JPS5975108A - 微小隙間の光学的測定方法及び測定装置 - Google Patents
微小隙間の光学的測定方法及び測定装置Info
- Publication number
- JPS5975108A JPS5975108A JP57184526A JP18452682A JPS5975108A JP S5975108 A JPS5975108 A JP S5975108A JP 57184526 A JP57184526 A JP 57184526A JP 18452682 A JP18452682 A JP 18452682A JP S5975108 A JPS5975108 A JP S5975108A
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- Japan
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- optical path
- reflected light
- light
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/14—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は2つの部材に光ビームを当て、これら2つの部
材間に形成される微小隙間をそれぞれの部材からの反射
光を利用して測定する測定方法および測定装置に関する
ものである。
材間に形成される微小隙間をそれぞれの部材からの反射
光を利用して測定する測定方法および測定装置に関する
ものである。
第1図は従来の光干渉を利用した微小隙間の測定方法を
説明する図である。この図を用いて例えば磁気ディスク
装置のスライダとディスクとの間の微小隙間の変化を測
定する場合について簡単に説明する。レーザ発振器1か
らのレーザビームBOはビームスプリッタ2を経て磁気
ディスク装置のスライダ9とディスク8に入射し、スラ
イダ9に接着した1/4波長板100表面から反射光B
lが反射し、偏光板11を通して光電変換素子12に入
射する。一方、ディスク8から反射した光B2は偏光ビ
ームスプリッタ3で反射し、電わい素子4に取付けたミ
ラー5と電わい素子6に取付けたミラー7の間を1往復
した後光電変換素子12に入射する。反射光B1.B2
は互に偏光面が90°異なっているが、光電変換素子1
2を通過すると、光電変換素子12の透過軸方向の偏光
成分のみとなり、両者の光は干渉する。前記反射光B+
、B2 とで発生する干渉光の明るさを光電変換素子
12によって電気信号に変換して、制御回路13を介し
て、電わい素子4にフィードバックし、スライダ9とデ
ィスク8で形成される隙間りが時間的に変化しても、こ
の変化を補償するようにミラー5が変位するようにして
、電わい素子4へのフィードバック電圧を測定すること
によって前記隙間の変化を測定するものである。
説明する図である。この図を用いて例えば磁気ディスク
装置のスライダとディスクとの間の微小隙間の変化を測
定する場合について簡単に説明する。レーザ発振器1か
らのレーザビームBOはビームスプリッタ2を経て磁気
ディスク装置のスライダ9とディスク8に入射し、スラ
イダ9に接着した1/4波長板100表面から反射光B
lが反射し、偏光板11を通して光電変換素子12に入
射する。一方、ディスク8から反射した光B2は偏光ビ
ームスプリッタ3で反射し、電わい素子4に取付けたミ
ラー5と電わい素子6に取付けたミラー7の間を1往復
した後光電変換素子12に入射する。反射光B1.B2
は互に偏光面が90°異なっているが、光電変換素子1
2を通過すると、光電変換素子12の透過軸方向の偏光
成分のみとなり、両者の光は干渉する。前記反射光B+
、B2 とで発生する干渉光の明るさを光電変換素子
12によって電気信号に変換して、制御回路13を介し
て、電わい素子4にフィードバックし、スライダ9とデ
ィスク8で形成される隙間りが時間的に変化しても、こ
の変化を補償するようにミラー5が変位するようにして
、電わい素子4へのフィードバック電圧を測定すること
によって前記隙間の変化を測定するものである。
しかし、本測定方法ではつぎのような欠点を有している
。
。
(1)光学系が複雑であること。
(2)フィードバック用型わい素子4によってミラー5
を高速で変位させる必要がある。電わい素子4の機械的
共振点は素子の形状によって決まり、一般的に形状を小
形にすれば、共振点を高くすることができるが、印加電
圧に対する変位が小さくなる関係にあるので、あまり小
さく出来ない、したがって共振点を高くとれない。結果
的に隙間の変化速度が速くなると測定が困難となる。
を高速で変位させる必要がある。電わい素子4の機械的
共振点は素子の形状によって決まり、一般的に形状を小
形にすれば、共振点を高くすることができるが、印加電
圧に対する変位が小さくなる関係にあるので、あまり小
