DE2929945A1

DE2929945A1 - Interferometer

Info

Publication number: DE2929945A1
Application number: DE19792929945
Authority: DE
Inventors: Clair L Farrand; Vincent F Foster; William H Grace
Original assignee: Farrand Industries Inc
Current assignee: Farrand Industries Inc
Priority date: 1978-09-28
Filing date: 1979-07-24
Publication date: 1980-04-17
Also published as: GB2032098B; IT7968625A0; SE7903801L; NO793115L; AU4927179A; JPS5546190A; IL57686A; GB2032098A; IL57686A0; IT1119125B; JPH0137682B2; CA1147950A; US4215938A; ES482034A1; FR2437609A1; BR7904550A

Description

Interferometer

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Korrektur des Fehlers in einem Positionsmeßgerät, wobei ein erster Meßinterferometerweg variabler Länge und ein zweiter Interferometer-Kontrollweg konstanter Länge vorgesehen sind. Es sind Vorrichtungen zur überwachung der Änderung in der optischen Weglänge des Kontrollinterferometers infolge von Umgebungsänderungen und zur Berücksichtigung dieser Änderungen in dem angezeigten Meßwert des Meßinterferometers vorgesehen.

Anwendungsgebiet der Erfindung:

Die Erfindung betrifft ein interferometrisches Verfahren und eine interferometrisehe Vorrichtung zur Messung von Position und Abstand und insbesondere ein interferometrisches Positions- und Abstandmeßverfahren und eine derartige Vorrichtung mit Mitteln zur Korrektur von Meßfehlern, welche durch Änderungen in der Temperatur, dem Luftdruck, der Feuchtigkeit und anderen Eigenschaften

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der Umgebung des Gerätes auftreten. Hintergrund der Erfindung:

Interferometer zur Abstandsmessung sind allgemein bekannt. Obwohl die vorliegende Erfindung für Interferometer allgemein anwendbar ist, wird sie in Verbindung mit einer Art von Interferometern als spezifisches Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben und beansprucht wie es in der US-PS 3 458 259 beschrieben ist und als repräsentativ für den gegenwärtigen Stand der Technik angesehen werden kann.

Wie bereits zuvor erwähnt, unterliegen Abstandsmeßinterferometer Umgebungseinwirkungen insbesondere in Form von Änderungen im Luftdruck, der Temperatur und der Feuchtigkeit. Derartige Faktoren tendieren dazu, die Wellenlänge des durch das Interferometer zur Abstandmessung verwendeten Lichtstrahls zu verändern.

In der Vergangenheit war es möglich, derartige Umgebungsfehler durch Verwendung eigener Sensoren für den barometrischen Luftdruck, die Temperatur und die Feuchtigkeit zu korrigieren und die Messungen zur Korrektur des Interferometermeßpfades veränderbarer Länge zu verwenden. Eine derartige Korrektur war jedoch nur teilweise ζjfriedenstel1 end, da die Sensoren unzuverlässig waren, Fehler verursachten und Fehler bei ihrer Anwendung mit sich brachten.

Die vorliegende Erfindung löst dieses Problem durch direkte Messung dieser Effekte auf einen optischen Pfad konstanter Länge und durch Anwenden der Messung zur Korrektur der entsprechenden Fehler des Pfades mit veränderbarer Länge.

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Es ist weiterhin ein Ziel der vorliegenden Erfindung, das Abstandsmeßinterferometer automatisch zu korrigieren und zwar durch Erzeugung eines Signals, welches die Anzahl der Interferometerlichtwellenlängen in einem Weg vorbestimmter konstanter Länge angibt und Anwenden dieses Signals zur Korrektur der angezeigten Anzahl von Interferometerwellenlängen in einem Meßweg veränderbarer Länge.

Prinzipielle Darstellung der vorliegenden Erfindung:

Die Merkmale dieser Erfindung sind die Erzeugung eines Signals von einem interferometrisehen Weg konstanter Länge, welches die atmosphärischen Umgebungsfehler des Interferometers darstellt und Verwenden dieses Signals zur Korrektur der entsprechenden Fehler des interferometrischen Meßweges veränderbarer Länge und ferner Erzeugen eines Signals, welches die Fehler infolge der Veränderung der Länge des optischen Weges konstanter Länge infolge Temperaturänderungen des Materials des Interferometers darstellt, und Verwenden dieses Signals zur Korrektur der entsprechenden Fehler infolge der Temperatureffekte auf das Material des Meßweges mit veränderbarer Länge.

