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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Interferometer und eine
Positionsmessvorrichtung zum kontaktfreien Erfassen einer Positionsänderung
eines Gegenstandes. Insbesondere ist die Erfindung für ein Mikro-Interferometer
geeignet, das eine Auflösung
und Genauigkeit in der Submikrometergrößenordnung unter Anwendung
eines Lichtinterferenzphänomens
erzielt. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Werkzeugmaschine
oder Montagevorrichtung, die das erfindungsgemäße Interferometer verwenden
und ein Verfahren zum Messen der Position eines bewegbaren Gegenstandes.
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Ein
Interferometer, das einen Laser anwendet, wird weitgehend als eine
Längenmessvorrichtung
mit hoher Genauigkeit genutzt. Im Allgemeinen erfordert eine derartige
Vorrichtung eine absolute Genauigkeit und verwendet einen Gaslaser
mit stabiler Wellenlänge.
Des Weiteren gibt es seit kurzem Interferometer, die einen Halbleiterlaser
verwenden und die durch Kompaktheit und Einfachheit gekennzeichnet
sind.
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1 zeigt eine schematische
Darstellung eines herkömmlichen
Interferometers, das einen Halbleiterlaser als eine Lichtquelle
verwendet. In 1 wird
ein von einem Halbleiterlaser 1a ausgegebener Laserlichtstrom 20 in
paralleles Licht durch eine Kollimatorlinse 2a umgewandelt,
um in einen Polarisationsstrahlteiler 4 einzutreten, der den
Laserlichtstrom in einen Messlichtstrom 20a und einen Referenzlichtstrom 20b teilt.
Der Messlichtstrom 20a wird durch eine λ/4-Platte 5b übertragen
und wird zu einem gebündelten
Lichtstrom durch eine Kondensorlinse 6 so umgewandelt,
dass er an einer Reflexionsfläche 7 eines
zu messenden Gegenstandes 7a gebündelt wird. Außerdem wird
der durch den Polarisationsstrahlteiler 4 reflektierte
Lichtstrom als Referenzlichtstrom 20b durch eine λ/4-Platte 5a übertragen
und wird durch eine Referenzfläche
eines Reflexionsspiegels 8 reflektiert. Die Lichtströme, die
von dem zu messenden Gegenstand 7a beziehungsweise dem
Reflexionsspiegel 8 reflektiert werden, werden erneut durch
die λ/4-Platten 5a und 5b übertragen,
und der Referenzlichtstrom 20b wird durch den Polarisationsstrahlteiler 4 übertragen,
während
der Messlichtstrom 20a reflektiert wird, so dass ein Multiplex-Lichtstrom 21 gebildet
wird, in eine λ/4-Platte 5c eintritt.
Da lediglich Polarisationsinformation des zurückkehrenden Messlichtstromes 20a in
dem Multiplex-Lichtstrom 21 moduliert ist, wird der Lichtstrom, der
durch die λ/4-Platte 5c übertragen
wird, zu linear polarisiertem Licht, das sich dreht. Danach tritt
der Lichtstrom in einen nicht-polarisierenden Strahlteiler 10 ein,
um in zwei Lichtströme 24a und 24b geteilt
zu werden. Danach werden diese Lichtströme durch Polarisationsplatten 11a und 11b übertragen,
deren optische Achsen jeweils um 45° zueinander geneigt sind, so
dass Sinuswellensignale, deren Phasen um 90° voneinander verschieden sind
(nachstehend werden diese als Signal mit der Phase A und Signal mit
der Phase B bezeichnet), wie dies in 2 gezeigt
ist, an Sensoren 12a und 12b erzeugt werden. Da
die Polarisationsrichtung des Messlichtstromes 20a sich
aufgrund der Verlagerung des zu messenden Gegenstandes 7a in
der Richtung der optischen Achse La dreht, können Sinuswellensignale bei
den Sensoren 12a und 12b erhalten werden, deren
Periode einer Verlagerung oder Verschiebung des zu messenden Gegenstandes 7a um λ/2 entspricht.