さく出来ない、したがって共振点を高くとれない。結果
的に隙間の変化速度が速くなると測定が困難となる。
(3)隙間の変化量しか測定できない。
第2図は前記測定方法とは異なる他の測定方法を示した
もので、レーザ発振器13から出たし=−ザビームはビ
ームスプリッタキューブ14によって下方に曲げられ、
さらに複屈折板15で偏光方向が互いに90異なる2本
の直線偏光に分割する。
もので、レーザ発振器13から出たし=−ザビームはビ
ームスプリッタキューブ14によって下方に曲げられ、
さらに複屈折板15で偏光方向が互いに90異なる2本
の直線偏光に分割する。
そして被測定部材16に入射させ、それぞれの反射光は
再び一本のビームになって、電気光学結晶部材17に入
射する。ここで電気光学結晶部材17にあらかじめ高周
波電源18を印加しておくと、被測定部材16の傾斜量
によって内反射光の光路差が変るから、電気光学結晶部
材17に印加されている電圧がこの光路差を補償するよ
うな値になった瞬間だけ検光子19を介して光検出器2
0の入射光が極小になるから、これらの瞬時値を測定す
れば、傾斜量を知ることができる。但しこの測定方法に
よると、光路差はλ/2以上は測定できない。反射面が
光学的な粗面である場合には、反射光の光量が複雑に変
化して、前記瞬時値を検出することは難しい等の欠点を
有している。
再び一本のビームになって、電気光学結晶部材17に入
射する。ここで電気光学結晶部材17にあらかじめ高周
波電源18を印加しておくと、被測定部材16の傾斜量
によって内反射光の光路差が変るから、電気光学結晶部
材17に印加されている電圧がこの光路差を補償するよ
うな値になった瞬間だけ検光子19を介して光検出器2
0の入射光が極小になるから、これらの瞬時値を測定す
れば、傾斜量を知ることができる。但しこの測定方法に
よると、光路差はλ/2以上は測定できない。反射面が
光学的な粗面である場合には、反射光の光量が複雑に変
化して、前記瞬時値を検出することは難しい等の欠点を
有している。
本発明の目的は公知技術の欠点をなくシ、光学系を簡単
にし、かつ光路長調節器は機械的可動部をなくして高速
の隙間変化にも十分応答するようにした微小隙間の測定
方法を提供することにある。
にし、かつ光路長調節器は機械的可動部をなくして高速
の隙間変化にも十分応答するようにした微小隙間の測定
方法を提供することにある。
本発明は2つの部材に光ビームを当ててこれら2つの部
材からの反射光を、電圧によってその屈折率が変化する
素子を備えた光路長調節手段と偏光手段を通して干渉さ
せ、この干渉光の明るさを電気信号に変換したのち制御
回路を介して光路長調節手段にフィードバックし、この
制御量から2つの部材の微小隙間を光学的に測定するこ
とを特徴としている。
材からの反射光を、電圧によってその屈折率が変化する
素子を備えた光路長調節手段と偏光手段を通して干渉さ
せ、この干渉光の明るさを電気信号に変換したのち制御
回路を介して光路長調節手段にフィードバックし、この
制御量から2つの部材の微小隙間を光学的に測定するこ
とを特徴としている。
第3図は本発明の微小隙間の光学的測定方法の一例の動
作を、例えば磁気ディスク装置のスライダとディスクと
の間の微小隙間の変化を測定する場合について説明する
ための図である。21はレーザ発振器で、例えば紙面に
平行な偏光面を持つ直線偏光ビームBOを発生し、レー
ザビームB。
作を、例えば磁気ディスク装置のスライダとディスクと
の間の微小隙間の変化を測定する場合について説明する
ための図である。21はレーザ発振器で、例えば紙面に
平行な偏光面を持つ直線偏光ビームBOを発生し、レー
ザビームB。
はビームスプリッタ22によってビームBl+B2に分
割される。23は一方の被測定部材のスライダで、この
スライダ23には小穴24があけられている。また、2
5は被測定部材のスライダ23に接着された1/4波長
板で、反射膜26がコーティングされている。27は他
方の被測定部材のディスクである。レーザビームB2は
一部反射膜26で反射し、反射光B3となる。また、1
/4波長板25を透過した光はディスク27で反射し、
反射光B4となる。反射光B3 、B4はビームスプリ
ッタ22を透過して光路長調節器28に入射する。この
光路長調節器28はボッケル効果を有する結晶部材で構
成されており、この光路長調節器28には高周波電圧が
印加される。
割される。23は一方の被測定部材のスライダで、この
スライダ23には小穴24があけられている。また、2
5は被測定部材のスライダ23に接着された1/4波長
板で、反射膜26がコーティングされている。27は他
方の被測定部材のディスクである。レーザビームB2は
一部反射膜26で反射し、反射光B3となる。また、1
/4波長板25を透過した光はディスク27で反射し、
反射光B4となる。反射光B3 、B4はビームスプリ
ッタ22を透過して光路長調節器28に入射する。この
