JP2001153605A - 干渉計 - Google Patents

干渉計

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 参照光線が踏破する距離を迅速且つ広範囲に
変化させることのできる装置を提供することである。 【解決手段】 参照分岐路（５，１０５）と測定分岐路
（３，１０３）とを備えた干渉計装置（１）。参照分岐
路（５，１０５）は互いに対向しあっている２つの反射
面（７，１１３）を有している。反射面（７，１１３）
を、その相対配置位置を維持しながら回転軸（９，１１
１）のまわりに回転させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、参照分岐路と測定
分岐路とを備え、参照分岐路が互いに対向しあっている
２つの反射面を有している干渉計に関する。
【０００２】
【従来の技術】米国特許第５２７０７８９号公報から
は、測定分岐路と参照分岐路とを備えた干渉計装置が知
られている。参照分岐路内には、参照光線の光路長を変
化させるための別の干渉計が設けられている。たとえ
ば、マイケルソン干渉計の参照分岐路内にファブリ・ペ
ロー干渉計が配置される。このファブリ・ペロー干渉計
により、測定光線と重畳されるべき参照光線が多数の光
束を有することになる。これら多数の光束には、ファブ
リ・ペロー干渉計内の反射部の数量に依存してそれぞれ
異なる光路が割り当てられる。測定光線と参照光線とは
重畳され、その際付設の検出器により干渉現象を検出す
ることができる。検出された干渉現象の強度に依存し
て、参照光線の干渉光束の次数を推定でき、よって、参
照光路の該当する光束の光路を推定することができる。
参照分岐路の個々の光束は、次の次数に対し、踏破した
光路の光路差が一定である。干渉現象を発生させるた
め、測定分岐路内に、並進運動可能なミラーが配置され
ており、このミラーは、少なくとも、参照光線の２つの
次数の間の前記一定の光路差だけ走行可能である。
【０００３】この装置の欠点は、個々の光束の強度が次
数の増大に伴って著しく減少し、これにより、参照分岐
路の光束によってカバーされる、異なる光路長の範囲が
制限されていることである。次数の高い参照光線の光束
で干渉現象を検出するには高感度のセンサ装置が必要で
ある。個々の干渉現象の強度差は隣接する構造の次数が
増大するに伴って非常に小さくなる。その結果、許容で
きるような測定範囲をカバーするには、ＳＮ比を改善す
るための付加的な装置を必要とすることがある。
【０００４】さらに、参照光線が踏破する距離を変える
ための走行可能な反射器を参照分岐路内に有している干
渉計装置が知られている。この装置の欠点は、このミラ
ーの走行速度がかなり制限されていることである。した
がって、許容時間内でわずかな距離差しか実現できず、
或いは、大きな距離範囲を操作するために比較的長い走
査時間を考慮に入れねばならない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、参照
光線が踏破する距離を迅速且つ広範囲に変化させること
のできる装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明のこの課題は、請
求項１に記載された構成によって解決される。すなわ
ち、相対配置位置を維持しながら回転軸のまわりに回転
可能であるような反射面を参照分岐路内に配置したこと
を特徴とするものである。それによって、本発明は参照
分岐路の光路長を広範囲にわたって短時間で変化させる
ことができる。反射光線が１つの反射面に最初に入射す
たるときに反射面と成す角度に依存して、反射面の間で
反射する回数が変化する。したがって、参照光線が踏破
する距離が変化する。
【０００７】これら反射面を回転駆動させる回転駆動部
が反射面に付設されているのが有利であることが明らか
となった。特に、評価に伴うコストを少なくするには、
角速度一定の駆動部も必要である。
【０００８】反射面が少なくとも９０％の反射率、有利
には９９％の反射率を有しているのが有利であることが
明らかとなった。これにより、参照光線の強度が両反射
