JPH01216202A - 測長器 - Google Patents
測長器Info
- Publication number
- JPH01216202A JPH01216202A JP63041219A JP4121988A JPH01216202A JP H01216202 A JPH01216202 A JP H01216202A JP 63041219 A JP63041219 A JP 63041219A JP 4121988 A JP4121988 A JP 4121988A JP H01216202 A JPH01216202 A JP H01216202A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- phase difference
- length measuring
- photodetector
- inclination
- measuring device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
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- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (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】
〈産業上の利用分野〉
本発明はレーザ光の干渉を利用して、波長を単位とした
高精度、高分解能の測長を行うことが出来るとともに、
アブソリュートな測長出力を得ることの出来る測長器に
関するものである。
高精度、高分解能の測長を行うことが出来るとともに、
アブソリュートな測長出力を得ることの出来る測長器に
関するものである。
〈従来の技術〉
はじめに本発明を適用するアブソリュートな測長器の一
例として１本出願人が先に提案した特願昭６０−２７７
３８０について第４図を用いて簡単に説明する。この提
案はマイケルソンの干渉光学系を利用した測長器におい
て、２つ以上の波長の異なる光を切り換えて、測定対象
までの距離に応じた光の位相遅れ量を順次測定すると共
に、これらの波長と位相遅れ量との関係から測定対象ま
での距離を求めるようにしたものである０図において１
は波長の異なる複数のコヒーレントな光（λ、〜λ４）
を選択的に発生するレーザ光源。
例として１本出願人が先に提案した特願昭６０−２７７
３８０について第４図を用いて簡単に説明する。この提
案はマイケルソンの干渉光学系を利用した測長器におい
て、２つ以上の波長の異なる光を切り換えて、測定対象
までの距離に応じた光の位相遅れ量を順次測定すると共
に、これらの波長と位相遅れ量との関係から測定対象ま
での距離を求めるようにしたものである０図において１
は波長の異なる複数のコヒーレントな光（λ、〜λ４）
を選択的に発生するレーザ光源。
ＨＭＲはハーフミラ−、ＰＤＩはフォトディテクタ、Ｃ
Ｃ１，ＣＣ２はキューブコーナである。キューブコーナ
ＣＣＩは測長動作に応じて移動する測長側のキューブコ
ーナ、キューブコーナＣＣ２は一定の距離に固定された
基準側のキューブコーナである。ＡＯＭは光の位相遅れ
量をヘテロダイン検出するために基準側の光を変調する
音響光学変調器（以下、ＡＯ変調器という）、６はＡＯ
変調器を一定周波数ｆｂで駆動する変調信号源、４はフ
ォトディテクタＰＤＩの出力に含まれる位相遅れ量を検
出する位相検出器である。このように構成された測長器
は、レーザのマイゲルソン干渉を利用したものである。
Ｃ１，ＣＣ２はキューブコーナである。キューブコーナ
ＣＣＩは測長動作に応じて移動する測長側のキューブコ
ーナ、キューブコーナＣＣ２は一定の距離に固定された
基準側のキューブコーナである。ＡＯＭは光の位相遅れ
量をヘテロダイン検出するために基準側の光を変調する
音響光学変調器（以下、ＡＯ変調器という）、６はＡＯ
変調器を一定周波数ｆｂで駆動する変調信号源、４はフ
ォトディテクタＰＤＩの出力に含まれる位相遅れ量を検
