JPH07198317A - レーザ干渉変位測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 λ／４波長板などを用いることなく、単一波
長のレーザ光によって位相の異なる２つの干渉光を得
る。 【構成】 ビームスプリッタ３６は、２つの直角プリズ
ムを光学薄膜（コーティング膜、蒸着膜）を介して組み
合わせてあり、相互に位相の異なる第１干渉光４８と第
２干渉光５０とを発生する。第１、第２光センサ５６、
５８は、各干渉光の強度変化を検出し、波形整形器６
０、６２が矩形波に整形して方向判別器６４と波形分割
回路６６とに入力する。方向判別器６４は、波形整形器
６０、６２の出力信号の位相関係によって移動鏡４４の
移動方向を判別する。計数回路６８は、方向判別器６４
の出力信号によって波形分割回路６６の出力パルスをカ
ウントアップまたはカウントダウンし、距離演算回路７
０が計数回路６８の計数値に基づいて、移動鏡４４の基
準位置からの距離を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、干渉縞を計数して被測
定物の変位量を検出するレーザ干渉変位測定装置に係
り、特にマイケルソン型干渉計を用いたレーザ干渉変位
測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光ディスク装置の光ヘッドなどの
位置決めを行う場合、光ヘッドを駆動させるモータに取
り付けたロータリエンコーダの出力、またはヘッドを搭
載したテーブル自体に取り付たガラススケールの出力に
よってヘッドの位置を検出し、この検出値をモータの駆
動回路にフィードバックするのが一般的であった。しか
し、ロータリエンコーダを用いた装置では、直線運動を
回転運動に変換して制御するため、制御系が複雑となる
ばかりでなく、高精度の制御が困難である。また、ガラ
ススケールは、長尺のものを製作するのが困難で、測定
できる長さに限りがあり、制御範囲が限られる欠点を有
していた。

【０００３】一方、近年、レーザ技術の発達に伴い、マ
イケルソン干渉計により被制御物体の移動量（変位量）
を計測するレーザ干渉測長器が開発されている。このマ
イケルソン干渉計型測長器は、図１０に示したように、
レーザ光源１０から出射したレーザ光（レーザビーム）
１２をビームスプリッタ１４によって直交した２つの方
向に分割し、その一方を固定鏡１６に、他方を光ヘッド
を搭載したテーブルなどに設けた移動鏡１８に導くよう
にしてある。固定鏡１６と移動鏡１８とに入射した光
は、それぞれビームスプリッタ１４に向けて反射され、
ビームスプリッタ１４において重ね合わされて干渉光２
０とされ、適宜の位置に配置した光センサ２２によって
検出される。そして、光センサ２２の出力信号によって
干渉光２０の干渉縞を計数することにより、移動鏡１８
の移動量を検出できるようになっている。

【０００４】すなわち、移動鏡１８によって反射され、
ビームスプリッタ１４に戻ってきたビームは、移動鏡１
８が矢印２４のように移動するのに伴って、ビームスプ
リッタ１４と移動鏡１８との間の光路長が変わるため、
固定鏡１６からのビームに対して位相が変化し、固定鏡
１６から反射されたビームと重ね合わされたときに干渉
光２０を形成する。そして、光センサ２２に投射された
干渉光２０は、移動鏡１８が移動するのに伴って強度
が、移動量に対して図１１のように正弦的に変化する。
この干渉光２０の強度（明暗）の変化は、ビームスプリ
ッタ１４と固定鏡１６、移動鏡１８との間の光路差と、
レーザ光１２の波長λとの関数として求めることができ
るため、光センサ２２によって干渉光２０の明暗の変化
を検出することにより、移動鏡１８の移動量ｘを次式に
よって求めることができる。

【数１】ｘ＝（λ／２）Ｎ ただし、ここにλはレーザ光の波長であり、Ｎは干渉光
の強度の一周期をひと山とする山の数である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のマイケ
ルソン干渉計を利用した測長器は、移動鏡１８が図１０
の左右方向のいずれに移動しても干渉光２０の強度が変
化するため、移動鏡１８の移動量を求めることができた
としても、移動鏡１８の移動方向を判別することができ
ず、またλ／２以上の分解能を得ることが困難である、
という欠点がある。

