(57)【要約】      （修正有）【課題】レーザー光源のモードジャンプの問題を簡単な方法で防止した位置測定システムを提示することである。【解決手段】二つの物体の相対位置を測定する位置測定システムが、レーザー光源（３）に対する可変動作電流を生成するための電流供給ユニット（１，２）を有する。少なくとも一つの光検出器（１３．１，１３．２，１３．３）が、レーザー光源（３）から受けた光より位置に依存する出力信号（−１２０°，０°，＋１２０°）を生成する。測定動作では、電流供給ユニット（１，２）からレーザー光源（３）に、交流電流成分と重畳した直流電流を供給する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光源（３）に対する可変動作電流を生成するための電流供給ユニット（１，２）と、レーザー光源（３）から受けた光より位置に依存する出力信号（−１２０°，０°，＋１２０°）を生成するための少なくとも一つの光検出器（１３．１，１３．２，１３．３）とを有する、二つの物体の相対位置を測定する位置測定システムにおいて、
測定動作では、電流供給ユニット（１，２）からレーザー光源（３）に、交流電流成分と重畳した直流電流を供給することを特徴とする位置測定システム。
【請求項２】
レーザー光源（３）が、シングルモード・レーザーダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の位置測定システム。
【請求項３】
当該の電流供給ユニットが、レーザーダイオード・ドライバー（１）とＨＦ変調器（２）から構成されることを特徴とする請求項１に記載の位置測定システム。
【請求項４】
当該の交流電流成分の周波数が、１ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚの間に有ることを特徴とする請求項１に記載の位置測定システム。
【請求項５】
当該の交流電流成分の振幅が、この交流電流成分と重畳された直流電流の１０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の位置測定システム。
【請求項６】
当該の交流電流成分の周波数が、位置に依存する出力信号（−１２０°，０°，＋１２０°）から位置信号（Ｐ）を生成するための後続の電子機器（１４）の帯域幅より大きいことを特徴とする請求項１に記載の位置測定システム。
【請求項７】
シングルモード・レーザーダイオード（３）が、このシングルモード・レーザーダイオード（３）を強制的にマルチモード動作させるフィードバック手段（５．１）と接続されていることを特徴とする請求項２に記載の位置測定システム。
【請求項８】
フィードバック手段（５．１）が光ファイバーであり、この光ファイバーが、シングルモード・レーザーダイオード（３）において複数のレーザーモードを励起するための外部共振器を構成するように、その長さが選定されていることを特徴とする請求項７に記載の位置測定システム。
【請求項９】
少なくとも一つの光検出器（１３．１，１３．２，１３．３）が、光ファイバー（５．２，５．３，５．４）を介して、少なくとも一つの光検出器（１３．１，１３．２，１３．３）に供給される光から、位置に依存する出力信号（−１２０°，０°，＋１２０°）を生成することを特徴とする請求項１に記載の位置測定システム。
【請求項１０】
ＨＦ変調器（２）と後続の電子機器（４）を、互いに同期させていることを特徴とする請求項６に記載の位置測定システム。
【請求項１１】
請求項１に記載の位置測定システムを用いて、干渉する光ビーム（＋１，−１）の経路長の相違を調整する方法であって、この方法では、光検出器（１３．１，１３．２，１３．３）の位置に依存する出力信号（−１２０°，０°，＋１２０°）が、当該の交流電流成分の周波数を上回る帯域幅を持つ増幅器（１５）に供給される方法。
【請求項１２】
光検出器（１３．１，１３．２，１３．３）の位置に依存する出力信号（−１２０°，０°，＋１２０°）から導出される高い周波数の位相変調成分を、当該の経路長の相違に対する尺度として利用する請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