出する位相検出器である。このように構成された測長器
は、レーザのマイゲルソン干渉を利用したものである。
レーザ光源１は例えば一定波長の光源とその波長を任意
の量だけシフトさせる波長シフタ（図示せず）により構
成され、任意の波長の光を順次発生する。演算回路５は
測定に使用された光の波長とそのときの位相遅れ量との
関係から、キューブコーナＣＣ１間での距離を求めるも
のである。
の量だけシフトさせる波長シフタ（図示せず）により構
成され、任意の波長の光を順次発生する。演算回路５は
測定に使用された光の波長とそのときの位相遅れ量との
関係から、キューブコーナＣＣ１間での距離を求めるも
のである。
このように構成された測長器において、光の角周波数を
ω、ＡＯ変調器ＡＯＭにおける変調角周波数をωｂ（＝
２πｆｂ）とし、レーザ光源１から出射される光の振幅
ＶＯを Ｖｏ＝ｓ ｉ ｎωｔ （１）とする
と、ＡＯ変調器ＡＯＭ１により変調された光の振幅■１
は Ｖ１＝ｓ ｉ ｎ （ωｔ＋ωｂ）ｔ （２）キュ
ーブコーナＣＣＩを介して戻って来た光の振幅Ｖ２は Ｖ２＝ｓ ｉ ｎ （ωを十φ） （３）となる
、なお、φは基準側および測長側の各光路における光路
長の差に対応して発生する位相遅れ量である。
ω、ＡＯ変調器ＡＯＭにおける変調角周波数をωｂ（＝
２πｆｂ）とし、レーザ光源１から出射される光の振幅
ＶＯを Ｖｏ＝ｓ ｉ ｎωｔ （１）とする
と、ＡＯ変調器ＡＯＭ１により変調された光の振幅■１
は Ｖ１＝ｓ ｉ ｎ （ωｔ＋ωｂ）ｔ （２）キュ
ーブコーナＣＣＩを介して戻って来た光の振幅Ｖ２は Ｖ２＝ｓ ｉ ｎ （ωを十φ） （３）となる
、なお、φは基準側および測長側の各光路における光路
長の差に対応して発生する位相遅れ量である。
フォトディテクタＰＤＩ上では、上記の（２）。
（３）式に示されるような２つの光のが重畳されるので
、入射する光の振幅は Ｖｌ ＋Ｖ２＝ｓ ｉ ｎ （ω＋ωｂ） ｔ＋５ｉｎ
（ωｔ＋φ） ＝２ ｓ ｉ ｎ （ω＋ωｂ ｔ／ ２＋φ）ＣＯ８
（（ｃａ＋ｂｔ−φ）／２＋ （４）のように
、Ｖｌ、Ｖ２の和となる。ここで、フォトディテクタＰ
ＣＩの出力は入射する光の４ＰｒＨの２乗に比例するの
で、理論的には （Ｖｌ十Ｖ２）２ ＝４ｓｉｎ （（ω十ωｂ／２）ｔ＋φ）−ｃｏｓ
（（ωｂｔ−φ）／２１ （５）となるが
、フォトディテクタＰＤＩは光の周波数には応答出来ず
、平均値を示すようになるので。
、入射する光の振幅は Ｖｌ ＋Ｖ２＝ｓ ｉ ｎ （ω＋ωｂ） ｔ＋５ｉｎ
（ωｔ＋φ） ＝２ ｓ ｉ ｎ （ω＋ωｂ ｔ／ ２＋φ）ＣＯ８
（（ｃａ＋ｂｔ−φ）／２＋ （４）のように
、Ｖｌ、Ｖ２の和となる。ここで、フォトディテクタＰ
ＣＩの出力は入射する光の４ＰｒＨの２乗に比例するの
で、理論的には （Ｖｌ十Ｖ２）２ ＝４ｓｉｎ （（ω十ωｂ／２）ｔ＋φ）−ｃｏｓ
（（ωｂｔ−φ）／２１ （５）となるが
、フォトディテクタＰＤＩは光の周波数には応答出来ず
、平均値を示すようになるので。
その出力Ｖｐは
Ｖｐ＝２＋２ｃｏｓ（ωｂｔ−φ＞ （６）とな
る。
る。
したがって、ＡＯ変調器ＡＯＭ１における変調角周波数
ωｂがわかっていれば、フォトディテクタＰＤＩの出力
Ｖｐの値がら位相遅れ量を算出することが出来る。
ωｂがわかっていれば、フォトディテクタＰＤＩの出力
Ｖｐの値がら位相遅れ量を算出することが出来る。
同様にこの位相遅れ量を異った波長に対応して順次測定
し、これらの測定結果を連立方程式として解くことによ
り測定対象までの距離を求めることができる。
し、これらの測定結果を連立方程式として解くことによ
り測定対象までの距離を求めることができる。
〈発明が解決しようとする問題点〉
ところで、上記のような測長器においては測長器の外部
環境（例えば、温度や振動など）が変化すると合成され
たレーザの位相差分布に傾きが生じ、フォトディテクタ
ＰＣＩの出方が変化する。
環境（例えば、温度や振動など）が変化すると合成され
たレーザの位相差分布に傾きが生じ、フォトディテクタ
ＰＣＩの出方が変化する。
その結果、基準としてのＡＯ変調器ＡＯ’Ｍ１からの信
