特開 2015-4673 干渉計

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-4673(P2015-4673A)

(43)【公開日】2015年1月8日

(54)【発明の名称】干渉計

(51)【国際特許分類】

   G01B 9/02 20060101AFI20141205BHJP

【ＦＩ】

   G01B9/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2014-121136(P2014-121136)

(22)【出願日】2014年6月12日

(31)【優先権主張番号】10 2013 211 758.2

(32)【優先日】2013年6月21日

(33)【優先権主張国】DE

(71)【出願人】

【識別番号】390014281

【氏名又は名称】ドクトル・ヨハネス・ハイデンハイン・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＤＲ． ＪＯＨＡＮＮＥＳ ＨＥＩＤＥＮＨＡＩＮ ＧＥＳＥＬＬＳＣＨＡＦＴ ＭＩＴ ＢＥＳＣＨＲＡＮＫＴＥＲ ＨＡＦＴＵＮＧ

(74)【代理人】

【識別番号】100140109

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 新次郎

(74)【代理人】

【識別番号】100075270

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 泰

(74)【代理人】

【識別番号】100101373

【弁理士】

【氏名又は名称】竹内 茂雄

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100153947

【弁理士】

【氏名又は名称】家成 隆彦

(72)【発明者】

【氏名】マルクス・マイスナー

(72)【発明者】

【氏名】ラルフ・ヨルガー

(72)【発明者】

【氏名】イェルク・ドレシャー

(72)【発明者】

【氏名】ヴォルフガング・ホルツアップフェル

【テーマコード（参考）】

2F064

【Ｆターム（参考）】

2F064AA01

2F064GG00

2F064GG12

2F064GG16

2F064GG22

2F064GG23

2F064GG24

2F064GG33

2F064GG38

2F064GG44

2F064GG47

(57)【要約】      （修正有）

【課題】簡単に制作できる光学構成素子を備える小型に構成された干渉計を提供する。
【解決手段】ビームスプリッタは、光源から放出された第１光線束を、第１分割平面で測定光と参照光に分離する。第１結合平面の結合位置で再結合されるまで、測定光は測定用アーム内を伝搬し、参照用光は参照用アーム内を伝搬する。第１結合平面は第１分割平面に対して平行に配向される。測定用光線束が少なくとも２回垂直方向に入射する測定用反射器が測定用アーム内に配置され、測定方向に移動する測定対象物に結合される。参照用光が入射する参照用逆反射器が参照用アーム内に配置される。検出装置によって、結合位置で重ね合わされた干渉する測定用光および参照用光から、測定対象物の位置に関する距離信号が検出可能である。透明な２平板が、光路間に平行に配置され、第１平板には参照用逆反射器が形成され、第２平板にはビームスプリッタが配置される。
【選択図】図１ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

干渉計において、
光源（１０；ＬＱ）と、
ビームスプリッタ（２３；ＰＢＳ）であって、前記光源（１０；ＬＱ）から放出された第１光線束を少なくとも１つの測定用光線束（Ｍ；Ｍ１，Ｍ２）と少なくとも１つの参照用光線束（Ｒ）とに分割し、前記両光線束にわたって第１分割平面（ＡＥ１）が拡がっており、第１結合平面（ＶＥ１）の結合位置（Ｖ）で再結合されるまで、前記測定用光線束（Ｍ；Ｍ１，Ｍ２）が測定用アーム内を伝搬し、前記参照用光線束（Ｒ）が参照用アーム内を伝搬し、前記第１結合平面（ＶＥ１）が前記第１分割平面（ＡＥ１）に対して平行に配向されているビームスプリッタと、
測定用アーム内に配置されており、測定方向（ｙ）に沿って移動する測定対象物（３１；１３１；２３１）に結合された測定用反射器（３０；１３０；２３０；ＭＲ）であって、前記測定用光線束（Ｍ；Ｍ１，Ｍ２）が、前記測定用反射器（３０；１３０；２３０；ＭＲ）に少なくとも２回垂直方向に入射する測定用反射器と、
前記参照用アーム内に配置された参照用逆反射器（ＲＲ２；ＲＲ）であって、前記参照用光線前記束（Ｒ）が前記参照用逆反射器（ＲＲ２；ＲＲ）に少なくとも１回入射する参照用逆反射器と、
結合位置（Ｖ）で重ね合わされた干渉する測定用光線束および参照用光線束（Ｍ；Ｍ１，Ｍ２；Ｒ）から、前記測定対象物（３１；１３１；２３１）の位置に関する少なくとも１つの距離信号を検出可能である検出装置（４０；ＤＥＴ）と、
前記光源（１０；ＬＱ）と前記検出装置（４０；ＤＥＴ）との間の光路に互いに平行に配置された透明な第１平板（２１；１２１；２２１；Ｐ１）および透明な第２平板（２２；１２２；２２２；Ｐ２）であって、前記測定用反射器（３０；１３０；２３０；ＭＲ）が、２つの前記平板（２１；１２１；２２１；Ｐ１；２２；１２２；２２２；Ｐ２）に対して測定方向（ｙ）に沿って移動可能に配置されており、
前記第１平板（２１；１２１；２２１；Ｐ１）には前記参照用逆反射器（ＲＲ２；ＲＲ）が形成されており、
前記第２平板（２２；１２２；２２２；Ｐ２）には前記ビームスプリッタ（２３；ＰＢＳ）が配置されている、透明な第１平板および透明な第２平板と、
を備える干渉計。

【請求項2】

請求項１に記載の干渉計において、
前記参照用逆反射器（ＲＲ２；ＲＲ）が、前記第１平板（２１；１２１；２２１；Ｐ１）に回折逆反射器として形成されており、前記第１平板（２１；１２１；２２１；Ｐ１）の一方の面に配置された少なくとも１つの格子レンズと、前記第１平板（２１；１２１；２２１；Ｐ１）の向かい合った面に配置された少なくとも１つの平面反射器とを含み、該平面反射器の反射面が前記格子レンズの方向に向けられており、少なくとも１つの格子レンズを介して、該格子レンズに入射した前記参照用光線束（Ｒ）が偏光され、平面反射器に焦点を合わせられる干渉計。

【請求項3】

請求項１に記載の干渉計において、
前記第１平板（２１；１２１；２２１；Ｐ１）が、さらに少なくとも１つの遅延ユニット（ＶＥ）を備え、該遅延ユニットに沿って参照用光線束（Ｒ）が伝搬し、前記遅延ユニット（ＶＥ）が、前記第１平板（２１；１２１；２２１；Ｐ１）の向かい合った面に配置された少なくとも２つの平面反射器を含み、前記平面反射器の反射面が、それぞれ前記第１平板（２１；１２１；２２１；Ｐ１）の向かい合った面の方向に向けられている干渉計。

【請求項4】

請求項３に記載の干渉計において、
前記第１平板（２１；１２１；２２１；Ｐ１）で前記参照用光線束（Ｒ）を通過する少なくとも１つの前記遅延ユニット（ＶＥ）が、前記参照用光線束（Ｒ）および前記測定用光線束（Ｍ；Ｍ１，Ｍ２）が分割と再結合との間に２つの前記平板（２１；１２１；２２１；Ｐ１；２２；１２２；２２２；Ｐ２）における同一の経路を通過するように形成されている干渉計。

【請求項5】

請求項１に記載の干渉計において、
前記第２平板（２２；１２２；２２２；Ｐ２）の前記ビームスプリッタ（２３；ＰＢＳ）が、前記第２平板（２２；１２２；２２２；Ｐ２）の第１面に配置された偏光光学的なビームスプリッタ層として形成されており、前記第１面が前記第１平板（２１；１２１；２２１；Ｐ１）の方向に向けられている干渉計。

【請求項6】

請求項１に記載の干渉計において、
さらに回折逆反射器の形態の少なくとも１つの測定用逆反射器（ＲＲ１）が、前記第２平板（２２；１２２；２２２；Ｐ２）に形成されており、該第２平板（２２；１２２；２２２；Ｐ２）の一方の面に配置された少なくとも１つの格子レンズと、前記第２平板（２２；１２２；２２２；Ｐ２）の向かい合った面に配置された少なくとも１つの平面反射器とを含み、該平面反射器の反射面が、格子レンズの方向に向けられており、前記格子レンズに入射する前記測定用光線束（Ｍ；Ｍ１，Ｍ２）が格子レンズを介して偏向され、平面反射器に焦点を合わせられる干渉計。

【請求項7】

請求項１から６までのいずれか一項に記載の干渉計において、
前記第１分割平面（ＡＥ１）に対して垂直方向に離間して少なくとも１つの第２光線束（Ｓ２）が第２分割平面（ＡＥ２）で前記第１平板（１２１）に入射し、
２つの前記平板（１２１；１２２）が、他の領域では、第２光線束（Ｓ２）に関して前記第２分割平面（ＡＥ２）および第２結合平面（ＶＥ２）で、前記第１分割平面（ＡＥ１）および前記第１結合平面（ＶＥ１）の場合と同一の光路が生じ、さらに前記測定方向（ｙ）に沿って前記測定対象物（３０；１３１；２３１）の移動に関する第２距離信号が生成可能であるように形成されている干渉計。