光路長調節器28はボッケル効果を有する結晶部材で構
成されており、この光路長調節器28には高周波電圧が
印加される。
ここではLINb03を例にとってその機能を説明する
。第4図は上記のボッケル効果を有する結晶部材の説明
図である。この結晶部材にx、軸とX2軸で形成される
面に平行な偏光面を持つ直線偏光をX2軸方向に入射さ
せ、X3軸方向に電界Eを印加すると、この光に対する
屈折率n。′は次式で示される。
。第4図は上記のボッケル効果を有する結晶部材の説明
図である。この結晶部材にx、軸とX2軸で形成される
面に平行な偏光面を持つ直線偏光をX2軸方向に入射さ
せ、X3軸方向に電界Eを印加すると、この光に対する
屈折率n。′は次式で示される。
但し、no =電界がOのときの屈折率r13:定数
一方、X2軸とX3軸で形成される平面に平行な偏光面
を持つ直線偏光に対する屈折率n 、/は次式で示され
る。
を持つ直線偏光に対する屈折率n 、/は次式で示され
る。
但し、no :電界が0のときの屈折率r33:定数
次に光路長調節器28を第3図に示すように、x、、X
2軸を紙面に対して平行に配置した場合について考える
。反射光B3の偏光面は紙面に対して平行であるから、
この場合の屈折率は(1)式が適用できる。したがって
、光路長調節器28の長さをtとすると、反射光B3に
対する光路長調節器28の等測的な光路長t1.は(3
)式で示される。
2軸を紙面に対して平行に配置した場合について考える
。反射光B3の偏光面は紙面に対して平行であるから、
この場合の屈折率は(1)式が適用できる。したがって
、光路長調節器28の長さをtとすると、反射光B3に
対する光路長調節器28の等測的な光路長t1.は(3
)式で示される。
一方、反射光B4は1/4波長板25を1往復している
ため、反射光B3に対して偏光面が90度異方り、x2
、X3軸で形成される面に対して平行となる。この光
に対する光路長調節器28の屈折率は(り式が適用でき
るので、この場合の等側光路長t11は(4)式で示さ
れる。
ため、反射光B3に対して偏光面が90度異方り、x2
、X3軸で形成される面に対して平行となる。この光
に対する光路長調節器28の屈折率は(り式が適用でき
るので、この場合の等側光路長t11は(4)式で示さ
れる。
つぎに入射光B2力秋反射膜26とディスク27で反射
し、光路長調節器28を透過するまでの光路差をΔtと
するとΔtは(5)式で示される。
し、光路長調節器28を透過するまでの光路差をΔtと
するとΔtは(5)式で示される。
Δt=2(ln4.(−1−h L )+ttt −/
−10−2(t−n 2/4+h t ) 、1 +12//4. 、波長板25の屈折率hニスライダ2
3とディスク27の間に形成される隙間 ここで隙間りは(6)式で示される。
−10−2(t−n 2/4+h t ) 、1 +12//4. 、波長板25の屈折率hニスライダ2
3とディスク27の間に形成される隙間 ここで隙間りは(6)式で示される。
h=H+h(t) ・・・(
6)(6)式を(5)式に代入すると次式が得られる。
6)(6)式を(5)式に代入すると次式が得られる。
Δt=2(t(nλ41)+H)
+2 h(t) + (n 、 nQ ) を入射光
B2が反射光B3 、B4となって光路長調節器28を
透過するまでの光路差は(7)式で示されるが、反射光
B3.+B4は偏光面が90度異方っているため、光路
長調節器28を透過した位置では干渉しないが、偏光板
29をおき、この透過軸をXl軸にθなる角度におくと
、反射光B3+B4は干渉する。
B2が反射光B3 、B4となって光路長調節器28を
透過するまでの光路差は(7)式で示されるが、反射光
B3.+B4は偏光面が90度異方っているため、光路
長調節器28を透過した位置では干渉しないが、偏光板
29をおき、この透過軸をXl軸にθなる角度におくと
、反射光B3+B4は干渉する。
反射光Ba 、B4の光路差と干渉光との明るさとの関
係は第5図の曲線aのようになる。この光路差によって
決まる干渉光の明るさを光電変換素子30で電気信号に
変換し、この結果を制御回路31を介して光路長調節器
28にフィードバックし、光路差が常に一定となるよう
にすれば光路長調節器28へのフィードバック量から隙
間の変化を測定することができる。
係は第5図の曲線aのようになる。この光路差によって
決まる干渉光の明るさを光電変換素子30で電気信号に
変換し、この結果を制御回路31を介して光路長調節器
28にフィードバックし、光路差が常に一定となるよう
にすれば光路長調節器28へのフィードバック量から隙
間の変化を測定することができる。
つぎに前記制御回路31の一例について第6図〜第8図
によって説明する。ある瞬間における反射光B3.B4
の光路差が第6図に示す曲線口のa点にあったとする。
によって説明する。ある瞬間における反射光B3.B4
の光路差が第6図に示す曲線口のa点にあったとする。