号の位相との差に誤差が発生する。
号の位相との差に誤差が発生する。
第５図（イ）、（ロ）、（ハ）は、基準としてＡＯＭｌ
のドライブ信号の位相Ａ（これは電気信号が直接位相差
検出器に入力されるので空間的な位相分布は持たない）
とフォトディテクタＰＤＩに入射する光の位相差の傾き
ＢおよびＡとＢの位相差Ｃの関係を示す模式図である６
図において。
のドライブ信号の位相Ａ（これは電気信号が直接位相差
検出器に入力されるので空間的な位相分布は持たない）
とフォトディテクタＰＤＩに入射する光の位相差の傾き
ＢおよびＡとＢの位相差Ｃの関係を示す模式図である６
図において。
（イ）は測長距離が零で、かつ、前記Ｂの位相に傾きが
ない状態を示している。この場合、Ｃに示すそれぞれの
波長ａ、ｂの位相差は零（ａ、 ｂが重畳している）で
ある。
ない状態を示している。この場合、Ｃに示すそれぞれの
波長ａ、ｂの位相差は零（ａ、 ｂが重畳している）で
ある。
（ロ）は測長側のキューブコーナＣＣ１を任意の距離だ
け移動させた時の状態を示すもので、ＣＣ１側に前記ず
れや空気の揺ぎがまったく発生しなかった場合であり、
測長距離に相当する位相差φを検出することが出来る。
け移動させた時の状態を示すもので、ＣＣ１側に前記ず
れや空気の揺ぎがまったく発生しなかった場合であり、
測長距離に相当する位相差φを検出することが出来る。
（ハ）は空気の揺ぎなどによりＰＤＩに入射する合成波
の位相差に傾きθが発生した場合であり。
の位相差に傾きθが発生した場合であり。
この傾きにより位相差の回転中心がずれてＰＣＩの出力
がΔφの分だけ変化し１本来φであるべき位相差がφ１
となる。この様な空気の揺ぎ等による位相差の頷きは測
定値の誤差となるという問題があった。
がΔφの分だけ変化し１本来φであるべき位相差がφ１
となる。この様な空気の揺ぎ等による位相差の頷きは測
定値の誤差となるという問題があった。
本発明は上記従来技術の問題点に鑑みて成されたもので
、演算装置に位相差の傾きと測長誤差の関係から補正値
を算出するテーブルを設けておき。
、演算装置に位相差の傾きと測長誤差の関係から補正値
を算出するテーブルを設けておき。
複数個のフォトディテクタの出力から位相差の傾きを演
算し、補正することにより玉確な測定を行うことを目的
とする。
算し、補正することにより玉確な測定を行うことを目的
とする。
く問題点を解決するための手段〉
上記問題点を解決するための本発明の構成は。
少なくとも２つ以上の波長の異なるレーザ光を切り換え
て、測定対象までの距離に応じた光の位相遅れ量をフォ
トディテクタおよび位相差検出装置を用いて順次測定す
ると共に、これらの波長と位相遅れ量との関係から前記
測定対象までの距離を演３Ｌ装置を用いて求めるように
したマイケルソンの干渉光学系を用いた測長器において
、前記フォトディテクタはその受光面を複数個に分割す
るとともに、前記位相差検出装置は前記複数のフォトデ
ィテクタの出力信号に基づいて前記フォトディテクタに
入射する前記レーザ光の位相差分布の傾きを検出し、前
記演算器は前記位相差分布の傾きに応じて測長値を補正
するように構成したことを特徴とするものである。
て、測定対象までの距離に応じた光の位相遅れ量をフォ
トディテクタおよび位相差検出装置を用いて順次測定す
ると共に、これらの波長と位相遅れ量との関係から前記
測定対象までの距離を演３Ｌ装置を用いて求めるように
したマイケルソンの干渉光学系を用いた測長器において
、前記フォトディテクタはその受光面を複数個に分割す
るとともに、前記位相差検出装置は前記複数のフォトデ
ィテクタの出力信号に基づいて前記フォトディテクタに
入射する前記レーザ光の位相差分布の傾きを検出し、前
記演算器は前記位相差分布の傾きに応じて測長値を補正
するように構成したことを特徴とするものである。
〈実施例〉
第１図は本発明の測長器の一実施例を示す構成図である
。第１図において第４図と同様のものには同様の符号を
付して説明は゛省略するが１本発明においては演算装置
５１には例えば第２図に示すような位相差分布の傾きと
