DE19506954C2

DE19506954C2 - Optischer Wellenlängenmesser

Info

Publication number: DE19506954C2
Application number: DE19506954A
Authority: DE
Inventors: Shinya Nagashima
Original assignee: Ando Electric Co Ltd
Current assignee: Ando Electric Co Ltd
Priority date: 1994-02-28
Filing date: 1995-02-28
Publication date: 1997-09-18
Anticipated expiration: 2015-03-01
Also published as: JPH07239272A; FR2716716B1; DE19506954A1; FR2716716A1; US5486918A

Description

Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Wellenlängenmesser, insbesondere einen optischen Wellenlängenmesser, der die Wellenlänge des zu messenden Lichtes unter Verwendung eines Interferometers mißt.

Stand der Technik

US 5 270 790 beschreibt ein Michelson-Interferometer mit einem bewegbaren und einem festen Reflektorteil. Der bewegbare Reflek torteil ist mittels eines Motors in bezug auf einen Teilerwürfel verschiebbar. Ein Fotodetektor erhält vom Teilerwürfel das Interferenzlicht des bewegbaren und festen Reflektorteils und wandelt das Interferenzlicht in ein erstes elektrisches Signal um. Das erste elektrische Signal ist ein Zwei-Phasen-Signal, dessen Phasenverschiebung die Bewegungsrichtung des bewegbaren Reflektorteils anzeigt. Ein zweites elektrisches Signal zeigt die Verschiebung des bewegbaren Reflektorteils an. Ein Servomo tor, der zur Verschiebung des bewegbaren Reflektorteils ausge bildet ist, wird wahlweise vom ersten oder zweiten elektrischen Signal gesteuert.

EP 0 281 906 A2 beschreibt ein Interferometer zur Messung von optischen Phasendifferenzen. Zum Erzeugen von mehreren Inter ferogrammen wird eine Lichtwelle verwendet, die über einen Tei lerwürfel auf eine Anordnung von reflektierenden und halbreflek tierenden Linsen aufgegeben wird. Anschließend werden die re flektierten Teilstrahlen in einen Meßteil des Interferometers kongruent zusammengeführt. Das Interferometer besitzt eine Ver zögerungseinrichtung, die die Bestimmung und Auswahl verschiede ner optischer Pfade innerhalb des Interferometers gestattet, so daß nur definierte Teilstrahlen zum Interferenzmuster beitragen.

Fig. 4 und 5 dienen dazu, einen der Anmelderin betriebsinternen bekannten optischen Wellenlängenmesser zu erklären. Fig. 4 ist ein Blockdiagramm eines herkömmlichen optischen Wellenlängenmessers. Fig. 5 ist eine Kennlinie der Distanzgenauigkeit der Längenmeßvorrichtung 6 aus Fig. 4, und die vertikale Achse aus Fig. 5 entspricht dem Meßfehler, während die horizontale Achse in Fig. 5 der Verschiebung entspricht.

In Fig. 4 kennzeichnet Bezugszeichen 1 eine zu messende Lichtquelle, Bezugszeichen 2 einen Strahlenteiler, Bezugszeichen 3 einen festen Spiegel, Bezugszeichen 4 einen beweglichen Spiegel, Bezugszeichen 5 einen direkt wirkenden Mechanismus mit einem beweglichen Schlitten 5a und einer Spurlatte 5b, Bezugszeichen 6 eine Längenmeßvorrichtung, Bezugszeichen 7 und Bezugszeichen 8 Riemenscheiben, Bezugszeichen 9 einen Riemen, Bezugszeichen 10 einen Motor, Bezugszeichen 11 einen Lichtempfänger, Bezugszeichen 12 einen Positionsdetektor, Bezugszeichen 13 einen Motorregler, Bezugszeichen 16 einen Interferenzstreifenzähler, Bezugszeichen 17 und 18 kennzeichnen einen Verschiebungszähler, Bezugszeichen 19 kennzeichnet einen Rechner und Bezugszeichen 20 eine Anzeige.

Das zu messende Licht 23, das von der zu messenden Lichtquelle 1 ausgegeben wird, und dessen Wellenlänge unbekannt ist, wird durch den Strahlenteiler 2 in reflektiertes Licht 23a und Durchlicht 23b zerlegt. Das reflektierte Licht 23a wird weiterhin durch den festen Spiegel 3 (zum Beispiel durch ein Prisma "corner-cube prism") reflektiert und wird vom Strahlenteiler 2 zum Einfall in Lichtempfänger 11 durchgelassen. Andererseits wird das Durchlicht 23b vom beweglichen Spiegel 4 reflektiert (zum Beispiel von einem Prisma) und weiterhin vom Strahlenteiler 2 zum Einfall in Lichtempfänger 11 reflektiert.