Wie noch aus der Beschreibung des besonderen Ausführungsbeispiels nachstehend noch deutlicher hervorgehen wird, ist das in der US-PS 3 45S 259 beschriebene interferometri sehe System von einer Art, bei der ein Teil eines err. ^J-?n Laserlichtstrahles und ein Teil eines zweiten Laserlichtstrahles einer unterschiedlichen optischen Frequenz mittels einer fotoelektrischen Vorrichtung gemischt werde, um ein elektrisches Bezugssignal zu erzeugen, welches eine zählbare Zwischenfrequenz besitzt.

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Ein weiterer Teil des ersten Laserlichtstrahles durchquert einen konstanten optischen Weg eines Interferometers und ein weiterer Teil des zweiten Laserlichtstrahles durchquert einen optischen Weg veränderbarer Länge in dem Interferometer. Diese beiden Teile der ersten und zweiten Laserlichtstrahlen werden durch eine weitere fotoelektrische Vorrichtung gemischt, um ein elektrisches Informationssignal zu erzeugen, welches die gleiche zählbare Zwischenfrequenz wie das Bezugssignal nur solange besitzt als die veränderbare Länge des optischen Weges nicht geändert wird.

Ein umkehrbarer Zähler integriert die Differenz in der Frequenz zwischen den Bezugs- und Informationssignalen während die optische Länge des optischen Pfades mit veränderbarer Länge verändert wird, um die Änderung in der Länge des optischen Pfades mit veränderbarer Länge anzuzei gen.

Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß die Wellenlängenänderung der Atmosphäre den gleichen Effekt in einem Interferometer mit konstanter Lichtweglänge erzeugt, als wenn der in einem Interferometer mit veränderbarer Länge zur Messung verwendete Reflektor bewegt wird.

In dem Bagley-System (nach US-PS 3 458 259) resultieren die so erzeugten Doppler-Frequenzänderungen letztlich in Geschwindigkeits- und Positionsänderungen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden bei der Messung dieser Fehlerwerte in einem Weg konstanter Länge diese Fehlerwerte automatisch zur Korrektur der Fehler in dem Meß.-.eg mit veränderbarer Länge angewendet.

Diese Korrektur erfolgt durch die Verwendung eines um-

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kehrbaren Zählers, welcher der Einfachheit halber WeIlenlängen-Multipiizierzähier genannt wird und welcher einen Prozentsatz der augenblicklichen Wellenlänge in Bezug auf die ideale Wellenlänge des Lichts im Vakuum erzeugt.

Die folgenden Verfahrensschritte werden zum Zeitpunkt der Einleitung der Messungen durchgeführt:

1. Der Meßweg veränderbarer Länge wird auf eine bekannte Dimension (Wert) eingestellt.

2. Die Länge des Meßweges einschließlich der Fehler wird festgestel1t.

3. Der Wellenlängenzähler wird von Hand so eingestellt, daß kein Fehler mehr festgestellt wird.

4. Der Fehler des optischen Weges mit konstanter Länge wird augenblicklich zur Korrektur der Länge des Meßpfades mit veränderbarer Länge verwendet.

5. Erfolgt das Anlegen über eine Servo-Steuerung, dann wird der Fehler augenblicklich korrigiert.

Diese Messung der Fehler des Weges konstanter Länge umfaßt sowohl atmosphärische Fehler als auch Fehler infolge von Temperaturvariationen, welche die Länge des optischen Weges konstanter Länge verändern. Diese Länge ist für 2O⁰C mittels Eichblöcken genormt und obwohl Messungen auch bei anderen Temperaturen durchgeführt werden können, sind die Messungen bei 2O⁰C immer korrekt sofern der Pfad konstanter Länge auf Stahl angeordnet ist und der Pfad veränderbarer Länge ebenfalls auf Stahl angeordnet ist und die Eichblöcke aus Stahl sind. Diese Bedingung ist auch für ein beliebiges anderes

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gewähltes Metall erfüllt.

Zusammengefaßt heißt dies, daß zusätzlich zu dem zuvor in Verbindung mit dem Gerät von Bagley zuvor beschriebenen optischen Weg veränderbarer Länge die vorliegende Erfindung einen zweiten konstant vorbestimmten optischen Interferometerweg zusammen mit elektronischen Vorrichtungen bringt, welche zum Vergleichen der angezeigten Strecke des konstanten vorbestimmten optischen Weges mit der angezeigten Strecke des veränderbaren optischen Weges und zum entsprechenden Ändern der angezeigten veränderbaren Strecke dienen, so daß die aggregierten Wirkungen der atmosphärischen Umgebung, welche die angezeigte konstante vorbestimmte Wegstrecke beeinflussen, in einem einzigen Vorgang dazu verwendet werden, die angezeigte Messung des optischen Weges mit veränderbarer Länge zu korrigieren.

