JPH02157601A - レーザ測長器における基準光路長の延長方法 - Google Patents
レーザ測長器における基準光路長の延長方法Info
- Publication number
- JPH02157601A JPH02157601A JP63311629A JP31162988A JPH02157601A JP H02157601 A JPH02157601 A JP H02157601A JP 63311629 A JP63311629 A JP 63311629A JP 31162988 A JP31162988 A JP 31162988A JP H02157601 A JPH02157601 A JP H02157601A
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- JP
- Japan
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- optical path
- path length
- mirror
- beam splitter
- laser
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- Pending
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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］
この発明は、レーザ測長器における光路長の延長方法に
関し、詳しくはレーザビームを分割するビームスプリッ
タと基準ミラー間の光路長を実効的に延長する方法に関
するものである。
関し、詳しくはレーザビームを分割するビームスプリッ
タと基準ミラー間の光路長を実効的に延長する方法に関
するものである。
［従来の技術］
第４図はレーザ測長器の原理を説明する概略の構成を示
すもので、Ｌ Ｄ １ よりのレーザビームはビームス
プリッタ２により２分割されて、一方のビームは直角方
向の適当な位置に設けられた基準ミラー３に投光される
。他方のビームは前方の被測定の移動体に固定されたｆ
ｌｌｌ＋定ミラー４に投光され、測定ミラーと基準ミラ
ーによりそれぞれ反射されたビームＡ、Ｂはビームスプ
リッタ２において合成される。両ビームＡ、 Ｂは同一
光源によるので互いに干渉して干渉縞を生ずる。ここで
、被測定体の移動により測定ミラーが移動すると、干渉
縞の位置が移動し、これを受光器５により検出すると、
干渉縞の強度変化に相当する信号Ｓがえられる。信号Ｓ
の波数をカウントすることにより移動距離が測定される
ものである。
すもので、Ｌ Ｄ １ よりのレーザビームはビームス
プリッタ２により２分割されて、一方のビームは直角方
向の適当な位置に設けられた基準ミラー３に投光される
。他方のビームは前方の被測定の移動体に固定されたｆ
ｌｌｌ＋定ミラー４に投光され、測定ミラーと基準ミラ
ーによりそれぞれ反射されたビームＡ、Ｂはビームスプ
リッタ２において合成される。両ビームＡ、 Ｂは同一
光源によるので互いに干渉して干渉縞を生ずる。ここで
、被測定体の移動により測定ミラーが移動すると、干渉
縞の位置が移動し、これを受光器５により検出すると、
干渉縞の強度変化に相当する信号Ｓがえられる。信号Ｓ
の波数をカウントすることにより移動距離が測定される
ものである。
さて、ＬＤＩ は温度、注入電流により発振波長が変化
する。波長が変化するときは測定ミラーが移動しないと
きでも上記と同様に干渉縞の位置が変化する。以下これ
について数式により説明する。
する。波長が変化するときは測定ミラーが移動しないと
きでも上記と同様に干渉縞の位置が変化する。以下これ
について数式により説明する。
いま、ＬＤの発振するレーザビームを
ｓｉｎωｔ ・・・・・・（１）（
ω＝２πＣ／λ０．λ０ ：波長、Ｃ：光速）とする。
ω＝２πＣ／λ０．λ０ ：波長、Ｃ：光速）とする。
第４図のように両ビームＡ、Ｈに対する光路長をそれぞ
れＬｘ、Ｌｙとするとき、両ビームの合成ビームＣの強
度は時間変化を省略して次式で表される。
れＬｘ、Ｌｙとするとき、両ビームの合成ビームＣの強
度は時間変化を省略して次式で表される。
Ｃ＝ （Ａ２ ＋Ｂ２ ）／２＋ＡＢｃｏｓ Φｏ ・
・・・・（２）ΦＯ＝２πΔＬ／λ０ ・
・・・・・（３）ここでΔＬは両ビームの光路差である
。
・・・・（２）ΦＯ＝２πΔＬ／λ０ ・
・・・・・（３）ここでΔＬは両ビームの光路差である
。
ΔＬ＝Ｌｘ −Ｌｙ ・・・・・・
（４）ＬＤの発振波長λ０がなんらかの理由でδλ変化