Das reflektierte Licht 23a und das Durchlicht 23b, die beide in Lichtempfänger 11 einfallen, interferieren miteinander; daher wird ein elektrisches Signal S24, das der Intensität des Interferenzlichts entspricht, vom Lichtempfänger 11 ausgegeben, um in den Interferenzstreifenzähler 16 eingegeben zu werden.

Wenn sich der Motor 10 dreht, bewegt sich Riemen 9 (zum Beispiel ein Gummiriemen), der um die Riemenscheiben 7 und 8 gespannt ist, in eine der beiden Richtungen entlang der Lichtachse von Licht 23 (oder 23b), und der bewegliche Schlitten 5a des direkt wirkenden Mechanismus 5, der mit dem Riemen 9 verbunden ist, und der bewegliche Spiegel 4, der mit dem Schlitten 5a fest verbunden ist, bewegen sich ebenfalls in eine der Richtungen entlang der Lichtachse von Licht 23.

Wenn sich also der bewegliche Spiegel 4 in eine der Richtungen entlang der Lichtachse von Licht 23 bewegt, wird das elektrische Signal S24 des Lichtempfängers 11 zu einem Signal, das der zyklischen Änderung der Lichtintensität infolge der Interferenz entspricht. Desweiteren entspricht die Wellenlänge des elektrischen Signals der Wellenlänge des zu messenden Lichts 23.

Wenn sich andererseits der bewegliche Spiegel 4 bewegt, gibt die Längenmeßvorrichtung 6, die aus einer Skala und einem Sensor besteht, das Impulssignal S21 an den Positionsdetektor 12 und an den Verschiebungszähler 18 aus. Jeder Impuls des Signals entspricht der Länge, die durch die Auflösung der Verschiebung des Sensors bestimmt wird. Gleichzeitig gibt die Längenmeßvorrichtung 6 das Impulssignal S22, das bezüglich der Phase von Signal S21 um 90° verzögert ist, an den Verschiebungszähler 17 aus.

Der Positionsdetektor 12 zählt eine vorherbestimmte Anzahl von Wellen des Impulssignals S21 der Längenmeßvorrichtung 6. Wenn der Detektor 12 festgestellt hat, daß sich der bewegliche Spiegel 4 um die Strecke bewegt hat, die der vorherbestimmten Anzahl von Wellen entspricht, gibt der Detektor 12 das Positionssignal S25 an den Motorregler 13, an den Interferenzstreifenzähler 16 und an die Verschiebungszähler 17 und 18 aus. Der Motorregler 13 invertiert die Drehrichtung des Motors 10 jedesmal, wenn der Regler das Positionssignal S25 empfängt.

Wenn das Positionssignal S25 von Positionsdetektor 12 in den Interferenzstreifenzähler 16 eingegeben wird, beginnt der Zähler 16 damit, die Anzahl der Wellen des elektrischen Signals 524 zu zählen. Wenn dann ein weiteres Positionssignal S25 vom Positionsdetektor 12 in den Interferenzstreifenzähler 16 eingegeben wird, hört der Zähler 16 aufzuzählen und gibt das Ergebnis K der Zählung an den Rechner 19 aus.

Wenn andererseits das Positionssignal S25 von Positionsdetektor 12 in den Verschiebungszähler 17 eingegeben wird, beginnt der Zähler 17 damit, die Anzahl der Wellen des Impulssignals S22 zu zählen. Wenn dann ein weiteres Positionssignal S25 vom Positionsdetektor 12 an den Verschiebungszähler 17 ausgegeben wird, bricht der Zähler 17 die die Zählung ab und gibt das Ergebnis N1 der Zählung an den Rechner 19 aus.

Wenn das Positionssignal S25 vom Positionsdetektor 12 in den Verschiebungszähler 18 eingegeben wird, beginnt der Zähler 18 ähnlicherweise damit, die Anzahl der Wellen des Impulssignals S21 zu zählen, und wenn ein weiteres Positionssignal S25 vom Positionsdetektor 12 in den Verschiebungszähler 18 eingegeben wird, bricht der Zähler 18 die Zählung ab und gibt das Ergebnis N2 der Zählung an den Rechner 19 aus.

Ein Rechner 19 führt eine Rechnung nach der unten dargestellten Formel (a) aus, beruhend auf den Zählergebnissen N1 und N2 der Verschiebungszähler 17 und 18, um somit die Verschiebung L des beweglichen Spiegels 4 zu berechnen. Desweiteren führt der Rechner 19 die Rechnung nach der unten dargestellten Formel (b) aus, beruhend auf der Verschiebung L und der Anzahl K der Wellen des Interferenzlichtes von Interferenzstreifenzähler 16, um die Wellenlänge λ des zu messenden Lichts 23 zu bestimmen, und gibt die Werte der Wellenlänge des zu messenden Lichtes an die Anzeige 20 aus.

