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JPH03504768A - Interferometer system for measuring distance and shift movements, especially of moving components - Google Patents

Interferometer system for measuring distance and shift movements, especially of moving components

Info

Publication number
JPH03504768A
JPH03504768A JP2504544A JP50454490A JPH03504768A JP H03504768 A JPH03504768 A JP H03504768A JP 2504544 A JP2504544 A JP 2504544A JP 50454490 A JP50454490 A JP 50454490A JP H03504768 A JPH03504768 A JP H03504768A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
interferometer system
lens
tune
measurement
interferometer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2504544A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
ロイクス,ゲルハルト
ラツェクキ,レーネ
Original Assignee
ドクター・ヨハネス・ハイデンハイン・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ドクター・ヨハネス・ハイデンハイン・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング filed Critical ドクター・ヨハネス・ハイデンハイン・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング
Publication of JPH03504768A publication Critical patent/JPH03504768A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • G01B9/02049Interferometers characterised by particular mechanical design details
    • G01B9/02051Integrated design, e.g. on-chip or monolithic
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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。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 特に可動な構成要素の距離乃至シフト 運動を測定するための干渉計システム 本発明は特に可動な構成要素の距離乃至シフト運動を測定するための干渉計シス テムであって、レーザー光線源と、レーザー光線源から放射された光を基準ビー ムと測定ビームとに分割するために用いられ、この場合、測定ビームが単モード −導波体によって導かれ、そこから規準調整を行なうチューンアウトレンズ乃至 チューンアウトレンズ系を介して、気相の周辺媒質内に少なくとも部分的に逗在 し且つ可動な測定ミラーにより導かれる測定区間にまで達するように構成された 分光器と、基準区間を経て導かれてきた基準ビーム並びに測定区間から戻ってき た測定ビームの干渉がその内部で行なわれる再結合装置と、再結合装置から発生 される少なくとも1つの干渉信号を分析するための検出装置とが設けられている 形式のものに関する。[Detailed description of the invention] Distance or shift, especially of moving components Interferometer system for measuring motion The present invention particularly relates to an interferometric system for measuring distance or shifting movements of moving components. A system comprising a laser beam source and a reference beam that connects the light emitted from the laser beam source to a reference beam. used to split the measurement beam into a single mode beam and a measurement beam, in which case the measurement beam is - Tune-out lenses guided by waveguides from which reference adjustments are made; resides at least partially within the surrounding medium of the gas phase via a tune-out lens system and is configured to reach the measuring section guided by the movable measuring mirror. The spectrometer, the reference beam guided through the reference section, and the return beam from the measurement section. the recombiner in which the interference of the measured beams takes place; a detection device for analyzing at least one interference signal that is Regarding formal matters.

このような形式による干渉計システムは、原則として、可動な構成要素のそれも 特に機械構成要素の距離測定、シフト運動測定、ひいてはその位置乃至位置変動 測定に際して用いるのに適している。然し特に工業分野で公知の単周波数−干渉 計システムを用いた場合には、極めて調整の困難な横方向の立体干渉パターンが 観察されると&Sう問題が生ずることが実証されている。Interferometer systems of this type can, in principle, also be used with moving components. In particular, distance measurements, shift movement measurements, and even position or position variations of machine components. Suitable for use in measurements. However, especially in the industrial field, known single frequency - interference When using a measurement system, a lateral 3D interference pattern that is extremely difficult to adjust is generated. It has been demonstrated that problems arise when observed.

更に実地において避けることの出来ない問題の1つとして、測定区間から戻って くる測定ビームにおける波頭乃至波面の歪みが挙げられる。この種の波頭歪みが 生ずる原因は、例えば空気中の縞状部分(シュリーレン)に、また殊に当該シス テムが工業分野で用いられる場合には測定ビームの伝播する空気中の夾雑物(オ イル蒸気など)に、或いは使用される光学成分の不精度にある。最後に挙げた光 学成分の不精度については、必要とあらばその成分を高価ではあっても他の適正 な成分と交換することにより回避することも出来な(〜訳ではないが、そのため には干渉計システム全体の著しいコストアップを甘受しなければならな6X。Furthermore, one of the unavoidable problems in practice is that when returning from the measurement section, Distortion of the wavefront or wavefront in the measurement beam. This kind of wavefront distortion This can be caused by, for example, stripes in the air (schlieren), and especially by the system in question. When the system is used in an industrial field, it is important to avoid contaminants (optional particles) in the air in which the measurement beam propagates. (e.g., oil vapor) or the inaccuracy of the optical components used. the last light mentioned Regarding the imprecision of chemical components, if necessary, replace the components with other suitable methods, even if they are expensive. It cannot be avoided by replacing the ingredients with other ingredients (although this does not mean that 6X requires a significant increase in the cost of the entire interferometer system.

しかもこの場合、実地で生ずる空気条件に起因する波頭歪みは依然として避ける ことが出来ない。Moreover, in this case, wavefront distortion caused by the atmospheric conditions that occur in practice is still avoided. I can't do that.

公知の単周波数においてこのような波頭歪みが生ずると、観察される立体的な干 渉パターンが変動せしめられ、ひいては誤った測定結果に導かれることになる。When such wavefront distortion occurs at a known single frequency, the observed three-dimensional This will cause the interference pattern to fluctuate, leading to erroneous measurement results.

更にこの波頭歪みは、互いに稍々異なった周波数の測定ビームと基準ビームとの 間で唸り周波数が観察されるような公知の二層波数−ヘテロダインー干渉計に対 しても望ましくない作用を及ぼす、つまり換言するならば、この種の波頭歪みは 、理想的に正確な調整値からの偏倚度が仮にどのように僅かなものであったどし ても、その干渉の品位を、即ち信号バックグラウンドに対して評価しようとする 振動性干渉信号の変調ストロークを、低下させることになる。Furthermore, this wavefront distortion occurs when the measurement beam and reference beam have slightly different frequencies. For a known double-layer wavenumber-heterodyne interferometer in which a beat frequency is observed between In other words, this type of wavefront distortion has undesirable effects even when , no matter how small the deviation from the ideally accurate adjustment value may be. However, we try to evaluate the quality of the interference, i.e. against the signal background. The modulation stroke of the oscillatory interference signal will be reduced.

更に単モード導波体(モノモード−グラスファイバー)を利用して長さ測定を行 なう干渉計も既に公知となっている。このようなモノモード−グラスファイバー 内では、光が適確に規定された波頭で伝播する。公知の干渉計においては、例え ばモノモード−グラスファイバーに由来する光が、1枚のレンズを介して測定区 間にチューンアウトされる0次いで平坦なミラーによって逆反射された光は、同 一のレンズを経て再び同じグラスファ別の干渉計においては、測定ビームを自ら に逆反射させる矢張り平坦な測定ミラーが用いられており、この場合も測定ミラ ーから反射されてきた光の一部が光源に由来するグラスファイバー内に、ひいて は光源内にフィードバックされる。然しこの種の干渉計は、平坦な測定ミラーの 傾倒に対する過敏性に基づいて、センナメートル単位もしくはそれより大きな規 模の測定区間で使用するのには適していない、更にこの場合、光は自らに逆反射 される測定ビームによりレーザー光線源内に達する。なお実地でのテストにより 明らかにされたところによれば、レーザーダイオードは殊に逆反射光に対してデ リケートに反応し、従ってこの場合の逆反射光線は、特に臨界的になるため望ま しくないものであると言わざるを得ない。Furthermore, length measurement is performed using a single mode waveguide (monomode - glass fiber). Interferometers of this type are also already known. Such a monomode - glass fiber Inside, light propagates with well-defined wavefronts. In a known interferometer, for example Monomode - Light originating from a glass fiber enters the measurement zone through a single lens. The light retro-reflected by a flat mirror that is tuned out during the After passing through one lens, the measurement beam is sent back to another interferometer using the same glass fiber. A flat measuring mirror is used that reflects back the light. Some of the light reflected from the light source enters the glass fiber originating from the light source and is fed back into the light source. However, this type of interferometer uses a flat measurement mirror. Based on sensitivity to tipping, measure in centimeters or larger. It is not suitable for use in simulated measuring sections, and in this case the light is reflected back onto itself. The measuring beam is transmitted into the laser beam source. Furthermore, due to field tests, It has been revealed that laser diodes are particularly sensitive to retroreflected light. The retroreflected rays in this case are therefore particularly critical and therefore undesirable. I have to say that this is not a good thing.

そこで本発明の課題とするところは、使用現場でさしたる手間および費用をかけ ることなく容易に調整可能であり、干渉計からレーザー光線源内へのレーザービ ームの帰還が実質的に回避されており、しかも特に工業的な利用分野で生ずる距 離乃至シフト運動(典を的にはセンチメートル単位もしくはそれ以上の距離乃至 運動)をも正確に且つ高い信頼度で検出しつるようなコンパクトで低コストの干 渉計を提供する点にある。Therefore, the problem of the present invention is to eliminate the need for requiring much effort and expense at the site of use. laser beam from the interferometer into the laser source. The return of the system is virtually avoided and the distances that occur especially in industrial applications are avoided. A separation or shift movement (typically a distance of centimeters or more) A compact, low-cost dryer that can accurately and reliably detect even motion. The point is that it provides an intervening measure.