したときは、式（２）の第２項および式（３）のΦ０は
次式のΦ０′となる： Φ０′→Φｏ （１−δλ／λ０） ＝ΦＯ−２πΔＬδλ／λｏ２・・・・・・（５）すな
わち、波長がδλだけ変化するとき、２πΔＬδλ／λ
ｏ２ ・・・・・・（６）の位相変化が生ず
る。いま、δλが時間的に変動するときは、式（６）に
従って位相が変動するので、第４図の干渉縞の位置が動
揺し、これが恰も被測定体が移動したものとして受光器
５に検出される。
（４）ＬＤの発振波長λ０がなんらかの理由でδλ変化
したときは、式（２）の第２項および式（３）のΦ０は
次式のΦ０′となる： Φ０′→Φｏ （１−δλ／λ０） ＝ΦＯ−２πΔＬδλ／λｏ２・・・・・・（５）すな
わち、波長がδλだけ変化するとき、２πΔＬδλ／λ
ｏ２ ・・・・・・（６）の位相変化が生ず
る。いま、δλが時間的に変動するときは、式（６）に
従って位相が変動するので、第４図の干渉縞の位置が動
揺し、これが恰も被測定体が移動したものとして受光器
５に検出される。
これは明らかに測定誤差となる。
式（６）に示されるように、１τ１差の原因となる位相
変化は光路差ΔＬに正比例するので、ΔＬを０とすれば
誤差もまたＯとなる。しかし、ΔＬはＬＸとＬｙの差で
あって、一方のＬｘは変量であるので常に等しくするこ
とはできず、可及的に小さくして誤差を減少させること
ができる。
変化は光路差ΔＬに正比例するので、ΔＬを０とすれば
誤差もまたＯとなる。しかし、ΔＬはＬＸとＬｙの差で
あって、一方のＬｘは変量であるので常に等しくするこ
とはできず、可及的に小さくして誤差を減少させること
ができる。
さて、第４図において測定ミラー４の測定光路長Ｌｘに
対して基準ミラー３の基準光路長Ｌｙをほぼ等しくとる
ことは可能であるが、レーザ測長器に対する被測定体の
位置はある程度制約されているのでＬｘはある程度以−
ドには短くできない。
対して基準ミラー３の基準光路長Ｌｙをほぼ等しくとる
ことは可能であるが、レーザ測長器に対する被測定体の
位置はある程度制約されているのでＬｘはある程度以−
ドには短くできない。
従って、Ｌｙをこれに等しくするときは測長器に対して
は過大となり、測長器の小型化を妨げる。
は過大となり、測長器の小型化を妨げる。
これに対して、光路長Ｌｙをなんらかの手段で実効的に
延長することができれば、上記と同様の効果が得られる
筈である。
延長することができれば、上記と同様の効果が得られる
筈である。
この発明は以上に鑑みてなされたもので、基準光路長を
延長して、測定光路長とほぼ等しくする延長方法を提供
することを目的とする。
延長して、測定光路長とほぼ等しくする延長方法を提供
することを目的とする。
［課題を解決するための手段コ
この発明は、ＬＤのレーザビームをビームスプリッタに
より分割し、一方を適当な位置に固定された基準ミラー
に、他方を披１４１１１定の移動体に取り付けられた測
定ミラーにそれぞれ投光し、各ミラーにより反射された
両レーザビームをビームスプリンタで合成し、両ビーム
の干渉縞をカウントして移動体の変位を計測するレーザ
ーヤ１長器における基準光路長の延長方法であって、ビ
ームスプリッタと基準ミラーとの間にレーザビームの光
路長を延長する延長手段を設けて、延長された基準光路
長と、ビームスプリッタと測定ミラーとの間の測定光路
長とをほぼ等しくするものである。
より分割し、一方を適当な位置に固定された基準ミラー
に、他方を披１４１１１定の移動体に取り付けられた測
定ミラーにそれぞれ投光し、各ミラーにより反射された
両レーザビームをビームスプリンタで合成し、両ビーム
の干渉縞をカウントして移動体の変位を計測するレーザ
ーヤ１長器における基準光路長の延長方法であって、ビ
ームスプリッタと基準ミラーとの間にレーザビームの光
路長を延長する延長手段を設けて、延長された基準光路
長と、ビームスプリッタと測定ミラーとの間の測定光路
長とをほぼ等しくするものである。
上記の光路長の延長手段の実施態様め−・つは、ビーム
スプリッタと基準ミラーのそれぞれの位置に、レーザビ
ームを往復させる延長ミラーを設ける。また他の実施態
様は、ビームスプリッタと基準ミラーの間に、適当な屈
折率を何する光学媒体を挿入して等測的に光路長を屈折
率倍する。
スプリッタと基準ミラーのそれぞれの位置に、レーザビ
ームを往復させる延長ミラーを設ける。また他の実施態
様は、ビームスプリッタと基準ミラーの間に、適当な屈
折率を何する光学媒体を挿入して等測的に光路長を屈折
率倍する。
［作用］
以−りのこの発明による基型光路長の延長方法によれば
、延長手段により基準光路長が測定光路長とほぼ等しく
