JPH07181007A - 干渉計応用測定装置 - Google Patents
干渉計応用測定装置Info
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- JPH07181007A JPH07181007A JP6241469A JP24146994A JPH07181007A JP H07181007 A JPH07181007 A JP H07181007A JP 6241469 A JP6241469 A JP 6241469A JP 24146994 A JP24146994 A JP 24146994A JP H07181007 A JPH07181007 A JP H07181007A
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- measurement
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- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/02001—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties
- G01B9/02002—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties using two or more frequencies
- G01B9/02004—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties using two or more frequencies using frequency scans
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- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/02055—Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration
- G01B9/0207—Error reduction by correction of the measurement signal based on independently determined error sources, e.g. using a reference interferometer
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B2290/00—Aspects of interferometers not specifically covered by any group under G01B9/02
- G01B2290/60—Reference interferometer, i.e. additional interferometer not interacting with object
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 干渉計応用測定装置に用いられる導波路の熱
膨張による影響をなくす。 【構成】 干渉計の測定アーム（２０，２３）および参
照アーム（３０，３３）の各光ビーム光路の一部分をシ
リコンチップ（１４）に形成した導波路内に形成すると
共に前記ビーム光路の一部分を空気中にも形成する。空
気中に形成されるビーム光路部分の長さを、２つのビー
ム光路の少なくとも光路長差（ｄ1 −ｄ2）が空気中に
おいてのみ形成される長さとし、導波路内のビーム光路
部分の長さは等しくする。
膨張による影響をなくす。 【構成】 干渉計の測定アーム（２０，２３）および参
照アーム（３０，３３）の各光ビーム光路の一部分をシ
リコンチップ（１４）に形成した導波路内に形成すると
共に前記ビーム光路の一部分を空気中にも形成する。空
気中に形成されるビーム光路部分の長さを、２つのビー
ム光路の少なくとも光路長差（ｄ1 −ｄ2）が空気中に
おいてのみ形成される長さとし、導波路内のビーム光路
部分の長さは等しくする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は干渉計応用距離測定、特
に絶対的に距離を測定するその種の装置に関するもので
ある。
に絶対的に距離を測定するその種の装置に関するもので
ある。
【０００２】なお、本明細書の記述は本件出願の優先権
の基礎たるイギリス国特許出願第ＧＢ ９３２０５０
０．３号の明細書の記載に基づくものであって、当該イ
ギリス国特許出願の番号を参照することによって当該イ
ギリス国特許出願の明細書の記載内容が本明細書の一部
分を構成するものとする。
の基礎たるイギリス国特許出願第ＧＢ ９３２０５０
０．３号の明細書の記載に基づくものであって、当該イ
ギリス国特許出願の番号を参照することによって当該イ
ギリス国特許出願の明細書の記載内容が本明細書の一部
分を構成するものとする。
【０００３】
【従来の技術】光路差を一定に保ちつつ干渉計でその光
路差を直接測定することは、例えば米国特許第３，９７
０，３８９号から既知である。従って、干渉計から物体
までの距離が固定されている場合には、干渉計の測定ア
ームによってその距離を絶対的に測定することができ
る。
路差を直接測定することは、例えば米国特許第３，９７
０，３８９号から既知である。従って、干渉計から物体
までの距離が固定されている場合には、干渉計の測定ア
ームによってその距離を絶対的に測定することができ
る。
【０００４】前記米国特許第３，９７０，３８９号に開
示されている測定方法は、レーザ光源の周波数を２つの
既知の値間で変え、これによりレーザ光の波長を変え
て、干渉計の測定アームと参照アームの各々を終る光路
長を変える方法である。測定アームおよび参照アームか
ら戻ってくるビームを合成し、これにて発生する干渉縞
を計数するのに光電検出器を用いることにより、測定ア
ームと参照アームとの光路差を測定することができる。
示されている測定方法は、レーザ光源の周波数を２つの
既知の値間で変え、これによりレーザ光の波長を変え
て、干渉計の測定アームと参照アームの各々を終る光路
長を変える方法である。測定アームおよび参照アームか
ら戻ってくるビームを合成し、これにて発生する干渉縞
を計数するのに光電検出器を用いることにより、測定ア
ームと参照アームとの光路差を測定することができる。
【０００５】干渉計応用距離測定装置用の光源として
は、大きさおよびコストの点での有利性からしてレーザ
ダイオードが目下一般に提案されている。
は、大きさおよびコストの点での有利性からしてレーザ
ダイオードが目下一般に提案されている。
【０００６】しかし、米国特許第３，９７０，３８９号
に記載されているガスレーザに代えてレーザダイオード
を用いることは簡単な手法ではない。先ず第１に、レー
ザダイオードの周波数を２つの特定の周波数間にて極め
て高精度に変えることは容易でなく、第２として、最も
一般的に用いられるレーザダイオードの場合、これらの
レーザダイオードの周波数を連続的に変えることのでき
る周波数の範囲は約１００万分の１００（ｐｐｍ）に制
限される。これには、幾つかの干渉計に必要とされる高
精度すなわち高分解能を達成するために高精度の補間器
が必要である。
に記載されているガスレーザに代えてレーザダイオード
を用いることは簡単な手法ではない。先ず第１に、レー
ザダイオードの周波数を２つの特定の周波数間にて極め
て高精度に変えることは容易でなく、第２として、最も
一般的に用いられるレーザダイオードの場合、これらの
レーザダイオードの周波数を連続的に変えることのでき
る周波数の範囲は約１００万分の１００（ｐｐｍ）に制
限される。これには、幾つかの干渉計に必要とされる高
精度すなわち高分解能を達成するために高精度の補間器
が必要である。
【０００７】高精度な補間器はファイバオプティックジ
ャイロスコープ技法から既知である。これらの補間器は
位相変調の原理を利用する。
ャイロスコープ技法から既知である。これらの補間器は
位相変調の原理を利用する。
【０００８】導波路を通過する光を位相変調させること
は既知である。欧州特許公報ＥＰ５１６０４４−Ａ２に
は半導体基板上に形成した可同調のレーザダイオードが