この課題を屏決すべく提案された本発明の措置によれば、第2の単モード−導波 体と別個のチューンインレンズ乃至チューンインレンズ系とが設けられており、 このチューンインレンズ乃至チューンインレンズ系が、レトロリフレクタとして 構成された測定ミラーによりビームをずらした状態で逆反射される測定信号を第 2の単モード−導波体内にチューンインするために用いられている。According to the measures of the present invention proposed to solve this problem, the second single-mode waveguide A tune-in lens or tune-in lens system separate from the body is provided, This tune-in lens or tune-in lens system can be used as a retro reflector. The measurement signal that is retro-reflected with the beam shifted by the configured measurement mirror is 2 single mode - used for tuning into waveguides.

本発明による干渉計においては、測定ビームが測定ミラーから自らへ逆反射せず 、ビームをずらした状態で別個のチューンインレンズ(もしくは1つのレンズ系 として合成された複数のチューンインレンズ装置)を介して第2の単モード−導 波体内にチューンインされる。このような構成上の措置が講じられていさえすれ ば、妨害光線が干渉計からレーザー光線源内にフィードバックさることは確実に 回避され、従って殊にその放射がフィードバック光線に関してデリケートに変動 するレーザーダイオードにおいては決定的に有効な効果がもたらされる。この場 合に使用されるレトロリフレクタ(即ち、少なくとも所定の入射平面、内におけ るビームの所定の角度範囲ではそれ自体平行にビームの偏倚を伴った反射を可能 ならしめる反射器)は、平坦なミラーの場合とは異なって調整操作に際して何ら 不都合な点をもたらすことがない、レトロリフレクタの側方変位に際して生ずる ビームの偏差変動は、適正なチューンアウトレンズ及びチューンインレンズを選 びさえすれば容易に克服し得る問題であり、従って第2の単モード−導波体もし くはチューンインレンズに光が当てられても、測定区間から戻ってくる導波体の チュ−ンインは充分に非臨界的なものとなることが実証されている。更に、有利 にはトリプルミラー乃至トリプルプリズムとして構成されたこのレトロリフレク タは、対傾倒不変特性を有しているので(シ・ト・ロリフレクタの位置変動に際 しても入射ビームと平行な反射ビームが維持される)、殊に゛測定区間が長い場 合には従来の平坦なミラーに比して有利である。トリプルミラーは所定の立体角 で入射する光線束をそれ自体と平行に反射させる特性を有している。In the interferometer according to the invention, the measurement beam is not reflected back to itself from the measurement mirror. , separate tune-in lenses (or one lens system with offset beams) a second single mode-guide via multiple tune-in lens devices (synthesized as It is tuned into the wave body. Even if such structural measures are taken, For example, it is certain that the interfering beam is not fed back into the laser source from the interferometer. avoided, and therefore especially if its radiation fluctuates delicately with respect to the feedback beam. A decisive advantageous effect is produced in laser diodes that this place (i.e., at least within a given plane of incidence) In a given angular range of the beam, it is possible to reflect the beam with a deviation parallel to itself. Unlike a flat mirror, there is no need for adjustment during adjustment. Occurs upon lateral displacement of the retroreflector without causing any disadvantages Select appropriate tune-out and tune-in lenses for beam deviation fluctuations. This problem can be easily overcome if the second single-mode waveguide Even if light is applied to the tune-in lens, the waveguide returning from the measurement section is Tune-in has been demonstrated to be sufficiently non-critical. Furthermore, advantageous This retro reflector is configured as a triple mirror or triple prism. Since the reflector has a tilt-invariant characteristic (the position of the reflector changes when the position changes), (the reflected beam remains parallel to the incident beam), especially when the measurement interval is long. This has advantages over conventional flat mirrors in some cases. Triple mirror has a predetermined solid angle It has the property of reflecting a bundle of light rays incident on it parallel to itself.

本発明によれば、測定ビームの範囲における調整に要する費用を、従来の光導体 を用いない干渉計の場合と較べて著しく削減することが出来る。According to the invention, the cost of adjustment in the range of the measurement beam can be reduced by using the conventional light guide. This can be significantly reduced compared to the case of an interferometer that does not use.

この場合、第2のグラスファイバー内に充分な光がチューンインされるならば、 この干渉計は正確に調整された状態におかれている(但しその前提条件として他 の光学成分が比較的簡単に予調整されていなければならない)、なおこのことは 既に述べたように、とりわけビームを常に平行に反射させるレトロリフレクタの 特性とレンズの適正な寸法設計とによって、特に臨界的なものにはなりえない0 本発明の有利な1実施態様による干渉計は、そこから測定ビームをチューンアウ トする単モード−導波体と第2の単モード−導波体とが、それぞれ測定区間に面 した側の端部範囲で互いに平行に位置するように構成されている。それぞれ別個 のチューンインレンズとチューンアウトレンズと導波体とを互いに相対的に正し く調整するためには、測定ビームをチューンアウトする単モード−導波体と第2 の単モード−導波体とにおける少なくとも測定区間に面した各端部範囲を共通の キャリア上に固定し、しかもこの場合、チューンインレンズとチューンアウトレ ンズとをこのキャリアに固定しでおくと特に効果的である。In this case, if enough light is tuned into the second glass fiber, This interferometer is kept in a precisely calibrated state (although there are other prerequisites). must be relatively easily preconditioned), which also means that As already mentioned, especially for retroreflectors that always reflect the beam in parallel. Depending on the characteristics and proper dimensional design of the lens, 0 cannot be particularly critical. The interferometer according to an advantageous embodiment of the invention tunes out the measurement beam therefrom. The first single mode waveguide and the second single mode waveguide are placed in the measurement section, respectively. They are arranged so that they are located parallel to each other in the end region on the opposite side. each separately The tune-in lens, tune-out lens, and waveguide are correct relative to each other. For fine tuning, a single mode waveguide and a second waveguide are used to tune out the measurement beam. At least each end area facing the measurement section of the single-mode waveguide is connected to a common fixed on the carrier, and in this case, tune-in lenses and tune-out lenses. It is particularly effective to fix the lenses to this carrier.

更に本発明におけるごとく、測定ビームが第2のグラスファイバーまたは単モー ド−導波体内にチューンインされるならば、測定区間からフィードバックされる 測定ビームの波頭歪みによる不都合なウニイブガイド(導波管)効果を完全に除 去するか、或いは少なくとも著しく軽減することが可能になる。即ち何となれば 、この種の波頭歪みはチューンインレンズの焦点面に光軸外部の強度(第2のグ ラスファイバー入射部位が位置しているところの回折に基づく焦点を中心とした 直径外の強度)を生ゼしぬると共に、第2の導波体内には到達しない、つまりウ ニイブガイドによってフェードアウトされるからである。従ってこのウニイブガ イドの後方では、つまり第2の単モード−導波体における入射面の後方では、波 頭歪みを除去すべくいわば「クリーニングjされたほぼ理想的な波頭を有する測 定ビームが得られ、次いでこのビームが基準ビームと共に干渉される。このよう にして得られた干渉信号は高い品位層を有しており、申し分のない測定結果をも たらすことが出来る。この場合に用いられるのは単モード−導波体であるため、 導波体内の波頭はほぼ理想的な状態におかれており、測定区間に沿って生ずる波 頭歪みは単に導波体内へのチューンインを低下させるに過ぎない、この種の導波 体は、ウェーハ上で拡散する導波路として構成しておくと有利であって、更にこ の場合、干渉計の単モード−導波体と分光器と再結合装置とをそれぞれ同一のウ ェーハ上に集積しておき、且つ基準ビーム及び再結合装置に由来する干渉信号を も同一ウェーハ内で拡散されている単モードの導波路内に導くと特に効果的であ る。このような集積的な構成様式が採用されているならば、光学的な要素の大部 分を予め確実に調整しておくことが出来るので、基準ビームと波頭歪みを「クリ ーンに除去された」測定ビーなる0本発明による干渉計システムにおいては、殆 ど集積化された光学成分のみが用いられているので、その価格の面でも従来公知 の干渉計と比較して有利な結果が得られる。ウェーハ内で拡散する導波路を干渉 計に利用することは、確かにそれ自体公知の技術範躊に属しているとは言え、公 知となっている集積型の干渉計においては、導波路から発生される測定ビームが その放射部位から僅かな距離をおいて配置された平坦なミラーにより部分的に同 一の導波体内に反射されるので、この公知の干渉計は、平坦な測定ミラーにおけ る極く僅かなシフト運動を測定するためにのみ有効に使用されるに過ぎず、従っ てこれを工業分野で利用することは論外であると思われる。しかもこの公知の干 渉計においては、前述したような光源内への望ましくないフィードバックを免れ ることが出来ない。Further, as in the present invention, the measurement beam may be a second glass fiber or monomorphic beam. If tuned into the waveguide, it is fed back from the measurement section. Completely eliminates undesirable waveguide effects caused by wavefront distortion in the measurement beam. or at least significantly reduce it. In other words, what will happen? , this type of wavefront distortion is caused by the intensity outside the optical axis (second group) on the focal plane of the tune-in lens. centering on the diffraction-based focal point where the las fiber entrance site is located. (intensity outside the diameter) and does not reach the second waveguide, i.e. This is because it is faded out by the needle guide. Therefore, this sea urchin moth Behind the waveguide, i.e. behind the plane of incidence in the second single mode waveguide, the wave In order to remove the head distortion, it is necessary to create a measurement with an almost ideal wave front that has been cleaned. A constant beam is obtained which is then interfered with a reference beam. like this The interference signal obtained by It can be done. Since a single mode waveguide is used in this case, The wavefront inside the waveguide is in an almost ideal state, and the waves generated along the measurement section are In this type of waveguide, head distortion simply reduces the tune-in into the waveguide. Advantageously, the body is configured as a waveguide that diffuses on the wafer; In the case of The interference signal originating from the reference beam and recombining device is integrated on the wafer. It is particularly effective to guide the waveguide into a single-mode waveguide that is diffused within the same wafer. Ru. If such an integrated construction style is adopted, most of the optical elements The reference beam and wavefront distortion can be reliably adjusted in advance. In the interferometer system according to the invention, most Since only integrated optical components are used, it is also cheaper than conventionally known optical components. Advantageous results are obtained compared to other interferometers. Interference with waveguides diffusing within the wafer Although it certainly belongs to the category of technology that is publicly known, it is not publicly available. In the currently known integrated interferometer, the measurement beam generated from the waveguide is A flat mirror placed at a small distance from the radiating site allows for partial synchronization. This known interferometer uses a flat measuring mirror to It is only usefully used to measure very small shifting movements; Therefore, it seems out of the question to use this in the industrial field. Moreover, this well-known drying In the interpolation meter, it is possible to avoid undesirable feedback into the light source as described above. I can't do it.

