JPH0329802A

JPH0329802A - 干渉計

Info

Publication number: JPH0329802A
Application number: JP2147508A
Authority: JP
Inventors: Gerhard Leuchs; ゲルハルト・ロイクス; Martin Kerner; マルティン・ケルナー
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-06-07
Filing date: 1990-06-07
Publication date: 1991-02-07
Also published as: EP0401576A3; DE59001953D1; EP0401576A2; EP0401576B1; US5177566A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、干渉計（配置）に関するものであり、さらに
詳しくは、レーザ光源から発せされた光線を測定光線と
参照光線に分割するための光束分割器（ビーム・スブリ
ッタ）を少なくとも１つ備えた光源と、参照光路を通る
参照光線および、これと分かれて気体状の周囲媒体中を
貫通し、可動式の測定用反射鏡によって導かれる測定光
路を通る測定光線を干渉させるための再結合装置と、再
結合装置から発せられた光干渉信号の少なくとも１つを
分析するために、光検出器を少なくとも１つ備えた検出
装置から構成され、とくに可動部分の間隔あるいは移動
距離を測定するための干渉計に関するものであり、また
、ここでこの干渉計は、変動する環境条件を把握もしく
は補正するため、反射面の間の空間が周囲媒体と連通し
、光導波路を通るレーザ光源からの光線によって照射さ
れる既知の長さの静止エタロンを少なくとも１つ備えて
いる。

［従来の技術］測定光線が周囲媒体（ほとんどの場合は空気）中を貰通
ずる測定光路上を通るような干渉計では、干渉計測結果
はまず、この周囲媒体中の光波長（以下では簡単に空気
波長と呼ぶ）の単位で表わされる。例えば、測定用反射
鏡の移動距離をメートル法で表わすためには、レーザ光
源の発光周波数と周囲媒体の屈折率に左右される空気波
長を正確に知っておく必要がある。発光周波数が分かっ
ている場合には、周囲媒体の圧力、温度、および湿度を
把握し、これを公式に当てはめて屈折率を計算すること
ができる。このようないわゆるパラメータ法の欠点は、
発光周波数をできるだけ正確に知っておかねばならない
ことと、空気成分など、圧力、温度、および湿度以外の
パラメータが屈折率やさらには空気波長に影響を与える
ことである。

既知の長さの測定基準と空気波長を干渉測定で比較する
ことによって、空気波長を直接測定することができる。

静的な測定基準としては、既知の基準間隔を置いて２つ
の反射面が配置されたいわゆるエタロン（ブロッック・
ゲージ）が適しており、また、ここでこのエタロンは「
開放竹」である、すなわち反射面の間の空間が周囲媒体
と連通している。変動する環境条件（周囲媒体の屈折率
）の把握および補正のためこのようなエタロンを使用す
る場合には、２種類の別々の問題が生じる。第１に、エ
タロンの反射面の間（エタロンが複数である場合には、
各エタロンの間）が、測定光路と事実上同じ環境条件に
なければならない。

従来の装置では、測定光路から離れた位置で干渉１１１
を構戚する他の光学機器の近くにエタロンが配置される
ことが多く、とくにエタロン内の周囲媒体と測定光路上
の周囲媒体の温度や湿度が巽なる恐れがあり、したがっ
て測定結果の精度が低下する可能性があった。

環境条件を把握し、もしくは補正するため、１つあるい
はそれ以上のエタロンを用いる場合に生しるもう１つの
問題は、角“度調節に対する感度の問題である。干渉信
号を測定する光路差は、予想される通り、エタロンの長
さ（２つの反射面の間隔）だけでなく、光線が干渉計に
入射する角度にも影響される。角度の許容誤差は、干渉
計およびエタロンの長さの精度をどの程度に設定するか
によって決まる。典型的なエタロンは、長さが約ｌ　ｃ
ｍで、相対的な空気波長精度がｌロ−７であり、この場
合には、角度の最大許容誤差は１５分（共線照射エタロ
ン）もしくは数秒（拡散照射エタロン）である。いずれ
にしても、従来の構造の干渉計では、実際の使用で角度
の精度要求を満たすことは困難である。

プレー１・形の支持抽板上に組み込んだ光導波路を持つ
干渉計が、すでに知られている（ＤＥ−ＯＳ　３７＋５
　６２７１。この干渉計では、環境条件の輔正に原理的
に適合するように、空気を満たした装置が支持基板に接
続され、支持基板の表面とともに一種のエタロンを形成
している。ただ、この「エタロン」は、測定光路から離
れた位置にある支持基板の横に固定されており、「エタ
ロン」内と測定光路上の環境条件（とくに温度と湿度）
を必ずしも同じにすることはできない。しかし、正確な
測定結果を得るには、このような前提条件がとうしても
必要である。

１ｌｌ２本発明の課題は、１つあるいはそれ以上のエタロンを用
いて測定光路上の変動ずる環境条件を把握もしくは補正
することができ、また、測定光路」ユの実際の空気波長
を正確に測定できる、小型で操作が簡単な、とくに産業
用の位置測定に適した、冒頭で述べたような種類の干渉
計を提供することである。