Im einzelnen zeigt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Korrigieren eines Abstandsmeßinterferometergerätes in einem Medium auf, welches Umgebungsveränderungen unterliegt, welches Gerät Meß- und Kontronlichtstrahlen besitzt; das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß der Meßlichtstrahl durch ein erstes Interferometer auf einen ersten Reflektor gerichtet wird, welcher in einem veränderbaren Abstand von dem ersten Interferometer angeordnet ist, welches Vorrichtungen zum Messen und Anzeigen des Lichtweges zwischen letzterem und dem ersten Reflektor besitzt; der Kontrollichtstrahl durch ein zweites in einem konstanten vorbestimmten Abstand von einem zweiten Reflektor angeordneten Interferometer gerichtet wird, welch letzteres Vorrichtungen zum Messen und Anzeigen des Lichtweges zwischen dem zweiten Interferometer und dem zweiten Reflektor zugeordnet hat; über eine Zeitperiode die Änderung in der Kontrol11ichtweg(Strecke)

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gemessen wird, wie sie durch das zweite Interferometer infolge Umgebungsveränderungen angezeigt wird, wobei die Änderung entweder eine positive oder eine negative Richtung besitzt und die angezeigte Meßlichtwegstrecke des ersten Interferometers mit einem Korrekturfaktor multipliziert wird, dessen Zähler der konstante vorbestimmte Abstand und dessen Nenner die Summe des konstanten vorbestimmten Abstands und der Änderung in dem vom zweiten Interferometer angezeigten, beobachteten Kontrollichtweg sind.

Die Erfindung zeigt ferner ein interferometrisches Gerät mit Meß- und Kontrollichtstrahlen auf, das gekennzeichnet ist durch ein erstes Interferometer durch das der Meßlichtstrahl auf einen ersten Reflektor gerichtet wird, welcher von dem ersten Interferometer in einem veränderbaren Abstand angeordnet ist; erste Meßvorrichtungen, die dem ersten Interferometer zur Messung und Anzeige der Meßlichtwegstrecke zwischen dem ersten Interferometer und dem ersten Reflektor zugeordnet sind; ein zweites Interferometer durch das der Kontrol11ichtstrahl auf einen zweiten Reflektor gerichtet wird, welcher von dem zweiten Interferometer in einem konstanten vorbestimmten Abstand angeordnet ist; zweite Meßvorrichtungen, die dem zweiten Interferometer zur Messung und Anzeige der kontrol1ichtwegstrecke zwischen dem zweiten Interferometer und dem zweiten Reflektor zugeordnet sind; Vorrichtungen zum Aufspeichern der Änderung der durch α.c zweite Meßvorrichtung gemessenen Kontrolllichtwegstrecke über eine Zeitperiode, wobei die Änderung durch Änderung der Umgebung des Interferometergeräts verursacht wird und ^l:orrekturvorrichtungen, welche auf die Speichervorrichtungen ansprechen und mit den ersten Meßvorrichtungen zur Kor.ektur der angezeigten Meßlichtwegstrecke durch Multiplizieren dieser ange-

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zeigten Meßlichtwegstrecke mit einem Korrekturfaktor verbunden sind, welcher der genannten konstanten vorbestimmten Strecke dividiert durch die Summe der konstanten vorbestimmten Strecke und der Änderung der KontrollichtWegstrecke entspricht.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen:

Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer besonderen Ausführungsform eines Interferometersystems ähnlich demjenigen gemäß der US-PS 3 458 259 mit einem optischen Weg veränderbarer Länge und einem optischen Weg vorbestimmter konstanter Länge.

Fig. 2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild der elektronischen Anordnung, welche in Verbindung mit dem Interferometersystem gemäß Fig. 1 angewandt wird.

Beschreibung eines besonderen Ausführungsbeispiels:

Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Interferometersystems, welches die in der US-PS 3 458 gezeigten und beschriebenen Elemente verwendet und zwei optische Wege besitzt nämlich einen Meßweg zur Messung der Lichtwegstrecke längs eines veränderbaren Weges und einen Kontrollweg zur Messung der Licht.vegstrecke längs eines nominal konstanten vorbestimmten Weges.

Im einzelnen erzeugt ein Zwei-Frequenz-Einwellentyp Laser 100 einen Lichtstrahl mit einer ersten Komponente 102 mit einer Frequenz f, und einer zweiten Komponente