開示されている。これに記載されているダイオードは基
板に形成した導波路部分と、導波路の屈折率を変調させ
る電極とを具えており、これは実際には導波路に伝わる
光を位相変調させる。
は既知である。欧州特許公報ＥＰ５１６０４４−Ａ２に
は半導体基板上に形成した可同調のレーザダイオードが
開示されている。これに記載されているダイオードは基
板に形成した導波路部分と、導波路の屈折率を変調させ
る電極とを具えており、これは実際には導波路に伝わる
光を位相変調させる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、導波路を形成
する材料は長さと屈折率に関連する熱膨張率を有し、こ
れは空気中におけるよりもかなり異なるため、温度変化
が導波路を終る光路長をかなり変動させることになる。
する材料は長さと屈折率に関連する熱膨張率を有し、こ
れは空気中におけるよりもかなり異なるため、温度変化
が導波路を終る光路長をかなり変動させることになる。
【００１０】本発明の目的はレーザからの可変周波数の
光を導波路に通し、導波路の熱特性に関連する問題を最
小限に抑える絶対干渉計応用測定装置を提供することに
ある。
光を導波路に通し、導波路の熱特性に関連する問題を最
小限に抑える絶対干渉計応用測定装置を提供することに
ある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、干渉計の測定アームおよび参照アームの双方
における光ビーム用の光路の一部分を導波路内に形成
し、および同じく一部分を空気中に形成し、この光ビー
ム用光路のうち空気中に形成されている部分の長さを、
２つの光ビーム用光路の少なくとも光路長差が空気中に
おいてのみ形成されるように定め、導波路内に形成され
た光ビーム用光路の残余の部分を等しい長さとする。
るために、干渉計の測定アームおよび参照アームの双方
における光ビーム用の光路の一部分を導波路内に形成
し、および同じく一部分を空気中に形成し、この光ビー
ム用光路のうち空気中に形成されている部分の長さを、
２つの光ビーム用光路の少なくとも光路長差が空気中に
おいてのみ形成されるように定め、導波路内に形成され
た光ビーム用光路の残余の部分を等しい長さとする。
【００１２】本発明は、少なくとも１個の干渉計を具え
ている干渉計応用測定装置であって、前記各干渉計は：
光ビーム発生用のレーザ光源と；前記光ビームから前記
干渉計の測定アームおよび参照アームに向けられる二次
ビームを発生するためのビームスプリッタと；を具え、
前記測定アームを前記ビームスプリッタと測定ビーム反
射器との間に延在する測定ビーム用の光路と、前記測定
ビーム反射器と検出器との間に延在する戻りビーム用の
光路とにより規定し；前記参照アームを前記ビームスプ
リッタと固定の参照ビーム反射器との間に延在する参照
ビーム用の光路と、前記固定の参照ビーム反射器と前記
検出器との間に延在する戻りビーム用の光路とにより規
定し；前記測定アームおよび参照アームの総光路長によ
り、これらアーム間の光路長差を規定し；前記検出器に
より前記２つの戻りビームによる干渉縞を計数し；前記
測定アームおよび参照アームの各々の少なくとも一部分
のビーム光路を導波路内に規定し；前記導波路内のビー
ム光路の長さを等しく、かつ対称となし、前記測定アー
ムと参照アームとの間の光路長差を、前記導波路の外部
であって、前記測定ビーム反射器が配置された媒体中に
て規定するようにしたことを特徴とする。
ている干渉計応用測定装置であって、前記各干渉計は：
光ビーム発生用のレーザ光源と；前記光ビームから前記
干渉計の測定アームおよび参照アームに向けられる二次
ビームを発生するためのビームスプリッタと；を具え、
前記測定アームを前記ビームスプリッタと測定ビーム反
射器との間に延在する測定ビーム用の光路と、前記測定
ビーム反射器と検出器との間に延在する戻りビーム用の
光路とにより規定し；前記参照アームを前記ビームスプ
リッタと固定の参照ビーム反射器との間に延在する参照
ビーム用の光路と、前記固定の参照ビーム反射器と前記
検出器との間に延在する戻りビーム用の光路とにより規
定し；前記測定アームおよび参照アームの総光路長によ
り、これらアーム間の光路長差を規定し；前記検出器に
より前記２つの戻りビームによる干渉縞を計数し；前記
測定アームおよび参照アームの各々の少なくとも一部分
のビーム光路を導波路内に規定し；前記導波路内のビー
ム光路の長さを等しく、かつ対称となし、前記測定アー
ムと参照アームとの間の光路長差を、前記導波路の外部
であって、前記測定ビーム反射器が配置された媒体中に
て規定するようにしたことを特徴とする。
【００１３】導波路の大きさは、この導波路を形成する
材料の不均一性により生ずる熱膨張差に起因する残留誤
差をできるだけ小さくすることと、ビーム光路を対称に
すると共にこれらのビーム光路に光ビームを出し入れす
るのに必要な光学部品を形成し得るようにするために最
小限の大きさが必要であることとの互いに矛盾する要求
間でのかね合いをとる必要がある。
材料の不均一性により生ずる熱膨張差に起因する残留誤
差をできるだけ小さくすることと、ビーム光路を対称に
すると共にこれらのビーム光路に光ビームを出し入れす
るのに必要な光学部品を形成し得るようにするために最
小限の大きさが必要であることとの互いに矛盾する要求
間でのかね合いをとる必要がある。
【００１４】本発明の干渉計応用測定装置の好適例で
は、この測定装置が２つの干渉計を具え、その一方の干
渉計は固定の所謂参照アームと測定アームとを有する参
照干渉計として作動し、他方は、その測定アームが被測
定物体までの可変距離となるようにした測定干渉計とし
て動作する。この例では、測定干渉計と参照干渉計の各
参照アームを結合して単一光路にするのが好適である。
は、この測定装置が２つの干渉計を具え、その一方の干
渉計は固定の所謂参照アームと測定アームとを有する参
照干渉計として作動し、他方は、その測定アームが被測
定物体までの可変距離となるようにした測定干渉計とし
て動作する。この例では、測定干渉計と参照干渉計の各
参照アームを結合して単一光路にするのが好適である。
【００１５】また、本発明の好適例では、レーザ光源と
して導波路そのものの内部に形成し得る本来既知のレー
ザダイオードを用いる。干渉計の分解能を高めたい場合
には、導波路内に既知の位相変調器を形成し、干渉縞の
計数値の補間を高精度に行うことができる。
して導波路そのものの内部に形成し得る本来既知のレー
ザダイオードを用いる。干渉計の分解能を高めたい場合
には、導波路内に既知の位相変調器を形成し、干渉縞の
計数値の補間を高精度に行うことができる。
【００１６】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
に説明する。
【００１７】図面を参照するに、図１にはレーザビーム
発生器（レーザダイオード）１０、本例ではレーザダイ
オードを示してあり、これが発生するレーザビーム１２
は光学的なビームスプリッタ、すなわち分離器（アイソ
レータ）１３を経て光透過性のシリコンチップ１４上に
形成した導波路内に向けられる。レーザダイオードはシ
リコンチップの外に設けるか、または図示のようにチッ
プと一体の部分を形成すべくチップ上に結合させること
ができる。
発生器（レーザダイオード）１０、本例ではレーザダイ
オードを示してあり、これが発生するレーザビーム１２
は光学的なビームスプリッタ、すなわち分離器（アイソ
レータ）１３を経て光透過性のシリコンチップ１４上に
形成した導波路内に向けられる。レーザダイオードはシ
リコンチップの外に設けるか、または図示のようにチッ
プと一体の部分を形成すべくチップ上に結合させること
ができる。
【００１８】レーザダイオードが発生する光の周波数
は、例えば駆動電流変調器１１により波長λ1 とλ2 の
光を発生すべくν1 とν2 の２つの周波数間で連続的に
可変とする。レーザの周波数の最大変化速度は、変化さ
せる周波数により発生される干渉縞を計数する検出系の
検出能力により制限される。
は、例えば駆動電流変調器１１により波長λ1 とλ2 の
光を発生すべくν1 とν2 の２つの周波数間で連続的に
可変とする。レーザの周波数の最大変化速度は、変化さ
せる周波数により発生される干渉縞を計数する検出系の
検出能力により制限される。