当該の位置測定システムを機械的に調整することによって、光検出器（１３．１，１３．２，１３．３）の出力信号から導出される高い周波数の位相変調成分（Ａ）の振幅と、それにもとづく干渉する光ビーム（＋１，−１）の経路長の相違とを最小化する請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、請求項１の上位概念にもとづく、レーザー光源を有する位置測定システムに関する。そのような位置測定システムは、二つの互いに動く物体の相対位置を検出する働きを有する。
【背景技術】
【０００２】
高精度な光学式位置測定システムは、多くの技術分野において不可欠なものとなっている。最高精度を問題とする場合、光学式走査原理にもとづく位置測定システムは、例えば磁気式、容量式、誘導式による、その他の走査原理のものを大きくリードしている。例えば光リソグラフィーなどのアプリケーションでは、既にナノメートル範囲の位置測定が求められている。そのような精度は、これまで干渉計を用いてのみ実現可能であった。しかし、将来的には、光学式基準尺の走査にもとづく位置測定システムも、この範囲に進出して来よう。そのような干渉式測定システムは、従来から３格子式測定システムとして知られており、光源の光は、分割格子上で異なる回折次元の光に分解され、これらの光は、基準尺格子上で反射されて、結合格子に投射され、そこで異なる次元の回折光線は、互いに結合、干渉する。この場合、分割格子と結合格子は、別々の格子（有利には、基準尺が透明の場合）として、或いは単一の格子（有利には、基準尺が反射形の場合）として構成することができる。二番目のケースで、二つの格子だけが実体として存在する場合においても、第一の分割用格子は、同時に結合格子として作用する。従って、そのようなシステムも、当然３格子式測定システムと称される。ここで、３格子式測定システムにおいて、二つ又は三つの格子を配備することは、本来の測定原理とは関係が無く、そして構造に関しては、例えば光線の誘導時における制限や走査ヘッド内で利用可能な空間などの任意の選択規準にもとづき決定することができる。
【０００３】
様々な干渉する光ビームが、光検出器で検出され、そして互いに位相のずれた、位置に依存する検出器信号が出力される。そのような干渉式測定システムの走査信号は、ほとんど高調波が無いので、これらの信号は、補間（Interpolation ）に対して、非常に良く適している。マイクロメートル範囲での基準尺目盛と、異なる次元の回折光の干渉により生じる周波数逓倍と、例えば４０９６段階による走査信号の細分化とによって、ナノメートル範囲の精度を十分に達成することができる。
【０００４】
干渉式測定システムは、干渉する光ビームが、それらの分割から結合まで、出来る限り同じパス長で通過するように考案されている。従って、光ビームの干渉は、理想的なケースでは、光源の波長に依存しない位相差で起こる。この位相差から、位置の値を算出するが、その結果この値も波長に依存しない。しかし、実際には、常に構造誤差、組立誤差、調整誤差が生じ、これらは、小さいパス長の相違を引き起こす。従って、出力された位置の値は、僅かに光源の波長に依存することとなる。そのため、位相差を非常に高い分解能で測定する必要がある高精度な測定システムに対しては、光の波長が出来る限り一定した光源を使用しなければならない。
【０００５】
更に、ノイズ成分を最低限にして大きな信号強度を生成することを可能とするためには、多くの場合、光源の強度を高くすることが重要である。このことは、特に光源を光ファイバーを介して結合させる測定器に対して言える。
【０００６】
長い光パスを持つ測定器では、組み立てによって制限を受ける干渉する光ビームの経路長の相違は、光源の可干渉距離が問題となってくる程度で達成することができる。このケースでは、可干渉距離が十分である場合のみ、組立誤差を是認可能な範囲内に保持することができる。
【０００７】
高分解能の干渉式位置測定システムでは、レーザーダイオードが、光源として受け入れられてきた。その高い強度と大きな可干渉距離のために本来は良く適しているシングルモード・レーザーダイオードは、位置測定システムにとって非常に不利な欠点を有する。決まった動作状態（特にレーザーダイオードの動作電流と温度に依存する）で、跳躍的な波長の変化を引き起こすモードジャンプが発生する。しかし、そのような波長の変化は、高精度の位置測定システムでは、位置測定におけるジャンプと、多くの場合インクリメンタルカウンタのカウントエラーをも引き起こすこととなる。
【０００８】
