JPS6170428A - Measuring device for resolution of interferometer - Google Patents

Measuring device for resolution of interferometer

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JPS6170428A
JPS6170428A JP16989084A JP16989084A JPS6170428A JP S6170428 A JPS6170428 A JP S6170428A JP 16989084 A JP16989084 A JP 16989084A JP 16989084 A JP16989084 A JP 16989084A JP S6170428 A JPS6170428 A JP S6170428A
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JP
Japan
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resolution
digital
optical path
path length
measuring device
Prior art date
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Pending
Application number
JP16989084A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
ロバート・シー・ムーア
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GCA Corp
Original Assignee
GCA Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 干渉計測定は用いられている光の至近の縞あるいは半波
長の長さに対する距離測定の分解能を有し、ある種の装
置では6縞の距離を4分の1に。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Background of the Invention Interferometric measurements have a resolution of distance measurement to the length of the nearest fringe or half wavelength of the light being used, and in some instruments the distance of six fringes can be measured by a quarter of a minute. No. 1.

また8分のIKも分割することができる。しかしながら
このような分解能はバランスを保持するのが面倒な比較
回路を必要とするものであった。
It is also possible to divide the 8-minute IK. However, such resolution requires a comparator circuit that is difficult to maintain balance.

本発明者は干渉計での距離測定π関しずっと細微な分解
能を生ずるよ5にする方法を見出だした。
The inventors have found a method of 5 which yields a much finer resolution for interferometric distance measurements π.

このより細微な分解能の装が・はまた従来の粗雑な装置
゛に比して維持が速く、正確かつ簡単である。
This finer resolution arrangement is also faster, more accurate, and easier to maintain than conventional crude equipment.

発明の概略 この分解装置は参照ビームと測定ビームとの間の光:烙
長の変化から干渉縞が生ずると矩状に2つの正弦波を形
成するように変化する電圧の2つの検出信号を生せしめ
る光学系を有するレーザー干渉計に関するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION This decomposition device generates two detection signals of a voltage that changes to form two sinusoidal waves in a rectangular manner when interference fringes occur from changes in the optical heat length between a reference beam and a measurement beam. This invention relates to a laser interferometer having an optical system that allows

1対のAD変換器がそれぞれ前記の変化する電圧信号を
受け、各正弦波の縞のサイクルを複数の増分に細分する
ディジタル値に各信号を変換する。yrrI記グ、°塊
器の各々からの意味ある数値を与えられたアンプダウン
・カウンタが光路長の変化f対応する縞を計数する。カ
ウンタからの縞計数の出力と7F神器からのディジタル
増分値とにアクセスするようにしたコンピュータで植針
数値から光路長の変化で生ずる縞数f基づく距離測定価
が決定され、またディジタル増・分値から光路長の憚−
化後のいかなる細分された縞のサイクルの増分値におけ
る(、=i号の最終値に基づく距離測定1直が決定され
る。
A pair of AD converters each receive the varying voltage signals and convert each signal into digital values that subdivide each sinusoidal fringe cycle into a plurality of increments. An amplifier down counter, fed with a meaningful value from each block, counts the fringes corresponding to the change in optical path length. A computer that has access to the fringe count output from the counter and the digital increment value from the 7F sacred treasure determines the distance measurement value based on the number of fringe f caused by the change in optical path length from the needle planting value, and also calculates the digital increment/minute value. From the value to the optical path length
A distance measurement based on the final value of (,=i) at the incremental value of any subdivided fringe cycle after the conversion is determined.

詳細な詐j明 第1−3図は干渉縞が生ずると矩状の2つの正弦波を生
せしめる代表的で一般的に知られた干渉計検出装置を示
している。干渉計型に再結合した参照及び測定ビーム1
1がレンズL2ffより一連の検出器り、−4上に結像
する。ビームスプリッタ13がこの光を1対の偏光ビー
ムスプリッタ14と15との間に分割し、一方のビーム
スプリッタは信号を矩状にする四分の一波長板16を含
む。偏光ビームスプリッタ14及び15は各ビームを相
互に対して垂直に偏光して6対の検出器D1.2及びD
3.4において180°の位相差を生ぜしめるような相
補ビームπ分割する。6対の検出器からの信号が第2及
び3図に示されるようにインバートされ加えられている
と、それらは各々DCオフセットのない純粋な正弦波を
生せしめる。正弦波19及び田の各々は参照ビームと測
定ビームとの間で光路長がり化するに従って6縞のT化
について波動サイクルをトレースする変化する電圧信号
である。オシロスコープのX及びY方向のプレートに与
えられると。
DETAILED DESCRIPTION FIGS. 1-3 illustrate a typical and commonly known interferometric detection system in which interference fringes produce two rectangular sinusoidal waves. Interferometrically recombined reference and measurement beam 1
1 is imaged on -4 by a series of detectors from lens L2ff. Beam splitter 13 splits this light between a pair of polarizing beam splitters 14 and 15, one beam splitter including a quarter wave plate 16 to square the signal. Polarizing beam splitters 14 and 15 polarize each beam perpendicularly to each other to six pairs of detectors D1.2 and D.
In step 3.4, complementary beams are divided into π such that a phase difference of 180° is produced. When the signals from the six pairs of detectors are inverted and added as shown in FIGS. 2 and 3, they each produce a pure sine wave with no DC offset. Each of the sinusoids 19 and 19 is a changing voltage signal that traces the wave cycle for the six-fringe T transition as the optical path length increases between the reference and measurement beams. When applied to the X and Y plates of the oscilloscope.

