなすように調整されており、２つの測定ミラー３４１，３４２のミラー面（反射面）は測定光路ＬＰ１，ＬＰ２の光軸に対し垂直に、かつ反対を向いた状態で可動測定物５０に設置され、固定されている。
【００６７】
また、反射ミラー４１１，４１２は、第１の参照ビームＢ２１、第２の参照ビームＢ２２それぞれを反射して測定光路ＬＰ１，ＬＰ２を遡らせるように、測定光路ＬＰ１，ＬＰ２光軸に対して配置する。
【００６８】
さらに、反射ミラー４１１，４１２は、可能な限り測定ミラー３４１，３４２に近接させて配置する。
【００６９】
上記の測定ミラー３４１，３４２及び反射ミラー４１１，４１２としては、平面ミラーやコーナーキューブの利用が考えられる。あるいは、測定ミラー３４１，３４２は、可動測定物の端面そのものを反射面としたものであってもよい。
【００７０】
測定光路ＬＰ１において、偏光ビームスプリッタ３０から測定ミラー３４１までの距離をＭＰ１、偏光ビームスプリッタ３０から反射ミラー４１１までの距離ＤＰ１とし、測定光路ＬＰ２において、偏光ビームスプリッタ３０から測定ミラー３４２までの距離ＭＰ２、偏光ビームスプリッタ３０から反射ミラー４１２までの距離をＤＰ２とする。
【００７１】
ここで、偏光ビームスプリッタ３０から出て、測定ミラー３４１で反射されて再度偏光ビームスプリッタ３０に戻ってきた第１の測定ビームＢ１１は、１／４波長板３１を２回通るので、偏光面が回転し、偏光ビームスプリッタ３０では出射ビームとは分離され該偏光ビームスプリッタ３０を図中下方向に透過する。また、偏光ビームスプリッタ３０から出て、測定ミラー３４２で反射されて再度偏光ビームスプリッタ３０に戻ってきた第２の測定ビームＢ１２は、１／４波長板３２を２回通るので、偏光面が回転し、偏光ビームスプリッタ３０から出射ビームとは分離され該偏光ビームスプリッタ３０で図中下方向に反射される。このとき、偏光ビームスプリッタ３０では、測定ミラー３４１で反射されて戻ってきた第１の測定ビームＢ１１と測定ミラー３４２で反射されて戻ってきた第２の測定ビームＢ１２を干渉させた１本の測定ビーム干渉光Ｂ１ｋとして図中下方に出射することになる。
ついで、測定ビーム干渉光Ｂ１ｋは、ミラー６０により折り曲げられて光検出器３５に導かれる。
【００７２】
光検出器３５では、測定ビーム干渉光Ｂ１ｋの干渉状態（強度）を電気信号に変換し、ついで、測定信号回路３６で光検出器３５の出力信号からビート信号を生成する。この測定信号回路３６のビート信号は、距離(ＭＰ１−ＭＰ２)に対応し、これは差動検出光学系におけるデッドパス量を含む測定対象の移動距離に相当する。
【００７３】
一方、偏光ビームスプリッタ３０から出て、反射ミラー４１１で反射されて再度偏光ビームスプリッタ３０に戻ってきた第１の参照ビームＢ２１は、１／４波長板３１を２回通るので、偏光面が回転し、偏光ビームスプリッタ３０では出射ビームとは分離され該偏光ビームスプリッタ３０を図中下方向に透過する。また、偏光ビームスプリッタ３０から出て、反射ミラー４１２で反射されて再度偏光ビームスプリッタ３０に戻ってきた第２の参照ビームＢ２２は、１／４波長板３２を２回通るので、偏光面が回転し、偏光ビームスプリッタ３０から出射ビームとは分離され該偏光ビームスプリッタ３０で図中下方向に反射される。このとき、偏光ビームスプリッタ３０では、反射ミラー４１１で反射されて戻ってきた第１の参照ビームＢ２１と反射ミラー４１２で反射されて戻ってきた第２の参照ビームＢ２２を干渉させた１本の参照ビーム干渉光Ｂ２ｋとして図中下方に出射することになる。また、参照ビーム干渉光Ｂ２ｋは、測定ビーム干渉光Ｂ１ｋと物理的に離れて平行な関係を維持したまま偏光ビームスプリッタ３０から出射される。
ついで、参照ビーム干渉光Ｂ２ｋは、ミラー６１により折り曲げられて光検出器３７に導かれる。
【００７４】
なお、測定ビーム干渉光Ｂ１ｋと参照ビーム干渉光Ｂ２ｋは、偏光ビームスプリッタ３０からお互いに物理的に離れた平行な２本のビームとして出射されるため、測定ビーム干渉光Ｂ１ｋ、参照ビーム干渉光Ｂ２ｋそれぞれをそのまま簡単に光検出器３５，３７に導くことができる。
【００７５】
光検出器３７では、参照ビーム干渉光Ｂ２ｋの干渉状態（強度）を電気信号に変換し、ついで、測定信号回路３８で光検出器３７の出力信号からビート信号を生成する。この測定信号回路３８のビート信号は、距離(ＤＰ１−ＤＰ２)に対応し、これは差動検出光学系におけるデッドパス量に相当する。
【００７６】
ついで、演算回路７０は、測定信号回路３６で生成されるビート信号と、測定信号回路３８で生成されるビート信号とを受けて、両者の差分に対応する変位の算出を行う。すなわち、測定信号回路３６，３８でデッドパス量を含む測定対象の移動距離とデッドパス量とを電気的に検出できているので、演算回路７０は、測定信号回路３６の出力信号と測定信号回路３８の出力信号の差((ＭＰ１−ＭＰ２)−(ＤＰ１−ＤＰ２))を算出し、差動検出光学系におけるデッドパス量を含まない測定対象の移動距離を得ることができる。
【００７７】
なお、演算回路７０における測定信号回路３６の出力信号と測定信号回路３８の出力信号の差の算出方法としては、測定信号回路３６の出力信号を基準ビート信号として用い、測定信号回路３８のビート信号との差を求める方法でよい。あるいは、図１，図２で説明した基準信号回路２２（図５では図示していない）を利用し、測定信号回路３６と測定信号回路３８の出力信号それぞれと基準信号回路２２の出力信号との差を求め、実際に(ＤＰ１−ＤＰ２)および(ＭＰ１−ＭＰ２)に相当するデータを算出してから、これらの差を演算する方法でもよい。