【請求項8】

請求項１から６までのいずれか一項に記載の干渉計において、
前記第１分割平面（ＡＥ１）で第１光線束（Ｓ１）に対して離間して少なくとも１つの第２光線束（Ｓ２）が前記第１平板（２２１）に入射し、
２つの前記平板（２２１；２２２）が、他の領域では、第２光線束（Ｓ２）に関して、前記第１分割平面（ＡＥ１）および前記第１結合平面（ＶＥ１）で、第１光線束（Ｓ１）の場合と同一の光路が生じ、さらに前記測定方向（ｙ）に沿った前記測定対象物（１３１）の移動に関する第２距離信号が生成可能であるように形成されている干渉計。

【請求項9】

請求項１に記載の干渉計において、
前記第２平板（Ｐ２）がさらに第１結像素子（Ｔ１）を備え、該第１結像素子が、
いずれも前記第２平板（２２；１２２；２２２；Ｐ２）の一方の面に配置された少なくとも１つの第１格子レンズ（Ｌ１）および第２格子レンズ（Ｌ２）と、
前記第２平板（Ｐ２）の向かい合った面に配置され、反射面が前記第１および第２格子レンズ（Ｌ１，Ｌ２）の方向に向けられた少なくとも１つの第１平面反射器（ＲＲ１）と、
を備え、
前記第１結像素子（Ｔ１）を介して、該第１結像素子に入射した測定用光線束（Ｍ）の光線直径が拡大され、
前記第１平板（Ｐ１）がさらに第２結像素子（Ｔ２）を備え、該第２結像素子が、
いずれも前記第１平板の一方の面に配置された少なくとも１つの第３格子レンズおよび第４格子レンズと、
前記第１平板（Ｐ１）の向かい合った面に配置され、反射面が前記第３および第４回折格子レンズの方向に向けられた第２平面反射器と、
を備え、
前記第２結像素子（Ｔ２）を介して、該第２結像素子に入射した測定用光線束（Ｍ）の光線直径が縮小される干渉計。

【請求項10】

請求項９に記載の干渉計において、
第１および第３格子レンズ（Ｌ１）を介して、該格子レンズに入射した前記測定用光線束（Ｍ）がそれぞれ焦点を合わせられ、
第２および第４格子レンズ（Ｌ２）を介して、該格子レンズに入射した前記測定用光線束（Ｍ）がそれぞれコリメートされる干渉計。

【請求項11】

請求項１０に記載の干渉計において、
前記測定用光線束（Ｍ）が、前記第１結像素子（Ｔ１）の通過後に中間平面（ＺＥ）で測定用反射器（ＭＲ）の方向に伝搬し、前記中間平面（ＺＥ）が前記第１分割平面（ＡＥ１）と前記第１結合平面（ＶＥ１）との間に配置されており、前記両平面に対して平行に配向されおり、
前記測定用光線束（Ｍ）が、前記第２結像素子（Ｔ２）の通過後に前記第１結合平面（ＶＥ１）を伝搬する干渉計。

【請求項12】

請求項１１に記載の干渉計において、
前記第１平板（Ｐ１）の前記参照用逆反射器（ＲＲ）が回折逆反射器として形成されており、前記第１平板（Ｐ１）の一方の面に配置された２つの格子レンズ（Ｌ１，Ｌ２）ならびに１つの平面反射器（ＰＲ２）、および前記第１平板（Ｐ１）の向かい合った面に配置された２つの平面反射器（ＰＲ１，ＰＲ３）を含み、前記平面反射器（ＰＲ１，ＰＲ２，ＰＲ３）の反射面が、それぞれ向かい合った面に向けられており、これにより、前記第１分割平面（ＡＥ１）では、前記第１平板（Ｐ１）に入射した前記参照用光線束（Ｒ）がまず前記第１平板（Ｐ１）の光学的に無効な領域を通過し、前記第１格子レンズ（Ｌ１）に入射し、該第１格子レンズを介して、前記参照用光線束（Ｒ）が、向かい合った第１平面反射器（ＰＲ１）の方向に偏向され、該第１平面反射器（ＰＲ１）によって、前記中間平面（ＺＥ）で、前記参照用光線束（Ｒ）が、向かい合った第２平面反射器（ＰＲ２）の方向に偏向され、前記第２平面反射器（ＰＲ２）によって、前記参照用光線束（Ｒ）が、向かい合った第３平面反射器（ＰＲ３）の方向に偏向され、前記第３平面反射器（ＰＲ３）によって、前記参照用光線束（Ｒ）が、前記第１結合平面（ＶＥ１）で前記第２格子レンズ（Ｌ２）の方向に偏向される干渉計。

【請求項13】

請求項２、８または１２のいずれか一項に記載の干渉計において、
使用される格子レンズがそれぞれ反射格子レンズとして形成されている干渉計。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、特に高精度に長さおよび／または距離を測定するために適した干渉計に関する。

【背景技術】

【0002】

いわゆる「平面鏡干渉計」が、米国特許第４，７５２，１３３号明細書により既知である。平面鏡干渉計は、光源、ビームスプリッタ、および検出装置を含む。ビームスプリッタを介して、光源から放出された光線束は少なくとも１つの測定用光線束と少なくとも１つの参照用光線束とに分割される。次いで測定用光線束および参照用光線束はそれぞれ測定用アームおよび参照用アーム内を伝搬し、ビームスプリッタで再結合される。測定用アーム内には、平面鏡として形成された測定用反射器が移動する測定対象物に配置されており；参照用アームは、少なくとも１つの参照用逆反射器を備える。検出装置によって、再結合された干渉する測定用光線束および参照用光線束から、測定対象物の位置に関する少なくとも１つの距離信号が検出可能である。

【0003】

米国特許第４，７５２，１３３号明細書では、ビームスプリッタとして偏光ビームスプリッタキューブが設けられており、参照用逆反射器としてコーナキューブプリズムが用いられる；この関連では、複数のコーナキューブプリズムを備える参照用逆反射器も代替的な変化態様として既知である。この場合、参照用逆反射器のコーナキューブプリズムは、ビームスプリッタキューブに接着または接合されている；さらにコーナキューブプリズムは、ビームスプリッタキューブから空間的に分離して配置してもよい。

【0004】

このような干渉計では、偏光ビームスプリッタキューブもコーナキューブプリズムも製作に著しい手間がかかることが欠点である。ビームスプリッタキューブの場合、特に１つ以上のコーナキューブプリズム、および必要に応じて他の光学構成素子が異なる面に直接に配置される場合、これらの面が互いに高精度に整列されている必要がある。ビームスプリッタキューブおよびコーナキューブプリズムが空間的に分離して配置されている場合には、ドリフトが少なくなるようにこれらの構成部材を支持する必要があり、同様に手間がかかる。このために、要求される測定対象物の傾斜許容差が大きい場合には、コーナキューブプリズムは比較的大型に構成されている必要がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】米国特許第４，７５２，１３３号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の課題は、できるだけ簡単に作製できる光学構成素子を備える小型に構成された干渉計を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

この課題は、本発明によれば、請求項１に記載の特徴を有する干渉計によって解決される。

【0008】

本発明による干渉計の有利な構成が、従属請求項に記載された手段により得られる。

【0009】

本発明による干渉計は、光源、ビームスプリッタ、測定用反射器、参照用反射器、検出装置、および２つの透明な平板を含む。ビームスプリッタは、光源から放出された第１光線束を、少なくとも１つの測定用光線束と少なくとも１つの参照用光線束とに分離し、両光線束にわたって第１分割平面が拡がっている。第１結合平面の結合位置で再結合されるまで、測定光線束は測定用アーム内を伝搬し、参照用光線束は参照用アーム内を伝搬する。第１結合平面は、第１分割平面に対して平行に配向されている。測定用反射器が測定用アーム内に配置されており、測定方向に沿って移動する測定対象物に結合されている。測定用光線束が測定用反射器に少なくとも２回垂直方向に入射する。参照用逆反射器が参照用アーム内に配置されており、参照用光線束は参照用逆反射器に少なくとも１回入射する。検出装置を介して、結合位置で重ね合わされた干渉する測定用光線束および参照用光線束から測定対象物の位置に関する少なくとも１つの距離信号を検出可能である。透明な第１平板および透明な第２平板が、光源と検出装置との間の光路に互いに平行に配置されている。測定用反射器が、測定方向に沿って２つの平板に対して移動可能に配置されている。第１平板には参照用逆反射器が形成されており、第２平板にはビームスプリッタが配置されている。