そのような問題を防止するために、特許文献１と特許文献２は、互いに非常に近接したモードを有するマルチモード・レーザーダイオードの使用を提案している。そうすることによって、各動作状態において、複数のモードが支配することとなり、動作状態が変化した際にモードの支配が連続的に再配分され、その結果レーザーダイオードの中心波長における大きなジャンプは起こらなくなる。しかしながら、光出力が小さいマルチモード・レーザーダイオードしか入力することができない（＜３〜５ｍＷ）。原理的な制約から、光出力が高いレーザーダイオードは、シングルモードの挙動を示す。従って、高い光出力を必要とする測定システムは、マルチモード・レーザーダイオードを装備することはできない。
【０００９】
大きな可干渉距離が必要な用途に関しても、そのようなマルチモード・レーザーダイオードは、余り適していない。そのような用途では、マルチモード・レーザーダイオードの可干渉距離が小さいので、とにかく干渉信号を得るためには、むしろ誤差の少ない機械及び光学部品が必要である。従って、そのような位置測定システムは、製造に際し負担がかかり、そのため高価となる。
【００１０】
特許文献３は、干渉計に関して、可変動作電流を供給されるシングルモード・レーザーダイオードの使用を提案している。この動作電流を、モードジャンプ制御手段によって、繰り返し（周期的又は必要に応じて）再調整して、レーザーダイオードが出来る限りモードジャンプ点から遠く離れた動作点で動作するようにしている。この場合、機械的に固定された測定構成では、動作電流によるモードジャンプを、不可逆的にジャンプする位置出力信号にもとづき検出して、次にその動作電流が、二つのモードジャンプ間の中心、即ち隣接するモードジャンプに対して出来る限り大きな間隔を空けて存在するように、その動作電流を選定している。しかし、モードジャンプ位置の測定が繰り返し必要なことと、そのためモードジャンプを検出するために本来の測定動作を中断する必要があることは、非常に負担がかかり、連続的な位置測定を不可能としている。
【００１１】
特許文献４は、シングルモード・レーザー光源として構成された光源を持つ位置測定システムを記載している。このレーザー光源の前述した欠点を克服するために、フィードバック手段の使用を提案している。レーザー光源とフィードバック手段は、互いに作用し合って、レーザー光源内で、複数の近接するモードを励起し、そのようにしてシングルモード・レーザー光源の擬似マルチモード動作を生み出している。しかしながら、レーザー光源として、レーザーダイオードを使用する場合、フィードバック手段のレーザーダイオードとの相互作用により、この文献で低周波振動（ＬＦＦ）又はドロップアウトとも称している、自発的で、短時間の強度の急降下と波長変動が起こる。それらは、その作用において、モードジャンプと同一視することができ、正確な位置測定を非常に難しくするものである。
【特許文献１】米国特許明細書第４，６７６，６４５号
【特許文献２】米国特許明細書第５，０００，５４２号
【特許文献３】特開２００２−３９７１４号
【特許文献４】ドイツ特許明細書第１０２３５６６９Ａ１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
この発明の課題は、レーザー光源のモードジャンプの問題を簡単な方法で防止した位置測定システムを提示することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この課題は、請求項１の特徴を持つ装置によって解決される。有利な実施構成は、請求項１の従属請求項に挙げられた特徴から生じるものである。
【００１４】
二つの物体の相対位置を測定するための位置測定システムは、レーザー光源に対する可変動作電流を生成するための電流供給ユニットを有する。少なくとも一つの光検出器は、レーザー光源から受けた光より、位置に依存した出力信号を生成する。測定動作においては、交流電流成分と重畳した直流を、この電流供給ユニットからレーザー光源に供給する。
【００１５】
ここでは、レーザーダイオードのモードジャンプにより突然発生する波長変動の問題を防止するために、モードジャンプを高い周波数で強制的に発生させている。その結果、位置測定に関連するレーザー光の中心波長は、その動作電流又は周囲温度により変化する大きさが、従来から動作しているレーザーダイオードのモードジャンプの場合よりも明らかに小さくなるように構成されることとなる。
【００１６】