【００７８】
本実施形態のヘテロダインレーザー干渉測長器は、一例として直動ステージの移動量測定に応用することができる。具体例として、半導体用や光ディスク、ハードディスクのパターン作製用の精密直動ステージに適用すれば、デッドパスの影響を受けることなく高精度にステージ移動量を計測しているので、ステージ送り制御の精度を高めることができ、作製パターンの精度を改善することが可能である。なお、ヘテロダインレーザー光源１０から物理的に離れた平行な測定ビームと参照ビームが出射されるようにしているので、測定ビームと参照ビームを分岐させる光学系を設置することなく、本発明の第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００７９】
次に、本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器の第４の実施形態における構成について説明する。
図６は、本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器の第４の実施形態における構成を示すブロック図である。
本実施形態は、図５のヘテロダインレーザー干渉測長器（第３の実施形態）と比較して、測定ミラー３４１，３４２が可動測定物５０の端面そのものを反射面としたものであり、測定ビームＢ１１，Ｂ１２を、それぞれ集光して測定ミラー３４１，３４２に照射するレンズ４２１，４２２を備える点で異なり、それ以外の部分については図５の構成と同一である。
【００８０】
レンズ４２１，４２２で測定ビームＢ１１，Ｂ１２を集光することにより、光源のビーム径よりも小さな測定ミラー面積しかとることのできない被測定物や、測定ミラーが曲面となっている被測定物に対しても測定可能になる。
【００８１】
また、反射ミラー４１１，４１２の位置として、反射面をレンズ４２１，４２２の入射面に配置させると、反射ミラー間隔を最大に取ることができるので好ましい。
【００８２】
また、図６のヘテロダインレーザー干渉測長器における可動測定物５０の測長の機構（方法）は、測定ビームＢ１１，Ｂ１２をレンズ４２１，４２２で集光して可動測定物５０の端面（測定ミラー３４１，３４２）に照射し、その反射光をレンズ４２１，４２２を通過させて偏光ビームスプリッタ３０に戻す点が第１の実施形態と異なるだけで、基本的な測長の機構（方法）は第３の実施形態と同じであるため、その説明は省略する。
【００８３】
なおここでは、可動測定物５０の端面そのものをミラー化して測定ミラー３４１，３４２とする例を取り上げたが、図５のように独立した測定ミラー３４１，３４２が可動測定物５０に設置され、固定されていても差し支えない。
【００８４】
ここで、図３〜図６に示したヘテロダインレーザー干渉測長器は、分岐器８０において、測定ビームＢ１と参照ビームＢ２の光量比の調整手段を有する。
例えば、分岐器８０において、光量分割比率が異なる複数の無偏光ビームスプリッタを用意し、その中から一つを選択して所定位置に配置し、無偏光ビームスプリッタとは別に用意されたミラーからなる光路によって、無偏光ビームスプリッタに入射するビームから、２本の平行ビーム（測定ビームＢ１と参照ビームＢ２）を分岐・発生させるようするとよい。
【００８５】
その具体例としては、図７に示すように、光量分割比率が異なる無偏光ビームスプリッタを複数（ここでは３個の無偏光ビームスプリッタ８１１、８１２、８１３）用意し回転を利用してその中の一つを選択して所定位置（図７において無偏光ビームスプリッタ８１２の位置）に配置し、固定されたミラー８２と合わせて光路とする構成がある。
【００８６】
また、図８に示すように、相対位置が固定された光量分割比率が異なる無偏光ビームスプリッタとミラーの組み合わせを複数組（ここでは、無偏光ビームスプリッタ８１１とミラー８２１、無偏光ビームスプリッタ８１２とミラー８２２、無偏光ビームスプリッタ８１３とミラー８２３の３組）用意し、回転を利用してその中から一組選択して所定位置（図８において無偏光ビームスプリッタ８１２とミラー８２２の組の位置）に配置し、光路とする構成がある。
【００８７】
このようにすることで、測定ビームＢ１と参照ビームＢ２を分岐させると同時に両者の光量比を変更することができ、測定対象（可動測定物５０）の反射率が小さい場合は、測定ビームＢ１の光量比率を大きくすることで光検出器３５に到達する光量を増やし、測定ビームＢ１と参照ビームＢ２の光量比率が固定の場合（例えば１：１の場合）に比べ、測定の安定性や精度を向上させることが可能となる。これは、図４，図６に示す構成のように、可動測定物５０の端面そのものを反射面（測定ミラー３４１，３４２）とした場合に特に有効である。なおこの場合、参照ビームＢ２の光量が相対的に小さくなるが、参照ビームＢ２が反射するのは反射ミラー４１１，４１２であるためその反射率は高く、通常は反射光量が相当量減っても問題にならない。
【００８８】
ところで、図７，図８に示す調整手段では、予め決められた複数の測定ビームＢ１と参照ビームＢ２の光量比から選択する構成であるため、測定ビームＢ１と参照ビームＢ２の光量比が調整できるとしても段階的な（不連続な）調整であり、必ずしも測定対象（可動測定物５０）の反射率に最適な測定ビーム光量にはならないことがあった。また、装置構造上、調整手段に測定ビームＢ１と参照ビームＢ２の光量比の選択肢（複数の固定的な光量比）を数多く備えることは困難であり、その場合、測定の精度や安定性がやや失われたままとなる。