面の間での反射の回数に依存してわずかだけ減少するこ
とが保証される。これにより、反射面の間での反射の回
数が多いときの参照光線は、反射面の間に入射する前の
参照光線に比べて強度がわずかに減少することが保証さ
れる。
【０００９】反射面を互いに対向させて間隔Ｄで互いに
平行に配置するのが有利なことが明らかとなった。反射
面の間隔Ｄが一定であることにより演算の手間が少なく
なる。なぜなら、特に次数が高い場合、反射面によって
形成される光線誘導体に入射する際の入射角に依存して
次数間の距離差が２＊Ｄになるからである。近似的に
は、入射角のコサインはほぼ１であると想定される。こ
れは特に、入射光線と反射面の垂線との成す角度が小さ
い場合に適用され、すなわち参照光路の踏破すべき距離
範囲が長い場合に対して適用される。
【００１０】反射面によって形成される光線誘導体の前
部開口部の領域に回転軸を配置するのが有利であること
が明らかになった。これにより、大きな角度範囲にわた
っての参照光線の光線誘導体へのカップリングを保証す
ることができ、しかも参照光線の光路の延在態様を適合
させる必要がない。入射角により、反射面の間での反射
回数または光線誘導体内での反射回数が決まる。したが
って、参照光線が踏破する光学的距離が広範囲に変化す
る。
【００１１】光線誘導体が回転軸と固定結合されている
のが有利であることが明らかになった。
【００１２】有利な実施の態様では、反射面にエンドミ
ラーが付設されている。このエンドミラーは、光線誘導
体に入射する前の参照光線に対し垂直に配置されてい
る。これにより、光線誘導体から出た光線がエンドミラ
ーで反射することによって戻り反射することが保証され
る。光線誘導体の角速度が小さければ、エンドミラーで
反射した参照光線は光線誘導体を通るほぼ同じ光路を戻
る。
【００１３】エンドミラーが並進走行可能であることが
有利であることが明らかとなった。その結果、参照分岐
路内で光路を無段階に変化させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】次に、いくつかの実施の形態に関
し本発明を詳細に説明する。
【００１５】図１に図示した干渉計装置１は、白色光を
発する光源２５を有している。光源２５から発せられる
光線２６は、光路内に角度を持って配置されているビー
ムスプリッター２７に入射し、そのビームスプリッター
２７により、光源２５から発せられた光線は分割され
て、その部分光線は測定分岐路３と参照分岐路５とに分
けられる。ビームスプリッター２７は４５゜の角度で光
路内に配置されているのが有利である。参照分岐路５に
分割された光線は、図２を用いて詳細に後述する回転ミ
ラー装置２を通過し、参照分岐路５の光路に対し垂直に
配置されているエンドミラー１５で反射する。反射した
光線はもう一度回転ミラー装置２を通過して、再びビー
ムスプリッター２７に入射する。その際ビームスプリッ
ターを通過した光線部分は検出器２９に入射する。この
検出器２９には、測定分岐路３から戻ってきてビームス
プリッター２７で反射した光線も入射する。
【００１６】次に図２を用いて、回転ミラー装置２の実
施の形態を詳細に説明する。この回転ミラー装置２は反
射面７を有している。この反射面７によって光線誘導体
１３が形成され、ミラーシステム１１を形成している。
個々の反射面７はそれぞれ長さＬの縦方向延在部を有
し、互いに平行に間隔Ｄで配置されている。反射面７は
互いに向き合うように配置されている。反射面７の間に
ガラスが配置されていないことにより、拡散作用が回避
される。反射面７の１つは回転軸９と固定結合され、回
転軸９は回転駆動部１０により回転駆動可能である。回
転駆動部１０を制御することによって、反射面７によっ
て形成されているミラーシステム１１が回転させられる
が、その際個々の反射面７の相対位置は変化しない。こ
れらの反射面７には、参照分岐路５の光線４に対し垂直
に配置されたエンドミラー１５が付設されている。光線
４は反射面７によって形成されているミラーシステム１
１にカップリングされ、その際ミラーシステム１１から
出射する光線はカップリングされた光線４に対し平行に
