JPS62232503A - 微小な長さを測定する装置 - Google Patents

微小な長さを測定する装置

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JPS62232503A
JPS62232503A JP61279904A JP27990486A JPS62232503A JP S62232503 A JPS62232503 A JP S62232503A JP 61279904 A JP61279904 A JP 61279904A JP 27990486 A JP27990486 A JP 27990486A JP S62232503 A JPS62232503 A JP S62232503A
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/30Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
    • G01B11/303Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces using photoelectric detection means

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、測定すべき長さの方向に移動するよう支承さ
れた探触子と、探触子の運動を相応の電気信号に変換す
る変換器と、この電気信号を指示するための指示装置と
を備えた、微小な長さを測定する装置に関する。
上記のような微小な長さを測定する装置は従前から公知
である。例えばVイツ連邦共和国特許第1100978
号明細書の第9図には、機械的誘導変換器として構成さ
れたその種の装置が示されている。探触子はコイル装置
中の鉄心を動かし、コイル装置は測定ブリッジに結合さ
れており、測定ブリッジが探触子の動きに依存して電気
出力信号を送出する。
発明が解決しようとする問題点 動かすべき鉄心が比較的重いことは探触走査の速度にと
って不利であり、かつさらに探触子の摩耗が激しくなる
。この傾向は探触子か細いほど強くなる。しかし表面の
細かい構造の走査のために細い探触子が必要である。さ
らに不利な点は、殊に測定行程(変位りが大きいときに
直線性が制限されることである。
本発明の目的は、動かされる部分の重さを僅かにするこ
とができ、かつ探触子の丸みの半径が小さくでき、さら
に表面の細かな構造の走査のときに高い走査速度が得ら
れ、かつ大きな測定行程のときにも高い直線性が可能で
あるような、微小な長さを測定するための冒頭に述べた
形式の装置を提供することにある。
問題点を解決するための手段 この目的は本発明によれば、変換器に光学的干渉計を設
け、該干渉計に測定導波路を設け、該測定尋反路の一方
の端部をレーザに結合し、他方の端部を光学装置に結合
し、該光学装置ヵζ離れて設けられた測定廓に光を偏向
させ、該測定鏡が光を光学装置に反射し、またこの測定
鏡を探触子または探触子と共に動く部分に結合し、さら
に干渉計に基準(ないし参照)導波路を設け、該基準導
波路が測定導波路に結合されており、基準導波路の一方
の端部を鏡に結合し、他方の端部に光電変換器を設け、
該光電変換器を、光電変換器の電気出力信号を指示する
指示装置に接続することによって達成される。
本発明の基本的技術思想は、機械的探触子の位1イない
し動きを、測定すべき長さに対して事実上無重量で光学
的方法で単に探触子の像面反射面を用いて光学的に位相
測定を行うことによって探触・走査するという思想忙あ
る。位相測定はその際干渉計を用いて行なわれ、干渉計
は、雑誌「レーザ・ラント・オプトエレクトロニークJ
1984年1月、第19頁、第3図、がら公知であるが
、この公知の干渉計を本発明では、測定導波路からの光
が光学装置で出方結合さ風その光が、探触子と接続され
た鏡に導びかれ、かつこの鏡から同じ光路で測定用導波
路に戻び纏びかれるように変形する。探触子の保持およ
び案内のための手段の他に、この探触子に付加的重量が
加わらないので、探触子の重さが最小限になり、その結
果、僅かな接触(当接)圧力で十分であり、従って探触