【００８９】
そこで本発明では、分岐器８０は、測定ビームＢ１と参照ビームＢ２の光量比を連続的に変化させて調整する調整手段を有することとする。具体的には、調整手段は、入射するレーザービームを第１のビーム（ｆ１）と第２のビーム（ｆ２）に偏光分離する第１の偏光ビームスプリッタ（偏光ビームスプリッタ９１１）と、前記第１のビーム、前記第２のビームそれぞれの偏光方向を調整する２つの１／２波長板（１／２波長板９２１，９２２）と、前記偏光方向が調整された第１のビームをＳ偏光成分（◎）とＰ偏光成分（↑）に分離する第２の偏光ビームスプリッタ（偏光ビームスプリッタ９１３）と、前記偏光方向が調整された第２のビームをＳ偏光成分（◎）とＰ偏光成分（↑）に分離する第３の偏光ビームスプリッタ（偏光ビームスプリッタ９１２）と、前記第１のビームのＳ偏光成分と前記第２のビームのＰ偏光成分を合成して前記測定ビームＢ１（または参照ビーム）とする第４の偏光ビームスプリッタ（偏光ビームスプリッタ９１４）と、前記第１のビームのＰ偏光成分と前記第２のビームのＳ偏光成分を合成して１本のビームとする第５の偏光ビームスプリッタ（偏光ビームスプリッタ９１５）と、前記第５の偏光ビームスプリッタからの１本のビームの偏光方向を９０度回転させて前記参照ビームＢ２（または測定ビーム）とする１／２波長板（１／２波長板９２３）と、を有する。
【００９０】
図９に、本発明のヘテロダインレーザー干渉測長器の分光器８０における調整手段の構成例を示す。
図９に示すように、調整手段は、偏光を利用して、偏光ビームスプリッタ９１１に入射するビームから、２本の平行ビーム（測定ビームＢ１と参照ビームＢ２）を分岐・発生させる構成とされている。なお、図９において、符号９１１、９１２、９１３、９１４、９１５は偏光ビームスプリッタであり、符号９２１、９２２、９２３は１／２波長板であり、符号８２１、８２２、８２３は光路を折り曲げるミラーである。
【００９１】
図９に示す調整手段は、以下のような光学的機能を有する。
すなわち、光源（ヘテロダインレーザー光源１０）からの出射ビームは偏光面が直交する２つの直線偏光出射ビームであるため、偏光ビームスプリッタ９１１により、第１のビームｆ１と第２のビームｆ２に分離される。このとき、第１のビームｆ１はＳ偏光成分（図中◎印で表す）であり、第２のビームはＰ偏光成分（図中↑印で表す）である。
【００９２】
ついで、第１のビームｆ１は、ミラー８２１で反射されて１／２波長板９２２を通過するが、該１／２波長板９２２を所定角度回転させて第１のビームｆ１の偏光方向をＳ偏光からずらすことにより、１／２波長板９２２通過後のビームｆ１にはＰ偏光成分も発生する。この状態で第１のビームｆ１が偏光ビームスプリッタ９１３に入射すると、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分に分離される（Ｓ偏光成分（◎）は反射され、Ｐ偏光成分（↑）は透過する）。
【００９３】
同様に、第２のビームｆ２は、１／２波長板９２１を通過するが、該１／２波長板９２１を所定角度回転させて第２のビームｆ２の偏光方向をＰ偏光からずらすことにより、１／２波長板９２１通過後のビームｆ２にはＳ偏光成分も発生する。この状態で第２のビームｆ２が偏光ビームスプリッタ９１２に入射すると、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分に分離される（Ｓ偏光成分（◎）は反射され、Ｐ偏光成分（↑）は透過する）。
【００９４】
つぎに、偏光ビームスプリッタ９１３で分離された第１のビームｆ１のＳ偏光成分（◎）と、偏光ビームスプリッタ９１２で分離された第２のビームｆ２のＰ偏光成分（↑）は、偏光ビームスプリッタ９１４で１本のビームとして合成され測定ビームＢ１となる。
【００９５】
同様に、偏光ビームスプリッタ９１３で分離された第１のビームｆ１のＰ偏光成分（↑）と、偏光ビームスプリッタ９１２で分離された第２のビームｆ２のＳ偏光成分（◎）は、偏光ビームスプリッタ９１５で１本のビームとして合成され、１／２波長板９２３により偏光方向が９０度回転されて参照ビームＢ２となる。
【００９６】
このような調整手段において、測定ビームＢ１と参照ビームＢ２の光量比を、１／２波長板９２１，９２２の回転角度に応じて、０：１から１：０の間で連続的に変化させて調整することが可能である。
【００９７】
このようにすることで、分光器８０において、測定ビームＢ１と参照ビームＢ２を分岐させると同時に両者の光量比を連続的に変化させて調整することができるので、種々の測定対象（可動測定物５０）に対して最適な測定ビーム光量とすることができ、測定のさらなる信頼性向上が可能となる。例えば、測定対象（可動測定物５０）の反射率が小さい場合は、測定ビームＢ１の光量比率を大きくすることで光検出器３５に到達する光量を増やし、測定ビームＢ１と参照ビームＢ２の光量比率が固定の場合（例えば１：１の場合）に比べ、測定の安定性や精度を向上させることが可能となる。これは、図４，図６に示す構成のように、可動測定物５０の端面そのものを反射面（測定ミラー３４１，３４２）とした場合に特に有効である。
【００９８】
次に、本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器の第５の実施形態における構成について説明する。なお、第１〜第４の実施形態と同様の点についての説明は省略する。図１０は、本発明に係るヘテロダインレーザー干渉測長器の第５の実施形態における構成を示すブロック図である。