矩状の2つの正弦波は第4図に示されるようなりサジュ
ー図形を形成して6縞の動き匠ついての変(fit 1
1L圧がXY軸の交点を中心とした円を画くようになる
The two rectangular sine waves form a sajous figure as shown in Figure 4, and the six stripes move around each other (fit 1).
The 1L pressure draws a circle centered on the intersection of the XY axes.

このような装置での計数及び分解は信号が0点を通過し
あるいはX軸またはY軸と交差する毎に電子的計数を行
なうような比較器で従来なされている。これは測定ビー
ムの方向のJ ’jlrllの波長毎に8つの計数を行
なうことができる。X=YまたはX=−Yであって運動
の波長毎VrさらvcBつの計数を行なえればいつでも
計数を行なうように信号がまた付加され除去され得る。
Counting and resolution in such devices is conventionally accomplished with a comparator that performs an electronic count each time the signal passes through zero or crosses the X or Y axis. This allows eight counts to be made for each wavelength of J'jlrll in the direction of the measurement beam. Signals can also be added and removed to make counts whenever X=Y or X=-Y and Vr to vcB counts can be made per wavelength of motion.

しがしながら特に分解能を高めるためにより多くの比較
器が加えられるので、このような一連の比較器のバラン
スを保持することは面倒である。
However, keeping such a series of comparators balanced is cumbersome, especially as more comparators are added to increase resolution.

本発明者は矩状の正弦波を生せしめる2つの変動電圧1
9及び加が更Ill微な分解能を生せしめる増分値にデ
ィジタル的に再分割されることを51出だした。第5図
に示されるように1本発明では矩状の信号19及び20
を7ラノシユA−D変換器21及び22に供給する。変
換器21及び22は各正弦波の縞のサイクルを変換器2
1及び22のビット許容量に依存する複数の増分値vc
71j分割する。例えは6ピントの変換器で各正弦波の
縞サイクルが64の増分値に分割される。また8ビツト
やそれ以上の変換器でより細微な分解が可能である。
The inventor has developed two variable voltages 1 that generate a rectangular sine wave.
51 that 9 and 9 are digitally subdivided into incremental values yielding even finer resolution. As shown in FIG. 5, in the present invention rectangular signals 19 and 20
is supplied to 7 ranoshu A-D converters 21 and 22. Converters 21 and 22 convert each sinusoidal fringe cycle into converter 2.
Multiple increment values vc depending on bit tolerance of 1 and 22
71j divide. For example, in a 6-pint transducer, each sinusoidal fringe cycle is divided into 64 increments. Further, finer decomposition is possible with an 8-bit or more converter.

6縞す1°クルについての0点または軸交差の数値のよ
うな意味のある数値かアップダウン及び縞カウンク25
 K%、給され、このカウンタは参照ビームと測定ビー
ムとの間で光路長か2化する際π生ずる縞を計数し矩状
の関係から計数が増加しているか減少しているかを決定
する。かくしてカウンタ25からの縞計数高力は全縞計
flVCより表わした測定ビームの光路長の距離変化に
対応する。これは変換器21及び22のディジタル出力
で表わされる各組の全ての再分割された増分値を計数し
ようとするより効果的であり、変換器からの一連の数値
全体を計vノするのには測定ビーム光路の方向の運動が
比較的低速であることを必要とする。
6-stripe 1 degree angle 0 point or a meaningful value such as axis crossing value or up-down and fringe count 25
K%, this counter counts the fringes that occur when the optical path length is doubled between the reference beam and the measurement beam, and determines from the rectangular relationship whether the count is increasing or decreasing. The fringe count power from counter 25 thus corresponds to the distance change in the optical path length of the measurement beam as represented by the total fringe meter flVC. This is more efficient than trying to count all the subdivided increments of each set represented by the digital outputs of the transducers 21 and 22, and is more efficient than trying to count all the subdivided increments of each set represented by the digital outputs of the transducers 21 and 22. requires relatively slow movement in the direction of the measurement beam optical path.

