JPH05215512A - 運動物体を監視する方法とそのレ−ザ監視システム - Google Patents
運動物体を監視する方法とそのレ−ザ監視システムInfo
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- JPH05215512A JPH05215512A JP4227161A JP22716192A JPH05215512A JP H05215512 A JPH05215512 A JP H05215512A JP 4227161 A JP4227161 A JP 4227161A JP 22716192 A JP22716192 A JP 22716192A JP H05215512 A JPH05215512 A JP H05215512A
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- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】従来より高感度で、またビ−ト周波数による問
題を最少とすることができる振動物体を監視する方法と
そのレ−ザ監視システムを提供すること。 【構成】レ−ザ監視システムにおいて、振動物体からの
反射によって生じる干渉縞の出力ピ−ク振幅が実質的に
最大となる値に、正面反射器の透過係数を増加させる。
このように透過係数を増加させると、監視されるべき物
体に照射されるエネルギ量とレ−ザ空洞に再入力される
反射エネルギとの両方が増加する。この改良により著し
く感度が向上し、ビ−ト周波数による影響が軽減され
る。監視可能な距離は約１インチから約８インチにまで
伸び、出力信号はミリボルトからボルト単位に改善され
る。
題を最少とすることができる振動物体を監視する方法と
そのレ−ザ監視システムを提供すること。 【構成】レ−ザ監視システムにおいて、振動物体からの
反射によって生じる干渉縞の出力ピ−ク振幅が実質的に
最大となる値に、正面反射器の透過係数を増加させる。
このように透過係数を増加させると、監視されるべき物
体に照射されるエネルギ量とレ−ザ空洞に再入力される
反射エネルギとの両方が増加する。この改良により著し
く感度が向上し、ビ−ト周波数による影響が軽減され
る。監視可能な距離は約１インチから約８インチにまで
伸び、出力信号はミリボルトからボルト単位に改善され
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、物体の運動を監視する
方法とそのレ−ザ監視システムに関し、特に、監視され
るべき物体の運動の感度を向上させ、レ−ザ内のビ−ト
周波数の影響による感度の低下を減少させたレ−ザ監視
システムに関する。
方法とそのレ−ザ監視システムに関し、特に、監視され
るべき物体の運動の感度を向上させ、レ−ザ内のビ−ト
周波数の影響による感度の低下を減少させたレ−ザ監視
システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】超音波溶接、加速度測定器、スピ−カ等
のような信号システムをテストし、キャリブレ−ション
し、監視するためには、変位と速度を含めて高精度で運
動を測定することが必要である。必要とされる高い精度
で測定することができるシステムは、“物体の運動を監
視するためのレ−ザシステム”（ＬａｓｅｒＳｙｓｔｅ
ｍ ｆｏｒ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｔｈｅ Ｍｏｔｉ
ｏｎ ｏｆ
のような信号システムをテストし、キャリブレ−ション
し、監視するためには、変位と速度を含めて高精度で運
動を測定することが必要である。必要とされる高い精度
で測定することができるシステムは、“物体の運動を監
視するためのレ−ザシステム”（ＬａｓｅｒＳｙｓｔｅ
ｍ ｆｏｒ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｔｈｅ Ｍｏｔｉ
ｏｎ ｏｆ
【０００３】Ｏｂｊｅｃｔ）という題の米国特許Ｎｏ．
３，６４４，０４２に示されている。この米国特許に
は、レ−ザ発振器からのレ−ザビ−ムを監視されるべき
物体に向かって導き、その物体からレ−ザ空洞に反射さ
れるエネルギを受信することによって物体の運動が監視
されるレ−ザ監視システムの基本が開示されている。レ
−ザ空洞内の発振強度は、放射されたエネルギと反射さ
れたエネルギとの間の位相関係に依存して、反射された
入力エネルギによって増加されあるいは減少される。物
体がレ−ザ空洞から放射ビ−ムの１／２波長の偶整数倍
の距離に離れているとき、反射されたエネルギが空洞発
振と位相が合い、空洞内の発振が最大にまで増強され
る。距離が１／２波長の奇整数倍であり、反射エネルギ
が逆移相であると、干渉は最大となる。物体がレ−ザ空
洞に向かって、あるいはレ−ザ空洞から離れるように運
動するにつれて空洞内の発振の強度は、物体が位置する
１／２波長の位置により、最大強度から最小強度まで変
化する。その結果、これらの最大値と最小値のカウント
により物体の変位の指示が与えられ、単位時間当りの最
大値と最小値の数が速度を与える。その最大値と最小値
は、空洞反射器を介して出力される空洞内の発振の一部
を、レ−ザビ−ム周波数のエネルギを感知する検出器を
含む適当な回路に伝達することによって検出される。
３，６４４，０４２に示されている。この米国特許に
は、レ−ザ発振器からのレ−ザビ−ムを監視されるべき
物体に向かって導き、その物体からレ−ザ空洞に反射さ
れるエネルギを受信することによって物体の運動が監視
されるレ−ザ監視システムの基本が開示されている。レ
−ザ空洞内の発振強度は、放射されたエネルギと反射さ
れたエネルギとの間の位相関係に依存して、反射された
入力エネルギによって増加されあるいは減少される。物
体がレ−ザ空洞から放射ビ−ムの１／２波長の偶整数倍
の距離に離れているとき、反射されたエネルギが空洞発
振と位相が合い、空洞内の発振が最大にまで増強され
る。距離が１／２波長の奇整数倍であり、反射エネルギ
が逆移相であると、干渉は最大となる。物体がレ−ザ空
洞に向かって、あるいはレ−ザ空洞から離れるように運
動するにつれて空洞内の発振の強度は、物体が位置する
１／２波長の位置により、最大強度から最小強度まで変
化する。その結果、これらの最大値と最小値のカウント
により物体の変位の指示が与えられ、単位時間当りの最
大値と最小値の数が速度を与える。その最大値と最小値
は、空洞反射器を介して出力される空洞内の発振の一部
を、レ−ザビ−ム周波数のエネルギを感知する検出器を
含む適当な回路に伝達することによって検出される。
【０００４】前記米国特許は０．６３２８μｍと３．３
９μｍの発振が作られるヘリウムネオンレ−ザについて
述べている。長波長のレ−ザビ−ムは監視されるべき物
体に照射され、物体から反射され、空洞に再び入力さ
れ、２つの波長においてレ−ザによって作られたエネル
ギ波の間の固有の“競合効果“により短い方の可視光の
波長（０．６３２８μｍ）が変調される。短いほうの波