L = (N1+N2) × [Auflösung der Längenmeßvorrichtung]/2 (a)
λ = L/K (b)

Anzeige 20 zeigt die Werte der Wellenlänge des zu messenden Lichts des Rechners 19 an.

Der in Fig. 4 gezeigte optische Wellenlängenmesser benötigt zur Durchführung der hochgenauen Messung der Wellenlänge des zu messenden Lichts eine hochgenaue Längenmeßvorrichtung. Die Genauigkeit von derzeit erhältlichen Längenmeßvorrichtungen beträgt jedoch bestenfalls etwa 100 nm. Fig. 5 zeigt ein Beispiel für die Kennlinie der Genauigkeit einer solchen Längenmeßvorrichtung.

Desweiteren hat die Längenmeßvorrichtung die Aufgabe, ein Ursprungssignal auszugeben, das die Mitte der Skala anzeigt, wenn der Sensor die Mitte der Skala überfährt.

Bei der oben beschriebenen Längenmeßvorrichtung verschieben sich die Start- und Endpunkte in der Fehlercharakteristik bei jeder Messung; deshalb variiert die Genauigkeit des optischen Wellenlängenmessers bei jeder Messung. Wenn in diesem Fall die Luftfluktuation und die Genauigkeit der optischen Elemente, die ein Interferometer bilden, vernachlässigt werden, wird die Genauigkeit des optischen Wellenlängenmessers ähnlicherweise entsprechend der Genauigkeit der Längenmeßvorrichtung bestimmt. Selbst wenn die Genauigkeit des Abstands zwischen dem Startpunkt und dem Endpunkt durch Korrektur der vorherbestimmten Verschiebung des beweglichen Spiegels mit Hilfe eines frequenzstabilisierten Lasers verbessert wird, kann es andererseits (i) durch Trägheitskräfte des Motors zu einem überfahren des beweglichen Spiegels kommen, wenn der Motor beim Empfang des Motorumkehrsignals stoppt, und (ii) durch die elastischen Rückstellkräfte des Riemens zu einer Rückverschiebung des beweglichen Spiegels, wenn der Motor stoppt. Dementsprechend ist es unmöglich, die genauen Start- und Endpunkte für die Wellenlängenmessung zu erfassen; daher ist es unmöglich, die Messung der Wellenlänge auf Grundlage einer korrekten Messung des Start- und Endpunkts durchzuführen.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist dementsprechend eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen hochgenauen optischen Wellenlängenmesser bereitzustellen, bei dem der genaue Start- und Endpunkt der Messung unter Verwendung eines Detektors erfaßt wird, der die Rückverschiebung des beweglichen Spiegels infolge der elastischen Rückstellkräfte des Riemens bestimmt, und einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler, der den wert des Überfahrens und der Rückverschiebung des beweglichen Spiegels mißt, um das Überfahren und die Rückverschiebung auszugleichen.

Daher stellt die vorliegende Erfindung einen optischen Wellenlängenmesser zur Verfügung, bei dem die Wellenlänge des zu messenden Lichts mit einem Interferometer gemessen wird, wobei der optische Wellenlängenmesser folgendes umfaßt eine Lichtquelle, die das zu messende Licht ausgibt; einen Strahlenteiler zur Zerlegung des zu messenden Lichts in zwei Strahlen; einen beweglichen Spiegel zum Reflektieren eines der beiden Strahlen auf den Strahlenteiler; einen linearen Bewegungsmechanismus zum Bewegen des beweglichen Spiegels mittels eines Motors in eine der Richtungen entlang der Lichtachse der Lichtquelle; eine Längenmeßvorrichtung mit einer Skala und einem Sensor zur Ausgabe des, ersten und zweiten Impulssignals, deren Phasen voneinander abweichen, wenn der bewegliche Spiegel in Bewegung ist, wobei jeder Impuls der Auflösung der Verschiebung des Sensor entspricht, und zur Ausgabe eines Ursprungssignals, wenn der Sensor die Mitte der Skala überfährt; einen Positionsdetektor zum Zählen einer vorherbestimmten Anzahl von Wellen des ersten Impulssignals, indem das Ursprungssignal der Längenmeßvorrichtung als Triggersignal verwendet wird, und zur Ausgabe eines Positionssignals, wenn festgestellt wird, daß der bewegliche Spiegel eine vorherbestimmte Strecke zurückgelegt hat, die der vorherbestimmten Anzahl entspricht; einen Motorregler zur Ausgabe eines Umkehrsignals an den Motor und zur Ausgabe eines Richtungssignals der aktuellen Motordrehung bei der Eingabe des Positionssignals durch den Positionsdetektor; einen Zustandsdetektor zum Bestimmen eines Zustands in den der bewegliche Spiegel zurückverschoben wird, auf der Grundlage des Richtungssignals für die Drehrichtung, das vom Motorregler ausgegeben wird, und des ersten und zweiten Impulssignals von der Längenmeßvorrichtung, und zur Ausgabe eines Detektionssignals; und einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler zum Empfang des ersten Impulssignals von der Längenmeßvorrichtung, des Positionssignals vom Positionsdetektor und des Detektionssignals vom Zustandsdetektor; die Berechnung des Wertes des Überfahrens des beweglichen Spiegels beruhend auf dem Positionssignal und dem ersten Impulssignal, wobei das Überfahren durch Trägheitskräfte des Motors verursacht wird, die beim Anhalten des Motors auftreten, wenn der Motor vom Motorregler das Umkehrsignal empfängt; die Berechnung des Wertes der Rückverschiebung des beweglichen Spiegels, die beim Anhalten des Motors auftritt, auf der Grundlage des Detektionssignals und des ersten Impulssignals; Durchführung einer Umkehroperation für die Werte des Überfahrens und der Rückverschiebung, wenn der Motor durch Umkehr der Drehrichtung zu drehen beginnt, so daß der Zustand bestimmt wird, in dem der bewegliche Spiegel die Position erreicht, in der das Umkehrsignal in den Motor eingespeist wurde; und, nach Bestimmung dieses Zustands, Ausgabe eines Startsignals für die Messung der Wellenlänge.