なって、温度、注入電流などによるＬＤの発振波長の変
動による干渉縞の位相動揺が無くなるか、または減少し
てこれによる測定誤差の問題が解消される。
、延長手段により基準光路長が測定光路長とほぼ等しく
なって、温度、注入電流などによるＬＤの発振波長の変
動による干渉縞の位相動揺が無くなるか、または減少し
てこれによる測定誤差の問題が解消される。
なお、光路長の延長手段は延長ミラーによる方法、また
は光学媒体による方法も延長作用には変わりはないので
、実際に適合するものによればよく、場合によっては両
者を組合わせて使用することもＩＪＪ能であり、その場
合は両者の相乗効果がある。
は光学媒体による方法も延長作用には変わりはないので
、実際に適合するものによればよく、場合によっては両
者を組合わせて使用することもＩＪＪ能であり、その場
合は両者の相乗効果がある。
［実施例］
第１図は、この発明による基準光路長の延長方法の第１
の実施例の構成図で、ＬＤｌのレーザビームはビームス
プリッタ２により分割されて、方は基準ミラー３の方向
に投光される。ビームスプリッタ２と基準ミラー３の適
当な箇所にそれぞれ延長ミラー８ａ、６ｂが取り付けら
れる。ミラーの角度を適当に設定すると、投光されたビ
ームはこれらの間を往復して基準ミラーに達する。従っ
て往復分だけ光路長が延長され、延長された基準光路長
Ｌｙ’は元の光路長Ｌｙの約３倍となる。
の実施例の構成図で、ＬＤｌのレーザビームはビームス
プリッタ２により分割されて、方は基準ミラー３の方向
に投光される。ビームスプリッタ２と基準ミラー３の適
当な箇所にそれぞれ延長ミラー８ａ、６ｂが取り付けら
れる。ミラーの角度を適当に設定すると、投光されたビ
ームはこれらの間を往復して基準ミラーに達する。従っ
て往復分だけ光路長が延長され、延長された基準光路長
Ｌｙ’は元の光路長Ｌｙの約３倍となる。
Ｌｙを適当に設定して、Ｌｙ′が測定光路長Ｌｘとほぼ
等しくする。基準ミラーと測定ミラーにより反射した両
ビームはビームスプリッタ２に矢って合成されて受光器
５に受光される。測定ミラー４の移動に伴って生ずる干
渉縞の位置変化に対応した信号が受光器より出力される
。この場合は両光路長がほぼ等しいので、波長変化によ
る誤差は小さいか、またはＯに減少する。
等しくする。基準ミラーと測定ミラーにより反射した両
ビームはビームスプリッタ２に矢って合成されて受光器
５に受光される。測定ミラー４の移動に伴って生ずる干
渉縞の位置変化に対応した信号が受光器より出力される
。この場合は両光路長がほぼ等しいので、波長変化によ
る誤差は小さいか、またはＯに減少する。
第２図は第２の実施例を示すもので、ビームスプリッタ
２と基準ミラー３の間に屈折率ｎａの光学媒体７を挿入
して光路長を等測的にｎ６倍する。
２と基準ミラー３の間に屈折率ｎａの光学媒体７を挿入
して光路長を等測的にｎ６倍する。
たとえば、屈折率として約１．５のものを使用すれば、
Ｌｙ ”Ｆ ｌ 、５ Ｌｙとなり、これを上記と同様
にＬ×にほぼ等しく設定する。
Ｌｙ ”Ｆ ｌ 、５ Ｌｙとなり、これを上記と同様
にＬ×にほぼ等しく設定する。
第３図は第３の実施例を示し、上記の第１と第２の実施
例の組み合わせである。この場合は、光路長は往復で約
３倍、屈折率で約１．５倍となり、相乗効果で約４．５
倍となるので光学媒体７の長さが著しく短縮できる。な
お、光学媒体７の両面は適当な角度に仕上げて、これに
アルミニュームを蒸着してミラー６を形成する。
例の組み合わせである。この場合は、光路長は往復で約
３倍、屈折率で約１．５倍となり、相乗効果で約４．５
倍となるので光学媒体７の長さが著しく短縮できる。な
お、光学媒体７の両面は適当な角度に仕上げて、これに
アルミニュームを蒸着してミラー６を形成する。
［発明の効果］
以りの説明により明らかなように、この発明のレーザ測
長器における基準光路長の延長方法によれば、空間的に
短い基準光路長が延長手段で延長されて、ｉｉｌ’ｌ定
光路長色光路長しくされて、ＬＤの発振波長の変動に起
因する測定ＩＬ−Ｌ差の発生が小さ（押さえられて信頼
性が向、トするとともに、レーザ測長器の小型化に寄与
する効果には大きいものがある。
長器における基準光路長の延長方法によれば、空間的に
短い基準光路長が延長手段で延長されて、ｉｉｌ’ｌ定
光路長色光路長しくされて、ＬＤの発振波長の変動に起
因する測定ＩＬ−Ｌ差の発生が小さ（押さえられて信頼
性が向、トするとともに、レーザ測長器の小型化に寄与
する効果には大きいものがある。
第１図は、この発明によるレーザ測長器の基準光路長の
延長方法の第１の実施例の構成図、第２図は、この発明
によるレーザ測長器の基準光路長の延長方法の第２の実