本発明においては、分光器と再結合装置とをそれぞれ別個の光学素子として構成 することが可能とされるのは言うまでもなく、また若干の使用例では、この措置 を講することが特に有利に作用する場合もある。光学要素を集積させる上述した 実施例において簡単でしかも申し分のない調整を可能ならしめるためには、光源 から発生された光を周辺媒質中におけるチューンアウトレンズ(乃至レンズ系) およびチューンインレンズ(乃至レンズ系)の間でレトロリフレクタに互って延 びる測定区間にまで、また場合によっては各単モード−導波体内に位置する再結 合装置の後方範囲にまで達する全干渉計システム内で案内し、この場合、分光器 および再結合装置は導波体結合器によって形成しておくと特に効果的である。In the present invention, the spectroscope and the recombiner are each configured as separate optical elements. Needless to say, it is possible, and in some use cases, to In some cases, it may be especially advantageous to take the following measures. The above-mentioned method for integrating optical elements In order to make possible a simple and perfect adjustment in the embodiment, the light source A tune-out lens (or lens system) that directs the light generated from the lens into the surrounding medium. and the retroreflector between the tune-in lens (or lens system). up to the measuring section extending over the length of the measurement range, and possibly even to the recombination located within each single-mode waveguide. In this case, the spectrometer It is particularly effective if the recombination device is formed by a waveguide coupler.

次に添付の図面に示した各実施例につき本発明におけるその他の利点および詳細 を説明する:第1図および第2図ならびに第3図には、本発明による干渉計シス テムの各実施例がそれぞれ概略的に示されている。Other advantages and details of the invention are shown below in the accompanying drawings. 1, 2 and 3 show an interferometer system according to the present invention. Each embodiment of the system is shown schematically.

第1図に示されている干渉計システムは、有利にはレーザーダイオードとして構 成されたレーザー光線源(1)を有しており、このレーザー光線源から放射され る光は、ニオブ酸リチウムから成るウェーハ(3)上で拡散されている単モード −導波体路(2)内にチューンインされる1分光器(B)内では、光が当初は導 波体路(4)内で伝送される測定ビームと、矢張すウエーハ(3)内に集積配置 された基準部(4)内でミラー(6)を介して再結合装置(A)に導かれる基準 ビームとに分割される0次いでこの測定ビームは、導波体(4)から放出されて 、チューンアウトレンズ(7)により規準調整される。ところで、測定区間は気 相の周辺媒質(大抵の場合は空気)にさらされており、例えば図示されてない工 具の往復台に固定されたトリプルミラーとしてのレトロリフレクタ(8)に達す るまで延びている。このレトロリフレクタ(8)は、測定ビームの光軸を平行に シフトさせてから該ビームを送り返すが、その際にレトロリフレクタ(8)の側 方変位もしくはその傾倒運動がフィードバックされる測定ビームの方向を変動さ せることはなく、単に非臨界的な規模での平行移動が行なわれるに過ぎない。The interferometer system shown in FIG. 1 is advantageously configured as a laser diode. It has a laser beam source (1) made of The light is a single mode light that is diffused on a wafer (3) made of lithium niobate. - In the spectrometer (B) tuned into the waveguide path (2), the light is initially guided The measurement beam transmitted in the wave body path (4) and the integrated arrangement in the extending wafer (3) The reference part (4) is guided through the mirror (6) to the recombining device (A). This measurement beam is then emitted from the waveguide (4) and split into a beam and a , are calibrated by a tune-out lens (7). By the way, don't worry about the measurement interval. The phase is exposed to the surrounding medium (often air), e.g. Reaching the retroreflector (8) as a triple mirror fixed on the carriage of the tool It extends until This retroreflector (8) aligns the optical axis of the measurement beam in parallel. After shifting, the beam is sent back, but at that time, the side of the retroreflector (8) The direction of the measuring beam, which is fed back by its displacement or its tilting motion, is varied. There is no translation, only a translation on a non-critical scale.

本発明によれば、レトロリフレクタ(8)から帰還する測定ビームが別個に設け られたチューンインレンズ(9)により第2の単モード−導波体(11)内にチ ューンインされるので、障害となるレーザー光線がレーザーダイオード(1)内 にフィードバックされることは回避できる。According to the invention, the measurement beam returning from the retroreflector (8) is provided separately. A tuned tune-in lens (9) allows the tuning into the second single mode waveguide (11). Because the laser beam is tuned in, the interfering laser beam is inside the laser diode (1). This can be avoided.

第1図に示されている本発明の実施例では、ウェーハ(3)内で拡散される第2 の単モード−導波体(11)におけるレンズ(9)の焦点を取り巻く焦点面内に 配置された面(10)が、その焦点範囲外に位置せしめられて波頭歪みに起因す る強度をフェードアウトするためのウニイブガイドとして機能する。この場合に 用いられるのは単モード−導波体であるため、レンズ(9)を介して導波体(1 1)内にチューンインされる測定ビームの波頭はほぼ理想的な状態に保たれてお り、測定区間に沿ってレトロリフレクタ(8)により導かれる波頭歪みは、単に チューンインの質を低下させるに過ぎない、従って本発明による干渉計システム を調整するためには、単に充分な量の光をウェーハ(3)内で拡散する導波体路 (11)に供給しさえすればよい、この方式が臨界的でないことは、レトロリフ レクタ(8)から矢張り平行に戻された各ビームがレンズ(9)によりそれぞれ 同一の点で焦点面内に集束され、次いで全てのビームが導波体(11)に当てら れるという理由から明らかである。図示の実施例においては、第2の導波体(1 1)内へのチューンインが、レンズ軸線を中心としたミリメートル単位の範囲内 でチューンインレンズに当るビームについて典型的に行なわれるので、これによ って特に臨界的な条件が生ずることはない。In the embodiment of the invention shown in FIG. single mode - in the focal plane surrounding the focal point of the lens (9) in the waveguide (11) The arranged surface (10) is located outside its focal range and is caused by wavefront distortion. It functions as a unique guide to fade out the intensity of the signal. In this case Since a single mode waveguide is used, the waveguide (1 1) The wavefront of the measurement beam tuned in is kept in an almost ideal state. Therefore, the wavefront distortion induced by the retroreflector (8) along the measurement section is simply The interferometer system according to the invention therefore only reduces the quality of the tune-in. To tune the waveguide path, simply diffuse a sufficient amount of light within the wafer (3). (11), this method is not critical. Each beam returned from the rectifier (8) to be parallel to each other is focused in the focal plane at the same point and then all beams hit the waveguide (11). This is obvious because of the fact that In the illustrated embodiment, the second waveguide (1 1) Tune-in within the range of millimeters around the lens axis This is typically done for the beam hitting the tune-in lens in Therefore, no particularly critical conditions arise.

