JPH0627020A - 気体屈折計 - Google Patents
気体屈折計Info
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- JPH0627020A JPH0627020A JP4050799A JP5079992A JPH0627020A JP H0627020 A JPH0627020 A JP H0627020A JP 4050799 A JP4050799 A JP 4050799A JP 5079992 A JP5079992 A JP 5079992A JP H0627020 A JPH0627020 A JP H0627020A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
- G01N21/45—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length using interferometric methods; using Schlieren methods
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- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 干渉測定機用の安価で高精度の空気屈折計を
提供する。 【構成】 光ビーム発生用の光源１０と、前記光ビーム
の少なくとも一部分を受光すべく位置付けたビーム分割
手段２０と、前記ビーム分割手段と相対的に固定関係で
配置されて、ビーム分割手段と共に前記光ビームに対す
る屈折計を通る異なる長さの第１および第２光路を規定
する少なくとも１個の反射器２６，２８と、気体の屈折
率の変化によって生ずる前記２つの光路長の差の変化を
示す出力信号を発生する検出手段３０とを具え、測定し
ようとする屈折率の全変化範囲に対して生じる屈折計内
における前記２つの光路長の差の最大変化が、使用する
光の１波長よりも短くなるように前記ビーム分割手段２
０および前記反射器２６，２８を配置する。
提供する。 【構成】 光ビーム発生用の光源１０と、前記光ビーム
の少なくとも一部分を受光すべく位置付けたビーム分割
手段２０と、前記ビーム分割手段と相対的に固定関係で
配置されて、ビーム分割手段と共に前記光ビームに対す
る屈折計を通る異なる長さの第１および第２光路を規定
する少なくとも１個の反射器２６，２８と、気体の屈折
率の変化によって生ずる前記２つの光路長の差の変化を
示す出力信号を発生する検出手段３０とを具え、測定し
ようとする屈折率の全変化範囲に対して生じる屈折計内
における前記２つの光路長の差の最大変化が、使用する
光の１波長よりも短くなるように前記ビーム分割手段２
０および前記反射器２６，２８を配置する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は絶対気体（ガス）屈折計
に関するものである。
に関するものである。
【０００２】測定作動、例えばレーザ干渉計を用いての
距離測定に当っては、検出系の出力が光の多数の波長に
よって距離の目安となる縞数を提供する。
距離測定に当っては、検出系の出力が光の多数の波長に
よって距離の目安となる縞数を提供する。
【０００３】しかし、光の波長は光源の周波数の変化に
応じて、また大気状態に応じて変化する。
応じて、また大気状態に応じて変化する。
【０００４】
【従来の技術】従来、周波数が変化する問題は、レーザ
に閉ループ制御系を設けて、その周波数を安定化するこ
とにより処理されていた。波長が大気状態で変化する問
題は、追跡空気屈折計を設けて測定作業中空気の屈折率
を直接測定することによって解決されていた。この場
合、得られた測定屈折率は、測定干渉計によって行われ
る測定を屈折率の如何なる変化に対しても補償するのに
用いられる。このような追跡干渉計の例は米国特許第
４，２１５，９３８号に開示されている。しかし、この
ような装置は空気の屈折率の絶対値を測定するものでな
く、この絶対値は依然として絶対空気屈折計からか、ま
たは地方の温度，大気の圧力および湿度を測定する所謂
測候所から得るようにしなければならない。
に閉ループ制御系を設けて、その周波数を安定化するこ
とにより処理されていた。波長が大気状態で変化する問
題は、追跡空気屈折計を設けて測定作業中空気の屈折率
を直接測定することによって解決されていた。この場
合、得られた測定屈折率は、測定干渉計によって行われ
る測定を屈折率の如何なる変化に対しても補償するのに
用いられる。このような追跡干渉計の例は米国特許第
４，２１５，９３８号に開示されている。しかし、この
ような装置は空気の屈折率の絶対値を測定するものでな
く、この絶対値は依然として絶対空気屈折計からか、ま
たは地方の温度，大気の圧力および湿度を測定する所謂
測候所から得るようにしなければならない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】空気の屈折率の絶対値
を測定するための付加的な要件は測定装置のコストを高
めることになる。
を測定するための付加的な要件は測定装置のコストを高
めることになる。
【０００６】本発明の目的は、測定作業中に空気の屈折
率の如何なる変化も連続的に測定するだけでなく、空気
の屈折率の絶対値をも測定する干渉計による距離測定装
置用の空気屈折計を提供することにある。
率の如何なる変化も連続的に測定するだけでなく、空気
の屈折率の絶対値をも測定する干渉計による距離測定装
置用の空気屈折計を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、光ビーム発生
用の光源と、前記光ビームの少なくとも一部分を受光す
べく位置付けたビーム分割手段と、前記ビーム分割手段
と相対的に固定関係で配置されて、前記ビーム分割手段
と共に前記光ビームに対する屈折計を通る異なる長さの
第１および第２光路を規定する少なくとも１個の反射器
と、気体の屈折率の変化によって生ずる前記２つの光路
長の差の変化を示す出力信号を発生する検出手段とを具
えている気体屈折計において、測定しようとする屈折率
の全変化範囲に対して生じる屈折計内における前記２つ
の光路長の差の最大変化が、使用する光の１波長よりも
短くなるように前記ビーム分割手段および前記反射器を
設計して配置したことを特徴とする。
用の光源と、前記光ビームの少なくとも一部分を受光す
べく位置付けたビーム分割手段と、前記ビーム分割手段
と相対的に固定関係で配置されて、前記ビーム分割手段
と共に前記光ビームに対する屈折計を通る異なる長さの
第１および第２光路を規定する少なくとも１個の反射器
と、気体の屈折率の変化によって生ずる前記２つの光路
長の差の変化を示す出力信号を発生する検出手段とを具
えている気体屈折計において、測定しようとする屈折率
の全変化範囲に対して生じる屈折計内における前記２つ
の光路長の差の最大変化が、使用する光の１波長よりも
短くなるように前記ビーム分割手段および前記反射器を
設計して配置したことを特徴とする。
【０００８】屈折計はビームが通る光路長が異なる２つ
の固定の物理的光路長を有している干渉計として作用す
るが、これらの光路長は屈折計内の大気の屈折率が変化
する場合に変化する。屈折率が変化すると、差分光路長
の変化によって検出器の縞数に差が生ずる。従って、屈
折計は追跡干渉計として作用する。しかし、光路長差は
現在の設計によって制限されており、しかも屈折計がそ
こで作動する大気の絶対屈折率の範囲がわかっているか
ら、屈折計は絶対屈折計としても作用する。
の固定の物理的光路長を有している干渉計として作用す
るが、これらの光路長は屈折計内の大気の屈折率が変化
する場合に変化する。屈折率が変化すると、差分光路長
の変化によって検出器の縞数に差が生ずる。従って、屈
折計は追跡干渉計として作用する。しかし、光路長差は
現在の設計によって制限されており、しかも屈折計がそ
こで作動する大気の絶対屈折率の範囲がわかっているか
ら、屈折計は絶対屈折計としても作用する。
【０００９】光源用にヘリウム−ネオンレーザを用いて
空気中で作動させる屈折計の場合、屈折計を通る光路長
差は６ｍｍとして、空気の屈折率が１００万分（ｐｐ
ｍ）の１００のレンジにわたって変化しても縞数が１つ
分の全体の縞以上変わらないようにすることができる。
空気中で作動させる屈折計の場合、屈折計を通る光路長
差は６ｍｍとして、空気の屈折率が１００万分（ｐｐ
ｍ）の１００のレンジにわたって変化しても縞数が１つ
分の全体の縞以上変わらないようにすることができる。
【００１０】従って、屈折計を先ず標準の温度，圧力お
よび湿度での空気に対して初期較正し、かつ屈折計をス
イッチ・オンさせた場合の大気状態が標準状態とあまり
変わらず、屈折率が±５０ｐｐｍ以上に変化しなけれ
ば、屈折計の読取値は標準状態からの屈折率の絶対変化
を示すことになる。
よび湿度での空気に対して初期較正し、かつ屈折計をス
イッチ・オンさせた場合の大気状態が標準状態とあまり
変わらず、屈折率が±５０ｐｐｍ以上に変化しなけれ
ば、屈折計の読取値は標準状態からの屈折率の絶対変化
を示すことになる。
【００１１】なお、干渉計は必ずしも標準状態に対して
較正する必要はなく、任意の適当な既知の条件を用いる
ことができ、しかも光路長差は１００ｐｐｍ以上か、ま
たはそれ以下のレンジにわたって絶対屈折率を測定する
ように設定することができる。
較正する必要はなく、任意の適当な既知の条件を用いる
ことができ、しかも光路長差は１００ｐｐｍ以上か、ま
たはそれ以下のレンジにわたって絶対屈折率を測定する
ように設定することができる。
【００１２】また、本発明による屈折計は他のタイプの
レーザ、例えばダイオードレーザと一緒に用いることが
でき、しかも他の雰囲気中にて用いることもでき、この
場合には屈折計を１００ｐｐｍのレンジに対して光路長
差が６ｍｍ以外の長さとなるように構成すればよい。
レーザ、例えばダイオードレーザと一緒に用いることが
でき、しかも他の雰囲気中にて用いることもでき、この
場合には屈折計を１００ｐｐｍのレンジに対して光路長
差が６ｍｍ以外の長さとなるように構成すればよい。
【００１３】本発明による屈折計の検出器からの信号は
２通りに有意に使用することができる。先ずは、その信
号を事後処理信号として用い、測定干渉計の測定値を補
正することができる。この目的のためには、測定干渉計
の光源からのビームの一部を用い、かつ同じ大気状態に
曝す屈折計を補助干渉計として用いる。
２通りに有意に使用することができる。先ずは、その信
号を事後処理信号として用い、測定干渉計の測定値を補
正することができる。この目的のためには、測定干渉計
の光源からのビームの一部を用い、かつ同じ大気状態に
曝す屈折計を補助干渉計として用いる。
【００１４】第２としては、上記検出器からの信号を光
源の周波数を変えるための事前処理信号として用いるこ
とができ、これにより光ビームの波長を一定値に保つこ
とができる。特に可調整周波数範囲が比較的大きいレー
ザダイオードは本発明による屈折計で事前処理すること
ができる。これにより長さ測定干渉計にダイオードレー
ザを用いても、この測定干渉計により行った測定値を事
後処理する必要がなくなる。
源の周波数を変えるための事前処理信号として用いるこ
とができ、これにより光ビームの波長を一定値に保つこ
とができる。特に可調整周波数範囲が比較的大きいレー
ザダイオードは本発明による屈折計で事前処理すること
ができる。これにより長さ測定干渉計にダイオードレー