【0010】

有利な一実施形態では、参照用逆反射器が第１平板に回折逆反射器として形成されており、第１平板の一方の面に配置された少なくとも１つの格子レンズと、第１平板の向かい合った面に配置された少なくとも１つの平面反射器とを含み、平面反射器の反射面は格子レンズの方向に向けられており、少なくとも１つの格子レンズを介して、格子レンズに入射した参照用光線束が偏光され、平面反射器に焦点を合わせられる。

【0011】

第１平板はさらに少なくとも１つの遅延ユニットを備え、この遅延ユニットに沿って参照用光線束は伝搬し、遅延ユニットは、第１平板の向かい合った面に配置された少なくとも２つの平面反射器を含み、この場合、これらの平面反射器の反射面は、それぞれ第１平板の向かい合った面の方向に向けられている。

【0012】

この場合、第１平板で参照用光線束を通過する少なくとも１つの遅延ユニットは、参照用光線束および測定用光線束が分割と再結合との間に２つの平板において同一の経路を通過するように形成されていることが可能である。

【0013】

好ましくは、第２平板のビームスプリッタは、第２平板の第１面に配置された偏光光学的なビームスプリッタ層として形成されており、この第１面は第１平板の方向に向けられている。

【0014】

さらに回折逆反射器の形態の少なくとも１つの測定用逆反射器が第２平板に形成されており、第２平板の一方の面に配置された少なくとも１つの格子レンズと、第２平板の向かい合った面に配置された少なくとも１つの平面反射器とを含み、この平面反射器の反射面は格子レンズの方向に向けられており、格子レンズに入射した測定用光線束が格子レンズを介して偏向され、平面反射器に焦点を合わされる。

【0015】

さらに、可能な一実施形態では、第１分割平面に対して垂直方向に離間して少なくとも１つの第２光線束が第２分割平面で第１平板に入射し、２つの平板は、他の領域では、第２光線束に関して、第２分割平面および第２結合平面で第１分割平面および第１結合平面の場合と同一の光路が生じ、さらに測定方向に沿った測定対象物の移動に関する第２距離信号が生成可能となるように形成されている。

【0016】

他の可能な実施形態では、第１分割平面に、第１光線束に対して離間して少なくとも１つの第２光線束が第１平板に入射し、２つの平板は、他の領域では、第２光線束に関して、第１分割平面および第１結合平面で第１光線束の場合と同一の光路が生じ、さらに測定方向に沿った測定対象物の移動に関する第２距離信号が生成可能となるように形成されている。

【0017】

最後に、さらに他の実施形態では、
‐第２平板がさらに第１結像素子を備え、第１結像素子は、
‐少なくとも１つの第１格子レンズおよび第２格子レンズを備え、これら２つの格子レンズがいずれも第２平板の一方の面に配置されており、
‐第２平板の向かい合った面に配置された少なくとも１つの第１平面反射器を備え、第１平面反射器の反射面が第１および第２格子レンズの方向に向けられており、
‐第１結像素子に入射した測定用光線束の光線直径が第１結像素子を介して拡大され、
‐第１平板がさらに第２結像素子を備え、第２結像素子は、
‐少なくとも１つの第３格子レンズおよび第４格子レンズを備え、これら２つの格子レンズがいずれも第１平板の一方の面に配置されており、
‐第１平板の向かい合った面に配置された第２平面反射器を備え、第２平面反射器の反射面が第３および第４格子レンズの方向に向けられており、
‐第２結像素子に入射した測定用光線束の光線直径が第２結像素子を介して縮小される。

【0018】

このような実施形態では、
‐第１および第３格子レンズに入射した測定用光線束が第１および第３格子レンズを介してそれぞれ焦点を合わせられ、
‐第２および第４格子レンズに入射した測定用光線束が第２および第４格子レンズを介してそれぞれコリメートされる。

【0019】

さらに、このような実施形態では、
‐測定用光線束が、第１結像素子の通過後に中間平面で測定用反射器の方向に伝搬し、中間平面が、第１分割平面と１結合平面との間に配置されており、これらの平面に対して平行に配向されおり、
‐測定用光線束が、第２結像素子の通過後に第１結合平面を伝搬する。

【0020】

最後に、この実施形態では、第１平板の参照用逆反射器は回折逆反射器として形成されており、第１平板の一方の面に配置された２つの格子レンズならびに１つの平面反射器、および第１平板の向かい合った面に配置された２つの平面反射器を含み、平面反射器の反射面が、それぞれ向かい合った面に向けられており、これにより、第１分割平面で、第１平板に入射した参照用光線束はまず第１平板の光学的に無効な領域を通過し、第１格子レンズに入射し、第１格子レンズを介して、参照用光線束は向かい合った第１平面反射器の方向に偏向され、第１平面反射器によって、参照用光線束は中間平面で向かい合った第２平面反射器の方向に偏向され、第２平面反射器によって、参照用光線束は向かい合った第３平面反射器の方向に偏向され、第３平面反射器によって、参照用光線束は第１結合平面で第２格子レンズの方向に偏向される。

【0021】

さらに、使用される格子レンズがそれぞれ反射格子レンズとして形成されていることも可能である。

【0022】

特に好ましくは、本発明による干渉計では、ビームスプリッタキューブの手間をかけた作製や、１つまたは複数のコーナキューブプリズムは不要になる。本発明によれば、光路におけるこれらの素子の光学的機能を実施するためには、適宜な格子パターンおよび反射器が配置された平板のみが必要となる。このような平板は、平板に配置される素子を含めて、適宜なリソグラフィ方法によって安価に、簡単に作製することができる；この場合、特に、手間のかかる９０°の角度の研磨はもはや必要がない。さらに従来技術では必要な、光路の光学関連領域における接着は不要となり、手間をかけてドリフトが少なくなるように光学構成部材を光路に配置する必要もなくなる。

【0023】

回折軸外格子パターンとして形成された格子レンズが使用されることにより、生成された距離信号の不都合な妨害作用が低減されることが本発明のさらなる利点である。特に、これにより、信号生成時に妨害となる回折次数が分離され、したがって得られた距離信号に調和振動または倍数調和振動が生じない。

【0024】

最後に、本発明に基づいて、必要に応じた多数の測定軸のための干渉計を構成できることにさらに述べておく。この場合、光学的に機能が関連した構成部材としては、適宜な格子パターンおよび反射器を上面および仮面に配置した平板のみが実質的に必要である。

【0025】

次に本発明のさらなる詳細および利点を、本発明による装置の実施例に基づいて図面を参照して説明する。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1a】本発明による干渉計の第１実施例の第１分割平面における光路を示す図である。

【図1b】本発明による干渉計の第１実施例の第１結合平面における光路を示す別の図である。

【図1c】本発明による干渉計の第１実施例の光路を他の方向から見た図である。

【図2a】本発明による干渉計の第１実施例の他の構成部材を測定用反射器の方向から見た平面図である。

【図2b】本発明による干渉計の第１実施例の他の構成部材を測定用反射器の方向から見た別の平面図である。

【図2c】本発明による干渉計の第１実施例の他の構成部材を測定用反射器の方向から見た別の平面図である。

【図2d】本発明による干渉計の第１実施例の他の構成部材を測定用反射器の方向から見た別の平面図である。

【図3】本発明による干渉計の第１実施例を説明する図である。

【図4a】図３に示した本発明による干渉計の第１実施例の幾つかの構成部材を示す詳細図である。

【図4b】図３に示した本発明による干渉計の第１実施例の幾つかの構成部材を示す別の詳細図である。

【図4c】図３に示した本発明による干渉計の第１実施例の幾つかの構成部材を示す別の詳細図である。

【図5】本発明による干渉計の第２実施例の光路を示す図１ｃに類似した図である。

【図6】本発明による干渉計の第３実施例の第１分割平面における光路を示す図である。

【図7】本発明による干渉計の第４実施例を示す図３に類似した図である。

【図8a】図７に示した本発明による干渉計の第４実施例の構成部材の詳細図である。

【図8b】図７に示した本発明による干渉計の第４実施例の構成部材の詳細図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下に本発明による干渉計の第１実施例を図１ａ〜１ｃ、図２ａ〜２ｄ、図３、および図４ａ〜４ｃに基づいて説明する。図１ａ〜１ｃは、異なる方向から見た光路を示し、図２ａ〜２ｄは種々異なる干渉計構成部材を測定用反射器の方向から見た平面図である。図３および図４ａ〜４ｃは、第１実施例の代替的な概略図を示す。これについては光路の具体的な説明に続いて詳述する。

