CN1075202A - 光学测量仪器 - Google Patents

Abstract

一种光学干涉仪。包括带有部分反射金属膜 135和137的分束器131，该金属膜适于在光束的透 射分量和反射分量之间产生相位差。它装有双向条 纹计数器，该计数器包括有转换电路，当计数器速率 下降到低于预定阈值时，能将条纹计数器装置中的耦 合从交流耦合转换到直流耦合。

Description

本发明涉及光学测量仪器，具体来说，涉及双向条纹计数式双光束干涉仪系统，它可利用任何激光光源来进行精密长度测量，应用于此的激光光束是充分相干的，而输入的激光束为任意的偏振方向。双向电子计数所要求的两个有90°相位差的电信号，是由该干涉仪两输出端的光电探测器得到的。为分束器的涂层而设计的金属薄膜，能够引入垂直和平行的两个偏振分量所需要的严格为90°的相位差。电子对准和控制是由用以连续监控输出端所产生的信号的系统来完成的。该系统将校正值反馈给信号放大系统，以保持输出有准确的90°相位差、相等的幅值和直流偏值为零。

这些干涉仪采用的技术，要求减少光学对准量，而且所有的电子调整都受电子系统自动控制。这些仪器的制造成本低，且易于用在实际中，并在测量光程变化中易于达到亚毫微米的分辨率。

受到早在1960年研制的，具有高度准直和窄带宽光束的633nm氦氖激光器的促进，干涉测长成了最广泛采用的精密测量技术之一。它可被用来测量长度的范围，从小于1微米到几十米的距离。对于最高精度（接近1×10^-9）的测量来说，激光光源必须是稳频的，并且要通过与参考激光器比较进行校准，而测量应用的场合是在自由大气中，所以必须不断地校正该空气折射率条件下的辐射波长。在要求高测量精度的距离范围内进行测量，需要解决光学的细分问题。在这些应用中，有害的反射和偏振效应，由于它们引起条纹畸变，而成了主要局限，而且也限制了电信号的精度。

精心的光学设计，可以将有害反射的影响降低到可以接受的水平，而且下述的技术提供了一种对偏振影响不敏感，并能实现精确的条纹细分的干涉系统。

在根据本发明特定实施例的双光束干涉仪系统中，测量信号是由该干涉仪的两光学输出端产生的。作为双向计数和条纹细分所需要的这些信号间的约90°的相位差，是靠采用金属薄膜设计作为分束器涂层来产生的。这不同于更普遍的用全介质薄膜分束器和相位延迟片来控制光学输出信号的两正交偏振分量间相位差。所述的系统能够避免在采用了偏振技术的系统中所包括的所有组件的开支和调整工作。它对偏振的影响是不敏感的，并能够避免由于偏振损耗对外差长度测量干涉仪的影响，而引起的周期性误差问题。

最普遍采用的干涉测长系统，是建立在迈克尔逊的设计基础上的，并以光波长为单位测量位移。在这种应用中，通过用立方隅角后向反射器取代更为普遍的平面反射镜，所制作的干涉仪易于对准，且对反射单元的倾斜不敏感。它还具有使返回光束偏移并防止由于直接反射的辐射进入激光腔造成激光器工作不稳定的附加优点。此立方隅角反射器之一与干涉仪的分束器固定在一起，另一个则固定在被测量的工件上。

双向计数技术被用于对振动或逆动进行自动校正，以保证条纹计数能代表移动反射器的位移量。为获得最佳性能，双向计数需要两个与干涉仪中光程差有关的含恒定平均直流电平和正弦分量的信号，且它们之间有90°相位差。记数器的逻辑线路被设置成，每当两信号之一穿过其平均值便有一个响应。遗憾的是，此直流电平实际上是变化的。例如其值取决于光源的强度。通过电容耦合除去直流分量以使平均信号电平总为零不完全有效，这是由于如果固定在工件上的立方隅角后向反射器保持不动时，此正弦分量的频率可能非常低，甚至会为零的缘故。

通常的作法是，要么通过电子相减的方法从光电探测器的信号中除去平均信号电平的变化将平均信号电平保持在零值，而不必进行调制，要么对干涉仪的信号采取某种形式的调制。然而使用这些方法的仪器都要采用那种借助于相位延迟平板，在由正交的偏振分量得到的两信号之间，产生90°相位差的偏振技术。这样会对干涉仪系统中光学元件和辐射源的偏振方位角，造成对准工作方面的负担，并额外地增加总的开销。