【００１９】導波路はレーザビーム１２をビーム光路２
０，３０および４０に沿って向けられる３つの二次ビー
ムに分割し、これらの光路によって２つの固定長さの干
渉計の所謂測定アームおよび参照アームを規定する。
０，３０および４０に沿って向けられる３つの二次ビー
ムに分割し、これらの光路によって２つの固定長さの干
渉計の所謂測定アームおよび参照アームを規定する。
【００２０】干渉計のうち第１のもの（参照干渉計）
は、導波路が３つのビーム光路に分かれるジャンクショ
ンＡからチップ端におけるレンズ２１までチップ内に部
分的に延在する固定のビーム光路２０により規定される
所謂測定アームを有している。レーザビームはレンズ２
１を通過した後に大気に入り、固定の反射器２２まで距
離ｄ1 進み、この反射器２２にて反射されて、レンズ２
１の個所でチップへと戻る。
は、導波路が３つのビーム光路に分かれるジャンクショ
ンＡからチップ端におけるレンズ２１までチップ内に部
分的に延在する固定のビーム光路２０により規定される
所謂測定アームを有している。レーザビームはレンズ２
１を通過した後に大気に入り、固定の反射器２２まで距
離ｄ1 進み、この反射器２２にて反射されて、レンズ２
１の個所でチップへと戻る。
【００２１】この個所でレーザビームは導波路の他の部
分に入り、この部分の導波路はビームをビーム光路２３
に沿って位相変調器２４を経てホトダイオード検出器２
５へと案内する。
分に入り、この部分の導波路はビームをビーム光路２３
に沿って位相変調器２４を経てホトダイオード検出器２
５へと案内する。
【００２２】第１干渉計の所謂参照アームはチップ内を
ジャンクションＡからチップ端におけるレンズ３１まで
延在する固定のビーム光路３０によって限定される。レ
ーザビームはレンズ３１を通過した後に大気に入り、固
定の反射器３２まで距離ｄ2進み、反射器３２にて反射
されて、レンズ３１の個所でチップへと戻る。この個所
でビームは導波路の他の部分へと入り、この部分の導波
路はビームをビーム光路３３に沿って位相変調器３４を
経てホトダイオード検出器２５へと案内する。ビーム光
路２３および３３におけるビームは導波路内にてホトダ
イオード検出器２５の前方のジャンクションＢにて再合
成される。
ジャンクションＡからチップ端におけるレンズ３１まで
延在する固定のビーム光路３０によって限定される。レ
ーザビームはレンズ３１を通過した後に大気に入り、固
定の反射器３２まで距離ｄ2進み、反射器３２にて反射
されて、レンズ３１の個所でチップへと戻る。この個所
でビームは導波路の他の部分へと入り、この部分の導波
路はビームをビーム光路３３に沿って位相変調器３４を
経てホトダイオード検出器２５へと案内する。ビーム光
路２３および３３におけるビームは導波路内にてホトダ
イオード検出器２５の前方のジャンクションＢにて再合
成される。
【００２３】距離ｄ1 およびｄ2 は互いに相違させて、
駆動電流変調器１１を用いて駆動電流を変えることによ
りレーザダイオード１０の波長を既知の方法にて変える
と、合成ビームに干渉を発生して、これがホトダイオー
ド検出器２５にて干渉縞として検出されるようにする。
駆動電流変調器１１を用いて駆動電流を変えることによ
りレーザダイオード１０の波長を既知の方法にて変える
と、合成ビームに干渉を発生して、これがホトダイオー
ド検出器２５にて干渉縞として検出されるようにする。
【００２４】ホトダイオード検出器２５を概略的にしか
図示してないが、このホトダイオード（および本明細書
にて後に出てくる他の全てのホトダイード）は測定され
る種々のパラメータを示す干渉縞の計数値から出力信号
を発生させるのに必要なカウンタおよび電子回路を具え
ているものとする。
図示してないが、このホトダイオード（および本明細書
にて後に出てくる他の全てのホトダイード）は測定され
る種々のパラメータを示す干渉縞の計数値から出力信号
を発生させるのに必要なカウンタおよび電子回路を具え
ているものとする。
【００２５】本例のホトダイオード２５が発生する出力
信号２６は媒体の屈折率を示すものであり、この信号は
信号プロセッサ２７に送給される。
信号２６は媒体の屈折率を示すものであり、この信号は
信号プロセッサ２７に送給される。
【００２６】第２の干渉計（測定干渉計）はジャンクシ
ョンＡからチップ端におけるレンズ４１までチップ内に
延在するビーム光路４０によって限定される測定アーム
を有している。レーザビームはレンズ４１を通過した後
に大気に入り、そして位置を測定すべき対象物における
反射器４２へと距離ｄ3 進み、この反射器にて反射され
て、レンズ４１の個所にてチップへと戻る。この個所で
ビームは導波路の他の部分へと入り、この部分の導波路
はビームを光路４３に沿って位相変調器４４を経てホト
ダイオード検出器４５へと案内する。
ョンＡからチップ端におけるレンズ４１までチップ内に
延在するビーム光路４０によって限定される測定アーム
を有している。レーザビームはレンズ４１を通過した後
に大気に入り、そして位置を測定すべき対象物における
反射器４２へと距離ｄ3 進み、この反射器にて反射され
て、レンズ４１の個所にてチップへと戻る。この個所で
ビームは導波路の他の部分へと入り、この部分の導波路
はビームを光路４３に沿って位相変調器４４を経てホト
ダイオード検出器４５へと案内する。
【００２７】測定干渉計の参照アームは参照干渉計の参
照アームと共通の部分を有している。この共通部分はビ
ーム光路３０と、距離ｄ2 と、反射器３２とにより限定
される。反射器３２からチップへと反射されて戻る光は
レンズ３１の個所で導波路に入り、ビーム光路５３に沿
って進み、位相変調器５４を通過してからジャンクショ
ンＣにて光路４３のビームと再結合されてからホトダイ
オード検出器４５へと進む。
照アームと共通の部分を有している。この共通部分はビ
ーム光路３０と、距離ｄ2 と、反射器３２とにより限定
される。反射器３２からチップへと反射されて戻る光は
レンズ３１の個所で導波路に入り、ビーム光路５３に沿
って進み、位相変調器５４を通過してからジャンクショ
ンＣにて光路４３のビームと再結合されてからホトダイ
オード検出器４５へと進む。
【００２８】以前と同様に、距離ｄ3 をｄ2 とは相違さ
せて、レーザダイオードの波長を変えると、ホトダイオ
ード検出器が干渉縞を検出して、測定干渉計の参照アー
ムと測定アームの差を示す出力信号４６を発生する。こ
の出力信号４６は信号プロセッサ２７に送給される。
せて、レーザダイオードの波長を変えると、ホトダイオ
ード検出器が干渉縞を検出して、測定干渉計の参照アー
ムと測定アームの差を示す出力信号４６を発生する。こ
の出力信号４６は信号プロセッサ２７に送給される。
【００２９】導波路の光路長は、その構成のディテール
から判っており、しかも距離ｄ1 およびｄ2 が既知の固
定距離であるから、２つの検出器からの干渉縞の計数値
の差は干渉計から被測定物体までの距離ｄ3 の直接かつ
絶対的な目安となる。
から判っており、しかも距離ｄ1 およびｄ2 が既知の固
定距離であるから、２つの検出器からの干渉縞の計数値
の差は干渉計から被測定物体までの距離ｄ3 の直接かつ
絶対的な目安となる。
【００３０】未知の距離ｄ3 は信号プロセッサ２７によ
り次のようして求める。
り次のようして求める。
【００３１】なお、以下の説明では、ｍ1 およびｍ2 は
それぞれ波長λ1 およびλ2 での光路長差ｄ2 −ｄ1 に
おける波数とし；ｍ1 ′およびｍ2 ′はそれぞれ波長λ
1 およびλ2 での光路長差ｄ3 −ｄ2 における波数と
し；Δλは測定中にレーザダイオード１０の波長をλ1
とλ2 との間で変えるその波長範囲とする。
それぞれ波長λ1 およびλ2 での光路長差ｄ2 −ｄ1 に
おける波数とし；ｍ1 ′およびｍ2 ′はそれぞれ波長λ
1 およびλ2 での光路長差ｄ3 −ｄ2 における波数と
し；Δλは測定中にレーザダイオード１０の波長をλ1
とλ2 との間で変えるその波長範囲とする。
【００３２】参照干渉計の場合、導波路内にある参照ア
ームと測定アームのビーム光路部分の光路長は等しいか
ら、光路長差は空気中におけるｄ1 −ｄ2 だけであり、
これは次式のように表わすことができる。
ームと測定アームのビーム光路部分の光路長は等しいか
ら、光路長差は空気中におけるｄ1 −ｄ2 だけであり、
これは次式のように表わすことができる。
【００３３】