本発明によれば、ｊつあるいはそれ以上のエタロンに接
続する光導波路を、レーザ光源から発せられた光源を誘
導する可とう性の光ファイバとすることによってこの課
題が解決される。

可とう性の光ファイバにエタロンを接続することによっ
て、費用がかかる調節用の光学部品を用いずにエタロン
を測定光路部分もしくはその近くに配置することができ
、また、１つあるいはそれ以上のエタロンの反射面の間
の環境条件を測定光路上と事実」―同じにすることがで
きる。

媒体条件についてみると、屈折率の相対差が可動部分の
位置変化の測定精度要求と同じかそれ以下であれば、ど
んな場合であってもその媒体条件は実質的に同じである
。例えば、１ｍの移動距離で測定誤差を０．１　　ｌｂ
ｍ以下にしたい場合、媒体条件を実質的に同じと見なす
ためには、上記のような屈折率の相対差が　△ｎ／ｎ　
　＜　１０−’でなければならない。

また、測定光路上の媒体の圧力、温度、おＪ；び湿度、
あるいは成分が変化した場合に、エタロン内の拡散過程
によって「同じ」環境条件になるまで待たなければなら
ないようでは望ましい装置とはいえない。したがって、
とくに、各エタロンに２つの開口部を設け、換気装置に
よって発生させた気流が１つあるいはそれ以上のエタロ
ン内を通るようにする。

実際には、エタロンの反射面に対する角度を調節できる
保持器に、ファイバのエタロン側の先端を調節して取り
付ける。こうすることによって前述したエタロンの角度
調節に対ずる感度の問題を解決し、エタロンの実際の位
置に関係なく常に正確な角度調節を行なうことができる
。したがって、離れて配置された別の光学機器との関係
でエ１　４クロンを調節する必要はなく、エタロンは、測定光路の
近くの適切な位置に自由に配置することができる。実際
に使用する場合には、これは大変重要な長所である。

本発明の好ましい実施例では、１つあるいはそれ以上の
エタロンを接続する可とう性光ファイバを単一モード光
導波路、とくに単一モード・グラス・ファイバとする。

互いに平行に向かい合った光線が、平行に並んだ反射面
に対して垂直に、エタロンの２つの反射面の間の空間に
入るよう、光ファイバのエタロン側の先端とエタロンの
２つの反射面の１つとの間に規準レンズを配置する共線
照射エタロンの場合に単一モードの光導波路を用いると
、適切な精度の規準レンズを通過して結像した後に、エ
タロンの共線照射に最適の波面を形成するような、明確
な波面が単一モード光導波路内に存在するという効果が
ある。

立体的な干渉リング・パターンを分析する拡散照射エタ
ロンの場合には、干渉リングは原理的に、拡散光源の位
置ではなく、エタロンの空間的ｌ　５位置と方向、およびエタロンの後ろで干渉リング配列を
作り出すレンズに影響される。均一に照射された干渉リ
ング配列を得るためには、あらゆる角度の均一な光線を
エタロンに供給することが重要である。これまでは、レ
ンズを通じて検査用光線を拡散させることによってこの
均一な光線供給を達威しようとしてきた。しかし、立体
的な干渉リング配列を正確に測定するには、レンズだけ
でなく、光線の波面も非常に高品質でなければならない
。こうしないと、干渉リング配列は均一に照射されず、
また、正しい分析もできない。このため、光線が完全に
拡散してからエタロンに入るように、すりガラス板を通
じてエタロンを照射する試みも行なわれた。干渉性のレ
ーザ光線をすりガラスに照射すると、干渉リング配列が
明確に写るレンズ焦点面に不規則なスペックル・パター
ンが生じ、これがリング配列と重なり合って干渉リング
の位置の正確な分析ができなくなる。本発明の好ましい
実施例では、一方の先端をエタロンの反射面の１つから
決まった間隔のところに固定、もｌ　６しくは調節できる単一モード光ファイバを通じてエタロ
ンを照射し、また、単一モード光ファイバから出る円錐
形の光でエタロンを照射することによってこのような問
題を解決する。単一モード光導波路（例えば単一モード
・グラス・ファイバ）の先端は完全な点光源である。こ
うすることにより、正確で、均一に照射された干渉リン
グ配列を簡単な方法で得ることができる。

単一モード光ファイバの先端からそれ、部分的反射を行
なう反射面を通じて出てくる等傾角干渉は、この反射面
の後ろで収束レンズによって結像させ、また、とくにこ
のレンズの焦点面の光軸の半径方向の外側には、干渉リ
ング配列を把握する光検出装置を配置する。

変動する環境条件を補正するため、本発明の好ましい実
施例では、周囲媒体中の波長が一定に保たれるように、
１つあるいはそれ以上のエタロンの反射面の間にある周
囲媒体の屈折率にしたがってレーザ光源の周波数を変化
させる。このように空気波長を一定に保てば、エタロン
から発せられる干渉信号を一定に保つことだけが問題と
なり、したがってこの干渉信号が簡単に分析できるよう
になるが、拡散照射エタロンの場合には、例えば干渉リ
ング配列の１つを把握する差動型ダイオードによってこ
れが可能になる。この場合には、把握される干渉リング
が差動型ダイオードの中心に常に正確に位置し、空気波
長が一定に保たれるよう、差動型ダイオードから発せら
れる信号によって、電子調節装置が光源の周波数を調節
することができる。