我们发明的光学测量仪器，所产生的两个信号是随光程长度呈正弦变化的。通过使用半透明的金属膜的干涉仪分束器设计，可在两信号之间产生90°的相位差。这种设计具有明显的优点，完全去掉了对于该系统偏振方位对准的限制，并将干涉仪所需的光学元件减至平板分束器和两个后向反射器。电子对准和控制是由微处理器自动完成的，该处理器连续分析和修正这两个信号，以从该系统得到高水平的操作性能。

通常与带有计数器的测量仪器一起使用，特别是与所述干涉仪一起使用的电子控制系统，都能把计数速率变化时产生的特性变化考虑进去。

根据本发明一个方面提供的光学测量仪器，由包括分束器装置在内的干涉仪装置组成，该分束器装置有部分反射的金属膜，适于在透射分量和反射分量之间产生相位延迟。

根据本发明另一方面提供的光学测量仪器，装有包括转换装置的条纹计数装置，当计数速率下降到低于预定阈值时，能将上述条纹计数装置中的耦合从交流耦合转换到直流耦合。

现在将参照附图，通过实例对本发明作具体描述，其中：

图1表示带有楔形补偿板的迈克尔逊干涉仪示意图;

图2表示图1中干涉仪补偿板的制作;

图3表示根据本发明特定实例例的干涉原理图;

图4为表示图3实施例中光电探测器细部图;

图5a至8b以及图10a和10b为表示干涉条纹间相对相位的曲线图;

图9为分束器配置示意图;以及

图11与12为记数信号电子装置的方框图;

图13a和13b为表示相干气体干涉仪光学结构的剖面;

图14至16表示氦氖激光器的输出;

图17表示图3实施例的改型;

图18为图17实施例的改进;

图19为图18设备的改进;

图20表示图19实施例的使用;

图21为图20设备的细部。

为了在亚毫微米灵敏度条件下进行测量时，能获得精密长度测量，并促进该仪器用诸实践，可采用我们未决的申请No.9019648.8中描述过的类似于英国国家物理实验室使用的亚毫微米干涉仪那样的光学结构。这种现有技术的干涉仪，包括在其一个表面上带有部分反射涂层4的干涉分束器2。在该分束器2的第一个表面8上，入射的激光束6被分束为参考光束10和测量光束12。这两条分开的激光束分别射向反后向反射器14及16，并在它们的反射路程中在该分束器上进一步分束，以形成两个干涉图18及20。由轻微呈楔形块加工成的补偿板22，放在测量光束的光路中。

此补偿板的制作，表示在图2中。它包括先制作一个二倍于所需规格的轻微楔形分束器平板24，然后将其切成两块相等的部分26及28。这些分束器平板按这样的方式相互定向，即对图1中表示的透射光束中产生的偏离和位移进行补偿。在实际装置中，反射器30通过采用相邻的光电探测器34及36，常用来在远离干涉仪部件32处对两干涉图进行检验，如图3所示。此光电探测器包括透镜38和光电二极管40（图4）。

所采用的干涉分束器膜层设计，是三层的金属薄膜叠层，它包括在基片上的4nm厚度的铬涂层，以16nm为厚度涂覆的金薄膜，然后附加以5nm厚度的铬薄膜。这种涂层设计采用普通蒸发和监控工艺很容易就能制作，且使干涉仪产生出，对于平行和垂直的偏振分量来说，90°至多±10°的相位差。与光电二极管输出端相连的微处理机，能够对相位及幅度的变化进行自动校正，并使该系统采用的偏振态为任意。

对于单频双光束干涉测量来说，其基本公式为：

I＝a² ₁+a² ₂+2a₁a₂COS δ

式中I-光强;a-幅度;δ-由公式Ⅰ＝2π（P₁-P₂）/λ给出的光学相位差，其中P为光程，λ为波长。

该公式表示了叠加在平均光强水平a² ₁+a² ₂上的正负峰值4a₁a₂，随光程差呈正弦变化。大多数双向电子计数器，均要求两个随光程长度呈正弦变化的且彼此相差约90°相位差的电信号。

为了操作逻辑电路以进行计数和检测方向，应将这些信号通过施密特触发电路馈给计数器的输入端。就操作的可靠性，抗扰性和速度而言，当这些正弦信号呈对称性地配置在触发电平周围时，能够获得最佳操作性能，该触发电平一般设在信号平均强度水平。然而遗憾的是，该直流电平易发生变化。例如其值取决于光源的强度和光路的透射系数。处于不同条件下的来自干涉仪条纹计数器的信号表示在图6及图7中。图5a及6a表示最佳对比度，图5b及5c表示由于强度损失造成的对比度下降和急剧下降，而图6b及6c则表示由于干涉幅值分别减半和减至四分之一造成的对比度下降。