【数１】ｍ1 λ1 ＝ｄ2 −ｄ1 同様に、
【００３４】
【数２】ｍ2 λ2 ＝ｄ2 −ｄ１ であるため、検出器２５での干渉縞の総数は次のように
なる。
なる。
【００３５】
【数３】
【００３６】測定干渉計の場合にも導波路内の測定アー
ムと参照アームの光路長は等しいため、光路長差は空気
中における距離ｄ３ −ｄ2 である。従って検出器４５
での干渉縞の検出総数は次式のように表わすことができ
る。
ムと参照アームの光路長は等しいため、光路長差は空気
中における距離ｄ３ −ｄ2 である。従って検出器４５
での干渉縞の検出総数は次式のように表わすことができ
る。
【００３７】
【数４】
【００３８】従って、
【００３９】
【数５】
【００４０】これからｄ3 を求めることができる。
【００４１】位相変調器は、測定アームと参照アームの
光路長差が干渉縞の計数値の総数となるように、導波路
内の光路長を変更するために用いられる。すなわち、検
出器の電圧出力はレーザダイオード１０の周波数をν1
およびν2 にする時に参照電圧に等しくする。この状態
は必要な精度で検出することができる。こうした結果を
達成するために位相変調器に供給する電圧も正確に決め
ることができ、そしてこの電圧によって、干渉縞の整数
の計数値に加えたり、またはそれから差引いたりする補
間値を提供する。
光路長差が干渉縞の計数値の総数となるように、導波路
内の光路長を変更するために用いられる。すなわち、検
出器の電圧出力はレーザダイオード１０の周波数をν1
およびν2 にする時に参照電圧に等しくする。この状態
は必要な精度で検出することができる。こうした結果を
達成するために位相変調器に供給する電圧も正確に決め
ることができ、そしてこの電圧によって、干渉縞の整数
の計数値に加えたり、またはそれから差引いたりする補
間値を提供する。
【００４２】導波路内の測定および参照アームの光路長
は等しく、かつ対称であるため、これらの光路は共通モ
ードであり、すなわちこれらの光路は同じ長さの導波路
材料を通過し、これらの光路内に形成した光学部品、例
えば位相変調器の個数も同様であることは明らかであ
る。従って、チップ温度の均一な変化は導波路における
測定および参照アームの光路長に同じ影響を及ぼし、こ
のような温度変化による誤差が距離ｄ3 の計算に影響を
及ぼさなくなる。さらにまた、距離ｄ3 は同じ空気中で
の２つの光路長の比から求められるため、大気条件の一
様な変動は光路長に同じ影響を及ぼし、こうした変動は
計算では除去される。
は等しく、かつ対称であるため、これらの光路は共通モ
ードであり、すなわちこれらの光路は同じ長さの導波路
材料を通過し、これらの光路内に形成した光学部品、例
えば位相変調器の個数も同様であることは明らかであ
る。従って、チップ温度の均一な変化は導波路における
測定および参照アームの光路長に同じ影響を及ぼし、こ
のような温度変化による誤差が距離ｄ3 の計算に影響を
及ぼさなくなる。さらにまた、距離ｄ3 は同じ空気中で
の２つの光路長の比から求められるため、大気条件の一
様な変動は光路長に同じ影響を及ぼし、こうした変動は
計算では除去される。
【００４３】空気中における距離ｄ1 およびｄ2 は極め
て短く、例えば５ｍｍまでとすることができ、こうした
距離は膨張係数が低いか、またはゼロの長さの短い材料
により反射器をチップに接続することにより設定するこ
とができる。そのような材料は、例えばゼロデュア（Ｚ
ＥＲＯＤＵＲ）なる商標名にて市販されている。ｄ3の
長さは勿論、被測定物体の距離に依存し、この長さは多
数メートルとすることができる。
て短く、例えば５ｍｍまでとすることができ、こうした
距離は膨張係数が低いか、またはゼロの長さの短い材料
により反射器をチップに接続することにより設定するこ
とができる。そのような材料は、例えばゼロデュア（Ｚ
ＥＲＯＤＵＲ）なる商標名にて市販されている。ｄ3の
長さは勿論、被測定物体の距離に依存し、この長さは多
数メートルとすることができる。
【００４４】しかしながら、測定アームの光路長に沿う
大気状態の均一でない変化は装置の測定に悪影響を及ぼ
す。このような問題は、参照干渉計の空気中における測
定アームの光路長が測定干渉計の測定アームの空気中に
おける光路長に匹敵し、すなわちｄ1 がｄ3 に匹敵する
ように構成することにより最小限に抑えることができ
る。こうすることにより、全光路長にわたって空気の光
学的特性が平均化する。追加の利点は参照アームの補間
器が測定アームの補間器ほどには必要とされないことに
ある。
大気状態の均一でない変化は装置の測定に悪影響を及ぼ
す。このような問題は、参照干渉計の空気中における測
定アームの光路長が測定干渉計の測定アームの空気中に
おける光路長に匹敵し、すなわちｄ1 がｄ3 に匹敵する
ように構成することにより最小限に抑えることができ
る。こうすることにより、全光路長にわたって空気の光
学的特性が平均化する。追加の利点は参照アームの補間
器が測定アームの補間器ほどには必要とされないことに
ある。
【００４５】干渉計から物体までの実際の（または絶対
的な）距離測定は干渉計に関連する参照点に関連付ける
必要がある。従って、干渉計は参照点を確立すべく校正
する必要がある。
的な）距離測定は干渉計に関連する参照点に関連付ける
必要がある。従って、干渉計は参照点を確立すべく校正
する必要がある。
【００４６】この参照点は参照干渉計の測定アームと測
定干渉計の測定アームとの光路長差がゼロとなり、検出
系からの読取値をゼロにする物体の位置とするのが好都
合である。このような校正は一度するだけでよく、その
後の干渉計の読取値は常にその参照位置から物体までの
絶対的な距離を示すことになる。
定干渉計の測定アームとの光路長差がゼロとなり、検出
系からの読取値をゼロにする物体の位置とするのが好都
合である。このような校正は一度するだけでよく、その
後の干渉計の読取値は常にその参照位置から物体までの
絶対的な距離を示すことになる。
【００４７】上述した絶対干渉計は参照干渉計を具えて
いる。これは２つの末端周波数λ1およびλ2 が正確に
わからない場合にだけ必要なものである。使用するレー
ザの周波数を、値が正確にわかっている２つの周波数間
にて変えることができる場合には、参照干渉計を除去す
ることができ、従って干渉計の設計が簡単となる。この
ような設計では、長さｄ2 が長さｄ3 に等しくなるまで
ミラー４２を動かすことにより校正を行う。
いる。これは２つの末端周波数λ1およびλ2 が正確に
わからない場合にだけ必要なものである。使用するレー
ザの周波数を、値が正確にわかっている２つの周波数間
にて変えることができる場合には、参照干渉計を除去す
ることができ、従って干渉計の設計が簡単となる。この
ような設計では、長さｄ2 が長さｄ3 に等しくなるまで
ミラー４２を動かすことにより校正を行う。
【００４８】上述したタイプの絶対干渉計を座標測定機
（ＣＭＭ）および工作機械上の物体の位置を測定するの
に適用する場合の問題は、測定すべき距離を各測定毎に
固定させなければならないことにある。しかし、機械の
振動が物体におけるミラーを動かすことにより、物体の
移動速度が変わることにより測定が不正確となる。ま
た、物体の移動中にその瞬時位置を読取らなければなら
ないこともあり、こうした場合に、物体の移動速度が変
わることにより、絶対干渉計の読取値が不正確になる。
（ＣＭＭ）および工作機械上の物体の位置を測定するの
に適用する場合の問題は、測定すべき距離を各測定毎に
固定させなければならないことにある。しかし、機械の
振動が物体におけるミラーを動かすことにより、物体の
移動速度が変わることにより測定が不正確となる。ま
た、物体の移動中にその瞬時位置を読取らなければなら
ないこともあり、こうした場合に、物体の移動速度が変
わることにより、絶対干渉計の読取値が不正確になる。
【００４９】こうした問題に対する解決策が米国特許第
３，９７０，３８９号に開示されており、これによる
と、追加のトラッキング干渉計を設け、この干渉計の読
取りを絶対干渉計の読取りと同期させて、物体の速度に
対して絶対干渉計の読取り値を補正するようにする。
３，９７０，３８９号に開示されており、これによる
と、追加のトラッキング干渉計を設け、この干渉計の読
取りを絶対干渉計の読取りと同期させて、物体の速度に
対して絶対干渉計の読取り値を補正するようにする。
【００５０】他の解決策として、チャープドレーダの技