本発明の好ましい実施例によって、レーザ共振器が周波
数を選んで共線照射エタロンからの光線を再結合させる
ようなレーザ・ダイオードを光源として用いれば、発光
周波数で再結合光線と反応するというレーザ・ダイオー
ドの特徴を有利に利用することができる。エタロンから
選択的にレーザ・ダイオードのレーザ共振２ｘに入り、
選択的に再結合した周波数によって、決まった範囲内の
レーザ・ダイオードの発光周波数がこの周波数に調節さ
れる。前述した光の再結合によるレーザ・ダイオードの
調節は、エタロンが把握した空気波長に従って、レーザ
・ダイオードの発光波長を左右する作動パラメータ（投
入電流の大きさ、使用温度）を調節する電子調節によっ
て補助することができる。

１つあるいはそれ以上のエタロンの取扱いを簡単にする
には、エタロンと反対側の光ファイバ先端とレーザ光源
からの光線を導く光ファイバをファイバ・コネクタによ
って取外し可能なように接続することが望ましい。この
ような接続部は、例えば、レーザ・ダイオードおよび／
あるいは分析用電子部品を収容するハウジングに設ける
ことができる。こうすれば、エタロンはただ「取り付け
る」だけでよい。エタロンへ続くグラス・ファイバの測
定光路部分から光源までの長さを調節するには、本発明
の好ましい実施例によれば、エタロンに接続する光ファ
イバと光源の間に別の光ファイバを配置し、その光源側
の先端を第１のファイバ・コネクタによってレーザ光源
からの光ファイバと分離できるように接続し、また、エ
タロン側の先端を第２のファイバ・コネクタによってエ
タロンへ続く光ファイバと分離できるＪ：うに接続ずる
ことが望ましい。このＪ；うに別の光ファイバを用いれ
ば、そのときの空間的状況に合わせてグラス・ファイバ
の長さを簡Ｊｌ５−に調節でき、また、グラス・ファイ
バの取り付けも簡単になる。

本発明の好ましい実施例では、エタロンと光源の間の光
ファイバの光路の全長は、少なくとも　１ｍであり、ま
た、できれば少なくとも　１０ｍ以上あることが望まし
い。このような特徴によって、光源とエタロンの第１反
射面との間に形成される「準エタロン」で再結合した邪
魔な光がレーザ光源へ戻るのを防止する。光ファイバの
光路長を長くするには、適切な長さの別の光ファイバを
接続すればよいが、こうすることによって「準エタロン
」からの最大反射を、準連続的な再結合が必要な波長精
度の範囲内でしか問題にならない程度に抑え、必要な波
長精度の範囲内ではこれがレーザ光源、とくに再結合に
対して敏感なレーザ・ダイオドの発光周波数に影響を与
えないようにする。

ｌ　９２　０比較的短い距離（反射面の間隔が数ｍｍの範囲内）から
の干渉信号（例えば干渉リングの位置）が必要な精度で
測定できない場合、もしくは一定に維持できない場合に
は、より厳密な干渉パターン分析が可能な、長さが１０
倍から３０倍ほどの第２のエタロンを組み入れることが
できる（階段式エタロン）。

以下に、発明の長所と詳細について、図を用いて詳しく
説明する。

第１図に示した干渉計は、干渉計ヘッドｌと、干渉計ヘ
ッド１にレーザ光線を供給ずるためのレーザ・ダイオー
ド２と、干渉計ヘッド１から出る干渉信号を分析するた
めの検出装置３を備えている。干渉計ヘッド１は、ハウ
ジング４によって覆われており、その内部に単一モード
・グラス・ファイバで接続された複数の光学部品を備え
ているが、以下ではこの光学部品について詳しく説明す
る。レーザ・ダイオード２から発せられたレーザ光線は
、光ファイバ６を通って光束分割器７に到達し、ここで
ｄ円定光線と参照光線に分割される。測定光線は、グラ
ス・ファイバ８および減結合レンズ９（屈折率分布形レ
ンズ）を経由して、干渉計ヘッドの外側に位置し、周囲
媒体を貫通ずる測定光路上を通過する。参り召光線は、
干渉計ヘッド１の中の参照ファイバ１０を通る。矢印１
１の方向に移動可能な部分（図示せず）には再帰反射鏡
１２を取り付ける。測定光線は、再帰反射鏡１２によっ
て反射し、位置を変えて干渉計ヘッド】へ戻る。測定光
線は、前述のレンズとは別の収束レンズ１３を通過し、
グラス・ファイバ１４に入る。ファイバ結合器として設
計した再結合装置ｌ５の中で、測定光路から戻ってきた
測定光線と参照ファイバ１０によって導かれた参照光線
を干渉させる。再結合装置１５の２つの相補的な出口１
６および１７には、２つの別々の光束分割器１８オよび
１９を接続する。