測定区間からフィードバックされる測定ビームは、分光器(A)として構成され た再結合装置内で、基準部(5)内に導かれた基準ビームと共に干渉処理される 6次いでその干渉信号が各検出器(12a)〜(12d)によって検出され、図 示されてない電子的な評価回路内で評価される9図示の実施例で用いられている のは単周波−干渉計であり、この場合、レトロリフレクタ(8)の運動方向に関 する情報を得るためには、光源(1)から放射された光を偏向させる2つの異な った偏光装置が利用される。そのためにはレトロリフレクタ(8)の手前に偏光 度に関連して機能する位相延引器(13)が組み込まれており、例えばこの延引 器は、同価光装置間において90°の相対的な位相差を生ゼしぬる。再結合装f  (A)に設けられた2つの互いに相補的なアウトプットは、ウェーハ(3)内 で拡散された導波体路(14)乃至(15)を介して偏光分光器(17)に結合 されており、偏光分光器のアウトプットは前述の各光電検出器(12a)〜(1 2d)に通じている。これらの光電検出@ (12a) 〜(12d)は、その 相対的な位相関係のもとでシフトされた干渉信号を受信し、各受信信号からは単 にレトロリフレクタ(8)のシフト運動行程のみならず、シフト方向をも明確に 規定することが出来る。更に再結合装fjl(A)における2つの相補的なアウ トプット(14)、(15)の強度を検出することによって、通常のホモダイン 操作方式では測定エラーとなりかねない各種の影響ファクター(機械工学及び電 子工学における熱的なドリフト、光源の強度変動、僅かな誤調整に基づく強度変 動など)を消去することが出来るので、その強度変動がこれらの影響ファクター の変動にのみ起因するものであるのか、或いは実際にレトロリフレクタ(8)の 運動に由来するものであるのかを確認することも可能になる。つまり測定ビーム と基準ビームとが合流した後では、単に1つの干渉信号ビームのみが用いられる のではなく、相補的な干渉信号を提供する分光器における第2のアウトプットを も利用することが出来るようになる。斯くして、強度を不都合に変動させる全て の影響値が両相補信号に対して同じように作用する一方、往復台における実際の 工程のみが干渉パターンを変化させ、ひいては両相補信号における相対的な強度 のずれを生せしめるので、ホモダイン−レーザー干渉計が用いられた場合でも、 以下に述べる2周波数−装置を用いた場合(ヘテロダイン法)と同様に、機械シ ステムの停止状態を正確に把握することが出来る。このように測定ビームを第2 の単モード−導波体内にチューンインし、この導波体と論理的に関連づけられた ウニイブガイド効果を充分に利用し且つ単モード−導波体内における波頭の状態 を理想的なものにすることによって、工業的な条件下においても、実際に申し分 なく規定された相補的な干渉信号を得ると共に、この信号をエレクトロニクス機 器により高い信頼度で評価することが保証される。The measuring beam fed back from the measuring section is configured as a spectrometer (A). In the recombining device, the beam is subjected to interference processing together with the reference beam guided into the reference part (5). 6 The interference signal is then detected by each detector (12a) to (12d), and 9 used in the illustrated embodiment evaluated in an electronic evaluation circuit not shown is a single-frequency interferometer, in which case the direction of movement of the retroreflector (8) is In order to obtain information about A polarizing device that is To do this, the polarized light must be placed in front of the retroreflector (8). A phase delayer (13) is incorporated, which functions in conjunction with the The device creates a 90° relative phase difference between equivalent optical devices. recombination device f The two mutually complementary outputs provided in (A) are located within the wafer (3). coupled to a polarization spectrometer (17) via waveguide paths (14) to (15) diffused by The output of the polarization spectrometer is output from each of the photoelectric detectors (12a) to (12a) described above. 2d). These photoelectric detection @(12a) to (12d) are Interfering signals are received shifted in a relative phase relationship, and a single signal is generated from each received signal. In addition to the shift movement stroke of the retroreflector (8), the shift direction is also clearly defined. It can be stipulated. Furthermore, two complementary outs in the recombiner fjl(A) By detecting the intensities of topputs (14) and (15), normal homodyne The operating method is subject to various influencing factors (mechanical and electrical engineering) that can lead to measurement errors. Intensity changes due to thermal drift in child engineering, light source intensity fluctuations, and slight misadjustments. fluctuations) can be eliminated, so the intensity fluctuations can be considered as these influencing factors. Is this due solely to fluctuations in the retroreflector (8) or is it actually due to changes in the retroreflector (8)? It will also be possible to confirm whether the problem is caused by exercise. i.e. measurement beam After the merging of the interfering signal beam and the reference beam, only one interfering signal beam is used. rather than a second output in the spectrometer that provides a complementary interference signal. will also be available for use. All that thus causes the intensity to fluctuate unfavorably. While the influence value of acts on both complementary signals in the same way, the actual Only the process changes the interference pattern and thus the relative intensities in both complementary signals. Even when a homodyne-laser interferometer is used, Similar to the case using a two-frequency device (heterodyne method) described below, the mechanical system It is possible to accurately grasp the stopped state of the stem. In this way, the measurement beam single mode - tuned into the waveguide and logically associated with this waveguide. Making full use of the unibu guide effect and improving the state of the wavefront in the single mode waveguide. By making it ideal, it is practically satisfactory even under industrial conditions. Obtain a defined complementary interference signal without using This guarantees that the evaluation can be performed with high reliability.

本発明による干渉系システムは原則としてヘテロダイン方式で操作され、この場 合、周波数的に稍々異なった2つの光周波数が用いられる。本発明で用いられる ニオブ酸リチウム素材の利点は、これを音響光学的な変調器内にも組み込むこと ができるところにあり、この場合、音響周波数でシフトされた光周波数を得るた めに変調器の蒸着処理が行なわれる。このヘテロダイン仕様の干渉計においては 、前述した例におけるように4個の充電素子(12a)〜(12d)を用いる必 要がなく、その代りに1個の検出用フォトダイオードを設けておきさえすればよ い、更にこの実施例においては、偏光度に反応する位相延引器(13)および偏 光分光器(16)、(17)をも省略することが可能である。The interferometric system according to the invention operates in principle in a heterodyne manner; In this case, two slightly different optical frequencies are used. used in the present invention The advantage of lithium niobate material is that it can also be incorporated into acousto-optic modulators. In this case, to obtain the optical frequency shifted by the acoustic frequency, For this purpose, a modulator deposition process is performed. In this heterodyne specification interferometer, , it is necessary to use four charging elements (12a) to (12d) as in the example described above. All you need to do is install one detection photodiode instead. Furthermore, in this embodiment, a phase extender (13) and a polarizer which respond to the degree of polarization are used. It is also possible to omit the optical spectrometers (16) and (17).

光をウェーハ(3)内で各車モード−導波体路内に導くようにした集st型の構 成様式を採用することにより、コンパクトな構造が得られると同時に、基準ビー ムと測定ビームとが単モード−導波体内で理想的な波頭状態を有していることに 基づいて両ビーム間における極めて効果的な干渉プロセスをも実現することが出 来る。しかのみならずこの実施例では、光学的な要素の大部分を予め調整してお くことが可能である。A cluster type structure in which light is guided into each mode-waveguide path within the wafer (3). By adopting this structure, a compact structure can be obtained, while at the same time It is assumed that the beam and the measurement beam have ideal wavefront conditions within the single mode waveguide. Based on this, it is possible to realize an extremely effective interference process between both beams. come. However, in this example, most of the optical elements are adjusted in advance. It is possible to

本発明の有利な実施例では、ウェーハ(3)内に延在している基準区間(5)の 長さと矢張すウェーハ(3)内に延在している各導波体(4)、(11)の長さ のトータルとが等しい値に設定されており、この措置によれば、干渉計がウェー ハ(3)の温度による影響を受けることもほぼ完全に回避される。光源として特 にレーザーダイオード(1)が好適である理由は、その所要スペースが僅かであ り、コスト面でも有利とされるところにある。In an advantageous embodiment of the invention, a reference section (5) extending into the wafer (3) is provided. The length of each waveguide (4), (11) extending within the wafer (3) is set equal to the total of the interferometer waveforms. The influence of temperature (c) (3) is also almost completely avoided. Special as a light source The reason why the laser diode (1) is suitable for this is that it requires only a small amount of space. It is also said to be advantageous in terms of cost.