ザを用いても、この測定干渉計により行った測定値を事
後処理する必要がなくなる。
【００１５】空気屈折計としては種々の設計のものを用
いることができる。例えば、標準のマイケルソンまたは
マッハ−ツェンダー干渉計、あるいは光ビームに対して
入口から出口まで２つの異なる長さの光路があり、しか
も光ビームが同じ回数反射および透過する対称平面鏡ま
たはガラスブロックを配列したものでも使用することが
できる。
いることができる。例えば、標準のマイケルソンまたは
マッハ−ツェンダー干渉計、あるいは光ビームに対して
入口から出口まで２つの異なる長さの光路があり、しか
も光ビームが同じ回数反射および透過する対称平面鏡ま
たはガラスブロックを配列したものでも使用することが
できる。
【００１６】本発明の好適例で守るべき重要な設計基準
は、屈折計を通過し、かつ２つの異なる光路長に分かれ
るビームが同数の面に出合い、しかも双方の光路長内に
て同じ厚さの材質を通過するようにすることにある。
は、屈折計を通過し、かつ２つの異なる光路長に分かれ
るビームが同数の面に出合い、しかも双方の光路長内に
て同じ厚さの材質を通過するようにすることにある。
【００１７】本発明の好適例では、屈折計を２個の干渉
計として構成し、各干渉計が内部に光路長差を有してい
るも、２つの干渉計の光路長差の間の差である光路長に
より検出信号を発生させる。
計として構成し、各干渉計が内部に光路長差を有してい
るも、２つの干渉計の光路長差の間の差である光路長に
より検出信号を発生させる。
【００１８】
【実施例】以下図面を参照して本発明を説明するに、図
１には参照番号１８にて総称して示してあるマイケルソ
ンタイプの距離測定干渉計を示してあり、これは屈折率
ｎの空気中にて公称波長λ（空気）の光ビーム１４を発
生するレーザ光源１０を具えている。
１には参照番号１８にて総称して示してあるマイケルソ
ンタイプの距離測定干渉計を示してあり、これは屈折率
ｎの空気中にて公称波長λ（空気）の光ビーム１４を発
生するレーザ光源１０を具えている。
【００１９】マイケルソン干渉計はビーム１４を受光し
て、このビームから参照ビーム２２と測定ビーム２４を
発生するビームスプリッタ２０を具えている。本例で
は、ビームスプリッタ２０は静止したままとし、測定ビ
ーム２４を可動逆反射体２６の方へと向け、また基準ビ
ーム２２をビームスプリッタ２０に固定して取付けた逆
反射体２８の方へと向ける。
て、このビームから参照ビーム２２と測定ビーム２４を
発生するビームスプリッタ２０を具えている。本例で
は、ビームスプリッタ２０は静止したままとし、測定ビ
ーム２４を可動逆反射体２６の方へと向け、また基準ビ
ーム２２をビームスプリッタ２０に固定して取付けた逆
反射体２８の方へと向ける。
【００２０】逆反射体２６および２８から戻ってくるビ
ームはビームスプリッタにて再合成され、この合成ビー
ム２９は検出器３０へと進む。検出器３０は可動逆反射
体２６とビームスプリッタ２０との間の距離Ｄの変化を
表わす縞の数を既知の方法にて検出する。なお、測定操
作に当り、固定および可動逆反射体は相対移動量を測定
すべき装置の２つの相対的に可動自在の部分に取付け
る。
ームはビームスプリッタにて再合成され、この合成ビー
ム２９は検出器３０へと進む。検出器３０は可動逆反射
体２６とビームスプリッタ２０との間の距離Ｄの変化を
表わす縞の数を既知の方法にて検出する。なお、測定操
作に当り、固定および可動逆反射体は相対移動量を測定
すべき装置の２つの相対的に可動自在の部分に取付け
る。
【００２１】距離Ｄは積ｍλ（空気）から計算され、こ
こにｍは検出系により検出される縞の総数である。しか
し、波長λ（空気）は、空気の屈折率が空気の温度，圧
力および湿度で変化することおよびレーザによって発生
されるビームの周波数が変化することのために可変であ
る。この波長変動をリアルタイムで補正するファクタ
（これは特に、測定干渉計によって与えられる測定値を
補正するのに適用することができる）を提供するため
に、補助干渉計の形態の空気屈折計４０をレーザに接近
させ、かつ大気にさらして取付ける。本例ではこの補助
干渉計をマッハ−ツェンダー干渉計とし、これを図２に
詳細に示してある。
こにｍは検出系により検出される縞の総数である。しか
し、波長λ（空気）は、空気の屈折率が空気の温度，圧
力および湿度で変化することおよびレーザによって発生
されるビームの周波数が変化することのために可変であ
る。この波長変動をリアルタイムで補正するファクタ
（これは特に、測定干渉計によって与えられる測定値を
補正するのに適用することができる）を提供するため
に、補助干渉計の形態の空気屈折計４０をレーザに接近
させ、かつ大気にさらして取付ける。本例ではこの補助
干渉計をマッハ−ツェンダー干渉計とし、これを図２に
詳細に示してある。
【００２２】マッハ−ツェンダー干渉計は２個の互いに
傾けたガラスブロック４６，４８と、平面鏡５０とで構
成する。入射する光ビーム１４はガラスブロック４６の
頂部表面における点Ａに当って、一部が平面鏡５０の方
へと反射され、他のビームは透過してガラスブロック４
８へと進む。点Ａにて反射されたビームは平面鏡５０の
点Ｂに当って、ガラスブロック４８の方へと反射され
る。ガラスブロック４８では平面鏡５０から反射されて
きたビームとガラスブロック４６を透過してきたビーム
とが点Ｃにて合成され、この合成ビームが検出器５２へ
と進む。検出器５２は合成ビームによる干渉縞を検出す
ることができる。
傾けたガラスブロック４６，４８と、平面鏡５０とで構
成する。入射する光ビーム１４はガラスブロック４６の
頂部表面における点Ａに当って、一部が平面鏡５０の方
へと反射され、他のビームは透過してガラスブロック４
８へと進む。点Ａにて反射されたビームは平面鏡５０の
点Ｂに当って、ガラスブロック４８の方へと反射され
る。ガラスブロック４８では平面鏡５０から反射されて
きたビームとガラスブロック４６を透過してきたビーム
とが点Ｃにて合成され、この合成ビームが検出器５２へ
と進む。検出器５２は合成ビームによる干渉縞を検出す
ることができる。
【００２３】マッハ−ツェンダー干渉計は、ビームの反
射部分の光路長ＡＢＣと、ビームの透過部分の光路長Ａ
Ｃが相違して、空気の屈折率の変化や、またはレーザビ
ームの周波数の変化が、検出器５２によって観測される
縞模様で検出しうる変化として現われるように設計す
る。
射部分の光路長ＡＢＣと、ビームの透過部分の光路長Ａ
Ｃが相違して、空気の屈折率の変化や、またはレーザビ
ームの周波数の変化が、検出器５２によって観測される
縞模様で検出しうる変化として現われるように設計す
る。
【００２４】補助干渉計の部分の熱膨張または圧力変動
による光路長ＡＢＣおよびＢＣの変動がない瞬時を仮定
すると、物理的な光路長の差Ｌ＝ＡＢＣ−ＡＣは一定で
ある。しかし、光路長は空気の屈折率（ｎ）で変化する
ため、この空気の屈折率が変化する場合には干渉計４０
によって与えられる縞の数が変化し、これが屈折率の変
化の直接的な示度となる。
による光路長ＡＢＣおよびＢＣの変動がない瞬時を仮定
すると、物理的な光路長の差Ｌ＝ＡＢＣ−ＡＣは一定で
ある。しかし、光路長は空気の屈折率（ｎ）で変化する
ため、この空気の屈折率が変化する場合には干渉計４０
によって与えられる縞の数が変化し、これが屈折率の変
化の直接的な示度となる。
【００２５】従って、補助干渉計は空気の屈折率を追跡
する追跡空気屈折計として作用する。しかし、本発明の
好適なる特徴は、補助干渉計のパラメータを慎重に選択
することによって、この干渉計を絶対空気屈折計として
作用すべく有効に設計し得ることにある。この理論的な
背景は次の通りである。空気の屈折率は標準の周囲条件
のもとでは１．０００２９２であることが知られてい
る。従って、補助干渉計が空気の屈折率の前記値からの
最大の変化を記録する際における縞数の変化よりも少な
い変化を記録する（このようなことは世界中の大抵の国
で測定する際に遭遇される）ように補助干渉計を設計す
る場合に、実際に記録される縞数の変化は、値１．００
０２９２に屈折率の較正変化を加えるか、または差引く
ことによって屈折率の絶対値を提供する。従って、多く
の測定用途にとっては、補助干渉計検出器が縞数を極め
て少数部にまで（例えば１００分の１以下）補間しうる
ようにするのが望ましいが、これは今日の補間装置で十
分できることである。
する追跡空気屈折計として作用する。しかし、本発明の
好適なる特徴は、補助干渉計のパラメータを慎重に選択
することによって、この干渉計を絶対空気屈折計として
作用すべく有効に設計し得ることにある。この理論的な
背景は次の通りである。空気の屈折率は標準の周囲条件
のもとでは１．０００２９２であることが知られてい
る。従って、補助干渉計が空気の屈折率の前記値からの
最大の変化を記録する際における縞数の変化よりも少な
い変化を記録する（このようなことは世界中の大抵の国
で測定する際に遭遇される）ように補助干渉計を設計す
る場合に、実際に記録される縞数の変化は、値１．００
０２９２に屈折率の較正変化を加えるか、または差引く
ことによって屈折率の絶対値を提供する。従って、多く
の測定用途にとっては、補助干渉計検出器が縞数を極め
て少数部にまで（例えば１００分の１以下）補間しうる
ようにするのが望ましいが、これは今日の補間装置で十
分できることである。
【００２６】補助干渉計を設計するための基準は次の通
りである。
りである。
【００２７】ａ）許容するのに必要とされる屈折率の最
大変化範囲Δｎを選択する。これは例えばΔｎ＝１００
ｐｐｍ（１００万分の１）とすることができる。
大変化範囲Δｎを選択する。これは例えばΔｎ＝１００
ｐｐｍ（１００万分の１）とすることができる。
【００２８】ｂ）使用すべき光の空気中での波長λ（空
気）を選択する。例えば、ヘリウム−ネオンレーザを用
いる場合には、その波長は０．６ミクロンとすることが
できる。
気）を選択する。例えば、ヘリウム−ネオンレーザを用
いる場合には、その波長は０．６ミクロンとすることが
できる。
【００２９】ｃ）空気の屈折率の変化分Δｎが１００ｐ
ｐｍだけ変化することによって生ずる光路長の変化が、
１つの完全な縞の干渉計の縞数の変化分Δｍだけ変えな
いようにするのに必要とされる物理的な光路長の差Ｌを
次のように計算する。
ｐｍだけ変化することによって生ずる光路長の変化が、
１つの完全な縞の干渉計の縞数の変化分Δｍだけ変えな
いようにするのに必要とされる物理的な光路長の差Ｌを
次のように計算する。
【００３０】１つの縞数ｍは１波長変化，λ（空気）に
等しいから、
等しいから、
【００３１】
【数１】 ｍａｘΔｍ＝λ（空気）＝０．６ミクロン＝０．６×１０-6 …(1)
【００３２】
【数２】 ｍａｘΔｎ＝１００ｐｐｍ＝１００×１０-6 …(2) 光路長はｎＬであり、しかもＬは一定とするから、光路
長の変化は次のように表わすことができる。すなわち、
長の変化は次のように表わすことができる。すなわち、
【００３３】
【数３】 Ｌ・Δｎ＝光路長の変化 …(3) 上述した基準を満たすためには、Ｌ・Δｎはλ（空気）
以下とする必要があり、従ってＬはλ（空気）／Δｎ以
下とする必要がある。すなわち
以下とする必要があり、従ってＬはλ（空気）／Δｎ以
下とする必要がある。すなわち
【００３４】
【数４】 Ｌ＜λ（空気）／Δｎ …(4) 式（１）および（２）からの代入によりＬ＝６ｍｍとな
る。ＡＢＣ−ＡＣが６ｍｍまたはそれ以下となるように
干渉計を定めたならば、その干渉計を較正してＬが実際
にはどれほどになるかを決めることが必要である。
る。ＡＢＣ−ＡＣが６ｍｍまたはそれ以下となるように