法によると、極めて迅速に多数回読取りを行って、移動
している目標物の速度、従って所定時間におけるその目
標物までの距離を求めるようにする。
法によると、極めて迅速に多数回読取りを行って、移動
している目標物の速度、従って所定時間におけるその目
標物までの距離を求めるようにする。
【００５１】図２は本発明による絶対干渉計と、これと
同じ光透過性のシリコンチップに形成したトラッキング
干渉計とを組合わせて、移動目標物に係わる問題を解決
するための干渉計応用測定装置を示す。
同じ光透過性のシリコンチップに形成したトラッキング
干渉計とを組合わせて、移動目標物に係わる問題を解決
するための干渉計応用測定装置を示す。
【００５２】絶対干渉計は図１につき説明したものと全
く同じであるから、これについては詳述しない。なお、
図１に示すものと同一部分を示すものには同じ参照番号
を付して示してある。この例に示した絶対干渉計が参照
干渉計と測定干渉計との双方を具えているために、図２
に示すトラッキング干渉計も物体の距離を測定する可変
長の測定干渉計と、追加の固定の測定干渉計との双方を
具え、これらの干渉計がチップ上にて対称性を保ち、温
度変動が共通モードとなるようにする。
く同じであるから、これについては詳述しない。なお、
図１に示すものと同一部分を示すものには同じ参照番号
を付して示してある。この例に示した絶対干渉計が参照
干渉計と測定干渉計との双方を具えているために、図２
に示すトラッキング干渉計も物体の距離を測定する可変
長の測定干渉計と、追加の固定の測定干渉計との双方を
具え、これらの干渉計がチップ上にて対称性を保ち、温
度変動が共通モードとなるようにする。
【００５３】トラッキング干渉計はレーザダイオード１
００により付勢され、このレーザダイオードの周波数
は、例えば駆動電流または温度のようなレーザのパラメ
ータを制御することにより公称一定値に安定化させる。
トラッキング干渉計からの読取りは絶対干渉計の読取り
と同期させる必要があるから、前述したと同じ位相検出
法を用いると共に、電子回路の応答時間を全ての測定干
渉計および参照干渉計に対して同じとする必要がある。
００により付勢され、このレーザダイオードの周波数
は、例えば駆動電流または温度のようなレーザのパラメ
ータを制御することにより公称一定値に安定化させる。
トラッキング干渉計からの読取りは絶対干渉計の読取り
と同期させる必要があるから、前述したと同じ位相検出
法を用いると共に、電子回路の応答時間を全ての測定干
渉計および参照干渉計に対して同じとする必要がある。
【００５４】トラッキング干渉計のレーザダイオード１
００からの光ビーム１０２はビームスプリッタ、すなわ
ち光学分離器（アイソレータ）１０３を経て導波路内へ
と進み、導波路はビーム１０２をジャンクションＤにて
チップ１４内の３つのビーム光路１２０，１３０および
１４０に分ける。
００からの光ビーム１０２はビームスプリッタ、すなわ
ち光学分離器（アイソレータ）１０３を経て導波路内へ
と進み、導波路はビーム１０２をジャンクションＤにて
チップ１４内の３つのビーム光路１２０，１３０および
１４０に分ける。
【００５５】可変長の測定干渉計はチップ内にてジャン
クションＤから部分的に延在するビーム光路１４０によ
り限定される測定アームを有し、これはチップ端におけ
るレンズ４１にて終端する絶対干渉計の測定アームのビ
ーム光路４０と共通の部分を有している。ビーム光路１
４０のビームはレンズ４１を出てから、測定すべき位置
にある移動反射器４２まで距離ｄ3 進み、反射器４２に
て反射されてレンズ４１へと戻る。
クションＤから部分的に延在するビーム光路１４０によ
り限定される測定アームを有し、これはチップ端におけ
るレンズ４１にて終端する絶対干渉計の測定アームのビ
ーム光路４０と共通の部分を有している。ビーム光路１
４０のビームはレンズ４１を出てから、測定すべき位置
にある移動反射器４２まで距離ｄ3 進み、反射器４２に
て反射されてレンズ４１へと戻る。
【００５６】このレンズ４１の個所にてビームは導波路
の他の部分へと入り、この部分の導波はビームを位相変
調器１４４を介して光路１４３に沿ってホトダイオード
検出器１４５へと案内する。
の他の部分へと入り、この部分の導波はビームを位相変
調器１４４を介して光路１４３に沿ってホトダイオード
検出器１４５へと案内する。
【００５７】可変長の測定干渉計の参照アームはチップ
内をジャンクションＤからチップ端のレンズ１３１まで
延在する固定のビーム光路１３０により限定される。ビ
ームはレンズ１３１を通過した後に大気へと入り、固定
の反射器１３２まで距離ｄ4進み、反射器１３２にて反
射されてレンズ１３１の個所にてチップへと戻る。この
個所にてビームは導波路の他の部分へと入り、この部分
の導波路はビームを位相変調器１３４を介して光路１３
３に沿ってホトダイオード検出器１４５へと案内する。
ビーム光路１４３および１３３のビームはホトダイオー
ド検出器１４５の前方の導波路内のジャンクションＥに
て再合成される。
内をジャンクションＤからチップ端のレンズ１３１まで
延在する固定のビーム光路１３０により限定される。ビ
ームはレンズ１３１を通過した後に大気へと入り、固定
の反射器１３２まで距離ｄ4進み、反射器１３２にて反
射されてレンズ１３１の個所にてチップへと戻る。この
個所にてビームは導波路の他の部分へと入り、この部分
の導波路はビームを位相変調器１３４を介して光路１３
３に沿ってホトダイオード検出器１４５へと案内する。
ビーム光路１４３および１３３のビームはホトダイオー
ド検出器１４５の前方の導波路内のジャンクションＥに
て再合成される。
【００５８】距離ｄ3 およびｄ4 が異なり、しかも移動
反射器４２の振動または動きにより光路長差が変化する
ため、再合成ビームに干渉が発生し、これが検出器１４
５にて干渉縞の計数値として検出される。検出器１４５
は物体の相対変位を示す出力信号１４６を発生する。
反射器４２の振動または動きにより光路長差が変化する
ため、再合成ビームに干渉が発生し、これが検出器１４
５にて干渉縞の計数値として検出される。検出器１４５
は物体の相対変位を示す出力信号１４６を発生する。
【００５９】従って、検出器１４５の出力信号１４６は
信号プロセッサ２７に供給され、この出力信号１４６を
用いて、反射器４２の信号による物体の速度に及ぼす影
響に対して絶対干渉計の検出器２５，４５の出力から得
られる距離測定を補正することができる。あるいはま
た、検出器４５からの信号４６を用いてトラッキング干
渉計の読取値を補正して、その読取値を既知の参照位置
に関連させるようにすることもできる。
信号プロセッサ２７に供給され、この出力信号１４６を
用いて、反射器４２の信号による物体の速度に及ぼす影
響に対して絶対干渉計の検出器２５，４５の出力から得
られる距離測定を補正することができる。あるいはま
た、検出器４５からの信号４６を用いてトラッキング干
渉計の読取値を補正して、その読取値を既知の参照位置
に関連させるようにすることもできる。
【００６０】第２の測定干渉計は絶対干渉計の参照干渉
計と極めて似ており、これは固定長さの測定アームおよ
び参照アームを有している。
計と極めて似ており、これは固定長さの測定アームおよ
び参照アームを有している。
【００６１】この干渉計の固定長さの測定アームは、ジ
ャンクションＤからレンズ１２１まで延在するビーム光
路１２０によりチップ内に部分的に規定される。ビーム
はレンズ１２１から大気を経て反射器１２２まで固定距
離ｄ5 進み、反射器１２２にて反射されてレンズ１２１
の個所にてチップへと戻る。この個所にてビームは導波
路の他の部分へと入り、この部分の導波路はビームを位
相変調器１２４を介してビーム光路１２３に沿ってホト
ダイオード検出器１２５へと案内する。
ャンクションＤからレンズ１２１まで延在するビーム光
路１２０によりチップ内に部分的に規定される。ビーム
はレンズ１２１から大気を経て反射器１２２まで固定距
離ｄ5 進み、反射器１２２にて反射されてレンズ１２１
の個所にてチップへと戻る。この個所にてビームは導波
路の他の部分へと入り、この部分の導波路はビームを位
相変調器１２４を介してビーム光路１２３に沿ってホト
ダイオード検出器１２５へと案内する。
【００６２】第２測定干渉計の参照アームは第１測定干
渉計の参照アームと共通であり、ジャンクションＤから
