JPH0749207A - 絶対干渉測定方法とこの方法に適したレーザー干渉装置 - Google Patents
絶対干渉測定方法とこの方法に適したレーザー干渉装置Info
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- JPH0749207A JPH0749207A JP6092502A JP9250294A JPH0749207A JP H0749207 A JPH0749207 A JP H0749207A JP 6092502 A JP6092502 A JP 6092502A JP 9250294 A JP9250294 A JP 9250294A JP H0749207 A JPH0749207 A JP H0749207A
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- G01B2290/60—Reference interferometer, i.e. additional interferometer not interacting with object
Abstract
(57)【要約】
【目的】 測定精度を高め、各測定区間内での外乱要因
によりレーザー光源の空気波長の乱れを大幅に補償し、
絶対間隔測定後に既知のレーザー波長を用いてビームか
測定が中断するまで相対測定を行い、絶対測定法を新た
に行える絶対干渉測定方法とレーザー干渉装置を提供す
る。 【構成】 特定な波長範囲内でモードの飛びのない状態
で可変できるレーザー光源２、干渉計アーム５が測定区
間を形成し、互いに干渉する分割ビーム６，７を発生さ
せるため、ビームスプリッタ８と二つの反射体９，１０
を設けている測定干渉計４、各干渉信号を検出する干渉
計アームに設けた光検出器１１，１２、位相変化を測定
する計数電子回路、およびレーザー波長の制御装置を備
え、更に制御干渉計１３を設け、干渉計アーム５，１４
が互いに一定の長さの差を有し、測定干渉計と制御干渉
計に主ビームスプリッタ１５と少なくとも１つの反射体
１６，１７によって同じレーザーのビームが入射する。
によりレーザー光源の空気波長の乱れを大幅に補償し、
絶対間隔測定後に既知のレーザー波長を用いてビームか
測定が中断するまで相対測定を行い、絶対測定法を新た
に行える絶対干渉測定方法とレーザー干渉装置を提供す
る。 【構成】 特定な波長範囲内でモードの飛びのない状態
で可変できるレーザー光源２、干渉計アーム５が測定区
間を形成し、互いに干渉する分割ビーム６，７を発生さ
せるため、ビームスプリッタ８と二つの反射体９，１０
を設けている測定干渉計４、各干渉信号を検出する干渉
計アームに設けた光検出器１１，１２、位相変化を測定
する計数電子回路、およびレーザー波長の制御装置を備
え、更に制御干渉計１３を設け、干渉計アーム５，１４
が互いに一定の長さの差を有し、測定干渉計と制御干渉
計に主ビームスプリッタ１５と少なくとも１つの反射体
１６，１７によって同じレーザーのビームが入射する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、干渉計アームの少な
くとも１つを可変測定区間として構成し、或る波長範囲
内でモードに飛びがない状態で可変できる少なくとも１
つのレーザー光源とレーザービームが入射する測定干渉
計とを使用して、特に絶対距離測定用の絶対干渉測定方
法、および或る波長範囲内でモードに飛びがない状態で
可変できるレーザー光源と、互いに干渉する少なくとも
２つの分割ビームを発生するため、１つのビームスプリ
ッタと２つの反射体を備え、少なくとも１つの干渉計ア
ームが測定区間を形成している、測定干渉計と、干渉信
号の各々を検出するため干渉計アームに設けた光検出器
と、位相変化を測定する計数器あるいは計数電子回路
と、レーザー波長の制御装置とを備え、この測定方法に
適したレーザー干渉装置に関する。
くとも１つを可変測定区間として構成し、或る波長範囲
内でモードに飛びがない状態で可変できる少なくとも１
つのレーザー光源とレーザービームが入射する測定干渉
計とを使用して、特に絶対距離測定用の絶対干渉測定方
法、および或る波長範囲内でモードに飛びがない状態で
可変できるレーザー光源と、互いに干渉する少なくとも
２つの分割ビームを発生するため、１つのビームスプリ
ッタと２つの反射体を備え、少なくとも１つの干渉計ア
ームが測定区間を形成している、測定干渉計と、干渉信
号の各々を検出するため干渉計アームに設けた光検出器
と、位相変化を測定する計数器あるいは計数電子回路
と、レーザー波長の制御装置とを備え、この測定方法に
適したレーザー干渉装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ドイツ特許第 36 08 075号明細書によれ
ば、測定干渉計と基準干渉計で構成され、レーザービー
ムを使用して対象物体の距離を測定する装置が知られて
いる。前記両方の干渉計に同じレーザー光源のビームが
入射する。レーザービームを周波数変調して互いに干渉
するそれぞれ２つの分割ビームから所謂基準唸り波が生
じる。その場合、測定唸り波あるいは基準唸り波の波数
を測定装置で求め、これ等の波数と基準区間の既知間隔
との比から測定間隔が求まる。この方法では、測定装置
が測定唸り波の波数を数え始めると同じ時点で基準唸り
波の波数を数え始める。それ故、基準唸り波の波数は一
般に整数ではない。そこでは、基準唸り信号の波数を少
数点以下の正確な精度で求めることができるように、測
定装置を構成して上記の事情を考慮に入れている。
ば、測定干渉計と基準干渉計で構成され、レーザービー
ムを使用して対象物体の距離を測定する装置が知られて
いる。前記両方の干渉計に同じレーザー光源のビームが
入射する。レーザービームを周波数変調して互いに干渉
するそれぞれ２つの分割ビームから所謂基準唸り波が生
じる。その場合、測定唸り波あるいは基準唸り波の波数
を測定装置で求め、これ等の波数と基準区間の既知間隔
との比から測定間隔が求まる。この方法では、測定装置
が測定唸り波の波数を数え始めると同じ時点で基準唸り
波の波数を数え始める。それ故、基準唸り波の波数は一
般に整数ではない。そこでは、基準唸り信号の波数を少
数点以下の正確な精度で求めることができるように、測
定装置を構成して上記の事情を考慮に入れている。
【０００３】この情報から、特に基準唸り波の位相が全
波長の約 1/10 の分解能で高々測定されることが明らか
になる。しかし、この分解能は他の方法で達成できる分
解能まで達していない。
波長の約 1/10 の分解能で高々測定されることが明らか
になる。しかし、この分解能は他の方法で達成できる分
解能まで達していない。
【０００４】更に、ドイツ特許第 34 04 963号明細書に
よれば、本来の測定干渉計の外に、他の所謂制御干渉計
が空気波長を制御するため使用されるレーザー干渉計も
知られている。この装置は一回の測定期間の間で測定干
渉計の測定区間内で生じる空気波長の乱れを補償するた