干渉計を定めたならば、その干渉計を較正してＬが実際
にはどれほどになるかを決めることが必要である。
【００３５】可能な較正処理は、真空圧にまで排気した
密閉環境内に干渉計を置いて行うことができる。正確に
周波数の安定化を図ったレーザからの、真空中での既知
の一定波長λV の光を用いて干渉計を作動させる場合に
は、距離測定干渉計の使用条件範囲の中心に近い温度，
圧力および湿度に関する既知の条件で密閉環境に空気を
入れることができる。しかし、この場合には干渉計の縞
数の変化分Δｍを記録しておく。
密閉環境内に干渉計を置いて行うことができる。正確に
周波数の安定化を図ったレーザからの、真空中での既知
の一定波長λV の光を用いて干渉計を作動させる場合に
は、距離測定干渉計の使用条件範囲の中心に近い温度，
圧力および湿度に関する既知の条件で密閉環境に空気を
入れることができる。しかし、この場合には干渉計の縞
数の変化分Δｍを記録しておく。
【００３６】空気の諸条件がわかれば、その屈折率ｎを
求めることができる。従って、真空状態から既知の空気
状態までの屈折率の変化がΔｎの値となる。本例の場合
には、真空の屈折率が１であるから、Δｎの値は実際上
ｎに等しくなる。
求めることができる。従って、真空状態から既知の空気
状態までの屈折率の変化がΔｎの値となる。本例の場合
には、真空の屈折率が１であるから、Δｎの値は実際上
ｎに等しくなる。
【００３７】あるいはまた、正確な空気屈折計に対して
補助干渉計を較正することもできる。
補助干渉計を較正することもできる。
【００３８】必要に応じて空気中での光の波長λ（空
気）を関係式λ（空気）＝ｎλV から計算することがで
きる。
気）を関係式λ（空気）＝ｎλV から計算することがで
きる。
【００３９】λV ，ｎおよびΔｍの値を得たら、これら
を用いて距離測定干渉計用の補正係数を次のようにして
決定する。
を用いて距離測定干渉計用の補正係数を次のようにして
決定する。
【００４０】マッハ−ツェンダー干渉計内の距離ＡＢＣ
は縞数ｍと使用する光の波長λとの積によって表わすこ
とができるため、真空中で行われる較正では、
は縞数ｍと使用する光の波長λとの積によって表わすこ
とができるため、真空中で行われる較正では、
【００４１】
【数５】距離ＡＢＣ＝ｍ1 λV 距離ＡＣ＝ｍ2 λV となり、従って、
【００４２】
【数６】ＡＢＣ−ＡＣ＝Ｌ＝（ｍ1 −ｍ2 ）・λV となる。
【００４３】空気中での測定の場合、λの値がλ（空
気）に変化するが、λ（空気）＝ｎ・λV であるから、
Ｌは次のような一般式として表わすことができる。
気）に変化するが、λ（空気）＝ｎ・λV であるから、
Ｌは次のような一般式として表わすことができる。
【００４４】
【数７】 Ｌ＝（ｍ1 −ｍ2 ）・ｎλV …(5) 干渉計を真空中に設定しての較正時には（ｍ1 −ｍ2 ）
もＬもわからない。しかし、真空の場合にはｎ＝１であ
り、λV の値は一定でわかっている。干渉計での読取値
は０に設定することができるが、空気が入っている場合
には、屈折率がｎ＝１からｎ＝ｎ1 に増大するので光路
長ＡＢＣおよびＡＣが変化するから、干渉計の読取値が
変化する。
もＬもわからない。しかし、真空の場合にはｎ＝１であ
り、λV の値は一定でわかっている。干渉計での読取値
は０に設定することができるが、空気が入っている場合
には、屈折率がｎ＝１からｎ＝ｎ1 に増大するので光路
長ＡＢＣおよびＡＣが変化するから、干渉計の読取値が
変化する。
【００４５】従って、空気の屈折率ｎ1 がわかっている
場合には次のように表わすことができる。
場合には次のように表わすことができる。
【００４６】
【数８】距離ＡＢＣ＝ｍ1 ′・ｎ1 ・λV 距離ＡＣ＝ｍ2 ′・ｎ1 ・λV 故に、Ｌ＝（ｍ1 ′−ｍ2 ′）・ｎ1 ・λV 物理的な長さＬは変化しないものとするため、上式は次
のように表わすことができる。
のように表わすことができる。
【００４７】
【数９】（ｍ1 −ｍ2 ）・λV ＝（ｍ1 ′−ｍ2 ′）・
ｎ1 ・λV 較正処理の場合、λV は一定であるから、
ｎ1 ・λV 較正処理の場合、λV は一定であるから、
【００４８】
【数１０】ｍ1 −ｍ2 ＝（ｍ1 ′−ｍ2 ′）・ｎ1 であり、縞数は（ｍ1 ′−ｍ2 ′）＝Δｍ′の値とな
り、これはある数である。ｎ1 も既知の数であるから、
積Δｍ′・ｎ1 を定数Ｋとして次のように表わすことが
できる。
り、これはある数である。ｎ1 も既知の数であるから、
積Δｍ′・ｎ1 を定数Ｋとして次のように表わすことが
できる。
【００４９】
【数１１】 ｍ1 −ｍ2 ＝Ｋ …(6)
【００５０】
【数１２】 Ｌ＝ＫλV ＝Ｋ1 …(7) マッハ−ツェンダー干渉計からの将来の読取りはｎ1 と
同じか、またはそれに近い屈折率ｎ2 を有する空気中に
て（すなわち、総縞数の変化を記録することなしに干渉
計を設計した場合の±５０ｐｐｍの範囲内にて）行うよ
うにする。
同じか、またはそれに近い屈折率ｎ2 を有する空気中に
て（すなわち、総縞数の変化を記録することなしに干渉
計を設計した場合の±５０ｐｐｍの範囲内にて）行うよ
うにする。
【００５１】マッハ−ツェンダー干渉計から様々な条件
にて得られる他の読取値は新規の縞数Δｍ″＝ｍ1 ″−
ｍ2 ″を提供する。
にて得られる他の読取値は新規の縞数Δｍ″＝ｍ1 ″−
ｍ2 ″を提供する。
【００５２】この場合にもＬ＝Δｍ″・λV ″・ｎ2 と
なり、ここにｎ2 は空気の新規な未知の屈折率であり、
λV ″は真空中におけるレーザ光の波長に対する新規の
値（これは周波数安定化レーザではλV に等しくなる）
であり、式（７）のＬに代入すると次のようになる。
なり、ここにｎ2 は空気の新規な未知の屈折率であり、
λV ″は真空中におけるレーザ光の波長に対する新規の
値（これは周波数安定化レーザではλV に等しくなる）
であり、式（７）のＬに代入すると次のようになる。
【００５３】
【数１３】Ｋ1 ／Δｍ″＝λV ″・ｎ2 レーザの周波数を極めて正確に制御しなければ、λV ″
はλV に等しくならないかもしれず、屈折率の変化によ
って誘起される誤差と共に距離干渉計の読取りの誤差を
まねくことになる。
はλV に等しくならないかもしれず、屈折率の変化によ
って誘起される誤差と共に距離干渉計の読取りの誤差を
まねくことになる。
【００５４】しかし、距離測定干渉計により測定される
距離Ｄは縞数ｍにレーザ光の空気中での波長λ（空気）
を掛けることによって、すなわちｍ・ｎ・λV で表わす
こともできる。
距離Ｄは縞数ｍにレーザ光の空気中での波長λ（空気）
を掛けることによって、すなわちｍ・ｎ・λV で表わす
こともできる。
【００５５】マッハ−ツェンダー干渉計および距離測定
干渉計はいずれも同じレーザビームを用い、しかも同じ
大気に曝すため、積の値ｎ・λV は両方共同じであり、
またマッハ−ツェンダー干渉計はこの積を提供すること
ができる。
干渉計はいずれも同じレーザビームを用い、しかも同じ
大気に曝すため、積の値ｎ・λV は両方共同じであり、
またマッハ−ツェンダー干渉計はこの積を提供すること
ができる。
【００５６】距離測定装置は周波数の変化による光の波
長の変化と、屈折率の変化による光の波長の変化とを区
別することができないから、積ｎ・λV が双方の変化を
考慮していることからして、この積ｎ・λV の値は距離
測定に適用するのに理想的な係数である。
長の変化と、屈折率の変化による光の波長の変化とを区
別することができないから、積ｎ・λV が双方の変化を
考慮していることからして、この積ｎ・λV の値は距離
測定に適用するのに理想的な係数である。
【００５７】マッハ−ツェンダー干渉計が処理できる屈
折率の変化に対して選択される誤差範囲は±５０ｐｐｍ
であった。レーザの周波数が変化することによる誤差は
小さく、すなわち例えば５ｐｐｍまでとすれば、マッハ
−ツェンダー干渉計の読取時に縞総数を変化させるよう
な総体的な誤りを生ずる危険はない。現在のレーザ安定
化技術は非常に複雑化しており、しかも周波数を１千万
分の１、さらには１億分の１にまで安定化させるのには
費用がかかる。±５０ｐｐｍを補正する補助干渉計を組
込み、かつ周波数の変化によりこの誤りの見積り値の例
えば５ｐｐｍを考慮できるならば、レーザの周波数を補
正するのに最早このような精度は必要でなくなる。従っ
て、より簡単で、安価で、安定な技術を用いてレーザの
波長変化を５ｐｐｍ以内に抑えることができ、またレー
ザの適切なモードを最大強度に維持するのも簡単であ
る。これは機械較正用の干渉装置に半導体ダイオードレ
ーザを用いる場合に有利に用いることができる。本発明
によれば、５ｐｐｍまでの変化を許容できるように周波
数安定化に対する要件をやわらげることにより、このよ
うな装置を実際に安価に作製することができる。
折率の変化に対して選択される誤差範囲は±５０ｐｐｍ
であった。レーザの周波数が変化することによる誤差は
小さく、すなわち例えば５ｐｐｍまでとすれば、マッハ
−ツェンダー干渉計の読取時に縞総数を変化させるよう
な総体的な誤りを生ずる危険はない。現在のレーザ安定
化技術は非常に複雑化しており、しかも周波数を１千万
分の１、さらには１億分の１にまで安定化させるのには
費用がかかる。±５０ｐｐｍを補正する補助干渉計を組
込み、かつ周波数の変化によりこの誤りの見積り値の例
えば５ｐｐｍを考慮できるならば、レーザの周波数を補
正するのに最早このような精度は必要でなくなる。従っ
て、より簡単で、安価で、安定な技術を用いてレーザの
波長変化を５ｐｐｍ以内に抑えることができ、またレー
ザの適切なモードを最大強度に維持するのも簡単であ
る。これは機械較正用の干渉装置に半導体ダイオードレ
ーザを用いる場合に有利に用いることができる。本発明
によれば、５ｐｐｍまでの変化を許容できるように周波
数安定化に対する要件をやわらげることにより、このよ
うな装置を実際に安価に作製することができる。
【００５８】あるいはまた、本発明によれば、ダイオー
ドレーザビームの事前処理を簡単にして、後述するよう
に測定装置に対する波長を一定とすることもできる。
ドレーザビームの事前処理を簡単にして、後述するよう
に測定装置に対する波長を一定とすることもできる。
【００５９】図３は本発明による干渉測定装置の電子回
路部分を概略的に示したものである。距離測定干渉計の
検出器３０からの縞数のカウント値を乗算ジャンクショ
ン６０の片側の入力端に通す。補助干渉計の検出器５２
からの縞数のカウント値はアナログ−ディジタル変換器
６２に通してから、ルックアップテーブルＬＵＴに通
す。このルックアップテーブルには検出器５２の縞数Δ
ｍに対して予め較正したｎ・λV についてのある範囲内
の値を記憶させる。ｎ・λV の値を乗算ジャンクション
６０の他方の入力端に通す。この乗算ジャンクション６
０の出力は波長変動に対して補正した縞数となる。
路部分を概略的に示したものである。距離測定干渉計の
検出器３０からの縞数のカウント値を乗算ジャンクショ
ン６０の片側の入力端に通す。補助干渉計の検出器５２
からの縞数のカウント値はアナログ−ディジタル変換器
６２に通してから、ルックアップテーブルＬＵＴに通
す。このルックアップテーブルには検出器５２の縞数Δ
ｍに対して予め較正したｎ・λV についてのある範囲内
の値を記憶させる。ｎ・λV の値を乗算ジャンクション
６０の他方の入力端に通す。この乗算ジャンクション６
０の出力は波長変動に対して補正した縞数となる。
【００６０】本発明による干渉測長装置には簡単な周波
数安定化技法を使用できることと相俟って、干渉計およ