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Das
in 1 gezeigte Interferometer
ist zum Messen einer drehenden Welle oder dergleichen geeignet,
die beispielsweise durch mechanisches Bearbeiten hergestellt ist.
Wenn ein Laserstrahl auf einen Streuabschnitt der Reflexionsfläche 7 an
dem zu messenden Gegenstand 7a gerichtet wird, wird in dem
reflektierten Lichtstrom ein Fleckenmuster erzeugt, das die Koexistenz
von Licht mit verschiedenen Phasen verursacht ist. Das Fleckenmuster
ist ein Kornmuster oder Granularmuster. Wenn das Fleckenmuster mit
dem Referenzlichtstrom zur Interferenz gebracht wird, werden die
Interferenzlichtsignale an einem Sensor so gemittelt, dass sie in
einem so genannten Ausfallzustand (ein Signalausfall tritt auf) sind,
da die Interferenzsignale der Flecken zufällige Phasen haben. Aus den
Sinuswellensignalen der Phase A und der Phase B von den Sensoren 12a und 12b wird
die Verlagerung des zu messenden Gegenstandes 7a berechnet
gemäß gezählten Werten,
die durch Zählen
des Signals der Phase A und des Signals der Phase B mittels eines
Zählers
erhalten werden, und gemäß der Phaseninformation
der Phasen A und B. Da während
eines Signalausfalls der Zählerwert,
der zum Berechnen der Verlagerungsinformation erforderlich ist,
nicht auf den neuesten Stand gebracht wird, wird die berechnete
Verlagerung fehlerhaft, wenn der zu messende Gegenstand 7a zum Zeitpunkt
des Wiederauftretens des Signals nicht weniger als ein Zählbetriebsabstand
versetzt wird. Wenn der zu messende Gegenstand ein sich drehender
Gegenstand ist, tritt ein Signalausfall an einem Streuabschnitt
regelmäßig auf,
und da eine Bewegung der Welle hauptsächlich eine Achsenverlagerung
ist, die mit der Drehung synchron ist, zeigt die Welle ungefähr gleiches
Verhalten zum Zeitpunkt des Signalausfalls. Daher wird der Fehler
zum Zeitpunkt eines Signalausfalls bei jeder Umdrehung angehäuft und
Verlagerung tritt unendlich auf. Wie es vorstehend gezeigt ist,
tritt bei der Messung eines sich drehenden Gegenstandes das Problem
auf, dass ein Fehler unendlich angehäuft wird.
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Ein
Interferometer mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch
1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch
12 sind bekannt durch die Druckschrift
US 5 349 440 A . Dieses bekannte
Interferometer weist ein optisches Wellenlängenwählsystem in Form eines Beugungsgitters
auf, das aus dem von dem optischen Multiplexiersystem in Form eines
Polarisationsstrahlteilers ausgehenden Multiplex-Lichtstrom zwei
Lichtströme
auswählt,
die voneinander verschiedene Wellenlängen haben. Jeder der beiden ausgewählten Lichtströme wird
auf einen jeweiligen Sensor gerichtet und erzeugt an diesem ein
Ausgangssignal. Durch die Auswahl von zwei Lichtströmen mit
voneinander verschiedenen Wellenlängen aus dem Multiplex-Lichtstrom
und die jeweils voneinander getrennte Erfassung der beiden Lichtströme mit voneinander
verschiedenen Wellenlängen
kann eine gegebenenfalls vorhandene Verlagerung der Oberfläche des
gemessenen Gegenstandes mit größerer Genauigkeit
gemessen werden, als wenn der Multiplex-Lichtstrom unmittelbar detektiert
würde.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Interferometer
der gattungsgemäßen Art
und ein verbessertes Verfahren der gattungsgemäßen Art zu schaffen. Insbesondere
soll das zu schaffende Interferometer derart sein, dass das Auftreten
eines Fehlers aufgrund eines Signalausfalls verhindert werden kann
und die Multiplexierinformationen von einem zu messenden Gegenstand
genau erfasst werden können.