【００９９】
本実施形態は、図４のヘテロダインレーザー干渉測長器（第２の実施形態）と比較して、測定対象（可動測定物５０）が回転ステージ等の円筒物体５０ａであって、測定ビームＢ１１，Ｂ１２を、それぞれ集光して円筒物体５０ａの周面（測定ミラー３４１，３４２に相当する面）に照射するレンズ４３１，４３２を備える点で異なり、それ以外の部分については図４の構成と同一である。
【０１００】
円筒物体５０ａの回転振れ量測定にヘテロダインレーザー干渉測長器を用いる場合、測定する面は、例えば、ターンテーブル側面やスピンドル軸となり、回転する円筒物体５０ａに測定ビームＢ１１，Ｂ１２を照射することになる。
【０１０１】
円筒物体５０ａの側面は曲面になっているため、第２の実施形態（図４）や第４の実施形態（図６）で説明したように、測定ビームＢ１１，Ｂ１２をレンズ４３１，４３２で絞って照射するが、対象とする曲面の大きさによっては照射するビームスポットサイズを相当小さくする必要がある。なお、照射するビームスポットサイズは、被測定面の曲率半径との関係も考慮する必要があるが、例えば、直径１００ｍｍを下回る場合、おおよそ数〜数十ミクロン程度が必要である。
【０１０２】
このようなビームスポットサイズに対し、円筒物体５０ａの側面（曲面）がミラーなど、十分に研磨された平滑面（例えば、λ／１０程度；λはレーザー波長で０.５〜１ミクロン程度）であれば問題ないが、円筒物体５０ａの側面が、例えば、金属切削面などで構成される場合は、ビームスポットサイズに対して切削痕が無視できない大きさとなる場合がある。例えば、図１１（ａ）に示すように、切削痕（図１１中、５０ｂで示す）の深さがレーザー波長と同程度以上となると、照射される測定ビームＢ１１，Ｂ１２（図１１中、５０ｃで示す）が切削痕５０ｂのどこに当たっているか、あるいは切削痕５０ｂとの重なりに応じて測長データが変動するようになる。
【０１０３】
図１１（ｂ）に示すように、回転中の円筒物体５０ａの側面の変位測定を行う場合において、円筒物体５０ａが金属切削して製作されている場合、概ね図のＹ方向（円筒の断面円を含む平面）近傍に切削痕５０ｂが残るが、切削痕５０ｂは完全に平行に形成されるものではなく、また、蛇行したり部分的に消えたりする。また、円筒物体５０ａの回転にも振れがあるので、測定ビームＢ１１，Ｂ１２を固定しても回転中に測定ビーム測定ビームＢ１１，Ｂ１２は、切削痕５０ｂの横断を繰り返すことになる。
【０１０４】
そのため、円筒物体５０ａの側面の切削痕５０ｂ横断により測長データ（測定ビーム干渉光Ｂ１ｋの干渉状態）が変動し、円筒側面の変位測定精度が低下してしまうという問題がある。
【０１０５】
本願発明者らが、アルミ切削して製作した直径１２０ミリのターンテーブルを１２００ｒｐｍで回転させながらヘテロダインレーザー干渉測長器により変位測定した（約１０ミクロンのビームスポットに絞り込んだ）ところ、想定される振れ量以外のドリフト成分が発生した。これは、円筒物体５０ａの切削痕５０ｂに限らず、可動測定物５０に傷が存在する場合や粗面の場合でも、大きさによっては同様の現象が起こり得る。
【０１０６】
また、上述のように、変位測定中に測定対象が移動すると、一般的には、測定ビームＢ１１，Ｂ１２のビームスポットの照射位置も移動するので、ビームスポットが切削痕や傷などを横断する。
【０１０７】
以上のように、測定対象の表面のミクロな凹凸の存在により、測長データが変動を受け、物体曲面の変位というマクロ的な量を計測しているのにも関わらず、変位測定精度が低下するという問題が生じる。なお、測定対象の曲面を研磨して鏡面化することができれば、上記問題を解決することはできるが、ミクロンレベルの曲面研磨は技術的に難易度が高く、形状、大きさ、材質、加工性、費用等の観点から難しい場合も多い。
【０１０８】
そこで、本実施形態では、図１２（ａ）（ｂ）に示すように、一方向（ここでは、Ｙ方向）のみに収束作用を有するレンズ４３１，４３２を用いて測定ビームＢ１１，Ｂ１２を一方向のみに収束させるようにしている。なお、レンズ４３１，４３２としては、例えば、シリンドリカルレンズ等を用いることができる。
【０１０９】
レンズ４３１，４３２により、測定ビームＢ１１，Ｂ１２をＹ方向のみに収束させて、図１２（ｃ）に示すように、円筒物体５０ａの表面にスリット状（図１２中、５０ｃで示す）に集光されるよう照射する。
【０１１０】
ビームの収束方向は円筒物体５０ａの曲面方向（Ｙ方向）と一致させるようにしている。曲面が切削製作された場合、Ｙ方向に延びた切削痕５０ｂがＸ方向に並ぶことになるが、レンズ４３１，４３２により、測定ビームＢ１１，Ｂ１２はＸ方向には集光されないので、被測定面のミクロな凹凸である切削痕５０ｂや傷等と比べて十分な大きさ（通常数ｍｍ程度）を持たせることが可能となる。このため、被測定面の切削痕５０ｂや傷等の影響を平均化して、変位データ精度に影響を与えないものとすることができる。また、測定ビームＢ１１，Ｂ１２は、Ｙ方向には小さく絞られているため、円筒物体５０ａの表面からの反射光が得られ、曲面の変位測定を行うことができる。
【０１１１】
