JPH1082609A - 干渉計による変位測定装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的は、回転基準フレームに配設され
た物品の位置を測定する、新規且つ改良したＡＣ型干渉
計による変位測定装置を提供することである。 【解決手段】回転基準フレーム(26)は、固定基準フレー
ムに対してある時間期間にわたり回転角を累積する。λ
／４板(24)、及び偏光ビーム分割器(34)と、基準光路反
射器(38)と、測定光路反射器(36)とからなる干渉計(70)
が、回転基準フレームに装着される。測定光路反射器
は、回転軸(28)と直交した軸(35)に沿った半径方向位置
の変化(D) が測定可能なように物品に装着される。固定
基準フレームの構成要素は、２周波数レーザ光源(12)
と、静止したλ／４板(18)と、測定光路と基準光路間の
光路長変化を表す情報を含む測定信号(50)を生成する受
光器(48)と、該測定信号、レーザの２周波数間の差を表
す基準信号(52)、及び回転角に比例した第２の信号(60)
に応答して、変位信号(62)を発生する信号プロセッサ(5
4)とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、干渉計を用いて、
物体の位置変化を測定するための方法及び装置に関す
る。更に詳細には、本発明は、物体が回転基準フレーム
にある間に、かかる測定を行うためのものである。

【０００２】

【従来の技術】物体の位置変化、例えば線形変位または
角度変位等を測定する必要があるのは、かかる物体が、
回転基準フレームに配置される場合である。例えば、工
作物が固定基準フレームに静止状態に保持され、切削工
具がスピンドルによって回転するＣＮＣ機械の場合、切
削工具を回転させて、それを利用して、工作物に機械加
工を施して仕上げ形状にする際に、切削工具の半径方向
位置を測定することが極めて望ましい。従来技術の場
合、既知のように、切削工具の半径方向位置を制御する
機械的連結機構の位置を、固定基準フレームにおいて測
定することによって、工具の半径方向位置が間接的に測
定される。しかし、こうした間接測定を行う精度は、機
械的連結機構におけるアッベ・オフセット、熱膨張、ヒ
ステリシス、及びバックラッシのような問題によって制
限される。換言すれば、半径方向位置の測定箇所は、回
転工具に位置しないか、又はそれに近接していない。代
わりに、半径方向位置は、測定スケールの移動量から推
測され、該測定スケールは、切削工具からかなりの距離
をおいて、回転スピンドルに機械的に連結され、また該
スピンドルの外側に配置された牽引バーの一部に装着さ
れる。

【０００３】従来技術において、線形、又は角位置変化
の測定が可能なＡＣ型の干渉計が周知のところである。
典型的な例が、本特許出願と同じ譲受人である、ヒュー
レット・パッカード社（ＨＰ）に譲渡された、Bagley他
に対する米国特許第３，４５８，２５９号に記載されて
いる。ＨＰは又、さまざまなタイプの変位測定を行うた
めの干渉計を具現化した、ＨＰ５５１７Ａレーザ変換器
システムのような商品も販売している。このＨＰシステ
ムは、変位測定値を表す情報を含む電気信号を発生す
る。これらの電気信号は、測定値を表示するとか、ある
いは、物体の移動を制御するとかいった目的のために、
後続の回路要素及び装置に加えるのに利用可能である。
工具が回転している際に、工具の半径方向位置を直接測
定するには、干渉計による計測学システムを利用するの
が望ましい。干渉計光学装置は、比較的小さく、スピン
ドルと共に回転するように装着可能であり、また、工具
の半径方向位置を直接測定するために利用可能である。
しかし、従来のＡＣ型干渉計による計測学システムは、
干渉計光学装置のみを、スピンドルと共に回転するよう
に装着したとしても適正に機能しない。概念上は、レー
ザ光源、干渉計光学装置、及び光信号に応答する受信機
を装着して、それら全てをスピンドルと共に回転させる
ことが可能である。しかし、多くの理由から、この構成
は、ＣＮＣ機械の大部分にとって実用的ではない。例え
ば、スペース制限、計測学システムの電気コンポーネン
トに対して電力を得るうえでの問題、及び回転基準フレ
ームから電気信号を得るうえでの複雑さが存在する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】先行技術の問題及び制
限は、本発明の教示に基づいてなされた発明によって克
服される。従って、本発明の目的は、新規且つ改良した
ＡＣ型干渉計による計測学装置を用いて、回転基準フレ
ームに配置された回転スピンドルにより保持される工具
の位置を測定することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】好適な実施例の場合、回
転基準フレームが、スピンドルの回転軸まわりを回転
し、その回転軸は、工具が配置された半径方向軸に対し
て垂直である。固定基準フレームに装着された慣用的な
２周波数のレーザ光源が、規定量だけ互いに異なる１つ
の周波数を各々が有する、ビーム対を送り出す。光源か
らのビームは、互いに対して直線偏光状態、及び直交偏
光状態を有するビームから、右円偏光状態、及び左円偏
光状態を有する入力ビームへと変換される。入力ビーム
は、次に、回転基準フレームに装着された四分の一波長
板に送られ、回転基準フレームと共に回転する、直線偏
光状態、及び直交偏光状態を有するビームへと変換され
る。回転基準フレームに装着されるが、干渉計には、基
準光路反射器、測定光路反射器、及び四分の一波長板の
速い軸に対して４５度で位置合わせされた偏光軸を有す
る偏光ビーム分割器が含まれている。この構成によっ
て、偏光ビーム分割器が２つのビームを分割し、その結
果、一方の周波数を有する一方のビームを、回転軸と平
行な基準軸に沿って、基準光路反射器に伝送することが
保証される。ビーム分割器は、他方の周波数を有する他
方のビームを反射し、半径方向軸に対して平行な光路に
沿って、工具に接続された測定光路反射器に送る。