延びる。エンドミラー１５は、２＊Ｄ以上の走行長さだ
け参照分岐路５の光線の方向へ並進的に走行可能であ
る。エンドミラー１５はたとえば検流計により駆動する
ことができる。通常の構造の検流計は１ｃｍの最大調整
距離７を可能にするので、反射面７は最大で５ｍｍの相
互間隔で配置される。並進操作台を設けることにより、
エンドミラー１５の２０ｃｍの最大調整距離が達成可能
である。
【００１７】図３と図４は、反射板７の反射率が９９％
であると想定して、回転ミラー装置２を両方向に通過し
た後の光線の強度をグラフ化したものである。さらに、
次数と、参照光線が踏破する光学的距離と、回転ミラー
装置からビームスプリッターの方向へ離れる参照光線の
強度とが図示されている。
【００１８】図４は、図３の１２゜ないし３０゜の入射
角範囲１９の部分拡大図である。光学的距離の、次数が
跳躍している部分の間でただ１つの回転ミラー装置２に
よりカバーされない範囲は、調整距離１７を持ったエン
ドミラー１５の走行能により提供される。cosα≒1の近
似を想定できない角度範囲に対しては、踏破した光学的
距離を算出する際に角度を一緒に取り込まねばならな
い。これから、エンドミラーは個々の反射面の間隔の２
倍以上走行可能でなければならないという結論になる。
光学的距離に対しては、
【００１９】ＳＳ（Ψ）＝２＊（Ｓ（Ψ）＊ｎ（Ψ）＋
Ｌ＊（１−sin（Ψ））） が適用される。
【００２０】したがって強度に対しては、
【００２１】Ｉ（Ψ）＝０．９９2*n(Ψ)+1 が適用される。
【００２２】図５を用いて、上述した干渉計装置により
部品の位置決めを実施可能にする装置について説明す
る。装置に関する説明に引き続いて、位置決定のための
方法を詳細に説明する。
【００２３】干渉計装置１０１を用いて位置決定するた
めの装置１００は、光源１２３として超発光ダイオード
１２５を有している。超発光ダイオード１２５は白色光
源である。超発光ダイオード１２５から発せられた光線
はファイバーオプティックス１０７にカップリングされ
る。ファイバーオプティックスとしては単一モードファ
イバであることが望ましい。ファイバーオプティックス
１０７は、ファイバーオプティックス内部に導入された
光線が踏破した距離が既知であるように選定されてい
る。このファイバーへカップリングされた光線はファイ
バーオプティックス１０７を介してミクサー１２７に達
し、このミクサー１２７によりこの光線は一方が測定分
岐路１０３にカップリングされ、他方は参照分岐路１０
５にカップリングされる。
【００２４】測定分岐路１０３にカップリングされた光
線は、再びファイバーオプティックス１０７を介して送
信器１３３へ導かれる。送信器１３３はこの光線を球面
波１３７として発信する。この送信器１３３には、位置
を決定される部品が固定結合され、或いは、位置を決定
される部品と一定関係にある付設の部品が固定結合され
ている。送信器１３３には反射球１３５が付設されてお
り、送信器１３３から発信された球面波１３７の一部分
がこの反射球１３５によって反射され、有利には、反射
球１３５に当たった光線は該反射球１３５によって合焦
される。反射した光線は送信器１３３（同時に受信器１
３４でもある）によって再び測定分岐路１０３のファイ
バーオプティックス１０７にカップリングされる。そし
て再びミクサー１２７に達する。
【００２５】反射球１３５の代わりに受信器を設けて、
受信した光線をミクサー１２７に供給するようにしても
よい。
【００２６】参照分岐路１０５にカップリングされた光
線は、ファイバーオプティックス１０７を介して、すで
に述べた回転ミラー装置２に対応する回転ミラー装置１
０２にカップリングされる。この回転ミラー装置１０２
は回転軸１０９を有しており、回転ミラー装置１０２の
ミラー１１３は付設の駆動部１１０によって回転駆動さ
せられる。回転ミラー装置１０２を回転駆動するために
設けられている駆動部１１１は、制御装置１３０によっ
て制御される。回転ミラー１１３から出射する光線は、
回転ミラー装置１０２にカップリングされる光線に対し
垂直に配置されている付設のエンドミラー１１５に入射