子は例えば母材表面の微妙な輪郭の探触の碌に、確実に
表面に追従し、ひいては表面構造に正確に相応する長さ
変化が探触走査され、この長さ変化が干渉計忙より、相
応の電気的信号に変換される。その際同時に探触走査速
度を非常に高くすることができる。
測定導波路上の光の出力結合のための光学装置は、有利
には回析格子、例えば雑誌「レーザ・マガジンJ 19
85年4月、第75頁において、光学的記録トラックを
有する音響ディスクの走査のための走置ヘッfに関連し
て記載されているような公知の回析格子から構成される
しかしまた、光を測定導波路から鏡面に向けさせること
のできるようなその他の光学装置、有利には平行な元、
縁または平行な光束の形で光を鏡面に偏向させる光学装
置も適している。とはいえ、部分的または完全に測定鏡
に焦点を結ぶのが有利である場合も多くある。
干渉計は任意の形式のものでよい。限られた光導波体を
用いる代わりに光導波性の扁平な面を用いることもでき
る。
特許請求の範囲第1項記載の思想によれば測定鏡を探触
子または探触子と共に運動する部分に設けるので、測定
すべき長さは機械的に接触走査される。しかし本発明の
範囲内で、測定鏡として十分な反射特性を有する表面を
直接に用い、この表面までの距j椎を長さの値として測
定することも考えられる。
探触子の可動支持部材は2アームてこの形にするとよく
、このてこの一方の端部に探触子が設けられ、他方の端
部に測定鏡が設けられる。
しかしまた、単に1つのアームを有するてこを用いるこ
とも可能であり、その場合、鏡が探触子の領域に設けら
れる。それにより、探触子の偏向の際に動かすべき質量
をさらに低減するととができる。測定鏡を、平行に案内
された測定針の一方の端部に設けることもでき、その際
この測定針の他方の端部に探触子を設ける。
可動支承部の画形式の場合(殊に探触子のてこ杉皮承部
の場合)、測定鏡をトリプルミラーまたはガラス球とし
て構成すると有利であり、それにより、測定鏡の角度位
置が変化した際も、光が常に同じ方向で光学装置に反射
されるようになる。光学装置は、測定導波路から光を出
力結合しかつ再び入力結合する。
レーザから送出さ刺た光の半波長以下の測定領域におけ
る測長のときは指示装置として電圧計または電流計を用
いることができ、この電圧計または電流計の振れが、光
電変換器に受信された光、ないし光電変換器から送出さ
れた電圧、またはこの電圧に相応する庖流の強さを指示
するのであるが、測定光の波長の数倍の大きな測定領域
の検出にとって指示装置としてカウンタを用いることは
有利でめり、このカウンタが測定された長さの変化に相
応する、干渉に起因する光の強度の変化を計数して計数
値を指示するようにする。この計数値は測定光の波長を
考慮して、探触子により走査された長さまたは長さの変
化に完全に比例する。その際、測定過程は例えば、探触
子が測定すべき長さの始点に配置され且つその際カウン
タが零にセットされると開始される。その後、探触子が
測定すべき長さの最終値に至ると、カウンタが読出され
る。新たな長さを測定すべきとき、この過程が繰り返さ
れる。
カウンタの零位置設定を回避して、長さを探触子の種々
異なる変位方向で一義的に測定できるようにするため、
特許請求の範囲第7項記載の構成によれば、探触子の移
動方向を判別し、この方向に依存して、アップ・ダウン
・カウンタとして構成されたカウンタの計数方向を制御
する。探触子の移動方向の判別のために、例えばDip
l、−Ing、 H,5chlaak 、ベルリン、1
984年、第28.29頁から公知のような結合器を用
いて測定導体によって基準導波路からの光の一部を出力
結合し、例えば雑誌「レーザ・つ/ト・オプトエレクト
ロニークJ1984年1月、第27頁、第63図から公
知のような位相変調器を用いてその光を基準導波路の終
端の位相位置に比べて90°シフトした位相位置で別の
光電変換器圧供給する。その結果両光電変換器は探触子
が動いたとき2つの互いに90°ずれた測定電圧を送出
し、これらの電圧が共に1つの回転フィールドを形成し
、その回転方向が探触子の7e動方向に相応する。この
回転方向を用いてアップ・ダウンカウンタの計数方向を
制御する。
Zur  foloelektri、5chen   