バッファリング・ラッチ23及び24ハ変換器21及び
22からの一連の数値全体を受けてこの一連の数値をコ
ンピュータ30のアクセス・レートに同期させる。コン
ビ=−夕30は広いデータバスとキロヘルツ程度の周波
数範囲のアクセス・レートとを有する比較的高速なマイ
クロプロセッサであるのが好ましい。変換器21及び2
2はメガヘル、    714ft’)FfAeh′W
O3、%g f ()l ′v °f −1を生せしめ
るので、バッファリング・ラッチ23及びヌはコンピュ
ータ30 Vc移送するのに適した間隔でデータを保持
するのに好ましい。ラッチ23及び24は6ビノト変換
器からデータを受けるオフタル・ラッチとすることかで
き、より大きな変換/’−’ − 器に適合するよ5+17大きさを増加することができる
Buffering latches 23 and 24 receive the entire series of numbers from converters 21 and 22 and synchronize this series to the access rate of computer 30. Preferably, the combination processor 30 is a relatively fast microprocessor with a wide data bus and access rates in the kilohertz frequency range. converters 21 and 2
2 is Megaher, 714ft')FfAeh'W
Buffering latches 23 and N are preferred to hold data at intervals suitable for transferring to computer 30 Vc. Latches 23 and 24 can be ophthalmic latches that receive data from a 6-bit converter and can be increased in size by 5+17 to accommodate larger converters.

コンピュータ30はまたアップダウン・ カウンタ25
からの縞計θ出力を受け、これから粗な距離を決定する
。各縞サイクルの再分t1jされた細微な分解は光路長
が変化する間揮糾・的π計算されるけれど本、この情報
は光路長の変化が完了して測定ビームの長さが最イrの
距離で安定するまでは意味をもたな(・。それから縞計
数全体を越えて生じたいかなる縞のだ−jrの部分もコ
ンピュータ31で決定され、ディスプレー31 K示さ
れる。
The computer 30 also has an up/down counter 25
Receives the fringe meter θ output from and determines the rough distance from it. Although the subdivided t1j fine resolution of each fringe cycle is computed as a result of the optical path length change, this information is not available until the optical path length change is complete and the length of the measurement beam is at its maximum value. It has no meaning until it stabilizes at a distance of (.).Then the -jr portion of any fringe that occurs over the entire fringe count is determined by the computer 31 and shown on the display 31K.

コンピュータ30か変換器21及び22によって生ずる
再分割されたディジタル増分値から動いた距離の細微な
分解能を決定することかできる方法は幾つかある。位相
角が距離に正比例するので9本発明では縞サイクル内の
どの増分位置の位相角?も決定するようにコンピータ3
0のプログラム化を行なうのかよい。これはいかなる″
観圧領の位相角をも示す仰角正接表で容易になされる。
There are several ways in which the fine resolution of distance moved can be determined from the subdivided digital increments produced by computer 30 or transducers 21 and 22. Since the phase angle is directly proportional to the distance, 9In the present invention, the phase angle at which incremental position within the fringe cycle? computer 3 to also determine
Should I program 0? What is this?
This can be easily done with an elevation tangent table that also shows the phase angle of the viewing area.

例えば第4図のりサジュー図形の点Aは縞サイクル内の
距離増分値に比例する位相角に対して正接の関係をなす
X及びYol、圧を有する。点BにおけるX及びYの定
圧は異なる距離の増分についての別の位相角に対して正
接の関係を有する。それゆえディジタル増分値21及び
nとコンピュータ30とを用いて、細微な距離分解で運
動の半波長の多さを表わす1つの縞をずっと正確な距離
の決定のため多くの11〃分値に再分割できる。従来の
装体′π対てる改善としては分解能が10倍だけ増加し
1本発明の装置は1インチ当り十万分の1までの距離を
分解できる。
For example, point A of the Nori-Sajous figure in FIG. 4 has pressures X and Yol that are tangential to the phase angle that is proportional to the distance increment within the fringe cycle. The constant pressures in X and Y at point B have a tangential relationship to different phase angles for different distance increments. Therefore, using the digital increments 21 and n and the computer 30, one fringe representing many half-wavelengths of motion with fine distance resolution can be rewritten into many 11 fractional values for much more accurate distance determination. Can be divided. As an improvement over conventional arrangements 'π, the resolution is increased by a factor of ten, allowing the apparatus of the present invention to resolve distances up to 1/100,000th of an inch.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は参照ビームと測定ビームとの間の光路長の変化
から千渉縞が生ずると矩状02つの正弦波を形成するよ
うに変化する電圧の2つの検出信号を生せしめる千渉計
検出装置の一般的に知られた装#2゛°を概略的に示し
ている。 概2図及び第3図は紀1図の装置°πおけろ6対の検出
器からの信号を処理する部分を示している。 第4図は本発明の装置によって決ボされた分解点を示す
リサジュー図形のダイアグラムである。 第5図は本発明の分子3’(能測定装償の好ましい実施
例の概略的ダイアグラムである。 11・・・参照及び測定ビーム 13、14. 15・・・ビームスプリッタ19、20
・・・変動重圧 21.22・・・A−D変換器 23、24・・・バッファリング・ラッチ25・・・ア
ップダウン・カウンタ 30・・・コンピュータ 31・・・ディスプレー D、、 D2. D3. D4  ・・・検出器。 (外5名)
Figure 1 shows a radial meter detection system that produces two detection signals of voltage that vary to form rectangular sinusoids when radial fringes result from changes in the optical path length between the reference and measurement beams. Figure 2 schematically shows a commonly known arrangement #2 of the device. Figures 2 and 3 show the portion of the apparatus shown in Figure 1 that processes signals from six pairs of detectors. FIG. 4 is a diagram of a Lissajous figure showing the decomposition points established by the apparatus of the invention. FIG. 5 is a schematic diagram of a preferred embodiment of the molecule 3' of the present invention.
...Fluctuating pressure 21.22...A-D converter 23, 24...Buffering latch 25...Up/down counter 30...Computer 31...Display D,, D2. D3. D4...Detector. (5 other people)