レンズ１３１に至り、空気中を反射器１３２まで距離ｄ
4 延在し、この反射器１３２からレンズ１３１に戻る。
この点にて導波路はビームをレンズ１３１から位相変調
器１５４を通る他のビーム光路１５３へと進め、ジャン
クションＦにてビーム光路１２３からのビームと一緒に
し、ジャンクションＦではホトダイオード検出器１２５
に達する前に参照ビームと測定ビームとを合成する。
渉計の参照アームと共通であり、ジャンクションＤから
レンズ１３１に至り、空気中を反射器１３２まで距離ｄ
4 延在し、この反射器１３２からレンズ１３１に戻る。
この点にて導波路はビームをレンズ１３１から位相変調
器１５４を通る他のビーム光路１５３へと進め、ジャン
クションＦにてビーム光路１２３からのビームと一緒に
し、ジャンクションＦではホトダイオード検出器１２５
に達する前に参照ビームと測定ビームとを合成する。
【００６３】第２測定干渉計の測定アームと参照アーム
の光路長は一定とするため、干渉は検出器１２５にて検
出されるだけであり、その出力信号１２６はレーザダイ
オードの波長が変わる場合に検出器１２５にて発生され
るだけである。従って、この例に示すように、検出器１
２５の出力信号１２６を帰還ループ１６０における電流
コントローラ１６１に供給してレーザダイオード１００
の駆動電流を変化させ、ビーム１０２の波長を安定化さ
せることができる。
の光路長は一定とするため、干渉は検出器１２５にて検
出されるだけであり、その出力信号１２６はレーザダイ
オードの波長が変わる場合に検出器１２５にて発生され
るだけである。従って、この例に示すように、検出器１
２５の出力信号１２６を帰還ループ１６０における電流
コントローラ１６１に供給してレーザダイオード１００
の駆動電流を変化させ、ビーム１０２の波長を安定化さ
せることができる。
【００６４】しかし、他の例として、出力信号１２６を
信号プロセッサ２７に供給し（点線にて示すように）、
このプロセッサにてレーザダイオード１００の波長の変
化に対する検出器２５，４５，１４５の出力２６，４
６，１４６から求められるような物体の絶対位置を補正
することもできる。
信号プロセッサ２７に供給し（点線にて示すように）、
このプロセッサにてレーザダイオード１００の波長の変
化に対する検出器２５，４５，１４５の出力２６，４
６，１４６から求められるような物体の絶対位置を補正
することもできる。
【００６５】従って、トラッキング干渉計の追加によ
り、干渉応用測定装置はチップ上のレーザダイオードを
用いて温度変動による不正確さをこうむらないだけでな
く、振動による目標物の光学素子の動きを補償したり、
移動物体の瞬時位置を測定することのできる絶対干渉計
とすることができる。
り、干渉応用測定装置はチップ上のレーザダイオードを
用いて温度変動による不正確さをこうむらないだけでな
く、振動による目標物の光学素子の動きを補償したり、
移動物体の瞬時位置を測定することのできる絶対干渉計
とすることができる。
【００６６】大気の変化による影響を最小とするため
に、光路長ｄ1 ，ｄ3 およびｄ5 を同じような長さとす
ることができる。
に、光路長ｄ1 ，ｄ3 およびｄ5 を同じような長さとす
ることができる。
【００６７】２つのレーザダイオードからの異なる周波
数のビームが検出器での測定信号を妨害しないようにす
るために、２つのレーザダイオードの波長差は少なくと
も５ナノメートルに設定する。あるいは、ビーム光路に
フィルタを用いて、不所望な周波数を除外することもで
きる。
数のビームが検出器での測定信号を妨害しないようにす
るために、２つのレーザダイオードの波長差は少なくと
も５ナノメートルに設定する。あるいは、ビーム光路に
フィルタを用いて、不所望な周波数を除外することもで
きる。
【００６８】図３は図２の干渉計応用測定装置の変形例
を示し、この例ではできるだけ多くのビーム光路を合成
して、チップの大きさを最小にすると共に、光学部品の
点数および環境の影響を最小にする。
を示し、この例ではできるだけ多くのビーム光路を合成
して、チップの大きさを最小にすると共に、光学部品の
点数および環境の影響を最小にする。
【００６９】このようにするために、チップ上の導波路
は第１レーザダイオード１０からのレーザビーム１２を
３つのビーム光路２０，３０および４０に分割する。光
路４０は測定すべき物体上の可動目標物の反射器４２ま
での光路長の一部を成し、光路３０は参照反射器３２ま
での光路長の一部を成し、光路２０は固定反射器２２ま
での光路長の一部を成す。
は第１レーザダイオード１０からのレーザビーム１２を
３つのビーム光路２０，３０および４０に分割する。光
路４０は測定すべき物体上の可動目標物の反射器４２ま
での光路長の一部を成し、光路３０は参照反射器３２ま
での光路長の一部を成し、光路２０は固定反射器２２ま
での光路長の一部を成す。
【００７０】チップ上の導波路は第２レーザダイオード
１００からのレーザビーム１０２も３つのビーム光路１
２０，１３０および１４０に分割する。光路１４０は、
測定すべき物体における可動目標物の反射器４２までの
光路長の一部を成し、光路１３０は（図２の参照反射器
１３２の代りの）参照反射器３２までの光路長の一部を
成し、光路１２０は（図２の固定反射器１２２の代り
の）固定反射器２２までの第２測定アームの光路長の一
部を成す。
１００からのレーザビーム１０２も３つのビーム光路１
２０，１３０および１４０に分割する。光路１４０は、
測定すべき物体における可動目標物の反射器４２までの
光路長の一部を成し、光路１３０は（図２の参照反射器
１３２の代りの）参照反射器３２までの光路長の一部を
成し、光路１２０は（図２の固定反射器１２２の代り
の）固定反射器２２までの第２測定アームの光路長の一
部を成す。
【００７１】検出器が周波数の異なる戻りビームによる
妨害を受けないようにするために、検出器４５，２５は
レーザダイオード１０からの光の周波数にだけ感応さ
せ、検出器１２５，１４５上はレーザダイオード１００
からの光の周波数にだけ感応させる必要がある。
妨害を受けないようにするために、検出器４５，２５は
レーザダイオード１０からの光の周波数にだけ感応さ
せ、検出器１２５，１４５上はレーザダイオード１００
からの光の周波数にだけ感応させる必要がある。
【００７２】あるいはまた、各検出器に入射する不所望
な周波数の光をなくすために、戻りビーム光路に光学フ
ィルタを用いることもできる。２つのレーザダイオード
１０と１００の周波数の差はフィルタの光学的特性によ
り決められる。
な周波数の光をなくすために、戻りビーム光路に光学フ
ィルタを用いることもできる。２つのレーザダイオード
１０と１００の周波数の差はフィルタの光学的特性によ
り決められる。
【００７３】なお、図３の例には図２に示した例の光学
的分離器、位相変調器および他の要部も含まれるが、こ
れらはビーム光路を明瞭にするために図面から省いてあ
る。
的分離器、位相変調器および他の要部も含まれるが、こ
れらはビーム光路を明瞭にするために図面から省いてあ
る。
【００７４】本発明を種々の参照アームおよび測定アー
ムの端部における反射素子として平面鏡を用いる場合に
つき説明したが、導波路の配置に対する簡単な変形例と
して、他の反射器、例えばコーナキューブレトロリフレ
クタを平面鏡の代わりに用いることができる。
ムの端部における反射素子として平面鏡を用いる場合に
つき説明したが、導波路の配置に対する簡単な変形例と
して、他の反射器、例えばコーナキューブレトロリフレ
クタを平面鏡の代わりに用いることができる。
【００７５】また、上述した好適例ではチップ上に導波
路を設けた場合につき説明したが、本発明の利点は導波
路の代わりに光学ファイバを用いる場合にも得ることが
できる。
路を設けた場合につき説明したが、本発明の利点は導波
路の代わりに光学ファイバを用いる場合にも得ることが
できる。
【００７６】チップ構造としては測定装置に対する種々
の要求に応じて様々な材料を用いることができる。例え
ば、シリコンチップの場合には位相変調器に低電圧を用
いることができるので有利ではあるが、この場合には赤
外光しか使用することができない。ニオブ酸リチウムの
チップは可視光を用いることができるが、導波路で位相
変調させるのにはシリコンチップの場合よりも遥かに高
い電圧を必要とする。
の要求に応じて様々な材料を用いることができる。例え