【０００６】そこで、レーザ光源から周波数の異なる２
つのレーザ光を出射し、これら２つのレーザ光を重ね合
わせて振幅が周期的に変化する参照光を得るとともに、
これら２つのレーザ光の固定鏡と移動鏡とによって反射
した光を重ね合わせた干渉光を得、参照光と干渉光との
振幅の位相がλ／４となるようにして、移動鏡の移動方
向を判別できるようにするとともに、分解能の向上を図
ることが提案されている（特開平３−９９２０３号公
報）。

【０００７】また、ビームスプリッタとして偏光ビーム
スプリッタを用い、レーザ光を振動面が直交した２つの
偏光に分割し、分割した一方の偏光ビームの光路にλ／
４波長板などの位相ずれ発生手段を挿入し、相互に直交
した振動面を有する２つの偏光ビームの間にπ／２の位
相差を生じさせ、これら２つの偏光のそれぞれの干渉光
を検出して移動鏡の移動方向と移動量とを検出するよう
にしたものがある（特開昭６１−２１５９０３号公報）

【０００８】しかし、特開平３−９９２０３号公報また
は特開昭６１−２１５９０３号公報に記載のものは、２
つの光源を必要としたり、λ／４波長板などの位相差を
生じさせる部材をビームの光路に配置する必要があるな
ど、装置が複雑となる欠点を有している。

【０００９】本発明は、上記の欠点を解消するためにな
されたもので、λ／４波長板などを用いることなく、単
一波長のレーザ光によって位相の異なる２つの干渉光を
得ることができるレーザ干渉変位測定装置を提供するこ
とを目的としている。また、本発明は、単一波長のレー
ザ光を用いて、移動反射部の移動方向と移動量とを求め
ることができるようにすることを目的としている。さら
に、本発明は、単一波長のレーザ光を用いて、反射部の
回転方向と回転量とを求めることができるようにするこ
とを目的としている。また、本発明は、分解能の向上を
図ること等を目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係るレーザ干渉変位測定装置は、単一波
長レーザ光を出射するレーザ光源と、このレーザ光源が
出射したレーザ光を２つの方向に分割するビームスプリ
ッタと、このビームスプリッタが分割した一方の分割ビ
ームが入射する固定反射部と、移動可能に設けられ、前
記ビームスプリッタが分割した他方の分割ビームが入射
する移動反射部と、この移動反射部と前記固定反射部と
が反射した前記各分割ビームが入射するとともに、これ
ら各ビームの一部を透過し、一部を反射して、各々の透
過光と反射光とを干渉させ、相互に位相の異なる第１干
渉光と第２干渉光とを発生する干渉光発生部と、前記第
１干渉光を検出する第１光検出部と、前記第２干渉光を
検出する第２光検出部と、この第２光検出部と前記第１
光検出部との検出信号に基づいて、前記移動反射部の移
動方向を検知する方向判別部と、前記第１光検出部と前
記第２光検出部との少なくともいずれか一方の検出信号
に基づいて、前記移動反射部の変位量を求める変位量演
算部とを有することを特徴としている。

【００１１】干渉光発生部は、光源からのレーザ光を２
方向に分割するビームスプリッタをそのまま用いること
ができる。ビームスプリッタとしては、直角プリズム、
半透鏡（ハーフミラー）、ケスタープリズムなど一般的
な形状のものを用いることができる。そして、第１干渉
光と第２干渉光とは、移動反射部の変位に応じて変化す
る強度変化の位相が干渉波形の１／４位相ずれているこ
とが望ましい。

【００１２】勿論、干渉光発生部を光源からのレーザ光
を２方向に分割するビームスプリッタと異なる第２ビー
ムスプリッタによって構成することができる。さらに、
固定反射部と移動反射部とに代え、それぞれがビームス
プリッタの分割した分割ビームを入射方向に反射すると
ともに一体に回動する第１反射部と第２反射部とにする
とこができる。

【００１３】

【作用】光は、ある媒質から他の媒質に入射したり、ま
たはこれらの媒質の境界面で反射されると、一般に位相
が変わる。従って、光源が出射したレーザ光が単一波長
であったとしても、干渉光発生部において、固定反射部
から入射した光の透過光と移動反射部から入射した光の
反射光とによる干渉光（第１干渉光）と、固定反射部か
ら入射した光の反射光と移動反射部から入射した透過光
とによる干渉光（第２干渉光）との間に位相差をつける
ことができる。そこで、これら各干渉光の強度の変化の
位相関係を検出することにより、移動反射部の移動方向
を知ることができる。