この干渉計による測定値は測定区間内に存在する気中波長の単位であられされ、 気中波長そのものは光の周波数と周辺媒質(大抵の場合は空気)の屈折率とによ って左右されるので、この気中波長は独自の装置によって連続的に検出されるこ とが望ましい。光源の周波数が既知数として得られるならば、気中波長を知るた めには屈折率の測定を行なうだけで充分である。その最も簡単な実施例では、空 気の温度および湿度と気圧とを測定する所謂パラメータ法により屈折率の検出を 行なうことが出来る。なお、光源の周波数をもこの気中波長測定に関連させよう とする場合には、測定区間と同じ環境条件におかれた測定用の具体例(エタロン )との比較が可能である。このような実施態様の1例では、光源に由来する光を 本来の干渉計から分岐させることが必要とされ、これを最も簡単に実現するため にはミ光線路内における光源の直後に配置された分光器(C)が用いられる。Measured values by this interferometer are expressed in units of airborne wavelengths existing within the measurement interval, The atmospheric wavelength itself depends on the frequency of the light and the refractive index of the surrounding medium (air in most cases). This airborne wavelength can be continuously detected by a proprietary device. is desirable. If the frequency of the light source can be obtained as a known number, in order to find out the atmospheric wavelength, For this reason, it is sufficient to measure the refractive index. In its simplest implementation, an empty The refractive index can be detected using the so-called parametric method that measures the temperature, humidity, and atmospheric pressure of the air. It can be done. In addition, let's also relate the frequency of the light source to this aerial wavelength measurement. In this case, a concrete example for measurement (etalon) placed under the same environmental conditions as the measurement section is used. ) can be compared. In one example of such an implementation, the light originating from the light source is It is necessary to branch out from the original interferometer, and in order to achieve this most easily, A spectrometer (C) placed immediately after the light source in the optical path is used.

測定ビームを先づ周辺媒質内における測定区間の手前で単モード−導波体内に導 き、次いでチューンアウトレンズにより測定区間内に導くという措置がとられて いるならば、光学的なビームガイドにおける傑出した安定性と再現性とを得るこ とが出来る。The measurement beam is first guided into the single mode waveguide before the measurement section in the surrounding medium. and then guided into the measurement zone using a tune-out lens. If the I can do that.

ウェーハに使用する好適な素材としては、前述したニオブ酸リチウムのほかに、 例えばガラス及び砒化ガリウム等が挙げられる。In addition to the aforementioned lithium niobate, suitable materials for use in wafers include: Examples include glass and gallium arsenide.

更に単モード−導波体をウェーハ上に集積する実施態様のほかにも、グラスファ イバーを単モード−導波体として用いる実施態様が可能であり、第2図に示され ているのはその1実施例である。Furthermore, in addition to implementations in which single mode waveguides are integrated on wafers, glass fiber An embodiment using the waveguide as a single mode waveguide is possible and is shown in FIG. This is one example.

第2図の実施例に示された干渉計は、図示されてない可動な構成要素のシフト運 動を検出するために用いられ、この場合、トリプルミラー(8)が可動構成要素 上にダイレクトに固定されていると特に有利である。レーザーダイオード(1) から放射されたレーザー光線は、先づグラスファイバー(2)内にチューンイン され、次いでそこから連結器としての分光器(B)内に達し、この連結器内で測 定部に所属するグラスファイバー(4)と基準部に所属するグラスファイバー( 5)とに分割される。更にグラスファイバー(4)からチューンアウトレンズ( 7)を経て周辺媒質中に延在する本来の測定区間に達したこの光は、トリプルミ ラー(8)によりビーム軸線をずらされた状態でそれ自体と平行にフィードバッ クされる0本発明によれば、フィードバックされてきた測定ビームは別個に設け られているチューンインレンズ(9)により第2の単モード−導波体(グラスフ ァイバー11)内にチューンインされる。The interferometer shown in the embodiment of FIG. The triple mirror (8) is used to detect motion, in which case the triple mirror (8) is the movable component. It is particularly advantageous if it is fixed directly on top. Laser diode (1) The laser beam emitted from is first tuned into the glass fiber (2). from there into the spectrometer (B) as a coupler, in which the measurement is carried out. Glass fiber belonging to the fixed part (4) and glass fiber belonging to the reference part (4) 5) It is divided into Furthermore, tune-out lenses ( 7) and reaches the original measurement section extending into the surrounding medium, this light is triple-mimic. feedback parallel to itself with the beam axis shifted by the mirror (8). According to the present invention, the measurement beam fed back is provided separately. A tune-in lens (9) is connected to the second single mode waveguide (glass is tuned into the fiber 11).

この第2図に示されている実施例においても、測定区間に面した側に位置し、て いるグラスファイバー(4)、(11)の各端部範囲を互いに平行に配置してお くと有利であって、この措置がとられているならば、トリプルミラー(8)のシ フト運動に際して高価な偏向装置を用いることなく、常に所望されるように効果 的に、測定区間からフィードバックされてきた測定ビームをグラスファイバー( 11)内にチューンインさせることが達成される。グラスファイバー(4)及び (11)の各端部における相対的な方位を精確に整定するための有利な実施態様 では、これらの端部が共通のキャリア(18)に固定されており、更にこの場合 、チューンアウトレンズ(7)とチューンインレンズ(9)とのグラスファイバ ー(4)乃至(11)に対する相対的な調整が確実に行なわれるようにするため には、該キャリア(18)をこれが各レンズ(7)、(9)をも担持するように 構成しておくと好都合である。In the embodiment shown in FIG. 2 as well, the The end areas of the glass fibers (4) and (11) are arranged parallel to each other. If this measure is taken, the triple mirror (8) system will be The desired effect is always achieved without the need for expensive deflection devices during foot movements. In general, the measurement beam fed back from the measurement section is connected to a glass fiber ( 11) is achieved. Glass fiber (4) and Advantageous embodiment for precisely setting the relative orientation at each end of (11) , these ends are fixed to a common carrier (18) and furthermore in this case , glass fiber with tune-out lens (7) and tune-in lens (9) - To ensure that relative adjustments are made to (4) to (11). , the carrier (18) is arranged so that it also carries each lens (7), (9). It is convenient to configure this.

チューンインレンズ(9)とチューンアウトレンズ(,7)どは、有利には同等 なものとして、それも特に等しい焦点距離を有するレンズとして構成される。こ の種のチューンインレンズおよびチューンアウトレンズとして用いるのに特に好 適とされるのは、その平坦な接続面を介してキャリア(18)に直接的に固定で きるグラジェント−インデックス−レンズである。Tune-in lenses (9) and tune-out lenses (,7) are advantageously equivalent. As such, it is also specifically constructed as lenses with equal focal lengths. child Particularly suitable for use as tune-in and tune-out lenses for species of Suitable are those which can be fixed directly to the carrier (18) via their flat connecting surface. It is a gradient-index lens that can be used.

測定区間からグラスファイバー(11)内にフィードバッグされた光と、基準部 のグラスファイバー(5)内に導かれた光とは、連結器(A)内で再結合される 。測定往復台の運動方向を検出するため同価光値(ボラリゼーション)間で有利 には90”の値に設定される位相偏差は、トリプルプリズム内の全反射により、 或いは第2図には示されてない複屈折を行なう四分の一波長板を用いることによ って得ることが出来る。連結器(A)の両アウトプットにおける干渉信号は、偏 光分光器もしくは分光器と偏光操作とによって、互いに垂直な偏光状態に応じて それぞれ別個に検出可能であるCl2a、12b、12c、12d)、第2図に 示されている実施例においては、偏光状態に応じたビーム分割は2つの分光器( AL”)、(A2’ )と各検出器(12a)〜(12d)の手前に配置された 4つの偏光フィルタ(26a)〜(28d)とを介して行なわれる。この2つの 分光器(Al’)、(A2’)の代りに偏光分光器が用いられる場合には、当然 のこと乍ら、偏光フィルタ(26a)〜(26d)は省略することが出来る。The light fed back into the glass fiber (11) from the measurement section and the reference section The light guided into the glass fiber (5) is recombined within the coupler (A). . Advantageous between equivalent light values (volatization) for detecting the direction of movement of the measuring carriage The phase deviation, which is set to a value of 90”, is due to total internal reflection within the triple prism. Alternatively, by using a quarter-wave plate that provides birefringence, which is not shown in Figure 2. You can get it. The interference signals at both outputs of coupler (A) are polarized. Depending on the polarization state perpendicular to each other, using a light spectrometer or a spectrometer and polarization manipulation, Cl2a, 12b, 12c, 12d), each separately detectable, in Fig. In the example shown, the beam splitting according to the polarization state is performed using two spectrometers ( AL''), (A2') and placed in front of each detector (12a) to (12d). This is done through four polarizing filters (26a) to (28d). These two If a polarization spectrometer is used instead of the spectrometers (Al') and (A2'), of course However, the polarizing filters (26a) to (26d) can be omitted.