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104 mit einer Frequenz f,, weiche von der Frequenz f■, um eine zählbare Zwischenfrequenz differiert, beispielsweise 500 kHz. Dieser Zweifrequenz-Einwellentyp-Laser 100 kann ein Plasmaröhrenlaser sein, der zwei innere in Abstand voneinander angeordnete Spiegel besitzt, welche innerhalb der Plasmaröhre sich gegenüberstehend und senkrecht zur Achse der Plasmaröhre angeordnet sind, so daß alle Polarisationen direkt verstärkt werden können. Außerdem ist ein magnetisches Feld längs der Plasmaröhre überlagert, so daß rechts und links drehende zirkulär polarisierte Lichtkomponenten 102 und 104 von unterschiedlicher Frequenz erzeugt werden. Ein Mischpolarisator 106 ist in einem optischen Weg angeordnet, welcher von den parallelen und sich überlappenden Lichtstrahlen 102 und 104 zum Mischen dieser Strahlen durchlaufen wird, wodurch jeder Strahl eine Komponente gleicher Polarisation erhält. Diese gleich polarisierten Komponenten werden mittels eines fotoelektrischen Detektors 108 gemischt, welcher beispielsweise eine quadratische Detektorkennlinie besitzt; hierdurch wird ein elektrisches Bezugssignal mit einer Frequenz f_R von 5CO kHz erzeugt, welches die Differenz in der optischen Frequenz zwischen den Lichtstrahlen 102 und 104 darstellt.

Eine Einviertelwellen-Platte 110 ist in einem weiteren optischen Weg angeordnet, den die zirkulär polarisierten Lichtstrahlen 102, 104 durchlaufen, um die Rechtspolarisation des Strahles 102 in eine linear horizontale Polarisation und die 1inkszirkulare Polarisation des Strahles 104 in eine lineare vertikale Polarisation zu verändern. Ein Strahlenteiler 112 ist ebenfalls in diesem Weg angeordnet, um einen Teil des durch den Strahlenteiler 112 verlaufenden Strahles auf einen zweiten Strahlenteiler 116 zu richten. Ein zweiter Teil des Strahles wird wie nachstehend noch beschrieben, auf einen weiteren Strahlenteiler 152 gerichtet, welcher unter einem Winkel von 90° zu dem Strahlenteiler 116 angeordnet ist.

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Der Strahlenteiler 116 eines Meßinterferometers 128 besteht aus einem zu 50 % reflektierenden Spiegel 117, welcher im Weg der parallelen und sich überlappenden Lichtstrahlen 102, 104 auf der Rückseite der optisch flachen Glasplatte 116 ausgebildet ist, welche parallele Vorder- und Rückseiten besitzt und unter eine m Winkel von annähernd 45° zu einer Bezugsebene ausgerichtet ist, welche die Lichtstrahlen 102 und 104 senkrecht (normal) schneidet.

Ein zu 100 % reflektierender Spiegel 118 ist auf der Vorderseite des Strahlenteilers 116 in dem ersten interferometrischen optischen Weg ausgebildet, welcher von dem reflektierten Teil jedes Lichtstrahles 102, 104 durchlaufen wird und dient zur Reflektion dieser reflektierten Teile 102a und 104a längs eines Teiles dieses ersten interferometrischen Weges, d.h. parallel zu einem ersten Teil eines zweiten interferometrischen Weges zu einem horizontal-Polarisations-Wegfilter 120, welcher in diesem Teil des optischen Weges des Meßinterferometers 128 angeordnet ist. Das horizontal-Polar isationswegfi1ter 120 absorbiert die einfallende Polarisation 104a des Lichtstrahles 104, der Vertikalpolarisation und läßt den einfallenden Strahl 102a des Lichtstrahles 102 mit Horizontalpolarisation durch.

Ein Reflektor 124 befindet sich ebenfalls in dem ersten interferometrischen Weg zur Reflektion des durchgelasse· nen Teiles 102a des Lichtstrahls 102 mit horizontaler Polarisation zurück längs des ersten optischen Weges zum Strahlenteiler 116.

Ein Vertikalpolarisationsweg-Filter 122 ist in dem ersten Teil des zweiten interferometrischen Wegs des Meßinterferometers 128 zum Absorbieren des auffallenden

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Teiles 102b des Lichtstrahles 102 mit Horizontalpolarisation und zum Durchlassen des auffallenden Teiles 104d, des Lichtstrahls 104 mit Vertikalpolarisation zum Retroreflektor (Rückstrahler) 126 vorgesehen, welcher sich auch in dem zweiten interferometrisehen Weg befindet. Dieser Rückstrahler 126 kann wie allgemein bei 127 angedeutet, seitlich verschoben werden, so daß sich die optische Länge des zweiten optischen Pfades des Meßinterferometers 128 ändert. Der Rückstrahler 126 reflektiert den durchgelassenen Teil 104b des Lichtstrahls 104 mit Vertikalpolarisation längs eines in Abstand von und parallel zum zweiten Teil des zweiten interferometrischen Weges zur Rückseite des Reflektors 124 von welchem er längs des zweiten interferometrischen Weges zum Strahlenteiler 116 zurückreflektiert wird.