本実施形態のヘテロダインレーザー干渉測長器では、測定ビームＢ１１，Ｂ１２を一方向のみに収束させるレンズ（レンズ４３１，４３２）を用いて測定対象（円筒物体５０ａ）に照射し、測定対象の表面にスリット状に集光されるよう照射している。そのため、一方向のみに曲面を有する測定対象であっても、測定ビームＢ１１，Ｂ１２の集束方向を測定対象の曲面方向と一致させることができ、かつ、照射されるビームスポットを測定対象の非曲面方向で長くとることができるため、測定対象の表面の微細な凹凸等の影響を平均化して、精度良く変位測定することが可能となる。
【０１１２】
以上説明したように、本実施形態のヘテロダインレーザー干渉測長器は、回転ステージ等の回転振れ量測定にも適用することができる。例えば、光ディスク、ハードディスクのパターン作製用の精密ターンテーブルに適用することで、デッドパスの影響を受けることなく高精度にターンテーブル回転振れを計測し、パターン作製用のレーザービーム位置に回転振れ量をフィードバックして、振れのないトラックパターンを作るなど精度を改善することが可能である。なお、ヘテロダインレーザー光源１０から物理的に離れた平行な測定ビームと参照ビームが出射されるようにしているので、測定ビームと参照ビームを分岐させる光学系を設置することなく、本発明の第２の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【０１１３】
以上のように、本発明のヘテロダインレーザー干渉測長器によれば、測定ビーム、参照ビームのビート信号に関する光量を減らすことなく、そのまま光検出器に到達させるため、測定対象の反射率の影響を受けることなく、測長結果からデッドパスの影響を排除し、高精度の測長結果を得ることができる。
【０１１４】
なお、これまで本発明を図面に示した実施形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１１５】
１０ ヘテロダインレーザー光源
２０ ビームスプリッタ
２１，３５，３７ 光検出器
２２ 基準信号回路
３０,９１１，９１２，９１３，９１４，９１５ 偏光ビームスプリッタ
３１，３２ １／４波長板
３３ 基準ミラー
３４，３４１，３４２ 測定ミラー
３６，３８ 測定信号回路
５０ 可動測定物
５０ａ 円筒物体
５０ｂ 切削痕
５０ｃ ビームスポット
５１，５２，５３，６０，６１ ミラー
７０ 演算回路
８０ 分岐器
８２，８２１，８２２，８２３ ミラー
４１１，４１２ 反射ミラー
４２１，４２２ レンズ
４３１，４３２ レンズ
８１１，８１２，８１３ 無偏光ビームスプリッタ
９２１，９２２，９２３ １／２波長板
Ｂ１，Ｂ１１，Ｂ１２ 測定ビーム
Ｂ１ｋ 測定ビーム干渉光
Ｂ２，Ｂ２１，Ｂ２２ 参照ビーム
Ｂ２ｋ 参照ビーム干渉光
ＤＰ１，ＤＰ２，ＭＰ１，ＭＰ２ 距離
ｆ１ 第１のビーム
ｆ２ 第２のビーム
ＬＰ１，ＬＰ２ 測定光路
Ｐ１，Ｐ２ 点
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１１６】
【特許文献１】特開平０６−０５８７１１号公報
【特許文献２】特開平０９−２８７９１７号公報
【特許文献３】特開２００３−２８７４０３号公報
【特許文献４】特開平１１−２５７９１５号公報
【特許文献５】特開２００７−３２７８１９号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物の変位を測定するヘテロダインレーザー干渉測長器であって、
仮想直線上にお互いの反射面を反対方向に向けて前記被測定物に固定される２つの測定ミラーと、
異なる周波数で偏光面が直交する２つの直線偏光レーザービームを物理的に１本のレーザービームとして出射するヘテロダインレーザー光源と、
前記ヘテロダインレーザー光源からのレーザービームを分岐させて測定ビームと参照ビームからなる２本の物理的に離れた平行なレーザービームを生成する分岐器と、
前記分岐器からの測定ビーム及び参照ビームを２方向に分割する偏光ビームスプリッタと、
前記２方向に分割された測定ビーム及び参照ビームのうち、一方向の測定ビーム及び参照ビームを前記仮想直線に沿って前記２つの測定ミラーの一方の測定ミラー側へ導き、他方向の測定ビーム及び参照ビームを前記仮想直線に沿って他方の測定ミラー側へ導く２つの測定光路と、
前記２つの測定光路それぞれの光路中に設けられる２つの１／４波長板と、
前記２つの測定光路ごとに前記１／４波長板と前記測定ミラーの間に配置され、前記参照ビームを反射する２つの反射ミラーと、
前記２つの測定ミラーで反射されたそれぞれの前記測定ビームを前記偏光ビームスプリッタで干渉させた測定ビーム干渉光の強度を電気的に検出する測定ビーム光検出器と、
前記測定ビーム光検出器の出力からビート信号を生成する測定ビーム測定回路と、
前記２つの反射ミラーで反射されたそれぞれの前記参照ビームを前記偏光ビームスプリッタで干渉させた参照ビーム干渉光の強度を電気的に検出する参照ビーム光検出器と、
前記参照ビーム光検出器の出力からビート信号を生成する参照ビーム測定回路と、
前記測定ビーム測定回路で生成されるビート信号と前記参照ビーム測定回路で生成されるビート信号の差分に対応する変位の算出を行う演算回路と、
を備え、
前記分岐器は、前記測定ビームと参照ビームの光量比を連続的に変化させて調整する調整手段を有することを特徴とするヘテロダインレーザー干渉測長器。
【請求項２】