靠电容耦合，可使平均信号电平保持在零伏。然而该技术只能工作在正弦分量频率高于某一阈值时。我们已经发明的所述系统，采用的是连带有模拟电子线路的微处理机设备，当干涉仪中的光程长度发生改变时，能对平均直流电平进行自动连续调整，且一旦信号频率下降到可调节的阈值水平以下，便能将其维持在适当值。

假如平均的信号电平维持在固定值，那么由于干涉光束的幅值、波前和直径不匹配而造成的系统中的不完全相干和任何的光束不重合，将导致对比度的下降，并导致光程长度信号的幅值随平均直流电平下降，该直流电平靠条纹计数和细分（fractioncig）电子线路获得不变化的最佳性能。然而我们知道，“存储”所需直流电平的技术并不能对光源强度的改变进行补偿;而且若要通过分析干涉仪信号，来进行有毫微米灵敏度的精密光程长度测量，则必须谨慎。若周期性使用仪器进行测量，应对该系统本身重新校准并校正各种强度变化，在此时后向反射器是不动的。多模稳频氦氖激光器，其输出光强度变化一般都小于百分之二。此2%的光强变化在光程长度测量中将产生1.3nm的“最坏情况”误差。

理想的有90°相位差的可转换双向条纹记数信号，表示在图8a所示，通过对麦克尔逊干涉仪的两个干涉图进行检测而得到的信号，具有不同的平均强度水平和不同的对比度，而且其90°的相位差也是不精确的。对比度深度的差异是由于干涉光幅值的不同造成的，这受干涉仪分束器的光学特性的控制。前述的三层金-铬膜层设计，能在垂直和平行偏振分量的两干涉图之间造成90°±10°的相位差，并且具有如表1给出的反射率值。由强度值可以看出，这些干涉图的干涉幅值是不一样的，而且两干涉图的平均强度值也是不同的。

表1

偏振分量	反射率Rs    RA	透射率T
			P	25    30	30
S	30    52	16

分量PS

Rs26.3%9%

T29%2.6%

对比深度84%54%

RsT7.5%4.8%

TRA9%8.3%

对比深度91.%76%

Rs为基片/薄膜界面上的反射率;RA为基片/空气界面上的反射率。

除了将平均信号电平保持在每当光程长度信号下降到选定临界频率之下时所产生的数值之外，微处理器要对该时间点的信号进行分析。还应计算这些信号间的相位差，它们的平均直流电平以及交变光程长度信号的幅值，并将校正值加在这些信号上以便在用反正切函数获得精确的条纹细分之前得到“理想的信号”。

图8b中的劣质信号，在图10a中被表示为校正到有公共的直流电平，并在图10b中另外被校正为90°相位差。

由一般公式可以说明，如果这些信号的平均直流电平相等，以便由反正切函数得到精确的条纹细分，则需要将交变光程长度信号之一乘以两正弦光程长度信号的幅值之比（即图10表示为a₄× (a₃)/(a₄) ）。

“存储”此比值的方法，与相位校正值和直流电平校正一起，能使该系统保持在高水平的性能，既使在后向反射器不动时存在着由干涉仪产生的任何强度改变而导致的对比度间差异也不例外。

当干涉仪系统接通时，微处理机要求将长度信号变化一次，以对该系统进行初始校正和对准。这个方法能自动地校正干涉仪分束器光学性能的变化，该分束器的制造公差是被大大放宽了的，该方法还使光学元件上有否减反射涂层成为任意。

对于双向条纹计数式干涉仪系统来说，通常的做法是将“间隙”（back-lash）引入计数器输入端所用的施密特触发电路，以保证不会有记数信号上的随机噪声引起的假记数产生。微处理器对于条纹记数和条纹细分过程进行监控，并保证它们总是准确地同步，且使总体系统的性能不断地进行自动校验。由于光束之一昏暗造成的对比度完全丢失，将导致一个报警信号的显示。

所描述的这种测长干涉仪系统，能够把其操作所需的光学对准，降低到这种仪器的两个基本要求，即仪器光轴与测量台机械轴之间的平行性（余弦误差），以及该系统的测点与干涉仪的测量方向之间的一致性（阿贝误差）。