【００１４】すなわち、どちらの干渉光の強度変化の位
相が他方に対して進んでいるかによって、移動反射部が
ビームスプリッタから遠ざかっているのか、ビームスプ
リッタに近づいているのかを判断することができる。ま
た、強度変化（干渉縞）の数を計数することにより、移
動反射部の移動量を求めることができる。従って、λ／
４波長板などを用いることなく、単一波長のレーザ光か
ら位相の異なる２つの干渉光を得ることができるため、
装置の簡素化が図れる。特に、ビームスプリッタ本体や
反射面の材質を適宜に選択することにより、第１干渉光
と第２干渉光との強度変化の位相差が干渉波形の１／４
位相（１／４波長）となるように構成すれば、分解能が
向上して移動反射部の変位量の検出精度および位置の検
出精度を高めることができる。そして、レーザ光源から
入射したレーザ光を分割するビームスプリッタを干渉光
発生部とすると、部品点数の削減が図れ、装置をより簡
素にすることができる。勿論、上記のビームスプリッタ
と異なるビームスプリッタ（第２ビームスプリッタ）を
干渉光発生部として使用してもよい。なお、固定反射部
と移動反射部とに代えて、それぞれがビームスプリッタ
の分割した分割ビームを入射方向に反射するとともに一
体に回動する第１反射部と第２反射部とにすると、これ
ら第１反射部と第２反射部とが回動することにより、各
反射部と干渉光発生部との間における光路差が生じて干
渉光の強さが変化するので、第１反射部と第２反射部と
の回動量、すなわち回動角度の検出ができる。

【００１５】

【実施例】本発明に係るレーザ干渉変位測定装置の好ま
しい実施例を、添付図面に従って詳説する。図１は、本
発明の第１実施例に係る説明図である。

【００１６】レーザ光源３０は、単一波長のレーザ光３
２を出射する。このレーザ光源３０は、計測精度を確保
するために、発振周波数の安定度の高いものを使用する
ことが望ましい。レーザ光源３０の前方には、ビームス
プリッタ３４、３６が配置してある。ビームスプリッタ
３４は、後述するように干渉光を光センサに導くもので
ある。一方、ビームスプリッタ３６は、レーザ光源３０
からのレーザ光３２を相互に直交した反射ビーム３８と
透過ビーム４０とに分割するとともに、干渉光発生部の
役割をなしている。

【００１７】すなわち、ビームスプリッタ３６の反射ビ
ーム３８の出射方向前方には、反射ビーム３８をビーム
スプリッタ３６に送り返す固定反射部である固定鏡４２
が設けてあり、透過ビーム４０の出射方向前方には、透
過ビーム４０をビームスプリッタ３６に送り返す移動反
射部としての移動鏡４４が矢印４６のように移動可能に
設けてあって、ビームスプリッタ３６がこれらの各鏡４
２、４４によって反射されたビームに基づいて、第１の
干渉光４８と第２の干渉光５０とを発生する。このビー
ムスプリッタ３６は、図２に示したように、通常のビー
ムスプリッタのように直角プリズム５２、５４を光学薄
膜（コーティング膜、蒸着膜）を介して組み合わせて構
成してある。

【００１８】すなわち、ビームスプリッタ３６は、図２
に示したように、光が媒質１側から媒質２側に透過する
ときの振幅透過率がρ_t12 となっており、媒質２から媒
質１に透過したときの振幅透過率がρ_t21 となってい
る。また、ビームスプリッタ３６は、媒質１側から光学
薄膜を有する４５°面（反射面）に入射したときの振幅
反射率がρ_r1、媒質２側から４５°面に入射したときの
振幅反射率がρ_r2となっている。さらに、媒質１側から
媒質２側に透過したときの光の位相遅れはβ_t12（ｒａ
ｄ）、媒質２側から媒質１側に透過したときの位相遅れ
はβ_t21 （ｒａｄ）となっているとともに、媒質１側か
ら４５°面に入射したときの反射による位相遅れがβ_r1
（ｒａｄ）、媒質２側から４５°面に入射したときの反
射による位相遅れがβ_r2（ｒａｄ）となっている。