めに使用される。
よれば、本来の測定干渉計の外に、他の所謂制御干渉計
が空気波長を制御するため使用されるレーザー干渉計も
知られている。この装置は一回の測定期間の間で測定干
渉計の測定区間内で生じる空気波長の乱れを補償するた
めに使用される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】それ故、この発明の課
題は、冒頭の述べたタイプの距離測定方法およびその装
置にあって、測定精度を高め、例えば各測定区間内での
温度あるいは空気圧力の変動によりレーザー光源の空気
波長の乱れをできる限り大幅に補償し、絶対距離測定に
従い既知のレーザー波長を用いてビームあるいは測定が
中断されるまで、相対測定を行い、その後、絶対的に測
定されるモードを新たに行えることにある。
題は、冒頭の述べたタイプの距離測定方法およびその装
置にあって、測定精度を高め、例えば各測定区間内での
温度あるいは空気圧力の変動によりレーザー光源の空気
波長の乱れをできる限り大幅に補償し、絶対距離測定に
従い既知のレーザー波長を用いてビームあるいは測定が
中断されるまで、相対測定を行い、その後、絶対的に測
定されるモードを新たに行えることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、この発明
により、少なくとも或る波長範囲内でモードに飛びがな
い状態で可変できる１つのレーザー光源と、レーザービ
ームが入射し、干渉計アームの少なくとも１つが可変測
定区間として設計されている測定干渉計を使用する、特
に絶対距離測定用の絶対干渉測定方法であって、付加的
に設けた１つの制御干渉計あるいは少なくとも２つの制
御干渉計で構成される干渉計カスケードにより制御区間
を用いてレーザー光源の空気波長を先ず波長値λ1 に調
整し、この波長値λ1 に少なくとも波長値λ2 まで延び
るレーザー光源の特性曲線のモードに飛びのない領域が
続き、測定干渉計と制御干渉計でそれぞれ少なくとも１
つの干渉信号を形成し、空気波長を波長値λ2 の近くで
連続的に可変し、制御干渉計によりこの波長値λ2 に制
御し、波長変調の間に、測定干渉計の干渉信号の積分位
相変化ΔΦを連続的に検出し、公式
により、少なくとも或る波長範囲内でモードに飛びがな
い状態で可変できる１つのレーザー光源と、レーザービ
ームが入射し、干渉計アームの少なくとも１つが可変測
定区間として設計されている測定干渉計を使用する、特
に絶対距離測定用の絶対干渉測定方法であって、付加的
に設けた１つの制御干渉計あるいは少なくとも２つの制
御干渉計で構成される干渉計カスケードにより制御区間
を用いてレーザー光源の空気波長を先ず波長値λ1 に調
整し、この波長値λ1 に少なくとも波長値λ2 まで延び
るレーザー光源の特性曲線のモードに飛びのない領域が
続き、測定干渉計と制御干渉計でそれぞれ少なくとも１
つの干渉信号を形成し、空気波長を波長値λ2 の近くで
連続的に可変し、制御干渉計によりこの波長値λ2 に制
御し、波長変調の間に、測定干渉計の干渉信号の積分位
相変化ΔΦを連続的に検出し、公式
【０００７】
【外３】 により測定区間の長さＬabs を求め、ここで表現Λs ＝
λ1・λ2/(λ1 −λ2)は校正によって求まる測定方法に
よって解決されている。
λ1・λ2/(λ1 −λ2)は校正によって求まる測定方法に
よって解決されている。
【０００８】更に、上記の課題は、この発明により、特
定な波長範囲内でモードに飛びのない状態で可変できる
１つのレーザー光源、少なくとも１つの干渉計アームが
測定区間を形成し、互いに干渉する少なくとも２つの分
割ビームを発生させるため、ビームスプリッタと二つの
反射体を設けている測定干渉計、各干渉信号を検出する
干渉計アームに設けてある１つの光検出器、位相変化を
測定する計数器あるいは計数電子回路、およびレーザー
波長の制御装置を備え、請求項１〜１３のいずれか１項
の測定方法に適したレーザー干渉計装置であって、更に
制御干渉計あるいは少なくとも２つの制御干渉計で構成
された干渉計カスケードを設け、制御干渉計の干渉計ア
ームが互いに一定の長さの差を有し、測定干渉計と制御
干渉計には、主ビームスプリッタと少なくとも１つの反
射体あるいは光導波路によって同じレーザーのビームが
入射するレーザー干渉計装置によって解決されている。
定な波長範囲内でモードに飛びのない状態で可変できる
１つのレーザー光源、少なくとも１つの干渉計アームが
測定区間を形成し、互いに干渉する少なくとも２つの分
割ビームを発生させるため、ビームスプリッタと二つの
反射体を設けている測定干渉計、各干渉信号を検出する
干渉計アームに設けてある１つの光検出器、位相変化を
測定する計数器あるいは計数電子回路、およびレーザー
波長の制御装置を備え、請求項１〜１３のいずれか１項
の測定方法に適したレーザー干渉計装置であって、更に
制御干渉計あるいは少なくとも２つの制御干渉計で構成
された干渉計カスケードを設け、制御干渉計の干渉計ア
ームが互いに一定の長さの差を有し、測定干渉計と制御
干渉計には、主ビームスプリッタと少なくとも１つの反
射体あるいは光導波路によって同じレーザーのビームが
入射するレーザー干渉計装置によって解決されている。
【０００９】この発明による他の有利な構成は、特許請
求の範囲の従属請求項に記載されている。
求の範囲の従属請求項に記載されている。
【００１０】
【作用】この方法により、従来の技術で知られている方
法に反して、この発明による測定方法は、測定区間を求
めるのに絶対距離間隔に立ち入るのでなく、波長あるい
は唸り波長の値のみ、および位相変化に立ち入る点で優
れている。更に、この発明による測定方法には、波長間
隔の両方の終点で波長を制御するため、一般に発生する
測定すべき干渉信号の位相変化の一部を 1/100よりも良
い分解能で求めることができる利点がある。更に、制御
干渉計によって２つの波長の値を制御して、上に述べた
タイプの測定区間で位相測定の間に生じる乱れを補償す
ることが保証される。
法に反して、この発明による測定方法は、測定区間を求
めるのに絶対距離間隔に立ち入るのでなく、波長あるい
は唸り波長の値のみ、および位相変化に立ち入る点で優
れている。更に、この発明による測定方法には、波長間
隔の両方の終点で波長を制御するため、一般に発生する
測定すべき干渉信号の位相変化の一部を 1/100よりも良
い分解能で求めることができる利点がある。更に、制御
干渉計によって２つの波長の値を制御して、上に述べた
タイプの測定区間で位相測定の間に生じる乱れを補償す
ることが保証される。
【００１１】この発明による測定方法では、更にセンチ
メータの範囲にある長さの制御区間が使用される。この
発明による方法では、更に制御される波長を用いた絶対
測定周期に従って通常の干渉計の意味で相対測定が行わ
れる。
メータの範囲にある長さの制御区間が使用される。この
発明による方法では、更に制御される波長を用いた絶対
測定周期に従って通常の干渉計の意味で相対測定が行わ