位相のずれた干渉信号は、偏光フィルタ２０ａ　−　ｄ
を通り、検出装置３へ続く光ファイバ２１ａ　−　ｄへ
伝わる。それぞれ互いに９０度ずつ位相がずれているこ
の４つの干渉信号をもとに、既知の方法によって、再帰
反射鏡１２の移動距離のほか、その柊２　２動方向や、干渉信号の変調振幅が算出される。ここで説
明する干渉計は、互いに直角に交わる２つの偏光によっ
て作動する。したがって、レーザ・ダイオードの直線偏
光光線から互いに直角に交わる２つの偏光を持つ光線を
作り出すため、偏光子２２を取り付ける。どちらの偏光
成分も同じ光路をたどる。また、一方の偏光方向の位相
を他方に対して９０度ずらすため、参照ファイバ１０に
　ん／４プレートを配置する。

検出装置３は、４個の光検出器２４ａ　−　ｄを備えて
いる。この４個の光検出器２４ａ　−　ｄによって光干
渉信号を電気干渉信号に変換し、これを電子装置によっ
て分析する。測定結果（再帰反射鏡１２の位置）は、表
示装置２５で表示する。

レーザ・ダイオード２は、光源および分析装置ハウジン
グ２７の内部を断熱壁２６によって区切ってできた小室
内に配置する。

以下で詳しく述べるが、変動する環境条件（測定光路上
の周囲媒体の屈折率の変動）を補正するため、静止エタ
ロン４１の部分透過性の反射面４２と４３の間にある空
間は、開口部４４によって周囲媒体と連通させる。エタ
ロン４１の長さ（平行に並んだ部分透過性反射面４２と
４３の間隔）は既知のものであり、通常は数ｍｍである
。熱膨張係数が無視できるほど小さい素材（例えばガラ
スセラミックス）でできたリング４５を用いて、２つの
反射面４２と４３を既知の望ましい間隔に保つ。本発明
によれば、レーザ・ダイオード２からの光線を導き、図
面上ではエタロン４１のすぐ近くまで（他のすべての光
ファイバと同様）１本の線で示された、可とう性光ファ
イバ４６にエタロンを接続する。この光ファイバ４６に
よって、費用のかかる調節用の光学部品を用いずに、エ
タロンを測定光路部分の適切な位置に、適切な向きで配
置することができる。

再帰反射鏡ｌ２は測定光路に沿って移動するが、こうす
ることによって、測定光路上と反射面４２および４３の
間とを事実上同じ環境条件（屈折率）にすることができ
る。

反射面４２および４３に対してグラス・ファイバの先端
を完全に調節できるよう、ファイバ先端は、２　３２　４間隔保持器４＆に取り付けたリング状の保持装置４７に
よって保持する。こうすることによって、必要な精度の
光照射角度が常に保証される。

この実施例では、光ファイバ４６は、先端が理想的な点
光源となる単一モード・グラス・ファイバである。この
ため、反射面４３の後ろには、レンズ４９を通じて結像
し、正確で、均一に照射された干渉リング配列が生じる
。この干渉リング配列のうちの１つの干渉リングを、レ
ンズと同様に保持器５１で固定された差動型ダイオード
５０が把握し、さらにこれは、把握した干渉リングの位
置に従って、プラグ５８を用いて取り付けた導線５２を
通じて信号をレーザ・ダイオードー調節装置３ｌへ供給
する。

レーザ・ダイオード２の発光周波数は、一方で投入電流
と温度によって調節し、他方でエタロン４１からの光の
再結合によって周波数選択的に干渉計ヘッド１の中で調
節する。間隔が約５　ｍｍであるエタロン４１の反射面
４２と４３の間には、測定光路上と同じ周囲媒体を入れ
る。周囲媒体の屈折率が変化し、それによってエタロン
４１内の空気波長が変化すると、差動型ダイオード５０
が把握する干渉リングの位置も変化する。これをもとに
して、調節装置３ｌが，投入電流工とレーザ・ダイオー
ド温度Ｔ（ベルチェ素子３１′）によってレーザ・ダイ
オードの作動温度を変化させ、測定光路上（およびエタ
ロン内）の空気波長が一定に保たれるようにレーザ・ダ
イオードの発光周波数を調節する。

このような発光周波数の電子的調節に加えて、レーザ・
ダイオードの光学的調節が行なわれるが、この場合には
、エタロン４１の反射面の間の周囲媒体の屈折率に従っ
て光線を周波数選択的にレーザ・ダイオードへ再結合さ
せ、その光線によってレーザ・ダイオードをその周波数
で発光させる。このような光再結合信号を得るには、第
２図に示したような共線照射エタロンが望ましいと考え
られる。

本発明の好ましい実施例によれば、エタロンへ接続する
光ファイバ４６と、光束分割器５４を通じてレーザ光線
を供給する光ファイバ５５との間に別の光ファイバ５３
を配置し、その光源側の先端を第１のファイバ・コネク
タ５６によってハウジング２７のところで光ファイバ５
５と分離できるように接続し、また、そのエタロン側の
先端をエタロンへ続く光ファイバ４６と分離できるよう
に接続する。このような別の光ファイバを用いれば、取
付けが簡単になり、そのときの状況に応じて長さが調節
でき、破損したときには簡単に交換することができる。