【０００６】それぞれ、基準光路反射器、及び測定光路
反射器から戻るビームは、偏光ビーム分割器、及び四分
の一波長板を介して送り返される。右円偏光状態、及び
左円偏光状態を有して、四分の一波長板から出てくる２
つのビームは、次に、固定フレームに装着された第２の
四分の一波長板に送られ、その後、互いに対して直線偏
光状態、及び直交偏光状態を有するビームへと変換され
る。固定基準フレームに装着された受光器が、第２の四
分の一波長板を通過した後に戻ってくるビームに応答し
て、中間測定信号を発生する。しかし、この中間測定信
号には、不要な成分が含まれている。というのは、回転
基準フレームの四分の一波長板によって、それを通って
行き来する光ビームに、基準フレームの角回転に比例し
た周波数シフトが導入されるためである。信号プロセッ
サが、中間測定信号、光源からの基準信号、及び回転す
る四分の一波長板の角回転の測定値を表す特殊信号を受
信するように結合される。この信号プロセッサは、不要
な成分を除去して、測定反射器の半径方向位置の変化の
測定値を表す信号を生成する。

【０００７】本発明の１つの好適な実施例の場合、特殊
信号は、回転基準フレームの角回転量を測定するために
配置された回転エンコーダによって生成される。代替実
施例の場合、回転エンコーダは、光学構成で置き換えら
れる。要するに、この代替実施例では、互いに対して、
且つ回転基準フレームと共に回転する偏光軸に対して、
直線偏光状態、及び直交偏光状態を有する、第２の入力
ビーム対を利用することが必要になる。特別に修正され
た干渉計が配置されて、その結果、第２の対をなす入力
ビームが共に、干渉計を通って送られ、偏光ビーム分割
器を迂回する。基準光路反射器に送られて、それにより
反射された後、第２の対をなすビームは、干渉計を通り
（ビーム分割器を迂回し）、さらに回転基準フレームに
装着された四分の一波長板を通って戻ることになる。そ
の後、それらのビームは、固定基準フレームに送り込ま
れ、第２の四分の一波長板を通って、互いに対して直線
偏光状態、及び直交偏光状態を有する第２の戻りビーム
対として出てくる。第２の受光器が、第２の対をなす戻
りビームを混合して、第２の受光器信号を発生する。第
２の受光器信号は、中間測定信号と組み合わせられて、
測定反射器の位置変化の測定値を表す信号を直接生成す
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１には、本発明の教示に従って
製作された、干渉計装置１０の好適な実施例が示されて
いる。レーザ・ヘッド１２が、固定基準フレームに装着
され、それぞれ、安定化周波数ｆ１、及びｆ２を有する
対をなす光ビーム１４、及び１６を同時に発生する。２
つのビームの発生は、周波数ｆ１を有する一方のビーム
が、周波数ｆ２を有する他方のビームに対して、直線偏
光、及び直交偏光されるようになされる。説明の便宜
上、ビーム１４は、図１の平面に対して垂直であり、ま
たドット１７で示された偏光面内において、周波数ｆ１
を有するものと仮定する。ビーム１６は、図１の平面内
にあり、また垂直線１９で示された直交偏光面内におい