前記調整手段は、入射するレーザービームを第１のビームと第２のビームに偏光分離する第１の偏光ビームスプリッタと、前記第１のビーム、前記第２のビームそれぞれの偏光方向を調整する２つの１／２波長板と、前記偏光方向が調整された第１のビームをＳ偏光成分とＰ偏光成分に分離する第２の偏光ビームスプリッタと、前記偏光方向が調整された第２のビームをＳ偏光成分とＰ偏光成分に分離する第３の偏光ビームスプリッタと、前記第１のビームのＳ偏光成分と前記第２のビームのＰ偏光成分を合成して前記測定ビームまたは参照ビームとする第４の偏光ビームスプリッタと、前記第１のビームのＰ偏光成分と前記第２のビームのＳ偏光成分を合成して１本のビームとする第５の偏光ビームスプリッタと、前記第５の偏光ビームスプリッタからの１本のビームの偏光方向を９０度回転させて前記参照ビームまたは測定ビームとする１／２波長板と、を有することを特徴とする請求項１に記載のヘテロダインレーザー干渉測長器。
【請求項３】
前記２つの測定光路ごとに前記反射ミラーと前記測定ミラーの間に配置され、前記測定ビームを該測定ミラーの反射面に集光させる２つのレンズを備えることを特徴とする請求項１または２に記載のヘテロダインレーザー干渉測長器。
【請求項４】
被測定物の変位を測定するヘテロダインレーザー干渉測長器であって、
仮想直線上にお互いの反射面を反対方向に向けて前記被測定物に固定される２つの測定ミラーと、
異なる周波数で偏光面が直交する２つの直線偏光レーザービームを含むレーザービームを発生し、該レーザービームを分岐させて測定ビームと参照ビームからなる２本の物理的に離れた平行なレーザービームとして出射するヘテロダインレーザー光源と、
前記ヘテロダインレーザー光源からの測定ビーム及び参照ビームを２方向に分割する偏光ビームスプリッタと、
前記２方向に分割された測定ビーム及び参照ビームのうち、一方向の測定ビーム及び参照ビームを前記仮想直線に沿って前記２つの測定ミラーの一方の測定ミラー側へ導き、他方向の測定ビーム及び参照ビームを前記仮想直線に沿って他方の測定ミラー側へ導く２つの測定光路と、
前記２つの測定光路それぞれの光路中に設けられる２つの１／４波長板と、
前記２つの測定光路ごとに前記１／４波長板と前記測定ミラーの間に配置され、前記参照ビームを反射する２つの反射ミラーと、
前記２つの測定ミラーで反射されたそれぞれの前記測定ビームを前記偏光ビームスプリッタで干渉させた測定ビーム干渉光の強度を電気的に検出する測定ビーム光検出器と、
前記測定ビーム光検出器の出力からビート信号を生成する測定ビーム測定回路と、
前記２つの反射ミラーで反射されたそれぞれの前記参照ビームを前記偏光ビームスプリッタで干渉させた参照ビーム干渉光の強度を電気的に検出する参照ビーム光検出器と、
前記参照ビーム光検出器の出力からビート信号を生成する参照ビーム測定回路と、
前記測定ビーム測定回路で生成されるビート信号と前記参照ビーム測定回路で生成されるビート信号の差分に対応する変位の算出を行う演算回路と、
を備え、
前記ヘテロダインレーザー光源は、前記測定ビームと参照ビームの光量比を連続的に変化させて調整する調整手段を有することを特徴とするヘテロダインレーザー干渉測長器。
【請求項５】
前記調整手段は、入射するレーザービームを第１のビームと第２のビームに偏光分離する第１の偏光ビームスプリッタと、前記第１のビーム、前記第２のビームそれぞれの偏光方向を調整する２つの１／２波長板と、前記偏光方向が調整された第１のビームをＳ偏光成分とＰ偏光成分に分離する第２の偏光ビームスプリッタと、前記偏光方向が調整された第２のビームをＳ偏光成分とＰ偏光成分に分離する第３の偏光ビームスプリッタと、前記第１のビームのＳ偏光成分と前記第２のビームのＰ偏光成分を合成して前記測定ビームまたは参照ビームとする第４の偏光ビームスプリッタと、前記第１のビームのＰ偏光成分と前記第２のビームのＳ偏光成分を合成して１本のビームとする第５の偏光ビームスプリッタと、前記第５の偏光ビームスプリッタからの１本のビームの偏光方向を９０度回転させて前記参照ビームまたは測定ビームとする１／２波長板と、を有することを特徴とする請求項４に記載のヘテロダインレーザー干渉測長器。
【請求項６】
前記２つの測定光路ごとに前記反射ミラーと前記測定ミラーの間に配置され、前記測定ビームを該測定ミラーの反射面に集光させる２つのレンズを備えることを特徴とする請求項４または５に記載のヘテロダインレーザー干渉測長器。
【請求項７】
前記測定ミラーは、前記被測定物の端面を反射面としたものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のヘテロダインレーザー干渉測長器。
【請求項８】
被測定物の変位を測定するヘテロダインレーザー干渉測長器であって、
異なる周波数で偏光面が直交する２つの直線偏光レーザービームを物理的に１本のレーザービームとして出射するヘテロダインレーザー光源と、
前記ヘテロダインレーザー光源からのレーザービームを分岐させて測定ビームと参照ビームからなる２本の物理的に離れた平行なレーザービームを生成する分岐器と、
前記分岐器からの測定ビーム及び参照ビームを２方向に分割する偏光ビームスプリッタと、
前記２方向に分割された測定ビーム及び参照ビームのうち、一方向の測定ビーム及び参照ビームを前記被測定物の一方側へ導き、他方向の測定ビーム及び参照ビームを正対する前記被測定物の他方側へ導く２つの測定光路と、
前記２つの測定光路それぞれの光路中に設けられる２つの１／４波長板と、
前記２つの測定光路ごとに前記１／４波長板と前記被測定物の間に配置され、前記参照ビームを反射する２つの反射ミラーと、
前記被測定物の双方側で反射されたそれぞれの前記測定ビームを前記偏光ビームスプリッタで干渉させた測定ビーム干渉光の強度を電気的に検出する測定ビーム光検出器と、