施例の構成図、第３図は、この発明によるレーザ測長器
の基準光路長の延長方法の第３の実施例の構成図、第４
図は、従来のレーザ測長器の測長原理と波長変化により
生ずる測定誤差の説明図である。 １・・・半導体レーザ素子（ＬＤ）、 ２・・・ビームスプリッタ、３・・・基準ミラー４・・
・測定ミラー ５・・・受光器、８ａ、６ｂ・・
・延長ミラー、７・・・光学媒体。
延長方法の第１の実施例の構成図、第２図は、この発明
によるレーザ測長器の基準光路長の延長方法の第２の実
施例の構成図、第３図は、この発明によるレーザ測長器
の基準光路長の延長方法の第３の実施例の構成図、第４
図は、従来のレーザ測長器の測長原理と波長変化により
生ずる測定誤差の説明図である。 １・・・半導体レーザ素子（ＬＤ）、 ２・・・ビームスプリッタ、３・・・基準ミラー４・・
・測定ミラー ５・・・受光器、８ａ、６ｂ・・
・延長ミラー、７・・・光学媒体。
Claims (3)
- （１）半導体レーザ素子（以下ＬＤと略記）の出力する
レーザビームをビームスプリッタで分割し、該分割され
た一方を適当な位置に固定された基準ミラーに、他方を
被測定の移動体に取り付けられた測定ミラーにそれぞれ
投光し、該基準ミラーと測定ミラーによりそれぞれ反射
された両レーザビームを上記ビームスプリッタにおいて
合成し、該両レーザビームの干渉縞をカウントして上記
移動体の変位を計測するレーザ測長器において、上記ビ
ームスプリッタと基準ミラーとの間にレーザビームの光
路長を延長する延長手段を設けて、該延長された基準光
路長と、上記ビームスプリッタと測定ミラーとの間の測
定光路長とをほぼ等しくすることを特徴とする、レーザ
測長器における基準光路長の延長方法。 - （２）上記光路長の延長手段は、上記ビームスプリッタ
と基準ミラーのそれぞれの位置に、上記レーザビームを
往復させる延長ミラーを設けた、請求項１記載のレーザ
測長器における基準光路長の延長方法。 - （３）上記光路長の延長手段は、上記ビームスプリッタ
と基準ミラーの間に、適当な屈折率を有する光学媒体を
挿入して光路長を等価的に該屈折率倍する、請求項１記
載のレーザ測長器における基準光路長の延長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63311629A JPH02157601A (ja) | 1988-12-09 | 1988-12-09 | レーザ測長器における基準光路長の延長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63311629A JPH02157601A (ja) | 1988-12-09 | 1988-12-09 | レーザ測長器における基準光路長の延長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02157601A true JPH02157601A (ja) | 1990-06-18 |
Family
ID=18019564
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63311629A Pending JPH02157601A (ja) | 1988-12-09 | 1988-12-09 | レーザ測長器における基準光路長の延長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02157601A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH041424U (ja) * | 1990-04-18 | 1992-01-08 | ||
| US6552801B1 (en) | 1998-11-26 | 2003-04-22 | Ando Electric Co., Ltd. | Optical interferometer |
-
1988
- 1988-12-09 JP JP63311629A patent/JPH02157601A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH041424U (ja) * | 1990-04-18 | 1992-01-08 | ||
| US6552801B1 (en) | 1998-11-26 | 2003-04-22 | Ando Electric Co., Ltd. | Optical interferometer |
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