て、周波数ｆ２を有するものと仮定する。対をなす光ビ
ーム１４及び１６は、静止した四分の一波長板１８に送
られ、これは、固定基準フレームに装着されて、２つの
ビームを、互いに対して右円偏光、及び左円偏光（円形
矢印２１及び２３で示す）を有するビーム２０及び２２
へと変換する。対をなすビーム２０及び２２は、次に、
回転基準フレーム２６に装着された四分の一波長板２４
に送られる。四分の一波長板２４は、それらの対をなす
ビームを、互いに対して直線偏光状態、及び直交偏光状
態を有する１対のビーム２５及び２７に変換する。回転
フレーム２６が、回転軸２８のまわりを回転する。四分
の一波長板２４は、回転基準フレーム２６に装着され、
従って、それと一緒に回転するので、ビーム２５及び２
７の直線偏光軸も、回転基準フレーム２６と共に回転す
る。説明の便宜上、回転基準フレームは、湾曲矢印３２
によって示されるように、光源１２が装着される静止測
定フレームに対して、Ｗ回転／秒の回転周波数で回転す
るものと仮定する。ビーム２０及び２２は、逆の円偏光
を有するように生成されるので、四分の一波長板２４か
ら出てくる結果としてのビーム２５及び２７は、それぞ
れ、Ｗに等しい量だけアップシフト、及びダウンシフト
された周波数を有する。やはり、説明の目的のために、
ビーム２０は、周波数がｆ１であり、ｆ１＋Ｗに等しい
アップシフト周波数を有するビーム２５になるものと仮
定する。また、この構成の結果として、周波数がｆ２の
ビーム２２は、ｆ２−Ｗに等しいダウンシフト周波数を
有するビーム２７になる。

【０００９】偏光ビーム分割器３４が、回転基準フレー
ム２６に装着されて、該フレームと共に回転する。ビー
ム分割器３４は、四分の一波長板２４から送り出される
対をなすビーム２０及び２２を受光するために配設され
ている。四分の一波長板２４の速い軸は、偏光ビーム分
割器３４の偏光軸に対して、４５度をなすように位置合
わせされる。この構成によって、偏光ビーム分割器３４
が回転する際に、直線偏光ビーム２５、及び直交偏光ビ
ーム２７を、該分割器と位置合わせされた状態に保つこ
とが可能になる。ビーム分割器３４は、周波数がｆ１＋
Ｗのビーム２５を方向転換し、半径方向軸３５に対して
平行な測定光路に沿って上方へに向かわせ、慣用的な立
方体コーナ反射器が好適である測定反射器３６に送る。
測定反射器３６は、半径方向軸３５に沿って往復動する
ことが可能であるが、回転基準フレーム２６に装着され
ており、従って、固定基準フレームに対して回転する。
本説明において、反射器３６は、反射器が実線で示され
た位置と、反射器が点線で示された位置との間で、距離
Ｄだけ移動したものと仮定する。反射器３６を移動可能
に装着するための手段は、示されていない。ビーム２５
は、測定反射器３６を出て、そこから逆方向に進んだ
後、±△ｆのドップラ・シフトを有するビーム４０とし
て、ビーム分割器３４に戻ることになる。周知のよう
に、ドップラ・シフトが正になるか、負になるかは、測
定光路内における周波数がｆ１であるか、又はｆ２であ
るかということと、測定反射器３６の移動方向によって
決まる。