【００１９】なお、第１光検出部である第１光センサ５
６に入射する第１干渉光４８は、図２に示されるよう
に、固定鏡４２で反射され、ビームスプリッタ３６の媒
質１側から媒質２を透過したビームＥ₁ と、移動鏡４４
によって反射され、媒質２側から４５°面に入射し、４
５°面によって反射されたビームＥ₂ とから生成され
る。また、第２光検出部である第２光センサ５８に入射
する第２干渉光５０は、固定鏡４２によって反射され、
媒質１側から４５°面に入射し、４５°面によって反射
されたビームＥ₃ と、移動鏡４４によって反射され、媒
質２側から媒質１側に透過したビームＥ₄ とによって生
成される。そして、第２干渉光５０は、ビームスプリッ
タ３６からビームスプリッタ３４に入射し、ビームスプ
リッタ３４の４５°面によって反射されて第２光センサ
５８に入射するようになっている。

【００２０】各光センサ５６、５８は、後述するように
移動鏡４４の移動（変位）に伴って変化する干渉光４
８、５０の強度の変化に応じて検出信号を波形整形器６
０、６２に出力する。そして、波形整形器６０、６２
は、センサ５６、５８の出力信号を矩形波に波形整形す
る。これらの波形整形器６０、６２の出力信号は、方向
判別器６４と波形分割回路６６とに入力するようにして
ある。方向判別器６４は、各波形整形器６０、６２の出
力信号から移動鏡４４の移動方向を検知し、アップダウ
ンカウンタからなる計数回路６８にカウントアップ信号
またはカウントダウン信号を与える。また、波形分割回
路６６は、波形整形器６０、６２の出力信号を受けて、
移動鏡４４が干渉波形の１／４波長移動するごとにパル
スを計数回路６８に出力する。そして、計数回路６８の
計数値が変位量演算部となる距離演算回路７０に入力す
るようになっていて、距離演算回路７０が計数回路６８
の計数値に基づいて求めた移動鏡４４の位置を表示部７
２に表示するようにしてある。

【００２１】上記の如く構成した実施例の作用は、次の
とおりである。なお、以下の説明においては、ビームス
プリッタ３６の表面における反射を無視し、固定鏡４
２、移動鏡４４における反射率を１００％、これらの鏡
における反射による位相遅れをα（ｒａｄ）とする。

【００２２】レーザ光源３０の出射した単一波長レーザ
光３２は、ビームスプリッタ３４を透過してビームスプ
リッタ３６に媒質１側から入射する。そして、レーザ光
３２は、ビームスプリッタ３６の４５°面において一部
が反射され、反射ビーム３８となって固定鏡４２に入射
してビームスプリッタ３６に向けて反射される。また、
レーザ光３２の一部は、ビームスプリッタ３６を媒質１
側から媒質２を透過した透過ビーム４０となり、移動鏡
４４に入射してビームスプリッタ３６に向けて反射され
る。

【００２３】固定鏡４２によって反射された反射ビーム
３８は、媒質１側から再びビームスプリッタ３６に入射
し、一部が媒質２を透過して第１干渉光４８を構成する
ビームＥ₁ となり、一部が４５°面で反射されて第２干
渉光５０を構成するビームＥ₃ となる。また、移動鏡４
４によって反射された透過ビーム４０は、媒質２側から
ビームスプリッタ３６に再度入射し、一部が４５°面に
よって反射されて第１干渉光４８を構成するビームＥ₂
となり、一部が媒質１を透過して第２干渉光５０を構成
するビームＥ₄ となる。従って、各干渉光４８、５０を
構成する各ビームＥ₁ 、Ｅ₂ 、Ｅ₃ 、Ｅ₄ は、ビームス
プリッタ３６に入射するレーザ光３２をφ₀ ｅｘｐ（−
ｉωｔ）とすると、次のように表すことができる。