Die Lichtstrahlteile 102a und 104b, welche längs des ersten und zweiten interferometrisehen Weges zum Strahlenteiler 116 zurückreflektiert wurden, werden teilweise vom Strahlenteiler 116 durchgelassen und auf einen Mischpolarisator 129 in einer parallelen und überlappenden Anordnung reflektiert. Der Mischpolarisator 129 mischt die parallelen und überlaroten Lichtstrahlenteile 102a und 104b, wodurch jeder dieser Teile mit einer Komponente gleicher Polarisation versehen wird. Diese gleich polarisierten Komponenten werden mittels eines fotoelektrischen Detektors 130 gemischt, so daß ein elektrisches Vergleichssignal erzeugt wird, welches eine Frequenz f_c hat, die gleich der Frequenz f_R (500 kM?) des Bezugssignals ist (welches am Ausgang des fotoelektrischen Detektors 1OS erscheint) und zwar solange als der Rückstrahler 126 nicht bewegt wird.

Der Ausgang 109 des fotoelektrischen Bezugsdetektors 108 und der Ausgang des fotoelek 'isehen Meßdetektors

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130 können direkt mit einem umkehrbaren ein MHz -Zähler 136 verbunden sein, welcher die Frequenz f_R des Bezugssignals positiv und die Meßfrequenz 1> des Vergleichssignals negativ zählt, während der Rückstrahler 126 bewegt wird, so daß eine kontinuierliche Anzeige der Änderung in der Phase des zweiten interferometrisehen Weges relativ zum ersten interferometrisehen Weg und damit der Änderung in der optischen Länge dieses zweiten optischen Weges in Einheiten der Lichtwellenlänge gegeben wird. Die Auflösung dieses interferometrischen Systems zur Längenmessung kann jedoch wesentlich dadurch verbessert werden, daß ein Frequenzmultiplizierer 132 zwischen den Ausgang des fotoelektrischen Detektors 130 und den abwärts zählenden Eingang des umkehrbaren Zählers 136 und ein weiterer Frequenzmultipiizierer 134 zwischen den Bezugssignalausgang (fp) und den aufwärts zählenden Eingang des umkehrbaren Zählers 136 geschaltet werden. Diese Frequenzmul ti pl izierer 132 und 134 multiplizieren die Frequenzen des Vergleichssignals und des Bezugssignals mit einem rationalen Bruch P/Q, wobei P eine ganze Zahl und Q eine kleinere ganze Zahl ist. Wenn somit ein Einviertelwellenlängen-Interferometer 128 verwendet wird, dann erzeugt eine Änderung von nur Q/4P Lichtwellenlängen im optischen Weg des zweiten interferometrischen Weges eine Einheitsänderung von einem Zyklus (d.h. von IHz pro Sekunde) in der Frequenz f.

C Bezugssignals während der Rückstrahler 126 bewegt wird.

des Vergleichssignals relativ zur Frequenz f_R des

Die von der Viertelwellenlängen-Platte 110 abgehenden Teile der Lichtstrahlen 102 und 104, welche in einem 90°-Winkel vom Strahlenteiler 112 reflektiert wurden, werden auf ein Bezugsinterferometer 164 gerichtet, welches im wesentlichen gleich dem Meßinterferometer

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ist mit einer wesentlichen Ausnahme, nä^lic'n, da3 der Rückstrahler 162 des Kontroll interferometers 164 nicht beweglich, sondern fest in einem korbestimn te η Abstand von den anderen Elementen des Kontra!1 interferometers angeordnet ist.

Somit reagieren die Teile der Lichtstrahlen 102 und 104, welche auf einen St r a h1e η t e i1e r 15 C η i t seine η Reflektorteilen 152 unu 154 fallen, in g = -aj dergleichen Weise, wie sie im Zusammenhang mit dem Strahlenteiler 116 und seinen Reflektoren 117 und 113 beschrieben wurde. Horizontal- und Verti k al pol ar i sat ions.veg-Filter 156 und 158 sind identisch m i t d e η FiILe r π 120 bzw. 122. In gleicher Weise stimmt eier Reflektor 160 mit dem Reflektor 124 überein. Ein Rückstrahler 162 ist identisch zum Rückstrahler 126, wobei j-doch ersterer nicht nit Absicht bewegt .',erden ka-;';, sondern wie bereits erwähnt, in einen konstanter- vo rbes ti nmte-"¹ optischen Wegabstand von den anderen Elementen des überwach jngsiηterferometers 164 angeordnet ist.