Entsprechend dem oben beschriebenen optischen Wellenlängenmesser wird Licht von der zu messenden Lichtquelle in zwei Strahlen zerlegt, und einer der beiden Strahlen wird vom beweglichen Spiegel reflektiert und fällt wieder in den Strahlenteiler ein. Wenn sich der bewegliche Spiegel in eine der Richtungen entlang der Lichtachse der Lichtquelle unter Verwendung des linearen Bewegungsmechanismus bewegt, gibt die Längenmeßvorrichtung das erste und zweite Impulssignal aus, deren Phasen sich voneinander unterscheiden. Wenn der Positionsdetektor anhand des Ursprungssignals und des ersten Impulssignals feststellt, daß der bewegliche Spiegel eine vorherbestimmte Strecke zurückgelegt hat, gibt der Positionsdetektor das Positionssignal aus. Wenn der Motorregler das Positionssignal empfängt, kehrt der Regler die Drehrichtung des Motors um und gibt das Richtungssignal der aktuellen Motordrehung an den Zustandsdetektor aus. Der Zustandsdetektor empfängt das erste und zweite Impulssignal von der Längenmeßvorrichtung und das Richtungssignal vom Motorregler, und er bestimmt den Zustand, in den der bewegliche Spiegel zurückverschoben wird. Der Vorwärts-Rückwärts-Zähler empfängt das erste Impulssignal von der Längenmeßvorrichtung und das Detektionssignal vom Zustandsdetektor und berechnet die Werte des Überfahrens und der Rückverschiebung des beweglichen Spiegels, um das Überfahren und die Rückverschiebung auszugleichen.

Selbst wenn daher ein Überfahren des beweglichen Spiegels infolge von Trägheitskräften des Motors und eine Rückverschiebung des beweglichen Spiegels infolge der elastischen Rückstellkräfte des Riemens stattfindet, werden daher die Werte des Überfahrens und der Rückverschiebung gemessen, um diese auszugleichen; dadurch wird die Längenmeßvorrichtung korrigiert und ein genauer optischer Wellenlängenmesser wird zur Verfügung gestellt.

Kurze Beschreibung der Abbildungen

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das eine strukturelle Darstellung des optischen Wellenlängenmessers entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 2 ist ein ausführliches Blockdiagramm, das den Detektor nach Fig. 1 darstellt.

Fig. 3 ist ein Wellenformdiagramm in bezug auf jedes in Fig. 2 gezeigte Signal.

Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, das einen herkömmlichen optischen Wellenlängenmesser darstellt.

Fig. 5 ist eine Kennlinie für die Distanzgenauigkeit der Längenmeßvorrichtung nach Fig. 4.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Nachfolgend wird eine Ausführungsform des optischen Wellenlängenmessers nach der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Abbildungen erklärt.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das eine strukturelle Darstellung des optischen Wellenlängenmessers entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Fig. 2 ist ein ausführliches Blockdiagramm, das den Aufbau des Detektors 15 aus Fig. 1 zeigt. Desweiteren ist Fig. 3 ein Wellenformdiagramm unter Bezugnahme auf Fig 2, wobei die vertikale Achse den Strom anzeigt, während die horizontale Achse die Verschiebung des beweglichen Schlittens anzeigt. Jede durch das jeweilige Bezugszeichen (S21, S22, S28-S33) gekennzeichnete Wellenform in Fig. 3 entspricht einem Signal, das mit dem gleichen Bezugszeichen in Fig. 2 gekennzeichnet ist. Desweiteren entsprechen die Richtungen des Pfeils mit der durchgezogenen Linie bzw. des Pfeils mit der gestrichelten Linie in Fig. 3 der Richtung des Pfeils mit der durchgezogenen Linie (mit Bezugszeichen A gekennzeichnet) und der Richtung des Pfeils mit der gestrichelten Linie (mit Bezugszeichen B gekennzeichnet), die die Bewegungen des beweglichen Spiegels 4 in Fig. 1 anzeigen.