れる。
【００１２】半導体レーザー光源を使用する場合、そこ
でレーザービームの高い出力レベルおよひそれに応答す
る単色性のために、特に波長λ2 が考えられる。この発
明による測定方法は、絶対および相対間隔測定を組み合
わせる可能性を初めて提示している。何故なら、この方
法では空気波長が絶対的に制御されるからである。それ
故、波長の値がこの方法で絶対的に測定できるの、これ
が可能である。絶対およひ相対間隔測定の組み合わせ
は、例えば自動仕上げ装置を制御するため、通常相対間
隔測定で充分であるが、例えば調整のため絶対測定が時
として必要であるか、あるいはビームと止めたり、ある
いは他の方法の測定を、例えば電子的な限界周波数によ
り決まる測定反射体の余りにも早い移動速度で中断でき
る場合に適している。
でレーザービームの高い出力レベルおよひそれに応答す
る単色性のために、特に波長λ2 が考えられる。この発
明による測定方法は、絶対および相対間隔測定を組み合
わせる可能性を初めて提示している。何故なら、この方
法では空気波長が絶対的に制御されるからである。それ
故、波長の値がこの方法で絶対的に測定できるの、これ
が可能である。絶対およひ相対間隔測定の組み合わせ
は、例えば自動仕上げ装置を制御するため、通常相対間
隔測定で充分であるが、例えば調整のため絶対測定が時
として必要であるか、あるいはビームと止めたり、ある
いは他の方法の測定を、例えば電子的な限界周波数によ
り決まる測定反射体の余りにも早い移動速度で中断でき
る場合に適している。
【００１３】更に、この発明による測定方法では、波長
の変調がレーザー光源の駆動電流を介して行える。測定
周期の時間をできる限り短く維持し、これによって誤差
の影響を最小にするため、波長変化を電流変調のみで行
うが、例えばレーザー光源の熱シンクの温度変化によっ
て行わないと有利である。温度可変時での連続可変範囲
は電流変化時での可変範囲より係数５ほど大きいが、こ
の過程は電流変調の場合の数ミリ秒に比べて数秒を必要
とする。しかし、この代わりに、例えば外部共振格子を
有する半導体レーザー光源も使用できる。この光源で
は、波長が共振格子の回転および／または移動によって
可変される。この代わりに、変調が温度、電流と共鳴格
子の回転および／または移動の組み合わせによっても行
われる。
の変調がレーザー光源の駆動電流を介して行える。測定
周期の時間をできる限り短く維持し、これによって誤差
の影響を最小にするため、波長変化を電流変調のみで行
うが、例えばレーザー光源の熱シンクの温度変化によっ
て行わないと有利である。温度可変時での連続可変範囲
は電流変化時での可変範囲より係数５ほど大きいが、こ
の過程は電流変調の場合の数ミリ秒に比べて数秒を必要
とする。しかし、この代わりに、例えば外部共振格子を
有する半導体レーザー光源も使用できる。この光源で
は、波長が共振格子の回転および／または移動によって
可変される。この代わりに、変調が温度、電流と共鳴格
子の回転および／または移動の組み合わせによっても行
われる。
【００１４】更に、この発明による測定方法では、各残
留位相を波長の値λ1 とλ2 の範囲で求めることができ
る。残留位相としては、全波長間隔の両端で分割される
位相値である。
留位相を波長の値λ1 とλ2 の範囲で求めることができ
る。残留位相としては、全波長間隔の両端で分割される
位相値である。
【００１５】更に、この発明による測定方法では、少な
くとも測定干渉計内で、少なくとも２つの干渉分割ビー
ムによりそれぞれ位相のずれた干渉信号が生じ、これ等
の干渉信号の各々が１つの光検出器で測定される。
くとも測定干渉計内で、少なくとも２つの干渉分割ビー
ムによりそれぞれ位相のずれた干渉信号が生じ、これ等
の干渉信号の各々が１つの光検出器で測定される。
【００１６】例えば 90°位相のずれた干渉信号を発生
させるには、ビーム通路にλ/4板を挿入して行われるこ
とが知られている。この方法は、一方で絶対干渉測定の
外に相対的な距離測定も行えて、例えば測定区間にλ/4
板を挿入して測定すべき物体の相対運動の方向も周知の
ように求めることができる利点がある。
させるには、ビーム通路にλ/4板を挿入して行われるこ
とが知られている。この方法は、一方で絶対干渉測定の
外に相対的な距離測定も行えて、例えば測定区間にλ/4
板を挿入して測定すべき物体の相対運動の方向も周知の
ように求めることができる利点がある。
【００１７】更に、この方法は位相測定時に分解能を更
に向上できる可能性を提供する。これは、この発明によ
り、 90°位相のずれた２つの干渉信号によって形成さ
れる楕円状のリッサジュール図形に基づき積分位相変化
を求めることにより達成できる。
に向上できる可能性を提供する。これは、この発明によ
り、 90°位相のずれた２つの干渉信号によって形成さ
れる楕円状のリッサジュール図形に基づき積分位相変化
を求めることにより達成できる。
【００１８】リッサジュール楕円を評価すると、干渉信
号の位相、特に残留位相を非常に正確に求めることがで
きる。もっとも、この評価を効果的に求めるには、光検
出器で検出された 90°位相のずれた干渉信号の光強度
を２軸表示で円形のリッサジール曲線上に載ることが保
証される必要がある。しかし、通常測定された位相値は
円の上でなく、楕円の上にあり、この楕円が半導体レー
ザー光源の出力特性により電流変調で閉じるのでなく、
渦巻き状に広がる。 90°位相のずれた２つの干渉信号
の正確に 90°でない位相差と等しくない増幅率、およ
びオフセットの発生は主に楕円形状による。測定された
位相値を修正する可能性としては、リッサジュール曲線
の楕円率を主軸変換によって円に変換する周知のヘィデ
マン（Heydemann)補正がある。もちろん、これには１信
号周期全体をできる限り多数の測定点で求める必要があ
る。
号の位相、特に残留位相を非常に正確に求めることがで
きる。もっとも、この評価を効果的に求めるには、光検
出器で検出された 90°位相のずれた干渉信号の光強度
を２軸表示で円形のリッサジール曲線上に載ることが保
証される必要がある。しかし、通常測定された位相値は
円の上でなく、楕円の上にあり、この楕円が半導体レー
ザー光源の出力特性により電流変調で閉じるのでなく、
渦巻き状に広がる。 90°位相のずれた２つの干渉信号
の正確に 90°でない位相差と等しくない増幅率、およ
びオフセットの発生は主に楕円形状による。測定された
位相値を修正する可能性としては、リッサジュール曲線
の楕円率を主軸変換によって円に変換する周知のヘィデ
マン（Heydemann)補正がある。もちろん、これには１信
号周期全体をできる限り多数の測定点で求める必要があ
る。
【００１９】それ故、上記のことを行うには、この発明
の測定方法によれば、更に残留位相を求めるため、波長
値λ1 あるいはλ2 への波長制御を行い、位相の変化を
これ等の範囲内で少なくとも１つの波長周期にわって求
めることができ、しかも 90°位相のずれた２つの干渉