【数２】Ｅ₁ ＝ρ_r1ρ_t12 φ₀ ｅｘｐ｛ｉ（−ωｔ＋β
_r1＋β_t12 ＋α）｝

【数３】Ｅ₂ ＝ρ_t12 ρ_r2φ₀ ｅｘｐ｛ｉ（−ωｔ＋β
_t12 ＋β_r2＋α＋ω_x ）｝

【数４】Ｅ₃ ＝ρ_r1 ² φ₀ ｅｘｐ｛ｉ（−ωｔ＋２β_r1
＋α）｝

【数５】Ｅ₄ ＝ρ_t12 ρ_t21 φ₀ ｅｘｐ｛ｉ（−ωｔ＋
β_t12 ＋β_t21 ＋α＋ω_x ）｝ ただし、ここにω_x は、移動鏡４４が移動することによ
る位相遅れであり、レーザ光３２の波長をλ、移動鏡４
４の移動量をｘとすると、次の式によって表される。

【数６】ω_x ＝（２π／λ）・２ｘ （ｒａｄ）

【００２４】従って、第１干渉光４８の強度Ｐ₁ と第２
干渉光５０の強度Ｐ₂ とは、

【数７】Ｐ₁ ＝｜Ｅ₁ ＋Ｅ₂ ｜² ＝ρ_t12 ²（ρ_r1 ² ＋ρ_r2 ² ）φ₀ ² ×［１＋２ρ_r1ρ_r2／（ρ_r1 ² ＋ρ_r2 ² ） ×ｃｏｓ｛２（２π／λ）ｘ＋（β_r2−β_r1）｝］

【数８】Ｐ₂ ＝｜Ｅ₃ ＋Ｅ₄ ｜²＝（ρ_r1 ⁴ ＋ρ_t12 ²
ρ_t21 ² ）φ₀ ²×［１＋２ρ_r1 ² ρ_t12 ρ_t21 ／（ρ
_r1 ⁴ ＋ρ_t12 ² ρ_t21 ² ）×ｃｏｓ｛２（２π／λ）ｘ
＋（β_t12 ＋β_t21 −２β_r1）｝］ と表される。

【００２５】従って、第１干渉光４８と第２干渉光５０
との位相差ψは、

【数９】ψ＝β_t12 ＋β_t21 −β_r1−β_r2 となる。

【００２６】ところで、β_t12 、β_t21 、β_r1、β
_r2は、ビームスプリッタ３６の４５°面のコーティング
層（光学薄膜）の光学的性質（例えば、複素屈折率、膜
厚、多層の場合の膜の構成等）により定まる値である。
従って、コーティング層を構成している膜の複素屈折率
や厚さ等を適宜に選択することにより、２つの干渉光４
８、５０の強度の位相差ψを干渉波形の１／４波長とす
ることが可能であり、実施例の場合そのように構成して
ある。このため、例えば移動鏡４４がビームスプリッタ
３６より離れる方向に移動すると、第１干渉光４８の強
度（Ａ相）は、第２干渉光５０の強度（Ｂ相）に対して
干渉波形の１／４波長進んだ変化を示す（図３（１）参
照）。

【００２７】第１光センサ５６と第２光センサ５８と
は、第１干渉光４８、第２干渉光５０の強度の変化を電
圧または電流の変化に変換し、干渉光の強度変化に対応
した電気信号を波形整形器６０、６２に入力する。波形
整形器６０、６２は、例えば第１光センサ５６と第２光
センサ５８とから入力してきた検出信号の極大値と極小
値との平均を閾値として図３（２）、（３）のように矩
形波に波形整形し、方向判別器６４と波形分割回路６６
とに入力する。

【００２８】方向判別器６４は、波形整形器６０、６２
からの入力信号に基づいて、移動鏡４４の移動方向を判
別し、計数回路６８にカウントアップするかカウントダ
ウンするかの信号を入力する。すなわち、例えば移動鏡
４４が図１の右方向に移動すると、図４（１）のように
Ａ相がＢ相より干渉波形の１／４波長進むため、波形整
形器６０、６２から方向判別器６４に入力する信号は図
４（２）のようになる。また、移動鏡４４が図１の左方
向に移動すると、図４（３）のようにＡ相の強度変化が
Ｂ相より干渉波形の１／４波長遅れるため、方向判別器
６４には図４（４）の信号が入力する。従って、方向判
別器６４は、波形整形器６０、６２が出力した信号の位
相の進み具合を監視することにより、移動鏡４４の移動
方向を判別することができる。