In Fig. 1 stellt Bezugszeichen 14 einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler und Bezugszeichen 15 einen Detektor dar, und die zu messende Lichtquelle 1 ist eine frequenzstabilisierte Laserlichtquelle. Andere Teile, die mit jenen in Fig. 4 übereinstimmen, tragen die gleichen Bezugszeichen, und ihre Erklärung entfällt an dieser Stelle.

Das zu messende Licht 23, das von der zu messenden Lichtquelle 1 ausgegeben wird, und dessen Wellenlänge unbekannt ist, wird durch Strahlenteiler 2 in reflektiertes Licht 23a und Durchlicht 23b zerlegt. Das reflektierte Licht 23a wird weiterhin durch den festen Spiegel 3 (zum Beispiel durch ein Prisma) reflektiert und vom Strahlenteiler zum Einfall in Lichtempfänger 11 durchgelassen. Andererseits wird das Durchlicht 23b durch den beweglichen Spiegel 4 reflektiert (zum Beispiel durch ein Prisma) und weiter von Strahlenteiler 2 zum Einfall in Lichtempfänger 11 reflektiert.

Das reflektierte Licht 23a und das Durchlicht 23b, die beide in Lichtempfänger 11 einfallen, interferieren miteinander; daher wird ein elektrisches Signal S24 vom Lichtempfänger 11 ausgegeben, um in den Interferenzstreifenzähler 16 eingespeist zu werden.

Wenn sich der Motor 10 dreht, bewegt sich Riemen 9 (zum Beispiel ein Gummiriemen), der um die Riemenscheiben 7 und 8 gespannt ist, in eine der beiden Richtungen entlang der Lichtachse des Lichts 23 (oder 23b), und der bewegliche Schlitten 5a des direkt wirkenden Mechanismus 5, der mit dem Riemen 9 verbunden ist, und der bewegliche Spiegel 4, der mit dem Schlitten 5a fest verbunden ist, bewegen sich ebenfalls in eine der Richtungen entlang der Lichtachse von Licht 23. Entsprechend wird das elektrische Signal S24 zu einem Signal, das der zyklischen Änderung der Lichtintensität infolge der Interferenz entspricht. Desweiteren entspricht die Wellenlänge des elektrischen Signals der Wellenlänge des zu messenden Lichts 23.

Wenn sich der bewegliche Spiegel 4 bewegt, gibt die Längenmeßvorrichtung 6, die aus einer Skala und einem Sensor besteht, das Impulssignal S21 an Positionsdetektor 12, an Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14, an Detektor 15 und an den Verschiebungszähler 18 aus. Jeder Impuls des Signals entspricht der Länge, die durch die Auflösung der Verschiebung des Sensors bestimmt wird. Gleichzeitig gibt Längenmeßvorrichtung 6 das Impulssignal S22, das bezüglich der Phase des Impulssignals S21 um 90° verzögert ist, an Detektor 15 und Verschiebungszähler 17 aus. Wenn der Sensor die Mitte der Skala in der Längenmeßvorrichtung 6 überfährt, gibt desweiteren die Längenmeßvorrichtung 6 ein Ursprungssignal S35 an den Positionsdetektor 12 aus.

Der Positionsdetektor 12 zählt eine vorherbestimmte Anzahl von Wellen des Impulssignals S21, indem das Ursprungssignal der Längenmeßvorrichtung als Triggersignal verwendet wird, um zu erkennen, daß der bewegliche Spiegel 4 eine vorherbestimmte Strecke zurückgelegt hat, die der vorherbestimmten Anzahl entspricht, und zur Ausgabe des Positionssignals S25 an Motorregler 13 und an Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14.

Jedesmal, wenn der Motorregler 13 das Positionssignal S25 empfängt, gibt der Regler 13 zur Umkehr der Drehrichtung des Motors 10 ein Umkehrsignal S27 an den Motor 10 aus, und der Regler 13 gibt ebenfalls ein Drehrichtungssignal S26 aus, das dem Detektor 15 die aktuelle Drehrichtung des Motors anzeigt. Bezüglich des Drehrichtungssignals S26 ist auszuführen, daß die Bewegung in Richtung des Pfeils mit der durchgezogenen Linie als positive Drehrichtung des Motors 10 gilt. Wenn das Umkehrsignal S27 vom Motorregler 13 zum Motor 10 geführt wird, kehrt der Motor 10 seine Drehrichtung um und läuft weiter.