し、このエンドミラー１１５によって反射させられる。
このエンドミラー１１５は付設の駆動部１１７、有利に
は検流計１１９により並進駆動可能である。この付設の
駆動部１１７により、回転ミラー装置１０２の互いに平
行に配置されているミラー１１３の間隔の２倍の往復運
動が少なくとも１回保証される。エンドミラー１１５の
その都度の位置は、信号線１２１（この信号線により前
記駆動部１１７も制御可能である）を介して評価装置１
３１へ送られる。駆動部１１７の制御は、駆動部１１１
の制御と同様に制御装置１３０により行なわれる。制御
装置１３０を、評価装置１３１を備えたユニットとして
構成してもよい。
【００２７】エンドミラー１１５によって反射させられ
た光線は、ミラー１１３を介して再び参照分岐路１０５
のファイバーオプティックス１０７にカップリングさ
れ、このファイバーオプティックス１０７を介して再び
ミクサー１２７へ達する。ミクサー１２７では、測定分
岐路１０３から戻ってきた光線が参照分岐路１０５から
戻ってきた光線と重畳される。ミクサー１２７には検出
器１２９が付設されており、この検出器１２９により重
畳光線の干渉が検出される。検出した干渉現象から、送
信器１３３から反射球１３５への走行時間および反射球
１３５から送信器１３３へ戻るまでの走行時間を導出す
ることができる。少なくとも４個の反射球１３５を設け
るのが有利であり、このようにすると、それらの信号か
ら、決定されるべき部品の位置を正確に検出することが
できる。回転ミラー装置１０２により、位置決定される
べき部品が存在することのできる範囲は、参照分岐路内
で光線が踏破すべき距離を対応的に生じさせることによ
って常時スキャンされる。
【００２８】参照分岐路１０５内のファイバーオプティ
ックスに基づく光学的距離と測定分岐路１０３内のファ
イバーオプティックスに基づく光学的距離との釣り合い
は、送信器１３３で反射して戻った光線、したがってフ
ァイバーオプティックス１０７を離れなかった光線を用
いて調べられ、或いは調整される。
【００２９】送信器１３３から発せられる球面波１３７
に優先方向を持たせて、球面波の振幅が立体角に依存し
て変化するようにしてもよい。このようにすると、検出
した走行時間信号と干渉現象の強度に基づいて、送信器
１３３から反射球１３５までの距離以外に、送信器１３
３に対して反射球１３５が存在する立体角をも推定する
ことができる。
【００３０】放射された球面波１３７が優先方向を持っ
ている場合の強度を考慮することにより、所定の空間内
で位置決定されるべき部品の位置を３個の反射球１３５
を用いて一義的に決定することができる。位置決定され
るべき部品の正確な位置または送信器１３３の正確な位
置を決定するために必要な反射球１３５の数量を最小に
するには、これら反射球１３５を非対称に配置するのが
有利であることが判明した。
【００３１】位置決定されるべき部品のおおよその位置
が既知である場合、上記のような干渉計装置１０１を正
確な位置決定のために使用することもできる。
【００３２】図６には、検出された干渉現象の可能な信
号順序が概略的に示されている。信号Ｌ１は１で示した
反射球１３５によるものである。時間的に最初に検出さ
れた干渉結果Ｌ１は、送信器１３３と反射球１３５の間
の最短距離に対応している。反射球１３５と送信器１３
３の間の距離に対応して、個々の干渉結果が時間的な順
序で検出される。
【００３３】局所的な位置決定のための装置内に回転ミ
ラー装置２，１０２を使用することは１つの可能な使用
態様である。回転ミラー装置はこのような使用態様に限
定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】干渉計装置を示す図である。
【図２】回転ミラー装置を示す図である。
【図３】強度と反射回数との関係を示すグラフである。
【図４】図３の拡大図である。
【図５】干渉計装置を用いた位置決定の説明図である。
【図６】信号順序を示す概略図である。
【符号の説明】