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Die
genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Interferometer
gemäß Patentanspruch
1 und das Verfahren gemäß Patentanspruch
12.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Nachstehend
wird die vorliegende Erfindung auf der Grundlage von in den Zeichnungen
gezeigten Ausführungsbeispielen
detailliert erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines herkömmlichen Interferometers;
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2 eine
erläuternde
Darstellung eines Ausgabesignals, das bei dem herkömmlichen
Interferometer erhalten wird;
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3 eine
schematische Darstellung eines Hauptabschnittes gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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4 eine
schematische Darstellung eines Ausgabesignals, das bei dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung erhalten wird;
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5 eine
erläuternde
Darstellung eines Wellenlängenspektrums
eines Mehrmodenhalbleiterlasers, der bei dem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
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6 eine
erläuternde
Darstellung der Übertragungseigenschaften
von Bandpassfiltern, die bei dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
angewendet werden;
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7 eine
schematische Darstellung eines Hauptabschnittes gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; und
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8 eine
schematische Darstellung eines Hauptabschnittes gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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3 zeigt
eine schematische Darstellung eines Hauptabschnittes eines Interferometers
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung, bei dem ein Mehrmodenhalbleiterlaser verwendet wird.
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Das
Interferometer gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
verwendet einen Mehrmodenhalbleiterlaser als Lichtquelle und teilt
einen Lichtstrom von dem Laser in zwei Lichtströme in einem Lichtübertragungselement.
Der eine Lichtstrom wird durch eine Referenzfläche eines an einem optischen
Kopf befestigten Reflexionsspiegels reflektiert und der andere Lichtstrom
wird auf einen zu messenden Gegenstand gerichtet, der sich bewegt
oder der verlagert wird, und von diesem reflektiert. In dem Übertragungselement
werden der Messlichtstrom und der Referenzlichtstrom multiplexiert,
und ein Interferenzsignal wird von dem Multiplex-Lichtstrom erhalten. Lichtströme von zwei
Bereichen innerhalb des Wellenlängenspektrums
des Mehrmodenhalbleiterlasers werden so extrahiert, dass zwei Interferenzsignale erhalten
werden.
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Gemäß 3 wird
ein Laserstrahl, der von einem Mehrmodenhalbleiterlaser (Lichtquelle) 1a mit der
Mittenwellenlänge λ ausgegeben
wird, zu einem parallelen Laserlichtstrom 20a durch eine
Kollimatorlinse 2a umgewandelt. Der parallele Laserlichtstrom 20a wird
in eine Teilwelle P und in eine Teilwelle S durch einen Polarisationsstrahlteiler
(erstes Lichtstromteilersystem) 3b getrennt. Der durch
den Polarisationsstrahlteiler 3b reflektierte Lichtstrom
wird zu einem Referenzlichtstrom 21 und wird durch eine λ/4-Platte 5a übertragen,
um durch einen Reflexionsspiegel 4 reflektiert zu werden.
Andererseits wird der Lichtstrom, der durch den Polarisationsstrahlteiler 3b durchgelassen
worden ist, als Messlichtstrom 22 durch eine λ/4-Platte 5b geleitet,
mittels einer Kondensorlinse 6 gebündelt und auf den zu messenden Gegenstand 7a gerichtet.
Dabei wird der Messlichtstrom 22 auf einer Reflexionsfläche 7 des
zu messenden Gegenstandes 7a fokussiert. Nachdem der Messlichtstrom 22 durch
die reflektierende Fläche 7 reflektiert
worden ist, gelangt er erneut zu dem Polarisationsstrahlteiler 3b,
der den Messlichtstrom 22 reflektiert. Andererseits gelangt
der reflektierte Referenzlichtstrom 21 auf dem ursprünglichen
optischen Weg zurück
zu dem Polarisationsstrahlteiler 3b, von dem er durchgelassen
wird, so dass er mit dem Messlichtstrom 22 multiplexiert
wird und ein Multiplex-Lichtstrom 23 erzeugt wird. Dabei
hat der Polarisationsstrahlleiter 3b die Funktion eines
Multiplexiersystems. Danach tritt der Multiplex-Lichtstrom 23 in einen
nicht-polarisierenden Strahlteiler (zweites Lichtstromteilersystem) 8 ein
und sein reflektiertes Licht wird zu einem Lichtstrom 24 und
sein durchgelassenes Licht wird zu einem Lichtstrom 25.