長の強度が望ましい出力を与えるために検出される。
９μｍの発振が作られるヘリウムネオンレ−ザについて
述べている。長波長のレ−ザビ−ムは監視されるべき物
体に照射され、物体から反射され、空洞に再び入力さ
れ、２つの波長においてレ−ザによって作られたエネル
ギ波の間の固有の“競合効果“により短い方の可視光の
波長（０．６３２８μｍ）が変調される。短いほうの波
長の強度が望ましい出力を与えるために検出される。
【０００５】米国特許３，６４４，０４２に述べられる
システムの原理に基づく装置は、“ヒュ−ズモデル２１
００超音波モニタ”として本発明の譲り受け人によって
製造され販売されている。この装置は、超音波ワイヤ溶
接器の監視のために広く使用され、非常に成功を収めて
いる。その装置は高い精度を有するが、感度が比較的低
く、監視されるべき物体に近づけなければならなかっ
た。また、この超音波モニタは、検出するために十分な
強さのレ−ザ発振エネルギの振幅の変化を得るために監
視されるべき物体から１インチ以内に置かなければなら
なかった。そうしたとしても、出力信号レベルの変化は
ミリボルトの振幅の変化であり、装置のノイズレベルに
隠れてしまうほど低い。さらに、システムは、特にモ−
ドスキャンにより比較的長いウォ−ムアップの間には、
それ自信の干渉縞パタ−ンを発生しがちである。米国特
許３，６４４，０４２に述べられ、ヒュ−ズモデル２１
００超音波モニタで実施されているような従来のシステ
ムでは、０．６３２８μｍの出力における３つの縦モ−
ド発振を有するレ−ザが使用される。この縦モ−ド発振
は約６０ＫＨｚのビ−ト周波数を生じる。このビ−ト周
波数は、多くの超音波溶接器に共通の周波数範囲（約１
５〜１００ＫＨｚ）にあり、必要とされるシステムのウ
ォ−ムアップ時間（共通して約２０分）の間、溶接器と
共に装置の使用が妨げられる。装置のウォ−ムアップの
間にレ−ザの空洞長が変化するにつれてこれらのビ−ト
周波数は周波数と強度の両方が変化し、著しく干渉する
にせの干渉縞が、監視されるべき物体から反射されるレ
−ザビ−ムによって生じる縞、すなわち強度のビ−ト縞
を変化させる。ビ−ト周波数によって発生されたこれら
のにせの縞がウォ−ムアップ時間の間に問題を起こし、
長いウォ−ムアップ時間を必要とするようになるばかり
でなく、周囲温度が変化する環境で使用されるとき重大
な問題を生じる。
システムの原理に基づく装置は、“ヒュ−ズモデル２１
００超音波モニタ”として本発明の譲り受け人によって
製造され販売されている。この装置は、超音波ワイヤ溶
接器の監視のために広く使用され、非常に成功を収めて
いる。その装置は高い精度を有するが、感度が比較的低
く、監視されるべき物体に近づけなければならなかっ
た。また、この超音波モニタは、検出するために十分な
強さのレ−ザ発振エネルギの振幅の変化を得るために監
視されるべき物体から１インチ以内に置かなければなら
なかった。そうしたとしても、出力信号レベルの変化は
ミリボルトの振幅の変化であり、装置のノイズレベルに
隠れてしまうほど低い。さらに、システムは、特にモ−
ドスキャンにより比較的長いウォ−ムアップの間には、
それ自信の干渉縞パタ−ンを発生しがちである。米国特
許３，６４４，０４２に述べられ、ヒュ−ズモデル２１
００超音波モニタで実施されているような従来のシステ
ムでは、０．６３２８μｍの出力における３つの縦モ−
ド発振を有するレ−ザが使用される。この縦モ−ド発振
は約６０ＫＨｚのビ−ト周波数を生じる。このビ−ト周
波数は、多くの超音波溶接器に共通の周波数範囲（約１
５〜１００ＫＨｚ）にあり、必要とされるシステムのウ
ォ−ムアップ時間（共通して約２０分）の間、溶接器と
共に装置の使用が妨げられる。装置のウォ−ムアップの
間にレ−ザの空洞長が変化するにつれてこれらのビ−ト
周波数は周波数と強度の両方が変化し、著しく干渉する
にせの干渉縞が、監視されるべき物体から反射されるレ
−ザビ−ムによって生じる縞、すなわち強度のビ−ト縞
を変化させる。ビ−ト周波数によって発生されたこれら
のにせの縞がウォ−ムアップ時間の間に問題を起こし、
長いウォ−ムアップ時間を必要とするようになるばかり
でなく、周囲温度が変化する環境で使用されるとき重大
な問題を生じる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、感度が向上し、ビ−ト周波数による問題を最少とす
ることができる振動物体を監視する方法とそのレ−ザ監
視システムを提供することである。
は、感度が向上し、ビ−ト周波数による問題を最少とす
ることができる振動物体を監視する方法とそのレ−ザ監
視システムを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段と作用】本実施例に従って
本発明の原理を実施するにあたって、所定の範囲内の周
波数で振動する物体の運動は、レ−ザ空洞の一対の反射
器の間に、選択された周波数を有するレ−ザビ−ムを発
生し、前記周波数を有するレ−ザビ−ムを物体に放出
し、および、物体によって反射されるレ−ザビ−ムのエ
ネルギを受信し、空洞内の発振を、空洞との間の距離を
変える物体の運動に対応する干渉ピ−クに表わさせるこ
とにより監視される。本発明の特徴の１つによれば、空
洞内の発振エネルギの選択された量が反射器の１つを介
して物体に送信される。その量は、振動している物体か
ら反射されるエネルギに応答して空洞内の発振強度が実
質的に最大ピ−クを提供するように選択される。このよ
うにして、本発明の特徴の１つによれば、レ−ザは、最
低ビ−ト周波数が物体の運動の周波数範囲より大きい周
波数を有する発振モ−ドで、空洞内でレ−ザ発振するよ
うに構成される。即ち、レ−ザは、物体に照射され、シ
ステム出力検出器によって監視される周波数で２以下の
発振モ−ドを提供するように構成される。
本発明の原理を実施するにあたって、所定の範囲内の周
波数で振動する物体の運動は、レ−ザ空洞の一対の反射
器の間に、選択された周波数を有するレ−ザビ−ムを発
生し、前記周波数を有するレ−ザビ−ムを物体に放出
し、および、物体によって反射されるレ−ザビ−ムのエ
ネルギを受信し、空洞内の発振を、空洞との間の距離を
変える物体の運動に対応する干渉ピ−クに表わさせるこ
とにより監視される。本発明の特徴の１つによれば、空
洞内の発振エネルギの選択された量が反射器の１つを介
して物体に送信される。その量は、振動している物体か
ら反射されるエネルギに応答して空洞内の発振強度が実
質的に最大ピ−クを提供するように選択される。このよ
うにして、本発明の特徴の１つによれば、レ−ザは、最
低ビ−ト周波数が物体の運動の周波数範囲より大きい周
波数を有する発振モ−ドで、空洞内でレ−ザ発振するよ
うに構成される。即ち、レ−ザは、物体に照射され、シ
ステム出力検出器によって監視される周波数で２以下の
発振モ−ドを提供するように構成される。
【０００８】
【実施例】第１図に示されるように、本発明の原理を実
現するシステムは、正面と後部の反射器１４と１６の間