Bewegungsvermessungin bei
den Lateralkoordinaten J 
i 981年、ハノーバー大学、第58頁〜、特に第6
8頁第29図に記載されている。
この論文の中には、回転(フィールV)電圧の周期を分
割することにより測定精度を高めることができることも
記載されている(第10.4章)。本発明の特許請求の
範囲第8項記載の構成は、この信号周期分割を本発明の
装置でも分解能を高めるために行う実施例を示している
本発明の基本思想の特に有利な実施例が特許請求の範囲
第9項記載の構成により得られる。
この実施例によれば、測定導波路および基準導波路およ
び場合により分岐導波路もそれ自体公知の方法で共通の
基板の表面に形成される。レーザおよび/または光電変
換器は極めて容易に基板の端面に接続されており、この
端面にて導波路も終端している。基準導波路の鏡は、こ
の端面で終端している基準導波路の領域においてこの端
面を研摩することにより簡単に形成される。基板上での
導波路の構成はそれ自体公知の方法で行われ、詳しくは
グラスファイバを基板に載置するかまたは基板の表面に
導波路を形成する。これは例えば雑誌「レーザ・ラント
・オデトエレクトロニークJ1984年、第1号、第2
6頁、第31図から公知である。特許請求の範囲第10
項記載の実施例によれば位相vIi!M。
装置も基板表面に例えば既に上記の雑誌「レーザ・ラン
ト・オノトエレクトロニークJ 1983年、第112
頁、第3図から公知のように直接形成することができる
。さらに別の実施例によれば、光を測定用導波路から測
定鏡に偏向させかつ測定鏡から再び光を受は取る光学装
置も基板表面に直接形成することができ、詳しくは、上
記文献「レーザ・マガジンJ1985年、第75頁に相
応して基板上に付設された4回析格子として形成するこ
とができる。要するに、すべての光学ないし光電部材、
つまり光電変換器および/またはレーザも、本発明の装
置では唯一の基板に集積化することができ、その結果極
めて小さな寸法で簡単かつ安価に製造することができる
。温度の影響ヲ遠ざけるためには、基板全体を光電素子
と共に、調整されるペルチェ効果素子に取付ける。
本発明の特に有利な応用例が特許請求の範囲第16項記
載の構成により得られ、この構成によれば、光電距離計
が設けられ、この光電距離計が所定の距離の値で電気信
号を送出し、この信号が指示装置に用いられているカウ
ンタをゼロにセットする。この光電距離計は比較的大き
な測定行程に亘ってあまり精度を必要とせず、所定の距
離の・l直ないし長さの直のときにのみ、そこで正確に
カウンタをゼロにセットするために高い精度が必要なだ
けである。
この目的のために、光電距離計として基本原理自体は公
知の特許請求の範囲第14項記載のような焦点位置測定
計が適している。焦点位置測定計は、距離を測定される
反射面がちょうど焦点の位置にきたときに高い精度を有
する。この点を本発明の実施例ではゼロ設定のために利
用し、これにより大きな行程に亘って趨の範囲で極めて
正確な、しかし単に相対的に測定を行う干渉計に基準値
ないしゼロ点を設け、以って上記の良好な特性に加えて
絶対長を測定することができるようにする。
集束装置としてはレンズを用いることができるが、同様
に集束性光学格子を用いることもでキ;その際すべての
光学素子を1つの基板の光導波層中に形成すると有利で
あり、その際レーザおよびホトダイオードが相応の位置
に結合されている。このような光電装置は雑誌[レーザ
・マガジyJ4/85、第75頁から公知である。
焦点位置測定計は干渉計に全く依存しない装置とするこ
とができ、探触子または探触子と共に運動する部分に別
個の鏡を設けることができる。この実施例の利点は、干
渉計の集束された光線で干渉計信号のSN比が平行な光
に比べて大きいことである。
しかし基本的には、干渉計と焦点位置測定計とを組み合
せる別の実施例によれば、測定鏡から反射した光から半
透過性鏡を用いて一部を分岐させ、焦点位置測定計のた
めに典型的な方法で利用することによって、干渉計と焦
点位置測定計とに対して同一のレーザを使用することも
可能でちる。
干渉計ならびに焦点位置測定計が光導性の基板内または