この状態で光路長調節器28に発振器32によって高周
波電圧を印加すると、干渉光の明るさは第7図の点線で
示す曲線ノ・のように変化する。この干渉光の明るさの
変化を光電変換素子30によって電気信号に変換して増
幅器33を介して掛算器34に供給する。この掛算器3
4では、前記増幅器33の出力電圧と前記発振器32の
電圧(第7図、第8図の実線で示す曲線二)との積を演
算すると第7図の一点鎖線で示す曲線ホのように正負非
対象の出力信号をローパスフィルタ35により低周波成
分のみ取り出した後、十分大きな増幅度を持った増幅器
36で増幅して光路長調節器28にフィードバックする
と、反射光B3.B4の光路差が変化して第6図に示す
曲線口のb点でバランスする。何故ならば、第6図に示
す曲線口のa点がb点に移動すると、干渉光の明るさは
第8図の点線で示す曲線へのように変化し、掛算器34
の出力は第8図の一点鎖線で示す曲線トのように正負対
象となり、ローパス(11) フィルタ35の出力信号はは”(Qとなるからである。
波電圧を印加すると、干渉光の明るさは第7図の点線で
示す曲線ノ・のように変化する。この干渉光の明るさの
変化を光電変換素子30によって電気信号に変換して増
幅器33を介して掛算器34に供給する。この掛算器3
4では、前記増幅器33の出力電圧と前記発振器32の
電圧(第7図、第8図の実線で示す曲線二)との積を演
算すると第7図の一点鎖線で示す曲線ホのように正負非
対象の出力信号をローパスフィルタ35により低周波成
分のみ取り出した後、十分大きな増幅度を持った増幅器
36で増幅して光路長調節器28にフィードバックする
と、反射光B3.B4の光路差が変化して第6図に示す
曲線口のb点でバランスする。何故ならば、第6図に示
す曲線口のa点がb点に移動すると、干渉光の明るさは
第8図の点線で示す曲線へのように変化し、掛算器34
の出力は第8図の一点鎖線で示す曲線トのように正負対
象となり、ローパス(11) フィルタ35の出力信号はは”(Qとなるからである。
したがって、光路長調節器28の印加電圧と光路差との
関係をあらかじめ校正しておけば、増幅器36の出力電
圧を測定することによって隙間の変化を求めることがで
きる。
関係をあらかじめ校正しておけば、増幅器36の出力電
圧を測定することによって隙間の変化を求めることがで
きる。
不発明の測定方法によると、第1図に示す従来の測定方
法に比較して、光学系が非常に簡単になり、光路長調節
器は可動部がないので、高速の隙間変化を測定でき、反
射光B3.B4はほとんど同じ光路を通り異なる部分は
、2つの被測定部材間に形成される隙間だけであるので
、干渉光が安定する。
法に比較して、光学系が非常に簡単になり、光路長調節
器は可動部がないので、高速の隙間変化を測定でき、反
射光B3.B4はほとんど同じ光路を通り異なる部分は
、2つの被測定部材間に形成される隙間だけであるので
、干渉光が安定する。
一方、第2図に示す従来の測定方法に比較してV−ザ光
の波長に無関係に測定ができるので、測定精度が高い、
また、データ処理が簡単になる。
の波長に無関係に測定ができるので、測定精度が高い、
また、データ処理が簡単になる。
さらに、測定範囲はλ7/2以下に限定されることはな
い。
い。
以上説明したように、本発明によれば、光学系が簡単と
なシ、また、高速の隙間変化にも十分応(12) 答することができる。
なシ、また、高速の隙間変化にも十分応(12) 答することができる。
第1図、第2図は従来の光学的な微小隙間の測定方法を
説明する図、第3図は本発明の微小隙間の測定方法の一
例を説明する図、第4図は本発明における光路長調節器
の電気光学結晶部材を説明するだめの図、第5図は本発
明における光路差と干渉光の明るさとの関係を示す図、
第6図〜第8図は本発明における制御回路の一例を説明
する図である。 21・・・レーザ発振器、22・・・ビームスプリッタ
、23・・・スライダ、27・・・ディスク、28・・
・光路長調節器、29・・・偏光板、30・・・光電変
換素子、31・・・制御回路。 −3と 第 3 口 333ψ −131 80・ 35 6 ズ、1 第 28 す ズ3 −11 32 1 1 52 ←b4 Y4−困 第70 第3 区
説明する図、第3図は本発明の微小隙間の測定方法の一
例を説明する図、第4図は本発明における光路長調節器
の電気光学結晶部材を説明するだめの図、第5図は本発
明における光路差と干渉光の明るさとの関係を示す図、
第6図〜第8図は本発明における制御回路の一例を説明
する図である。 21・・・レーザ発振器、22・・・ビームスプリッタ
、23・・・スライダ、27・・・ディスク、28・・
・光路長調節器、29・・・偏光板、30・・・光電変
換素子、31・・・制御回路。 −3と 第 3 口 333ψ −131 80・ 35 6 ズ、1 第 28 す ズ3 −11 32 1 1 52 ←b4 Y4−困 第70 第3 区