のレ−ザ本体１３に適当な手段（図示せず）によって取
り付けられるレ−ザボア１２を含むレ−ザ１０を有す
る。レ−ザボア１２の中には、例えばヘリウム／ネオン
の混合ガスのようなレ−ザ媒体が充填されている。レ−
ザ媒体は、ボア１２に結合されたレ−ザロ−ブ電極２０
と２２の間に接続されたＤＣ電源１８によって反射器１
４と１６の間でコヒ−レントなレ−ザ発振をするように
励起される。レ−ザ発振エネルギは、反射器１４と１６
の間で往復するように反射され、反射器の間で定義され
る空洞内にレ−ザ発振エネルギを生じる。空洞内のレ−
ザ発振エネルギは、２４によって示される光学経路に沿
って半透過正面反射器１４から照射され、矢印２８によ
って示される方向の運動成分を有する運動をしている物
体２６に照射される。反射率の低い物体２６に照射され
たビ−ムエネルギは、物体２６への入射エネルギのほん
の一部だけが反射され、光学経路２４に沿って正面反射
器１４を介してレ−ザ空洞に戻される。
現するシステムは、正面と後部の反射器１４と１６の間
のレ−ザ本体１３に適当な手段（図示せず）によって取
り付けられるレ−ザボア１２を含むレ−ザ１０を有す
る。レ−ザボア１２の中には、例えばヘリウム／ネオン
の混合ガスのようなレ−ザ媒体が充填されている。レ−
ザ媒体は、ボア１２に結合されたレ−ザロ−ブ電極２０
と２２の間に接続されたＤＣ電源１８によって反射器１
４と１６の間でコヒ−レントなレ−ザ発振をするように
励起される。レ−ザ発振エネルギは、反射器１４と１６
の間で往復するように反射され、反射器の間で定義され
る空洞内にレ−ザ発振エネルギを生じる。空洞内のレ−
ザ発振エネルギは、２４によって示される光学経路に沿
って半透過正面反射器１４から照射され、矢印２８によ
って示される方向の運動成分を有する運動をしている物
体２６に照射される。反射率の低い物体２６に照射され
たビ−ムエネルギは、物体２６への入射エネルギのほん
の一部だけが反射され、光学経路２４に沿って正面反射
器１４を介してレ−ザ空洞に戻される。
【０００９】物体２６の反射面と正面反射器１４の反射
正面との間の距離が、レ−ザ空洞内の発振の１／２波長
の偶整数倍であるとき、反射されたエネルギは空洞内の
発振と同相であり、空洞内のビ−ム強度は最大となる。
強調された干渉ピ−クすなわちエネルギピ−クが形成さ
れる。物体２６と反射器１４との間の距離が、レ−ザ空
洞内の発振の１／２波長の奇整数倍であるとき、反射さ
れたエネルギと空洞内のエネルギの間のキャンセルする
ような干渉は最大となり、それにより、空洞内のビ−ム
強度は最小となり、干渉ピ−クが形成される。物体２６
が２８で示される方向に運動するにつれて、物体２６と
反射器１４の間の距離は変化し、また、反射エネルギの
相対位相も変化する。このようにして、空洞内の発振エ
ネルギの振幅のピ−ク対ピ−ク値は、物体２６と反射器
１４との間の距離に直接関連して変動する。干渉縞と呼
ばれるこれらのピ−クの数はレ−ザからの物体２６の変
位を示し、単位時間当りのピ−ク対ピ−クの数は速度を
与える。
正面との間の距離が、レ−ザ空洞内の発振の１／２波長
の偶整数倍であるとき、反射されたエネルギは空洞内の
発振と同相であり、空洞内のビ−ム強度は最大となる。
強調された干渉ピ−クすなわちエネルギピ−クが形成さ
れる。物体２６と反射器１４との間の距離が、レ−ザ空
洞内の発振の１／２波長の奇整数倍であるとき、反射さ
れたエネルギと空洞内のエネルギの間のキャンセルする
ような干渉は最大となり、それにより、空洞内のビ−ム
強度は最小となり、干渉ピ−クが形成される。物体２６
が２８で示される方向に運動するにつれて、物体２６と
反射器１４の間の距離は変化し、また、反射エネルギの
相対位相も変化する。このようにして、空洞内の発振エ
ネルギの振幅のピ−ク対ピ−ク値は、物体２６と反射器
１４との間の距離に直接関連して変動する。干渉縞と呼
ばれるこれらのピ−クの数はレ−ザからの物体２６の変
位を示し、単位時間当りのピ−ク対ピ−クの数は速度を
与える。
【００１０】空洞内の発振のピ−ク対ピ−ク強度の変化
を監視し計数するために、後部反射器１６は半透明であ
り、空洞内のエネルギの微小成分が、光学経路３０に沿
ってレ−ザの後方の光ダイオ−ドのような適当なトラン
スデュ−サ３２に伝達され、増幅器３４を介して計数読
み出し回路３６に供給される。計数読み出し回路３６
は、従って、測定された距離と、あるいは速度の表示あ
るいは永久記録を提供する。この点に関して述べられる
システムは、米国特許３，６４４，０４２に示されるシ
ステムと基本的に同じである。
を監視し計数するために、後部反射器１６は半透明であ
り、空洞内のエネルギの微小成分が、光学経路３０に沿
ってレ−ザの後方の光ダイオ−ドのような適当なトラン
スデュ−サ３２に伝達され、増幅器３４を介して計数読
み出し回路３６に供給される。計数読み出し回路３６
は、従って、測定された距離と、あるいは速度の表示あ
るいは永久記録を提供する。この点に関して述べられる
システムは、米国特許３，６４４，０４２に示されるシ
ステムと基本的に同じである。
【００１１】レ−ザ監視システムの１つの共通の目的
は、既知の周波数で振動する超音波溶接器の先端の振動
の振幅（ピ−ク対ピ−ク物理的変位）を精密に測定する
ことである。連続的に干渉ピ−クを生じる（そのような
距離は、レ−ザ空洞内の発振の１／２波長である）物体
位置の間の信号周波数と距離を知ると、所定の時間間隔
に生じるそのようなピ−クの数は全体としての溶接器の
変位の振幅の正確な測定値を与える。０．６３２８μｍ
の波長を有する発振エネルギを使用する装置において、
測定精度は約１２．４５マイクロインチである。
は、既知の周波数で振動する超音波溶接器の先端の振動
の振幅（ピ−ク対ピ−ク物理的変位）を精密に測定する
ことである。連続的に干渉ピ−クを生じる（そのような
距離は、レ−ザ空洞内の発振の１／２波長である）物体
位置の間の信号周波数と距離を知ると、所定の時間間隔
に生じるそのようなピ−クの数は全体としての溶接器の
変位の振幅の正確な測定値を与える。０．６３２８μｍ
の波長を有する発振エネルギを使用する装置において、
測定精度は約１２．４５マイクロインチである。
【００１２】本発明の特徴の１つによれば、従来のシス
テムにおける低い感度は、正面反射器１４の最適透過係
数を選択することによって驚くほどに向上した。この反
射器１４の透過係数は、以下に詳細に述べられるよう
に、最適化された出力強度ピ−クを提供するように選択
される。
テムにおける低い感度は、正面反射器１４の最適透過係
数を選択することによって驚くほどに向上した。この反
射器１４の透過係数は、以下に詳細に述べられるよう
に、最適化された出力強度ピ−クを提供するように選択
される。
【００１３】レ−ザの出力パワ−を決定する多数のパラ
メ−タ（ガス圧、ボア直径、混合比、空洞長、電流密
度、およびガス温度を含む）の１つは、反射器１６と１
４の反射係数である。他の因子を一定にして最大パワ−
を得るためには、これらの反射器１４と１６は１００％
の反射係数を持たなければならないが、もちろん、正面