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、参照ビームと測定ビームとの間の光路長の変化から
干渉縞が生ずると矩状の2つの正弦波を生ぜしめるよう
に変化する電圧の2つの検出信号を生ぜしめる光学系を
有するレーザー干渉計の分解能装置において、 (a)上記変化する電圧信号をそれぞれ受けて、各正弦
波の縞サイクルを複数の増分値に再分割するディジタル
値に各信号を変換するようにした1対のAD変換器と、 (b)上記光路長の変化に対応する縞を計数するため上
記変換器の各々から意味のある数値を供給されるアップ
ダウン・カウンタと、 (c)上記縞計数から上記光路長の変化で生ずる縞の数
に基づく距離測定価を決定し、上記ディジタル増分値か
ら上記光路長の変化後のいかなる再分割された縞サイク
ルの増分値においても上記信号の最終値に基づく上記距
離測定値の細微な分解能を決定するため上記カウンタか
らの縞計数出力と上記変換器からのディジタル増分値と
にアクセスできるようfしたコンピュータ とからなることを特徴とする上記レーザー干渉計の分解
能測定装置。 2、上記変換器から上記ディジタル増分値を受け、上記
コンピュータの上記ディジタル増分値へのアクセスを同
期させるようにした1対のバッファリング・ラッチを含
む特許請求の範囲1に記載のレーザー干渉計の分解能測
定装置。 3、上記コンピュータが上記信号の最終値についての位
相角を決定することにより上記細微な分解能を決定する
ようにした特許請求の1に記載のレーザー干渉計の分解
能測定装置。 4、上記変換器からディジタル増分値を受け、該ディジ
タル増分値への上記コンピュータのアクセスを同期させ
るようにした1対のバッファリング・ラッチを含む特許
請求の範囲3に記載のレーザー干渉計の分解能測定装置
[Claims] 1. When interference fringes arise from a change in the optical path length between the reference beam and the measurement beam, two detection signals of voltages that vary to produce two rectangular sinusoids are produced. A laser interferometer resolution device having an optical system (a) adapted to receive each of said varying voltage signals and convert each signal into digital values subdividing each sinusoidal fringe cycle into a plurality of incremental values; (b) an up-down counter supplied with a meaningful value from each of said converters for counting fringes corresponding to said change in optical path length; and (c) said fringes. Determine from the count a distance measurement value based on the number of fringes resulting from the change in the optical path length, and from the digital increment value the final value of the signal at any subdivided fringe cycle increment after the change in the optical path length. a computer having access to the fringe count output from the counter and the digital increments from the transducer to determine the fine resolution of the distance measurements based on resolution measuring device. 2. A laser interferometer as claimed in claim 1, including a pair of buffering latches adapted to receive said digital increments from said converter and to synchronize access of said computer to said digital increments. Resolution measuring device. 3. The resolution measuring device for a laser interferometer according to claim 1, wherein the computer determines the fine resolution by determining the phase angle of the final value of the signal. 4. The resolution of a laser interferometer as claimed in claim 3, including a pair of buffering latches adapted to receive digital increments from said converter and to synchronize said computer's access to said digital increments. measuring device.
JP16989084A 1984-08-14 1984-08-14 Measuring device for resolution of interferometer Pending JPS6170428A (en)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5419773A (en) * 1977-07-01 1979-02-14 Heidenhain Gmbh Dr Johannes Interpolation method
JPS5696213A (en) * 1979-12-28 1981-08-04 Nippon Kogaku Kk <Nikon> Dividing/reading circuit for sine signal

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