１ 干渉計装置 ２ 回転ミラー装置 ３ 測定分岐路 ４ 光線 ５ 参照分岐路 ７ 反射面 ９ 回転軸 １０ 回転駆動部 １１ ミラーシステム １３ 光線誘導体 １５ エンドミラー １７ 調整距離 １９ 入射角 ２５ 光源 ２６ 光線 ２７ 光線誘導体 ２９ 検出器 ３１ 前部開口部 ３３ 後部開口部 １００ 局所的に位置決定するための装置 １０１ 干渉計装置 １０２ 回転ミラー装置 １０３ 測定分岐路 １０５ 参照分岐路 １０７ ファイバーオオプティックス １０９ 回転軸 １１１ 駆動部 １１３ ミラー １１５ エンドミラー １１７ 駆動部 １１９ 検流計 １２１ 信号線 １２３ 光源 １２５ 超発光ダイオード １２７ ミクサー １２９ 検出器 １３０ 制御装置 １３１ 評価装置 １３３ 送信器 １３４ 受信器 １３５ 反射球 １３７ 球面波
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クリストフ・ハウガー ドイツ連邦共和国・73431・アーレン・ヘ ーゲルシュトラーセ・146 (72)発明者 フランク・ヘラー ドイツ連邦共和国・73434・アーレン・ミ ランヴェク・25

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 参照分岐路と測定分岐路とを備え、参照
    分岐路が互いに対向しあっている２つの反射面を有して
    いる干渉計において、反射面（７，１０７）を、その相
    対配置位置を維持しながら回転軸（１０９）のまわりに
    回転させるようにしたことを特徴とする干渉計。
  2. 【請求項２】 反射面（７，１１３）に回転駆動部（１
    １１）が付設されていることを特徴とする請求項１に記
    載の干渉計。
  3. 【請求項３】 反射面（７，１１３）が少なくとも９０
    ％の反射率を有していることを特徴とする請求項１に記
    載の干渉計。
  4. 【請求項４】 反射面が互いに対向しあって一定の間隔
    で配置され、且つ互いに平行に配置されている干渉計に
    おいて、反射面（７，１１３）によって光線誘導体（１
    ３）が形成され、光線誘導体（１３）は前部開口部（３
    １）と後部開口部（３３）とを有し、回転軸（９）が前
    部開口部（３１）の領域に配置されていることを特徴と
    する上記請求項のいずれか１項に記載の干渉計。
  5. 【請求項５】 光線誘導体（１３）が回転軸（９）と固
    定結合されていることを特徴とする上記請求項のいずれ
    か１項に記載の干渉計。
  6. 【請求項６】 反射面（７，１１３）にエンドミラー
    （１５，１１５）が付設され、エンドミラー（１５，１
    １５）は、光線誘導体（１３）にカップリングされる参
    照分岐路（５，１０５）またはミラー（１１３）の間で
    反射させられる参照分岐路（５，１０５）の光線に対し
    垂直に配置されていることを特徴とする請求項１から５
    のいずれか１項に記載の干渉計。
  7. 【請求項７】 エンドミラー（１５，１１５）を並進運
    動させることができることを特徴とする請求項１から６
    のいずれか１項に記載の干渉計。
  8. 【請求項８】 エンドミラー（１５，１１５）が、少な
    くとも調整距離（１７，１１７）２＊Ｄだけ、カップリ
    ングされるべき光線に対し垂直に走行可能であり、ここ
    でＤは反射面（７，１１３）の間の最大間隔であること
    を特徴とする上記請求項のいずれか１項に記載の干渉
    計。
  9. 【請求項９】 エンドミラー（１５，１１５）が無段階
    に走行可能であることを特徴とする上記請求項のいずれ
    か１項に記載の干渉計。
  10. 【請求項１０】 部品の位置を決定するための装置にお
    いて、装置が上記請求項のいずれか１項に記載の回転ミ
    ラー装置（２，１０２）を含んでいることを特徴とする
    装置。
JP2000310386A 1999-10-15 2000-10-11 部品の位置を検出する装置 Expired - Fee Related JP4934244B2 (ja)

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