前記測定ビーム光検出器の出力からビート信号を生成する測定ビーム測定回路と、
前記２つの反射ミラーで反射されたそれぞれの前記参照ビームを前記偏光ビームスプリッタで干渉させた参照ビーム干渉光の強度を電気的に検出する参照ビーム光検出器と、
前記参照ビーム光検出器の出力からビート信号を生成する参照ビーム測定回路と、
前記測定ビーム測定回路で生成されるビート信号と前記参照ビーム測定回路で生成されるビート信号の差分に対応する変位の算出を行う演算回路と、
を備え、
前記分岐器は、前記測定ビームと参照ビームの光量比を連続的に変化させて調整する調整手段を有することを特徴とするヘテロダインレーザー干渉測長器。
【請求項９】
前記２つの測定光路ごとに前記反射ミラーと前記被測定物の間に配置され、前記測定ビームを１方向に集光して前記被測定物に照射させる２つのレンズを備えることを特徴とする請求項８に記載のヘテロダインレーザー干渉測長器。
【請求項１０】
前記偏光ビームスプリッタは、前記２つの１／４波長板を一体化して備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のヘテロダインレーザー干渉測長器。
【請求項１】
被測定物の変位を測定するヘテロダインレーザー干渉測長器であって、
仮想直線上にお互いの反射面を反対方向に向けて前記被測定物に固定される２つの測定ミラーと、
異なる周波数で偏光面が直交する２つの直線偏光レーザービームを物理的に１本のレーザービームとして出射するヘテロダインレーザー光源と、
前記ヘテロダインレーザー光源からのレーザービームを分岐させて測定ビームと参照ビームからなる２本の物理的に離れた平行なレーザービームを生成する分岐器と、
前記分岐器からの測定ビーム及び参照ビームを２方向に分割する偏光ビームスプリッタと、
前記２方向に分割された測定ビーム及び参照ビームのうち、一方向の測定ビーム及び参照ビームを前記仮想直線に沿って前記２つの測定ミラーの一方の測定ミラー側へ導き、他方向の測定ビーム及び参照ビームを前記仮想直線に沿って他方の測定ミラー側へ導く２つの測定光路と、
前記２つの測定光路それぞれの光路中に設けられる２つの１／４波長板と、
前記２つの測定光路ごとに前記１／４波長板と前記測定ミラーの間に配置され、前記参照ビームを反射する２つの反射ミラーと、
前記２つの測定ミラーで反射されたそれぞれの前記測定ビームを前記偏光ビームスプリッタで干渉させた測定ビーム干渉光の強度を電気的に検出する測定ビーム光検出器と、
前記測定ビーム光検出器の出力からビート信号を生成する測定ビーム測定回路と、
前記２つの反射ミラーで反射されたそれぞれの前記参照ビームを前記偏光ビームスプリッタで干渉させた参照ビーム干渉光の強度を電気的に検出する参照ビーム光検出器と、
前記参照ビーム光検出器の出力からビート信号を生成する参照ビーム測定回路と、
前記測定ビーム測定回路で生成されるビート信号と前記参照ビーム測定回路で生成されるビート信号の差分に対応する変位の算出を行う演算回路と、
を備え、
前記分岐器は、前記測定ビームと参照ビームの光量比を連続的に変化させて調整する調整手段を有することを特徴とするヘテロダインレーザー干渉測長器。
【請求項２】
前記調整手段は、入射するレーザービームを第１のビームと第２のビームに偏光分離する第１の偏光ビームスプリッタと、前記第１のビーム、前記第２のビームそれぞれの偏光方向を調整する２つの１／２波長板と、前記偏光方向が調整された第１のビームをＳ偏光成分とＰ偏光成分に分離する第２の偏光ビームスプリッタと、前記偏光方向が調整された第２のビームをＳ偏光成分とＰ偏光成分に分離する第３の偏光ビームスプリッタと、前記第１のビームのＳ偏光成分と前記第２のビームのＰ偏光成分を合成して前記測定ビームまたは参照ビームとする第４の偏光ビームスプリッタと、前記第１のビームのＰ偏光成分と前記第２のビームのＳ偏光成分を合成して１本のビームとする第５の偏光ビームスプリッタと、前記第５の偏光ビームスプリッタからの１本のビームの偏光方向を９０度回転させて前記参照ビームまたは測定ビームとする１／２波長板と、を有することを特徴とする請求項１に記載のヘテロダインレーザー干渉測長器。
【請求項３】
前記２つの測定光路ごとに前記反射ミラーと前記測定ミラーの間に配置され、前記測定ビームを該測定ミラーの反射面に集光させる２つのレンズを備えることを特徴とする請求項１または２に記載のヘテロダインレーザー干渉測長器。
【請求項４】
被測定物の変位を測定するヘテロダインレーザー干渉測長器であって、
仮想直線上にお互いの反射面を反対方向に向けて前記被測定物に固定される２つの測定ミラーと、
異なる周波数で偏光面が直交する２つの直線偏光レーザービームを含むレーザービームを発生し、該レーザービームを分岐させて測定ビームと参照ビームからなる２本の物理的に離れた平行なレーザービームとして出射するヘテロダインレーザー光源と、
前記ヘテロダインレーザー光源からの測定ビーム及び参照ビームを２方向に分割する偏光ビームスプリッタと、
前記２方向に分割された測定ビーム及び参照ビームのうち、一方向の測定ビーム及び参照ビームを前記仮想直線に沿って前記２つの測定ミラーの一方の測定ミラー側へ導き、他方向の測定ビーム及び参照ビームを前記仮想直線に沿って他方の測定ミラー側へ導く２つの測定光路と、
前記２つの測定光路それぞれの光路中に設けられる２つの１／４波長板と、
前記２つの測定光路ごとに前記１／４波長板と前記測定ミラーの間に配置され、前記参照ビームを反射する２つの反射ミラーと、