Die Lichtstrahlenteile, welche zum Strahlenteiler 15C reflektiert werden, werden teilweise in ei^rer parallelen und sich überlappenden Beziehung auf einen !' i s c h ρ ο 1a r isator 166 reflektiert, welcher jeden dieser Teile ηiserum sie mit einen Komponente von gleiter Pol arisatiozu versehen. Diese gleichpol arisier ten Komponenten „~-rden mittels eines fotoelektrischen Detektors 16: gemischt, um ein elektrisches überwachungssignal 'it einer Frequenz f _M zu erzeugen, w e 1 c h e s ■/ ο η d e r Ξ e ζ j. g s frequenz f„ nur dann abweicht, wenn die Lmgebung des überwachungs i η terf erometer s sich ändert ir. ei^er ,-,'eise, d a 3 sich die auftretende optische We π s t r e c k- ζ w^J ί ch eη cie"" Ruck strahl er 162 und den anderen E'ie "en:;.; η de ζ -'. L¹'" '- r ο 1 1 i η t e r f e r ο meters 1 64 si c^>: a η d e r t, W i:?. ζ ι; ",■ ο r ζ ε -

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schrieben, neigen derartige Faktoren wie die Temperatur, der Druck und die Feuchtigkeit alle dazu, die optische Wegstrecke eines Interferometers zu ändern, welche in Wellenlängen des Lichts gemessen wird.

Das elektrische Ausgangssignal des fotoelektrischen Detektors 168 läuft zu einem Frequenzmultiplizierer 170 und dann zu dem negativen Eingang eines umkehrbaren Zählers 172. (und Abzählen der Zähler). Das elektrische Bezugssignal S_R auf Leitung 109 wird an einen weiteren gleichen Frequenzmultipiizierer 174 und dann an den positiven Eingang des umkehrbaren Zählers 172 gelegt. Jeder der umkehrbaren Zähler 136 und 172 besitzt einen Impuls oder Handschaltereingang 178 und 180, über den die Zähler 136' und 172 auf eine gewünschte Zählung eingestellt werden können.

Zusammenfassend kann zu Fig. 1 gesagt werden, daß diese zwei Interferometer zeigt, welche beide dieselbe Lichtquelle besitzen. Ein Meßinterferometer 128 ist mit elektrischen Komponenten versehen, welche ein elektrisches Signal am Ausgang 138 eines Zählers 136 immer dann erzeugen, wenn der Rückstrahler 126 des Meßi-iterferometers 128 bewegt wird. In ähnlicher Weise ist ein Kontrol1 interferometer 164 gezeigt, welches durch dieselbe Lichtquelle erregt wird, und elektrische Komponenten besitzt, welche ein elektrisches Signal am Ausgang 176 eines Zählers 172 immer dann erzeugen, wenn sich die atmosphärischen Bedingungen ändern, wodurch die effektive Anzahl von Lichtwellenlängen in dem sonst festen optischen Weg des Kontrol1interferometers 164 sich ändern.

Fig. 2 veranschaulicht in einem schematischen Blockschaltbild die elektronische Anordnung, welche mit den iη terferometrischen Elementen der Fig. 1 verbunden

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sind, und die dazu dienen, die durch das Meßinterferometer 128 angezeigte Messung abhängig von den durch das Kontrollinterferometer 164 festgestellten Umgebungsfaktoren zu korrigieren. Fig. 2 zeigt einen elektronischen Multiplizierer 210, dessen Funktion nachstehend noch beschrieben wird und dessen einer Eingang mit dem Ausgang 138 des Zählers 136 des Meßinterferometers 128 verbunden ist. Der Ausgang des Multiplizierers 210 ist mit einer Sichtanzeige 220 verbunden, welche den endgültigen korrigierten Ausgangswert des Meßinterferometers 128 anzeigt.

Das Ausgangssignal 176 von dem Kontrol1interferometerzähler 172 wird an einen Eingang eines weiteren elektronischen Multiplizierers 30 gelegt und das Ausgangssignal C dieses Multiplizierers 230 wird an einen ersten Eingang eines Vergleichers 240 übertragen. Das Ausgangssignal C des Multiplizierers 230 wird auch an ein Register 242 gelegt, dessen Ausgang mit dem anderen Eingang des Vergleichers 240 verbunden ist. Der Vergleicher 240 besitzt zwei Ausgänge C>R und C<R.

Ein vierpoliger Umschalter 244a - d ist in Fig. 2 gezeigt und zwar mit allen Kontakten in seiner Ruhestellung; die andere Position des Schalters 244a-d ist mit "LAUF" bezeichnet.

