JPH08105708A - 干渉計 - Google Patents

干渉計

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JPH08105708A
JPH08105708A JP7035416A JP3541695A JPH08105708A JP H08105708 A JPH08105708 A JP H08105708A JP 7035416 A JP7035416 A JP 7035416A JP 3541695 A JP3541695 A JP 3541695A JP H08105708 A JPH08105708 A JP H08105708A
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    • G01J9/00—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength
    • G01J9/02—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength by interferometric methods
    • G—PHYSICS
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    • 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
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  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、任意の方法による干渉測定のた
めの測定技術的に充分な装置を特別に簡単に構成するこ
とを目的とする。 【構成】 干渉計１、特に参照光路Ｒと測定光路Ｍと
を備えたマイケルソン干渉計にして、光路はビームスプ
リッタ４によってコヒーレント光束３から発生されかつ
反射鏡７、８によって光線相会器９上に投射され、そこ
から干渉のためにもたらされかつ検出器１０、１１、１
２によって検出される、干渉計において、少なくとも光
線相会器は位相格子９として形成されており、格子定
数、ウエブ高さ、ウエブ幅のようなその格子パラメータ
は、少なくとも２つの相互に位相のずらされた対が相互
に干渉する部分光束によって発生され、それから検出器
１０、１１、１２によって相互に位相のずらされた信号
が方向に依存する測定値形成のために取得されることを
特徴とする前記干渉計。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、干渉計、特に参照光路
と測定光路とを備えたマイケルソン干渉計にして、光路
はビームスプリッタによってコヒーレント光束から発生
されかつ反射鏡によって光線相会器上に投射され、そこ
から干渉のためにもたらされかつ検出器によって検出さ
れる、干渉計に関する。
【０００２】この種の装置は二光線干渉装置による長
さ、角度、光路差又は速度の干渉的測定のために役立
つ。
【０００３】
【従来の技術】マイケルソン、マッハツェンダ又は類似
の装置による装置に対応する二光線干渉計では、両部分
光束の間の各測定行程と結合した光路差変化又は位相変
化はこの変化の符号又は変化速度の正負の符号について
の情報を提供しない。種々の公知の方法及び装置によっ
てこの情報が追加的に取得されかつ測定技術的に評価さ
れることができる。原理的な認識は位相のずれ、干渉現
象から導かれるような、連鎖的な正弦曲線信号対が方向
弁別を可能にするという測定原理を基礎としている。
【０００４】そのような信号評価が実施される、公知の
干渉計は種々の理由から使用には不十分である。器具の
一部では干渉計からレーザ光源に戻る光部分を阻害す
る。他の器具では変調周期の分割のために、相互に前記
の位相差を有する多数の光学信的号を発生させるために
多くの出費をもってのみ可能である。相互に位相のずれ
た信号の発生の際、信号増幅器の作動点を安定化させる
光学的対抗クロック信号の同時の取得のための簡単な方
法に欠ける。
【０００５】通常の方法でそのような干渉計は次のよう