レーザ・ダイオードの発光周波数が、例えばレーザ・ダ
イオード共振器の表面とエタロン４１の第ｌ反射面との
間に形成される「準エタロン」から発生ずるような、調
節不能の周波数選択的な再結合によって好ましくない影
響を受けないよう、レーザ・ダイオード２とエタロン４
１の間に、少なくとも　ｉｎ　　の光路長がある光ファ
イバ５３を配置する。

同様の考えから、レーザ・ダイオード２と干渉計ヘッド
１との間に、少なくとも　ｌｍ　　の光路長がある光フ
ァイバ３２を配置する。

レーザ光線を干渉計ヘッドに供給する単一モド光ファイ
バ３２と、光ファイバ２１ａ　−　ｄからの光干渉信号
を光検出器２４ａ　−　ｄに供給する４本のプラスチッ
ク製光ファイバ３３ａ　−　ｄは、外被３６で周囲を包
んで１本のケーブルにする。ファイバ・ケーブル３５は
、光源側先端を２つの部分から成る多重ファイバ・コネ
クタ３７によって光源／分析装置ハウジング２７の中の
光ファイバと分離できるように接続する。詳細に説明す
ると、レーザ・ダイオードから伸びる光ファイバ３８は
、単一モード・グラス・ファイバ３３と分離できるよう
に接続する。ファイバ・ケーブル３５内の４本のプラス
チック製光ファイバ３３ａ　−　ｄは、プラグ３７によ
って、光検出器２４ａ　−　ｄへ伸びる光ファイバと接
続する。

ファイバ・ケーブル３５の干渉計ヘッド側の先端には、
ファイバ・ケーブル３５の各ファイバと干渉計ヘッド内
の刻応ずる光ファイバを接続するための第２のファイバ
・コネクタ４０を取付ける。詳細に説明すると、単一モ
ード・グラス・ファイバ３２２　７２　８は、ブラグ４０によって単一グラス・ファイバ６と接続
する。さらに、光ファイバ２１ａ　−　ｄと、ファイバ
・ケーブル３５内の光ファイバ３３ａ　−　ｄを光学的
に接続する。ファイバ・ケーブル３５は、そのときの使
用条件に応じて最低限必要な光路長さを考慮して簡単に
調節でき、取付けが簡単で、また、損傷が起こったとき
に簡単に短時間で交換することができる。交換するとき
には、費用のかかる調整作業を必要としないので、ファ
イバ・ケーブルをユーザー自身の手で交換することでき
る。

第２図は共線照射エタロン４１の実施例を示したもので
あり、これによれば、レーザ光源から発せられた光線を
導き、第１図で示した実施例と同様に少なくともエタロ
ンを測定光路の近くに配置できるだけの長さを持ったグ
ラス・ファイバ４６にこれを接続する。

エタロン４１の周囲を囲む媒体が変化した場合に、測定
光路上とエタロン４１内の条件とをできるだけ短い時間
で同しにするため、エタロン４１に２つの開口部４４と
８６を設け、換気装置８６によって発生させた気流がエ
タロン４１内を通れるようにする。気流は、測定中は流
さない。

第２図に示したエタロンは、屈折率分布形レンズとして
設計した規準レンズ５９を備えており、これとグラス・
ファイバ４６の先端とを保持器によって正確に調節して
連結する。屈折率分布形レンズ５９の出口側の平らな表
面は、鏡を形成するよう処理し、エタロン４１の２つの
部分反射性反射面４２および４３のうちの一方として機
能させる。反射面４２と４３の間は、開口部４４を備え
た、熱膨張係数の非常に小さいリング４５を用いて、明
確に限定された既知の間隔に保つ。部分反射性反射面４
３を通過する光線の振幅内に含まれる、エタロン内の環
境条件についての情報は、導線５２によって調節／分析
装置と接続された光検出器６０によって把握する。

レーザ光源の強度の変動による影響を受けないようにす
るには、レーザ光源の強度を把握し、エタロン４１から
の干渉信号をその参照信号と照らし合わせて分析するこ
とが望ましい。これは第３図に示した実施例によって可
能となる。Ｘ形ファイバ結合器６ｌを、その第ｌ接続部
６１ａで、レーザ光源からの光線を導く光ファイバ６２
と接続する。

ファイバ結合器６ｌへ供給された光線は、第２接続部６
ｌｂで接続された光ファイバ４６へ伝わる光線と、第３
接続部６１ｃで接続された光ファイバ６３へ伝わる光線
とに分かれる。光ファイバ６３は、導線６５を通じてレ
ーザ光源の強度に応じた電気参照信号を供給する光検出
器６４へと伸びている。エタロン４１から出た干渉信号
は、再結合して光ファイバ４６へ戻り、ファイバ結合器
６１ｆ７ｑ第４接続部６１ｄを通って光ファイバ６６へ
達し、さらに導線６８を通じて電気干渉信号を供給する
光検出器６７へと伝わるが、この電気干渉信号は、導線
６５を伝わる電気信号とともに、図示されていないレー
ザ光源用の電子分析回路もしくは調節回路によって分析
される。エタロン４１から出た再結合信号は、環境条件
に応じた周波数選択的な再結合信号として、光ファイバ
６２を通じてレーザ光源へ戻る。