【００１０】ビーム分割器３４は、周波数ｆ２−Ｗを有
するビーム２７を、固定長を備えた基準光路に沿って、
やはり立方体コーナ反射器が好適である基準反射器３８
に送るように構成されている。基準光路は、回転軸２８
と平行であり、回転基準フレーム２６に装着されている
反射器３８は、回転軸２８のまわりを回転する。ビーム
２７は、反射器３８によって反射された後、ビーム４２
としてビーム分割器３４に戻される。ビーム４２は、ド
ップラ・シフトされない。

【００１１】ビーム４０は、ビーム分割器３４によって
反射され、ビーム４２は、ビーム分割器３４を透過する
が、両方とも、その後、四分の一波長板２４に通され、
ビーム４３及び４７になる。それらのビームは、次に、
静止した四分の一波長板１８に通されて、戻りビーム４
４及び４６として送り出され、その各々は、やはりＷに
等しい値だけ周波数がシフトアップ、又はシフトダウン
される。ここで、ビーム４４の周波数は、ｆ１’＝ｆ１
±△ｆ＋２Ｗになり、ビーム４６の周波数は、ｆ２’＝
ｆ２−２Ｗになる。静止測定フレームに装着された受光
器４８が、ビーム屈曲器４９によって向きを直された後
の、ビーム４４及び４６を受光し、それらを混合して、
周波数がｆ_meas ＝ｆ１’−ｆ２’＝ｆ１−ｆ２±△ｆ
＋４Ｗである測定信号５０を生成する働きをする。項ｆ
_meas は、分割周波数ｆ１−ｆ２と、測定反射器３６の
移動から生じるドップラ・シフト±△ｆと、回転基準フ
レーム２６と一緒に回転する際に、四分の一波長板２４
から生じる周波数シフト４Ｗとからなる。レーザ光源１
２によって発生される基準信号５２は、周波数ｆ_ref＝
ｆ１−ｆ２、すなわち、ビーム１４と１６の間の分割周
波数を有する。測定信号５０と基準信号５２は、補償器
５４に送られ、これには、周波数差を求め、その結果を
積分して、中間信号５６を生成する働きをする１つの部
分５１が含まれる。周波数差ｆ＿ｄｉｆｆは、以下の式
によって計算される。

【００１２】 ｆ_diff ＝ｆ_meas−ｆ_ref＝±△ｆ＋４Ｗ ドップラ効果に従って、△ｆ＝Ｆｖ／λになるが、ここ
で、Ｆは干渉計の折り返し係数、ｖは測定反射器３６の
速度、λはレーザ光ビームの波長である。ｆ＿ｄｉｆｆ
を積分すると、φが得られるが、これは、中間信号５６
であり、干渉縞の位相である。換言すれば、 φ＝∫ｆ_diff dt＝Ｆ／λ∫ｖdt＋４∫Ｗdt＝(Ｆ／λ)
ｖｔ＋４Ｗｔ となる。

【００１３】ｖｔ＝Ｄ（ここで、Ｄは反射器３６の移動
距離）であるので、φ＝ＤＦ／λ＋４Ｗｔとなる。そこ
でＤ＝０、Ｗ＝１回転／秒、及びｔ＝１秒とすると、φ
＝回転基準フレームの回転当たり４干渉縞になる。従っ
て、四分の一波長板２４が回転基準フレームと一緒に回
転している間、反射器３６の変位の変化測定中に生じる
周波数シフトを補償するために、回転基準フレーム２６
の回転当たり４干渉縞の補正分を減算する必要がある。
好適な実施例の場合、慣用的なエンコーダ５８を回転基
準フレーム２６に結合して、その角回転が検出され、エ
ンコーダ信号６０が発生される。

【００１４】補償器５４の第２の部分５３が、中間信号
５６及びエンコーダ信号６０を受信し、これに応答し
て、半径方向軸３５に沿った反射器３６の位置変化Ｄの
測定値を表す変位信号６２を生成する。

【００１５】上記構成の結果として、理解できることで
あるが、本発明は、半径方向に移動可能な切削工具を含
むスピンドルが軸２８のまわりを回転する、ＣＮＣ機械
の用途における利用に適応可能である。測定反射器３６
を切削工具を保持するスライダに固定し、また、回転軸
２８がスピンドルの回転軸と一致するように配置するこ
とによって、測定反射器３６の変位測定は、スピンドル
の回転軸に対して垂直な半径方向軸に沿った、工具の移
動の直接測定になる。