信号に関して楕円状のシッサジュール図形に楕円を合わ
せ、次いで円に変換して各残留位相が求まるように、レ
ーザー光源の動作電流を可変している。
の測定方法によれば、更に残留位相を求めるため、波長
値λ1 あるいはλ2 への波長制御を行い、位相の変化を
これ等の範囲内で少なくとも１つの波長周期にわって求
めることができ、しかも 90°位相のずれた２つの干渉
信号に関して楕円状のシッサジュール図形に楕円を合わ
せ、次いで円に変換して各残留位相が求まるように、レ
ーザー光源の動作電流を可変している。
【００２０】この発明による測定方法では、更に増幅率
がレーザー出力に逆比例する初段増幅器に測定干渉計の
干渉信号を導入している。この発明による測定方法で
は、更に設定された基準区間がほぼ測定区間の半分に等
しく、その他の点では測定干渉計と同じように構成され
ている基準干渉計も使用している。
がレーザー出力に逆比例する初段増幅器に測定干渉計の
干渉信号を導入している。この発明による測定方法で
は、更に設定された基準区間がほぼ測定区間の半分に等
しく、その他の点では測定干渉計と同じように構成され
ている基準干渉計も使用している。
【００２１】この発明による測定方法を周知の基準区間
法と組み合わせると、長い基準区間による測定の不正確
さの少ない利点が波長を非常に正確に測定できる利点と
組合わさる。例えば、本来の絶対干渉計の外に、波長制
御方の干渉計や基準干渉計も使用する測定装置が考えら
れる。測定区間の半分である基準区間には、測定間隔全
体で２つの干渉計の空気比の最適な一致を保証する長所
がある。これには、もちろん、両方の干渉計を互いにで
きる限り短い間隔に設置すると効果的である。
法と組み合わせると、長い基準区間による測定の不正確
さの少ない利点が波長を非常に正確に測定できる利点と
組合わさる。例えば、本来の絶対干渉計の外に、波長制
御方の干渉計や基準干渉計も使用する測定装置が考えら
れる。測定区間の半分である基準区間には、測定間隔全
体で２つの干渉計の空気比の最適な一致を保証する長所
がある。これには、もちろん、両方の干渉計を互いにで
きる限り短い間隔に設置すると効果的である。
【００２２】基準干渉計を採用すると、測定距離の比較
値を求めることができる。その場合、この発明によれ
ば、波長変調により基準干渉計と測定干渉計内で生じる
位相変化ΔΦref およびΔΦabs を測定でき、ここで測
定区間の長さＬabs は基準区間の長さＬref が既知の場
合、公式
値を求めることができる。その場合、この発明によれ
ば、波長変調により基準干渉計と測定干渉計内で生じる
位相変化ΔΦref およびΔΦabs を測定でき、ここで測
定区間の長さＬabs は基準区間の長さＬref が既知の場
合、公式
【００２３】
【外４】 により決定できる。この発明による測定方法では、更に
位相変化ΔΦref およびΔΦabs が同じトリガ信号を用
い過剰サンプリングして求まる。
位相変化ΔΦref およびΔΦabs が同じトリガ信号を用
い過剰サンプリングして求まる。
【００２４】積分位相変化を測定技術的に測定する場
合、この位相変化は一般に階段状のデジタル化曲線にし
て測定技術的に求まる。デジタル化のステップの数は、
最近市販されている半導体レーザー光源を用いた絶対干
渉法で一般的に極度に少なく、通常の干渉計の場合より
係数、
合、この位相変化は一般に階段状のデジタル化曲線にし
て測定技術的に求まる。デジタル化のステップの数は、
最近市販されている半導体レーザー光源を用いた絶対干
渉法で一般的に極度に少なく、通常の干渉計の場合より
係数、
【００２５】
【外５】 ほど少ない。位相分解能を高めることは、デジタルデー
タ捕捉の場合、一定のサンプリング速度で測定電子回路
を過剰サンプリング（oversampling) して達成できる。
その場合、分解能の向上はサンプリング間隔の長さに対
するステップの長さの比に比例している。過剰サンプリ
ングを行う波長範囲は全波長間隔の最大 1/2に相当す
る。
タ捕捉の場合、一定のサンプリング速度で測定電子回路
を過剰サンプリング（oversampling) して達成できる。
その場合、分解能の向上はサンプリング間隔の長さに対
するステップの長さの比に比例している。過剰サンプリ
ングを行う波長範囲は全波長間隔の最大 1/2に相当す
る。
【００２６】最後に、この発明による測定方法では、第
二レーザー光源あるいは多波長レーザー光源が使用さ
れ、この光源は少なくとも１つの他の離散的な波長λ3
を有するレーザービームを出射する。このレーザービー
ムも同じように各干渉計に導入される。その場合、レー
ザー光の波長は交互に切り換わり、電子回路あるいは電
算機により後から行われる２つのレーザービームの重ね
合わせによって、一定の唸り波長を有する合成唸りが形
成されるように、波長値λ3 を波長λ1 とλ2 に合わせ
る。
二レーザー光源あるいは多波長レーザー光源が使用さ
れ、この光源は少なくとも１つの他の離散的な波長λ3
を有するレーザービームを出射する。このレーザービー
ムも同じように各干渉計に導入される。その場合、レー
ザー光の波長は交互に切り換わり、電子回路あるいは電
算機により後から行われる２つのレーザービームの重ね
合わせによって、一定の唸り波長を有する合成唸りが形
成されるように、波長値λ3 を波長λ1 とλ2 に合わせ
る。
【００２７】上記の処置により波長分解能は、この発明
による測定法で更に高まる。付加的な離散波長のため、
唸り波長が生じる。この唸り波長は波長を連続的に可変
する方法による測定の不確実さより長い。λ1 とλ3 を
重ね合わせることも可能である。何故なら、λ1 に属す
る残留位相は既に測定されているからである。こうし
て、λ1 とλ3 やλ2 とλ3 が一致した結果を与えるの
で、誤差の制御が行える。
による測定法で更に高まる。付加的な離散波長のため、
唸り波長が生じる。この唸り波長は波長を連続的に可変
する方法による測定の不確実さより長い。λ1 とλ3 を
重ね合わせることも可能である。何故なら、λ1 に属す
る残留位相は既に測定されているからである。こうし
て、λ1 とλ3 やλ2 とλ3 が一致した結果を与えるの
で、誤差の制御が行える。
【００２８】レーザー光源として、例えば半導体レーザ
ー光源あるいは固体レーザー光源が考えられる。制御干
渉計は、その構造において以下の構成を除いて、測定干
渉計に一致する。除外される構成とは、干渉計の２つの
アームが互いに一定の長さの差を有し、つまり特に測定
区間の長さが予め一定に与えられていて、制御区間が測
定区間の長さの半分より短かく構成されている。その場
合、制御区間の短い利点は、制御干渉計が乱れ、例えば
測定区間あるいは制御区間での温度あるいは気圧に変動
がある場合、他の状態に移行しない。もちろん、これは
制御干渉計で達成できる分解能を犠牲にして行われ、そ
の場合、もちろん、この発明による干渉計装置の場合、
この装置で達成される精度は充分である。
ー光源あるいは固体レーザー光源が考えられる。制御干