ば、シリコンチップの場合には位相変調器に低電圧を用
いることができるので有利ではあるが、この場合には赤
外光しか使用することができない。ニオブ酸リチウムの
チップは可視光を用いることができるが、導波路で位相
変調させるのにはシリコンチップの場合よりも遥かに高
い電圧を必要とする。
【００７７】図１に示した組合わされた干渉計装置で
は、いずれの所定の測定に対しても光路長ｄ1 ，ｄ2 お
よびｄ3 をそれぞれ固定の長さとするが、これらの光路
長は互いに異なる長さとする。
は、いずれの所定の測定に対しても光路長ｄ1 ，ｄ2 お
よびｄ3 をそれぞれ固定の長さとするが、これらの光路
長は互いに異なる長さとする。
【００７８】上述したように、測定干渉計と参照干渉計
とを組合わせたものは空気の屈折率に対して補正された
参照位置からの距離ｄ3 を絶対的に測定する。
とを組合わせたものは空気の屈折率に対して補正された
参照位置からの距離ｄ3 を絶対的に測定する。
【００７９】本発明の他の新規なる特徴は、空気の屈折
率が正確にわかっている場合には、測定干渉計をそれ単
独で絶対干渉計として作用させることができ、また光路
長ｄ1 −ｄ2 が正確にわかっている場合には、参照干渉
計をそれ単独で空気屈折計として作用させることができ
ることにある。
率が正確にわかっている場合には、測定干渉計をそれ単
独で絶対干渉計として作用させることができ、また光路
長ｄ1 −ｄ2 が正確にわかっている場合には、参照干渉
計をそれ単独で空気屈折計として作用させることができ
ることにある。
【００８０】従って、本発明は上述した新規な導波路装
置を利用する空気屈折計そのものおよび距離測定干渉計
そのものをも含むものである。
置を利用する空気屈折計そのものおよび距離測定干渉計
そのものをも含むものである。
【００８１】同様に、本発明は上述した新規な導波路装
置を利用するトラッキング干渉計そのものを含むもので
もある。
置を利用するトラッキング干渉計そのものを含むもので
もある。
【００８２】固定の反射器をいずれも導波路から離間さ
せるように示してあるが、空気中における１つ以上の参
照ビーム光路の光路長がゼロとなるようにして、空気ま
たは他の媒体中の全光路長差が測定アームにより規定さ
れるようにすることもできる。これは例えば、導波路の
外部に参照ミラーを取付けることにより達成することが
できる。
せるように示してあるが、空気中における１つ以上の参
照ビーム光路の光路長がゼロとなるようにして、空気ま
たは他の媒体中の全光路長差が測定アームにより規定さ
れるようにすることもできる。これは例えば、導波路の
外部に参照ミラーを取付けることにより達成することが
できる。
【００８３】測定装置が１個以上の干渉計を含む場合に
は、導波路内に規定される各干渉計の光路長が等しく、
かつ対称とすれば、各干渉計の参照ビーム光路および測
定ビーム光路の一方だけを導波路内に形成することもで
きる。このことは、測定アームに位相変調器を１個だけ
設け、参照アームにも位相変調器を１個だけ設けること
を意味する。
は、導波路内に規定される各干渉計の光路長が等しく、
かつ対称とすれば、各干渉計の参照ビーム光路および測
定ビーム光路の一方だけを導波路内に形成することもで
きる。このことは、測定アームに位相変調器を１個だけ
設け、参照アームにも位相変調器を１個だけ設けること
を意味する。
【００８４】複数の干渉計を有する全ての実施例では参
照ビーム光路が共通となるように意図したが、導波路内
に規定された各別の干渉計の光路長が対称となるように
すれば、それぞれ異なる干渉計の参照アームに個々の参
照ビーム反射器を設けることもできる。
照ビーム光路が共通となるように意図したが、導波路内
に規定された各別の干渉計の光路長が対称となるように
すれば、それぞれ異なる干渉計の参照アームに個々の参
照ビーム反射器を設けることもできる。
【００８５】さらにまた、トラッキング干渉計およびそ
れに関連して空気の屈折率を測定するための干渉計は、
絶対干渉計およびそれに関連して空気の屈折率を測定す
る干渉計とは全く別個のものとすることもできる。
れに関連して空気の屈折率を測定するための干渉計は、
絶対干渉計およびそれに関連して空気の屈折率を測定す
る干渉計とは全く別個のものとすることもできる。
【図１】本発明による絶対干渉計のビーム光路の配置を
概略的に示す図である。
概略的に示す図である。
【図２】本発明による絶対干渉計とトラッキング干渉計
とを組合わせたビーム光路の概略図である。
とを組合わせたビーム光路の概略図である。
【図３】図２にした絶対干渉計とトラッキング干渉計と
を組合わせた例を小型化した変形例を示す図である。
を組合わせた例を小型化した変形例を示す図である。
１０ レーザビーム発生器（レーザダイオード） １１ 駆動電流変調器 １２ レーザビーム １３ ビームアイソレータ １４ シリコンチップ ２０，２３，３０，３３，４０，４３，５３ ビーム光
路 ２１，３１，４１ レンズ ２２，３２，４２ 反射器 ２４，３４，４４，５４ 位相変調器 ２５，４５ ホトダイオード検出器 ２６，４６ 出力信号 ２７ 信号プロセッサ
路 ２１，３１，４１ レンズ ２２，３２，４２ 反射器 ２４，３４，４４，５４ 位相変調器 ２５，４５ ホトダイオード検出器 ２６，４６ 出力信号 ２７ 信号プロセッサ
Claims (18)
- 【請求項１】 少なくとも１個の干渉計を具えている干
渉計応用測定装置であって、前記各干渉計は：光ビーム
発生用のレーザ光源と；前記光ビームから前記干渉計の
測定アームおよび参照アームに向けられる二次ビームを
発生するためのビームスプリッタと；を具え、前記測定
アームを前記ビームスプリッタと測定ビーム反射器との
間に延在する測定ビーム用の光路と、前記測定ビーム反
射器と検出器との間に延在する戻りビーム用の光路とに
より規定し；前記参照アームを前記ビームスプリッタと
固定の参照ビーム反射器との間に延在する参照ビーム用
の光路と、前記固定の参照ビーム反射器と前記検出器と
の間に延在する戻りビーム用の光路とにより規定し；前
記測定アームおよび参照アームの総光路長により、これ
らアーム間の光路長差を規定し；前記検出器により前記
２つの戻りビームによる干渉縞を計数し；前記測定アー
ムおよび参照アームの各々の少なくとも一部分のビーム
光路を導波路内に規定し；前記導波路内のビーム光路の
長さを等しく、かつ対称となし、前記測定アームと参照
アームとの間の光路長差を、前記導波路の外部であっ
て、前記測定ビーム反射器が配置された媒体中にて規定
するようにしたことを特徴とする干渉計応用測定装置。 - 【請求項２】 前記光源により発生される光ビームは２
つの値間で連続的に可変の周波数を有し；前記測定ビー
ム反射器を、物体を動かす必要なく、既知の参照位置か
らの距離を測定すべき前記物体に接続し；前記検出器に
より前記光ビームの周波数の変化に応じて干渉縞の計数
値を発生させて、出力信号を発生させ；および前記検出
器からの出力信号を受信して前記参照位置に対する前記
物体の位置を示す出力を発生する信号プロセッサを設け
た干渉計を具えていることを特徴とする請求項１に記載
の干渉計応用測定装置。 - 【請求項３】 前記光源により発生される光ビームは２
つの値間で連続的に可変の周波数値を有し；前記測定ビ
ーム反射器を、前記導波路から一定の距離の所で、屈折
率を測定すべき媒体中に配置し；前記検出器により前記
光ビームの周波数の変化に応じて干渉縞の計数値を発生
させて、出力信号を発生させ；および前記検出器からの
出力信号を受信して前記媒体の屈折率を示す出力を発生
する信号プロセッサを設けた干渉計を具えていることを
特徴とする請求項１に記載の干渉計応用測定装置。 - 【請求項４】 前記媒体の屈折率測定用の第２干渉計を
具え、前記ビームスプリッタにより前記可変周波数の光
ビームから前記第２干渉計の測定アームおよび参照アー
ムに向けられる二次ビームを発生させ、前記第２干渉計
は：前記物体と同じ媒体中において前記導波路から一定
距離の所に配置した測定ビーム反射器と；固定の参照ビ
ーム反射器と；前記光ビームの周波数の変化に応じて第
２の干渉縞の計数値を発生させて第２出力信号を発生さ
せる検出器と；を具え、前記信号プロセッサにより前記
第２出力信号をも受信して、前記参照位置に対する前記
物体の位置を示し、および前記媒体の屈折率の実際値に
対して補正のなされた出力を発生させるようにしたこと