上述の例に対して二者択一的に、第2a図および第2b図に示された形式によっ て偏光度に応じた信号分割を実施することも可能である(これらの図面に示され た変化態様では再結合装置Aの手前における配置形式が第2図の実施例の場合に 等しい)。第2a図に示された例では、再結合装置(A)における両アウトプッ ト部位のすぐ手前に配置されたレンズ(27)が用いられている。このレンズ( 27)により結像された両ビームは、先づ偏光分光器(A3)に達し、そこから 4つの検出器(12a)〜(12a)に導かれる。また第2brMに示された変 化態様においては、第2図の実施例とは異なって2つの分光器(A1’)、(A 2”)が省略されており、最終的に偏光フィルタ(26a)〜(26d)を介し て偏光度に応じた立体的な信号分割を達成するためには、再結合装置(A)の両 アウトプットファイバーから構成された散開する反射円錐(28)、(29)が 利用されている。この場合、各検出器(12a)〜(12d)はそれぞれ1つの 電子的な評価回路(19)に接続されている。Alternatively to the above example, the format shown in Figures 2a and 2b may be used. It is also possible to perform signal division according to the degree of polarization (as shown in these figures). In the variation described above, the arrangement form in front of the recombining device A is the same as that of the embodiment shown in FIG. equal). In the example shown in Figure 2a, both outputs at the recombiner (A) A lens (27) is used which is placed just in front of the target area. This lens ( Both beams imaged by 27) first reach the polarization spectrometer (A3), and from there It is guided to four detectors (12a) to (12a). Also, the changes shown in the second brM In this embodiment, two spectrometers (A1') and (A 2”) is omitted, and the light is finally passed through polarizing filters (26a) to (26d). In order to achieve three-dimensional signal splitting according to the degree of polarization, it is necessary to The diverging reflection cones (28) and (29) composed of output fibers are It's being used. In this case, each detector (12a) to (12d) has one It is connected to an electronic evaluation circuit (19).

第2図から明らかなように、光源(1)に由来する光は周辺媒質中に延在する測 定区間に達するまで各単モード−導波体(グラスファイバー)内を導かれるので 、妨害光線による不都合な影響は充分に除外され、更に連結器(A)内での再結 合に際しては、測定部−グラスファイバー(11)及び基準部−グラスファイバ ー(5)内で申し分のない状態の波頭が得られるので、傑出した干渉信号特性が 保証される。この場合いづれにせよ生ずる波頭歪みは、測定区間からフィードバ ックされてきた測定ビームをグラスファイバー(11)内にチューンインする際 に得られるウニイブガイド効果によって消去される。As is clear from Figure 2, the light originating from the light source (1) extends into the surrounding medium. Each single mode is guided through the waveguide (glass fiber) until it reaches a fixed section. , the undesirable influence of interfering rays is largely excluded and furthermore the recombination in the coupler (A) is In this case, the measurement part - glass fiber (11) and the reference part - glass fiber – (5), the wavefront is in perfect condition, resulting in outstanding interference signal characteristics. Guaranteed. In this case, the wavefront distortion that occurs in any case is caused by the feedback from the measurement section. When tuning the measured beam into the glass fiber (11) It is erased by the Unibu Guide effect obtained.

既に公知となっている各種の干渉計では、光を測定ビームと基準ビームとに分割 するための分光器が、同時に、測定ビーム並びに基準ビームの干渉を行なわせる 再結合装置としても用いらる。しかるに本発明の有利な実施態様においては、光 源に対するレーザー光線の反作用を完全に除外するため、分光器(連結器B)と 再結合装置(連結器A)とがそれぞれ別個の光学素子として構成されている。Various known interferometers split light into a measurement beam and a reference beam. A spectrometer for simultaneous interference of the measurement and reference beams Also used as a recombination device. However, in an advantageous embodiment of the invention, the light In order to completely exclude the reaction of the laser beam to the source, a spectrometer (coupler B) and The recombining device (coupler A) is constructed as a respective separate optical element.

起こり得るどのような温度変化が発生したとしても、基準部と測定部との間に相 対的な長さ変動が生じないようにするため、本発明の有利な実施例ではグラスフ ァイバー(4)及び(11)のガラス内距離とグラスファイバー(5)のガラス 内距離とが等しい値に設定されている。No matter what possible temperature changes occur, there should be no correlation between the reference part and the measuring part. In order to avoid relative length variations, an advantageous embodiment of the invention provides Distance within the glass of fibers (4) and (11) and glass of glass fiber (5) The inner distance is set to the same value.

チューンインレンズ乃至チューンアウトレンズの寸法設計(特にその焦点距離設 計)に際して注意しなければならない点は多々ある二例えばチューンインレンズ 及びチューンアウトレンズの光軸における角度調整に際して達成することの出来 る精度、直径精度ひいては測定区間内で回折により生ずる光線の散開精度、レト ロリフレクタ角度の精度などが主要な留意点である。この場合にメートル単位ま でのシフト運動行程を検出しようとするならば、単モード−導波体の典型的なコ ア直径に関してはマイクロメートル単位の精度を必要とし、また導波体から出る 反射円錐の典型的な開放角に関しては、1mmから10mmまで、有利には2m mから4rrLmまでの値のレンズ焦点距離を必要とすることが実験で明らかに されている。Dimensional design of tune-in and tune-out lenses (especially their focal length settings) There are many points to be careful about when using a tune-in lens. and what can be achieved when adjusting the angle in the optical axis of the tune-out lens. accuracy, diameter accuracy, spread accuracy of light rays generated by diffraction within the measurement section, and retrorelation accuracy. The main points to keep in mind are the accuracy of the reflector angle. In this case, metric units or If we want to detect the shift stroke in the The diameter of the waveguide requires precision on the order of micrometers, and Regarding the typical opening angle of the reflection cone, from 1 mm to 10 mm, advantageously 2 m Experiments have shown that a lens focal length of value from m to 4rrLm is required. has been done.

第3図に示された実施例では11本発明による干渉計システムの各構成要素が第 1図および第2図による実施例におけるのと等しいかほぼ等しい場合には同一の 参照符号であられされている。第3図による実施例が第1図による実施例と相違 している主な点は、第1図に示された実施例の場合、最終的に位相シフトされた 干渉信号を得るために2つの異なった偏光操作が行なわれ、そのうち一方の偏光 度が他方の偏光度から有利には90°位相延引されるのに対し、第3図に示した 実施例では、偏光されないか或いは単純に偏光された光を利用するだけで充分に 所期の目的が達成され、レトロリフレクタ(8)の運動方向を知るために所望さ れる位相のずらされた干渉信号は、以下に詳述するように、立体的に分離された 各評価チャネルで生ゼしぬられるところにある。In the embodiment shown in FIG. 3, each of the eleven components of the interferometer system according to the present invention is Identical if equal or approximately equal to that in the embodiment according to FIGS. 1 and 2. It is marked with a reference sign. The embodiment shown in Fig. 3 is different from the embodiment shown in Fig. 1. The main point is that in the case of the embodiment shown in FIG. To obtain the interference signal, two different polarization operations are performed, one of which is While the degree of polarization is advantageously phase-stretched by 90° from the other degree of polarization, as shown in FIG. In embodiments, it may be sufficient to utilize unpolarized or simply polarized light. The desired purpose is achieved and the direction of movement of the retroreflector (8) is known. The out-of-phase interfering signals that are It is about to be exposed in each evaluation channel.

分光器(20)は基準部(5)の基準ビームを別個の2つの基準一部分ビーム部 (24)および(25)に分割する。これと同様に分光ユニット(21)も、測 定区間から第2の単モード−導波体(11)内にチューンインされた測定ビーム を矢張り2つの測定一部分ビームに分割し、これらの部分ビームが導波体(26 )、(27)内に導かれる。両回結合装置(A1)、(A2)内ではそれぞれ1 つの測定一部分ビームと基準一部分ビームとが干渉処理される。この実施例で決 定的なポイントとされているのは、再結合装置(A1)における測定一部分ビー ムと基準一部分ビームとの間の相対的な位相関係と、再結合装置(A2)におけ る測定一部分ビームと基準一部分ビームとの間の相対的な位相関係とをそれぞれ 互いに異なるものにしたところにあり、従って各検出器(12a)及び(12c )と検出器(12b)及び(12d)とにおいて受信される各干渉信号も矢張り 互いに位相シフトされた状態におかれている。The spectrometer (20) divides the reference beam of the reference section (5) into two separate reference partial beam sections. Divide into (24) and (25). Similarly, the spectroscopic unit (21) also performs measurement. Measuring beam tuned into the second single-mode waveguide (11) from a fixed section is divided into two measuring partial beams, and these partial beams are connected to a waveguide (26 ), (27). 1 in each of the double coupling devices (A1) and (A2) The two measurement sub-beams and the reference sub-beam are interferometrically processed. determined by this example. The fixed point is that the measurement partial beam in the recombiner (A1) The relative phase relationship between the beam and the reference partial beam and the relationship in the recombiner (A2) the relative phase relationship between the measurement partial beam and the reference partial beam, respectively. The detectors (12a) and (12c) are different from each other. ) and the detectors (12b) and (12d). They are placed in a phase-shifted state with respect to each other.