反射器１４は、有用な出力レ−ザビ−ムを提供するため
にいくらかの透過係数を持たなければならない。しばし
ば、正面反射器１４の透過係数は最大出力パワ−を提供
するように選択される。しかしながら、驚くべきことに
予想に反して、第１図に示されるシステムの最適動作
は、最大パワ−では生じず、最大パワ−に依存しないと
いうことが発見された。米国特許３，６４４，０４２の
システムの正面反射器１４の透過係数を増加させること
によって、反射器１４を介して送信されるパワ−の損失
を考えても、システムの最大出力は達成される。例え
ば、上記ヒュ−ズ超音波監視装置は、１％の透過係数を
有する正面反射器を使用する。本発明の特徴に従って、
反射器の透過係数を１．６％まで変えると、以下に詳細
に説明するように、非常に感度が改善された。出力の最
適値を決定するための要因は、レ−ザ空洞内で生じる干
渉効果の度合い、すなわち換言すれば、空洞内の干渉ピ
−クの振幅である。レ−ザエネルギが放射され、振動す
る物体から反射されるときのこの干渉効果は、経路３０
に沿ってトランスデュ−サ３２への出力ビ−ムの連続す
る最大最小強度（すなわち干渉ピ−クあるいは干渉縞）
となる。
メ−タ（ガス圧、ボア直径、混合比、空洞長、電流密
度、およびガス温度を含む）の１つは、反射器１６と１
４の反射係数である。他の因子を一定にして最大パワ−
を得るためには、これらの反射器１４と１６は１００％
の反射係数を持たなければならないが、もちろん、正面
反射器１４は、有用な出力レ−ザビ−ムを提供するため
にいくらかの透過係数を持たなければならない。しばし
ば、正面反射器１４の透過係数は最大出力パワ−を提供
するように選択される。しかしながら、驚くべきことに
予想に反して、第１図に示されるシステムの最適動作
は、最大パワ−では生じず、最大パワ−に依存しないと
いうことが発見された。米国特許３，６４４，０４２の
システムの正面反射器１４の透過係数を増加させること
によって、反射器１４を介して送信されるパワ−の損失
を考えても、システムの最大出力は達成される。例え
ば、上記ヒュ−ズ超音波監視装置は、１％の透過係数を
有する正面反射器を使用する。本発明の特徴に従って、
反射器の透過係数を１．６％まで変えると、以下に詳細
に説明するように、非常に感度が改善された。出力の最
適値を決定するための要因は、レ−ザ空洞内で生じる干
渉効果の度合い、すなわち換言すれば、空洞内の干渉ピ
−クの振幅である。レ−ザエネルギが放射され、振動す
る物体から反射されるときのこの干渉効果は、経路３０
に沿ってトランスデュ−サ３２への出力ビ−ムの連続す
る最大最小強度（すなわち干渉ピ−クあるいは干渉縞）
となる。
【００１４】反射器１４の透過係数は、出力エネルギが
放出され反射エネルギが受信されるレ−ザ空洞の正面の
ウィンドウとして考えられることができる。従って、こ
のウィンドウ（放出されるエネルギの量、従って受信さ
れるエネルギの量）が大きくなるならば、空洞に戻され
る反射エネルギの量はより大きくなり、より大きい干渉
（強度あるいは減衰）信号がレ−ザ空洞にフィ−ドバッ
クされる。この干渉の影響が増大する効果は、すなわ
ち、空洞内の発振のピ−ク振幅の増大は、正面反射器１
４の透過係数を増加することによる出力パワ−の損失よ
り重要である。このようにして、システムの全体として
の感度は、透過係数が増加された正面反射器を使用する
ことによって向上される。
放出され反射エネルギが受信されるレ−ザ空洞の正面の
ウィンドウとして考えられることができる。従って、こ
のウィンドウ（放出されるエネルギの量、従って受信さ
れるエネルギの量）が大きくなるならば、空洞に戻され
る反射エネルギの量はより大きくなり、より大きい干渉
（強度あるいは減衰）信号がレ−ザ空洞にフィ−ドバッ
クされる。この干渉の影響が増大する効果は、すなわ
ち、空洞内の発振のピ−ク振幅の増大は、正面反射器１
４の透過係数を増加することによる出力パワ−の損失よ
り重要である。このようにして、システムの全体として
の感度は、透過係数が増加された正面反射器を使用する
ことによって向上される。
【００１５】第２図は、正面反射器１４の透過係数が増
加するにつれて出力干渉ピ−クの振幅の変化を定性的に
示すグラフである。このグラフに示されるように、出力
干渉ピ−クの振幅値（レ−ザの正面の光学経路２４に沿
って出力されるパワ−とは区別される）は、正面反射器
１４の最適透過係数Ｔ0 で最大値Ｐｍに達する。
加するにつれて出力干渉ピ−クの振幅の変化を定性的に
示すグラフである。このグラフに示されるように、出力
干渉ピ−クの振幅値（レ−ザの正面の光学経路２４に沿
って出力されるパワ−とは区別される）は、正面反射器
１４の最適透過係数Ｔ0 で最大値Ｐｍに達する。
【００１６】本発明のシステムの実施例では、レ−ザ媒
体はヘイウムとネオンの混合物であり、レ−ザ空洞長
は、以下に詳細に述べる本発明の第２の特徴のために、
０．６３２８μｍのエネルギ発振を提供し、３．３９μ
ｍのエネルギ発振を抑圧するように選択される。ヘリウ
ムネオンレ−ザは０．６３２８μｍと３．３９μｍの両
方のエネルギを提供するが、長波長のレ−ザエネルギは
本発明の動作では重要ではない。反射器の材料は３．３
９μｍのレ−ザ光に対して反射係数が低くなるように選
ばれ、これにより、その波長の発振は抑圧される。さら
に、空洞長は、以下に述べるように、この波長のパワ−
を減少させるように選択される。このようにして、空洞
内の発振周波数、光学経路２４に沿って放出される発振
エネルギ周波数、および光学経路３０によって送信され
る出力エネルギの周波数はただ１つとなる。この周波数
は０．６３２８μｍの波長に対する周波数である。
体はヘイウムとネオンの混合物であり、レ−ザ空洞長
は、以下に詳細に述べる本発明の第２の特徴のために、
０．６３２８μｍのエネルギ発振を提供し、３．３９μ
ｍのエネルギ発振を抑圧するように選択される。ヘリウ
ムネオンレ−ザは０．６３２８μｍと３．３９μｍの両
方のエネルギを提供するが、長波長のレ−ザエネルギは
本発明の動作では重要ではない。反射器の材料は３．３
９μｍのレ−ザ光に対して反射係数が低くなるように選
ばれ、これにより、その波長の発振は抑圧される。さら
に、空洞長は、以下に述べるように、この波長のパワ−
を減少させるように選択される。このようにして、空洞
内の発振周波数、光学経路２４に沿って放出される発振
エネルギ周波数、および光学経路３０によって送信され
る出力エネルギの周波数はただ１つとなる。この周波数
は０．６３２８μｍの波長に対する周波数である。
【００１７】正面反射器１４の透過係数は、選択された
波長に対する透過係数を望ましい値に増加させるように
選択される。この選択は実験的になされる。レ−ザは物
体２６から離されてセットアップされ、この経験的なテ
ストの場合には、物体２６はそれに入射される光のほと
んどの部分を反射器１４を介して空洞に反射する反射器
として働く。所定の透過係数を有する正面反射器１４が
レ−ザに取り付けられ、出力ビ−ム３０のピ−ク振幅が
例えば１００ＫＨｚの周波数で振動する反射物体２６に