位相ドリフトのｒ′Ｊｊ係から補正値を算出するテーブ
ルがあらかじめ設けられている。また、フォトディテク
タＰＤ１の形状を図に示すようにＦ、、Ｆ、Ｇ、Ｈの４
つに分割して独立したものとし、それぞれを対向して配
置する。
。第１図において第４図と同様のものには同様の符号を
付して説明は゛省略するが１本発明においては演算装置
５１には例えば第２図に示すような位相差分布の傾きと
位相ドリフトのｒ′Ｊｊ係から補正値を算出するテーブ
ルがあらかじめ設けられている。また、フォトディテク
タＰＤ１の形状を図に示すようにＦ、、Ｆ、Ｇ、Ｈの４
つに分割して独立したものとし、それぞれを対向して配
置する。
上記構成において、それぞれのフォトディテクタ（Ｅ〜
Ｈ）の信号は位相差検出装置４１に出力され、その出力
の総和が演算されるとともにそれらの信号から例えばＥ
−Ｆ、Ｇ−Ｈの演算を行い。
Ｈ）の信号は位相差検出装置４１に出力され、その出力
の総和が演算されるとともにそれらの信号から例えばＥ
−Ｆ、Ｇ−Ｈの演算を行い。
位相差の傾きψ１．ψ２を演算する。
これらの演算結果は演算装置５１に送出され。
前記総和の信号とＡＯＭｌからの信号に基づいて測長ず
べき距離を演算するが、その前にフォトディテクタ（Ｅ
〜Ｈ）を用いて演算された位相差の傾きψ１．ψ２から
前記補正テーブルを用いて前記総和の信号の補正を行う
。
べき距離を演算するが、その前にフォトディテクタ（Ｅ
〜Ｈ）を用いて演算された位相差の傾きψ１．ψ２から
前記補正テーブルを用いて前記総和の信号の補正を行う
。
なお２本実施例においては４分割したフォトディテクタ
を１個用いた例について説明したが１例えば本出願人が
特願昭６２−１８４２７０としてすでに出頭している第
３図に示すような構成の測長器にも適用することが出来
る。このような構成によれば２つのレーザから出射した
波長の異なる光をＣＣＩ、ＣＣ２を互いに逆向きに通過
するようにして一方の信号の位相差信号を基準側（例え
ばＰＤＩ）、他方の位相差信号を一測長側（ＰＤ２）で
受光し、それらの位相差信号の位相差から距離を求める
ようにしたものであるが、この様な場合も空気の揺ぎな
どによるドリフトはまぬがれない。
を１個用いた例について説明したが１例えば本出願人が
特願昭６２−１８４２７０としてすでに出頭している第
３図に示すような構成の測長器にも適用することが出来
る。このような構成によれば２つのレーザから出射した
波長の異なる光をＣＣＩ、ＣＣ２を互いに逆向きに通過
するようにして一方の信号の位相差信号を基準側（例え
ばＰＤＩ）、他方の位相差信号を一測長側（ＰＤ２）で
受光し、それらの位相差信号の位相差から距離を求める
ようにしたものであるが、この様な場合も空気の揺ぎな
どによるドリフトはまぬがれない。
従ってこの様な場合も演算器の中に位相差分布の傾きと
位相ドリフト量の補正テーブルを設けておき、それぞれ
のフォトディテクタを複数個（図では４個）に分割し、
その４つの信号からＰＤＩ。
位相ドリフト量の補正テーブルを設けておき、それぞれ
のフォトディテクタを複数個（図では４個）に分割し、
その４つの信号からＰＤＩ。
ＰＤ２に入射する合成波の位相分布の傾きを求め。
その傾きの相対的な差に基づいて位相差を補正すること
により、誤差のない測長器を実現することができる。
により、誤差のない測長器を実現することができる。
なお、測長器は上記実施例の構成のものに限ることなく
マイケルソンの干渉光学系を利用し、その合成波の位相
差をフォトディテクタで受光するものであれば本実施例
に示したもの以外にも適用可能である。
マイケルソンの干渉光学系を利用し、その合成波の位相
差をフォトディテクタで受光するものであれば本実施例
に示したもの以外にも適用可能である。
また、フォトディテクタは４分割した例を示したが原理
的には２分割でも良く、さらに６分割。
的には２分割でも良く、さらに６分割。
８分割であってもよい、そのような場合はより精度高く
傾きを測定することが出来る。
傾きを測定することが出来る。
〈発明の効果〉
以上、実施例と仁もに具体的に説明したように本発明に