渉計は、その構造において以下の構成を除いて、測定干
渉計に一致する。除外される構成とは、干渉計の２つの
アームが互いに一定の長さの差を有し、つまり特に測定
区間の長さが予め一定に与えられていて、制御区間が測
定区間の長さの半分より短かく構成されている。その場
合、制御区間の短い利点は、制御干渉計が乱れ、例えば
測定区間あるいは制御区間での温度あるいは気圧に変動
がある場合、他の状態に移行しない。もちろん、これは
制御干渉計で達成できる分解能を犠牲にして行われ、そ
の場合、もちろん、この発明による干渉計装置の場合、
この装置で達成される精度は充分である。
【００２９】干渉計のカスケードを使用する場合には、
異なった制御区間を有する制御干渉計が使用される。短
い制御区間を有する第一干渉計では、動作を始めると、
制御を所定の波長に合わせることができる。その場合、
波長はこの干渉計により、次に長い測定区間に切り換わ
った場合、正しい波長に合うように正確に安定化され
る。次いで、長い測定区間を用いてより改善された安定
化が達成できる。
異なった制御区間を有する制御干渉計が使用される。短
い制御区間を有する第一干渉計では、動作を始めると、
制御を所定の波長に合わせることができる。その場合、
波長はこの干渉計により、次に長い測定区間に切り換わ
った場合、正しい波長に合うように正確に安定化され
る。次いで、長い測定区間を用いてより改善された安定
化が達成できる。
【００３０】この発明によるレーザー干渉計装置では、
更に制御区間の長さがセンチメータの範囲内にある。こ
の発明によるレーザー干渉計装置では、更に測定干渉計
の干渉信号に対して初段増幅器が設けてあり、その増幅
率はレーザー出力に逆比例している。このことは、初段
増幅後に信号レベルがレーザー出力に無関係、つまり波
長に無関係であることになる。
更に制御区間の長さがセンチメータの範囲内にある。こ
の発明によるレーザー干渉計装置では、更に測定干渉計
の干渉信号に対して初段増幅器が設けてあり、その増幅
率はレーザー出力に逆比例している。このことは、初段
増幅後に信号レベルがレーザー出力に無関係、つまり波
長に無関係であることになる。
【００３１】この発明によるレーザー干渉計装置では、
更に制御干渉計の制御区間のビーム通路中にλ/4板が設
けてある。この処置により、波長を連続的に変化させて
いる期間でも制御干渉計により次数を勘定に入れること
ができる。
更に制御干渉計の制御区間のビーム通路中にλ/4板が設
けてある。この処置により、波長を連続的に変化させて
いる期間でも制御干渉計により次数を勘定に入れること
ができる。
【００３２】更に、この発明によるレーザー干渉計装置
は、干渉計のアームが互いに一定の長さの差を有し、そ
の基準区間がほぼ測定区間の半分に相当する基準干渉計
が更に設けてあるように構成されている。
は、干渉計のアームが互いに一定の長さの差を有し、そ
の基準区間がほぼ測定区間の半分に相当する基準干渉計
が更に設けてあるように構成されている。
【００３３】測定干渉計を基準干渉計と組み合わせる
と、基準区間が長いため、測定の不正確が少ない利点を
波長を非常に正確に知る利点と組み合わさる。更に、こ
の発明によるレーザー干渉計装置は、波長λ1 やλ2 と
は異なる少なくとも１つの他の離散波長を有するレーザ
ービームを出射する第二レーザー光源あるいは多波長レ
ーザー光源を設けるように構成される。
と、基準区間が長いため、測定の不正確が少ない利点を
波長を非常に正確に知る利点と組み合わさる。更に、こ
の発明によるレーザー干渉計装置は、波長λ1 やλ2 と
は異なる少なくとも１つの他の離散波長を有するレーザ
ービームを出射する第二レーザー光源あるいは多波長レ
ーザー光源を設けるように構成される。
【００３４】こうして発生したレーザービーム波長を後
から重ね合わせて、全体で唸り波長が生じる。この波長
は波長を連続的に可変する方法による測定の不正確さよ
り長い。従って、レーザー干渉計装置の分解能を更に向
上させることができる。
から重ね合わせて、全体で唸り波長が生じる。この波長
は波長を連続的に可変する方法による測定の不正確さよ
り長い。従って、レーザー干渉計装置の分解能を更に向
上させることができる。
【００３５】更に、この発明によるレーザー干渉計装置
は、位相を自動的に評価するため、計数器あるいは計数
電子回路および評価電子回路ないしは電算機を設けるよ
うに構成されている。
は、位相を自動的に評価するため、計数器あるいは計数
電子回路および評価電子回路ないしは電算機を設けるよ
うに構成されている。
【００３６】従って、測定方法での全体のステップを自
動化でき、それ故に連続的に距離測定を行える。最後
に、この発明によるレーザー干渉計装置では、装置の少
なくとも一部が集積光学系で、また光通路の複数の部分
が光導波路で構成されている。
動化でき、それ故に連続的に距離測定を行える。最後
に、この発明によるレーザー干渉計装置では、装置の少
なくとも一部が集積光学系で、また光通路の複数の部分
が光導波路で構成されている。
【００３７】超小型化は専ら集積光学系で通常使用され
る標準部材を使用して初めて可能になり、この発明によ
るレーザー干渉計装置にとってもっと広い応用分野を開
拓させる。その場合、個々の部材間に生じるカップリン
グは光導波路を介して行われる。
る標準部材を使用して初めて可能になり、この発明によ
るレーザー干渉計装置にとってもっと広い応用分野を開
拓させる。その場合、個々の部材間に生じるカップリン
グは光導波路を介して行われる。
【００３８】
【実施例】以下では、この発明によるレーザー干渉計装
置の実施例に基づき、この発明による測定方法をより詳
しく説明する。
置の実施例に基づき、この発明による測定方法をより詳
しく説明する。
【００３９】図１に示す絶対測定式のレーザー干渉計装
置１には２つの可変レーザー光源２，３がある。この場
合、レーザー光源２は図示していない駆動電源によって
特性曲線のモードに飛びのない波長範囲で変調される
が、これに反してレーザー光源３は一定の波長で駆動さ
れている。更に、測定干渉計４も設けてあり、この干渉
計では干渉計アーム５が本来の測定区間を形成してい
る。互いに干渉する少なくとも２つの分割ビーム６，７
を発生させるため、ビームスプリッタ８と逆行反射体
９，１０が使用されている。分割ビーム６，７の検出は
光検出器１１，１２で行われる。更に、光検出器１１，
１２は図示していない計数電子回路に接続し、レーザー
光源２，３はそれぞれ図示していないレーザー波長用の
制御装置に接続している。測定干渉計４の中心付近に
は、更に制御干渉計１３も設けてある。この干渉計の制
御区間１４は、測定区間の半分より短い一定の長さを有
する。それ以外では、制御干渉計１３はその構造に関し
て測定干渉計４と一致している。測定干渉計４と制御干
渉計１３には主ビームスプリッタ１５と反射体１６によ
って同じレーザー光源２，３のビームが入射する。レー
ザー光源２へのビームの入射は反射体１７によって行わ
れる。専ら標準部材を使用しているため、レーザー干渉