対して測定される。その後、正面反射器１４は除かれ、
その波長において異なる透過係数を有する第２の反射器
が置かれる。他の条件とパラメ−タは固定されたまま
で、例えば０．１％のように少しだけ異なる透過係数を
有する一連の正面反射器をレ−ザ本体に取り付け、トラ
ンスデュ−サ３２に供給される出力ビ−ムのピ−ク振幅
がそれぞれ測定される。これらの測定値から第２図に示
される一般的なグラフが得られ、最大あるいは最大に近
い干渉ピ−ク振幅を提供する正面反射器の透過係数が容
易に選択されることができる。
波長に対する透過係数を望ましい値に増加させるように
選択される。この選択は実験的になされる。レ−ザは物
体２６から離されてセットアップされ、この経験的なテ
ストの場合には、物体２６はそれに入射される光のほと
んどの部分を反射器１４を介して空洞に反射する反射器
として働く。所定の透過係数を有する正面反射器１４が
レ−ザに取り付けられ、出力ビ−ム３０のピ−ク振幅が
例えば１００ＫＨｚの周波数で振動する反射物体２６に
対して測定される。その後、正面反射器１４は除かれ、
その波長において異なる透過係数を有する第２の反射器
が置かれる。他の条件とパラメ−タは固定されたまま
で、例えば０．１％のように少しだけ異なる透過係数を
有する一連の正面反射器をレ−ザ本体に取り付け、トラ
ンスデュ−サ３２に供給される出力ビ−ムのピ−ク振幅
がそれぞれ測定される。これらの測定値から第２図に示
される一般的なグラフが得られ、最大あるいは最大に近
い干渉ピ−ク振幅を提供する正面反射器の透過係数が容
易に選択されることができる。
【００１８】上記ヒュ−ズ超音波モニタおよびヘリウム
／ネオンレ−ザ媒体を使用する米国特許３，６４４，０
４２のシステムのような従来のシステムでは、約０．９
から１％の透過係数を有する正面反射器が使用されてい
る。本発明の原理にしたがって、透過係数を増加させる
と出力振幅が著しく増加され、これによりシステム感度
が大いに向上される。０．６３２８μｍの波長で動作す
るヘリウム／ネオンレ−ザでは、１％よりは大きく約２
％以下の透過係数を有する正面反射器１４を使用するこ
とが望ましい。特に、本発明の実施例の正面反射器は
０．６３２８μｍの波長に対して１．６％の透過係数を
有する。
／ネオンレ−ザ媒体を使用する米国特許３，６４４，０
４２のシステムのような従来のシステムでは、約０．９
から１％の透過係数を有する正面反射器が使用されてい
る。本発明の原理にしたがって、透過係数を増加させる
と出力振幅が著しく増加され、これによりシステム感度
が大いに向上される。０．６３２８μｍの波長で動作す
るヘリウム／ネオンレ−ザでは、１％よりは大きく約２
％以下の透過係数を有する正面反射器１４を使用するこ
とが望ましい。特に、本発明の実施例の正面反射器は
０．６３２８μｍの波長に対して１．６％の透過係数を
有する。
【００１９】上述のように構成されたレ−ザでは、感度
は著しく向上されることが分かった。実際、レ−ザの正
面反射器１４と物体との間に増幅器を置かなくても、レ
−ザから８インチまでの距離にあるワイヤ溶接器の先端
のような反射の悪い物体からの出力信号が使用できる。
物体の反射度がもっともよい時には、有効距離はより長
くなる。さらに、従来のシステムでは、出力ピ−ク振幅
と定常状態の振幅の間の差はミリボルト単位であった
が、本発明によるシステムではレ−ザから物体までの距
離が１インチから８インチまで変化しても定常状態の値
とは約１ボルト異なる出力ピ−ク振幅が得られた。
は著しく向上されることが分かった。実際、レ−ザの正
面反射器１４と物体との間に増幅器を置かなくても、レ
−ザから８インチまでの距離にあるワイヤ溶接器の先端
のような反射の悪い物体からの出力信号が使用できる。
物体の反射度がもっともよい時には、有効距離はより長
くなる。さらに、従来のシステムでは、出力ピ−ク振幅
と定常状態の振幅の間の差はミリボルト単位であった
が、本発明によるシステムではレ−ザから物体までの距
離が１インチから８インチまで変化しても定常状態の値
とは約１ボルト異なる出力ピ−ク振幅が得られた。
【００２０】後部反射器１６の透過係数は要因的ではな
い。本実施例では、検出器すなわちレ−ザの後部からト
ランスデュ−サに送信されるエネルギが出力信号となる
ので、適当な透過係数が選ばれなければならない。本実
施例では、後部反射器の透過係数は１．２％である。ト
ランスデュ−サ３２は、反射の悪い物体の表面からの反
射ではなく、空洞の後部からのレ−ザ出力ビ−ムを直接
受信するので、レ−ザの正面端の感度に関連する問題は
出力側では発生しない。実際、１．２％の透過係数を有
する後部反射器では、出力信号受信回路の必要とされる
感度は、出力信号振幅の著しい向上のために僅かに減少
させることができる。
い。本実施例では、検出器すなわちレ−ザの後部からト
ランスデュ−サに送信されるエネルギが出力信号となる
ので、適当な透過係数が選ばれなければならない。本実
施例では、後部反射器の透過係数は１．２％である。ト
ランスデュ−サ３２は、反射の悪い物体の表面からの反
射ではなく、空洞の後部からのレ−ザ出力ビ−ムを直接
受信するので、レ−ザの正面端の感度に関連する問題は
出力側では発生しない。実際、１．２％の透過係数を有
する後部反射器では、出力信号受信回路の必要とされる
感度は、出力信号振幅の著しい向上のために僅かに減少
させることができる。
【００２１】米国特許３，６４４，０４２のような従来
技術によるレ−ザ監視システムでは、レ−ザは０．６３
２８μｍの複数の縦振動モ−ドを有する。第３図は米国
特許３，６４４，０４２の０．６３２８μｍの発振に対
するドプラ効果により広がったゲイン曲線を示す。この
従来のシステムでは、第３図にｆ1 、ｆ2 、ｆ3 として
示される０．６３２８μｍの波長に対する３つの異なる
モ−ドがある。ここで、ｆ2 は中心モ−ドであり、ｆ1
とｆ3 は低パワ−二次モ−ドである。理論によれば、ｆ
1 とｆ3 は中心モ−ドｆ2 から等しい距離にあり、ｆ2
−ｆ1 はｆ3 −ｆ2 に等しいはずであるが、実際のシス
テムでは、二次モ−ドは理論とは多少異なる周波数を有
する。理論からのこれらの差はレ−ザ周波数では非常に
小さいが、実際の機構システムの振動周波数では重要で
ある。このように第３図の３つのモ−ドを有するシステ
ムでは、差（ｆ3 −ｆ2 ）−（ｆ2 −ｆ1 ）に等しい比
較的低いビ−ト周波数が存在する。上記のようなｆ1 と
ｆ3 のｆ2 に関する非対象のために、米国特許３，６４
４，０４２のレ−ザのこのビ−ト周波数は約６０ＫＨｚ
の周波数を有する。例えば超音波溶接器のような実際の
機構的振動システムは、約１００ＫＨｚまでの数ＫＨｚ
の範囲の周波数を有する。このようにレ−ザ監視システ
ムの感知レ−ザの３つのモ−ドにおける動作の６０ＫＨ
ｚビ−ト周波数はにせの縞（振幅ピ−ク）を生じ、それ
は６０ＫＨｚに比較的近い周波数で振動する監視される
べき物体の動作によって生じる強度ピ−クで容易に乱さ
れ、ある場合には実際に識別されることができない。