高い周波数でモードジャンプを強制的に発生させるために、大きな可干渉距離と高い強度を目指して、有利にはシングルモード・レーザーダイオードとして構成されたレーザーダイオードを動作させるための直流を、高い周波数の交流電流成分と重ね合わせる。モードジャンプは、動作電流に依存して発生するので、動作電流の直流成分をモードジャンプ点の近くに置いて、動作電流の交流成分によって、モードジャンプ点が周期的に移動するようにした場合、そのようなモードジャンプが周期的に発生することとなる。そして、動作電流の直流成分が、モードジャンプ点の近くに来るほど、二つのモードが、時間的な平均値に関して、より等しく支配するようになる。測定システムの周波数帯域幅が、レーザーダイオードの変調周波数より小さい場合、位置信号は、二つのモードの時間的な平均値によって決まる。動作電流又は周囲温度の変動が遅いことによって、もはやレーザーダイオードの波長が急激に変化することはなくなり、むしろ関係するモードの連続的な再配分に対応して、動作電流又は周囲温度に対して明らかに遅く変化する中心波長が形成されることとなる。このことは、変調された動作電流によって、複数のモードジャンプが周期的に、そして高い周波数で動き回る場合に初めて正しいと言える。
【００１７】
１〜１５ｍＡの間の交流電流振幅で動作するシングルモード・レーザーダイオードの可干渉距離は、典型的には依然として約１００μｍ〜５ｍｍであり、その結果レーザー光線は、ミリメートル範囲においても未だ干渉性を持ったままである。そのため、機械的な調整と機械及び光学部品の誤差に関する要件は、妥当な範囲内に留まる。それにも関わらず、従来から動作しているシングルモード・レーザーダイオードと比べて低下した可干渉距離は、漏れた干渉分岐光による変調又はガラス表面間（光ファイバーカップラー、レンズ、プリズム等）での干渉などの望ましくない効果を低減するのに有用である。
【００１８】
更に、レーザーダイオードの電流をＨＦ変調することによって、レーザーダイオードのフィードバック感度は低減される。このことは、例えば位置測定地点では、全く熱の印加が許されないために、特にレーザーダイオードの光を光ファイバーを介して位置測定システムに持って来なければならない場合、大きな利点となる。そして、この光ファイバー接続のフィードバックは、即ちレーザーダイオードの光出力を自発的で、短時間に急降下させて、正確な位置測定を不可能とする、所謂低周波振動（ＬＦＦ）を引き起こすこととなる。そのようなＬＦＦも、レーザーダイオード電流の高周波変調によって、部分的に抑制され、しかも位置測定システムの帯域幅外の周波数領域に位置がずれて、そのためもはや測定に影響を与えなくなる。
【００１９】
レーザーダイオード電流のＨＦ変調は、最初に述べた特許文献４にもとづく位置測定システムと組み合わせることも特に有利である。その場合フィードバック手段によって引き起こされるＬＦＦも、抑制され、或いは位置がずれて、もはや位置測定を妨げない。
【００２０】
多くのケースにおいて、光検出器の走査周波数とレーザーダイオード電流の高周波変調間の唸りを防止するためには、光検出器の走査が常に変調器と同じ位相位置で行われるように、走査と変調を同期させなければならない。このことは、例えば二つのシステム（位置測定システムと変調器）に対する共通のクロック発生器によって、実現することができる。
【００２１】
波長変調の時間的な平均化を実現するためには、交流電流成分の変調周波数は、変位に依存した出力信号を評価する後続の電子機器の帯域幅よりも高く、そしてまたレーザーダイオードの出力制御（例えば、監視フォトダイオードによる制御）周波数よりも高くしなければならない。
【００２２】
後続の電子機器内の追加的なフィルターは、光検出器の信号の残留変調成分を抑制することができる。これには、例えば低域通過フィルターが適しているが、高次のフィルターも適している。変調周波数が、位置測定システムの後続の電子機器の帯域幅又は遮断周波数より十分上に有る場合、追加のフィルターが無くても済ますことができる。
【００２３】
交流電流成分の形は、例えば長方形又は正弦波形状にすることができる。個々のモードが、等しく重み付けされるので、有利には三角形状に推移する形にして、連続的な中心波長の変動を実現することができる。
【００２４】
特にＨＦ変調が有利であるシングルモード・レーザーダイオードは、多くの場合屈折率ガイド型レーザーダイオードとして構成される一方、マルチモード・レーザーダイオードは、大抵ゲインガイド型レーザーダイオードである。しかしながら、出力電力が約３ｍＶ以上であるゲインガイド型レーザーダイオードも、シングルモードの挙動を示す。
