JPH04110705A - アブソリュート測長器 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は一物体までの絶対距離を測定するアブソリュー
ト測長器に関する。

〈従来の技術〉 第４図は従来のアブソリュート測長器の一例を示す構成
図である。第４図において、１は周波数可変光源、２は
マイケルソンの干渉計であり、ビムスブリッタ２１．参
照用コーナーキューブ２２、測定用コーナーキューブ２
３で構成される。

３は参照光と測定光との干渉位相を測定する検出器であ
る。

このような構成において、周波数可変光ａ１の出力光の
周波数は、第５図（伺に示すように、ν０からν１　（
時刻ｔ。がら１＋）まで連続的に変化する。この時、検
出器３から得られる干渉信号は、第５図（ロ）に示すよ
うに、θ０がらθ１まで変化する。ここで、 θ。＝（４π／Ｃ）−シｏ−Ｌ１１Ｉ ＝２π（Ｊ＋β）　　　　　　　　　・・・（１）θ＋
　＝　（４Ｗ／Ｃ）　−１／ｌ　　ＨＬｍ＝２π（Ｊ＋
β十に＋α）　　　　　・・・（２）たたし、Ｊ、には
整数部、α、βは小数部である。

この（１）、〔２）式より、 θ、−θ。＝　（４π／Ｃ）　（ν、−ν。）Ｌｍ２π
　（Ｋ＋α）　　　　　　　　　・・・（３）となり、
この（３）式より、 Ｌｔ−（ｃ／２（シ１−シｏ））（Ｋ＋α）・・・（４
）となる。この（４）式では、式中に（ν、−ν。）の
項があるため、桁落ちか発生し、求められる絶対距離Ｌ
１１は高精度とはならない、そこで、（ＩＬ（４）式よ
り、 Ｊ＝（２νｏ／Ｃ）Ｌｍ−β　　　　　　・・・（５）
（νｏ／（シ１−シｏ））（Ｋ＋α）−β・・・（６）
となる。ここで、β−θ０／２π、Ｊは正の整数であり
、（６）式から、Ｊを求め、（５）式を変形したＬｔ−
（ｃ／２νｏ）（Ｊ十β）　　　　　−（７）により、
数式上は絶対圧ＭＬ１１を高精度に求めることができる
。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、上記従来技術に示すアブソリュート測長
器において、実際には、ビームスプリッタやコーナーキ
ューブ等の光学部品での反射や透過の際には、光の位相
変化が生じ、位相変化の量は光の周波数に依存する。し
たがって、干渉位相θ０．θ、（即ち、小数部α、β）
には誤差が生じ、（６）式による正の整数Ｊの決定の際
の誤差要因となるため、物体までの絶対距離を高精度に
求めることができなかった。

本発明は上記従来技術の課題を踏まえて成されたもので
あり、その目的は物体までの絶対距離を光の波長以下の
高精度で求めることができるアブソリュート測長器を提
供することにある。

く課題を解決するための手段〉 上記課題を解決するための本発明の構成は、物体までの
絶対距離を測定できるアブソリュート測長器であって、
周波数可変光源と、前記物体からの反射光と参照光との
干渉位相を測定する干渉位相測定手段と、この干渉位相
測定手段から得られる干渉位相測定信号を入力とし、位
相偏差を利用して前記絶対距離を算出する演算部とを有
し、この演算部にて複数回の測定値の平均値から光学部
品の周波数依存性による位相誤差を求め、演算時に補正
するようにしたことを特徴とするものである。

く作用〉 本発明によれば、光学部品の周波数依存性による位相誤
差を予め複数回の測定値の平均値より求め、演算時に補
正するため、測定結果の信頼性か向上し、高精度なアブ
ソリュート測長が可能となる。

〈実施例〉 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明のアブソリュート測長器の一実施例を示
す構成図である。第１図において、４は検出器３から出
力された干渉信号の位相を測定する位相測定器、５は位
相測定器４から得られる干渉位相測定信号を入力とし、
位相偏差を利用して絶対圧ｌ１１！！　Ｌ　ｍｌを算出
する演算器である。

このような構成において、基本的動作は第４図装置と同
様であり、その説明は省略するが、ここで、周波数可変
光源１の出力光の周波数が、ν０からν、（時刻ｔ。か
ら１＋）まで連続的に変化した時の検出器３から得られ
る干渉信号θ。、θ１を示す前記（＋）、（２）式は、
例えば、ビームスプリッタ２１の周波数依存性により、
位相誤差ε。。