技術によるレ−ザ監視システムでは、レ−ザは０．６３
２８μｍの複数の縦振動モ−ドを有する。第３図は米国
特許３，６４４，０４２の０．６３２８μｍの発振に対
するドプラ効果により広がったゲイン曲線を示す。この
従来のシステムでは、第３図にｆ1 、ｆ2 、ｆ3 として
示される０．６３２８μｍの波長に対する３つの異なる
モ−ドがある。ここで、ｆ2 は中心モ−ドであり、ｆ1
とｆ3 は低パワ−二次モ−ドである。理論によれば、ｆ
1 とｆ3 は中心モ−ドｆ2 から等しい距離にあり、ｆ2
−ｆ1 はｆ3 −ｆ2 に等しいはずであるが、実際のシス
テムでは、二次モ−ドは理論とは多少異なる周波数を有
する。理論からのこれらの差はレ−ザ周波数では非常に
小さいが、実際の機構システムの振動周波数では重要で
ある。このように第３図の３つのモ−ドを有するシステ
ムでは、差（ｆ3 −ｆ2 ）−（ｆ2 −ｆ1 ）に等しい比
較的低いビ−ト周波数が存在する。上記のようなｆ1 と
ｆ3 のｆ2 に関する非対象のために、米国特許３，６４
４，０４２のレ−ザのこのビ−ト周波数は約６０ＫＨｚ
の周波数を有する。例えば超音波溶接器のような実際の
機構的振動システムは、約１００ＫＨｚまでの数ＫＨｚ
の範囲の周波数を有する。このようにレ−ザ監視システ
ムの感知レ−ザの３つのモ−ドにおける動作の６０ＫＨ
ｚビ−ト周波数はにせの縞（振幅ピ−ク）を生じ、それ
は６０ＫＨｚに比較的近い周波数で振動する監視される
べき物体の動作によって生じる強度ピ−クで容易に乱さ
れ、ある場合には実際に識別されることができない。
【００２２】さらに、前述のように、いくつかのモ−ド
の６０ＫＨｚのビ−ト周波数は、レ−ザの温度がウォ−
ムアップの間に変化するにつれて変化する。レ−ザが暖
かくなるにつれ、ミラ−すなわち反射器間距離は増加す
る。第３図のゲイン曲線の位置は一定のままであり、モ
−ド分離はほとんど一定のままであるが空洞モ−ドの櫛
（全体のグル−プ）は低い周波数の方にドリフトする。
各モ−ドがゲイン曲線を通るとき、そのようなモ−ドの
レ−ザパワ−は増加しゲイン曲線の中心の最大値を通
り、減少し、ついには消える。一方、他のモ−ドは曲線
の高い周波数の側でレ−ザ発振を開始する。レ−ザが冷
えるとモ−ドの櫛は高い周波数側にドリフトする。この
ようにして各モ−ドの振幅はその周波数に関連し、レ−
ザは、反射エネルギによる強度変化をマスクする空洞内
の発振強度の温度異存変化を生じる。
の６０ＫＨｚのビ−ト周波数は、レ−ザの温度がウォ−
ムアップの間に変化するにつれて変化する。レ−ザが暖
かくなるにつれ、ミラ−すなわち反射器間距離は増加す
る。第３図のゲイン曲線の位置は一定のままであり、モ
−ド分離はほとんど一定のままであるが空洞モ−ドの櫛
（全体のグル−プ）は低い周波数の方にドリフトする。
各モ−ドがゲイン曲線を通るとき、そのようなモ−ドの
レ−ザパワ−は増加しゲイン曲線の中心の最大値を通
り、減少し、ついには消える。一方、他のモ−ドは曲線
の高い周波数の側でレ−ザ発振を開始する。レ−ザが冷
えるとモ−ドの櫛は高い周波数側にドリフトする。この
ようにして各モ−ドの振幅はその周波数に関連し、レ−
ザは、反射エネルギによる強度変化をマスクする空洞内
の発振強度の温度異存変化を生じる。
【００２３】本発明の他の特徴によれば、レ−ザ空洞長
は、３以上でないモ−ドで０．６３２８μｍの波長のエ
ネルギを発振することができるように選択される（短く
される）。３つのモ−ド動作を評価すると、問題のある
低いビ−ト周波数は避けられない。このようにして第４
図に示されるように、空洞が短くされたレ−ザのドプラ
効果による広がったゲイン曲線はｆ1 とｆ2 で示される
２つのモ−ドを有し、それらは６８５ＧＨｚのビ−ト周
波数を提供する。これは実際の機構システムで存在する
ような周波数の何倍も大きく、監視される物体の振動周
波数と比べて出力のこの非常に高いビ−ト周波数の効果
を除くために、増幅器３４あるいは増幅器３４のとなり
の適当なフィルタ回路によって容易にフィルタされるこ
とができる。さらに、このビ−ト周波数がレ−ザのウォ
−ムアップにつれて変化するとしても、それは物体の振
動周波数よりかなり高い周波数範囲に渡って変化する。
従って、第４図に示されるように、ただ２つの発振モ−
ドを提供するように構成されたレ−ザはレ−ザ監視シス
テムとして有効であることが分かり、ウォ−ムアップ時
間は約１分で、従来のシステムで必要とされる約２０分
のウォ−ムアップ時間と比べて著しく改善されている。
は、３以上でないモ−ドで０．６３２８μｍの波長のエ
ネルギを発振することができるように選択される（短く
される）。３つのモ−ド動作を評価すると、問題のある
低いビ−ト周波数は避けられない。このようにして第４
図に示されるように、空洞が短くされたレ−ザのドプラ
効果による広がったゲイン曲線はｆ1 とｆ2 で示される
２つのモ−ドを有し、それらは６８５ＧＨｚのビ−ト周
波数を提供する。これは実際の機構システムで存在する
ような周波数の何倍も大きく、監視される物体の振動周
波数と比べて出力のこの非常に高いビ−ト周波数の効果
を除くために、増幅器３４あるいは増幅器３４のとなり
の適当なフィルタ回路によって容易にフィルタされるこ
とができる。さらに、このビ−ト周波数がレ−ザのウォ
−ムアップにつれて変化するとしても、それは物体の振
動周波数よりかなり高い周波数範囲に渡って変化する。
従って、第４図に示されるように、ただ２つの発振モ−
ドを提供するように構成されたレ−ザはレ−ザ監視シス
テムとして有効であることが分かり、ウォ−ムアップ時
間は約１分で、従来のシステムで必要とされる約２０分
のウォ−ムアップ時間と比べて著しく改善されている。
【００２４】他のパラメ−タが同じとすると、米国特許
３，６４４，０４２に示されるレ−ザとあるいはヒュ−
ズモデル２１００超音波モニタで使用されるそれとほと
んど同一のレ−ザが、ただ２つのモ−ドをサポ−トする
ように空洞長を変えることによって本発明の特徴を実現
できる。本発明の特徴によれば、正面反射器１４と後部
反射器１６の間の距離は、（約１１インチから）約８．
５０インチすなわち約２１．６ｃｍにまで減少される。
ふたたび、空洞長の減少によって生じるパワ−損失よ
り、望ましくないビ−ト周波数によってシステムがほと
んど影響されないようにすることが重要である。したが
って、本発明の特徴を実現する特別な例は、反射器間の
距離が８．５０インチであり、約１ミリワットの出力パ
ワ−を提供するように正面反射器１４の透過係数は１．
６％であり、後部反射器１６を介して約０．８ミリワッ
トの出力パワ−を提供するように後部反射器１６の透過
係数は１．２％である。正面反射器１４は、空洞長より
幾分大きい約３０ｃｍの曲率半径を有し、一方、後部反
射器１６は平らであり、実質的に無限大の曲率半径を有
する。
３，６４４，０４２に示されるレ−ザとあるいはヒュ−
ズモデル２１００超音波モニタで使用されるそれとほと
んど同一のレ−ザが、ただ２つのモ−ドをサポ−トする
ように空洞長を変えることによって本発明の特徴を実現