干渉パターンを把握する場合の精度を高めるために、長
さの異なる２つあるいはそれ以上のエタロンを配置し、
最も短いエタロンから順に干渉信号情報を連続的に明確
化していくことができる。

第４図に示した実施例では、第１図に示したエタロンと
原理的に同じ構造で、長さが異なる２つのエタロン４１
と４１′が配置されている。グラス・ファイバ６９を通
じて供給された光線は、光束分割器７０によって、光フ
ァイバ４６と４６′へ進む光線に分割される。短い方の
エタロンは、開口部４４を備えた間隔リング４５によっ
て保持された部分反射性の反射面４２と４３を備えてい
る。単一モード・グラス・ファイバ４６の先端は、間隔
保持器４８に取付けられた、グラスファイバの一部をま
わりから押える保持部品４７によって保持する。図示し
ていない手段によって保持されたレンズ４９の焦点面に
は干渉リング配列が生じるが、これを光検出器５０によ
って把握する。

長い方のエタロン４１′は、短い方のエタロン４１と原
理的に同じ構造であるため、対応する部品にはエタロン
４１と同じ参照番号を用いたが、エタロン４１′の方の
参照番号にはダッシュ（′）を付し３ｌ３　２てある。

第４図に示した階段式エタロンは、エタロン内部と周囲
の空気とが連通ずるよう、開口部７２および７２′　を
備えたハウジング７ｌ内に収容されている。

エタロン内部と周囲空気との連通は、換気装置８６によ
って７２　−　４４’　−　８５′−　４４　−　８５
　−　７３　　と流れる気流を発生させることによって
容易になる。

名目上静的な測定基準（エタロン）を用いた干渉測定に
よる比較では、空気の屈折率に対する周囲の影響を把握
、もしくは補正しなければならない。基準となる長さ（
通気口付きエタロンの間隔保持器の長さ）自体が周囲の
影響、とくに温度の影響を受けてしまうため、完全に静
的なエタロンを実現することは非常に困難である。しか
し、熱膨張係数が非常に小さい特製ガラスセラミックス
のような適切な素材を用いれば、エタロンに対する周囲
の影響を　ｌロ−６以下に抑えることができる。ただ、
このような主としてエタロンの温度依存性によって生じ
る不正確さは、測定距離が短い場合には許容できるが、
測定距離が数メートルに及ぶような場合には大きすぎる
と考えられる。

当然の結果として、周波数安定性アルゴンイオン・レー
ザの場合と同じように、エタロンの温度を安定させる方
法が考えられるが、これだとエタロン内と実際の測定光
路上の空気の温度が同じにならず、したがって波長も異
なり、正しい測定ができなくなるため、この方法は望ま
しくない。

したがって、長さの基準（エタロン）を絶対的に安定さ
せることはあきらめ、エタロンの、さらに厳密にいえば
、２つの反射面４２と４３の間隔保持器の温度を測定す
ることによって測定精度を改善する。このため、第５図
のように、間隔リング４５の穴に温度感知器８０を配置
する。エタロンの長さが温度によってどの程度変化する
かが分かつていれば、測定結果を修正することができる
。この方法によって測定精度を高める場合には、エタロ
ンの間隔保持器に用いる素材の熱膨張係数の低さはあま
り問題ではなく、素材の縦方向の熱膨張係数が分かって
いることの方が重要である。したがって、熱膨張係数が
多少大きくても、費用の安い素材を使用することができ
る。温度測定には、導線８１によって電気発振器回路に
組み込まれ、その温度依存性の共振周波数が把握される
ような水晶温度感知器８０がとくに適している。とくに
望ましいのは、優れた、ほとんど直線的な周波数・温度
特性曲線を示す音叉・水晶発振子である。この発振子は
、比較的簡単な発振子回路で調節することができる。こ
のような温度測定装置の本質的な特長は、電力消費が小
さいことや、長期安定性、およびサイズが小さいことで
ある。

特定の材質の加工部材の長さを測定する場合には、エタ
ロンの間隔保持器を加工部材と同じ素材で製造すること
によって、エタロンの熱膨張を補正できると考えられる
。こうすることによって同じ温度下では加工部材とエタ
ロンが相対的に同じ長さだけ変化するようになり、した
がって加工部材の熱膨張を計算する必要がなくなり、さ
らにこれが自動的に補正される。

第１図に示したエタロンと第５図に示したエタロンとは
、単一モー１！・グラス・ファイバ４６の先端とエタロ
ンの間に、グラス・ファイバ４６から出た光線の拡散を
減少させ、すべての光線をリング配列の偏心部分（斜線
部８３）に集中させるレンズを配置した点が異なる。こ
の場合には、レンズ８２を通りほぼ共線的となった光束
が、反射而４２と４３に直角に交わる直線に対して小さ
い角度で（すなわち、やや斜めに）エタロン４１内へ入
る。完全に拡散した光線でエタロンをｎ．６射した場合
には、点線で示した配列８４のようなリング配列が得ら
れるが、これとは対照的に第５図の配置のエタロンの場
合、斜線部８３の光強度を高めることができ、第５図に
は示していないが、この部分に差動型光ダイオードを配
置することができる。このようにエタロンをほぼ共線的
に明射することによって局所的な光強度を高めれば、差
動型光ダイオードによって横方向の干渉パターンの位置
をさらに確実に高い信頼度で把握することができる。