电子对准完全是受微处理器控制的，它不断地对两个干涉仪信号进行自动处理，以便在精密条纹计数和细分两个方面，从该仪器上得到高水平的运转性能。

此干涉仪能够有效地工作于两种状态。如果光程长度信号能以高的计数速率迅速改变，在调制解调式计数器中通常高达10MHz，则该系统能够有效地进行交流耦合。反之，当光程长度信号的频率低到足以被数字化和进行数学解析时，则微处理器要对相位和所需要的信号电平校正值进行校准，并在低于此临界频率下应用这些校正值，以便通过调整这些信号的电压使其优化。当后向反射器固定不动时，既便该频率下降至零，此技术也能取得精确的条纹细分。

除了测量结果之外，该处理器还被用来监控和记录这类信号状态的数据。

图11及12是方框图，分别表示了用于计数信号优化的总的示意性排布，和八位移位寄存器的增益和电压控制。

在图3和13表示的亚毫微米干涉仪和相于气体折射计中所采用的分束涂层，是三层的金属膜叠层，包括在基片上的4nm厚度的铬涂层，涂覆以16nm厚度的金薄膜，然后附加以5nm厚度的铬薄膜。这种涂层设计采用普通蒸发和监控工艺很容易就能制作，且能由于干涉仪产生出对于平行和垂直的偏振分量来说90°±10°以内相位差的两个信号。以下描述的电子系统，能够对残余的相位和幅值变化自动进行校正，并能使该系统采用的偏振态可以任选，且能达到精确的亚毫微米分辨率。

根据本发明特定实施例的气体折射计，采用的是图13中所示的雅满型分束器板131。在这种应用中，分束器的前表面133局部涂覆半透明的金属膜135和137，而其后表面139要么就是全反射涂层，要么如果要求有强度参考时乃是具有局部透射的反射器141和143。干涉光束的光路分别经过窗144及146穿过带有气体注入阀151及153和排出阀155及157的外气室145和内气室147。

图3和13表示的迈克尔逊和雅满型系统，还可以用来测量平面反射镜的位移。在这类应用中，有可能通过构造一个粘合型后向反射器使该系统对反射镜的倾斜不敏感。这可以通过采用一个立方偶角型后向反射器、偏振分束器和λ/4平板与平面反射镜结合来达到。包括在本组合中的偏振技术，在于改善此组合反射器的耦合效果而不影响90°相位差的调整。偏振元件的低劣对准只会造成对比度降低，而它可由电子系统自动校正。

对于所讨论的这种类型的双光束干涉仪来说，来自两光束电探测器的信号I₁及I₂，具有下列形式：

I₁＝（a² ₁+a² ₂）+2a₁a₂COS（2πL/λ）（1）

I₂＝（b² ₁+b² ₂）+2b₁b₂COS（2πL/λ+φ）（2）

其中a₁及a₂是到达探测器1的再组合光束的两个分量的幅值;b₁及b₂是探测器2上对应的幅值。每一信号均作为反射器相对任一起点所移动距离L的余弦函数变化。相位差φ是由分束器金属涂层的特性造成。

为了从这些信号中确定距离L的值，比较有利的作法是减掉常数项（a² ₁+a² ₂）和（b² ₁+b² ₂），它们主要取决于分束器的反射/透射特性，且与光源的强度成正比。假如放大这些信号的电子系统其增益被调整，以使信号幅值彼此相等（并归一化）（使a₁a₂＝b₁b₂）且使相位φ等于90°，则这些信号变为：

I₁＝COS（2πL/λ）;I₂＝SiN（2πL/λ） （3）

距离L就能用与双向计数系统相连的反正切函数模拟电路来确定，而该双向计数系统一直跟踪着所有强度周期（每个周期都对应一个完整λ/2的增量）。

在某些情况下，从带有固定电压（操作者可进行调整的）的每一信号中减去直流项，可能是令人满意的，然而这就要求对光源强度或光路透射率可能出现的任何变化重新进行调整。一般来说，可选用自动调节系统。

在本设计中，这种调整是在使程差比预定速率更快变化的每次移动中进行的。每当计数速率高于该速率时，此减掉的电压总是被单独以小的增量调整，以便将此平均的正弦波信号朝零伏驱动。当计数速率下降到低于预定速率时，这种调整便停止。该扣除电压的变化是借助于数模变换器中使用的那种梯形电阻网络以固定的时间间隔实现的。该位置被“存储”起来，并靠由时钟脉冲增大的加减数器进行改变。类似的设备被用来使这些信号的幅值归一化。在这种情况下，梯形电阻网络使幅值的反馈速率改变，以改变其增益。通过改变这些信号的相互混合，两信号间的相位差同样得到调整。