光導性の基板上に形成されているとき、これらの基板を
共通の部材として構成すると有利である。これにより安
定した薄い構造高さが得られる。これは、第1の集束格
子の上に偏向鏡全基板に対して約45°の傾斜で設け、
この鏡が基板からほぼ直角に放出される光線を基板平面
方向に偏向するようにし、その結果光路が基板の外でも
基板方向に配向されているようにする。これは測定鏡が
測定針の内側ないし後端部に設けられており且つ外側な
いし前端部に探触子が設けられているときに、特に有利
である。
実施例 次に本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。
第1図の光電装置はリチウム二オバト結晶またはジリチ
ウム結晶から成る基板1を示し、この表面にそれ自体公
知の方法で測定導波路2と、基準(参照)導波路3と分
岐導波路4とが形成されている。測定導波路は基板1の
エツジ5に導びかれており、このエラ−75にはレーザ
6が直接、例えば接着釦より、レーザの光が測定導波路
2に達するようにして設けられている。測定導波路2の
他方の端部は回析格子7に接合されており、回析格子は
光を基板IK対しほぼ垂直に出力結合しており、これを
第2図の測爾図忙おいて矢印8で示す。光はトリプルミ
ラー9に達し、トリプルミラーは矢印10に相応して回
析格子γに反射され、回析格子は再び測定用導波路2に
光を導びく。矢印8および10の光は実質的に互いに平
行である。
トリプルミラー9は、2アームてこ12の一方のアーム
11の端部に設けられており、てこの他方のアーム13
の端部には探触子14が設けられている。探触子はその
動作を説明し易いように工作物16の表面15に当接し
た状態で示されている。例えばこの工作物の高さの輪郭
(凹凸)が輪郭形状の方向【依存して長さの変化として
測定する。
第1図に示された基準導波路3はエツジ5まで延在して
おり、このエツジ5にホトダイオード17が、基準導波
路3からの光を受信して相応する電流または電圧信号に
変換するように設げられている。基準導波路3の他方の
端部は基板1のエツジ18まで延在しており、このエツ
ジ18は平滑に研摩されており、少なくとも基準導波路
3の出口の領域において鏡面化されているので、基準導
波路3の端部は蜆19を形成している。
基準導波路3は短い行程に亘って測定用導波路2に接近
しており、その結果、結合部20が形成されている。分
岐導波路4は一方の端部が基準導波路3に接近しており
、その結果、結合部21が形成されている。分岐導波路
4の他方の端部は、そこに設けられているホトダイオー
ド22の領域で終端しており、ホトダイオ−rは分岐導
波路4からの光を受信して相応の電圧信号に変換する。
分岐導波路4の両側には短い行程に亘って電極23およ
び24が設けられており、これらの電極は導線25′お
よび26を介して調整可能な直流電圧源に接続されてい
る。
直流電圧源は簡略して単にプラス・マイナスの符号で示
す。電極23.24への直流電圧を調整することにより
、ホトダイオ−v22に加わる光の位相がホトダイオー
ド17に加わる光の位相に対して次のように設定される
、即ち、ホトダイオード22の出力側の電流の位相がホ
トダイオード17の出力側の電流の位相に対して90°
シフトしているように設定される。
安定性を高めるために、第2図および第6図において基
板1にはペルチェ効果素子32が固定的に結合されてお
り、このペルチェ効果素子は干渉計の温度を一定の値に
保持する役割をもつ。
雑音および)I IJフト現象を除去するためにレーザ
またはレーザ光線をj送波周波数で変調することができ
、変調されたレーザ光線は、搬送波周波数信号処理の通
常の技術で更に処理される。
第1図および第2図の本発明による装置を用いる場合、
探触子14が母材16の表面15の平面において移動さ
せられるので、探触子14の高さ位置が表面15の微妙
な輪郭変化(凹凸)に応じて変化する。トリプルミラー
9の位置がそれに応じて基板1上の回析格子7に対して
相対的に変化するので、矢印8および10に沿ってのト
リプルミラーに入射しかつ反射した光の光路もそれに応
じて変化する。これにより、基準導波路3における干渉
縞が探触子14の動きに比例して変化し、ホトダイオー