に構成される。ビームスプリッタ及び２つの干渉は干渉
鏡の他に、好適な位相のずれた信号（０°、９０°、１
８０°、２７０°）を発生させかつそれによって方向弁
別を可能にするために、一連の偏光光学構成部分を必要
とする。
【０００６】これらの偏光光学的構成部分は調整するの
に大きく、高価でかつコストがかかる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、任意
の方法による干渉測定のための測定技術的に充分の装置
を特別に簡単に構成することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の課題は、少なく
とも光線相会器は位相格子として形成されており、格子
定数、ウエブ高さ、ウエブ幅のようなその格子パラメー
タは、少なくとも２つの相互に位相のずらされた対が相
互に干渉する部分光束によって形成され、それから検出
器によって相互に位相のずらされた信号が方向に依存す
る測定値形成のために取得されることを特徴とする前記
干渉計によって解決される。
【０００９】特に有利な構成は主特許請求の範囲に従属
する他の請求項から得られる。本発明による特別有利な
解決は、信号評価が特別な格子要素を介して実現するこ
とにある。その際それぞれ１２０°だけ相互にずらされ
た３つの検出器信号（０°、１２０°、２４０°）が発
生され、これらは鏡移動の方向弁別を可能にする。
【００１０】次に図示の実施例に基づいて本発明を詳し
く説明する。 ( 実施例)図１に示されたはマイケルソン干渉計１の原
理的構造は光源２としてレーザを有し、レーザはコヒー
レント光束３を送る。ビームスプリッタ４には光束３か
ら２つの部分光束５及び６が発生される。その際部分光
束５は干渉アームＲをそして部分光束６は測定アームＭ
を形成する。
【００１１】両部分光束５及び６はそれらにそれぞれ付
設された反射要素、ここでは三重鏡７および８の形のも
のを透過する。三重鏡７及び８によって反射された部分
光束５（Ｒ）及び６（Ｍ）は同一個所で、ビーム相会器
として機能する回折格子９上に現れる。
【００１２】回折格子９には入射する光束５（Ｒ）及び
６（Ｍ）がそれぞれ相異なる次数、例えば０. 次、１.
次及び２. 次に回折されかつ３つの合成される方向にお
いて相互に干渉する。その際相互に位相のずれた強度変
調が生じ、強度変調は３つのセンサ１０、１１、１２に
よって検出されかつ公知の方法で相互に位相のずれた電
気信号に変換される。
【００１３】回折格子９（格子定数、ウエブ高さ、ウエ
ブ幅）の特別な構成によって３つの信号の大きさ、変調
度及び位相位置が相互に特定されかつ調整によって最適
にされる必要がない。
【００１４】部分光束５（Ｒ）及び６（Ｍ）から回折さ
れた光束０. 次、１. 次及び２. 次はそれぞれ対状に重
ねられかつ相互に干渉することができるために、格子９
への部分光束５（Ｒ）及び６（Ｍ）の入射角、使用され
る光の波長及び位相格子９の格子定数が相互に整合され
る。
【００１５】この条件は図２による干渉計１２の特別有
利な実施形態に繋がる。特別の利点は位相格子９２が光
線分割のためにも光線相会のためにも役立つことにあ
る。回折格子９２で回折された部分光束５２（Ｒ）及び
６２（Ｍ）は三重鏡７２及び８２で反射後再び強制的に
正確に正しい角度で回折格子９２上に現れ、そこで新た
に回折されて対状に相互に干渉する。３つの検出器１０
２、１１２、１２２は干渉する光線対を相互に１２０°
の位相ずれを有する電気信号に変換する。
【００１６】この好適な実施形態は構成部品が最小であ
り、その結果調整コストも最小となる。光源２２、位相
格子９２、２つの反射鏡７２、８２及び３つの検出器１
０２、１１２、１２２のみがこのような干渉計１２の機
能のために必要である。
【００１７】その際位相格子９２が光線分割個所Ｘでビ
ーム相会器Ｙと等しい格子定数を有するが、利用できな
い次数の回折光をできる限り少なくするために、異なる
ウエブ高さ及びウエブ幅を有することが有利である。
【００１８】図３に示すように、このような干渉計は格
子定数及び又は波長の変化に対して敏感である。波長の
増大は例えば、回折角度の増大に繋がる（図３の一点鎖