【0028】

本発明による干渉計は、少なくとも１つの光源１０、ビームスプリッタ２３、測定用反射器３０、参照用逆反射器、検出装置４０、および２つの透明な平板２１，２２を含む。例えば、適宜なガラス材からなる２つの平板２１，２２は、光源１０と検出装置４０との間の光路に互いに平行に配置されている。図１ａおよび図１ｂに見られるように、本実施例では２つの平板２１，２２は測定反射器３０に対して非平行に配置されており、光線束Ｓの入射方向に対して９０°に等しくない角度で配置されている。測定用反射器３０は測定対象物３１に結合されており、測定対象物３１は、残りの干渉計構成部材に対して測定方向に沿って移動できるように配置されている。以下では、測定方向を座標ｙによって示す。測定対象物３１は、例えば測定方向ｙに沿って変位可能な機械部品である。本発明による干渉計によって、測定方向ｙに沿った測定対象物３１の変位に関する少なくとも１つの距離信号が検出される。この距離信号は、例えば位置決めのために制御ユニット（図示しない）で用いることができる。

【0029】

以下に図１ａ〜１ｃおよび図２ａ〜２ｄに基づいた第１実施例における少なくとも１つの距離信号を生成する光路を説明する。

【0030】

図１ａに示すように、例えば適宜なレーザなどの光源１０によって放出される光線束Ｓが、第１平面で、まず透明な第１平板２１を通過する。第１平面は、図１ａの図平面と一致し、以下では第１分割平面ＡＥ１と呼ばれる。この場合、光線束Ｓは直線偏光を有する；偏光平面はｘもしくはｙ軸に対して４５°に配向されている。光線束Ｓは、平板２１を通過する場合に第１平板２１の空気‐ガラス境界面もしくはガラス‐空気境界面で単に屈折させられ、入射方向に対してｘにより示す方向に平行に変位されて第２平板２２の方向に伝搬する。図２ａおよび図２ｂは、第１平板２１の第１面２１＿Ａおよび第２面２１＿Ｂの平面図を示す。光線束Ｓが第１平板２１に入射し、再び第１平板２１から出射する領域がＡＲにより示されている；領域ＡＲには、好ましくは反射防止層が被覆されている。

【0031】

第２平板２２において光線束Ｓはビームスプリッタ２３に入射する。ビームスプリッタ２３は、この実施形態では、偏光光学的なビームスプリッタ層として形成されており、第２平板２２の、第１平板の方向に向いた面に配置されている；以下ではこの面を第２平板２２の第１面２２＿Ａと呼ぶ。代替的には、使用される光源１０の波長よりも小さい格子周期を有する格子としてビームスプリッタ２３を形成することも基本的には可能である。ビームスプリッタ２３は、光線束Ｓを少なくとも１つの測定用光線束Ｍと少なくとも１つの参照用光線束Ｒとに分割する。これらの光線束は、選択された光線束Ｓの偏光に基づいて等しい強度を有し、それぞれ直線偏光を示し、偏光方向は互いに直交方向に配向されている。これらの光線束Ｍ，Ｒにわたって、既に言及したように図１ａの図平面と一致する第１分割平面ＡＥ１が拡がっている。図１ａ〜図１ｃには、ビームスプリッタ２３で生じた分割後の測定光線束Ｍが実線により示されており、参照光線束Ｒが破線により示されている。図１ｂの図平面と一致する第１結合平面ＶＥ１の結合位置Ｖにおいて再結合されるまで、測定用光線束Ｍは測定用アーム内を伝搬し、参照用光線束Ｒは参照用アーム内を伝搬する。第１結合平面ＶＥ１は、ｚ方向に変位されており、第１分割平面ＡＥ１に対して平行に配置されている。

【0032】

本実施例では、ビームスプリッタ２３によって通過させられる直線偏光された光線束は測定用光線束Ｍを形成する；ビームスプリッタ２３によって反射され、ビームスプリッタ２３に対して直交方向に直線配向された光線束は、参照用光線束Ｒとして機能する。

【0033】

参照用光線束Ｒはビームスプリッタ２３によって第１平板２１の方向に反射され、そこで屈折格子２８に入射する。屈折格子２８は、透過格子として形成され、第２平板２２の方向に向けられた第１平板２１の第２面２１＿Ｂに配置されている。屈折格子２８を介して、参照用光線束Ｒは平面反射器２５．１の方向に偏向される。反射器２５．１は、第１平板２１の向かい合った第１面２１＿Ａに配置されており、反射器２５．１の反射面は、第１平板２１の向かい合った第２面２１＿Ｂの方向に向けられている。反射器２５．１を介して、参照用光線束Ｒは、第１平板２１の向かい合った第２面２１＿Ｂの他の平面反射器２５．２の方向に偏向され、そこで再び最初に衝突した反射器２５．１の方向に偏向される。反射器２５．１における２回目の反射後に、参照用光線束Ｒは最後に参照用逆反射器に到達する。参照用逆反射器は、他の平面で入射方向とは逆方向に、参照用逆反射器に入射した参照用光線束Ｒの反射をもたらす。

【0034】

このために使用される参照用逆反射器は回折逆反射器として形成されており、少なくとも１つの格子レンズ２４．１および平面反射器２４．２を含む。本実施例では反射格子レンズとして形成された格子レンズ２４．１は、第１平板２１の第２面２１＿Ｂに配置されており、向かい側の第１面２１＿Ａには平面反射器２４．２が配置されており、平面反射器２４．２の反射面は格子レンズ２４．１の方向に向けられている。使用される反射格子レンズはいわゆる「軸外レンズ」として形成されており、焦点は、レンズに対して垂直方向にレンズの中心を通る仮想線上に位置しない。格子レンズ２４．１がこのように形成されていることにより、コーナキューブプリズムに類似して入射する光線束の所望の偏向が得られる。

【0035】

第１分割平面ＡＥ１で格子レンズ２４．１に入射し、コリメートされた参照用光線束Ｒは格子レンズ２４．１により偏向され、平面反射器２４．２に焦点を合わされる。図１ｃもしくは図２ａには、格子レンズ２４．１を介して焦点を合わされた参照用光線束Ｒの反射器２４．２における入射点がＦ１によって示されている。ｙｚ平面で参照用光線束Ｒにもたらされた偏向作用に関しては、例えば図１ｃを参照されたい。参照用逆反射器の反射器２４．２によって、参照用光線束Ｒは最後に第１結合平面ＶＥ１に偏向され、再び格子レンズ２４．１を通過する；発散して格子レンズ２４．１に入射した参照用光線束Ｒは、格子レンズ２４．１を介して再びコリメートされ、次いで結合平面ＶＥ１で反射素子２５．２，２５．１を介して第１平板２１の第２面２１＿Ｂの屈折格子２８の方向に、入射方向とは逆方向に伝搬する。屈折格子２８によって参照用光線束Ｒはさらに偏向され、これにより参照用光線束Ｒは、最後に結合平面ＶＥ１でビームスプリッタ２３の結合位置Ｖの方向にさらに伝搬する。

【0036】

上述した本発明による干渉計の実施例では、別個の反射器２５．１，２４．２が第１平板２１の第１面２１＿Ａに設けられており、これらの反射器に参照用光線束Ｒが経路に沿って衝突する。代替的には、第１平板２１のこの面の十分に大きい領域にわたって延在する単一の平面反射器のみを配置することも当然ながら可能である。

【0037】

ビームスプリッタ２３で透過され、直線偏光された光線束は、既に述べたように測定用光線束Ｍとして機能し、まず第２平板２２を通過し、第２面２２＿Ｂでｘ方向に沿って平行に変位されて第２平板２２を離れる。測定用光線束Ｍは、次いで１回目に、平面鏡として形成された測定用反射器３０の方向に伝搬し、測定用反射器３０に垂直方向に入射する。第２平板２２と測定用反射器３０との間の測定用光線束Ｍの光路にはλ／４板２９．１が配置されている。測定用反射器３０における反射およびλ／４板２９．１の２回目の通過後に、測定用光線束Ｍは９０°だけ回転された偏光を示し、ビームスプリッタ２３によって第２平板２２の第２面２２＿Ｂの方向に反射される。第２面２２＿Ｂには平面反射器２６が配置されており、平面反射器２６の反射面は、第２平板２２の向かい合った第１面２２＿Ａの方向に向けられている。反射器２６における反射後に、測定用光線束Ｍは、同様に回折逆反射器として形成された測定用反射器に到達する。測定用逆反射器に入射した測定用光線束Ｍは、測定用逆反射器を介して、他の平面、すなわち第１結合平面ＶＥ１で入射方向とは反対方向に反射される。

【0038】

回折型の測定用逆反射器は、少なくとも１つの格子レンズ２７．１と平面反射器２７．２とを含み、格子レンズ２７．１は、第２平板２２の一方の面２２＿Ａに配置され、ここでは反射格子レンズもしくは軸外格子レンズとして形成されおり、平面反射器２７．２は、第２平板２２の向かい合った面２２＿Ｂに配置され、平面反射器２７．２の反射面は格子レンズ２７．１の方向に向けられている。測定用逆反射器は、参照用逆反射器と同様に、第１分割平面ＡＥ１で測定用逆反射器に入射する光線束、すなわち、この場合には測定用光線束Ｍを、他の平面、すなわち第１結合平面ＶＥ１で入射方向とは逆方向に反射させる。