【００２５】
動作電流のＨＦ変調を採用することは、ＶＣＳＥＬダイオードを使用する場合においても、このダイオードタイプでも波長のジャンプが発生するので、非常に有望な手段である。ＶＣＳＥＬダイオードの場合、共振器長が短いために、単一の縦モードだけが発振可能であるが、それにも関わらず波長のジャンプが発生する場合がある。ＶＣＳＥＬダイオードにおいて、ジャンプ状に変化することができ、また相応の波長変化を生じさせることができるのは、横モードと偏光方向の両方又は一方である。この場合においても、滑らかな移行を強制的に起こすために、ダイオード電流の変調を用いることができる。
【００２６】
光源電流の変調は、干渉する光ビームの経路長の相違を検出するために用いることもできる。そのような検出は、部品、組立、調整の誤差に関する情報を提供するとともに、その修正のために利用することができる。経路長の相違の検出は、測定システムの光検出器で行われるが、その電流は、次に増幅器に供給され、この増幅器は、光源の高周波変調を増幅することができる、即ちその帯域幅が、ダイオード電流の変調周波数を上回るものである。そして、位置測定システムにおける通常の増幅された光電素子信号の位相又は位置を評価して、変調周波数と同期して、様々な動作点で振動する位相又は位置の値を生成する。この高周波変調の振幅は、干渉する光ビームの経路長の差に関する直接的な尺度である。そして、この振幅とそれにもとづく経路長差は、部品、調整、組立の誤差のすべて又は幾つかに対する補正措置によって、零にすることができる。
【００２７】
高周波変調の検出に用いる増幅器は、有利には位置測定システムとは別の検査機器に統合することができる。これに代わって、測定機器自身の中で、相応の高い帯域幅を有する増幅器を使用することもでき、その際標準的な測定モードにおいて、増幅器に後置された低域通過フィルターは、光電素子の電流の変調成分を抑制するものである。検出モードでは、低域通過フィルターを作動させない。
【００２８】
シングルモード・レーザーダイオードの有利な制御のために、低域通過フィルターの前で分岐され、変調された信号と低域通過フィルターの後で分岐され、変調されていない信号の並行的な再処理を利用することもできる。この変調されていない信号は、通常の位相又は位置評価部に供給される一方、変調された信号は、検出回路で評価することができる。後者の信号は、光源の変調周波数で振動する信号振幅を決めるものである。レーザーダイオードが、モードジャンプの近傍で動作している場合、この振幅は上昇する。ここで、周知の制御技術により、レーザーダイオード電流の直流成分を制御するために、この検出信号を使用して、レーザーダイオードが、常にモードジャンプが起こらない範囲で動作するようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
この発明の別の利点及び詳細は、以下における図面にもとづく有利な実施構成の記載から明らかとなる。
【００３０】
図１には、この発明の特に有利な実施構成が図示されている。シングルモード・レーザーダイオード３に対する動作電流の直流成分は、レーザーダイオード・ドライバー１によって生成され、更にＨＦ変調器２で変調される。レーザーダイオード・ドライバー１と変調器２は、共同してレーザーダイオード３に対する電流供給ユニットを構成する。１〜１０００ＭＨｚ、有利には数百ＭＨｚの範囲の変調周波数が使用される。２５０〜３５０ＭＨｚの周波数範囲が、特に選定される。閾値電流とも称され、レーザーダイオード３を動作させるのに必要な最小動作電流を下回らないように、変調の振幅を選定することができる。しかし、この最小動作電流を短時間下回ることは、それによってレーザーダイオード３の特に強い擾乱を引き起こして、それが追加的なモードの振動を生み出すこととなるので、全く有利である。短時間であっても、変調によって、レーザーダイオード３の最大動作電流を上回ってはならない。
【００３１】
３０ｍＡの最小電流と７０ｍＡの最大電流を持つレーザーダイオード３において、レーザーダイオード３を５０ｍＡの動作電流の直流成分で動作させた場合、例えば１０ｍＡの振幅を示した。レーザーダイオード３の最小及び最大動作電流は、その作動範囲を規定することとなる。有利には、交流電流成分の振幅は、交流電流と重畳された直流電流の１０％以上とする。ここの例では、４０〜６０ｍＡの間で変調されており、その結果レーザーダイオード３の作動範囲の約半分に渡るものである。多くのモードが同時に励起されている限り、動作電流又は温度による中心波長の変化は、特に小さい。