びその関連する電子機器のコストおよび構成を、絶対屈
折計または環境補償ユニットを組込む従来のものに比べ
てかなり安く、しかも簡単な構成とすることができる。
これは特に、補助干渉計を簡単なマッハ−ツェンダー干
渉計とする場合に云える。
数安定化技法を使用できることと相俟って、干渉計およ
びその関連する電子機器のコストおよび構成を、絶対屈
折計または環境補償ユニットを組込む従来のものに比べ
てかなり安く、しかも簡単な構成とすることができる。
これは特に、補助干渉計を簡単なマッハ−ツェンダー干
渉計とする場合に云える。
【００６１】上述した説明は物理的な光路長の差Ｌが固
定されたままとなると云う仮定に基づいている。温度に
よる長さＬの変化は、構成部品を「ＺＥＲＯＤＵＲ」な
る商品名にて市販されているような膨張率の低い材料で
作ることにより最小とすることができる。同様に、気圧
の変化および湿度の変化による距離Ｌの変化は無視でき
る程度であるため、上記仮定は有効とみなせる。
定されたままとなると云う仮定に基づいている。温度に
よる長さＬの変化は、構成部品を「ＺＥＲＯＤＵＲ」な
る商品名にて市販されているような膨張率の低い材料で
作ることにより最小とすることができる。同様に、気圧
の変化および湿度の変化による距離Ｌの変化は無視でき
る程度であるため、上記仮定は有効とみなせる。
【００６２】光学部品４６，４８は厚さができるだけ等
しくなるように作って、これらを通る光路長が温度変化
により変わらないようにすべきである。しかし、これら
の差分光路長の変化を無視できる低レベルに保つ限り、
これら光学部品の製造時にある程度の公差は許容するこ
とができる。
しくなるように作って、これらを通る光路長が温度変化
により変わらないようにすべきである。しかし、これら
の差分光路長の変化を無視できる低レベルに保つ限り、
これら光学部品の製造時にある程度の公差は許容するこ
とができる。
【００６３】図示のように補助干渉計を測定干渉計に接
近して置くのが不都合な場合には、これらの二者間に温
度差が生ずることになる。このような温度差は簡単に決
定することができ、そして熱電対を用いることが許容さ
れる。
近して置くのが不都合な場合には、これらの二者間に温
度差が生ずることになる。このような温度差は簡単に決
定することができ、そして熱電対を用いることが許容さ
れる。
【００６４】上述したように、光路長差が短い６ｍｍの
小形補助干渉計は絶対空気屈折計として作用し、これは
既知の空気屈折率１．０００２９２０から出発し、縞数
を１／１００まで補間をとって屈折率の変化を１００ｐ
ｐｍの選定範囲にわたり最低１ｐｐｍまで求めることが
できる。従って、記録される縞数が＋０．２５であれ
ば、このことは屈折率（周波数の変化または他の誤差は
無視する）が２５ｐｐｍだけ変化し、１．０００３１７
０となったことを示す。この補間精度は多くの用途にと
って申し分のないものである。光路長差が６ｍｍの上述
した設計のものを用いてさらに大きな精度を達成するに
は補間精度を高くするしかないが、これには補間装置が
複雑となり、コストも高くなる。
小形補助干渉計は絶対空気屈折計として作用し、これは
既知の空気屈折率１．０００２９２０から出発し、縞数
を１／１００まで補間をとって屈折率の変化を１００ｐ
ｐｍの選定範囲にわたり最低１ｐｐｍまで求めることが
できる。従って、記録される縞数が＋０．２５であれ
ば、このことは屈折率（周波数の変化または他の誤差は
無視する）が２５ｐｐｍだけ変化し、１．０００３１７
０となったことを示す。この補間精度は多くの用途にと
って申し分のないものである。光路長差が６ｍｍの上述
した設計のものを用いてさらに大きな精度を達成するに
は補間精度を高くするしかないが、これには補間装置が
複雑となり、コストも高くなる。
【００６５】より大きい光路長差Ｌをもつ大形の計器を
設計することにより補助干渉計の精度を向上させること
ができるが、このようにすると干渉計が実際上屈折計と
して作用し得る範囲、すなわち干渉計が全縞数の変化を
記録し始める前の屈折率の変動範囲を狭くするおそれが
ある。例えば、６００ｍｍのような光路長差を選定する
ことにより、１ｐｐｍの空気屈折率の変化が縞数を完全
に１つの縞の分だけ変化させ、しかも縞の変化を屈折率
の変化で１００分の１まで補間をとることにより０．０
１ｐｐｍまで測定することができる。しかし、このよう
な計器はその読取に不確定性があり、先ず初期の屈折率
を測定しなければ任意の時点における屈折率の絶対的読
取値を与えることができない。
設計することにより補助干渉計の精度を向上させること
ができるが、このようにすると干渉計が実際上屈折計と
して作用し得る範囲、すなわち干渉計が全縞数の変化を
記録し始める前の屈折率の変動範囲を狭くするおそれが
ある。例えば、６００ｍｍのような光路長差を選定する
ことにより、１ｐｐｍの空気屈折率の変化が縞数を完全
に１つの縞の分だけ変化させ、しかも縞の変化を屈折率
の変化で１００分の１まで補間をとることにより０．０
１ｐｐｍまで測定することができる。しかし、このよう
な計器はその読取に不確定性があり、先ず初期の屈折率
を測定しなければ任意の時点における屈折率の絶対的読
取値を与えることができない。
【００６６】しかし、同じレーザビームで直列に作動す
る小形と大形の２つの補助干渉計を設けることによっ
て、大形干渉計の不確定性をなくし、有効な絶対屈折率
の測定を復活させることができる。このような組合わせ
では、小形の補助干渉計が屈折率の１００万分の１の整
数読取値を示し、大形の補助干渉計が最低の１億分の１
までの補間をする。
る小形と大形の２つの補助干渉計を設けることによっ
て、大形干渉計の不確定性をなくし、有効な絶対屈折率
の測定を復活させることができる。このような組合わせ
では、小形の補助干渉計が屈折率の１００万分の１の整
数読取値を示し、大形の補助干渉計が最低の１億分の１
までの補間をする。
【００６７】例えば、上述したように小形の補助干渉計
が＋０．２５の読取値を示す場合、屈折率が１．０００
２９２０から１．０００３１７０に変化したことがわか
る。大形補助干渉計が、例えば４０．５５の縞の読取り
を示し、またこの際、初期の屈折率がわかっているか
ら、４０の縞数の変化が不確定であっても、０．５５の
縞は整数の縞数の変化に加え、さらに１億分の５５変化
したことになる。従って、絶対屈折率の測定値は１．０
００３１７５５となる。
が＋０．２５の読取値を示す場合、屈折率が１．０００
２９２０から１．０００３１７０に変化したことがわか
る。大形補助干渉計が、例えば４０．５５の縞の読取り
を示し、またこの際、初期の屈折率がわかっているか
ら、４０の縞数の変化が不確定であっても、０．５５の
縞は整数の縞数の変化に加え、さらに１億分の５５変化
したことになる。従って、絶対屈折率の測定値は１．０
００３１７５５となる。
【００６８】選択した光路長の差に応ずる２つの補助干
渉計を組合わせることによって、絶対屈折率の測定と同
時に屈折率の変化を正確に追跡することができる。
渉計を組合わせることによって、絶対屈折率の測定と同
時に屈折率の変化を正確に追跡することができる。
【００６９】図４はこのような組合わせを如何にして使
用できるかを示している。そこで、図４を参照するに、
レーザ１０からのビーム１４は第１ビームスプリッタ６
４により分けられ、このビームスプリッタはビームの第
１部分１４Ａを図２に示した補助干渉計４０と同様のマ
ッハ−ツェンダータイプの第１補助干渉計４００へと反
射し、またビームの第２部分１４Ｂを第２ビームスプリ
ッタ６６へと透過する。第２ビームスプリッタ６６はビ
ーム１４Ｂの第１部分１４Ｃを図２に示した補助干渉計
４０と同様のマッハ−ツェンダータイプの第２補助干渉
計４１０へと反射し、また第２部分１４Ｄを距離測定干
渉計１８へと透過する。第１補助干渉計４００はその検
出器５２内の空気屈折率に比例する縞数を発生する。同
様に、第２補助干渉計４１０も検出器６８内の空気の屈
折率に比例する縞数を発生する。
用できるかを示している。そこで、図４を参照するに、
レーザ１０からのビーム１４は第１ビームスプリッタ６
４により分けられ、このビームスプリッタはビームの第
１部分１４Ａを図２に示した補助干渉計４０と同様のマ
ッハ−ツェンダータイプの第１補助干渉計４００へと反
射し、またビームの第２部分１４Ｂを第２ビームスプリ
ッタ６６へと透過する。第２ビームスプリッタ６６はビ
ーム１４Ｂの第１部分１４Ｃを図２に示した補助干渉計
４０と同様のマッハ−ツェンダータイプの第２補助干渉
計４１０へと反射し、また第２部分１４Ｄを距離測定干
渉計１８へと透過する。第１補助干渉計４００はその検
出器５２内の空気屈折率に比例する縞数を発生する。同
様に、第２補助干渉計４１０も検出器６８内の空気の屈
折率に比例する縞数を発生する。
【００７０】２つの補助干渉計からの双方の信号を合成
して、乗算ジャンクション６０の補正信号を形成する。
して、乗算ジャンクション６０の補正信号を形成する。
【００７１】あるいはまた、他の形態の補助干渉計、例
えば図５に示すような標準のマイケルソン干渉計を用い
ることもできる。ビームスプリッタ４２をレーザビーム
１４の通路内に設けて補助干渉計用の偏向ビーム４４を
形成する。マイケルソン干渉計内の光路長差は光ビーム
４４の通路内に位置させたビームスプリッタ７４からの
一定関係で取付けた２個の逆反射体７０と７２との間に
設定する。一方の逆反射体、例えば７０はビームスプリ
ッタ７４に一体に取付け、６ｍｍの光路長差は他方の逆
反射体７２をビームスプリッタ７４から３ｍｍの所に取
付けて形成する。
えば図５に示すような標準のマイケルソン干渉計を用い
ることもできる。ビームスプリッタ４２をレーザビーム
１４の通路内に設けて補助干渉計用の偏向ビーム４４を
形成する。マイケルソン干渉計内の光路長差は光ビーム
４４の通路内に位置させたビームスプリッタ７４からの
一定関係で取付けた２個の逆反射体７０と７２との間に
設定する。一方の逆反射体、例えば７０はビームスプリ
ッタ７４に一体に取付け、６ｍｍの光路長差は他方の逆
反射体７２をビームスプリッタ７４から３ｍｍの所に取
付けて形成する。
【００７２】上述したマッハ−ツェンダー干渉計は、２
つのビーム通路における各ビームが遭遇する表面の数は
同じとなるようにすべきであると云う設計基準のうちの
ひとつを満足していない。このことは、それぞれの表面
における汚れが表面の光学的特性、従って光路長を変化
させると云う問題を引起すことになる。これは光学特性
が熱的に安定している反射性フィルム材料を用いること
により克服することができる。
つのビーム通路における各ビームが遭遇する表面の数は
同じとなるようにすべきであると云う設計基準のうちの
ひとつを満足していない。このことは、それぞれの表面
における汚れが表面の光学的特性、従って光路長を変化
させると云う問題を引起すことになる。これは光学特性
が熱的に安定している反射性フィルム材料を用いること
により克服することができる。
【００７３】図６は屈折計用のさらに他の装置を示し、
この装置では光ビーム１４を２つのビーム部分に分割す
るのにビームスプリッタ８０，８６および複数の平面鏡
８２，８４，８８，９０を用い、これらのビーム部分が
各平面鏡にて同じ回数透過したり、反射したりすると共
に必要な光路長差を形成するようにする。
この装置では光ビーム１４を２つのビーム部分に分割す
るのにビームスプリッタ８０，８６および複数の平面鏡
８２，８４，８８，９０を用い、これらのビーム部分が
各平面鏡にて同じ回数透過したり、反射したりすると共
に必要な光路長差を形成するようにする。