【0039】

第１分割平面ＡＥ１に入射した測定用光線束Ｍは格子レンズ２７．１を介して偏向され、向かい合った平面反射器２７．２に焦点を合わされる。図１ｃおよび２ｄには、焦点を合わされた測定用光線束Ｍの反射器２７．２における入射点がＦ２により示されている。測定光線束Ｍにもたらされた偏向作用に関しては、再び図１ｃを参照されたい。反射器２７．２によって、測定用光線束Ｍは最後に第１結合平面ＶＥ１に反射もしくは偏向され、次いで再び格子レンズ２７．１を通過する。発散して入射した測定用光線束Ｍは格子レンズ２７．１を介して偏向され、再びコリメートされ、入射時とは逆方向に反射素子２６を介してビームスプリッタ２３の方向に伝搬する。ビームスプリッタ２３では、直線偏光された測定用光線束Ｍが第１結合平面ＶＥ１で測定用反射器３０の方向に反射され、測定用反射器３０は、次いで２回目に測定用光線束Ｍによって衝突され、この場合に測定用光線束Ｍは再び測定用反射器３０に垂直方向に入射する。測定用反射器３０で２回目に反射され、再びλ／４板２９．１を２回通過した後に、測定用光線束Ｍは第１結合平面ＶＥ１でビームスプリッタ２３の結合位置Ｖに伝搬する。測定用光線束Ｍは９０°だけ回転された偏光を示すので、ビームスプリッタ２３によって透過され、参照用光線束Ｒと重ね合わされて検出装置４０の方向に伝搬する。検出装置４０によって、結合位置Ｖで重ね合わされ、干渉する測定用光線束Ｍおよび参照用光線束Ｍから、測定対象物３１の位置に関する少なくとも１つの第１距離信号が検出可能である。

【0040】

検出装置４０の構成に関しては既知の様々な可能性を以下に簡潔に示す。第１変化態様では、検出装置は入口側にλ／４板を含み；λ／４板の後方にはビームスプリッタが配置されており、ビームスプリッタは、ビームスプリッタに入射した光を同じ強度の３つの光線束に分割する。これらの分割された光線束の光路にはそれぞれ偏光フィルタが配置されており、この場合、偏光フィルタの偏光方向はそれぞれ１２０°だけ互いに回転されている。偏光フィルタの後方にはそれぞれ１つの電気光学式検出素子が配置されている。これらの検出素子では、最終的に１２０°だけ位相をずらされた３つの距離信号が生じ、これらの距離信号は、それぞれ後続の電子機器によってさらに処理可能である。

【0041】

もちろん、同一線上に重ね合わされ、直交方向に偏光された２つの部分光線束から、位相をずらされた複数の距離信号を生成するためには、検出装置の他の変化態様を用いることもできる。この場合、λ／４板によって互いに移行することができる直交した直線偏光または直交した円偏光を用いてもよい。

【0042】

第１平板２１に類似して、第２平板２２の第２面２２＿Ｂの側にも、２つの反射器２６，２７．２の代わりに、十分に大きい面を有する単一の反射器のみを配置してもよい。

【0043】

本発明による干渉計の第１実施例を図３および図４ａ〜４ｃに基づいてさらに説明する。この場合、図３は、光路をさらに説明する図を示し、図４ａ〜４ｃは、図３の重要な光学機能素子を詳細に示す。

【0044】

図３は、光源ＬＱ、２つの平板Ｐ１，Ｐ２、測定用反射器ＭＲ、および検出装置ＤＥＴを極めて概略的に示す。２つの平板Ｐ１，Ｐ２の面には、光学構成素子ＰＢＳ，ＶＥ，ＲＲ１，ＲＲ２が概略的にのみ示されている。光学構成素子ＰＢＳは第２平板Ｐ２のビームスプリッタであり、ＶＥはそれぞれ第１平板Ｐ１の遅延ユニットを示し、ＲＲ１，ＲＲ２は、それぞれ第１および第２平板Ｐ２，Ｐ１の逆反射器を示し、この場合、ＲＲ１は測定用逆反射器であり、ＲＲ２は参照用逆反射器であり；符号λ／４は、測定用アームのλ／４板を示す。上述した分割平面ＡＥ１および第１結合平面ＶＥ１が図３にも示されている。

【0045】

図３から分かるように、光源ＬＱによって放出される光線束Ｓは第２平板Ｐ２のビームスプリッタＰＢＳに入射し、さらに測定用光線束Ｍと参照用光線束Ｒとに分割され、続いて再結合されるまで測定用アームおよび参照用アーム内を伝搬する。

【0046】

参照用光線束Ｒは、分割後に第１平板Ｐ１の方向に伝搬し、第１平板Ｐ１でまず第１分割平面ＡＥ１で遅延ユニットＶＥを第１通過方向に通過し、次いで参照用逆反射器ＲＲ２を介して逆反射され、第１結合平面ＶＥ１に偏向される。続いて参照用光線束Ｒは第１結合平面ＶＥ１で第１通過方向とは反対方向に遅延ユニットＶＥを通過し、ビームスプリッタＰＢＳの再結合位置Ｖに到達する。

【0047】

測定用光線束Ｍは、第１分割平面ＡＥ１における分割後に１回目にλ／４板を通って測定用反射器ＭＲの方向に伝搬し、測定用反射器ＭＲによって第２平板Ｐ２の方向に反射される。第２平板Ｐ２で測定用光線束Ｍは測定用逆反射器ＲＲ１に到達し、測定用逆反射器ＲＲ１により逆反射され、結合平面ＶＥ１に偏向される。続いて測定用光線束Ｍは２回目に測定用反射器ＭＲの方向に伝搬し、第１結合平面ＶＥ１において結合位置Ｖの方向にビームスプリッタＰＢＳで反射され、そこで干渉により参照用光線束Ｒと重ね合される。次いで重ね合わされた光線束Ｍ，Ｒの対は検出装置ＤＥＴの方向に伝搬し、検出装置ＤＥＴによって少なくとも１つの距離信号が生成可能である。

【0048】

図４ａは、第２平板Ｐ２に形成された偏光光学的なビームスプリッタ層ＰＳを含むビームスプリッタＰＢＳおよびビームスプリッタＰＢＳで生じる重要な光路を詳細図で示す。入射方向ＩＮに入射した光線束はまず参照用光線束と測定用光線束とに分割される。これらの光線束の伝搬方向はこの図面ではＯＵＴ_１（参照用光線束）およびＯＵＴ_２（測定用光線束）により示されている。測定用光線束は、測定用反射器（図示しない）における１回目の反射後に再びビームスプリッタＰＢＳもしくは偏光光学的なビームスプリッタ層ＰＳに入射し、伝搬方向ＯＵＴ_１′に反射され；測定用反射器における２回目の反射後に再びビームスプリッタＰＢＳもしくは偏光光学的なビームスプリッタ層ＰＳに到達し、測定用光線束と共に入射方向ＩＮとは反対方向に出射方向ＯＵＴ_２′に沿って検出器（図示しない）の方向に透過される。

【0049】

図４ｂには、第１平板Ｐ１に設けられた遅延ユニットＶＥの光路が概略的に示されている。入射方向ＩＮに遅延ユニットＶＥに入射した参照用光線束は、第１平板Ｐ１で１回目に遅延ユニットＶＥに沿って、もしくは遅延ユニットＶＥを通って伝搬し；逆反射後に、参照用光線束は２回目に反対方向に遅延ユニットＶＥを通過する。遅延ユニットＶＥは、第１平板Ｐ１の向かい合った側に配置された少なくとも２つの平面反射器ＰＲを含む。この場合、平面反射器ＰＲの反射面はそれぞれ第１平板の向かい合った面の方向に向けられている。もちろん３つ以上のＰＲが遅延ユニットに設けられていてもよい；さらに遅延ユニットＶＥの光路には、参照用光線束を適宜に偏向する屈折格子が設けられていてもよい。

【0050】

遅延ユニットＶＥを介して、平板Ｐ１もしくはガラスを通過する参照用光線束の光路を調節することができる。このような調節は、好ましくは参照用光線束および測定用光線束が分割と再結合との間に２つの平板Ｐ１，Ｐ２もしくはガラス内の同一の経路を通過することにより行われる。このようにして本発明による干渉計の温度安定化が得られる。すなわち、場合によって生じる温度変化は、空気中およびガラス中の測定用光線束および参照用光線束の光路に同一の影響を及ぼす。温度変動が均一な場合にも測定誤差は生じない。さらにこの関連で、適宜な構成により、両方の平板が例えば同じ温度を示すように設定された場合、有利であることが判明した。