Nachfolgend wird Detektor 15 ausführlich unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 erklärt. In Fig. 3 kennzeichnen durchgezogene Linien Signale für den Fall, daß der bewegliche Spiegel 4 in Richtung des durchgezogenen Pfeils in Fig. 1 bewegt wird, während die gestrichelten Linien Signale kennzeichnen für den Fall, daß sich der bewegliche Spiegel 4 in Richtung des gestrichelten Pfeils in Fig. 1 bewegt.

Zunächst wird das Impulssignal S21 durch einen Differentiator 15a differenziert, um in einen Addierer 15c als differentielles Signal S28 eingegeben zu werden. Der Addierer 15c addiert das Impulssignal S22 und das differentielles Signal 528 und gibt das Additionssignal S30 an den Komparator 15e aus. Wenn sich der bewegliche Spiegel 4 in Richtung des gestrichelten Pfeils bewegt, gibt der Komparator 15e das Impulssignal S32 an einen Selektor 15g aus.

Ähnlich wird das Impulssignal S22 durch den Differentiator 15b differenziert, um in den Addierer 15d als differentielles Signal S29 eingegeben zu werden. Der Addierer 15d addiert das Impulssignal S21 und das differentielle Signal S29 und gibt das Additionssignal S31 an den Komparator 15f aus. Wenn sich der bewegliche Spiegel 4 in Richtung des durchgezogenen Pfeils bewegt, gibt der Komparator 15e das Impulssignal S33 an den Selektor 15g aus.

Wenn das Drehrichtungssignal S26 die umgekehrte Drehrichtung anzeigt, wählt der Selektor 15g das Impulssignal 533 und gebt die es an den Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14 aus, wodurch der Zustand des durch die elastische Rückstellkraft des Riemens 9 zurückverschobenen beweglichen Spiegels 4 dem Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14 gemeldet wird.

Wenn andererseits das Drehrichtungssignal S26 eine positive Drehrichtung anzeigt, wählt der Selektor 15g das Impulssignal S32 und gibt dieses an den Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14 aus, wodurch der Zustand des durch die elastische Rückstellkraft des Riemens 9 zurückverschobenen beweglichen Spiegels 4 dem Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14 gemeldet wird.

Wenn das Detektionssignal S25 von Positionsdetektor 12 in den Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14 eingegeben wird, bestimmt der Zähler 14 den Wert des Überfahrens des beweglichen Spiegels 4 infolge der Trägheitskräfte des Motors 10, indem das Impulssignal S21 von der Längenmeßvorrichtung 6 hochgezählt wird.

Wenn desweiteren das Impulssignal S32 oder S33 vom Detektor 15 in den Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14 über den Selektor 15g eingegeben werden, bestimmt der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14 den Wert der Rückverschiebung des beweglichen Spiegels 4 infolge der elastischen Rückstellkraft des Riemens 9 beim Anhalten des Motors, indem das Impulssignal S21 von der Längenmeßvorrichtung 6 herabgezählt wird.

Wenn darüberhinaus der Motor 10 nach Änderung seiner Drehrichtung wieder anläuft, erkennt der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14, daß der bewegliche Spiegel 4 die Position erreicht hat, in der das Motorumkehrsignal S27 vom Motor 10 empfangen wurde indem er für die Werte des Überfahrens und der Rückverschiebung Umkehroperationen ausführt, und der Zähler 14 gibt das Startsignal S34 für die Messung an den Interferenzstreifenzähler 16 und die Verschiebungszähler 17 und 18 aus.

Wenn daher das Startsignal S34 für die Messung von Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14 in den Interferenzstreifenzähler 16 eingegeben wird, startet der Zähler 16 die Zählung der Anzahl der Wellen des elektrischen Signals S24 und beendet die Zählung, wenn er das Positionssignal S25 vom Positionsdetektor empfängt. Der Interferenzstreifenzähler 16 gibt dann das Ergebnis K der Zählung an den Rechner 19 aus.

Wenn andererseits das Startsignal S34 für die Messung von Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14 an den Verschiebungszähler 17 ausgegeben wird, startet der Zähler 17 die Zählung der Anzahl der Wellen des Impulssignals S21 der Längenmeßvorrichtung 6 und beendet die Zählung, wenn er das Positionssignal S25 vom Positionsdetektor empfängt. Der Verschiebungszähler 17 gibt das Ergebnis N1 der Zählung an den Rechner 19 aus.

Ähnlich startet der Verschiebungszähler 18, wenn das Startsignal S34 für die Messung von Vorwärts-Rückwärts-Zähler 14 in den Verschiebungszähler 18 eingegeben wird, die Zählung der Anzahl der Wellen des Impulssignals S22 von der Längenmeßvorrichtung 6 und beendet die Zählung, wenn er das Positionssignal S25 vom Positionsdetektor empfängt. Der Verschiebungszähler 18 gibt das Ergebnis N2 der Zählung an den Rechner 19 aus.