【００７４】本発明を距離干渉計との組合わせにつき説
明してきたが、本発明は測定するのに光路長差が重要と
なる他のタイプの干渉計、例えば角度測定干渉計と組合
わせて使用することもできる。
明してきたが、本発明は測定するのに光路長差が重要と
なる他のタイプの干渉計、例えば角度測定干渉計と組合
わせて使用することもできる。
【００７５】上述した例から明らかなように、補助干渉
計のレンジが大きくなるにつれ、すなわち発生する縞当
りの屈折率の変化が大きくなるにつれ、読取の不確定性
が小さくなるため、補助干渉計は大気の屈折率の絶対読
取値を与えるべく作ることができる。しかし、これを達
成するには精度が犠牲になる。例えば、図２につき説明
した好適例は、１００ｐｐｍのレンジを有する安価な絶
対空気屈折計であるが、精度は僅か１ｐｐｍである。図
４につき説明した１ｐｐｍのレンジを有する大形計器は
０．０１ｐｐｍの精度を有するが、これには追加の絶対
空気屈折計を組合わせて、大気の初期屈折率を求めて、
計器の読取値の不確定性を解消する必要がある。これら
両極端のどこかで、本発明によれば、高精度を有する
も、その読取にある程度の不確定性を有する（例えば１
０ｐｐｍのレンジで、０．１ｐｐｍの精度）屈折計を用
いる低コストの装置を設計することができる。この場
合、不確定性は温度を測定する熱電対またはサーミスタ
および気圧を測定する気圧計を用いている粗野で、低コ
ストの測候所で大気の初期の屈折率を１０ｐｐｍ以内で
求めて補助干渉計の読取値の不確定性を解消する必要が
ある。
計のレンジが大きくなるにつれ、すなわち発生する縞当
りの屈折率の変化が大きくなるにつれ、読取の不確定性
が小さくなるため、補助干渉計は大気の屈折率の絶対読
取値を与えるべく作ることができる。しかし、これを達
成するには精度が犠牲になる。例えば、図２につき説明
した好適例は、１００ｐｐｍのレンジを有する安価な絶
対空気屈折計であるが、精度は僅か１ｐｐｍである。図
４につき説明した１ｐｐｍのレンジを有する大形計器は
０．０１ｐｐｍの精度を有するが、これには追加の絶対
空気屈折計を組合わせて、大気の初期屈折率を求めて、
計器の読取値の不確定性を解消する必要がある。これら
両極端のどこかで、本発明によれば、高精度を有する
も、その読取にある程度の不確定性を有する（例えば１
０ｐｐｍのレンジで、０．１ｐｐｍの精度）屈折計を用
いる低コストの装置を設計することができる。この場
合、不確定性は温度を測定する熱電対またはサーミスタ
および気圧を測定する気圧計を用いている粗野で、低コ
ストの測候所で大気の初期の屈折率を１０ｐｐｍ以内で
求めて補助干渉計の読取値の不確定性を解消する必要が
ある。
【００７６】屈折計の精度をそのレンジを犠牲にするこ
となく改善するのに好適な装置は図７および図８に示す
ような一対の干渉計を用いるものである。
となく改善するのに好適な装置は図７および図８に示す
ような一対の干渉計を用いるものである。
【００７７】図７には例えば１０ｍｍ厚の８角形のガラ
ス基板１１０を有する屈折計を示してある。このガラス
基板の８つの各辺の外側面に平行な辺をもつガラスブロ
ック１１２，１１４，１１６，１１８，１２０，１２
２，１２４，１２６を取付け、これらの各ブロックを基
板から上方に例えば１０ｍｍ以上延在させて、８つの辺
をもつ開放空胴１３０を形成する。
ス基板１１０を有する屈折計を示してある。このガラス
基板の８つの各辺の外側面に平行な辺をもつガラスブロ
ック１１２，１１４，１１６，１１８，１２０，１２
２，１２４，１２６を取付け、これらの各ブロックを基
板から上方に例えば１０ｍｍ以上延在させて、８つの辺
をもつ開放空胴１３０を形成する。
【００７８】２つのガラスブロック１１２および１１４
はビームスプリッタとして構成され、空胴１３０に対し
外部にある１１２Ａおよび１１４Ａで示すこれらガラス
ブロックの面には反射防止膜を設け、空胴１３０に対し
て内側にある１１２Ｂおよび１１４Ｂで示す面には半−
反射膜を設ける。残りのガラスブロックの空胴に対して
内側にある１１６Ｂ，１１８Ｂ，１２０Ｂ，１２２Ｂ，
１２４Ｂおよび１２６Ｂで示す各面には反射膜を設け
る。
はビームスプリッタとして構成され、空胴１３０に対し
外部にある１１２Ａおよび１１４Ａで示すこれらガラス
ブロックの面には反射防止膜を設け、空胴１３０に対し
て内側にある１１２Ｂおよび１１４Ｂで示す面には半−
反射膜を設ける。残りのガラスブロックの空胴に対して
内側にある１１６Ｂ，１１８Ｂ，１２０Ｂ，１２２Ｂ，
１２４Ｂおよび１２６Ｂで示す各面には反射膜を設け
る。
【００７９】ビームスプリッタ１３２および別の反射器
１３４を互いに、しかもガラス基板１１０に対して一定
の関係で取付ける。ビームスプリッタ１３２の面１３２
Ａおよび１３２Ｂにはそれぞれ反射防止膜および半−反
射膜を被着する。
１３４を互いに、しかもガラス基板１１０に対して一定
の関係で取付ける。ビームスプリッタ１３２の面１３２
Ａおよび１３２Ｂにはそれぞれ反射防止膜および半−反
射膜を被着する。
【００８０】このように配置したガラスブロックは２個
の補助干渉計を構成し、これらの干渉計は入射レーザビ
ーム１４０から２つの現出ビーム１４２および１４４を
発生する。これら２つのビーム１４２，１４４を適当に
信号処理して、大気状態の変化とレーザビームの周波数
の変化との双方の変化に起因するレーザビームを構成す
る光の波長の変化に関連する情報を提供する。
の補助干渉計を構成し、これらの干渉計は入射レーザビ
ーム１４０から２つの現出ビーム１４２および１４４を
発生する。これら２つのビーム１４２，１４４を適当に
信号処理して、大気状態の変化とレーザビームの周波数
の変化との双方の変化に起因するレーザビームを構成す
る光の波長の変化に関連する情報を提供する。
【００８１】ガラスブロックを上述したように好適に配
置することにより、上記２つの補助干渉計は大気状態お
よびレーザビームの周波数の変化に関連する情報を連続
的に提供し、従って追跡干渉計として作用するだけでな
く、大気の屈折率の絶対的読取りを与え、従って特定の
作動範囲にわたって絶対屈折計としても作用する。
置することにより、上記２つの補助干渉計は大気状態お
よびレーザビームの周波数の変化に関連する情報を連続
的に提供し、従って追跡干渉計として作用するだけでな
く、大気の屈折率の絶対的読取りを与え、従って特定の
作動範囲にわたって絶対屈折計としても作用する。
【００８２】図７に示す装置の作動は次の通りである。
【００８３】入射レーザビーム１４０はビームスプリッ
タ１３２に入り、これにより透過ビーム１４０Ｔと反射
ビーム１４０Ｒとに分けられる。透過ビーム１４０Ｔは
ビームスプリッタ１１２へと進み、これにより点Ｂにて
別の透過ビーム１４０ＴＴと別の反射ビーム１４０ＴＲ
とに分けられる。透過ビーム１４０ＴＴはガラスブロッ
クの面１１６Ｂ，１２０Ｂおよび１２４Ｂにおける点
Ｃ，ＤおよびＥを通る空胴１３０内の方形通路にて反射
されて、ビームスプリッタ１１２にて反射ビーム１４０
ＴＲと一緒になって現出ビーム１４２を形成する。
タ１３２に入り、これにより透過ビーム１４０Ｔと反射
ビーム１４０Ｒとに分けられる。透過ビーム１４０Ｔは
ビームスプリッタ１１２へと進み、これにより点Ｂにて
別の透過ビーム１４０ＴＴと別の反射ビーム１４０ＴＲ
とに分けられる。透過ビーム１４０ＴＴはガラスブロッ
クの面１１６Ｂ，１２０Ｂおよび１２４Ｂにおける点
Ｃ，ＤおよびＥを通る空胴１３０内の方形通路にて反射
されて、ビームスプリッタ１１２にて反射ビーム１４０
ＴＲと一緒になって現出ビーム１４２を形成する。
【００８４】従って、第１干渉計は透過ビーム１４０Ｔ
の２部分１４０ＴＴと１４０ＴＲがビームスプリッタ１
３２の面１３２Ｂにおける点Ａからビームスプリッタ１
１２の面１１２Ａにおける点Ｆまでそれぞれ異なる通路
ＡＢＣＤＥＢＦおよびＡＢＦを辿るように形成されてい
ることがわかる。ＡとＢとの間およびＢとＦとの間のビ
ーム通路部分は共通であるため、ビームの光路長差Ｌ1
は距離ＢＣＤＥＢである。この光路長差が合成現出ビー
ム１４２に干渉を起し、これは干渉縞検出回路（図示せ
ず）により既知の方法にて検出することができる。
の２部分１４０ＴＴと１４０ＴＲがビームスプリッタ１
３２の面１３２Ｂにおける点Ａからビームスプリッタ１
１２の面１１２Ａにおける点Ｆまでそれぞれ異なる通路
ＡＢＣＤＥＢＦおよびＡＢＦを辿るように形成されてい
ることがわかる。ＡとＢとの間およびＢとＦとの間のビ
ーム通路部分は共通であるため、ビームの光路長差Ｌ1
は距離ＢＣＤＥＢである。この光路長差が合成現出ビー
ム１４２に干渉を起し、これは干渉縞検出回路（図示せ
ず）により既知の方法にて検出することができる。
【００８５】第２干渉計は入射ビーム１４０の反射ビー
ム部分１４０Ｒを用いて形成する。このビームは点Ａに
て反射器１３４の点Ｇへと反射され、この点Ｇにてさら
にビームスプリッタ１１４の方へと反射される。ビーム
１４０Ｒはビームスプリッタ１１４における点Ｈにて透
過ビーム１４０ＲＴと反射ビーム１４０ＲＲとに分けら
れる。透過ビーム１４０ＲＴはガラスブロックの面１１
８Ｂ，１２２Ｂおよび１２６Ｂにおける点Ｉ，Ｊおよび
Ｋを経て空胴１３０をめぐる方形通路にて反射され、点
Ｈにて反射ビーム１４０ＲＲと再合成されて現出ビーム
１４４を形成する。
ム部分１４０Ｒを用いて形成する。このビームは点Ａに
て反射器１３４の点Ｇへと反射され、この点Ｇにてさら
にビームスプリッタ１１４の方へと反射される。ビーム
１４０Ｒはビームスプリッタ１１４における点Ｈにて透
過ビーム１４０ＲＴと反射ビーム１４０ＲＲとに分けら
れる。透過ビーム１４０ＲＴはガラスブロックの面１１
８Ｂ，１２２Ｂおよび１２６Ｂにおける点Ｉ，Ｊおよび
Ｋを経て空胴１３０をめぐる方形通路にて反射され、点
Ｈにて反射ビーム１４０ＲＲと再合成されて現出ビーム
１４４を形成する。
【００８６】第１干渉計の場合と同様に、第２干渉計の
光路長差Ｌ2 は空胴１３０内の距離ＨＩＪＫＨである。
この光路長差Ｌ2 により合成ビーム１４４に再び干渉が
生じ、この干渉を検出器（図示せず）により検出するこ
とができる。
光路長差Ｌ2 は空胴１３０内の距離ＨＩＪＫＨである。
この光路長差Ｌ2 により合成ビーム１４４に再び干渉が
生じ、この干渉を検出器（図示せず）により検出するこ
とができる。
【００８７】しかし、全てのガラスブロックはガラス基
板に互いに固定して取付けられるため、ビーム１４０の
様々な部分が通過する物理的な光路長はそれぞれ相違し
ているも、名目上は固定される。すなわち、ガラス基板
の熱膨張または収縮による僅かな変動があるも、これは
ガラス基板を「ＺＥＲＯＤＵＲ」なる商品名で市販され
ているような膨張率の低い材料で作れば最小とすること
ができる。
板に互いに固定して取付けられるため、ビーム１４０の
様々な部分が通過する物理的な光路長はそれぞれ相違し
ているも、名目上は固定される。すなわち、ガラス基板
の熱膨張または収縮による僅かな変動があるも、これは
ガラス基板を「ＺＥＲＯＤＵＲ」なる商品名で市販され
ているような膨張率の低い材料で作れば最小とすること
ができる。
【００８８】従って、２つの合成ビーム１４２と１４４
とで作動する検出系により検出される干渉縞はいずれも
主として大気の変化によりビーム部分の光路長が変化す
ることにより生ずることになる。
とで作動する検出系により検出される干渉縞はいずれも
主として大気の変化によりビーム部分の光路長が変化す
ることにより生ずることになる。
【００８９】本例では、２つの干渉計の光路長差Ｌ1 お