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Wenn
die Brechkraft der Kondensorlinse 6 so eingestellt ist,
dass die optische Weglänge
bis zu dem Fokussierpunkt 7b des Lichtstromes 22 an
der Reflexionsfläche 7 gleich
der optischen Weglänge
bis zu der Referenzfläche 4a ist,
von der der Referenzlichtstrom 21 reflektiert wird, zeigt
das Interferometer, das den Mehrmodenhalbleiterlaser 1a verwendet, maximale
Wirkung. Das heißt,
wenn eine Wellenfront betrachtet wird, werden reflektiertes Licht
von der Reflexionsfläche 7 des
zu messenden Gegenstandes 7a und von der Referenzfläche 4a zurückkehrendes Referenzlicht
als paralleles Licht multiplexiert.
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Der
Lichtstrom 24 wird durch ein als Bandpassfilter ausgebildetes
Filter 13a übertragen,
um Licht mit einer Wellenlänge λ1 zu übertragen,
und das übertragene
Licht enthält
lediglich Information im Hinblick auf die Wellenlänge λ1. Hierbei
kann statt des Bandpassfilters ein Interferenzfilter verwendet werden.
Der Lichtstrom mit der Wellenlänge λ1 wird durch
eine λ/4-Platte
so übertragen,
dass er zu linear polarisiertem Licht wird, und die Polarisationsrichtung
der Polarisationsinformation dreht sich in Abhängigkeit von der Verlagerung
des zu messenden Gegenstandes 7a. Der Lichtstrom 24 aus
dem sich drehenden linear polarisierten Licht wird durch einen nicht-polarisierenden Strahlteiler 10a geteilt,
und das dabei durchgelassene Licht wird durch eine Polarisationsplatte 11a geleitet
und das dabei reflektierte Licht wird durch eine Polarisationsplatte 11b geleitet, so
dass sie zu Hell-Dunkel-Signalen
werden und diese Signale von fotoelektrischen Sensoren 12a beziehungsweise 12b in
elektrische Signale umgewandelt werden. Die elektrischen Signale,
die durch die fotoelektrischen Sensoren 12 und 12b geliefert
werden, sind elektrische Sinuswellensignale mit einer Periode je
Bewegung des zu messenden Gegenstandes 7a um λ1/2. Die
Polarisationsplatten 11a und 11b sind so angeordnet,
dass ihre Polarisationsachsen um 45° geneigt sind, und die Sinuswellensignale
von den fotoelektrischen Sensoren 12a und 12b werden
zu Signalen, deren Phasen um 90° voneinander
verschieden sind, wie dies in 4 gezeigt
ist (hierbei sind dies die Phase A und die Phase B). Bei dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
wird eine Verlagerung (einschließlich einer variablen Vergrößerung) der
Reflexionsfläche 7 in
Richtung der optischen Achse La aus den Signalen der Phase A und
der Phase B erhalten, die zum jeweiligen Zeitpunkt erhalten werden.
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Darüber hinaus
wird der Lichtstrom 25, der von dem nicht-polarisierenden Strahlteiler 8 durchgelassen
wird, durch ein als Bandpassfilter ausgebildetes Filter 13b übertragen,
um Licht mit einer Wellenlänge λ2 zu übertragen,
und das übertragene
Licht enthält
lediglich Information im Hinblick auf die Wellenlänge λ2. Danach
wird das Licht durch eine λ/4-Platte 9b übertragen
und wird durch einen nicht-polarisierenden
Strahlteiler 10b in zwei Lichtströme geteilt. Der eine dieser
Lichtströme
wird durch eine Polarisationsplatte 11c übertragen,
und der andere dieser Lichtströme
wird durch eine Polarisationsplatte 11d übertragen,
und diese Lichtströme
gelangen jeweils auf fotoelektrische Sensoren 12c und 12d.