【００２９】一方、波形分割回路６６は、各波形整形器
６０、６２の出力信号を受けると、例えば両者の排他的
論理和（Ｅｘ．ＯＲ）をとり、両矩形波信号の立ち上が
り時にパルスを発生して計数回路６８に出力する（図３
（４）、（５）参照）。これにより、干渉光の強度変化
の１周期を４分割したことになる。

【００３０】計数回路６８は、方向判別器６４から移動
鏡４４の移動方向を示す信号と、波形分割回路６６から
のパルスを受けると、波形分割回路６６からパルスが入
力するごとに計数値を１ずつ増加させ、または１ずつ減
少させて距離演算回路７０に送出する。すなわち、計数
回路６８は、例えば、移動鏡４４が図１の右方向に移動
すると、方向判別器６４からカウントアップ信号を受け
取って波形分割回路６６の出力したパルスが入力するた
びに計数値を増加させる。また、計数回路６８は、移動
鏡４４が図１の左方向に移動すると、方向判別器６４か
らカウントダウン信号を受け取り、波形分割回路６６か
らパルスが入力するごとに計数値を減少させる。距離演
算回路７０は、計数回路６８が出力する計数値を予め与
えられている基準の位置からの距離に演算し、表示部７
２に表示するとともに、図示しない制御装置などに出力
する。そして、移動鏡４４の基準位置からの移動量（変
位１）ｘは、次式によって求めることができる。

【数１０】ｘ＝（λ／２）（１／ｎ）Ｎ ＝（λ／２）（Ｎ／４）＝（λ／８）Ｎ ただし、ここにλはレーザ光３２の波長であり、ｎは電
気回路における分割数（実施例の場合、ｎ＝４）、Ｎは
計数回路６８による計数パルス数である。なお、計数回
路６８として、電源がオフされても計数値を保持できる
ものを使用すれば、移動鏡４４の絶対位置の測定が可能
となる。

【００３１】このように実施例の変位測定装置によれ
ば、干渉光発生部となるビームスプリッタ３６において
光の入射方向、出射方向の相違によって、出射光に位相
差を与えることにより、λ／４波長板等を用いることな
く、レーザ光源３０の出射した単一波長のレーザ光３２
から位相の異なる２つの干渉光４８、５０が得るられ、
装置が簡素化できるとともに、移動鏡４４の移動方向の
識別が可能となる。しかも、第１干渉光４８と第２干渉
光５０との移動鏡４４の移動に伴う強度の変化が干渉波
形の１／４波長ずらせてあるため、分解能が向上して測
定精度の向上が図れる。

【００３２】図５は、第２実施例を示したものである。
本実施例は、レーザ光源３０が出射したレーザ光３２を
反射ビーム３８と透過ビーム４０とに分割するビームス
プリッタ７４に通常のビームスプリッタを用いるととも
に、このビームスプリッタ７４が第１実施例の固定鏡４
２としての役割となしている。そして、ビームスプリッ
タ７４が分割した反射ビーム３８は、第１実施例のビー
ムスプリッタ３６と同様に構成した第２のビームスプリ
ッタである干渉光発生部７６に入射するようになってい
る。また、ビームスプリッタ７４を透過した透過ビーム
４０は、移動反射部となっているコーナキューブプリズ
ム７８に入射し、反射されて干渉光発生部７６に入力す
るようにしてある。そして、ビームスプリッタによって
構成した干渉光発生部７６は、前記と同様に、強度変化
が干渉波形の１／４波長の位相差を有する第１干渉光４
８と第２干渉光５０とを発生する。このように構成した
第２実施例においても、前記実施例と同様の効果を得る
ことができる。

【００３３】図６は、第３実施例を示したものである。
本実施例は、干渉光発生部であるビームスプリッタ３６
の透過ビーム４０の出射側にコーナキューブプリズム
（第２反射部）８０が設けてあり、透過ビーム４０をビ
ームスプリッタ３６に戻すことができるようにしてあ
る。また、ビームスプリッタ３６の反射ビーム３８の出
射側には、反射ビーム３８に対して４５度傾斜させた反
射鏡８２が配置してあり、反射ビーム３８を透過ビーム
４０と同方向に反射できるようにしてある。そして、反
射鏡８２によって反射された反射ビーム３８は、支持部
材８６を介してコーナキューブプリズム８０と一体化し
たコーナキューブプリズム（第１反射部）８４に入射
し、反射鏡８２に送り返され、反射鏡８２を介してビー
ムスプリッタ３６に入射するようにしてある。また、コ
ーナキューブプリズム８０とコーナキューブプリズム８
４とは、両者の取り付け間隔Ｌが所定の値に設定してあ
るとともに、支持部材８６を介して矢印８８のように一
体に回動できるようになっている。そして、ビームスプ
リッタ３６は、前記したと同様にコーナキューブプリズ
ム８０が反射したビームと、コーナキューブプリズム８
４が反射したビームとから第１干渉光４８と第２干渉光
５０とを発生する。