【0051】

図４ｃは、測定用逆反射器ＲＲ１の測定用光線束の光路を詳細に示す。原則的には、参照用逆反射器ＲＲ２の参照用光線束の光路もこれに類似しているので説明を省略する。

【0052】

図４ｃの左側部分には、第２平板Ｐ２の測定用逆反射器ＲＲ１における光路が第１分割平面ＡＥ１および第１結合平面ＶＥ１で示されており、右側部分には、測定用逆反射器ＲＲ１の光路の側面図が示されている。第１分割平面ＡＥ１では、入射方向ＩＮから入射した測定光線束は、平面反射器ＰＲにおける偏向後に第１格子レンズＬ１に入射する。第１格子レンズＬ１は焦点距離ｆを有し、反射格子レンズとして形成されている。右側の側面図に示すように、第１格子レンズＬ１は、入射した測定光線束を下方に偏向し、向かい合った平面反射器ＰＲに焦点を合わせる。次いで平面反射器ＰＲは向かい合った第２格子レンズＬ２の方向に測定用光線束を偏向する。発散して第２格子レンズＬ２に入射した測定用光線束は第２格子レンズＬ２によって偏向され、これにより測定用光線束は、入射方向ＩＮとは反対方向に向いた出射方向ＯＵＴに測定用逆反射器ＲＲ１を離れる。さらに第２格子レンズＬ２は、発散して第２格子レンズＬ２に入射する測定用光線束が再びコリメートされるように作用する。測定用逆反射器ＲＲ１を介して、入射した測定用光線束の逆反射および同時的な変位が、この場合にはｚ方向にもたらされる。図４ｃの左側部分に示すように測定光線束が斜めに入射することにより、反射格子レンズの異なる回折次数が空間的に分離される。したがって、格子製造時の公差により完全には抑制できない妨害をもたらす回折次数を機械的処理によって完全に除去することができる。このことは、干渉による微弱な妨害光線束でさえ測定用光線束に著しい妨害をもたらす場合があるので、特に重要である。

【0053】

原則的にはこれに類似して、第１平板Ｐ１の参照用逆反射器ＲＲ２も回折逆反射器として形成されている。参照用逆反射器ＲＲ２は、第１平板Ｐ１の一方の面に配置された反射格子レンズの形態の２つの格子レンズと、向かい合った面に配置された平面反射器とを含む。

【0054】

詳細に説明した第１実施例を本発明の範囲で変更および修正できることは自明である。

【0055】

したがって、例えば第２平板２２において測定用逆反射器の構成部材の配置を広範囲に変更し、２つの格子レンズを第２平板の第２面に配置し、平面反射器を第１面に配置することも可能である。この場合、測定反射器によって反射された測定用光線束は、第２平板の第１面のビームスプリッタによって第２面の格子レンズに偏向され、次いで反射器の方向に偏向され、焦点を合わせされ、次いで第２面の格子レンズで反射され、さらに入射方向とは反対方向に偏向され、再びコリメートされる。

【0056】

さらに、第２平板２２において、参照用光線束Ｒの光路を代替的に案内することも可能である。上述の実施例では、ビームスプリッタ２３から１回目に入射した参照用光線束Ｒは、第１平板２１の第２面２１＿Ｂの屈折格子２８を介して光源１０の方向に屈折され、次いで遅延ユニットの反射器２５．１，２５．２における複数回の反射後に参照用逆反射器に入射する。これとは異なり、屈折格子を除去し、参照用光線束が第１平板でまず他の方向に、すなわち、光源から離れる方向に伝搬するようにしてもよい。このような変化態様の利点として、さらに複数の干渉計を構成したい場合に小型の構成が得られることに言及しておく。

【0057】

以下にいわゆる「２軸干渉計」として形成された本発明による干渉計の第２実施例を図５に基づいて説明する。図面は、既に説明した第１実施例の図１ｃに類似した光路図を示す。以下には、第１実施例との重要な相違点のみを説明する。

【0058】

本発明による干渉計の第２実施例では、第１測定軸線の他に、第１軸線に対して図示のｚ方向に距離をおいて測定方向ｙに沿って延在する第２測定軸線が設けられている。この場合、第１測定軸線は、第１参照用光線束Ｒ１に関連して第１実施例と同一の光線経路を示す第１測定用光線束Ｍ１によって形成される。第２測定軸線は、第１分割平面ＡＥ１に対して垂直方向に距離をおいて形成され、この場合、第２光線束Ｓ２はｚ方向に距離をおいて第２分割平面ＡＥ２で第１平板１２１に入射し、第２測定用光線束Ｍ２および第２参照用光線束Ｒ２が生じ；両方の測定用光線束Ｍ１，Ｍ２は、第２平板１２２と測定用反射器１３０との間のそれぞれの経路においてそれぞれ再びλ／４板１２９．１，１２９．２を通過する。したがって、第２測定用光線束Ｍ２によってこの実施例の第２測定軸線が画定されている。このために２つの平板１２１，１２２は、他の領域では、第２入射光線束Ｓ２に関して、第２分割平面ＡＥ２および第２結合平面ＶＥ２で、第１入射光線束Ｓ１のための第１分割平面ＡＥ１および第１結合平面ＶＥ１と同一の光路が生じ、さらに第２距離信号が生成可能であるように形成されている。したがって、測定方向ｙに沿った第２測定軸線に関しても、付加的な光学構成素子による著しい付加コストは生じない。第２測定軸線は、提供されている２つの平板によって実現することができ、平板の他の領域は、第１測定軸線に関して同一に形成されていればよい。これら他の領域では、ビームスプリッタ、反射器、格子レンズなどの形態の適宜な干渉計構成部材が、適宜なリソグラフィ方法によって取り付けられる。

【0059】

２軸干渉計として形成された本発明による干渉計のこのような実施形態により、ｙ軸に沿った単に並進的な移動の他に、場合によって生じるｘ軸線を中心とした測定対象物１３１の傾斜を測定技術的に検出することも可能である。この場合、両方の自由度もしくは軸線を検出するために単一の光源を使用することもできる。光源から放出された光線束の分割および両方の軸線への供給は、この場合、光ファイバ、例えばいわゆる「ファイバスプリッタ」によって行うことができる。しかしながら、例えば薄膜ビームスプリッタ、ビームスプリッタキューブまたはビームスプリッタ格子として形成されたビームスプリッタまたは偏向ミラーなどの既知の光学素子による分割も同様に可能である。

【0060】

同様に２軸干渉計として形成された本発明による干渉計の第３実施例が図６に示されている。図６は、第１実施例の図１ａに類似した図で、第１分割平面ＡＥ１における光路を示している。以下に第１実施例との重要な相違点のみを説明する。

【0061】

本発明による干渉計の第３実施例においても測定用光線束Ｍおよび参照用光線束Ｒを有する第１測定軸線の他に、測定用光線束Ｍ′および参照用光線束Ｒ′を有する第２測定軸線がｙ軸に沿って形成される。しかしながら、第２測定軸線もしくは第２測定用光線束Ｍ′は、上記実施例とは異なり、第１測定用光線束Ｍを有する第１測定軸線に対してｘ方向に距離をおいて延在している。

【0062】

したがって、測定方向ｙに沿った第２測定軸線を形成するためには、第１分割平面ＡＥ１で第２光線束Ｓ２がｘ方向に距離をおいて第１平板２２１に入射する。両方の平板２２１，２２２の他の領域は、第２入射光線束に関して、第１分割平面ＡＥ１および第１結合平面における第１入射光線束Ｓ１の場合と同一の光路が得られ、さらに第２距離信号が生成可能となるようにそれぞれ形成されている。

【0063】

図６に示すように、第２平板２２２は、上述した光学構成素子２２３，２２６，２２７．１，２２７．２を左側部分に備え、これらの光学構成素子は、第１実施例の場合と同様に第１測定用光線束Ｍによって衝突される。第２組の同様な構成素子２２３′，２２６′２２７．１′２２７．２′が第２平板２２２の右側部分に配置されており、同様に第２測定用光線束Ｍ′によって衝突される。

【0064】

同様に第１平板２２１の左側部分には種々異なる構成素子２２８，２２５．１，２２５．２，２２４．１，２２４．２が第１参照用光線束Ｒのために設けられており、これらの構成素子は第１実施例の場合と同様に衝突される。第２組の同様な構成素子２２８′，２２５′２２４．１′２２４．２′が第２平板２２１の右側部分に配置されており、これらの構成素子も同様に第２参照用光線束Ｒ′によって衝突される。

【0065】

したがって、第１結合平面（図示しない）では、第２測定用光線束Ｍ′と第２参照用光線束Ｒ′とが干渉により重ね合されることにより、測定方向ｙに沿った対象物２３１の変位に関する第２距離信号を生成することができる。ｙ方向に沿った単に並進的な移動の他に、本発明による干渉計のこの実施形態により、場合によって生じるｚ軸線を中心とした測定対象物２３１の傾斜を測定技術的に検出することもできる。光源および検出装置の構成に関しては、上述した実施例の構成を参照されたい。

【0066】

これまでに説明した単軸干渉計または２軸干渉計として形成された本発明による干渉計の変化態様もしくは実施例を、用途に応じて適宜に組み合せ、これにより３軸干渉計または４軸干渉計を形成することもできる。