ドI3に出力電流の変化として表われる。
第3図は第1図の実施例の変形例を示す。一致する個所
には同じ番号がつけられている。相違点は、トリプルミ
ラー9が、ガイド2Tにより垂直に移動可能に支持され
た測定針28の上端部に設けられていることであり、測
定針の下端部には探触子29が設けられている。探触子
は母材30に当接しており、母材はテーブル31の上に
載置されている。
第4図はホトダイオード17および22の出力電圧の評
価・指示のための装置Qブロック回路図を示し、ホトダ
イオード17および22の出力電圧は互いに位相関係が
どのようなものであるかを明瞭に示すために正弦信号s
inおよび余弦信号cosとして示されている。電流−
電圧変換し且つ増幅器33および34において増幅した
後、回転フィールV補間器35において回転フィールド
補間が行なわれ、これにより360゜の回転フィールド
の全周期in個の部分に区分することができる。全回転
フィールド周期はレーザ波長の272分の測定鏡の変位
に相応している。後続の方形波形成器36は計数方向弁
別器37と共にアップ・ダウンカウンタ38用の信号を
形成する。アップ・ダウンカウンタには指示装置39が
接続されている。トリプルミラー9が一方の方向に動く
と、ホトダイオード22の信号の位相がホトダイオ−v
1γの信号より90°進み、アップ・ダウンカウンタ3
8は一方の方向に計数する。トリプルミラー9の、運動
方向が反転すると、ホトダイオード22の信号の位相が
ホトダイオード17の信号より90°遅蜆アツプ・ダウ
ンカウンタ38も計数方向を反転させる。アップ・ダウ
ンカウンタ38は各々回転フィールドの全周期の各々n
個の部分を計数する。測定行程に対する達成可能な分解
能は従ってこの回転フィールド区分の大きさと装置全体
の安定性にのみ依存する。
第5図は絶対値測定のための測長探触器の断面を示す。
ケーシング40内にタペット41がローラガイ)F42
を用いて軸線方向に移動可能に支承されている。タペッ
ト41はケーシング40から突出しており、そこに別個
の部材43として示された、端部に球状探触子44を有
する部分が設けられている。タペット41は蛇腹45に
よりほこりから保護されている。
タペット41はコイルばね46により探触子44の当接
方向にバイアスをかけられており、その動きは溝48に
係合するピボット47により制限される。
タペット41の内側端部には棒49が設けられており、
棒の端部には皿状部50が形成されており、この皿状部
上に平面鏡51とガラス球52とが接着されている。こ
こから離れたところに、光電装置53が配置されており
、この光電装置はプラグコネクタ54を介して図示され
ていない干渉計用カウンタと焦点位置測定装置用の比較
器とに接続されている。
第6図〜第8図は光電装置53の略図であり、そこから
この装置が光導波層55,56を備えた2つの基板1お
よび54から成ることがわかる。基板1は、第1図の実
施例により構成されており、光導波層55に第1図と同
じ光学素子が設けられており、従って同°じ参照番号を
用いている。ただし回析格子7だげは省かれており、測
定用導波路2からの光はエツジから基板方向に送出され
る(これを第5図から第7図に示す)。
基板1上の光学素子の干渉計としての機能は、第1図と
の関連で説明した機能と同じである。
ガラス球520基板1に対する距離が変化すると、干渉
に応じて、ひいてはガラス球52と基板1との間の距離
の相対的変化に応じてホトダイオ−v17および22に
電圧が生じる。
第6図〜第8図の構成によれば基板1は基板54と接着
されている。光導波層56はその全長に亘って同じ形状
なので、第7図のような光路を形成することができる。
レーザ57は基板54の側面に設げられており、45°
傾斜した鏡58を照射し、この鏡58は光を集束格子5
9および60に偏向させるので、送出された光61およ
び62は鏡51の表面に集束される。
鐘51から光は再び集束格子60および59に達し、そ
の際後方の集束格子59が光分波器として作用し、各々
光の半分が2つの異なる焦点63.64に集束される。
これらの焦点は、鏡51が正確に光線61および62の
焦点に合っているとき、一方ではちょうどダイオード6