然而将会理解“存储”所需要的直流电压电平技术，在L的变化速率在该系统中下降到低于预定速率时，并不能对光源强度变化进行补偿;且当要求毫微米或更高灵敏度时，如果要获得精确的光程长度测量，必须谨慎。2%的光强变化会在光程长度测量中产生1.3nm的“最坏情况”误差。频率和光强均稳定的激光器，通常具有低于0.1%的短期功率输出变化和低于2%的不稳定多模激光。

在操作过程中，为了设定该系统的变量，在进行任何测量之前必须对机械系统进行“演练”。在此状态下，电子系统进行测试，以证明信号电平和对比度处在合格的水平，证明有合乎要求的光学对准。其后在测量过程中所需要的调整应是很小的，而且任何明显的偏离都要受到监控，以对局部光束模糊或其它光学故障进行检验，从而指示出不可靠的测量条件。

为了检查的目的，要通过监控带计算机系统的迈克尔逊干涉仪的两个输出端电压，对该系统的性能作出判断。对非常慢的运动来说，要使用数字电压表对许多不同的L值同时读出信号I₁和I₂[等式（1）和（2）]。然后通过最小二乘法近似来确定直流和交流电平以及相位项。这些测量表明，每一项的误差很容易保持在1%以下，相应的周期性误差则小于1nm。采用6mw未加稳定的偏振激光器和几厘米的光路，在实验室环境下该系统的分辨率接近0.1nm，这表明由该系统可以达到优越的性能。

对于最高精度来说，测长干涉仪使用的单模稳频激光器。然而通常并不需要使用最高性能的碘稳频标准激光器。这种激光器所具有的稳定度在1×10^-11，且对真空波长的绝对频率精度在1×10^-9。用塞曼稳频或者光强平衡式稳频氦氖激光器更加实际，其所具有的精度在1×10^-8和1×10^-7之间。另一方面，未稳频的多模激光器。也可以与光程差变化小于几厘米的许多应用中推荐的系统一起使用，能提供成本和可靠性方面的显著优点。例如图14中所示，6mw未稳频的偏振多模激光器的强度，在30分钟预热的时间之后，是特别稳定的。图15及16则表示这种激光器的两个样品的模强度。功率变化的多普勒增宽包络线，与同时存在的三个模的相对功率和频率的抽点打印一起被表示出来。这三个模之间保持一定的相互间隔，但当激光器的包络线所示的功率每扩展λ/2时，跨越频率轴漂过一个模的间隔。这种激光器的“有效”频率是三个模的加权平均，其中这些曲线图的计算是对包络线下所有模位置以小于1×10^-7的单元逐段进行的。

非偏振的激光器未被推荐，这是因为虽然分束器的相移对偏振面并不敏感，但非偏振激光有可能迅速地改变其有效偏振态（例如随温度改变），以致电子补偿所用的“存储”不能适当。

此电子系统对于干涉仪的两个信号连续进行自动处理，以便由该仪器获得精确条纹记数和细分两方面的优良操作性能。

此系统能以三种方式进行有效的操作。假如光程长度信号以很高的计数速率迅速变化，在现代计数器中通常高达10MHz，则系统是相位校正和交流耦合的。在低频情况下，相位和信号电平都要校正，以使双向条纹计数信号优化。最后，当信号的频率下降到低于一定阈值时，信号电平的校正值被存储并保留它们各自的值。当后向反射器固定不动时，即使频率下降至零，此技术也能容许条纹细分。

图17表示图3中实施例的改型，其中平面反射镜171用来测量ZZ′方向上的位移。为使该反射镜与倾斜无关，插入偏振分束器173和1/4波片175。

通过两次经过此反射镜，可使灵敏度提高。

空气折射计实际就是一台与后向反射器共光路的雅满干涉仪。图18表示安装在图13实施例中后向反射器16位置上的双面反射镜转接器181，以构成膨胀计/差分平面反射镜式干涉仪。