ε１を含んた次式となる。

θ。−（４π／Ｃ）−νＯ’Ｌｔ ＝２π（、Ｊ十β＋ε０）　　　　　　・・・（８）θ
１−（４π／ｃ）・ν１　・ＬＩｌ ＝２π（Ｊ十β十に＋α＋ε、）　　・・・（９）この
（８）　、　（９）式より、 θ１−θｏ＝（４π／Ｃ）（シ１−シｏ）Ｌｍ２　π　
（Ｋ　＋　α　＋　ε　、　　−ε　。　　）　・・・
０のとなる。よって、００式より、 Ｉ−璽一（ｃ／２（ν、−ν。）） （Ｋ＋α＋ε１−ε０）・・・０１） となる。又、（８）、ＣＩ＋）式より、Ｊ＋β＋ε０＝
（ν。／（ν、−ν。））（Ｋ＋α＋ε、−ε。）・・
・（１２）故に、 Ｊ＋β ＝（νｏ　／　（ν１−ν。））　（Ｋ＋α）＋（シ０
ε１−シ１ε０）／（シ１−シ０）・・・（１３） となる、したがって、位相誤差ε。、ε、によって、（
１３）式の第２項の誤差が生じるため、正の整数Ｊを求
める際の誤差要因となる。

そこで、本発明では、演算器５にて、この誤差要因であ
る光学部品の周波数依存性による位相誤差ε。、ε、を
複数回の測定値の平均値より求めて、演算時に補正する
ようにしている。以下に、その演算動作を説明する。

前記（１２）式において、左辺をＸ、右辺をＹに置き換
えて、 Ｘ＝Ｊ＋β＋ε０　　　　　　　　　　　・・・（１４
）Ｙ−１ν。／（シ１−シｏ）） （Ｋ＋α＋ε１−ε０）・・・（１５）とする、　（１
４）式では、Ｊが未知数であるか、正の整数である。（
１５）式では、全て測定値であるため、一義的に値か決
定するが、（シ１−シ０）の項を含むため、桁落ちが発
生し、高精度とはならない。

したかって、複数回の測定に対してＹの値のばらつきは
比較的大きくなる。これらの関係を第２図に示す、第２
図において、ε。＝ε＋＝Ｏならば、Ｘの分布の中心と
Ｙの分布の中心は一致するはずであるが、ε。≠０．ε
、≠０であるなめ、互いの分布の中心は一致しない。そ
こで、複数回の測定を行い、Ｙの平均値とＸの端数部の
平均値より、Ｘの分布の中心とＹの分布の中心のずれＥ
を求め、Ｊ＋β＋εｏ＝ＹＥ　　　　　　　　　・・・
（１６）より、正の整数Ｊを計算する。これにより、位
相誤差ε０．ε１による正の整数Ｊを求める際の誤差を
無くすことができる。この結果、前記（８）式を変形し
た Ｌｍ　−（ｃ／２　ｖｏ　　）（Ｊ＋β＋Ｅ　Ｏ）　−
［７）より、物体までの絶対距離ＬＩＮを高精度に求め
ることかできる。

なお、（１７）式は、（ｃ／２ν０）ε０の誤差を含ん
でいるが、これは装置固有のオフセットとして処理する
ことができるため、問題とはならない。

第３図は本発明によるアブソリュート測長結果を示す図
であり、相対変位に対する内挿エラー発生回数を示して
いる。図に示すように、１／２波長誤差に対して、従来
装置による測定時に発生した誤差回数９回が、本発明の
演算動作により１回に減少している。これは、光学部品
の周波数依存性による位相誤差を演算時に補正できるた
めであり、測定結果の信頼性が向上している。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく−
例えば、ν。からν、までとびとびの周波数を順次出射
する端数測定法や長さ基準との比較による測長方式等に
も適用することができる。

〈発明の効果〉 以上、実施例と共に具体的に説明したように、本発明に
よれば、光学部品の周波数依存性による位相誤差を予め
複数回の測定値の平均値より求め、演算時に補正するた
め、測定結果の信頼性が向上し、高精度なアブソリュー
ト測長を行えるアブソリュート測長器を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のアブソリュート測長器の一実施例を示
す構成図、第２図は第１図装置の演算動作を説明するた
めの図、第３図は本発明のアブソリュート測長結果を示
す図、第４図は従来のアブソリュート測長器の一例を示
す構成図、第５図は第４図装置の動作を説明するための
図である。 １・・・周波数可変光源、２・・・測定用干渉計、３・
・・検出器、４・・・位相測定器、５・・・演算器、２
１・・・ビムスプリツタ、２２・・・参照用コーナーキ
ューブ、２３・・・測定用コーナーキューブ。 第３ 図 第 図 第４ 図 ａｏ−ＺＺβ θ１−２π（ｃｌｒ−７３） Ｋ　唖敏鄭 改β−月＼数部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　物体までの絶対距離を測定できるアブソリュート測長
   器であって、周波数可変光源と、前記物体からの反射光
   と参照光との干渉位相を測定する干渉位相測定手段と、
   この干渉位相測定手段から得られる干渉位相測定信号を
   入力とし、位相偏差を利用して前記絶対距離を算出する
   演算部とを有し、この演算部にて複数回の測定値の平均
   値から光学部品の周波数依存性による位相誤差を求め、
   演算時に補正するようにしたことを特徴とするアブソリ
   ュート測長器。