計装置１全体は集積光学系として構成できる。
置１には２つの可変レーザー光源２，３がある。この場
合、レーザー光源２は図示していない駆動電源によって
特性曲線のモードに飛びのない波長範囲で変調される
が、これに反してレーザー光源３は一定の波長で駆動さ
れている。更に、測定干渉計４も設けてあり、この干渉
計では干渉計アーム５が本来の測定区間を形成してい
る。互いに干渉する少なくとも２つの分割ビーム６，７
を発生させるため、ビームスプリッタ８と逆行反射体
９，１０が使用されている。分割ビーム６，７の検出は
光検出器１１，１２で行われる。更に、光検出器１１，
１２は図示していない計数電子回路に接続し、レーザー
光源２，３はそれぞれ図示していないレーザー波長用の
制御装置に接続している。測定干渉計４の中心付近に
は、更に制御干渉計１３も設けてある。この干渉計の制
御区間１４は、測定区間の半分より短い一定の長さを有
する。それ以外では、制御干渉計１３はその構造に関し
て測定干渉計４と一致している。測定干渉計４と制御干
渉計１３には主ビームスプリッタ１５と反射体１６によ
って同じレーザー光源２，３のビームが入射する。レー
ザー光源２へのビームの入射は反射体１７によって行わ
れる。専ら標準部材を使用しているため、レーザー干渉
計装置１全体は集積光学系として構成できる。
【００４０】この場合、絶対距離Ｌabs の測定は、例え
ば或る間隔で測定された残留位相φ 2 とφ3 と共に連続
的に可変できる方法を用いて決定された距離だけ、等式
ば或る間隔で測定された残留位相φ 2 とφ3 と共に連続
的に可変できる方法を用いて決定された距離だけ、等式
【００４１】
【外６】 を最も良く満たす距離が求まるように行われる。この場
合、上記の間隔はこの方法を用いた測定の不確実さの二
倍より長く、合成された波長の半分より短くなくてはな
らない。これは、前記間隔内で例えばφ2 とλ2 および
φ3 とλ3 により可能となり、大きさに応じて選別され
る距離を求め、しかも連続する２つの距離の差が最小に
なる距離を求めようにして行われる。こうして、整数の
干渉次数ｍ 2 あるいはｍ3 が判明する。測定された残留
位相φ1 とφ3 を用いて絶対距離を測定することはここ
では点検として使用されている。位相測定が非常に正確
であるため、距離を個々の波長の分数で絶対的に求める
ことができる。つまり 1/100の位相分解能の場合、λ2/
100 で求めることができる。この方法は、メータ範囲の
測定区間の場合、 10-7より良好な波長制御を前提とし
ている。これは「自走している」半導体レーザー光源
（つまり電流と温度の制御のみ）で不可能である。何故
なら、それ以外では 1/100の位相分解能が求まらないか
らである。
合、上記の間隔はこの方法を用いた測定の不確実さの二
倍より長く、合成された波長の半分より短くなくてはな
らない。これは、前記間隔内で例えばφ2 とλ2 および
φ3 とλ3 により可能となり、大きさに応じて選別され
る距離を求め、しかも連続する２つの距離の差が最小に
なる距離を求めようにして行われる。こうして、整数の
干渉次数ｍ 2 あるいはｍ3 が判明する。測定された残留
位相φ1 とφ3 を用いて絶対距離を測定することはここ
では点検として使用されている。位相測定が非常に正確
であるため、距離を個々の波長の分数で絶対的に求める
ことができる。つまり 1/100の位相分解能の場合、λ2/
100 で求めることができる。この方法は、メータ範囲の
測定区間の場合、 10-7より良好な波長制御を前提とし
ている。これは「自走している」半導体レーザー光源
（つまり電流と温度の制御のみ）で不可能である。何故
なら、それ以外では 1/100の位相分解能が求まらないか
らである。
【００４２】図２の上部に示す波長曲線２１は測定開始
の時点ｔ1 で一定の波長値λ1 ２２を有する。この時点
まで、上記の波長値への制御が制御干渉計１３によって
行われる。上記波長値は、レーザー光源のモードに飛び
のないより広い範囲がより大きな値に続くように選択さ
れる。時点ｔ1 で制御干渉計は一時的に止まり、レーザ
ー駆動電流を連続的に可変して、曲線２１の変化に合わ
せてレーザー波長を変調する。モードに飛びのない範囲
内にある波長λ2 ２３では、制御干渉計１３が再び動作
し、この波長値に調整される。波長変調の間に生じる位
相変化２４は図２の下部に示してある。この曲線２４の
鋸歯波形は、波長を可変する場合、位相が新しい干渉次
数に移るまで絶えず、直線的に変わることによって生じ
る。各測定範囲にある一定の位相値２５，２６は干渉計
で波長を制御するため非常に正確に求めることができ
る。以下では、全体を初期位相φ1 と最終位相φ2 の差
で表せる各残留位相を正確に求めることに関して立ち入
る。この場合、積分位相変化Δφは簡単に鋸歯の先端を
数え、測定曲線２４の終点で求めた残留位相を計算する
と求まる。結局、測定区間の決定は請求項１に記載する
公式により干渉信号の全（積分）位相変化と波長値λ1
およびλ2 により行われるか、先行する校正で行われ
る。この校正は、例えば互いにできる限り離れた異なる
２つの位置に対して測定して行われ、同時に他の適当な
方法でこれ等の位置の間の距離を測定する。その結果、
比例数ｋ＝ΔＬ/ ΔΦが得れ、この数から絶対距離がＬ
abs ＝ｋ・ΔΦにより決まる。波長λ2 を正確に分かっ
ているので、相対測定を絶対測定に続けることができ
る。
の時点ｔ1 で一定の波長値λ1 ２２を有する。この時点
まで、上記の波長値への制御が制御干渉計１３によって
行われる。上記波長値は、レーザー光源のモードに飛び
のないより広い範囲がより大きな値に続くように選択さ
れる。時点ｔ1 で制御干渉計は一時的に止まり、レーザ
ー駆動電流を連続的に可変して、曲線２１の変化に合わ
せてレーザー波長を変調する。モードに飛びのない範囲
内にある波長λ2 ２３では、制御干渉計１３が再び動作
し、この波長値に調整される。波長変調の間に生じる位
相変化２４は図２の下部に示してある。この曲線２４の
鋸歯波形は、波長を可変する場合、位相が新しい干渉次
数に移るまで絶えず、直線的に変わることによって生じ
る。各測定範囲にある一定の位相値２５，２６は干渉計
で波長を制御するため非常に正確に求めることができ
る。以下では、全体を初期位相φ1 と最終位相φ2 の差
で表せる各残留位相を正確に求めることに関して立ち入
る。この場合、積分位相変化Δφは簡単に鋸歯の先端を
数え、測定曲線２４の終点で求めた残留位相を計算する
と求まる。結局、測定区間の決定は請求項１に記載する
公式により干渉信号の全（積分）位相変化と波長値λ1
およびλ2 により行われるか、先行する校正で行われ
る。この校正は、例えば互いにできる限り離れた異なる
２つの位置に対して測定して行われ、同時に他の適当な
方法でこれ等の位置の間の距離を測定する。その結果、
比例数ｋ＝ΔＬ/ ΔΦが得れ、この数から絶対距離がＬ
abs ＝ｋ・ΔΦにより決まる。波長λ2 を正確に分かっ