5と66の間に、他方ではダイオ−r67と68の間に
来る。ダイオード65〜68には比較器が接続されてお
り、比較器は図示の焦点位置において、既に述べた干渉
計用カウンタ疋、カウンタをゼロにセットするための信
号を送出する。
鏡51が探触子44の動きく基づいて動くと、カウンタ
は鏡51が正確な焦点位置を通過する度にゼロにセット
され、ひいては絶対値が形成される。
第9図は、光導波層70を備えた基板69の平面図、第
10図は同じ基板69の側面図である。この基板の右側
には第1図に示すような干渉計が設けられており、従っ
てここでも同じ部材くは同じ参照番号を用いた。トリプ
ルミラー9の代りに測定針28の上端部にはガラス球7
1が設けられている。ここから反射された光は、第1図
との関連で説明したのと同じようにして干渉計に達する
。ここでは付加的に偏向鏡T2が設けられているので、
測定針28はほぼ基板69の長手方向に延在することか
でき、その結果、非常に僅かな構造高さまたは幅にする
ことのできる全体的に扁平な形状が得られる。
゛ガラス球71から反射した光は半透過性の鏡により部
分的に分離されて偏向鏡74を介して集束格子75およ
び16に達し、集束格子は各々光の半分を焦点77およ
び78に集束させる。
ガラス球710反射点が正確に焦点内にあるときに、こ
れら焦点はホトダイオード対19と80の間および81
と82の間に来る。ホトダイオード79〜82には第7
図の実施例と全く同様に図示されていない比較器が接続
されており、比較器は各ダイオード対のホトダイオード
が一一に照射されているとき、即ち焦点77.78がち
ょうどホトダイオードの間に来るときに、ホトダイオ−
)PI3および22に接続されているカウンタをゼロて
セットする信号を送出する。
@11図はケーシング81e備えた実施例を示し、この
ケーシング内に第5図の実施例同様に、第5図の光電装
置53と類似の光電装置84が設けられている。光電装
置の基本構成は第6図およびW、7図に示したものと同
様である。
異なっているのは、ここでは付加的に偏向鏡85が干渉
計用に設けられており、この偏向鏡は測定用導波路から
の光(第6図)?:、90°偏向させ、ひいては2アー
ムてこ88の内側端部に設けられている球88の運動方
向に偏向させる。
2アームてこの外側のアーム89には探触子90が設け
られている。2アームてこ88はピボット91′ft:
中心に回転し、コイルばね92を用いて走置方向にバイ
アスをかけられている。
光電装置84の光電装置53との別の相異点は、光線9
3および94が光電装置84の側方から送出され、光電
装置の側方で鏡95に当たることにある。この鏡95は
第6図および第7図の鏡51に相当する。光電装置84
内に図示していない偏向鏡が設けられているので、光路
は再び第7図と同じになる。
アーム89は管96により保護されており、この管から
探触子9が開口を通って突出する。
ケーシング83の他方の端部には、第5図のプラグコネ
クタ53′に相当するプラグコネクタ96が設けられて
いる。
発明の効果 本発明の特許請求の範囲第1項記載の構成により、探触
子の保持および案内のための手段の他て、この探触子に
付加的荷重が加わらないので、探触子の重さが最小限に
なり、その結果、僅かな接点圧力で十分であり、従って
探触子は例えば工作物表面の微妙な断面形状ないし凹凸
の探触の際に、確実に表面に追従し、ひいては表面構造
に正確に相応する長さ変化が探触走査され、この長さ変
化が干渉計により、相応の電気的信号に変換される。そ
の際同時に探触走置速度を非常に高くすることができる
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の装置実施例の重要部である光電素子を
示す平面図、第2図は、本発明の°装置の機械的走査部
材と共に第1図の装置を側面から示す図、第6図は第2
図の装置の変形実施例の側面図、第4図は第1図の光電
装置に接続される指示装置のブロック回路図、第5図は
本発明による絶対値測定のための装置の実施例の断面図
、第6図は第5図の装置の光学系の一方の側面の図、第
7図は第5図の装置の光学系の他方の側面の図、第8図
は第6図および第7図の光学系の層構成を示す図、第9