【００３４】このように構成した第３実施例は、コーナ
キューブプリズム８０、８４のビームスプリッタ３６に
対する傾斜角度を検出することができる。すなわち、支
持部材８６が例えば図６の時計方向に回動し、図７に示
したように、コーナキューブプリズム８０、８４がビー
ムスプリッタ３６に対してθだけ傾斜したとすると、コ
ーナキューブプリズム８０がビームスプリッタ３６に正
対していたときに比較して、コーナキューブプリズム８
０側とコーナキューブプリズム８４側とでｘの光路差が
生ずる。そこで、Ｌ≫ｘでθが微小角度とすると、

【数１１】θ≒ｔａｎ^-1（ｘ／Ｌ） または

【数１２】θ≒ｓｉｎ^-1（ｘ／Ｌ） となり、傾斜角θを求めることができる。

【００３５】なお、図８に第４実施例と示したように、
コーナキューブプリズム８０をビームスプリッタ３６の
透過ビーム４０の出射面に対向して配置し、コーナキュ
ーブプリズム８４を反射ビーム３８の出射面に対向して
配置するとともに、両コーナキューブプリズム８０、８
４をアーム９０、９２などによって連結するようにして
もよい。

【００３６】前記各実施例においては、ビームスプリッ
タとして直角プリズムを組み合わせたものを用いた場合
について説明したが、ビームスプリッタはハーフミラー
等であってもよい。また、前記実施例においては、第１
干渉光４８と第２干渉光５０との強度変化の位相差が干
渉波形の１／４波長である場合について説明したが、分
解能を必要としない場合には、両者の強度変化の位相差
を干渉波形の１／４波長にしなくともよい。そして、こ
の場合、第１干渉光４８と第２干渉光５０とのいずれか
一方に基づいて、移動鏡４４の位置を求めるようにして
もよい。

【００３７】図９は、実施例の応用例を示したものであ
る。図９に示した位置測定装置１００は、図１の移動鏡
４４を除いたものである。そして、移動鏡４４は、モー
タ１０２によって回転するスクリューロッド１０４のナ
ット部材（図示せず）に結合させたキャリッジ１０６に
搭載してあり、スクリューロッド１０４に沿って図９の
左右方向に移動する。一方、位置測定装置１００の距離
演算回路７０が求めた移動鏡４４の実測値Ｘ₁ は、制御
装置の比較器１０８に入力される。この比較器１０８
は、移動鏡４４の停止位置が指令値Ｘ₀ として与えられ
ていて、指令値Ｘ₀ と実測値Ｘ₁ との偏差を求め、モー
タ１０２の駆動回路１１０に入力する。そして、駆動回
路１１０は、比較器１０８の出力する偏差が０となるよ
うにモータ１０２を駆動してキャリッジ１０６を介して
移動鏡４４を移動させる。

【００３８】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、干渉光発生部の光学的性質を適宜に選択し、固定反
射部と移動反射部とから入射する２つの光のそれぞれの
透過光と反射光とを干渉させて相互に位相の異なる干渉
光を与えることにより、λ／４波長板や波長の異なる２
つのレーザ光を用いることなく、相互に位相の異なる第
１干渉光と第２干渉光とを発生することができる。従っ
て、これら各干渉光の強度の変化の位相関係を検出する
ことにより、移動反射部の移動方向を知ることができ
る。