Der Rechner 19 führt eine Rechnung nach der unten dargestellten Formel (c) aus, beruhend auf den Zählergebnissen N1 und N2 der Verschiebungszähler 17 und 18, um somit die Verschiebung L des beweglichen Spiegels 4 zu berechnen. Nachfolgend führt der Rechner 19 eine Rechnung nach der unten dargestellten Formel (d) aus, beruhend auf der Verschiebung L und der Anzahl K der Wellen des Interferenzlichtes des Interferenzstreifenzählers 16, um die Wellenlänge X des zu messenden Lichts 23 zu bestimmen, und gibt die Werte der Wellenlänge an Anzeige 20 aus.

L = (N1+N2) × [Auflösung der Längenmeßvorrichtung]/2 (c)
X = L/K (d)

Die Anzeige 20 zeigt die Werte der Wellenlänge des zu messenden Lichtes an.

Claims

1. Optischer Wellenlängenmesser, in dem die Wellenlänge des zu messenden Lichts durch ein Interferometer gemessen wird, wobei der optische Wellenlängenmesser folgendes umfaßt:

eine Lichtquelle (1), die das zu messende Licht ausgibt;
einen Strahlenteiler (2) zur Zerlegung des zu messenden Lichts in zwei Strahlen;
einen beweglichen Spiegel (4) zum Reflektieren eines der beiden Strahlen auf den Strahlenteiler;
einen linearen Bewegungsmechanismus (5) zum Bewegen des beweglichen Spiegels durch einen Motor (10) in eine der Richtungen entlang der Lichtachse der Lichtquelle;
eine Längenmeßvorrichtung (6) mit einer Skala und einem Sensor für die Ausgabe eines ersten und zweiten Impulssignals (S21, S22), deren Phasen sich voneinander unterscheiden, wenn der bewegliche Spiegel in Bewegung ist, wobei jeder Impuls der Auflösung der Verschiebung des Sensors entspricht, und für die Ausgabe eines Ursprungssignals (S35), wenn der Sensor die Mitte der Skala überfährt;
einen Positionsdetektor (12) zur Zählung einer vorherbe stimmten Anzahl von Wellen des ersten Impulssignals, indem das Ursprungssignal der Längenmeßvorrichtung als Triggersignal verwendet wird, und zur Ausgabe eines Positionssignals (S25), wenn festgestellt wird, daß der bewegliche Spiegel eine vorherbestimmte Strecke entsprechend der vorherbestimmten Anzahl zurückgelegt hat;
einen Motorregler (13) zur Ausgabe eines Umkehrsignals an den Motor und zur Ausgabe eines Richtungssignals der aktuellen Motordrehung bei der Eingabe des Positionssignals durch den Positionsdetektor;
einen Zustandsdetektor (15) zum Bestimmen eines Zustands, in den der bewegliche Spiegel auf der Grundlage des vom Motorregler ausgegebenen Richtungssignals der Motordrehung und des ersten und zweiten von der Längenmeßvorrichtung ausgegebenen Impulssignals zurückverschoben wird, und zur Ausgabe eines Detektionssignals; und
einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler (14) zum Empfang des ersten Impulssignals von der Längenmeßvorrichtung, des Positionssignals vom Positionsdetektor und des Detektionssignals vom Zustands detektor; Berechnung des Wertes des Überfahrens des beweglichen Spiegels auf der Grundlage des Positionssignals und des ersten Impulssignals, wobei das Überfahren durch die Trägheitskräfte des Motors verursacht wird, die beim Anhalten des Motors auftreten, wenn der Motor vom Motorregler das Umkehrsignal empfängt; Berechnung des Wertes der Rückverschiebung des beweglichen Spiegels beim Anhalten des Motors auf der Grundlage des Detektionssignals und des ersten Impulssignals; Durchführung einer Umkehroperation für die Werte des Überfahrens und der Rückverschiebung, wenn der Motor durch Umkehr der Drehrichtung zu drehen beginnt, um einen Zustand zu bestimmen, in dem der bewegliche Spiegel die Position erreicht, in der das Umkehrsignal in den Motor eingespeist wurde; und, nach Bestimmung dieses Zustands, Ausgabe eines Startsignals zur Messung der Wellenlänge.