図は本発明による絶対値測定装置の第2の実施例の略図
、第10図は第9図の装置の側面図、第11図は本発明
による絶対値測定装置の第3の実施例の断面図である。 1.54.69・・・基板、2・・・測定用導波路、3
・・・基準導波路、4・・・分岐導波路、6,57・・
・レーザ、7・・・回析格子、9・・・トリプルミラー
、14.29,44,90・・・探触子、17,22・
・・光電変換器、33.34・・・増幅器、35・・・
回転フィールド補間器、36・・・方形波形成器、37
・・・計数方向弁別器、38・・・アップ・ダウンカウ
ンタ、39・・・指示装置、59.60・・・集束格子
、73・・・半透過性鏡、75.76・・・第2の集束
装置

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、測定すべき長さの方向に可動に支承された探触子と
    、探触子の運動を相応の電気信号に変換する変換器と、
    この電気信号を指示するための指示装置とを備えた、微
    小な長さを測定する装置において、変換器が光学的干渉
    計を備えており、該干渉計が測定導波路(2)を有して
    おり、該測定導波路の一方の端部がレーザ(6)に結合
    されており、他方の端部が光学装置に結合されており、
    該光学装置が離隔して設けられた測定鏡に光を向け、該
    測定鏡は光を前記光学装置に反射し、またこの測定鏡は
    探触子または当該探触子と共に可動の部分(12)に結
    合されており、前記干渉計が基準導波路(3)を有して
    おり、該基準導波路は測定用導波路(2)に結合されて
    おり、基準導波路の一方の端部には鏡(19)が設けら
    れており、他方の端部には光電変換器(17)が設けら
    れており、該光電変換器(17)はその電気出力信号を
    指示する指示装置に接続されていることを特徴とする、
    微小な長さを測定する装置。 2、光学装置が、光をほぼ平行に鏡に向つて偏向させる
    回析格子(7)である特許請求の範囲第1項記載の微小
    な長さを測定する装置。 3、測定鏡が2アームてこ(12)の一方の端部に設け
    られており、該2アームてこの他方の端部に探触子(1
    4)が設けられている特許請求の範囲第1項記載の微小
    な長さを測定する装置。 4、測定鏡が平行に案内された測定針(28)の一方の
    端部に設けられており、該測定針の他方の端部には探触
    子(29)が設けられている特許請求の範囲第1項記載
    の微小な長さを測定する装置。 5、測定鏡が平面鏡、またはトリプルミラー(9)また
    はガラス球である特許請求の範囲第1項記載の微小な長
    さを測定する装置。 6、指示装置がカウンタである特許請求の範囲第1項記
    載の微小な長さを測定する装置。 7、基準導波路が分岐導波路(4)に結合されており、
    該分岐導波路の端部が別の光電変換器(22)に結合さ
    れており、分岐導波路は別の光電変換器(22)におけ
    る位相の調整のための位相調整装置(23〜26)を有
    しており、該位相調整装置は別の光電変換器 (22)に加わる光の位相を、基準導波路 (3)に接続された光電変換器(17)に加わる光の位
    相に対して90°シフトさせて、1つの回転フィールド
    が形成されるようにし、さらに、該回転フィールドの回
    転方向を測定してこの測定された回転方向に依存してア
    ップ・ダウンカウンタとして構成されたカウンタの計数
    方向を制御する装置(17〜26)が設けられている特
    許請求の範囲第1項記載の微小な長さを測定する装置。 8、分割装置が設けられており、該分割装置が回転フィ
    ールド周期を幾つかの個別の値に分割し、アップ・ダウ
    ンカウンタがこれらの個々の値を計数する特許請求の範
    囲第7項記載の微小な長さを測定する装置。 9、測定導波路(2)、基準導波路(3)ないし分岐導
    波路(4)が共通の基板(1)の表面中または表面上に
    設けられており、レーザ(6)および/または光電変換
    器(17、22)が直接基板(1)のエッジ(5)に配