【００３９】また、レーザ光源から入射したレーザ光を
分割するビームスプリッタを干渉光発生部とすると、部
品点数の削減が図れ、装置をより簡素にすることができ
る。さらに、第１干渉光と第２干渉光との強度変化の位
相が干渉波形の１／４波長となるようにしたことによ
り、分解能が向上して位置検出の精度を高めることがで
きる。そして、固定反射部と移動反射部とに代えて、そ
れぞれがビームスプリッタの分割した分割ビームを入射
方向に反射するとともに一体に回動する第１反射部と第
２反射部とにすると、これら第１反射部と第２反射部と
が回動すると、光路差が生じて干渉光の強さが変化する
ので、第１反射部と第２反射部との回動量、すなわち回
動角度の検出ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１実施例の説明図である。

【図２】本発明の原理を説明する図である。

【図３】第１実施例の作用を説明するタイムチャートで
ある。

【図４】第１実施例における移動鏡の移動方向の判別方
法の説明図である。

【図５】第２実施例の説明図である。

【図６】第３実施例の説明図である。

【図７】第３実施例における傾斜角度の求め方の説明図
である。

【図８】第４実施例の説明図である。

【図９】実施例の適用例の説明図である。

【図１０】従来のマイケルソン干渉計型変位測定装置の
説明図である。

【図１１】干渉光の強度の変化を説明する図である。

【符号の説明】

３０ レーザ光源 ３２ レーザ光 ３６、７６ 干渉光発生部（ビームスプリッタ） ４２、７４ 固定反射部（固定鏡、ビームスプリッ
タ） ４４、７８ 移動反射部（移動鏡、コーナキューブプ
リズム） ４８ 第１干渉光 ５０ 第２干渉光 ５６ 第１光検出部（第１光センサ） ５８ 第１光検出部（第２光センサ） ６４ 方向判別器 ６８ 計数回路 ７０ 変位量演算部（距離演算回路） ８０ 第２反射部（コーナキューブプリズム） ８４ 第１反射部（コーナキューブプリズム）

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【手続補正書】

【提出日】平成６年４月２７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】干渉光発生部は、光源からのレーザ光を２
方向に分割するビームスプリッタをそのまま用いること
ができる。ビームスプリッタとしては、半透鏡（ハーフ
ミラー）などの一般的な形状のものを用いることができ
る。そして、第１干渉光と第２干渉光とは、移動反射部
の変位に応じて変化する強度変化の位相が干渉波形の１
／４位相ずれていることが望ましい。

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１１】

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単一波長レーザ光を出射するレーザ光源
   と、このレーザ光源が出射したレーザ光を２つの方向に
   分割するビームスプリッタと、このビームスプリッタが
   分割した一方の分割ビームが入射する固定反射部と、移
   動可能に設けられ、前記ビームスプリッタが分割した他
   方の分割ビームが入射する移動反射部と、この移動反射
   部と前記固定反射部とが反射した前記各分割ビームが入
   射するとともに、これら各ビームの一部を透過し、一部
   を反射して、各々の透過光と反射光とを干渉させ、相互
   に位相の異なる第１干渉光と第２干渉光とを発生する干
   渉光発生部と、前記第１干渉光を検出する第１光検出部
   と、前記第２干渉光を検出する第２光検出部と、この第
   ２光検出部と前記第１光検出部との検出信号に基づい
   て、前記移動反射部の移動方向を検知する方向判別部
   と、前記第１光検出部と前記第２光検出部との少なくと
   もいずれか一方の検出信号に基づいて、前記移動反射部
   の変位量を求める変位量演算部とを有することを特徴と
   するレーザ干渉変位測定装置。
2. 【請求項２】 前記干渉光発生部は、前記ビームスプリ
   ッタであることを特徴とする請求項１に記載のレーザ干
   渉変位測定装置。
3. 【請求項３】 前記第１干渉光と前記第２干渉光とは、
   前記移動反射部の変位に応じて変化する強度変化の位相
   が干渉波形の１／４位相ずれていることを特徴とする請
   求項１または２に記載のレーザ干渉変位測定装置。
4. 【請求項４】 前記干渉光発生部は、前記ビームスプリ
   ッタと異なる第２ビームスプリッタによって構成したこ
   とを特徴とする請求項１に記載のレーザ干渉変位測定装
   置。
5. 【請求項５】 それぞれが前記ビームスプリッタの分割
   した分割ビームを入射方向に反射するとともに一体に回
   動する第１反射部と第２反射部とを、前記固定反射部と
   前記移動反射部とに代えて設けたことをことを特徴とす
   る請求項１ないし３のいずれか１に記載のレーザ干渉変
   位測定装置。