よれば、複数の７オトデイテクタにより位相差分布の傾
きを求め、あらかじめ求めて置いた位相差分布の傾きと
ドリフト量の関係から測長・値を補正するようにしなの
で温度や振動による出力ドリフトを補正した測長器を実
現することが出来る。
よれば、複数の７オトデイテクタにより位相差分布の傾
きを求め、あらかじめ求めて置いた位相差分布の傾きと
ドリフト量の関係から測長・値を補正するようにしなの
で温度や振動による出力ドリフトを補正した測長器を実
現することが出来る。
第１図は本発明の測長器の一実施例を示す構成図、第２
図は位相差分布の傾きとドリフト量の関係を示す図、第
３図は本発明を他の測長器に適用した例を示す構成図、
第４図は従来例を示す図。 第５図は波面の傾きとドリフトの関係を説明する為の模
式図である。 １．２・・・レーザ光源、４１・・・位相差検出装置。 ５１・・・演算装置、ＡＯＭ・・・音響光学変調器、Ｃ
Ｃ１、ＣＣ２・・・キューブコーナ、ＨＭＲ・・・ハー
フミラ−、ＰＤＩ、ＰＤ２・・・フォトディテクタ。 第１図 第２図 第３図 第４図
図は位相差分布の傾きとドリフト量の関係を示す図、第
３図は本発明を他の測長器に適用した例を示す構成図、
第４図は従来例を示す図。 第５図は波面の傾きとドリフトの関係を説明する為の模
式図である。 １．２・・・レーザ光源、４１・・・位相差検出装置。 ５１・・・演算装置、ＡＯＭ・・・音響光学変調器、Ｃ
Ｃ１、ＣＣ２・・・キューブコーナ、ＨＭＲ・・・ハー
フミラ−、ＰＤＩ、ＰＤ２・・・フォトディテクタ。 第１図 第２図 第３図 第４図
Claims (1)
- 少なくとも２つ以上の波長の異なるレーザ光を切り換え
て、測定対象までの距離に応じた光の位相遅れ量をフォ
トディテクタおよび位相差検出装置を用いて順次測定す
ると共に、これらの波長と位相遅れ量との関係から前記
測定対象までの距離を演算装置を用いて求めるようにし
たマイケルソンの干渉光学系を用いた測長器において、
前記フォトディテクタはその受光面を複数個に分割する
とともに、前記位相差検出装置は前記複数のフォトディ
テクタの出力信号に基づいて前記フォトディテクタに入
射する前記レーザ光の位相差分布の傾きを検出し、前記
演算器は前記位相差分布の傾きに応じて測長値を補正す
るように構成したことを特徴とする測長器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63041219A JPH0785007B2 (ja) | 1988-02-24 | 1988-02-24 | 測長器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63041219A JPH0785007B2 (ja) | 1988-02-24 | 1988-02-24 | 測長器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01216202A true JPH01216202A (ja) | 1989-08-30 |
| JPH0785007B2 JPH0785007B2 (ja) | 1995-09-13 |
Family
ID=12602282
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63041219A Expired - Lifetime JPH0785007B2 (ja) | 1988-02-24 | 1988-02-24 | 測長器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0785007B2 (ja) |
-
1988
- 1988-02-24 JP JP63041219A patent/JPH0785007B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0785007B2 (ja) | 1995-09-13 |
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