Ein Impulsgenerator 246 der beispielsweise einen Impuls in jeweils 8 Sekunden abgibt, ist ausgangssei tig mit zwei UND-Gliedern 248 und 250 verbunden, deren Ausgangssignale dem negativen bzw. positiven Eingang eines umkehrbaren Zählers 252 zugeführt werden. Der Zustand des umkehrbaren Zählers 252 ist als der Wellenlängenmultiplizierer bekannt und wird an die anderen Eingänge der Multiplizierer 21C und 230 übertragen. Der reversible Zähler 252 kann auf eine gewünschte Zählung vor-

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eingestellt werden, wenn sich der Schalter 244d in der Ruhestellung befindet, wie dies in Fig. 2 angegeben ist. Das UND-Glied 248 wird durch das C >· R - Signal geöffnet, wenn sich der Schalter 244b in der Laufstellung befindet. In ähnlicher Weise wird das UND-Glied 250 durch das C < R - Signal geöffnet, wenn der Schalter 244c in Laufstellung ist. Während der Lauf-Betriebsphase wird das Register 242 augenblicklich durch das Ausgangssignal C des Multiplizierers 230 mittels des Ladesignals durch Schalter 244a geladen.

Im Betrieb wird die interferometrisehe Anordnung zuerst derart eingerichtet, daß der Rückstrahler 162 des Kontrol1 interferometers 164 in einem präzisen konstanten Abstand von den anderen Elementen des Interferometers beispielsweise mittels eines 12,70 cm Eichblocks eingestellt. Diese bekannte feste Kontrol 1 strecke wird über den Eingang ISO in den umkehrbaren Zähler 172 voreingestellt. Eine jegliche Änderung in der gemessenen Länge dieses nominal konstanten Weges ist auf Änderungen in den Umgebungsbedingungen zurückzuführen. Das Ausgangssignal des Zählers 172 wird dann über den Multiplizierer 230 multipliziert, um ein Signal C zu erzeugen.

Der korrekte Anfangsumgebungsfaktor wird wie folgt bestimmt: Der Schalter 244a-d wird in seine Ruheposition gebracht, wodurch die Rückkopplungsschleife der Anordnung geöffnet wird und zwar durch Abtrennen der Eingänge zu den UND-Gliedern 248 und 250 und dadurch, daß die Voreinstellung des reversiblen Zählers ermöglicht wird. Der Rückstrahler 126 des Meßinterferometers 128 wird nun genau um eine bekannte Strecke beispielsweise mittels eines 25,^ cm Eichblocks bewegt, und die Zähler 136 und 252 werde- durch Signale an den Eingängen 138 und 253 solange verändert, bis die Anzeige 220 genau der Strecke entspricht, um welche der Rückstrahler 126

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bewegt wurde. Der Umgebungskorrekturfaktor entspricht dann den herrschenden Bedingungen.

Wenn der Schalter 244a - d in die Laufposition gebracht wird, dann wird der Voreinstelleingang 253 des Zählers 252 abgetrennt, und die Rückkopplungsschleife der elektronischen Anordnung durch Anlegen der C^R und C^R- Signale an die UND-Gatter 2^3 bzw. geschlossen; das Signal C lädt das Register 242. Dies bewirkt, daß sich der Umgebungskorrekturfaktor periodisch vergrößert oder verkleinert, wenn ü^gebungsänderungen das Signal 176 bewirken; das Signal C ändert sich dann, bis es gleich den Signal R ist. Dieser Umgebungskorre'·; turf ak tor (Ausgangssignal des Zählers 252) wird an den Multiplizierer 210 gelegt, so daß die Anzeige 220 ständig für Umgebungsänderjngen auf den neuesten Stand gebracht wird, welcher dann entsprechend von der Sichtanzeige 220 angezeigt wird.

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Claims

Patentansprüche

.iVerfahren zum Korrigieren - eines Abstandsinterferoir.eters in einem Medium, welc as Umgebungsänderungen unterworfen ist, wöbe' das Interferometer einen Meß- und einen Kontrollichtstrahl verwertet, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Meß 1ichtstrah1 durch ein erstes Interferometer auf einen ersten Reflektor gerichtet wird, welcher in einem veränderbaren Abstand von dem ersten Interferometer angeordnet ist, welches Vorrichtungen zum Messen und Anzeigen des Lichtweges zwischen letzterem und dem ersten Reflektor besitzt,

b) der Kontrollichtstrahl durch ein zweites in einekonstanten vorbestimmten Abstand von einem zweiten Reflektor angeordneten Interferometer gerichtet wira, welch letzteres Vorrichtungen zum Messen und Anzeigen des Lichtweges zwischen dem zweiten Interferometer und dem zweiten Reflektor zugeordnet hat,

c) über eine ZeitperioJe die Änderung in der Kontrolllichtweg (Strecke) gemessen wird, wie sie durch das zweite Interferometer infolge Umgebungsvaränderungen angezeigt wira, wobei die Änderung entweder eine