第５図の配１１ｔの装置を外被で包んだものを示し３５３　６たのが第５図ａであるが、ここでは、換気装置８６が空
気変動の補正だけでなく、回路部分９０の冷却の役割も
果す。各測定ごとに換気装置８６の始動と停止を繰り返
す必要がないよう、換気装置８６ぱ作動状態のまま空気
を開口部８８および８９から吸弓し、エタロン４１内の
気流を磁気バルブ８７で遮断する。

上記の実施例では、１つあるいはそれ以上のエタロンか
らｉ−ｔた十渉信弓を、空気波長が一定に保たれるよう
環境条件に従って光源周波数を調節するために利用する
。空気波長を一定に保つことによって、エタロンから得
られる干渉信号の「読取りｊが容易になる。また、原理
的には、例えば光線が通過するエタロンの後ろに設けた
ダイオード領域を通じて、空気波長あるいは周囲媒体の
屈折率を絶えず把握し、これを電子分析回路で計算し、
？ｆｌｔ　ｉＴＥずることも可能である。

本発明は、上記各実施例の構造上の方法に限定されるも
のではない。エタロンの構造やエタロンに接続する光フ
ァイバの配置については、多くの方法が考えられ、また
、可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、干渉計ヘッドへ通じ、またそこから伸びる光
ファイバ・ケーブルの一部を拡大して示した、本発明に
よる干渉計配置の実施例であり、第２図は、グラス・フ
ァイバに接続された共線照射エタロンの実施例であり、
第３図は、共線明射エタロンからの干渉イ５１号を分析
するための配置の略図であり、第４図は、長さが異なる
２つのエタロンから構成される階段式エタロンの略図で
あり、第５図は、さらに別の実施例の略図であり、また
、第５図ａは、第５図による実施例を外被で覆ったもの
である。（ほ力）３ノＬ）