を特徴とする請求項２に記載の干渉計応用測定装置。 - 【請求項５】 前記参照ビーム反射器を前記２つの干渉
計に対して共通とし、前記ビームスプリッタと前記参照
ビーム反射器との間の前記２つの干渉計の参照ビーム光
路が互いに一致するようにしたことを特徴とする請求項
４に記載の干渉計応用測定装置。 - 【請求項６】 前記導波路内のビーム光路により規定さ
れる前記２つの干渉計の測定アームおよび参照アームの
各部分の長さが等しく、かつ対称となるようにしたこと
を特徴とする請求項５に記載の干渉計応用測定装置。 - 【請求項７】 前記光源により発生される光ビームは公
称上一定値の周波数を有し；前記測定ビーム反射器を、
物体の移動中に位置を測定すべき当該物体に接続し；前
記検出器により前記物体の移動に応じて干渉縞の計数値
を発生させて、出力信号を発生させ；前記検出器により
発生される出力信号を受信し、および前記物体の移動中
に参照位置に対する当該物体の瞬時位置を示す出力を発
生する信号プロセッサを設けた干渉計を具えていること
を特徴とする請求項１に記載の干渉計応用測定装置。 - 【請求項８】 前記媒体の屈折率測定用の第２干渉計を
具え、前記ビームスプリッタにより前記公称上一定値の
周波数の光ビームから前記第２干渉計の測定アームおよ
び参照アームに向けられる二次ビームを発生させ、前記
第２干渉計は：前記物体と同じ媒体中において前記導波
路から一定距離の所に配置した測定ビーム反射器と；固
定の参照ビーム反射器と；前記媒体の屈折率の変化に応
じて第２の干渉縞の計数値を発生させて第２出力信号を
発生させる検出器と；を具え、前記測定装置は、前記検
出器から第２出力信号を受信し、および前記レーザのパ
ラメータを制御して、前記光ビームの波長を一定値に維
持する信号処理手段をさらに具え；前記信号処理手段に
よって求められるような前記物体の位置が、その物体ま
での測定距離にわたる媒体の屈折率の一様な変化により
影響を受けないように保たれるようにしたことを特徴と
する請求項７に記載の干渉計応用測定装置。 - 【請求項９】 前記媒体の屈折率測定用の第２干渉計を
具え、前記ビームスプリッタにより前記公称上一定値の
周波数の光ビームから前記第２干渉計の測定アームおよ
び参照アームに向けられる二次ビームを発生させ、前記
第２干渉計は：前記物体と同じ媒体中において前記導波
路から一定距離の所に配置した測定ビーム反射器と；固
定の参照ビーム反射器と；前記媒体の屈折率の変化に応
じて第２の干渉縞の計数値を発生させて、第２出力信号
を発生させる検出器と；を具え、前記信号プロセッサに
より、前記第２検出器から第２出力信号を受信し、およ
び前記参照位置に対する前記物体の瞬時位置を示し、お
よび前記物体までの測定距離にわたる媒体の屈折率の一
様な変化を補正するようにした出力を発生させるように
したことを特徴とする請求項７に記載の干渉計応用測定
装置。 - 【請求項１０】 請求項２に記載の第１干渉計および物
体の移動中にその物体の位置を測定する第２干渉計を具
えている干渉計応用測定装置であって、前記第２干渉計
は：公称上一定周波数の光ビームを発生する第２光源
と；前記公称上一定周波数の光ビームから前記第２干渉
計の測定アームおよび参照アームに向けられる二次の光
ビームを発生する第２ビームスプリッタと；前記物体に
接続した測定ビーム反射器と；固定の参照ビーム反射器
と；前記物体の移動に応じて干渉縞の計数値を発生させ
て、第２出力信号を発生させる検出器と；を具え、前記
信号プロセッサにより前記第２出力信号をも受信して、
前記物体の移動速度に無関係に前記物体の位置を示す出
力を発生するようにしたことを特徴とする干渉計応用測
定装置。 - 【請求項１１】 前記参照ビーム反射器を前記２つの干
渉計に対して共通とし、前記ビームスプリッタと前記参
照ビーム反射器との間の２つの干渉計の参照ビーム光路
が互いに一致するようにしたことを特徴とする請求項８
〜１０のいずれか一項に記載の干渉計応用測定装置。 - 【請求項１２】 前記導波路内のビーム光路により規定
される前記２つの干渉計の測定アームおよび参照アーム
の各部分の長さが等しく、かつ対称となるようにしたこ
とを特徴とする請求項１１に記載の干渉計応用測定装
置。 - 【請求項１３】 請求項１０に記載の第１および第２干
渉計を具えている干渉計応用測定装置であって、前記第
１ビームスプリッタにより発生される第２光ビームを第
３干渉計の測定アームおよび参照アームに向け、前記第
２ビームスプリッタにより発生する第２光ビームを第４
干渉計の測定アームおよび参照アームに向け、前記第３
および第４干渉計の各々は、前記物体と同じ媒体中で、
各ビームスプリッタから一定距離の所に配置された測定
ビーム反射器と、固定の参照ビーム反射器と、検出器と
を有し；前記第３干渉計の検出器により、前記可変周波
数の光ビームの周波数が変化するのに応じて干渉縞の計
数値を発生させて、第３の出力信号を発生させ；前記第
４の干渉計の検出器により、媒体の屈折率の変化に応じ
て干渉縞の計数値を発生させて、第４出力信号を発生さ
せ；前記信号プロセッサにより前記第３および第４出力
信号をも受信して、前記参照位置に対する前記物体の位
置を示し、および空気の屈折率の影響をもさらに補正す
るようにした出力を発生させるようにしたことを特徴と
する干渉計応用測定装置。 - 【請求項１４】 前記第１ビームスプリッタによって発
生される二次の光ビームに対する前記参照ビーム反射器
を前記第１および第２の２つの干渉計に対して共通と
し、かつ前記第２ビームスプリッタによって発生される
二次の光ビームに対する前記参照ビーム反射器を前記第
３および第４の２つの干渉計に共通としたことを特徴と
する請求項１３に記載の干渉計応用測定装置。 - 【請求項１５】 前記導波路内のビーム光路によって規
定される前記全部で４個の干渉計の測定アームおよび参
照アームの各部分の長さを等しくし、かつ対称としたこ
とを特徴とする請求項１４に記載の干渉計応用測定装
置。 - 【請求項１６】 前記物体における測定ビーム反射器を
前記第１および第２干渉計の測定アームに共通とし、固
定の測定ビーム反射器を前記第３および第４干渉計の測
定アームに共通とし、かつ固定の参照ビーム反射器を前
記４つの全ての干渉計の基準アームに共通としたことを
特徴とする請求項１３に記載の干渉計応用測定装置。 - 【請求項１７】 少なくとも１個の参照ビーム反射器を
前記導波路の外部で、前記物体と同じ媒体中に配置した
ことを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一項に記載
の干渉計応用測定装置。 - 【請求項１８】 少なくとも１個の位相変調器を前記導
波路内において、各干渉計の測定アームおよび参照アー
ムの各々に設けたことを特徴とする請求項１〜１７のい
ずれか一項に記載の干渉計応用測定装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB939320500A GB9320500D0 (en) | 1993-10-05 | 1993-10-05 | Interferometric distance measuring apparatus |
| GB9320500.3 | 1993-10-05 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07181007A true JPH07181007A (ja) | 1995-07-18 |
Family
ID=10743023
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6241469A Pending JPH07181007A (ja) | 1993-10-05 | 1994-10-05 | 干渉計応用測定装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5541730A (ja) |
| EP (1) | EP0646767B1 (ja) |
| JP (1) | JPH07181007A (ja) |
| DE (1) | DE69409601T2 (ja) |
| GB (1) | GB9320500D0 (ja) |
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