【0067】

例えば、第２及び第３実施例を組み合わせて３軸干渉計を形成することもできる。この３軸干渉計は、測定方向ｙに沿った第１実施例による第１測定軸線と、ｚ方向に離間された第２実施例による第２測定軸線と、ｘ方向に離間された第３実施例による第３測定軸線とを有する。したがって、測定方向ｙに沿った並進的な対象物移動を検出するだけではなく、軸線ｘおよびｚを中心とした対象物の回転運動を検出することもできる。

【0068】

必要に応じて第２実施例と第３実施例とを組み合せることにより４軸干渉計を形成することもでき、したがって、図６に示すように互いにずらして配置された２本の測定軸線が図５に示すように重ねて配置される組合せにより形成することもできる。

【0069】

さらに本発明による干渉計の第４実施例を、図７ならびに図８ａおよび図８ｂに基づいて説明する。この場合、図７は、図３で第１実施例を代替的に説明する際に用いた光路の図を示し；図８ａ，８ｂは、図７の個々の光学構成素子を詳細に示す。

【0070】

図７は、光源ＬＱ、２つの平板Ｐ１，Ｐ２、測定用反射器ＭＲ、および検出装置ＤＥＴを備える本発明による干渉計の第４実施形態を極めて概略的に示す。２つの平板Ｐ１，Ｐ２の面には、光学構成素子ＰＢＳ，ＶＥ，ＲＲ，Ｔ１，Ｔ２が同様に概略的にのみ示されている；構成素子ＰＢＳは第２平板Ｐ２のビームスプリッタを示し、ＶＥはそれぞれ第１平板Ｐ１の遅延ユニットを示し、ＲＲは第１平板Ｐ１に設けられた参照用逆反射器を示し、Ｔ１，Ｔ２は第２および第１平板Ｐ２，Ｐ１の第１および第２結像素子を示す。さらに図面から分かるように異なる光路にλ／２板およびλ／４板が配置されている。同様に図７には、第１分割平面ＡＥ１、中間平面ＺＥ、および第１結合平面ＶＥ１が配置されている。

【0071】

図７に示すように、光源ＬＱから放出された光線束Ｓは第２平板Ｐ２のビームスプリッタＰＢＳに入射し、さらに測定用光線束Ｍと参照用光線束Ｒとに分割される。続いて光線束Ｍ，Ｒは、上述の実施例に類似して、ビームスプリッタＰＢＳの結合位置Ｖで再結合されるまで測定用アームおよび参照用アーム内を伝搬する。

【0072】

参照用光線束ＲはビームスプリッタＰＢＳにおいて分割された後に、まず第１平板Ｐ１の方向に伝搬し、第１平板Ｐ１においてまず第１分割平面ＡＥ１で第１通過方向に遅延ユニットＶＥを通過し、次いで参照用逆反射器ＲＲによって逆反射され、第１結合平面ＶＥ１に偏向される。続いて参照用光線束Ｒは第１結合平面ＶＥ１で第１通過方向とは反対の第２通過方向に遅延ユニットＶＥを通過し、最後にλ／２板を通過した後に、平板Ｐ２の第１結合平面ＶＥ１でビームスプリッタＰＢＳの再結合位置Ｖに到達する。λ／２板を介して、参照用光線束Ｒは９０°だけ偏向方向を回転され、これにより、再結合位置Ｖでは、上述のように偏光光学的に評価することができる互いに直交方向に偏光された２つの光線束が得られる。

【0073】

測定用光線束Ｍは、第１分割平面ＡＥ１でビームスプリッタＰＢＳにより分割された後に１回目に測定用反射器ＭＲの方向に伝搬し、測定用反射器ＭＲにより同じ平面で第２平板Ｐ２の方向に反射される。この場合、測定用光線束Ｍはλ／４板を２回通過し、２回目の通過後に９０°だけ回転された偏光を示す。このように偏光された測定用光線束Ｍは、第２平板Ｐ２のビームスプリッタＰＢＳによって反射され、第２平板Ｐ２の第１結像素子Ｔ１に到達する。第１分割平面ＡＥ１に対して平行に配向され、第１分割平面ＡＥ１と第１結合平面ＶＥ１との間に配置された中間平面ＺＥに、第１結像素子Ｔ１を介して測定光線束Ｍが結像され、屈折される。次いで中間平面ＺＥでは、測定用光線束ＭがビームスプリッタＰＢＳを介して２回目に測定反射器ＭＲの方向に偏向される。この場合、測定用反射器ＭＲによって、第２平板Ｐ２の方向に２回目の反射が生じる。λ／４板を再び２回通過した後に、測定用光線束Ｍは、ビームスプリッタＰＢＳによって第１平板Ｐ１の方向に透過されるように構成された偏向を有する。次いで中間平面ＺＥで測定用光線束Ｍは第１平板Ｐ１に伝搬し、第１平板Ｐ１で第２結像素子Ｔ２に入射する。第２結像素子Ｔ２を介して、測定用光線束Ｍが中間平面ＺＥから第２結合平面ＶＥ１へ結像および屈折され、第２結合平面ＶＥ１で結像光線束Ｍは第２平板Ｐ２のビームスプリッタＰＢＳの方向に伝搬する。測定用光線束ＭはビームスプリッタＰＢＳにより透過させられ、次いで第１結合平面ＶＥ１で３回目に測定反射器ＭＲの方向に伝搬する。測定用反射器ＭＲにおいて再び、もしくは３回目に反射され、再びλ／４板を２回通過した後に、測定用光線束Ｍは再び９０°だけ回転された偏光を有し、ビームスプリッタＰＢＳの結合位置Ｖで参照用光線束Ｒと共に検出装置ＤＥＴの方向に反射される。重ね合わされ、干渉する光線束Ｍ，Ｒの対は、続いて検出装置ＤＥＴの方向に伝搬し、検出装置ＤＥＴによって少なくとも１つの距離信号が既に述べたような形式で生成可能である。

【0074】

本発明による干渉計の第４実施形態の光学構成素子のうち、第１実施例とは大きく異なる光学構成素子のみを以下に詳細に説明する。これらの光学構成素子は、実質的に第１平板Ｐ１の参照用逆反射器ＲＲ、および第２平板Ｐ２もしくは第１平板Ｐ１の結像素子Ｔ１，Ｔ２のみである。第２平板Ｐ２のビームスプリッタＰＢＳおよび第１平板Ｐ１の遅延ユニットＶＥに関しては、図４ａおよび４ｂに関する上記説明を参照されたい。これらの構成素子は本発明による干渉計の第４実施形態においても類似して構成されている。

【0075】

図８ａは、第４実施例の参照用逆反射器ＲＲにおける参照用光線束の光路を詳細に示している。図８ａの左側部分には、第１分割平面ＡＥ１、中間平面ＺＥ、および第１結合平面ＶＥ１における参照用逆反射器ＲＲにおける光路が示されており、右側部分には、参照用逆反射器ＲＲにおける参照用光線束の光路が側面図で示されている。上記実施例と同様に、参照用逆反射器ＲＲの異なった素子が、この場合にも第１平板Ｐ１の向かい合った２つの面に形成されている。

【0076】

第１分割平面ＡＥ１では、入射方向ＩＮから入射する参照用光線束が、反射格子レンズとして形成された第１格子レンズＬ１に入射する。右側に示した側面図にしたがって、第１格子レンズＬ１は、入射する参照用光線束を、向かい合った第１平面反射器ＰＲ１に向けて下方に偏向する。次いで第１反射器ＰＲ１は、中間平面ＺＥに向かい合って配置された第２平面反射器ＰＲ２に参照用光線束を向ける。図面から分かるように、さらに第１格子レンズＬ１は、第２平面反射器ＰＲ２に参照用光線束の焦点を合わせる。第２平面反射器ＰＲ２に入射し、焦点を合わされた参照光線束は、向かい合った第３平面反射器ＰＲ３に再び偏向され、次いでこの第３平面反射器ＰＲ３によって、第２格子レンズＬ２に偏向される。第２格子レンズＬ２を介して、発散して入射した参照用光線束は偏向され、出射方向ＯＵＴに参照用逆反射器ＲＲを離れる。この場合、出射方向ＯＵＴは、入射方向ＩＮとは反対方向に配向されており、ｘ方向に変位されている。さらに第２格子レンズＬ２は、発散して第２格子レンズＬ２に入射した参照用光線束が再びコリメートされるように作用する。使用される２つの格子レンズＬ１，Ｌ２は、この場合、等しい焦点距離を有する。したがって、この実施例で使用された回折型の参照用逆反射器ＲＲは、３つの平面反射器ＲＲ１，ＲＲ２，ＲＲ３を介して参照用光線束の複数回の偏向が行われ、２つの格子レンズＬ１，Ｌ２を介して第１分割平面ＡＥ１から中間平面ＺＥを経て第２結合平面ＶＥ１への結像および偏向が行われる点で、上記実施例の参照用逆反射器ＲＲとは実質的に異なっている。しかしながら、上記変化態様と同様に、この逆反射器ＲＲは、入射平面で逆反射器ＲＲに入射した光線束を実質的に入射方向とは反対方向に反射し、この場合、反射された光線束は出射平面において伝搬し、入射平面と出射平面とは互いに変位されている。