2. Optischer Wellenlängenmesser, der folgendes umfaßt:

eine Lichtquelle (1), die das zu messende Licht ausgibt;
einen Strahlenteiler (2) zur Zerlegung des zu messenden Lichts in zwei Strahlen,
einen festen Spiegel (3) zum Reflektieren eines der beiden Strahlen auf den Strahlenteiler;
einen beweglichen Spiegel (4) für die Reflexion des anderen der beiden Strahlen zurück zum Strahlenteiler;
einen linearen Bewegungsmechanismus (5) mit Riemenscheiben (7, 8), die sich in einem vorherbestimmten Abstand parallel zu der Lichtachse der Lichtquelle befinden, einen Riemen (9), der über die Riemenscheiben gespannt wird, einen beweglichen Schlitten (5a), der den beweglichen Spiegel trägt und mit dem Riemen verbunden ist, eine Spurlatte (5b) zur Führung des beweglichen Schlittens, und einen Motor (10) zum Antreiben des Riemens in eine der Richtungen entlang der Lichtachse der Lichtquelle durch Drehen der Riemenscheiben, um somit den beweglichen Spiegel in eine der Richtungen entlang der Lichtachse zu bewegen;
einen Lichtempfänger (11) zum Empfang des Interferenzlichts, das durch Kombination des Lichts vom festen Spiegel und des Lichts vom beweglichen Spiegel entsteht, und zur Umwandlung des Interferenzlichts in ein elektrisches Signal;
eine Längenmeßvorrichtung (6) mit einer Skala und einem Sensor für die Ausgabe eines ersten und zweiten Impulssignals (S21, S22), deren Phasen sich um 90° voneinander unterscheiden, wenn der bewegliche Spiegel in Bewegung ist, wobei jeder Impuls der Auflösung der Verschiebung des Sensors entspricht, und zur Ausgabe eines Ursprungssignals (S35), wenn der Sensor die Mitte der Skala überfährt;
einen Positionsdetektor (12) zur Zählung einer vorherbestimmten Anzahl von Wellen des ersten Impulssignals, indem das Ursprungssignal der Längenmeßvorrichtung als Triggersignal verwendet wird, und zur Ausgabe eines Positionssignals (S25) , wenn festgestellt wird, daß der bewegliche Spiegel eine bestimmte Strecke entsprechend der vorherbestimmten Anzahl zurückgelegt hat;
einen Motorregler (13) zur Ausgabe eines Umkehrsignals an den Motor und zur Ausgabe eines Richtungssignals der aktuellen Motordrehung bei der Eingabe des Positionssignals durch den Positionsdetektor;
einen Zustandsdetektor (15) zum Bestimmen eines Zustands, in den der bewegliche Spiegel zurückverschoben ist, auf der Grundlage des vom Motorregler ausgegebenen Richtungssignals der Motordrehung und des ersten und zweiten Impulssignals von der Längenmeßvorrichtung, und zur Ausgabe eines Detektionssignals;
einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler (14) zum Empfang des ersten Impulssignals von der Längenmeßvorrichtung, des Positionssignals vom Positionsdetektor und des Detektionssignals vom Zustands detektor; Berechnung des Wertes des Überfahrens des beweglichen Spiegels auf der Basis des Positionssignals und des ersten Impulssignals, wobei das Überfahren durch Trägheitskräfte des Motors verursacht wird, die beim Anhalten des Motors auftreten, wenn der Motor vom Motorregler das Umkehrsignal empfängt; Berechnung des Wertes der Rückverschiebung des beweglichen Spiegels beim Anhalten des Motors auf der Grundlage des Detektionssignals und des ersten Impulssignals; Durchführung einer Umkehroperation für die Werte des Überfahrens und der Rückverschiebung, wenn der Motor durch Umkehr der Drehrichtung zu drehen beginnt, um somit einen Zustand zu bestimmen, in dem der bewegliche Spiegel die Position erreicht, in der das Umkehrsignal in den Motor eingespeist wurde; und, nach Bestimmung des Zustands, Ausgabe eines Startsignals für die Messung;
einen Interferenzstreifenzähler (16) zum Empfang des Startsignals für die Messung und zur Zählung der Anzahl der Wellen des elektrischen Signals, das vom Lichtempfänger ausgegeben wird;
einen ersten Verschiebungszähler (18) zum Empfang des Startsignals für die Messung und zur Zählung der Anzahl der Wellen des ersten Impulssignals der Längenmeßvorrichtung;
einen zweiten Verschiebungszähler (17) zum Empfang des Startsignals für die Messung und Zählung der Anzahl der Wellen des zweiten Impulssignals von der Längenmeßvorrichtung;
einen Rechner (19) zum Berechnen der Wellenlänge des zu messenden Lichts auf der Grundlage der Anzahl der durch den Interferenzstreifenzähler gezählten Wellen des Interferenzlichts und der Anzahl der durch den ersten und zweiten Zähler gezählten Wellen, und zur Ausgabe des Wertes der Wellenlänge; und
eine Anzeige 20 zum Anzeigen des Wertes der Wellenlänge des Rechners.

3. Optischer Wellenlängenmesser nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Lichtquelle (1) eine frequenzstabilisierte Laserlichtquelle ist.