よびＬ2 を比較的大きくして、大きな精度が得られるよ
うにするが、これらＬ1 とＬ2 との差、すなわちＬ1 −
Ｌ2は測定の絶対性を維持するために６ｍｍ以下となる
ようにする。図示の例では、光路長Ｌ1 を７５．８ｍｍ
とし、光路長Ｌ2 を７０．７１ｍｍとして、差Ｌ1 −Ｌ
2 を５．０９ｍｍとする。
よびＬ2 を比較的大きくして、大きな精度が得られるよ
うにするが、これらＬ1 とＬ2 との差、すなわちＬ1 −
Ｌ2は測定の絶対性を維持するために６ｍｍ以下となる
ようにする。図示の例では、光路長Ｌ1 を７５．８ｍｍ
とし、光路長Ｌ2 を７０．７１ｍｍとして、差Ｌ1 −Ｌ
2 を５．０９ｍｍとする。
【００９０】標準温度および圧力状態での空気の屈折率
ｎ1 を１．０００３とすれば、屈折率が１００ｐｐｍ増
加するような大気状態の変化は１．０００４の新規の屈
折率ｎ2 を与えることになる。次の計算式はこれら２つ
の大気状態に基づくものである。
ｎ1 を１．０００３とすれば、屈折率が１００ｐｐｍ増
加するような大気状態の変化は１．０００４の新規の屈
折率ｎ2 を与えることになる。次の計算式はこれら２つ
の大気状態に基づくものである。
【００９１】物理的な光路長Ｌ1 およびＬ2 は不変であ
るから、２つの異なる大気状態における空気中での光路
長は次のようになる。
るから、２つの異なる大気状態における空気中での光路
長は次のようになる。
【００９２】
【数１４】Ｌ1 ′＝ｎ1 ×７５．８ｍｍ；Ｌ2 ′＝ｎ1
×７０．７１ｍｍ Ｌ1 ″＝ｎ2 ×７５．８ｍｍ；Ｌ2 ″＝ｎ2 ×７０．７
１ｍｍ 従って、
×７０．７１ｍｍ Ｌ1 ″＝ｎ2 ×７５．８ｍｍ；Ｌ2 ″＝ｎ2 ×７０．７
１ｍｍ 従って、
【００９３】
【数１５】 Ｌ1 ″−Ｌ1 ′＝（ｎ2 −ｎ1 ）７５．８ｍｍ； Ｌ2 ″−Ｌ2 ′＝（ｎ2 −ｎ1 ）７０．７１ｍｍ １００ｐｐｍの変化に対してｎ2 −ｎ1 ＝１／１０4 で
あるから、
あるから、
【００９４】
【数１６】Ｌ1 ″−Ｌ1 ′＝７．５８μｍ；Ｌ2 ″−Ｌ
2 ′＝７．０７１μｍ となる。ヘリウム−ネオンレーザからの光の波長λを
０．６３３μｍに設定すれば、各場合における光路長の
差は次のようになる。
2 ′＝７．０７１μｍ となる。ヘリウム−ネオンレーザからの光の波長λを
０．６３３μｍに設定すれば、各場合における光路長の
差は次のようになる。
【００９５】
【数１７】
【００９６】従って、いずれか一方の干渉計により空気
の屈折率の変化を１つの縞の１００分の１の補間をとる
ことにより１千万分の１までの精度で測定することがで
きる。
の屈折率の変化を１つの縞の１００分の１の補間をとる
ことにより１千万分の１までの精度で測定することがで
きる。
【００９７】しかし、屈折率が標準状態における屈折率
から１００万分の１０以上変化する場合には、縞数が１
つ以上変化したことになり、測定値が不確定となる。こ
のような不確定性は、２つの干渉計の読取値の差をと
り、上述したようにこの差が実際上５．０９ｍｍの光路
長差にわたる縞数の変化を示し、従って屈折率の変化の
絶対値を示すようにすることにより解消することができ
る。
から１００万分の１０以上変化する場合には、縞数が１
つ以上変化したことになり、測定値が不確定となる。こ
のような不確定性は、２つの干渉計の読取値の差をと
り、上述したようにこの差が実際上５．０９ｍｍの光路
長差にわたる縞数の変化を示し、従って屈折率の変化の
絶対値を示すようにすることにより解消することができ
る。
【００９８】この場合における屈折率の変化の絶対値は
次の２通りのいずれかの方法でも得ることができる。
次の２通りのいずれかの方法でも得ることができる。
【００９９】先ず、上述したように第１干渉計（これは
Ｌ1 を測定する）は屈折率の１００ｐｐｍの増加に対し
て光路長の増加が１２波長（λ）となるように設計し、
第２干渉計は屈折率の同じ増加に対して光路長の増加が
１１波長となるように設計した。従って、屈折率が１〜
１００ｐｐｍまで増加する間には、２つの干渉計の縞数
は０〜１２λおよび０〜１１λの範囲内でそれぞれ増加
し、かつ２つの干渉計の縞数の差は比１２：１１に関連
して０から１まで漸次増加する。このように、２つの干
渉計の縞数の差によって屈折率の絶対変化を１００ｐｐ
ｍのレンジ内で一意的に決定することができる。
Ｌ1 を測定する）は屈折率の１００ｐｐｍの増加に対し
て光路長の増加が１２波長（λ）となるように設計し、
第２干渉計は屈折率の同じ増加に対して光路長の増加が
１１波長となるように設計した。従って、屈折率が１〜
１００ｐｐｍまで増加する間には、２つの干渉計の縞数
は０〜１２λおよび０〜１１λの範囲内でそれぞれ増加
し、かつ２つの干渉計の縞数の差は比１２：１１に関連
して０から１まで漸次増加する。このように、２つの干
渉計の縞数の差によって屈折率の絶対変化を１００ｐｐ
ｍのレンジ内で一意的に決定することができる。
【０１００】例えば、装置をスイッチ・オンさせると、
２つの縞カウンタの各々は２つの干渉計によって求めら
れるような縞数の端数のみの光路長の変化（ΔＬ1 また
はΔＬ2 ）を示すようになる。これは２つのカウンタが
計数するための整数の縞数を有していないから（または
これらカウンタが無意味な整数の縞数とその端数をたし
たものを示しているから）である。２つの端数は波長レ
ンジの比に関連するから、２つの端数の差は、端数がい
ずれかの干渉計の縞数の範囲のどの部分のものかを一意
的に識別し、従って欠落している整数の縞数を提供す
る。これは較正表から屈折率の変化に対する絶対値を与
えるのに用いることができる。
２つの縞カウンタの各々は２つの干渉計によって求めら
れるような縞数の端数のみの光路長の変化（ΔＬ1 また
はΔＬ2 ）を示すようになる。これは２つのカウンタが
計数するための整数の縞数を有していないから（または
これらカウンタが無意味な整数の縞数とその端数をたし
たものを示しているから）である。２つの端数は波長レ
ンジの比に関連するから、２つの端数の差は、端数がい
ずれかの干渉計の縞数の範囲のどの部分のものかを一意
的に識別し、従って欠落している整数の縞数を提供す
る。これは較正表から屈折率の変化に対する絶対値を与
えるのに用いることができる。
【０１０１】あるいはまた、各干渉計は０〜１００ｐｐ
ｍの範囲内の屈折率の同じ変化に対して０〜１１λまた
０〜１２λの範囲における縞数をそれぞれ記録して、２
つの読取値が比１１：１２に関連するようにするので、
これらの範囲内では２つのいずれの読取値に対しても読
取値の差が相違するも、その差は一意的な値となる。読
取値の差は常に１縞数以下であるから、２つの干渉計検
出系の補間装置によって与えられる縞数の２つの端数
は、縞がその範囲内の一点に一緒に発生するだけであ
り、従って上記２つの端数によって縞があるレンジのそ
の部分を一意的に識別することができる。
ｍの範囲内の屈折率の同じ変化に対して０〜１１λまた
０〜１２λの範囲における縞数をそれぞれ記録して、２
つの読取値が比１１：１２に関連するようにするので、
これらの範囲内では２つのいずれの読取値に対しても読
取値の差が相違するも、その差は一意的な値となる。読
取値の差は常に１縞数以下であるから、２つの干渉計検
出系の補間装置によって与えられる縞数の２つの端数
は、縞がその範囲内の一点に一緒に発生するだけであ
り、従って上記２つの端数によって縞があるレンジのそ
の部分を一意的に識別することができる。
【０１０２】従って、予めプログラムしたルック−アッ
プテーブルを検出系に設けて、その検出系の２つの区域
への入力を、１つの縞数の１００分の１のステップで第
２干渉計（検出器）の０〜１１λの全ての読取値に対す
る第１検出器の０〜１２λの対応する可能な全ての読取
値とすることができる。この場合、ルック−アップテー
ブルには２つの読取値が同時に発生する整数波長の干渉
計読取値のいずれか一方の値を与える。
プテーブルを検出系に設けて、その検出系の２つの区域
への入力を、１つの縞数の１００分の１のステップで第
２干渉計（検出器）の０〜１１λの全ての読取値に対す
る第１検出器の０〜１２λの対応する可能な全ての読取
値とすることができる。この場合、ルック−アップテー
ブルには２つの読取値が同時に発生する整数波長の干渉
計読取値のいずれか一方の値を与える。
【０１０３】他の較正テーブルを使用しなくて済ますた
めに、一方の干渉計での検出読取値により較正した屈折
率の変化値（単位はｐｐｍ）を波長データの代りにテー
ブルに入れることができる。
めに、一方の干渉計での検出読取値により較正した屈折
率の変化値（単位はｐｐｍ）を波長データの代りにテー
ブルに入れることができる。
【０１０４】これがため、本発明はある幾何学的な形状
によって規定される単一の共通空胴を用いる２個の干渉
計を提供するものであり、共通空胴を規定する構成部品
は簡単な形状のものとし、従って比較的容易に製造でき
るものとすることができる。ガラス基板として８角形以
外の形状のものを用いうることは明らかである。
によって規定される単一の共通空胴を用いる２個の干渉
計を提供するものであり、共通空胴を規定する構成部品
は簡単な形状のものとし、従って比較的容易に製造でき
るものとすることができる。ガラス基板として８角形以
外の形状のものを用いうることは明らかである。
【０１０５】しかし、２つの干渉計を形成するのに、８
角形のガラス基板を用いるようにすれば、この基板の各
辺のガラスブロックを通る光路が正方形となり、良好な
対称性を呈するため、鏡およびビームスプリッタを形成
するのに簡単な長方形のガラスブロックを使用すること
ができる。空胴１３０内では、ビームはどのガラスブロ
ックをも通過せず、ビーム１４０ＴＴおよび１４０ＲＴ
の双方が同じ回数反射を受けることも明らかである。こ
のために温度変動および表面の汚れ具合の差がほとんど
問題にならなくなる。
角形のガラス基板を用いるようにすれば、この基板の各
辺のガラスブロックを通る光路が正方形となり、良好な
対称性を呈するため、鏡およびビームスプリッタを形成
するのに簡単な長方形のガラスブロックを使用すること
ができる。空胴１３０内では、ビームはどのガラスブロ
ックをも通過せず、ビーム１４０ＴＴおよび１４０ＲＴ
の双方が同じ回数反射を受けることも明らかである。こ
のために温度変動および表面の汚れ具合の差がほとんど
問題にならなくなる。
【０１０６】干渉計空胴をめぐる光路は正方形であるか
ら、面１１２Ｂ，１１４Ｂ，１１６Ｂ，１１８Ｂ，１２
０Ｂ，１２２Ｂ，１２４Ｂおよび１２６Ｂにおける反射
被膜は全反射性としていないので、光ビーム１４０ＴＴ
および１４０ＲＴが正方形の光路を一周して反射される
と、これらの光ビームの強度が目立って低下するように
なる。これにより正方形の光路での光ビームの干渉問題
が低減する。例えば、面１１２Ｂと１１４Ｂにおける被
膜は１０％反射し、９０％透過するものとすることがで
きる。次いで残りのガラスブロックにおける反射被膜の
係数を計算して、合成ビーム１４２および１４４の透過
および反射部分の強度をほぼ等しくする。
ら、面１１２Ｂ，１１４Ｂ，１１６Ｂ，１１８Ｂ，１２
０Ｂ，１２２Ｂ，１２４Ｂおよび１２６Ｂにおける反射
被膜は全反射性としていないので、光ビーム１４０ＴＴ
および１４０ＲＴが正方形の光路を一周して反射される
と、これらの光ビームの強度が目立って低下するように
なる。これにより正方形の光路での光ビームの干渉問題
が低減する。例えば、面１１２Ｂと１１４Ｂにおける被
膜は１０％反射し、９０％透過するものとすることがで
きる。次いで残りのガラスブロックにおける反射被膜の
係数を計算して、合成ビーム１４２および１４４の透過