【００１６】図１に示す好適な実施例の場合、四分の一
波長板２４は、干渉計７０の偏光ビーム分割器３４に固
定するのが望ましい。代替実施例の部分図が、図２に示
されており、そこでは、図１の四分の一波長板２４、及
び干渉計７０の代わりに、四分の一波長板２００、及び
干渉計２０２が用いられている。この代替実施例の場
合、四分の一波長板２００は、干渉計２０２から分離さ
れている。図２の残りの構成要素（不図示）は、図１の
構成要素と同じである。

【００１７】図３には、本発明の他の好適な実施例が示
されている。干渉計装置３００において、固定基準フレ
ームに装着されたレーザ・ヘッド１２は、それぞれ、周
波数ｆ１及びｆ２を有し、直線偏光及び直交偏光を有す
る対をなすビーム３０２及び３０４を発生する。非偏光
ビーム分割器３０５が、ビーム３０２及び３０４をビー
ム１４及び１６と、ビーム屈曲器３０７から生じる他方
の組のビーム３０６及び３０８とに分割する。ビーム１
４及び１６は、互いに対して直線偏光状態、及び直交偏
光状態を有する。ビーム３０６及び３０８も、ドット１
７及びライン１９で示すように、互いに対して直線偏光
状態、及び直交偏光状態を有する。静止した四分の一波
長板３０９によって、ビーム１４及び１６は、互いに対
して右円偏光状態、及び左円偏光状態を有するビーム２
０及び２２に変換される。ビーム３０６及び３０８も、
静止した四分の一波長板３０９によって、互いに対して
右円偏光状態、及び左円偏光状態を有する１対のビーム
３１０及び３１２に変換される。回転基準フレーム２６
に装着された四分の一波長板３１５によって、ビーム１
４及び１６は、互いに対して直線偏光状態、及び直交偏
光状態を有するビーム２５及び２７に変換される。ビー
ム３１０及び３１２も、四分の一波長板３１５によっ
て、互いに対して直線偏光状態、及び直交偏光状態を有
する１対のビーム３１４及び３１６に変換される。回転
基準フレームに装着された干渉計３２０には、立方体３
２２の中心コア部分として形成された偏光ビーム分割器
３４、及び基準反射器３２３が含まれている。反射器３
２３は、立体コーナ反射器が好適である。ビーム分割器
３４、測定反射器３６、及び図１と同じ参照番号がつい
ている他の全ての構成要素は、全て、その同じ構成要素
に関して説明したのと同じように構成され、同じような
働きをする。従って、ビーム４４及び４６は、図１の実
施例と同様にして発生されて、ビーム屈曲器４９によっ
て方向を直された後、受光器４８に送られる。受光器４
８は、測定信号５０を発生する。

【００１８】立方体３２２には、偏光ビーム分割器３４
を包囲する、外側環状部分３２４が含まれている。環状
部分３２４は、ビーム３１４及び３１６を基準反射器３
８に送り、該反射器は、それら２つのビームを反射し、
１対のビーム３２６及び３２８として環状部分３２４へ
と戻す。四分の一波長板３１５に当てられた後、ビーム
３２６及び３２８は、互いに対して右円偏光状態、及び
左円偏光状態を有する１対のビーム３３０及び３３２と
して送り出される。その後、静止した四分の一波長板３
０９によって、ビーム３３０及び３３２は、互いに対し
て直線偏光状態、及び直交偏光状態を有する１対のビー
ム３３４及び３３６に変換される。ビーム屈曲器３３８
によって、ビーム３３４及び３３６は、基準受光器へと
向きを直され、該基準受光器は、固定基準フレームに装
着されて、基準信号３４２を発生する働きをする。加え
られた測定信号５０、及び基準信号３４２に応答して作
動する補償器３４４が、半径方向軸３５に沿った、反射
器３６の位置変化を表す変位信号６２を発生する。従っ
て、図３に示すこの実施例によれば、図１に示すエンコ
ーダ５８が不要になり、同時に、レーザ・ヘッド１２か
らの信号５２も不要になる。