ているので、相対測定を絶対測定に続けることができ
る。
【００４３】図３は過剰サンプリングで位相分解能の模
式図を示し、付加的な基準干渉計を使用する場合、過剰
サンプリングがどのように行われるかを示す。この過剰
サンプリングは測定期間の最初と終わりでのみ行われ
る。ここでは、例えば波長変調の初めに検出されたデジ
タル曲線３１が示してある。波長変調の初めと終わりで
測定干渉計と基準干渉計により同時に測定値を求めてい
るので（それぞれ約 10,000 個の測定値）、対応する多
数の整数の位相差Ｎabs とＮRef を形成できる。これ等
の値から基準距離ＬRef を用いて絶対距離Ｌabs が
式図を示し、付加的な基準干渉計を使用する場合、過剰
サンプリングがどのように行われるかを示す。この過剰
サンプリングは測定期間の最初と終わりでのみ行われ
る。ここでは、例えば波長変調の初めに検出されたデジ
タル曲線３１が示してある。波長変調の初めと終わりで
測定干渉計と基準干渉計により同時に測定値を求めてい
るので（それぞれ約 10,000 個の測定値）、対応する多
数の整数の位相差Ｎabs とＮRef を形成できる。これ等
の値から基準距離ＬRef を用いて絶対距離Ｌabs が
【００４４】
【外７】 により計算できる。この場合、高い分解能は測定毎に 1
0,000 個の位相差ＮabsとＮRef を使用し、これ等に付
いて求めて達成される。
0,000 個の位相差ＮabsとＮRef を使用し、これ等に付
いて求めて達成される。
【００４５】図４は光検出器１１，１２で検出され 90
°位相のずれた２つの干渉信号６，７に解析的に合わせ
ることにより求めた典型的なリッサジュール楕円を示
す。内部のリッサジュール曲線４１は測定期間の初めの
１波長周期の２つの干渉信号の位相変化を示す。これに
反して、外部のリッサジュール曲線４２は測定期間の終
わりでの位相変化を示す。半径が異なるのは、波長と共
に増加するレーザー光源の出力特性の結果である。残留
位相φ1 とφ2 はそれぞれこれ等の曲線の一方の上にあ
り、非常に正確に求まる。もちろん、この場合、周知の
方法で楕円を円に変換すると通常効果的である。
°位相のずれた２つの干渉信号６，７に解析的に合わせ
ることにより求めた典型的なリッサジュール楕円を示
す。内部のリッサジュール曲線４１は測定期間の初めの
１波長周期の２つの干渉信号の位相変化を示す。これに
反して、外部のリッサジュール曲線４２は測定期間の終
わりでの位相変化を示す。半径が異なるのは、波長と共
に増加するレーザー光源の出力特性の結果である。残留
位相φ1 とφ2 はそれぞれこれ等の曲線の一方の上にあ
り、非常に正確に求まる。もちろん、この場合、周知の
方法で楕円を円に変換すると通常効果的である。
【００４６】最後に、図５は波長の最終値の範囲でのレ
ーザー波長を変える方法に応じて位相を決めるための信
号波形を示す。この場合、そこで静的に求めた位相値に
加えて、１周期全体の位相が収録されている。図５のグ
ラフは測定期間の初めに求めた 90 °位相のずれた干渉
信号の位相データ５１，５２、および測定期間の終わり
に求めた対応するデータ５３，５４に対するグラフであ
る。これ等の曲線５１，５２，５３，５４を求めるた
め、制御干渉計１３で行われる波長制御が時点５５で短
時間中断される。そして、レーザー光源の駆動電流を変
えて、少なくとも１周期にわたる位相変化が生じる。こ
うしてリッサジュール楕円を求めたデータに合わせ、こ
の楕円を図４の方法で評価できる。
ーザー波長を変える方法に応じて位相を決めるための信
号波形を示す。この場合、そこで静的に求めた位相値に
加えて、１周期全体の位相が収録されている。図５のグ
ラフは測定期間の初めに求めた 90 °位相のずれた干渉
信号の位相データ５１，５２、および測定期間の終わり
に求めた対応するデータ５３，５４に対するグラフであ
る。これ等の曲線５１，５２，５３，５４を求めるた
め、制御干渉計１３で行われる波長制御が時点５５で短
時間中断される。そして、レーザー光源の駆動電流を変
えて、少なくとも１周期にわたる位相変化が生じる。こ
うしてリッサジュール楕円を求めたデータに合わせ、こ
の楕円を図４の方法で評価できる。
【００４７】図１から離れるが、特に信頼性のある評価
を行うため、対にして位相差を付けた信号を使用する周
知の方法、つまり互いに位相のずれた４つの信号を使用
する所謂プッシュプル評価も利用できる。他の有利な評
価は互いに位相が 120°ずれた干渉信号を発生させるも
のである。
を行うため、対にして位相差を付けた信号を使用する周
知の方法、つまり互いに位相のずれた４つの信号を使用
する所謂プッシュプル評価も利用できる。他の有利な評
価は互いに位相が 120°ずれた干渉信号を発生させるも
のである。
【００４８】
【発明の効果】以上説明したように、この発明による測
定方法とこれに適した干渉計装置により、測定精度を高
め、例えば各測定区間内での温度あるいは空気圧力の変
動によりレーザー光源の空気波長の乱れをできる限り大
幅に補償し、絶対距離測定に従い既知のレーザー波長を
用いてビームあるいは測定を中断するまで、相対測定を
行い、その後、絶対的に測定されるモードを新たに行え
る。
定方法とこれに適した干渉計装置により、測定精度を高
め、例えば各測定区間内での温度あるいは空気圧力の変
動によりレーザー光源の空気波長の乱れをできる限り大
幅に補償し、絶対距離測定に従い既知のレーザー波長を
用いてビームあるいは測定を中断するまで、相対測定を
行い、その後、絶対的に測定されるモードを新たに行え
る。
【図１】２つのレーザー光源を備えたこの発明によりレ
ーザー干渉計装置の実施例を示す。
ーザー干渉計装置の実施例を示す。
【図２】測定方法に相当する波長変化の例およびそれか
ら生じる測定干渉計で生じる干渉信号の位相変化を示す
図である、
ら生じる測定干渉計で生じる干渉信号の位相変化を示す
図である、
【図３】過剰サンプリングによる位相分解能の模式図で
ある、
ある、
【図４】互いに位相が 90°ずれた２つの干渉信号のリ
ッサジュール楕円の図を示す、
ッサジュール楕円の図を示す、
【図５】残留位相のところでのレーザー波長を可変する
方法による位相を決定するための信号波形を示す。
方法による位相を決定するための信号波形を示す。
１ レーザー干渉計装置 ２ 可変波長レーザー光源 ３ 固定波長レーザー光源 ４ 測定干渉計 ５ 干渉計アーム ６，７ 分割ビーム ８ ビームスプリッタ ９，１０ 逆行反射体 １１，１２ 光検出器 １３ 制御干渉計 １４ 制御区間 １５ 主ビームスプリッタ １６，１７ 反射体
フロントページの続き (71)出願人 591125153 フラウンホ−フエル・ゲゼルシヤフト・ツ ール・フエルデルング・デル・アンゲウア ンテン・フオルシユング・エー・フアウ ドイツ連邦共和国、80636 ミユンヘン、 レオンロートストラーセ、54 (72)発明者 ユルゲン・テイール ドイツ連邦共和国、52074 アーヒエン、 ジーメンスストラーセ、11 (72)発明者 デイーター・ミッヒエル ドイツ連邦共和国、83278 トラウンシユ タイン、ラングアウエンストラーセ、12 (72)発明者 アンドレアス・フランツ ドイツ連邦共和国、83361 キーンベルク、 ゾンネンライテ、21