图19中的设备是图18实施例的改进，在该设备中，双面反射镜181被分成191和193，其中每一反射镜191和193都有对应的后向反射器195和197。

图19所示设备的实际应用，是和探测载体，如隧道显微镜，一起使用的二维位置测量装置。

激光束201由分束器203分成两个分量光束205和207，两分光束被用来进行X和Y测量。第一个分光束205，借助第一个雅满分束器209以及后向反射器211，偏振分束器213和1/4波片215的组合，分别到达到探测载体221和基底载物台223上的反射镜217和219。反射回来的光束的测量是借助于干涉图光电探测器225和参考光光强光电探测器227进行的。垂直方向上的测量，是由第二分光束207通过反射器229和231反射至第二雅满型分束器233以及后向反射器235，偏振分束器237和1/4波片的组合，分别到达探测载体和基底载物台上的反射镜241和243进行的。反射回来光束的测量，是借助于干涉图光电探测器245和参考光光强光电探测器247进行的。

图21为设备的立体图，表示出探测夹持器249，其上带有由Zerodur或其它低膨胀性材料制作的反射镜支架251和253。

这种系统在50mm的范围内，存在着由大气造成的每25mm约1nm的噪声。这就意味着在50mm范围内采用未稳频的激光器（如二极管激光器）是可行的。

尽管所描述的这些实施例采用的是金和铬的薄膜作为90°相位差涂层，然而采用其它金属薄膜例如铝来获得所需要的相位延迟也是可行的。

Claims (21)

1、一种光学测量仪器，由包括分束器装置在内的干涉仪装置组成，该分束器装置带有部分反射的金属膜，适于在光束的透射分量和反射分量之间产生相位差。

2、根据权利要求1的光学测量仪器，其中所述的金属膜，适于产生基本上为90°的相位差。

3、根据权利要求2的光学测量仪器，其中所述的金属膜为三层叠层，包括4nm厚度的铬层，外覆以16nm厚度的金膜，随后再是5nm厚度的铬膜层。

4、根据权利要求2的光学测量仪器，其中所述的金属膜包括铝层。

5、根据权利要求1的光学测量仪器，包括能使干涉图在远处进行检测的反射器装置30。

6、根据权利要求5的光学测量仪器，由包括雅满型分束器部件131在内的气体折射计组成，该分束器部件带有的前表面133，是局部涂覆有半透明的金属膜135和137的。

7、根据权利要求6的光学测量仪器，所带有的后表面139，具有全反射涂层。

8、根据权利要求6的光学测量仪器，所带有的后表面139，具有局部反射涂层。

9、根据权利要求1的光学测量仪器，包括偏振的激光器辐射源。

10、根据权利要求9的光学测量仪器，包括塞曼稳频的激光光源。

11、根据权利要求9的光学测量仪器，包括光强平衡式稳频氦氖激光器光源。

12、根据权利要求9的光学测量仪器，包括未稳频的多模激光光源。

13、根据权利要求1的光学测量仪器，包括与后向反射器装置一起的可移动平面反射镜171;偏振分束器装置173和相位延迟平板装置175能够降低对上述可移动平面反射镜倾斜的敏感性。

14、根据权利要求13的光学测量仪器，包括双平面反射镜装置181。

15、根据权利要求14的光学测量仪器，其中所述的双平面反射镜装置181被分开成两部分，它的每一部分191和193都有对应的后向反射器195和197。

16、一种二维位置测量装置，包括激光束源装置201、能将上述激光束分成两个分光束205和207的分束器装置203、第一个雅满型分束器装置209、分别装在载体装置221和参照装置223上面的第一及第二块反射镜装置217和219，以及探测光学条纹用的光电测量装置225。

17、一种装有包括转换装置的双向条纹计数装置的光学测量仪器，当计数速率下降到低于预定阈值时，该转换装置能将上述条纹计数装置中的耦合从交流耦合转换到直流耦合。

18、根据权利要求17的光学测量仪器，包括存储装置，每当条纹计数信号下降到低于预定临界频率时，便存储该时刻所产生的信号电平，微处理器则对该时间点的信号进行分析。

19、根据权利要求17的光学测量仪器，其中的操作逻辑电路进行计数和方向探测，并将这些信号经过施密特触发电路馈入计数器的输入端。

20、根据权利要求19的光学测量仪器，其中正弦信号对称性设置在触发电平周围，而触发电平通常设置在该信号的平均强度水平。

21、根据权利要求17的光学测量仪器，进一步包括用来确定两条纹计数信号间相位差，它们的平均直流电平以及交流光程长度信号幅值的电路装置，在使用反正切函数之前将校正值施加在这些信号上，以获得精确的条纹细分。

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