【００３２】
レーザーダイオード３の光は、集束レンズ４．１を介して、光ファイバー５．１内に入力結合され、この光ファイバーは、光を本来の測定地点にまで持って行く。特に温度が問題となるアプリケーションでは、光ファイバー５．１を使用することにより、測定地点への熱の印加を防止することが可能である。光ファイバーは、一つ以上のファイバーカップラー６によって分割することができる。レーザー光の光ファイバー５．１とファイバーカップラー６への入力結合は、両方とも反射を引き起こす場合があり、反射は、前述したＬＦＦを更に起こすこととなる。それにも関わらず、この反射は、全く望ましいものであり、適宜利用することができる。光ファイバー５．１は、特許文献４に記載されている通り、それが、フィードバック手段としてシングルモード・レーザーダイオード３と相互作用して、シングルモード・レーザーダイオード３を強制的にマルチモード動作させるように設計することができる。この場合、光ファイバー５．１の長さは、それが、シングルモード・レーザーダイオード３に対する外部共振器を形成するように選定される。この場合、光ファイバー５．１のレーザーダイオード３の方を向いた終端部は、レーザー光線の一部をレーザーダイオード３に反射して戻す。そのようなフィードバック手段５．１を変調器２によるシングルモード・レーザーダイオード３の動作電流のＨＦ変調と組み合わせることは、特に有利である。即ち、シングルモード・レーザーダイオード３のモードジャンプの問題は、強制的なマルチモード動作によって、大幅に低減される。フィードバック手段５．１により起こるＬＦＦの問題は、動作電流のＨＦ変調によって克服される。
【００３３】
光は、光ファイバー５．１から出射して、コリメータレンズ７を介して、反射型基準尺８上に当たる。光は、そこで二つの光ビーム＋１，−１（＋１次とー１次）に分割され、これらのビームは、二つの対称的な測定アームを形成する。各光ビーム＋１，−１は、走査格子９を通過し、（図示されていない）偏向プリズムによって向きを変えられて、１／４波長板１０．１，１０．２を介して、改めて走査格子９に達し、そこから改めて基準尺８の方に曲げられる。そこで、二つの光ビーム＋１，−１は、一つの光線に統合されて、次に分割格子１１により三つの別々の光線に分けられ、これらの光線は、三つの異なる方向を向いた偏光フィルター１２．１，１２．２，１２．３を通過して行く。集束レンズ４．２，４．３，４．４は、これらの三つの光線を光ファイバー５．２，５．３，５．４に入力結合させ、これらの光ファイバーは、これらの光線を光検出器１３．１，１３．２，１３．３にまで導いて行く。光検出器１３．１，１３．２，１３．３は、それぞれ１２０°位相のずれた、位置に依存した三つの信号−１２０°，０°，＋１２０°を発生させ、これらの信号は、後続の電子機器１４によって位置の値Ｐに処理することができる。測定動作において、即ち光検出器１３．１，１３．２，１３．３による位相のずれた信号−１２０°，０°，＋１２０°の検出時間中には、レーザーダイオード３の動作電流の変調を行うことが重要である。そうすることによってのみ、モードジャンプとＬＦＦの両方又は一方の不都合な影響を抑制することが保証される。
【００３４】
後続の電子機器１４は、光検出器１３．１，１３．２，１３．３の位相のずれた信号−１２０°，０°，＋１２０°を増幅するための増幅回路１５を有する。評価回路１７は、位相のずれた信号−１２０°，０°，＋１２０°から位置の値Ｐを生成して、その値を出力する。光学フィルター１６は、位相のずれた信号−１２０°，０°，＋１２０°の場合によっては生じる高周波の残留変調成分が位置の値の算出に影響を与えないようにする働きを持つ。
【００３５】
光検出器１３．１，１３．２，１３．３は、後続の電子機器１４内において、決まった走査周波数で走査されて、再処理用の位相のずれた信号−１２０°，０°，＋１２０°を提供する。唸りを防止するために、既に述べた通り、変調器２を光検出器１３．１，１３．２，１３．３の走査と同期させることが必要である。このことは、図１で、変調器２と後続の電子機器１４の間の破線による結線で示されている。
【００３６】