前記２つの測定ミラーで反射されたそれぞれの前記測定ビームを前記偏光ビームスプリッタで干渉させた測定ビーム干渉光の強度を電気的に検出する測定ビーム光検出器と、
前記測定ビーム光検出器の出力からビート信号を生成する測定ビーム測定回路と、
前記２つの反射ミラーで反射されたそれぞれの前記参照ビームを前記偏光ビームスプリッタで干渉させた参照ビーム干渉光の強度を電気的に検出する参照ビーム光検出器と、
前記参照ビーム光検出器の出力からビート信号を生成する参照ビーム測定回路と、
前記測定ビーム測定回路で生成されるビート信号と前記参照ビーム測定回路で生成されるビート信号の差分に対応する変位の算出を行う演算回路と、
を備え、
前記ヘテロダインレーザー光源は、前記測定ビームと参照ビームの光量比を連続的に変化させて調整する調整手段を有することを特徴とするヘテロダインレーザー干渉測長器。
【請求項５】
前記調整手段は、入射するレーザービームを第１のビームと第２のビームに偏光分離する第１の偏光ビームスプリッタと、前記第１のビーム、前記第２のビームそれぞれの偏光方向を調整する２つの１／２波長板と、前記偏光方向が調整された第１のビームをＳ偏光成分とＰ偏光成分に分離する第２の偏光ビームスプリッタと、前記偏光方向が調整された第２のビームをＳ偏光成分とＰ偏光成分に分離する第３の偏光ビームスプリッタと、前記第１のビームのＳ偏光成分と前記第２のビームのＰ偏光成分を合成して前記測定ビームまたは参照ビームとする第４の偏光ビームスプリッタと、前記第１のビームのＰ偏光成分と前記第２のビームのＳ偏光成分を合成して１本のビームとする第５の偏光ビームスプリッタと、前記第５の偏光ビームスプリッタからの１本のビームの偏光方向を９０度回転させて前記参照ビームまたは測定ビームとする１／２波長板と、を有することを特徴とする請求項４に記載のヘテロダインレーザー干渉測長器。
【請求項６】
前記２つの測定光路ごとに前記反射ミラーと前記測定ミラーの間に配置され、前記測定ビームを該測定ミラーの反射面に集光させる２つのレンズを備えることを特徴とする請求項４または５に記載のヘテロダインレーザー干渉測長器。
【請求項７】
前記測定ミラーは、前記被測定物の端面を反射面としたものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のヘテロダインレーザー干渉測長器。
【請求項８】
被測定物の変位を測定するヘテロダインレーザー干渉測長器であって、
異なる周波数で偏光面が直交する２つの直線偏光レーザービームを物理的に１本のレーザービームとして出射するヘテロダインレーザー光源と、
前記ヘテロダインレーザー光源からのレーザービームを分岐させて測定ビームと参照ビームからなる２本の物理的に離れた平行なレーザービームを生成する分岐器と、
前記分岐器からの測定ビーム及び参照ビームを２方向に分割する偏光ビームスプリッタと、
前記２方向に分割された測定ビーム及び参照ビームのうち、一方向の測定ビーム及び参照ビームを前記被測定物の一方側へ導き、他方向の測定ビーム及び参照ビームを正対する前記被測定物の他方側へ導く２つの測定光路と、
前記２つの測定光路それぞれの光路中に設けられる２つの１／４波長板と、
前記２つの測定光路ごとに前記１／４波長板と前記被測定物の間に配置され、前記参照ビームを反射する２つの反射ミラーと、
前記被測定物の双方側で反射されたそれぞれの前記測定ビームを前記偏光ビームスプリッタで干渉させた測定ビーム干渉光の強度を電気的に検出する測定ビーム光検出器と、
前記測定ビーム光検出器の出力からビート信号を生成する測定ビーム測定回路と、
前記２つの反射ミラーで反射されたそれぞれの前記参照ビームを前記偏光ビームスプリッタで干渉させた参照ビーム干渉光の強度を電気的に検出する参照ビーム光検出器と、
前記参照ビーム光検出器の出力からビート信号を生成する参照ビーム測定回路と、
前記測定ビーム測定回路で生成されるビート信号と前記参照ビーム測定回路で生成されるビート信号の差分に対応する変位の算出を行う演算回路と、
を備え、
前記分岐器は、前記測定ビームと参照ビームの光量比を連続的に変化させて調整する調整手段を有することを特徴とするヘテロダインレーザー干渉測長器。
【請求項９】
前記２つの測定光路ごとに前記反射ミラーと前記被測定物の間に配置され、前記測定ビームを１方向に集光して前記被測定物に照射させる２つのレンズを備えることを特徴とする請求項８に記載のヘテロダインレーザー干渉測長器。
【請求項１０】
前記偏光ビームスプリッタは、前記２つの１／４波長板を一体化して備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のヘテロダインレーザー干渉測長器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−３３０１８（Ｐ２０１３−３３０１８Ａ）
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６５４７８（Ｐ２０１１−２６５４７８）
【出願日】平成２３年１２月５日（２０１１．１２．５）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１２月５日（２０１１．１２．５）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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