および反射部分の強度をほぼ等しくする。
【０１０７】空胴１３０内でのビームの干渉を低減させ
る他の手段として、ビームスプリッタ１１４Ａを極めて
僅か（例えば０．２°）傾けて、合成ビーム１４４の反
射ビーム部分１４０ＲＲおよび透過ビーム部分１４０Ｒ
Ｔが正確に整列せずに、合成ビームで発生される干渉縞
が空間的に広がるようにすることができる。これによ
り、空胴内において、正方形の光路を回って通過した後
にビームスプリッタ１１４の面１１４Ｂから反射される
ビーム１４０ＲＴの一部分が正方形の光路を２回目に回
るビーム１４０ＲＴと一致しなくなるため、干渉が起こ
る傾向が少なくなる。
る他の手段として、ビームスプリッタ１１４Ａを極めて
僅か（例えば０．２°）傾けて、合成ビーム１４４の反
射ビーム部分１４０ＲＲおよび透過ビーム部分１４０Ｒ
Ｔが正確に整列せずに、合成ビームで発生される干渉縞
が空間的に広がるようにすることができる。これによ
り、空胴内において、正方形の光路を回って通過した後
にビームスプリッタ１１４の面１１４Ｂから反射される
ビーム１４０ＲＴの一部分が正方形の光路を２回目に回
るビーム１４０ＲＴと一致しなくなるため、干渉が起こ
る傾向が少なくなる。
【０１０８】ビームスプリッタ１１２も僅かに整列状態
から外して、合成ビーム１４２の干渉パターンが空間的
に広がり、干渉空胴内にて透過ビーム１４０ＴＴが干渉
しないようにすることもできる。
から外して、合成ビーム１４２の干渉パターンが空間的
に広がり、干渉空胴内にて透過ビーム１４０ＴＴが干渉
しないようにすることもできる。
【０１０９】上述した２つの干渉計は測定処理中に大気
の屈折率の変化に起因して生じる干渉測定装置によって
成される測定の誤差を補正するための補助干渉計として
干渉測定装置において用いることができる。この目的の
ために、補助干渉計で用いるレーザビームは測定装置で
用いられるレーザビームからビームスプリッタにより取
出し、かつ種々のガラスブロックによって規定される８
角形の空胴１３０は測定装置と同じ大気に開放される。
の屈折率の変化に起因して生じる干渉測定装置によって
成される測定の誤差を補正するための補助干渉計として
干渉測定装置において用いることができる。この目的の
ために、補助干渉計で用いるレーザビームは測定装置で
用いられるレーザビームからビームスプリッタにより取
出し、かつ種々のガラスブロックによって規定される８
角形の空胴１３０は測定装置と同じ大気に開放される。
【０１１０】屈折計を一対のマイケルソン干渉計により
形成する本発明の他の実施例を図８に示す。この例では
レーザビーム２００をビームスプリッタ２０２，２０４
により２つの干渉計２１０，２１２に向う２つのビーム
２０６，２０８によって２回分割する。各干渉計は２つ
の固定の内部光路長ＡおよびＢと、ＣおよびＤをそれぞ
れ生ぜしめるビームスプリッタ２０７，２０９および反
射鏡２１５，２１６と２１７，２１８を有しており、検
出器２１４，２１６は大気の屈折率の変化によって光路
長が変わる場合にそれぞれ縞数を提供する。
形成する本発明の他の実施例を図８に示す。この例では
レーザビーム２００をビームスプリッタ２０２，２０４
により２つの干渉計２１０，２１２に向う２つのビーム
２０６，２０８によって２回分割する。各干渉計は２つ
の固定の内部光路長ＡおよびＢと、ＣおよびＤをそれぞ
れ生ぜしめるビームスプリッタ２０７，２０９および反
射鏡２１５，２１６と２１７，２１８を有しており、検
出器２１４，２１６は大気の屈折率の変化によって光路
長が変わる場合にそれぞれ縞数を提供する。
【０１１１】個々の光路長差Ａ−ＢおよびＣ−Ｄが比較
的長くなるように保つものの、双方の光路差の差Ｌ＝
（Ａ−Ｂ）−（Ｃ−Ｄ）を上述したように６ｍｍに近付
けることにより、この例でも追跡干渉計として高精度を
得ることができ、また大気の屈折率の絶対値を測定する
こともできる。
的長くなるように保つものの、双方の光路差の差Ｌ＝
（Ａ−Ｂ）−（Ｃ−Ｄ）を上述したように６ｍｍに近付
けることにより、この例でも追跡干渉計として高精度を
得ることができ、また大気の屈折率の絶対値を測定する
こともできる。
【０１１２】これまで述べた各実施例は、屈折率の変化
に対して測定干渉計の測定値を補正するのに使用する場
合につき説明したが、本発明による干渉計の検出器から
の信号は他の目的に用いることもできる。
に対して測定干渉計の測定値を補正するのに使用する場
合につき説明したが、本発明による干渉計の検出器から
の信号は他の目的に用いることもできる。
【０１１３】図９は空気屈折計からの信号を用いて、屈
折率の変化に応答してレーザ光源の周波数を変えて、測
定干渉計および屈折計を通過する光の波長が一定となる
ようにする方法を示している。このように、レーザを事
前処理することにより測定干渉計により行った測定値を
補正する必要がなくなる。
折率の変化に応答してレーザ光源の周波数を変えて、測
定干渉計および屈折計を通過する光の波長が一定となる
ようにする方法を示している。このように、レーザを事
前処理することにより測定干渉計により行った測定値を
補正する必要がなくなる。
【０１１４】これは特に、光源としてダイオードレーザ
を用いる場合に有利である。その理由は、この種のレー
ザは調整可能な周波数範囲が比較的大きいからである。
を用いる場合に有利である。その理由は、この種のレー
ザは調整可能な周波数範囲が比較的大きいからである。
【０１１５】この図９に示す全体のシステムはコヒーレ
ントな光ビーム３０２を発生するレーザダイオード３０
０を具えており、光ビーム３０２はコリメータ３０４へ
と向けられ、このコリメータからの平行光ビーム３０６
はビームスプリッタ３０８へと向けられる。ビームスプ
リッタ３０８は光ビーム３０６を測定干渉計３１２に使
用すべき透過ビーム３１０と、空気屈折計３１６に通す
反射ビーム３１４とに分ける。空気屈折計３１６は本発
明によるいずれもの形態のものとすることができる。
ントな光ビーム３０２を発生するレーザダイオード３０
０を具えており、光ビーム３０２はコリメータ３０４へ
と向けられ、このコリメータからの平行光ビーム３０６
はビームスプリッタ３０８へと向けられる。ビームスプ
リッタ３０８は光ビーム３０６を測定干渉計３１２に使
用すべき透過ビーム３１０と、空気屈折計３１６に通す
反射ビーム３１４とに分ける。空気屈折計３１６は本発
明によるいずれもの形態のものとすることができる。
【０１１６】空気屈折計３１６からの信号３１８は縞数
として比較器３２０に供給され、この比較器３２０には
比較用の一定値も供給する。この一定値は、ルックアッ
プテーブルを含み、かつ所望な測定値を得るのに必要と
される計算を行うコンピュータ３２２により発生させる
ことができる。
として比較器３２０に供給され、この比較器３２０には
比較用の一定値も供給する。この一定値は、ルックアッ
プテーブルを含み、かつ所望な測定値を得るのに必要と
される計算を行うコンピュータ３２２により発生させる
ことができる。
【０１１７】空気の屈折率が変化する場合に、比較器３
２０は制御ユニット３２６に通す誤差信号３２４を発生
する。制御ユニット３２６はレーザダイオード３００に
供給される電流を制御し、これによりレーザダイオード
３００により発生されるレーザビームの周波数が変わっ
て、屈折計を経るレーザビーム、従って測定干渉計を経
るレーザビームの波長が一定値に保たれるようになる。
２０は制御ユニット３２６に通す誤差信号３２４を発生
する。制御ユニット３２６はレーザダイオード３００に
供給される電流を制御し、これによりレーザダイオード
３００により発生されるレーザビームの周波数が変わっ
て、屈折計を経るレーザビーム、従って測定干渉計を経
るレーザビームの波長が一定値に保たれるようになる。
【０１１８】このようにすることにより、測定干渉計に
より行った測定を補正する必要がなくなる。屈折率の絶
対測定値を与える本発明による屈折計を用いることによ
りレーザダイオードの波長を調整し、かつそれを特性値
に維持して、測定干渉計で追跡可能な標準に対する測定
をすることができる。
より行った測定を補正する必要がなくなる。屈折率の絶
対測定値を与える本発明による屈折計を用いることによ
りレーザダイオードの波長を調整し、かつそれを特性値
に維持して、測定干渉計で追跡可能な標準に対する測定
をすることができる。
【０１１９】制御信号を本発明による空気屈折計から取
出すレーザダイオード用の波長制御システムは、二重干
渉計式の屈折計と共に使用すれば、波長の安定性を長期
にわたり維持することができる。屈折計の二重干渉計の
各モード特性を共通とすることによって、すなわち各ビ
ーム光路長の反射回数を同じとし、しかも各ビームが同
じ長さのガラスを通過するようにすることにより、屈折
率の測定にドリフトが加わらなくなる。
出すレーザダイオード用の波長制御システムは、二重干
渉計式の屈折計と共に使用すれば、波長の安定性を長期
にわたり維持することができる。屈折計の二重干渉計の
各モード特性を共通とすることによって、すなわち各ビ
ーム光路長の反射回数を同じとし、しかも各ビームが同
じ長さのガラスを通過するようにすることにより、屈折
率の測定にドリフトが加わらなくなる。
【０１２０】図７の補助干渉計システムは２つの干渉計
に対するガラスブロックをそれぞれ別の４辺に配置した
ものを示してある。このような配置とすれば、検出器に
発生する縞の間隔が入射レーザビームの入射角に無関係
となるので好適である。しかし、辺数が４辺でない多辺
形図形となるようにするガラスブロックの他の配置を用
いることもできる。
に対するガラスブロックをそれぞれ別の４辺に配置した
ものを示してある。このような配置とすれば、検出器に
発生する縞の間隔が入射レーザビームの入射角に無関係
となるので好適である。しかし、辺数が４辺でない多辺
形図形となるようにするガラスブロックの他の配置を用
いることもできる。
【図１】本発明による屈折計を具えている干渉測定装置
の概略線図である。
の概略線図である。
【図２】図１の装置に屈折計として用いられる補助干渉
計を詳細に示す線図である。
計を詳細に示す線図である。
【図３】図１の装置に用いる事後の信号処理のための電
子回路部分のブロック図である。
子回路部分のブロック図である。
【図４】図１の干渉測定装置の変形例を示す線図であ
る。
る。
【図５】補助干渉計の変形例を示す拡大図である。
【図６】補助干渉計のさらに他の例を示す拡大図であ
る。
る。
【図７】本発明による屈折計を形成する補助干渉計のさ
らに他の変形例を詳細に示す線図である。
らに他の変形例を詳細に示す線図である。
【図８】一対のマイケルソン干渉計を用いた補助干渉計
の他の変形例を示す線図である。
の他の変形例を示す線図である。
【図９】補助干渉計の情報を用いてダイオードレーザの
パラメータを制御する制御システムを概略的に示すブロ
ック図である。
パラメータを制御する制御システムを概略的に示すブロ
ック図である。
１０ レーザ光源 １４ 光ビーム ２０ ビームスプリッタ ２２ 参照ビーム ２４ 測定ビーム ２６，２８ 逆反射体 ３０ 検出器 ４６，４８ ガラスブロック（ビームスプリッタ） ５０ 平面鏡 ５２ 検出器
Claims (9)
- 【請求項１】 光ビーム（１４；１４０；２００；３０
２）発生用の光源（１０；３００）と、 前記光ビームの少なくとも一部分を受光すべく位置付け
たビーム分割手段（４６；７４；８０；１１２，１１
４；２０７，２０９）と、 前記ビーム分割手段と相対的に固定関係で配置されて、
前記ビーム分割手段と共に前記光ビームに対する屈折計