Claims (2)
- 1.2つの部材に光ビームを当て、これら2つの部材間
に形成される微小隙間をそれぞれの部材からの反射光を
利用して測定する測定方法において、2つの部材からの
反射光を、電圧によってその屈折率が変化する素子を備
えた光路長調節手段と偏光手段を通して干渉させ、この
干渉光の明るさを電気信号に変換したのち制御回路を介
して光路長調節手段にフィードバックし、この光路長調
節手段への制御量から2つの部材間の微小隙間を測定す
ることを特徴とする微小隙間の光学的測定方法。 - 2.2つの部材に光ビームを当て、これら2つの部材間
に形成される微小隙間を、それぞれの部材からの反射光
により測定する測定装置において、前記2つの部材のい
ずれか一方の部材に取付けられる通過光の偏光面を変え
る1/4波長部材と、前設反射光の光路中に設けられる
光ビームを測定対象物である2つの部材に当てるだめの
ビームスプレッダと電圧によって屈折率が変化する素子
を備えた光路長調節手段と、前記光路長調節手段を通っ
た2つの反射光を光干渉させるだめの偏光手段と、この
偏光手段において干渉した干渉光の明るさを電気信号に
変換する手段と、この電気信号を受は前記反射光の光路
差が常に一定になるように前記光路長調節手段に信号を
フィードバックするための制御回路とを備えた微小隙間
の光学的測定装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57184526A JPS5975108A (ja) | 1982-10-22 | 1982-10-22 | 微小隙間の光学的測定方法及び測定装置 |
| US06/540,157 US4632556A (en) | 1982-10-22 | 1983-10-07 | Method and apparatus for optically measuring clearance change |
| GB08326817A GB2128735B (en) | 1982-10-22 | 1983-10-07 | Method and apparatus for optically measuring clearance change |
| DE19833338583 DE3338583A1 (de) | 1982-10-22 | 1983-10-24 | Verfahren und anordnung zur optischen messung von abstandsaenderungen |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57184526A JPS5975108A (ja) | 1982-10-22 | 1982-10-22 | 微小隙間の光学的測定方法及び測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5975108A true JPS5975108A (ja) | 1984-04-27 |
| JPH0472163B2 JPH0472163B2 (ja) | 1992-11-17 |
Family
ID=16154737
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57184526A Granted JPS5975108A (ja) | 1982-10-22 | 1982-10-22 | 微小隙間の光学的測定方法及び測定装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4632556A (ja) |
| JP (1) | JPS5975108A (ja) |
| DE (1) | DE3338583A1 (ja) |
| GB (1) | GB2128735B (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61219802A (ja) * | 1985-03-27 | 1986-09-30 | Hitachi Ltd | 変位の光学的測定装置 |
| US4732483A (en) * | 1987-03-19 | 1988-03-22 | Zygo Corporation | Interferometric surface profiler |
| US4869593A (en) * | 1988-04-22 | 1989-09-26 | Zygo Corporation | Interferometric surface profiler |
| FI84709C (fi) * | 1990-02-27 | 1992-01-10 | Paloheimo Oy | Anordning i traebearbetningsmaskiner. |
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