2つの再結合装置(A1)及び(A2)における基準一部分ビームと測定一部分 ビームとの間でこのように互いに異なった相対的位相関係を生ゼしめるため、測 定一部分ビーム部(26)には例えば90@の移相を惹起することの出来る位相 トリム装置が設けられている。第3図に示された光伝播ラインは、実地において はグラスファイバーとして、または光学的に集積された構造として実現可能であ る。光学的に集積される構成様式においては、所望の位相トリミングが達成され るようにするため、それぞれ該当の導波体における屈折率を点状に変動させるこ とが出来る。グラスファイバー仕様の実施例においては、トリミングのためにね じり変形可能なグラスファイバー・ループが用いられる(この効果はつい先頃ベ リー・フェイズ: Berry−Phaseとの関連で公知となったものである )。Reference part beam and measurement part in two recombiners (A1) and (A2) Because this creates different relative phase relationships with the beam, measurement The constant partial beam section (26) has a phase that can induce a phase shift of, for example, 90@. A trim device is provided. The light propagation line shown in Figure 3 is can be realized as glass fibers or as optically integrated structures. Ru. In optically integrated configurations, the desired phase trimming is achieved. In order to I can do that. In fiberglass embodiments, for trimming. A twistable glass fiber loop is used (this effect has recently been Lee-Phase: It became publicly known in connection with Berry-Phase. ).

第3図に示されているように充分に相互分離された複数のチャネルを用いた操作 が行なわれるならば、偏光操作が行なわれる場合に比した利点、即ち測定区間で の反射および全反射に際する偏光依存性効果が非臨界的であり、分光器に対して 課される条件がより一層緩やかになることが保証される。更に充分相互分1され たチャネルによる操作を実施する場合、基準ビームを3つ以上の基準一部分ビー ムに分割すると同時に、測定ビームをも3つ以上の測定一部分ビームに分割し、 これらの基準一部分ビーム及び測定一部分ビームを、それぞれ適宜に位相トリミ ングした後で、互いに異なる再結合装置において干渉処理するならば、特に簡単 な形式により、しかも所望される規模で互いに相対的に移相されたより多くの干 渉信号を得ることが可能になる。Operation with multiple channels well separated from each other as shown in Figure 3 If the The polarization-dependent effects on reflection and total internal reflection are noncritical and It is guaranteed that the conditions imposed will become even more lenient. Furthermore, they are fully divided into each other. When carrying out operation with multiple channels, the reference beam is divided into three or more reference partial beams. At the same time, the measurement beam is also divided into three or more measurement partial beams, These reference partial beams and measurement partial beams are phase-trimmed as appropriate. This is especially easy if interference processing is performed in different recombiners after in a similar form, yet phase-shifted relative to each other on the desired scale. It becomes possible to obtain interference signals.

なお、本発明による干渉計を単に可視光線においてのみならず、例えば赤外線に おいても効果的に機能させ得ることは言うまでもない。Note that the interferometer according to the present invention can be used not only for visible light but also for example for infrared light. Needless to say, it can function effectively even if

図面の簡単な説明 1・・・レーザー光線、2・・・単モード−導波体(路)、3・・・ウェーハ、 4・・・導波路、5・・・基準部、6・・・ミラー、7・・、チューンインレン ズ(Auskoppellinse) 、8 ・−−レトロリフレクタ、9・− ・チューンインレンズ(Einkoppeilinse) 、10 ・・−面、 11−−。Brief description of the drawing 1...Laser beam, 2...Single mode waveguide (path), 3...Wafer, 4...Waveguide, 5...Reference part, 6...Mirror, 7...Tune-in lens Auskoppelinse, 8・--Retroreflector, 9・- ・Tune-in lens (Einkoppeilinse), 10... - side, 11--.

単モード−導波体、12a〜12d・・・光電検出器、13・・・位相延引器、 14・15・・・導波路、16・17・・・偏光分光器、18・・・キャリア、 20・・・分光器、21・・・分光ユニット、24・25・・・基準一部分ビー ム、26・・・測定一部分ビーム、26a〜26d・・・偏光フィルタ、27・ ・・レンズ、28・29・・・反射円錐、A−A1・A2・・・再結合装置、A 3・・・偏光分光器、Al’  ・A2’  ・B−C・・・分光器。Single mode waveguide, 12a to 12d... photoelectric detector, 13... phase extender, 14, 15... Waveguide, 16, 17... Polarization spectrometer, 18... Carrier, 20...Spectroscope, 21...Spectroscopy unit, 24/25...Reference partial beam 26...Measurement partial beam, 26a-26d...Polarizing filter, 27. ・・Lens, 28・29・・Reflection cone, A-A1・A2・・Recombination device, A 3...Polarization spectrometer, Al', A2', B-C... Spectrometer.

Fig、 2 国際調査報告 mlm−一一一一、PCT/EP 90100423国際調査報告Fig, 2 international search report mlm-1111, PCT/EP 90100423 International Search Report