を通る異なる長さの第１および第２光路を規定する少な
くとも１個の反射器（５０；７０，７２；８２，８４，
８６，８８，９０；１１６，１１８，１２０，１２２，
１２４，１２６）と、 気体の屈折率の変化によって生ずる前記２つの光路長の
差の変化を示す出力信号を発生する検出手段（５２；２
１４，２１６）とを具えている気体屈折計において、 測定しようとする屈折率の全変化範囲に対して生じる屈
折計内における前記２つの光路長の差の最大変化が、使
用する光の１波長よりも短くなるように前記ビーム分割
手段（４６；７４；８０；１１２，１１４；２０７，２
０９）および前記反射器（５０；７０，７２；８２，８
４，８６，８８，９０；１１６，１１８，１２０，１２
２，１２４，１２６）を設計して配置したことを特徴と
する気体屈折計。 - 【請求項２】 前記ビーム分割手段（４６；７４；８
０）が単一の反射ビームと単一の透過ビームを発生し、
光路長の差（Ｌ）を制御すべき異なる長さの第１および
第２の光路を、それぞれ、反射ビームおよび透過ビーム
がとる光路とするようにしたことを特徴とする請求項１
に記載の気体屈折計。 - 【請求項３】 前記ビーム分割手段が２個のビームスプ
リッタ（１１２，１１４；２０７，２０９）を具え、各
ビームスプリッタが透過ビーム（１４０ＴＴ，１４０Ｒ
Ｔ；Ｂ，Ｄ）および反射ビーム（１４０ＴＲ，１４０Ｒ
Ｒ；Ａ，Ｃ）をこれらのビーム間に異なる光路長（Ｌ
1 ，Ｌ2 ；Ａ−Ｂ，Ｃ−Ｄ）をもって発生し、光路長の
差（Ｌ）を制御すべき異なる長さの第１および第２の光
路長は差（Ｌ1 −Ｌ2 ；（Ａ−Ｂ）−（Ｃ−Ｄ））をも
つようにしたことを特徴とする請求項１に記載の気体屈
折計。 - 【請求項４】 前記光源をヘリウム−ネオンレーザと
し、かつ前記異なる長さの２つの光路長の差を６ｍｍ以
下としたことを特徴とする請求項１に記載の気体屈折
計。 - 【請求項５】 前記光源を半導体ダイオードレーザと
し、かつ前記異なる長さの２つの光路長の差を６ｍｍ以
下としたことを特徴とする請求項１に記載の気体屈折
計。 - 【請求項６】 屈折計を通る異なる長さの前記２つの光
路は同じ長さの固体媒体を含むことを特徴とする請求項
１に記載の気体屈折計。 - 【請求項７】 屈折計を通る長さの異なる光路を走行す
る光ビームが同数の面に出会うようにしたことを特徴と
する請求項１に記載の気体屈折計。 - 【請求項８】 測定出力信号（Ｍ）を発生し、かつ請求
項１〜７のいずれかに記載の気体屈折計により特徴付け
られた測定干渉計（１８）を具えている干渉測定システ
ムにおいて、前記気体屈折計の検出手段（５２）からの
出力信号を補正信号（ｎ・λV ）として前記測定出力信
号（Ｍ）に供給して、大気の屈折率の変化に対して測定
出力信号を補正するようにしたことを特徴とする干渉測
定システム。 - 【請求項９】 光源としてレーザダイオード（３００）
を有し、かつ請求項１〜７のいずれかに記載の気体屈折
計（３１６）によって特徴付けられた測定干渉計（３１
２）を具えている干渉測定システムにおいて、レーザダ
イオード（３００）を気体屈折計（３１６）用の光源と
して用い、かつ検出器からの出力信号（３１８）を用い
てレーザダイオード制御用の誤差信号（３２４）を発生
させて、レーザダイオードからのレーザビームの波長を
一定値に維持するようにしたことを特徴とする干渉測定
システム。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB919104897A GB9104897D0 (en) | 1991-03-08 | 1991-03-08 | Interferometric measuring apparatus including atmospheric compensation |
| GB9117921.8 | 1991-08-20 | ||
| GB919117921A GB9117921D0 (en) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | Interferometric measuring apparatus including atmospheric compensation |
| GB9104897.5 | 1991-08-20 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0627020A true JPH0627020A (ja) | 1994-02-04 |
| JP3242139B2 JP3242139B2 (ja) | 2001-12-25 |
Family
ID=26298549
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05079992A Expired - Fee Related JP3242139B2 (ja) | 1991-03-08 | 1992-03-09 | 気体屈折計 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5313271A (ja) |
| EP (1) | EP0508583B1 (ja) |
| JP (1) | JP3242139B2 (ja) |
| DE (1) | DE69222219T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009162629A (ja) * | 2008-01-08 | 2009-07-23 | Sokkia Topcon Co Ltd | 干渉計 |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5585922A (en) * | 1992-12-24 | 1996-12-17 | Nikon Corporation | Dual interferometer apparatus compensating for environmental turbulence or fluctuation and for quantization error |
| GB9324926D0 (en) * | 1993-12-04 | 1994-01-26 | Renishaw Plc | Combined interferometer and refractometer |
| US5870185A (en) * | 1996-10-21 | 1999-02-09 | C.F.C. Technology, Inc. | Apparatus and method for fluid analysis |
| US6417927B2 (en) * | 1999-04-28 | 2002-07-09 | Zygo Corporation | Method and apparatus for accurately compensating both long and short term fluctuations in the refractive index of air in an interferometer |
| CN1095542C (zh) * | 2000-02-25 | 2002-12-04 | 清华大学 | 双真空室双频测相空气折射率干涉仪 |
| AU2002950968A0 (en) * | 2002-08-23 | 2002-09-12 | Australian National University | Spectroscopic measurement of dispersion |
| DE102006059698A1 (de) | 2006-12-18 | 2008-07-24 | Abb Ag | Interferometer zur Bestimmung des Brechungsindex für die Analyse von Gasen |
| CN102323237B (zh) * | 2011-06-17 | 2013-01-02 | 清华大学 | 一种空气折射率快速高精度绝对测量装置及其测量方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4215938A (en) * | 1978-09-28 | 1980-08-05 | Farrand Industries, Inc. | Method and apparatus for correcting the error of a position measuring interferometer |
| EP0094836B1 (en) * | 1982-05-18 | 1987-03-11 | National Research Development Corporation | Apparatus and method for measuring refractive index |
| US4733967A (en) * | 1987-03-19 | 1988-03-29 | Zygo Corporation | Apparatus for the measurement of the refractive index of a gas |
| US4765741A (en) * | 1987-03-20 | 1988-08-23 | Hewlett-Packard Company | Wavelength tracking compensator for an interferometer |
| US4813783A (en) * | 1987-11-03 | 1989-03-21 | Carl-Zeiss-Stiftung | Interferometer system for making length or angle measurements |
-
1992
- 1992-03-03 DE DE69222219T patent/DE69222219T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1992-03-03 EP EP92301797A patent/EP0508583B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1992-03-04 US US07/845,711 patent/US5313271A/en not_active Expired - Lifetime
- 1992-03-09 JP JP05079992A patent/JP3242139B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009162629A (ja) * | 2008-01-08 | 2009-07-23 | Sokkia Topcon Co Ltd | 干渉計 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69222219T2 (de) | 1998-01-15 |
| EP0508583A3 (en) | 1993-06-23 |
| US5313271A (en) | 1994-05-17 |
| DE69222219D1 (de) | 1997-10-23 |
| EP0508583B1 (en) | 1997-09-17 |
| EP0508583A2 (en) | 1992-10-14 |
| JP3242139B2 (ja) | 2001-12-25 |
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