    設されており、この端面で各導波路(2、3、4)の所
    属の端部が終端しており、基準導波路 (3)の一方の端部に設けられた鏡(19)は、基準導
    波路(3)が終端している基板 (1)の鏡面化された端縁面(18)により形成されて
    いる、特許請求の範囲第1項記載の微小な長さを測定す
    る装置。 10、位相調整装置が2つの電極(23、24)から構
    成されており、該電極は分岐導波路 (4)の両側に、分岐導波路の一部の区間に亘つて延在
    しており、かつ調整可能な直流電圧に接続されている特
    許請求の範囲第9項記載の微小な長さを測定する装置。 11、光を測定鏡に偏向させる光学装置が回析格子(7
    )により形成されており、該回析格子が基板(1)の表
    面に載置されている特許請求の範囲第9項記載の微小な
    長さを測定する装置。 12、光電変換器(17、22)および/またはレーザ
    が基板(1)に集積化されている特許請求の範囲第1項
    記載の微小な長さを測定する装置。 13、探触子から干渉計までの距離に依存する電気信号
    を発生する光電距離計が設けられており、前記電気信号
    の所定の値に応動してカウンタをゼロにセットする装置
    が設けられている特許請求の範囲第6項記載の微小な長
    さを測定する装置。 14、光電距離計が焦点位置測定システムであつてレー
    ザ(57)を備えており、該レーザの光は第1の集束装
    置を介して探触子または探触子と共に動く装置(41、
    49、50)に設けられた鏡(51)に入射し、該鏡は
    光を前記第1の集束装置に反射させ、該第1の集束装置
    に第2の集束装置が後置接続されており、該第2の集束
    装置は光を2つの密に隣接するホトダイオード(65、
    66)上に集束し、その際鏡(51)が焦点に正確に位
    置するときホトダイオード(65、66)上に集束され
    る光がホトダイオード(65、66)上またはその間に
    対称に入射するように配置し、ホトダイオード(65、
    66)に比較器が接続されており、該比較器は両ホトダ
    イオード(65、66)から送出される電気信号が同じ
    場合に出力信号を発生し、比較器に接続されたカウンタ
    をゼロにセットする特許請求の範囲第13項記載の微小
    な長さを測定する装置。 15、基板(54)が光導波層(56)を備えており、
    該光導波層において第1および第2の集束装置がそれ自
    体公知の方法で集束格子 (60、59)として構成されており、該集束格子にレ
    ーザ(57)とホトダイオード (65、66)とが接続されている特許請求の範囲第1
    4項記載の微小な長さを測定する装置。 16、焦点位置測定計用のレーザ(6)が干渉計用レー
    ザ(6)により構成されており、前記鏡が測定鏡(71
    )であり、測定用導波路(2)中に斜めに半透過性の鏡
    (73)が設けられており、該半透過性の鏡が測定鏡(
    71)から反射した光の一部を分岐させて第2の集束装
    置(75、76)に偏向させる特許請求の範囲第14項
    記載の微小な長さを測定する装置。 17、干渉計用の基板(1)と焦点位置測定計用の基板
    (54)とが平面的に相互に接着されており、または少
    なくとも部分的に共通の1つの部材から成つている特許
    請求の範囲第13項から第15項までのいずれか1項記
    載の微小な長さを測定する装置。 18、第1の集束格子(7)の直ぐ上に基板(69)に
    対して約45°の傾斜を有する偏向鏡(72)が設けら
    れている特許請求の範囲第15項記載の微小な長さを測
    定する装置。
JP61279904A 1986-03-26 1986-11-26 微小な長さを測定する装置 Granted JPS62232503A (ja)

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DE3610154.0 1986-03-26
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