Deren elektrische Signale sind elektrische Sinuswellensignale mit
einer Periode je Bewegung des zu erfassenden Gegenstandes 7a in
Richtung der optischen Achse La um λ2/2. Da die Polarisationsplatten 11c und 11d so
angeordnet sind, dass ihre Polarisationsachsen um 45° geneigt
sind, werden die elektrischen Signale zu Sinuswellensignalen, deren Phase
A1 und deren Phase A2 um 90° voneinander verschieden
sind, wie dies in 4 gezeigt ist. Die nicht-polarisierenden
Strahlteiler 10a und 10b und die Polarisationsplatten 11a, 11b, 11c und 11d sind Elemente
des Interferometers, und der Strahlteiler 8 sowie die optischen
Filter 13a und 13b bilden dessen Wellenlängenwählsystem.
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Nachstehend
werden anhand von 5 die zu extrahierenden Wellenlängen λ1 und λ2 erläutert.
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Da
die Lichtquelle ein Mehrmodenhalbleiterlaser 1a ist, hat
das Wellenlängenspektrum
eine Breite von ungefähr
3 nm und besteht es aus einem Aggregat dünner Spektrallinien mit einer
Wellenlänge λ als deren
Mittenwellenlänge,
wie dies in 5 gezeigt ist. Aus dem Lichtstrom,
der durch den nicht-polarisierenden Strahlteiler 8 geteilt
wird, extrahieren die Bandpassfilter 13a und 13b die
Lichtströme
mit einer Wellenlänge
von λ1 beziehungsweise λ2, wobei die
Bandpassfilter 13a und 13b so aufgebaut sind, dass
sie Wellenlängen
in den Bereichen λ11
und λ22 durchlassen,
wie dies in 6 gezeigt ist. Die durchgelassenen
Laserstrahlen erzeugen die Interferenzsignale.
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Das
Interferometer des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist so ausgebildet,
dass die Phasen der Sinuswellensignale von zwei extrahierten Wellenlängen nicht
zueinander gleich sind im Kohärenzlängenbereich
des Mehrmodenhalbleiterlasers. Das heißt, wenn die Bedingung λ1 × {λ1 ÷ (λ1 – λ2)}/2 = L
erfüllt
ist, wobei L die Kohärenzlänge des
Mehrmodenhalbleiterlasers bezeichnet, kann ein Absolutwert gemessen
werden, da die Sinuswellenphasen, die von zwei Lichtströmen mit
den Wellenlängen λ1 und λ2 in dem
Messbereich des Laserinterferometers erhalten werden, nicht gleich
werden. Genauer gesagt, wenn die Kohärenzlänge des Mehrmodenhalbleiterlasers 1a 200 μm beträgt, werden,
wenn die Mittenwellenlänge
des Mehrmoduslasers 1a λ 650
nm, λ1 =
649 nm und λ2
= 651 nm sind, die Phasen in dem Bereich der Kohärenzlänge von 200 μm nicht gleich.
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Außerdem können die
von den Lichtströmen mit
den Wellenlängen λ1 und λ2 erhaltene
Interferenzsignale stets bei der gleichen Höhe gehalten werden, wenn die
Temperatur der Lichtquelle 1a durch eine Temperatureinstelleinrichtung
wie beispielsweise ein Peltierelement eingestellt wird. Des Weiteren
können
die Signalhöhen
der fotoelektrischen Sensoren 11a, 11b, 11c und 11d überwacht werden,
und kann das Peltierelement per Rückkopplung so gesteuert werden,
dass die von den Bandpassfiltern 13a und 13b durchgelassene Lichtmengen
zueinander gleich werden. Dadurch kann erreicht werden, dass die
Interferenzsignale von den Lichtströmen mit den Wellenlängen λ1 und λ2 die gleiche
Höhe haben.