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positive oder eine negative Richtung besitzt und

d) die angezeigte Meßlichtwegstrecke des ersten Interferometers mit einem Korrekturfaktor multipiiziert wird, dessen Zähler der konstante vorbestimmte Abstand und dessen Nenner die Summe des konstanten vorbestimmten Abstands und der Änderung in dem vom zweiten Interferometer angezeigten, beobachteten Kontrollichtweg sind.
2. Interferometrische Vorrichtung mit Meß- und Kontrolllichtstrahlen, g e k e η η ζ e i c h ne t durch

a) ein erstes Interferometer durch das der Meßlichtstrahl auf einen ersten Reflektor gerichtet wird, welcher von de-; ersten Interferometer in einem veränderbaren Abstand angeordnet ist,

b) erste Meßvorrichtungen, die dem ersten Interferometer zur Messung und Anzeige der Meßlichtwegstrecke zwischen dem ersten Interferometer und dem ersten Reflektor zugeordnet sind,

c) ein zweites Interferometer durch das der Kontrolllichtstrahl auf einen zweiten Reflektor gerichtet wird, welcher von dem zweiten Interferometer in einem konstanten vorbestimmten Abstand angeordnet ist,

d) zweite Meßvorrichtungen, die dem zweiten Interferometer zur Messung und Anzeige der Kontrollichtwegstrecke zwischen dem zweiten Interferometer und dem zweiten Reflektor zugeordnet sind,

e) Vorrichtungen zum Aufspeichern der Änderung äer durch die zweite Meßvorrichtung gemessenen Kontrolllich twegstrecke über eine Zeitperiode, wobei die

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Änderung durch Änderung der Umgebung des Interferometergeräts verursacht wird und

f) Korrekturvorrichtungen, welche auf die Speichervorrichtungen ansprechen und mit den ersten Meßvorrichtungen zur Korrektur der angezeigten Meßlichtwegstrecke durch Multiplizieren dieser angezeigten Meßlichtwegstrecke mit einem Korrekturfaktor verbunden sind, welcher der genannten konstanten vorbestimmten Strecke dividiert durch die S^nme der konstanten vorbestimmten Strecke und der Änderung der Kontrollichtwegstrecke entspricht.
3. Interferometergerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Interferometer erste Speichervorrichtungen zugeordnet sind, daß Vorrichtungen zum Aufspeichern der Anzahl der Lichtwellenlängen in dem optischen Weg des ersten Interferometers bei Bewegung des ersten Reflektors und zur Erzeugung eines elektrischen Signals vorgesehen sind, welches die Anzahl der Wellenlängen wiedergibt, daß dem zweiten Interferometer zweite Speichervorrichtungen zum Aufspeichern der Anzahl der Lichtwellenrängen in dem optischen Weg des zweiten Interferometers bei Änderung des optischen Weges infolge UmgebungsVeränderungen und zur Erzeugung eines zweiten elektrischen Signals zugeordnet sind, welches aie Anzahl der Wellenlängen darstellt, daß . crrichtungen zum Vergleichen des zweiten elektrischen Signals mit einem vorbestimmten Signal und zur Erzeugung zweier Vergleichssignale als Ergebnis des Vergleichs vorgesehen sind, daß Vorrichtungen zum periodischen übertragen eines der beiden Vergleichssignale an einem von zwei Eingängen eines WeI1 en 1ängenmultipiizierers vorgesehen sind, der ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt, wobei die Eingänge additiv bzw. subtraktiv

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sind und daß Multipliziervorrichtungen vorgesehen sind zum Ändern des ersten elektrischen Signals durch das genannte Ausgangssignal des Wellenlängenmultiplizierers und zum Erzeugen eines endgültigen Ausgangssignals, welches zur Übertragung an ein Anzeigegerät geeignet ist.

Vorrichtung zum Korrigieren des Fehlers eines Positionsmeßinterferometers, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß zwei Wege nämlich ein erster Kontroll weg konstanter Länge und ein zweiter Meßweg veränderbarer Länge vorgesehen sind, sowie WeIlenlängenmultipliziervorrichtungen für beide Wege, welche Vorrichtungen zur Anzeige des Fehlers im Meßweg besitzen, Vorrichtungen zum Verstellen der Multiplizierwellenlängenvorrichtungen, bis der Fehler des Meßweges ein Minimum ist, wodurch sich Vorrichtungen zum gleichzeitigen Einstellen beider Multipliziervorrichtungen ergeben, welche den Fehler in dem Kontrollweg und den Fehler im Meßweg korrigieren.

Gerät zur Korrektur des Fehlers in einem Positionsmeßinterferometer, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Wege, nämlich ein erster Kontrollweg konstanter Länge und ein zweiter Meßweg variabler Länge vorgesehen sind sowie WeIlenlängeneinstel!vorrichtungen für beide Wege, welche Vorrichtungen zur Korrektur des Fehlers des Kontrollweges und des Fehlers des Meßweges besitzen.

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