図１に図示された実施例では、後続の電子機器１４からは、位相のずれた信号−１２０°，０°，＋１２０°の高周波（変調器２の周波数）の位相変調成分の振幅Ａも出力される。この振幅Ａは、干渉する光ビーム＋１，−１の経路長の相違に関する尺度であるので、この振幅Ａにもとづき、経路長の相違の調整を実施することができる。振幅Ａが消滅する、或いは所定の限界値を下回るまで、光路内の光学部品を機械的に調整することができる。
【００３７】
評価回路において、振幅Ａを求めることができるためには、光検出器１３．１，１３．２，１３．３の位置に依存する信号−１２０°，０°，＋１２０°を、その帯域幅が交流電流成分の周波数を上回る増幅器１５に供給しなければならない。
【００３８】
そして、増幅された信号は、位置の信号Ｐを求めるために、フィルター１６によって、変調器２の周波数を持つ高周波の変調成分を取り除かなければならない。しかし、このフィルター１６は、振幅Ａを求めるために使用される信号には作用しない。評価電子機器１４では、振幅Ａを決める部分は、レーザー光源３の変調周波数を上回る十分な帯域幅を持たなければならない。
【００３９】
図２ａには、より詳しい理解のために、ＨＦ変調された動作電流が無い場合におけるシングルモード・レーザーダイオードの挙動を示している。動作電流の増加に応じて、放射される光の波長が、約４５ｍＡでモードジャンプが発生するまで、単に遅く変化している。このことは、波長における非常に明確に現れるジャンプを生じさせることとなる。周波数が２ＭＨｚで振幅が３ｍＡ（図２ｂ）又は６ｍＡ（図２ｃ）のＨＦ成分を動作電流に重畳させた場合、モードジャンプが、ここでは明らかに丸く上昇する波長を示すことが分かる。図２ａ〜２ｃにもとづく測定は、動作電流を変化させたことにより生じるモードジャンプを示すために、温度を一定にして実施した。
【００４０】
図３ａでは、レーザーダイオードの動作電流は一定であるが、温度を変化させた場合に発生するモードジャンプが見られる。ここでは、試験した温度範囲において、複数のモードジャンプすら発生している。動作電流を全く変調しない場合、波長のジャンプは、非常に急峻である。図３ｂと３ｃは、又もや２ＭＨｚで、今度は振幅が６ｍＡ（図３ｂ）又は１２ｍＡ（図３ｃ）での電流変調にもとづくものである。又もや、波長のジャンプが明らかに丸くなっているのが分かる。
【００４１】
ここに記載した位置測定システムは、相当に負担のかかる光学系を備えている。また、実際にモードジャンプとＬＦＦの不都合な影響を与えること無く、高精度な測定を実行することができるためには、動作電流の変調は、そのような負担をかけた位置測定システムと組み合わせて、特に意味が有るものである。しかし、動作電流のＨＦ変調の原理は、簡単な位置測定システムに対して使用することも可能である。そのようにして、例えば光遮断式原理にもとづく、工具の形状を測定するための測定システムが、同じく変調した動作電流により、利点を得ることができる。この場合にも、即ちＬＦＦは、関連するレーザーダイオードだけが出力を急落させるにも関わらず、光線の遮断が検出されるという結果をもたらす。そのようにして、フライス、ドリルなどの工具を、同じく非常に高い分解能で測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】この発明による位置測定システム
【図２】動作電流に対するモードジャンプ
【図３】動作温度に対するモードジャンプ
【符号の説明】
【００４３】
１    レーザーダイオード・ドライバー
２    ＨＦ変調器
３    シングルモード・レーザーダイオード
４．１，４．２，４．３，４．４    集束レンズ
５．１，５．２，５．３，５．４    光ファイバー
６    ファイバーカップラー
７    コリメータレンズ
８    基準尺
９    走査格子
１０．１，１０．２    １／４波長板
１１    分割格子
１２．１，１２．２，１２．３    偏光フィルター
１３．１，１３．２，１３．３    光検出器
１４    後続の電子機器（評価電子機器）
１５    増幅器
１６    光学フィルター
１７    評価回路
Ａ    振幅
Ｉ    動作電流
Ｐ    位置の値（信号）
Ｔ    温度
λ    波長
【図１】
2006133222.tif 000003
【図２】
2006133222.tif 000004
【図３】
2006133222.tif 000005