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Die
Anzahl an Wellenlängenbereichen,
die durch das Wellenlängenwählsystem
aus dem Wellenlängenspektrum
des Mehrmodenhalbleiterlaser 1a extrahiert werden, kann
zwei oder mehr betragen, und ein Interferenzsignal kann unter Verwendung von
Multiplex-Lichtströmen
von jeweiligen Wellenlängenbereichen
erhalten werden.
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7 zeigt
eine Darstellung eines schematischen Aufbaus eines Interferometers
(Positionsmessvorrichtung) gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung, bei dem Halbleiterlaser verwendet werden. Hierbei
sind in 7 solche Teile, die zu denen
in 3 ähnlich
sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Nachdem
ein Laserlichtstrom 20b, der von einem Halbleiterlaser 1a zum
Erzeugen eines Laserstrahls mit einer Wellenlänge λ1 ausgegeben worden ist, in
einen parallelen Lichtstrom durch eine Kollimatorlinse 2a umgewandelt
worden ist, wird der Lichtstrom von einem Polarisationsstrahlteiler 3a durchgelassen.
Außerdem
ist ein Halbleiterlaser 1b zum Erzeugen eines Laserstrahls
mit einer Wellenlänge λ2 so vorgesehen,
dass seine Polarisationsrichtung vertikal zu der des Halbleiterlasers 1a ist.
Nachdem der von dem Halbleiterlaser 1b ausgegebene Laserlichtstrom 20c zu
einem parallelen Lichtstrom durch eine Kollimatorlinse 2b umgewandelt
worden ist, wird der Lichtstrom von dem Polarisationsstrahlteiler 3a reflektiert.
Der Lichtstrom, der von dem Polarisationsstrahlteiler 3a durchgelassen
worden ist, und der Lichtstrom, der durch den Polarisationsstrahlteiler 3a reflektiert
worden ist, werden so multiplexiert, dass sie zu einem Laserlichtstrom 20a werden,
bei dem die Lichtströme
mit den Wellenlängen λ1 und λ2 koexistieren.
Danach wird der Laserlichtstrom 20a in eine Teilwelle P
und eine Teilwelle S durch den Polarisationsstrahlteiler 3b getrennt.
Da die folgenden Vorgänge
die gleichen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel sind, wird deren
Erläuterung
weggelassen.
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Beispielsweise
im Fall einer Welle mit einem Durchmesser 4 mm, die sich mit einer
Achsverlagerung von 20 μm
dreht und im Hinblick auf einen Schnitt oder einen Oberflächenfehler
mit einer Breite von 0,5 mm gemessen wird, wird ein Signal auf einem
Abschnitt von ungefähr
1/25 des Außenumfangs ausfallen,
wenn der Signalausfall aufgrund eines Schnitts mit einer Breite
von 0,5 mm auftritt. Das heißt,
dass die Reflexionsfläche
(vordere Fläche)
der Welle möglicherweise
um ungefähr ± 2 μm während des
Ausfalls verlagert wird. In diesem Fall werden die zwei Wellenlängen λ1 und λ2 so eingestellt,
dass die Phasen von zwei Sinuswellensignalen, die aus den zwei Lichtströmen mit
den Wellenlängen λ1 und λ2 erhalten
werden, nicht miteinander in einem Messbereich von 4 μm übereinstimmen.
Demzufolge kann, selbst wenn ein Ausfall auftritt, die Messung der
Position der Reflexionsfläche
der Welle erneut mit einem korrekten Wert nach dem Ende des Signalausfalls
gestartet werden.