【0077】

次に図８ｂに基づいて、第２平板Ｐ２の第１結像素子Ｔ１の詳細な構成および光学機能を説明する；原則的には、第１平板Ｐ１の第２結像素子Ｔ２もこれに類似して形成されている。

【0078】

図８ｂの左側部分には、第１分割平面ＡＥ１および第１結合平面ＶＥ１の第１結像素子Ｔ１における測定用光線束の光路が示されており、右側部分には、第１結像素子Ｔ１における対応した光路の側面図が示されている。第１結像素子Ｔ１の種々異なる素子が、図面から分かるように、第２平板Ｐ２の向かい合った２つの面に形成されている。

【0079】

第１分割平面ＡＥ１で、入射方向ＩＮから入射した測定用光線束が第１格子レンズＬ１に入射する。第１格子レンズＬ１は反射格子レンズとして形成されており、焦点距離ｆを有する。右側部分に示された側面図にしたがって、第１格子レンズＬ１は、入射した測定用光線束を下方へ屈折させ、格子レンズＬ１を備える平板Ｐ２の面から距離２・Ｄ／３だけ離間された平面に測定用光線束の焦点を合わせる。Ｄは平板Ｐ２の厚さを示す。この場合、第１格子レンズＬ１の焦点距離ｆは、ｆ＝２・Ｄ／３に選択される。続いて測定用光線束は、第２平板Ｐ２の向かい合った面に配置された第１平面反射器ＰＲ１に入射する。第１平面反射器ＰＲ１の反射面は第１格子レンズＬ１の方向に向けられている。次いで平面反射器ＰＲ１は、向かい合った第２格子レンズＬ２の方向に測定用光線束を偏向する。第２格子レンズＬ２は中間平面ＺＥに配置されており、反射格子レンズとして形成されている。第２格子レンズＬ２は、第２格子レンズに発散して入射した測定用光線束をコリメートし、第１格子レンズＬ１の焦点距離ｆの２倍の大きさの、ガラスにおける焦点距離２ｆを有する。第２格子レンズＬ２に入射した測定用光線束は第２格子レンズＬ２によって偏向され、中間平面ＺＥで、入射方向ＩＮとは反対方向に向けられた出射方向ＯＵＴに第１結像素子Ｔ１を離れる。さらに第２格子レンズＬ２は、発散して第２格子レンズＬ２に入射した測定用光線束が再びコリメートされるように作用する。第１および第２格子レンズの選択された焦点距離により、特に入射した測定用光線束の光線直径が拡大される。すなわち、中間平面ＺＥで出射方向ＯＵＴに結像素子Ｔ１から出射した測定用光線束は、本実施例では結像素子Ｔ１に入射した測定用光線束に対して２倍の光線直径を有する。

【0080】

第１平板Ｐ１に配置された第２結像素子Ｔ２は、これと同様の構成を有する。したがって、第２結像素子Ｔ２は、第３および第４格子レンズならびに第２平面反射器を含み、一方の格子レンズおよび他方の平面反射器は第１平板Ｐ１の向かい合った面に配置されており、反射器の反射面は格子レンズの方向に向けられている。第２平板から入射した測定用光線束がまず衝突する第３格子レンズは、焦点距離ｆ′＝２・Ｄ′／３を備える第４格子レンズの２倍の、ガラスにおける焦点距離２ｆ′を有し、この場合、Ｄ′は平板Ｐ２の厚さを表す。第３格子レンズは中間平面ＺＥに配置されており、第４格子レンズは第１結合平面ＶＥ１に配置されている。第３格子レンズは、第１結像素子の第１格子レンズに類似して、入射した測定用光線束の焦点を合わせ、第４格子レンズは、第２格子レンズに類似して、測定光線束を再びコリメートする。したがって、第２結像素子Ｔ２に入射した測定用光線束Ｍは、第２結像素子Ｔ２を介して、一方では第１結合平面ＶＥ１に偏向され、他方では光線直径が再び半減される。

【0081】

上記変化態様と本発明による干渉計の第４実施例との重要な相違点は、実質的に、測定用光線束Ｍが測定用反射器ＭＲに全部で３回衝突し、測定用アームに２つの結像素子Ｔ１，Ｔ２が配置されていることである。結像素子Ｔ１，Ｔ２を介して、使用される格子レンズの選択された焦点距離寸法に基づいて測定用光線束Ｍの光線直径は倍増もしくは半減される。このようにして、測定用反射器ＭＲが２回目に衝突された場合に、測定用反射器ＭＲが目標位置に対して傾斜して配置されている場合にも、測定用光線束Ｍが測定反射器ＭＲに垂直方向に衝突することが確保されている。したがって、特に傾斜に対してシステム全体が敏感ではなくなる。

【0082】

具体的に説明した実施例の他に、本発明の範囲において他の構成可能性が存在することは自明である。

【0083】

したがって、例えば、外部でファイバスプリッタおよび個々の測定軸への照射光線束の個別の供給によって異なる測定軸のために必要な光線分割が行われない多軸手段を構成することも可能である。このような変化態様では、光線分割は、平板に組み込まれたビームスプリッタ素子、例えば適宜な格子またはビームスプリッタ層を介して行われる。

【0084】

さらに、測定用アーム内の光路に設けたλ／４板によって引き起こされる光路長さの差を参照用アーム内の補正素子によって補正することも可能である。このために、例えば適宜に寸法決めされた補正ガラス、または厚さを調整した参照用板を設けてもよい。

【0085】

最後に、本発明による干渉計は、２つの平板を互いに接合し、場合によっては２つの平板の間にスペーサプレートを設けることにより一体的に構成してもよい。

【0086】

本発明による干渉計の種々異なる実施例は、ホモダイン方式の変化態様として形成してもよいし、ヘテロダイン方式の変化態様として形成してもよい。

【0087】

ホモダイン方式評価の場合には、検出装置は入力側に、λ／４板と、その後方に配置された分割格子とを含む。λ／４板に衝突し、互いに直交方向に偏光された部分光線束はさらに右回りまたは左回りに偏光された光に変換される。この光は再び直線偏光された光となるように重ね合わされ、光波の位相ずれによって互いに対して回転する。回転する直線偏光状態は、分割格子によって強度の等しい３つの光線束に分割される。これらの光線束は、互いに１２０°で配向された３つの偏光フィルタを通過し、次いで後方に配置された検出素子に入射し、これらの検出素子には１２０°だけ位相をずらされた距離信号が印加され、これらの距離信号は、位置評価のためにさらに処理可能することができる。距離信号は、本発明による干渉計で電気信号に変換することができ、あるいはマルチモード光ファイバを介して、遠隔配置された後続の電子機器に伝送される。

【0088】

ヘテロダイン方式の評価が望ましい場合には、異なる周波数および異なる偏光（ｐ，ｓ）を有する部分光線束が本発明による干渉計に供給される。これらの部分光線束は、測定用アームおよび参照用アーム内の異なる経路を通過し、出口側でマルチモード光ファイバに結合され、後続の電子機器に伝搬され、そこで局部発信機と重ね合わされることによって関連位相情報が得られる。

【符号の説明】

【0089】

１０；ＬＱ 光源
２３；ＰＢＳ ビームスプリッタ
ＡＥ１ 第１分割平面
ＡＥ２ 第２分割平面
Ｍ，Ｍ１，Ｍ２ 測定用光線束
Ｒ 参照用光線束
ＶＥ１ 第１結合平面
ＶＥ２ 第２結合平面
Ｖ 結合位置
ＶＥ 遅延ユニット
３１；１３１；２３１ 測定対象物
３０；１３０；２３０；ＭＲ 測定用反射器
ＭＲ 測定用反射器
ＲＲ２；ＲＲ 参照用逆反射器
４０；ＤＥＴ 検出装置
２１；１２１；２２１；Ｐ１ 第１平板
２２；１２２；２２２；Ｐ２ 第２平板
Ｓ１ 第１光線束
Ｓ２ 第２光線束
Ｔ１ 第１結像素子
Ｔ２ 第２結像素子
Ｌ１ 第１格子レンズ
Ｌ２ 第２格子レンズ
ＰＲ１ 第１平面反射器
ＰＲ２ 第２平面反射器
ＰＲ３ 第３平面反射器
ＺＥ 中間平面

【図1a】

【図1b】

【図1c】

【図2a】

【図2b】

【図2c】

【図2d】

【図3】

【図4a】

【図4b】

【図4c】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8a】

【図8b】