できる。本発明の特徴によれば、正面反射器１４と後部
反射器１６の間の距離は、（約１１インチから）約８．
５０インチすなわち約２１．６ｃｍにまで減少される。
ふたたび、空洞長の減少によって生じるパワ−損失よ
り、望ましくないビ−ト周波数によってシステムがほと
んど影響されないようにすることが重要である。したが
って、本発明の特徴を実現する特別な例は、反射器間の
距離が８．５０インチであり、約１ミリワットの出力パ
ワ−を提供するように正面反射器１４の透過係数は１．
６％であり、後部反射器１６を介して約０．８ミリワッ
トの出力パワ−を提供するように後部反射器１６の透過
係数は１．２％である。正面反射器１４は、空洞長より
幾分大きい約３０ｃｍの曲率半径を有し、一方、後部反
射器１６は平らであり、実質的に無限大の曲率半径を有
する。
【００２５】単一モ−ドだけで発振するレ−ザはまた、
上記ヘリウム／ネオンレ−ザ以外では、ビ−ト周波数の
問題によって影響されないが、０．６３２８μｍのレ−
ザ発振することが、ヘリウム／ネオンレ−ザを使用する
ことがサイズ、コスト、および汎用性を含む多数の理由
から望ましいということは容易に理解される。上述のよ
うに、空洞長を減少させることは、レ−ザの出力パワ−
を減少させる要因の１つである。したがって、ビ−ト周
波数が問題を起こさせない長さ以下に空洞長をさらに減
少させることは、メリットはなく実際にはデメリットと
なる。しかしながら、米国特許３，６４４，０４２に述
べられるより長い空洞長からここで述べられるより短い
空洞長に変えるときのパワ−の減少は、レ−ザ出力がビ
−ト周波数の影響を受けないようにすることによってさ
らに補償される。さらに、正面反射器の最適な透過係数
を選択することによって感度が向上され、ただ２つのモ
−ドをサポ−トするように空洞長が減少されたレ−ザ監
視システムは、出力パワ−と正確な安定した発振との間
の精度の高いバランスを提供する。
上記ヘリウム／ネオンレ−ザ以外では、ビ−ト周波数の
問題によって影響されないが、０．６３２８μｍのレ−
ザ発振することが、ヘリウム／ネオンレ−ザを使用する
ことがサイズ、コスト、および汎用性を含む多数の理由
から望ましいということは容易に理解される。上述のよ
うに、空洞長を減少させることは、レ−ザの出力パワ−
を減少させる要因の１つである。したがって、ビ−ト周
波数が問題を起こさせない長さ以下に空洞長をさらに減
少させることは、メリットはなく実際にはデメリットと
なる。しかしながら、米国特許３，６４４，０４２に述
べられるより長い空洞長からここで述べられるより短い
空洞長に変えるときのパワ−の減少は、レ−ザ出力がビ
−ト周波数の影響を受けないようにすることによってさ
らに補償される。さらに、正面反射器の最適な透過係数
を選択することによって感度が向上され、ただ２つのモ
−ドをサポ−トするように空洞長が減少されたレ−ザ監
視システムは、出力パワ−と正確な安定した発振との間
の精度の高いバランスを提供する。
【００２６】
【発明の効果】要約すると、ここで述べられたレ−ザ監
視システムの変更点は、振動物体からの反射によって生
じる干渉縞の出力ピ−ク振幅が実質的に最大となる値
に、正面反射器の透過係数が増加させられることを含
む。このように透過係数を増加させると、監視されるべ
き物体に照射されるエネルギ量とレ−ザ空洞に再入力さ
れる反射エネルギとの両方が増加する。さらに、空洞長
は、３以上ではないモ−ドをサポ−トすることができる
ように減少される。これらの改良により著しく感度が向
上し、ビ−ト周波数による影響が軽減される。監視可能
な距離は約１インチから約８インチにまで伸び、出力信
号はミリボルトからボルト単位に改善され、ウォ−ムア
ップ時間は約２０分から１分に減少された。
視システムの変更点は、振動物体からの反射によって生
じる干渉縞の出力ピ−ク振幅が実質的に最大となる値
に、正面反射器の透過係数が増加させられることを含
む。このように透過係数を増加させると、監視されるべ
き物体に照射されるエネルギ量とレ−ザ空洞に再入力さ
れる反射エネルギとの両方が増加する。さらに、空洞長
は、３以上ではないモ−ドをサポ−トすることができる
ように減少される。これらの改良により著しく感度が向
上し、ビ−ト周波数による影響が軽減される。監視可能
な距離は約１インチから約８インチにまで伸び、出力信
号はミリボルトからボルト単位に改善され、ウォ−ムア
ップ時間は約２０分から１分に減少された。
【図１】本発明による原理を実現するレ−ザ監視システ
ムの簡略化されたブロックダイアグラムである。
ムの簡略化されたブロックダイアグラムである。
【図２】正面反射器の透過係数と出力ピ−ク振幅の関係
を示すグラフである。
を示すグラフである。
【図３】物体を監視するために従来技術で使用されるド
プラ効果によって広がったゲイン曲線を示すグラフであ
る。
プラ効果によって広がったゲイン曲線を示すグラフであ
る。
【図４】本発明で実際に使用されるレ−ザにおけるドプ
ラ効果により広がったゲイン曲線を示すグラフである。
ラ効果により広がったゲイン曲線を示すグラフである。
１０…レ−ザ、１４…正面反射器、１６…後部反射器、
２６…物体。
２６…物体。
Claims (10)
- 【請求項１】 レ−ザ本体と、 前記レ−ザ本体中のレ−ザ媒体と、 少なくとも１つの周波数のコヒ−レントなエネルギを発
生するように前記レ−ザ媒体を励起するための手段と、 レ−ザ空洞を定義するように前記レ−ザ本体に取り付け
られ、空洞内のエネルギ発振が前記１つの周波数を有す
るように前記レ−ザ媒体によって発生されたエネルギ発
振を反射するための正面と後部の反射器とを具備するレ
−ザ監視システムであり、 前記正面反射器は、前記空洞から監視されるべき物体に
エネルギビ−ムを照射し、前記物体から反射されたエネ
ルギビ−ムを前記空洞内に通し、それにより、前記空洞
内のエネルギ振幅が変えられ、前記物体から反射された
エネルギビ−ムの相対的な位相に対応する干渉ピ−クが
生じ、前記干渉ピ−クは前記正面反射器の透過係数に従
って振幅が変化し、 さらに、前記レ−ザ監視システムは、前記物体の運動の
測定手段を提供するために構成した、前記空洞内の前記
１つの周波数でのエネルギ発振の干渉ピ−クを検出する
ための出力手段を具備し、 前記正面反射器は、前記空洞内のエネルギ発振が運動を
監視されるべき物体からの反射によって変えられると
き、前記空洞内のエネルギ発振が実質的に最大の干渉ピ
−ク値を有するような透過係数を有することを特徴とす
るレ−ザ監視システム。 - 【請求項２】 前記空洞は、前記１つの周波数で最大２
つのエネルギ発振モ−ドをサポ−トする長さを有するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のシステ
ム。 - 【請求項３】 前記レ−ザはヘリウムとネオンの混合物
であり、前記１つの周波数における前記正面反射器の透
過係数は前記１つの周波数において１％より大きく約２
％より小さいことを特徴とする特許請求の範囲第１項に
記載のシステム。 - 【請求項４】 前記レ−ザ媒体はヘリウムとネオンの混