線）。このことは位相評価自体には影響しないが、それ
によって測定方向又は所定の方向では正弦曲線に依存し
て測定された長さが変化する。このために波長も格子９
３の格子定数も一定に保持されなければならない〔例え
ば干渉計の使用及びレーザ干渉の後調整及び水晶又は市
販のゼロドュール（Ｚｅｒｏｄｕｒ）を備えた材料のよ
うな低い熱膨張率を有する材料から成る格子の製造によ
って〕。この一定化がなんらかの理由から、例えば絶対
測定のために波長が意識的に決定されるべき理由で、維
持されることができない場合には、図４に示すような問
題は除去されることができる。
【００１９】ビームスプリッタ９４を垂直に照明しかつ
±１. 次数の回折を利用する代わりに、レーザ光束３４
は格子９４に斜めに入射され（図４）かつ０. 次及び−
２.次の回折次数を利用することができる。測定アーム
Ｍに進む回折次数０. の方向は格子定数及び波長には無
関係でかつそれによってここではその方向は変化しな
い。干渉アームＲによって反射される回折次数−２. の
方向は変化するが、干渉アームＲは一般的に短いので、
これと関連した干渉アームＲの長さの変化は重要ではな
い。
【００２０】図５において格子ユニットが示され、ここ
では一般に誤差の原因となる前記の種類の影響は最早マ
イナスに作用することはできない。このことは第２の格
子９５ｂの僅かな多重コストと引き替えに得られ、第２
の格子はそのパラメータについては第１の格子９５ａと
同一でかつこれと平行に配設されている。この格子次数
は単色光格子要素９５と称され、単色光格子要素は上記
の格子９５ａからも成りかつその際第２の格子９５ｂは
同一の格子定数しかし相異なるウエブ高さ及びウエブ幅
の格子からも成ることができる。波長の変化又は両格子
９５ａ、９５ｂにとって等しい格子定数の変化の際光束
５５、６５は平行にのみ移動され、このことは測定及び
測定精度には影響しない。
【００２１】次数零（０. ）は絞りＢによって絞られる
ことができる。図６には格子要素９６が示され、その際
平面１４には複数の部分格子９６ａ及び９６ｂが配設さ
れている。基層１３は部分範囲１６において部分格子９
６ａ及び９６ｂに向かい合って位置する表面１５上で鏡
にされている。
【００２２】部分格子９６ａから部分光束５６及び６６
において次数±１. に分割された入射光束３６は干渉ア
ームＲ及び測定アームＭのための部分光束を提供する。
これらの部分光束５６及又はＲ及び６６又はＭは鏡表面
範囲１６で反射されかつ部分格子９６ｂに偏向される。
そこでこれらの部分光束は回折されかつもう一度反射さ
れ、その結果部分光束は干渉アームＲ及び測定アームＭ
として入射光束３６に対して平行に基層１３から出てゆ
く。
【００２３】図７に示すように、部分光束５７又はＲ及
び６７又はＭは基層１３７の表面１４７及び１５７の相
応して鏡にされた部分範囲１６７によって何度も反射さ
れることができる。その他この次数は図６によるものに
相応する。
【００２４】この実施形態でも次数０. は、絞りＢ６及
びＢ７によって絞られることができる。前記両実施形態
によって格子要素の構造長さは反射の数に依存して少な
くとも半分に減少される。 ( 発明の効果)本発明によれば、特にマイケルソン干渉
計による干渉測定のための測定技術的に充分の装置を特
別に簡単に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるマイケルソン干渉計の原理構成を
示す図である。
【図２】図１による干渉計の変形を示す図である。
【図３】可能な欠点を示す詳細図である。
【図４】これらの欠点をなくした、即ち図３による詳細
とは異なる詳細を示す図である。
【図５】特別な利点を有する他の詳細を示す図である。
【図６】図５における実施形態に類似する格子要素を示
す図である。
【図７】格子要素の他の変形を示す図である。
【符号の説明】
１ 干渉計 ３ 光線束 ４ ビームスプリッタ ７ 反射鏡 ８ 反射鏡 ９ 光線相会器 １０ 検出器 １１ 検出器 １２ 検出器 Ｍ 測定光路 Ｒ 参照光路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アンドレアス・フランツ ドイツ連邦共和国、83308 トロストベル ク、ヘルツオーク− ルートウイッヒ− ストラーセ、31 (72)発明者 エルヴイン・シユパンナー ドイツ連邦共和国、83278 トラウンシユ タイン、フオルストマイエルストラーセ、 12