Claims

【特許請求の範囲】１、レーザ光源から発せられた光線を測定光線と参照光
線に分割するための光束分割器（ビーム・スプリッタ）
を少なくとも１つ備えた光源と、参照光路を通る参照光
線および、これと分かれて気体状の周囲媒体中を貫通し
、可動式の測定用反射鏡によって導かれる測定光路を通
る測定光線を干渉させるための再結合装置と、再結合装
置から発せられた光干渉信号の少なくとも１つを分析す
るために、光検出器を少なくとも１つ備えた検出装置か
ら構成され、また、変動する環境条件を把握もしくは補
正するため、反射面の間の空間が周囲媒体と連通し、光
導波路を通るレーザ光源からの光線によって照射される
既知の長さの静止エタロンを少なくとも１つ備え、１つ
あるいはそれ以上のエタロン（４１あるいは４１′）と
接続する光導波路が、レーザ光源（２）からの光線を導
く可とう性の光ファイバ（４６あるいは４６′）である
ことを特徴とする、とくに可動部分の間隔あるいは移動
距離を測定するための干渉計。２、エタロンに接続する各可とう性光ファイバ（４６、
４６′）が、それ自体は既知の単一モード光導波路であ
り、望ましくはそれが単一モード・グラス・ファイバで
あることを特徴とする、特許請求項１記載の干渉計。３、エタロンに接続する光ファイバ（４６）のエタロン
側の先端が、ファイバ・コネクタ（５７）によってレー
ザ光源（２）からの光線を導く光ファイバ（５３）と分
離できるよウに接続されていることを特徴とする、特許
請求項１あるいは２記載の干渉計。４、エタロン（４１）に接続する光ファイバ（４６）と
レーザ光源（２）との間に別の光ファイバ（５３）を配
置し、その光源側の先端が第１のファイバ・コネクタ（
５６）によってレーザ光源（２）から伸びる光ファイバ
（５５）と分離できるように接続され、また、エタロン
側の先端が第２のファイバ・コネクタ（５７）によって
エタロン（４１）へ伸びる光ファイバ（４１と分離でき
るように接続されていることを特徴とする、特許請求項
３記載の干渉計。５、エタロン（４１）と光源（２）の間の光ファイバ（
５５，５３，４６）の光路の全長が少なくとも１ｍであ
り、望ましくはこれが少なくとも１０ｍ以上であること
を特徴とする、特許請求項１−３記載の干渉計。６、別の光ファイバ（５３）の光路長が少なくとも１ｍ
であり、望ましくはこれが１０ｍであることを特徴とす
る、特許請求項４および５記載の干渉計。７、それぞれ可とう性光ファイバ（４６あるいは４６′
）に接続し、長さが異なる２つあるいはそれ以上の開放
性エタロン（４１、４１′）を備えていることを特徴と
する、特許請求項１−４記載の干渉計。８、エタロン（４１）側のファイバ先端が、エタロン（
４１）の反射面（４２、４３）に対し、望ましくは調節
可能な保持装置（４７）で調節されていることを特徴と
する、特許請求項１−７記載の干渉計。９、エタロン（４１）を照射する望ましくは単一モード
光ファイバ（４６）の先端からエタロンの一方の反射面
（４２）までの間隔が一定であるか、もしくは一定に調
節でき、また、光ファイバ（４６）から拡散する円錐形
の光線によってエタロン（４１）を照射することを特徴
とする、特許請求項１−８記載の干渉計。１０、他方の反射面（４３）の後ろに収束レンズ（４９
）が配置され、その焦点面の、望ましくは光軸の半径方
向の外側に干渉リング配列を把握する光検出装置（５０
）が配置されていることを特徴とする、特許請求項９記
載の干渉計。１１、光検出装置が差動型ダイオード（５０）であるこ
とを特徴とする、特許請求項１０記載の干渉計。１２、光ファイバ（４６）とエタロンの間に、光ファイ
バ（４６）から出る円錐形の光線の拡散を減少させるレ
ンズ（８２）が配置され、また、レンズ（８２）を通過
してほぼ共線的となった光束が、エタロン（４１）の２
つの反射面（４２、４３）に直角に交わる直線に対しあ
る一定の角度でエタロン（４１）内へ入射することを特
徴とする、特許請求項９−１１記載の干渉計。１３、光ファイバ（４６）のエタロン側の先端とエタロ
ン（４１）の２つの反射面（４２、４３）の一方（４２
）との間に規準レンズ（５９）が配置され、ここを通っ
た光線が互いに平行に、また、平行に並んだ反射面（４
２、４３）に対して直角に、エタロン（４１）の２つの
反射面（４２、４３）の間にある空間に入射することを
特徴とする、特許請求項１−８記載の干渉計。１４、規準レンズが屈折率分布形レンズ（５９）であり
、その平らな表面が鏡になるように処理され、また、エ
タロンの一方の反射面（４２）を形成することを特徴と
する、特許請求項１３記載の干渉計。１５、エタロン（４１）の第２反射面（４３）の後ろに
、エタロン（４１）から供給される干渉信号を把握する
光検出器（６０）が配置されていることを特徴とする、
特許請求項１３あるいは１４記載の干渉計。１６、エタロン（４１）と規準レンズ（５９）の間にＸ
形ファイバ結合器（６１）が配置され、これがその第１
接続部（６１ａ）によってレーザ光源からの光線を導く
光ファイバ（６２）に接続され、その向い側に位置する
第２接続部（６１ｂ）によってエタロン（４１）へ伸び
る光ファイバ（４６）に接続され、第２接続部の隣に位
置する第３接続部によって第１光検出器（６４）へ伸び
る光ファイバ（６３）に接続され、また、第１接続部の
隣に位置する第４接続部（６１ｄ）によって第２光検出
器（６７）へ伸びる光ファイバ（６６）に接続されてい
ることを特徴とする、特許請求項１３あるいは１４記載
の干渉計。１７、１つ（４１）あるいは２つ以上の（４
１、４１′）エタロンの反射面（４２、４３あるいは４
２′、４３′）の間にある周囲媒体の屈折率に従って、
周囲媒体の波長が一定に保たれるようレーザ光源（２）
の周波数を変化させることを特徴とする、特許請求項１
−１６記載の干渉計。１８、レーザ光源がレーザ・ダイオード（２）であり、
少なくとも１つのエタロン（４１）から出た光線が、１
つ（４１）あるいは２つ以上の（４１、４１′）エタロ
ンの反射面（４２、４３あるいは４２′、４３′）の間
にある周囲媒体の屈折率に従って、レーザ・ダイオード
（２）のレーザ共振器において周波数選択的に再結合す
ることを特徴とする、特許請求項１７記載の干渉計。１９、エタロンが、２つの反射面（４２、４３）の間隔
保持器（４５）の温度を把握するための温度感知器（８
０）を備えていることを特徴とする、特許請求項１−１
８記載の干渉計。２０、温度感知器が間隔保持器（４５）の穴に備えられ
ていることを特徴とする、特許請求項１９記載の干渉計
。２１、温度感知器が電気発振器回路内に配置された水晶
発振子・温度感知器であり、とくにこれが音叉・水晶発
振子（４５）であることを特徴とする、特許請求項１９
あるいは２０記載の干渉計。２２、１つあるいはそれ以上のエタロン（４１、４１′
）内の気体状の媒体を交換するための装置を備えてるこ
とを特徴とする、前記の特許請求項記載の干渉計。２３、各エタロン（４１、４１′）が２つの開口部（４
４あるいは４４′および８５あるいは８５′）を備え、
換気装置（８６）によって１つあるいはそれ以上のエタ
ロン（４１、４１′）を通る気流を発生させることを特
徴とする、特許請求項２２記載の干渉計。２４、測定中は換気装置（８６）を停止状態とできるこ
とを特徴とする、特許請求項２３記載の干渉計。２５、換気装置（８６）を作動状態としたまま、１つあ
るいはそれ以上のエタロン（４１、４１′）を通る気流
が遮断できることを特徴とする、特許請求項２３記載の
干渉計。