合物であり、前記空洞長は約２１．５ｃｍより短く、そ
れにより、前記レ−ザは、０．６３２８μｍの波長にお
いてただ２つの発振モ−ドをサポ−トすることを特徴と
する特許請求の範囲第１項に記載のシステム。 - 【請求項５】 前記レ−ザ媒体はヘリウムとネオンの混
合物であり、前記１つの周波数は０．６３２８μｍの波
長のエネルギ発振からなり、前記正面と後部の反射器の
距離は、前記空洞が３以上ではない発振モ−ドをサポ−
トするように、２２ｃｍ以下であり、前記正面反射器は
前記１つの周波数において１％より大きく約２％より小
さい透過係数を有することを特徴とする特許請求の範囲
第１項に記載のシステム。 - 【請求項６】 前記物体は、ある周波数で振動している
間に監視され、前記正面と後部の反射器の距離は、前記
物体の振動周波数より何倍も大きい周波数以下のビ−ト
周波数を生じないマルチエネルギ発振モ−ドを提供する
距離であることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
載のシステム。 - 【請求項７】 レ−ザ媒体は空洞内の正面と後部反射器
の間で励起され、１つの選択された周波数で前記空洞に
エネルギ発振が作られ、作られたエネルギ発振は前記正
面反射器を介して運動を監視されるべき振動物体に照射
され、前記振動物体から反射されたエネルギ発振は前記
正面反射器を介して入力され、前記振動物体から反射さ
れたエネルギが空洞内のエネルギ発振と同相であるとき
には前記空洞内の前記１つの周波数におけるエネルギ発
振は強められ、 それにより、前記振動物体までの距離の変化と共に反射
エネルギの位相が変わるにつれて、前記空洞内のエネル
ギ発振の強度は変化し、 前記振動物体の運動に従ったエネルギ発振の振幅ピーク
のカウントが前記体の運動計測の出力を提供するもので
ある、内部レ−ザ干渉計型測定システムの出力を最適化
する方法において、 前記レ−ザから所定の距離で振動している前記反射物体
に対して、前記１つの周波数において前記空洞内のエネ
ルギ発振の最適ピ−ク振幅を提供する透過係数を、前記
正面反射器に持たせることを特徴とする方法。 - 【請求項８】 一対の反射器の間で定義される空洞内の
レ−ザ媒体を励起し、所定の周波数で前記空洞内で発振
するレ−ザビ−ムを発生させるステップと、 前記空洞から前記所定の周波数のレ−ザビ−ムを前記空
洞から離れた物体に照射し、前記物体によって反射され
たレ−ザビ−ムのエネルギを前記空洞内に受信し、前記
空洞内の発振に、前記空洞との間の距離を変える前記物
体の運動に対応する干渉ピ−クを生じさせるステップと
を具備する所定の周波数範囲の周波数で振動する物体の
運動を監視する方法であり、 前記照射するステップは、前記物体から反射された前記
所定の周波数のレ−ザビ−ムに応答して実質的に前記空
洞内の最大干渉ピ−クを提供する前記空洞内のレ−ザビ
−ムの選択されたエネルギ量を前記反射器の１つを介し
て放出し、 さらに、前記監視する方法は、前記物体の運動を示す信
号を発生するように前記干渉ピ−クを使用するステップ
を具備することを特徴とする所定の周波数範囲の周波数
で振動する物体の運動を監視する方法。 - 【請求項９】 前記レ−ザ媒体は、ヘリウムとネオンの
混合物であり、前記照射するステップは、１％より大き
く、約２％より小さいレ−ザビ−ムを照射することを特
徴とする特許請求の範囲第８項に記載の方法。 - 【請求項１０】 レ−ザ空洞を定義するようにレ−ザ本
体に正面と後部の反射器を取り付けるステップと、 前記反射器の間にレ−ザ媒体を有するレ−ザボアを取り
付けるステップと、 レ−ザ媒体を励起し、１つの選択された周波数で前記空
洞内に発振エネルギを発生させるステップと、 前記発振エネルギを前記正面反射器を介して振動物体に
放出し、前記物体によって反射された前記発振エネルギ
を前記空洞内に受信し、前記空洞内の発振に、前記空洞
から前記振動物体までの距離に対応する前記発振エネル
ギの干渉ピ−クを生じさせるステップとを具備する内部
レ−ザ干渉計による物体の運動を監視する方法であり、 前記干渉ピ−クは前記正面反射器の透過係数の変化に従
って変化する振幅を有し、 さらに、前記監視する方法は、前記振動物体の運動を測
定するために干渉ピ−クを検出することとを具備し、 前記正面と後部の反射器を取り付けるステップは、検出
される干渉ピ−クの振幅が実質的に最大値となる透過係
数を有する正面反射器を前記レ−ザ本体に取り付けるこ
とを具備することを特徴とする内部レ−ザ干渉計による
物体の運動を監視する方法。
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|---|---|---|---|
| US06/852,055 US4824240A (en) | 1986-04-15 | 1986-04-15 | Internal laser interferometer |
| US852055 | 1992-03-16 |
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|---|---|
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| JPH0792362B2 JPH0792362B2 (ja) | 1995-10-09 |
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Family Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP62090012A Expired - Lifetime JPH0629685B2 (ja) | 1986-04-15 | 1987-04-14 | 運動物体を監視する方法とそのレ−ザ監視システム |
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|---|---|---|---|
| JP62090012A Expired - Lifetime JPH0629685B2 (ja) | 1986-04-15 | 1987-04-14 | 運動物体を監視する方法とそのレ−ザ監視システム |
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-
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- 1992-08-26 JP JP4227161A patent/JPH0792362B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| JPS62255802A (ja) | 1987-11-07 |
| US4824240A (en) | 1989-04-25 |
| JPH0629685B2 (ja) | 1994-04-20 |
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