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 干渉計（１）、特に参照光路（Ｒ）と測
    定光路（Ｍ）とを備えたマイケルソン干渉計にして、光
    路はビームスプリッタ（４）によってコヒーレント光束
    （３）から発生されかつ反射鏡（７、８）によって光線
    相会器（９）上に投射され、そこから干渉のためにもた
    らされかつ検出器（１０、１１、１２）によって検出さ
    れる、干渉計において、 少なくとも光線相会器は位相格子（９）として形成され
    ており、格子定数、ウエブ高さ、ウエブ幅のようなその
    格子パラメータは、少なくとも２つの相互に位相のずら
    された対が相互に干渉する部分光束によって形成され、
    それから検出器（１０、１１、１２）によって相互に位
    相のずらされた信号が方向に依存する測定値形成のため
    に取得されることを特徴とする前記干渉計。
  2. 【請求項２】 位相格子（９２）によってビームスプリ
    ッタ並びにビーム相会器が実現される、請求項1 記載の
    干渉計。
  3. 【請求項３】 位相格子（９２）が、ビームスプリッタ
    個所（Ｘ）及びビーム相会器（Ｙ）に等しい格子定数、
    しかし相異なるウエブ高さ及び又はウエブ幅を有する、
    請求項２記載の干渉計。
  4. 【請求項４】 位相格子が、同一の格子パラメータを備
    えた２つの相互に平行に配設されている位相格子（９５
    ａ、９５ｂ）から成る格子要素（９５）によって実現さ
    れる、請求項1 記載の干渉計。
  5. 【請求項５】 位相格子が、同一格子定数しかし相違す
    るウエブ高さ及びウエブ幅を備えた２つの相互に平行に
    配設されている位相格子（９５ａ、９５ｂ）から成る格
    子要素（９５）によって実現される、請求項1 記載の干
    渉計。
  6. 【請求項６】 ２つの平行な位相格子（９５ａ、９５
    ｂ）が相互に剛固に結合されている、請求項４又は５記
    載の干渉計。
  7. 【請求項７】 位相格子（９７）が基層（１３；１３
    ７）上に複数の部分格子（９６ａ、９６ｂ；９７ａ、９
    ７ｂ）を有する格子要素によって実現され、部分格子が
    好適には部分反射平面（１４；１４７）に配設されてお
    りかつその際この平面（１４；１４７）に向かい合う基
    層（１３；１３７）の表面が部分範囲（１６；１６７）
    において同様に反射する、請求項1 記載の干渉計。
  8. 【請求項８】 部分格子（９６ａ；９７ａ）の１つが、
    部分光束（５６、６６；５７：６７）における進入光束
    （３６；３７）を±１. 次に分割し、進入する光束は部
    分範囲（１６；１６７）で反射され、他の部分格子（９
    ６ｂ、９７ｂ）上に向けられ、そこで回折されかつ入射
    光束（３６；３７）に対して平行に参照アーム（Ｒ）及
    び測定アーム（Ｍ）として基層（１３；１３７）から出
    てゆく、請求項７記載の干渉計。
  9. 【請求項９】 基層（１３７）が、部分光束が入射光束
    （３７）に対して平行に参照アーム（Ｒ）及び測定アー
    ム（Ｍ）として基層（１３７）から出てゆく前に、部分
    光束（５７、６７）が基層（１３７）において何度も反
    射され又は回折されるように反射する部分範囲（１６
    ７）を備えている、請求項７記載の干渉計。
  10. 【請求項１０】 部分格子（９６ａ、９６ｂ；９７ａ、
    ９７ｂ）が同一の格子パラメータを有する、請求項７記
    載の干渉計。
  11. 【請求項１１】 部分格子（９６ａ、９６ｂ；９７ａ、
    ９７ｂ）が同一格子定数しかし相異なるウエブ高さ及び
    ウエブ幅を有する請求項７記載の干渉計。
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