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1.特に可動な構成要素の距離乃至シフト運動を測定するための干渉計システム であって、レーザー光線源と、レーザー光線源から放射された光を基準ビームと 測定ビームとに分割するために用いられ、この場合、測定ビームが単モードー導 波体によって導かれ、そこから視準調整を行なうチューンアウトレンズ乃至チュ ーンアウトレンズ系を介して、気相の周辺媒質内に少なくとも部分的に延在し且 つ可動な測定ミラーにより導かれる測定区間にまで達するように構成された分光 器と、基準区間を経て導かれてきた基準ビーム並びに測定区間から戻ってきた測 定ビームの干渉がその内部で行なわれる再結合装置と、再結合装置から発生され る少なくとも1つの干渉信号を分析するための検出装置とが設けられている形式 のものにおいて、第2の単モードー導波体(11)と別個のチューンインレンズ (9)乃至チューンインレンズ系とが設けられており、このチューンインレンズ 乃至チューンインレンズ系が、レトロリフレクタ(8)として構成された測定ミ ラーによりビームをずらした状態で逆反射される測定信号を第2の単モードー導 波体(11)内にチューンインするために用いられることを特徴とする干渉計シ ステム。 2.請求項(1)記載の干渉計システムにおいて、そこから測定ビームをチュー ンアウトする単モードー導波体(4)と第2の単モードー導波体(11)とが、 それぞれ測定区間に面した側の端部範囲で互いに平行に位置していることを特徴 とする干渉計システム。 3.請求項(1)又は(2)に記載の干渉計システムにおいて、チューンアウト レンズ(7)と別個のチューンインレンズ(9)とが互いにほぼ同等に構成され ていることを特徴とする干渉計システム。 4.請求項(1)又は(2)に記載の干渉計システムにおいて、トリプルリフレ クタが自体公知の形式によりレトロリフレクタ(8)として構成されていること を特徴とする干渉計システム。 5.請求項(1)〜(4)のいづれか1項に記載の干渉計システムにおいて、光 源(1)から放射された光が、周辺媒質中におけるチューンアウトレンズ(レン ズ系)(7)およびチューンインレンズ(レンズ系)(9)の間でレトロリフレ クタ(8)に亙って延びる測定区間にまで、また場合によっては各単モードー導 波体(2)、(4)、(5)、(11)内に位置する再結合装置(A)の後方範 囲にまで達する全干渉計システム内で案内されており、この場合、分光器(B) および再結合装置(B)が導波体結合器によって形成されていることを特徴とす る干渉計システム。 6.請求項(1)〜(5)のいづれか1項に記載の干渉計システムにおいて、分 光器(B)および再結合装置(A)がそれぞれ別個の光学素子として構成されて いることを特徴とする干渉計システム。 7.請求項(1)〜(6)のいづれか1項に記載の干渉計システムにおいて、各 単モードー導波体(2)、(4)、(5)、(11)がそれぞれグラスファイバ ーから構成されていることを特徴とする干渉計システム。 8.請求項(1)〜(6)のいづれか1項に記載の干渉計システムにおいて、各 単モードー導波体(2)、(4)、(5)、(11)がそれぞれウェーハ内で拡 散する導波路として構成されていることを特徴とする干渉計システム。 9.請求項(1)〜(8)のいづれか1項に記載の干渉計システムにおいて、干 渉計の単モードー導波体(2)、(4)、(5)、(11)と分光器(B)と再 結合装置(A)とがそれぞれ同一のウェーハ上に集積されていることを特徴とす る干渉計システム。 10.請求項(8)又は(9)に記載の干渉計システムにおいて、ウェーハの素 材として結晶質のニオブ酸リチウム(LiNbO3)が用いられていることを特 徴とする干渉計システム。 11.請求項(1)〜(10)のいづれか1項に記載の干渉計システムにおいて 、単モードー導波体(4)、(11)内で分光器(B)と再結合装置(A)との 間に延在する測定ビーム距離のトータルと、単モードー導波体(5)内で延在す る基準区間の距離とが等しい値に設定されていることを特徴とする干渉計システ ム。 12.請求項(1)〜(11)のいづれか1項に記載の干渉計システムにおいて 、光源(1)がレーザダイオードから構成されていることを特徴とする干渉計シ ステム。 13.請求項(1)〜(12)のいづれか1項に記載の干渉計システムにおいて 、測定ビームをチューンアウトする単モードー導波体(4)と第2の単モードー 導波体(11)とにおける少なくとも測定区間に面した各端部範囲が、共通のキ ャリア(18)上に固定されていることを特徴とする干渉計システム。 14.請求項(13)記載の干渉計システムにおいて、チューンインレンズ(7 )及びチューンアウトレンズ(9)がこのキャリアに固定されていることを特徴 とする干渉計システム。 15.チューンインレンズ(系)(7)及びチューンアウトレンズ(系)(9) がそれぞれ1mmから10mmまで、有利には2mmから4mmまでの範囲内の 焦点距離を有していることを特徴とする干渉計システム。 16.請求項(1)〜(15)のいづれか1項に記載の干渉計システムにおいて 、チューンインレンズ(7)及びチューンアウトレンズ(9)がグラジエントー インデックスーレンズとして構成されていることを特徴とする干渉計システム。 17.請求項(1)〜(16)のいづれか1項に記載の干渉計システムにおいて 、レトロリフレクタ(8)が可動な構成要素、特に直線的にシフト可能な測定ス ライダに直接的に固定されていることを特徴とする干渉計システム。 18.請求項(1)〜(17)のいづれか1項に記載の干渉計システムにおいて 、この干渉計システムが1つの光周波数でのみ機能し(ホモダインー作動);再 結合装置(A)に由来する2つの互いに相補的な干渉信号の信号強度を検出する 少なくとも2つの光電検出器(12a)、(12c)乃至(12b)、(12d )が設けられていることを特徴とする干渉計システム。 19.請求項(18)記載の干渉計システムにおいて、有利には互いに垂直な2 つの偏波成分を包含する光が用いられており;測定部及び/又は基準部には、再 結合装置(A)内における測定ビームと基準ビームとの再結合に先立って両偏波 成分の間で所定の位相分、有利には90度の位相分に相当する位相シフトを惹起 させるための装置(13)が設けられており;再結合装置(A)における少なく とも1つの出力部(14)乃至(15)には、その部分ビーム強度を各光電検出 器(12a)、(12b)乃至(12c)、(12d)により検出することの出 来る偏光分光器(16)乃至(17)が設けられていることを特徴とする干渉計 システム。 20.請求項(1)〜(18)のいづれか1項に記載の干渉計システムにおいて 、一方の単モードー導波体内で導かれる基準ビームを少なくとも2つの部分基準 ビームに分割するための分光ユニットが設けられており;測定区間から帰還して 第2の単モードー導波体内にチューンインされる測定ビームを少なくとも2つの 部分測定ビームに分割するための別の分光ユニットが設けられており;その内部 でそれぞれ1つの部分基準ビームと1つの部分測定ビームとに対する干渉を行な わせるための少なくとも2つの再結合装置が設けられており、この場合、個々の 再結合装置における部分基準ビームと部分測定ビームとの相対的な位相関係が互 いに異なっていることを特徴とする干渉計システム。 21.請求項(20)記載の干渉計システムにおいて、個々の再結合装置におけ る部分基準ビームと部分測定ビームとの互いに異なる相対的な位相関係を確定す るために、少なくとも1つの部分基準ビーム及び/又は部分測定ビーム内に位相 トリム装置が配置されていることを特徴とする干渉計システム。[Claims] 1. Interferometer system especially for measuring distance or shifting movements of moving components a laser beam source, and the light emitted from the laser beam source as a reference beam. used to split the measurement beam into a single mode conductor. A tune-out lens or tuner that is guided by a wave body and performs collimation adjustment from there. extending at least partially into the surrounding medium of the gas phase through the lens system; spectroscopy configured to reach a measuring section guided by two movable measuring mirrors. the reference beam guided through the reference section and the measurement section returned from the measurement section. A recombining device in which constant beam interference occurs and a recombining device generated from the recombining device. and a detection device for analyzing at least one interference signal. in which a second single mode waveguide (11) and a separate tune-in lens (9) A tune-in lens system is provided, and this tune-in lens system is provided. The tune-in lens system is configured as a retroreflector (8). The measurement signal retro-reflected by the mirror with the beam shifted is transferred to a second single-mode conductor. An interferometer system characterized in that it is used for tuning into a wave body (11). stem. 2. An interferometer system according to claim (1), from which a measurement beam is tuned. The single-mode waveguide (4) and the second single-mode waveguide (11) are Characteristically, they are located parallel to each other in the end range on the side facing the measurement section. interferometer system. 3. In the interferometer system according to claim (1) or (2), the tune-out The lens (7) and the separate tune-in lens (9) are configured substantially identically to each other. An interferometer system characterized by: 4. In the interferometer system according to claim (1) or (2), triple reflex The reflector is configured as a retroreflector (8) in a manner known per se. An interferometer system featuring: 5. In the interferometer system according to any one of claims (1) to (4), The light emitted from the source (1) passes through a tune-out lens in the surrounding medium. Retro reflex between lens system) (7) and tune-in lens (lens system) (9) (8) and possibly even each single mode conductor. The rear range of the recombiner (A) located in the wave bodies (2), (4), (5), (11) in this case the spectrometer (B). and the recombining device (B) is formed by a waveguide coupler. interferometer system. 6. In the interferometer system according to any one of claims (1) to (5), The optical device (B) and the recombiner (A) are each configured as separate optical elements. An interferometer system characterized by: 7. In the interferometer system according to any one of claims (1) to (6), each Single-mode waveguides (2), (4), (5), and (11) are each made of glass fiber. An interferometer system characterized by comprising: 8. In the interferometer system according to any one of claims (1) to (6), each Single-mode waveguides (2), (4), (5), and (11) are expanded within the wafer, respectively. An interferometer system characterized in that it is configured as a dispersing waveguide. 9. In the interferometer system according to any one of claims (1) to (8), Single-mode waveguides (2), (4), (5), (11) of the interpolator and the spectrometer (B) The bonding devices (A) are each integrated on the same wafer. interferometer system. 10. In the interferometer system according to claim (8) or (9), It is noted that crystalline lithium niobate (LiNbO3) is used as the material. An interferometer system with a special feature. 11. In the interferometer system according to any one of claims (1) to (10), , the spectrometer (B) and the recombiner (A) in the single mode waveguides (4), (11). The total measurement beam distance extending between and within the single mode waveguide (5) An interferometer system characterized in that the distance of a reference interval is set to an equal value. Mu. 12. In the interferometer system according to any one of claims (1) to (11), , an interferometer system characterized in that the light source (1) is composed of a laser diode. stem. 13. In the interferometer system according to any one of claims (1) to (12), , a single-mode waveguide (4) and a second single-mode waveguide to tune out the measurement beam. At least each end range facing the measurement section of the waveguide (11) has a common key. An interferometer system, characterized in that it is fixed on a carrier (18). 14. The interferometer system according to claim (13), wherein the tune-in lens (7 ) and a tune-out lens (9) are fixed to this carrier. interferometer system. 15. Tune-in lens (system) (7) and tune-out lens (system) (9) are each in the range from 1 mm to 10 mm, preferably from 2 mm to 4 mm. An interferometer system having a focal length. 16. In the interferometer system according to any one of claims (1) to (15), , the tune-in lens (7) and tune-out lens (9) are gradient tones. An interferometer system characterized by being configured as an index lens. 17. In the interferometer system according to any one of claims (1) to (16) , the retroreflector (8) is a movable component, in particular a linearly shiftable measuring stage. An interferometer system characterized by being directly fixed to the lidar. 18. In the interferometer system according to any one of claims (1) to (17), , this interferometer system works at only one optical frequency (homodyne operation); detecting the signal strength of two mutually complementary interference signals originating from the coupling device (A); At least two photoelectric detectors (12a), (12c) to (12b), (12d ) is provided. 19. An interferometer system according to claim 18, wherein two mutually perpendicular interferometers are provided. Light containing two polarized components is used; Prior to recombining the measuring beam and the reference beam in the combining device (A), both polarizations are inducing a phase shift between the components corresponding to a predetermined phase amount, advantageously a phase amount of 90 degrees; A device (13) is provided for causing the recombination device (A) to Each output section (14) to (15) outputs the partial beam intensity to each photoelectric detector. The output detected by the detectors (12a), (12b) to (12c), and (12d) An interferometer characterized by being provided with polarization spectrometers (16) to (17) system. 20. In the interferometer system according to any one of claims (1) to (18), , a reference beam guided in one single mode waveguide with at least two partial references. A spectroscopic unit is provided to split the beam into beams; At least two measurement beams are tuned into the second single mode waveguide. A separate spectroscopic unit is provided for splitting into partial measuring beams; Interference is performed on one partial reference beam and one partial measuring beam, respectively. At least two recombining devices are provided for recombining the individual The relative phase relationship of the partial reference beam and partial measurement beam in the recombiner is An interferometer system that is uniquely different. 21. In the interferometer system according to claim (20), in each recombination device, determine the different relative phase relationships between the partial reference beam and the partial measurement beam. phase in at least one partial reference beam and/or partial measurement beam in order to An interferometer system characterized in that a trim device is arranged.
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