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Genauer
gesagt kann, wenn λ1
und λ2 so eingestellt
sind, dass sie die folgende Gleichung (1) erfüllen und demzufolge die Phasen
von zwei Sinuswellensignalen, die von Lichtströmen mit den Wellenlängen λ1 und λ2 erhalten
werden, nicht miteinander in dem Messbereich mit einer Breite von
4 μm übereinstimmen,
eine Oberflächenposition
einer drehenden Welle oder eine Achsverschiebung genau gemessen
werden. λ1 × {λ1 ÷ (λ2 – λ1)}/2 ≥ 4 μm (1)
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Beispielsweise
wenn die Wellenlängen λ1 und λ2 der Laserstrahlen,
die von den beiden Halbleiterlasern 1a und 1b erzeugt
werden, 650 nm beziehungsweise 680 nm betragen, werden Sinuswellensignale,
bei denen die Periode 650/2 = 325 nm beträgt, von den Sensoren 12a und 12b ausgegeben, und
Sinuswellensignale, bei denen die Periode 680/2 = 340 nm beträgt, von
den Sensoren 12c und 12d ausgegeben. „Phase
A„ und „Phase
B„ in 4 zeigen
Beispiele der Ausgabesignalwellenformen der Sensoren 12a und 12b,
und „Phase
A1„ und „Phase B1„ in 4 zeigen
Beispiele der Ausgabesignalwellenformen der Sensoren 12c und 12d.
Da die Phasen der Ausgabesinuswellensignale von den Sensoren 12a und 12b und
der Ausgabesinuswellensignale von den Sensoren 12c und 12d zuvor
ungefähr ± 6 μm miteinander übereinstimmen,
kann selbst dann, wenn eine Welle mit einem Durchmesser von 4 mm sich
mit einer Achsverlagerung von 20 μm
dreht und einen Schnitt mit einer Breite von 0,5 mm hat, ihre Oberflächenposition
gemessen werden, wenn Gleichung (1) erfüllt ist.
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Das
vorstehend erwähnte
Wellenmessbeispiel ist ein Extrembeispiel, und bei einer normalen Messung
einer Achsverlagerung ist der Wellendurchmesser größer als
4 mm und ist ein an der Welle vorhandener Schnitt schmaler als 0,5
mm. Daher kann das vorstehend erwähnte Einstellbeispiel für die Wellenlängen die
Messung einer drehenden Welle in annähernd sämtlichen Aspekten ermöglichen.
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Wenn,
wie dies vorstehend erwähnt
ist, die zwei Wellenlängen λ1 und λ2 so eingestellt
sind, dass die Phasen der beiden periodischen Sinuswellensignale,
die von den beiden Lichtströmen
mit den Wellenlängen λ1 und λ2 bei dem
vorbestimmten Messbereich erhalten werden, nicht miteinander übereinstimmen,
tritt ein Ausfall an den gleichen Orten der beiden Sinuswellensignale
nicht auf. Aus diesem Grund kann eine Oberflächenposition einer Welle genau
gemessen werden.
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8 zeigt
einen schematischen Aufbau eines kleinen Interferometers gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung, das einen Halbleiterlaser verwendet. In dieser Zeichnung
sind diejenigen Teile, die zu denen in 3 ähnlich sind,
mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Der
Laserlichtstrom 20a, der von dem Mehrmodenhalbleiterlaser 1a mit
der Mittenwellenlänge λ ausgegeben
wird, wird zu einem gebündelten
Lichtstrom durch die Linse 2a und wird zu einer Mehrmodenfaser 30 geführt und
tritt durch diese hindurch, um so in die Linse 2b einzutreten.
Durch die Verwendung der Mehrmodenfaser 30 kann das Wellenlängenspektrum
des Mehrmodenhalbleiterlasers gemäß 5 in ein
gleichmäßiges Spektrum
mit Gaußverteilung
umgewandelt werden. Als ein Ergebnis kann ein Lichtstrom mit Eigenschaften,
die denjenigen eines Einmodenlasers ähnlich sind, erhalten werden.
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Da
die restlichen Vorgänge
die gleichen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel sind, unterbleibt deren
Erläuterung.
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Außerdem kann,
selbst wenn eine SLED (Superlumineszenzdiode) als Lichtquelle verwendet wird,
der gleiche Effekt erzielt werden.
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Außerdem kann,
selbst wenn ein Interferenzfilmfilter, das ein Fasergitter nutzt,
als Filter verwendet wird, der gleiche Effekt erzielt werden.