Claims (21)
- 【請求項１】 少なくとも或る波長範囲内でモードに飛
びがない状態で可変できる１つのレーザー光源と、レー
ザービームが入射し、干渉計アームの少なくとも１つが
可変測定区間として設計されている測定干渉計とを使用
する、特に絶対距離測定用の絶対干渉測定方法におい
て、 付加的に設けた１つの制御干渉計あるいは少なくとも２
つの制御干渉計で構成される干渉計カスケードにより制
御区間を用いてレーザー光源の空気波長を先ず波長値λ
1 に調整し、この波長値λ1 に少なくとも波長値λ2 ま
で延びるレーザー光源の特性曲線のモードに飛びのない
領域が続き、 測定干渉計と制御干渉計でそれぞれ少なくとも１つの干
渉信号を形成し、 空気波長を波長値λ2 の近くで連続的に可変し、制御干
渉計によりこの波長値λ2 に制御し、波長変調の間に、
測定干渉計の干渉信号の積分位相変化ΔΦを連続的に検
出し、公式 【外１】 により測定区間の長さＬabs を求める、ことを特徴とす
る測定方法。 - 【請求項２】 センチメートルの範囲にある長さの制御
区間が使用されることを特徴とする請求項１に記載の測
定方法。 - 【請求項３】 調整された波長を用いる絶対測定を行う
測定期間の後に、通常の干渉計測法で相対測定が行われ
ることを特徴とする請求項１または２に記載の測定方
法。 - 【請求項４】 波長変調はレーザー光源の駆動電流によ
って行われることを特徴とする請求項１〜３のいずれか
１項に記載の測定方法。 - 【請求項５】 波長値λ1 とλ2 での残留位相がそれぞ
れ測定されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか
１項に記載の測定方法。 - 【請求項６】 少なくとも測定干渉計では、干渉する少
なくとも２つの分割ビームからそれぞれ互いに位相のず
れた干渉信号を発生し、これ等の干渉信号をそれぞれ１
つの光検出器で測定することを特徴とする請求項１〜５
のいずれか１項に記載の測定方法。 - 【請求項７】 積分位相変化を求めることは 90°位相
のずれた二つの干渉信号によって形成される楕円状のリ
ッサジュール図形に基づき行われることを特徴とする請
求項６に記載の測定方法。 - 【請求項８】 残留位相を発生させるため、波長を波長
値λ1 あるいはλ2に調整し、位相変化がこれ等の領域
で少なくとも１波長周期にわたり求めることができる楕
円状のリッサジュール図形の楕円を 90°位相のずれた
２つの干渉信号に合わせ、次いで円に変換して、各残留
位相が求めまように、レーザー光源の駆動電流を可変す
ることを特徴とする請求項６または７に記載の測定方
法。 - 【請求項９】 測定干渉計の干渉信号は増幅率がレーザ
ー光源の出力に逆比例する初段増幅器に導入されること
を特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の測定
方法。 - 【請求項１０】 更に基準干渉計を使用し、その固定さ
れた基準区間が測定区間の約半分に相当し、それ以外は
測定干渉計と同じように構成されていることを特徴とす
る請求項１〜９のいずれか１項に記載の測定方法。 - 【請求項１１】 基準干渉計と測定干渉計で波長変調に
より発生した位相変化ΔΦRef とΔΦabs を測定し、基
準区間の長さＬRef が既知の場合、測定区間の長さＬ
abs を公式 【外２】 により求めることを特徴とする請求項１０に記載の測定
方法。 - 【請求項１２】 位相変化ΔΦRef とΔΦabs は同じト
リガ信号によって過剰サンプリングして求まることを特
徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の測定方
法。 - 【請求項１３】 第二レーザー光源あるいは多波長レー
ザー光源を使用し、このレーザー光源は付加的に少なく
とも１つの他の離散的な波長を有するレーザービームを
出射し、前記レーザービームを干渉計の各々に導入し、
その場合、レーザー波長を順次交互に駆動し、電子回路
あるいは電算機により後で行われる２つのレーザービー
ムの重畳により一定唸り波長を有する合成唸りが形成さ
れるように、波長値λ3 を波長値λ1 とλ2 に調整する
ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載
の測定方法。 - 【請求項１４】 特定な波長範囲内でモードに飛びのな
い状態で可変できる１つのレーザー光源、少なくとも１
つの干渉計アームが測定区間を形成し、互いに干渉する
少なくとも２つの分割ビームを発生させるため、ビーム
スプリッタと二つの反射体を設けている測定干渉計、各
干渉信号を検出する干渉計アームに設けてある１つの光
検出器、位相変化を測定する計数器あるいは計数電子回
路、およびレーザー波長の制御装置を備え、請求項１〜
１３のいずれか１項の測定方法に適したレーザー干渉計
装置において、 更に制御干渉計あるいは少なくとも２つの制御干渉計で
構成された干渉計カスケードを設け、制御干渉計の干渉
計アームが互いに一定の長さの差を有し、測定干渉計と
制御干渉計には、主ビームスプリッタと少なくとも１つ
の反射体あるいは光導波路によって同じレーザーのビー
ムが入射することを特徴とするレーザー干渉計装置。 - 【請求項１５】 制御区間の長さはセンチメートルの範
囲であることを特徴とする請求項１４に記載のレーザー
干渉計装置。 - 【請求項１６】 測定干渉計の干渉信号に対して、増幅
率がレーザー出力に逆比例する初段増幅器が設けてある
ことを特徴とする請求項１４または１５に記載のレーザ
ー干渉計装置。 - 【請求項１７】 制御干渉計の制御区間のビーム通路に
はλ/4板が設けてあることを特徴とする請求項１４に記
載のレーザー干渉計装置。 - 【請求項１８】 更に基準干渉計が設けてあり、この干
渉計アームが互いに一定の長さの差を有し、基準区間が
測定区間の約半分に相当することを特徴とする請求項１
４または１５に記載のレーザー干渉計装置。 - 【請求項１９】 波長値λ1 とλ2 とは異なる離散的な
波長のレーザービームを放出する第二レーザー光源ある
いは多波長レーザー光源が設けてあることを特徴とする
請求項１４〜１８のいずれか１項に記載のレーザー干渉
計装置。 - 【請求項２０】 位相評価を自動化するため、計数器あ
るいは計数電子回路および評価電子回路あるいは電算機
が装備されていることを特徴とする請求項１４〜１９の
いずれか１項に記載のレーザー干渉計装置。 - 【請求項２１】 装置の少なくとも一部を集積光学系
で、また光通路の複数の部分を光導波路で構成している
ことを特徴とする請求項１４〜２０のいずれか１項に記
載のレーザー干渉計装置。
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