【００１９】図３に示す実施例の場合、四分の一波長板
３１５は、立方体３２２に固定するのが望ましい。図４
には、本発明の他の実施例の部分図が示されており、そ
こでは、四分の一波長板３１５は、立方体３２２から分
離されている。他の構成要素（不図示）は、図３の構成
要素と同じである。

【００２０】図５には、本発明の教示に従って製作され
た装置５００の他の代替実施例が示されている。先行実
施例と同様、固定基準フレームに装着されたレーザ・ヘ
ッド１２によって、対をなすビーム１４及び１６が生
じ、これらはアイソレータ５０２を透過する。アイソレ
ータ５０２の目的については、本詳細な説明の後の部分
で説明する。次に、このビーム対は、非偏光ビーム分割
器５０４を通過し、固定基準フレームに装着された四分
の一波長板１８、さらに、回転基準フレーム２６に装着
された四分の一波長板２４に通される。四分の一波長板
１８から送り出されるビーム対２０及び２２は、互いに
対して右円偏光状態、及び左円偏光状態を有する。四分
の一波長板２４から送り出された後、ビーム対２５及び
２７は、直線偏光状態、及び直交偏光状態を有するが、
この時点では、回転基準フレーム２６と共に回転する。
干渉計７０は、図１で説明したのと同じ働きをし、その
結果、測定反射器３６がビーム４０を戻し、基準反射器
３８がビーム４２を戻すことになる。ビーム４０及び４
２は、四分の一波長板２４、及び静止した四分の一波長
板１８を通過した後、非偏光ビーム分割器５０４によっ
て反射されて、ビーム４４及び４６として送り出され
て、受光器４８に送られる。アイソレータ５０２の目的
は、レーザ・ヘッド１２に送り返されて、その動作に悪
影響を及ぼす、戻りビームを阻止する、又はそれを大幅
に減衰させることにある。適切な光アイソレータを設計
し製作する技術は、既知のところである。光学減衰器
は、全て、周知の装置であり、多くは本発明での利用に
適合する。指摘すべき点として、減衰器の利用には、結
果として、ビーム強度の低下に起因して効率が低下する
欠点がある。

【００２１】図５の他の構成要素は、図１に示のと同じ
参照番号を有し、同様の働きをするので、従って装置５
００は、変位信号６２を生成する。装置５００は、装置
１０（図１）と非常に類似しているが、回転基準フレー
ム２６に入り、そこから戻されるビームが、平行光路に
沿って進行する代わりに、光路と同軸をなすという点を
除く。この実施例は、図１に示す実施例のようには好適
でない。というのは、ビームの信号強度が、装置１０に
用いられているものより低いためである。しかし、装置
５００に用いられる干渉計７０は、ビームが同軸である
ので、装置１０用の干渉計よりも小さくすることが可能
である。この実施例は、スペースが極めて制限された用
途に有効である。

【００２２】図５に示す実施例の場合、四分の一波長板
２４は、干渉計７０に固定されている。図６には、他の
実施例の部分図が示されており、そこでは、四分の一波
長板２４は、干渉計７０から分離されている。他の構成
要素（不図示）は、図５に示す構成要素と同じである。

【００２３】図５の装置５００は、やはり、エンコーダ
５８の利用を必要とする。図７には、本発明の他の代替
実施例が示されており、そこでは、装置７００が、エン
コーダ、及びレーザ・ヘッド１２からの基準信号を不要
にするために、図３の装置と同様の光学構成を用いる。
図７において、図３及び５と同じ参照番号のついた構成
要素は、同様の働きをするので、従って装置７００は、
変位信号６２を発生する。

【００２４】ここで理解されたいのは、本発明は、回転
基準フレームに入り、そこから戻されてくるビームが、
回転軸２８と平行、又は同軸の光路に沿って進む必要が
ある、ということである。ビームが、回転基準フレーム
に装着された四分の一波長板を通過した後、ビームが干
渉計に適正に入射するように向けられる限りにおいて、
関連する干渉計を、任意の適切な配向で配置することが
可能である。換言すれば、図１〜７の実施例において、
測定光路反射器、及び基準光路反射器は、それぞれ、回
転軸２８に対して垂直な光路上、及び回転軸に対して平
行な（または同軸の）光路上に配向される。図４及び６
に示す実施例の場合、回転基準フレームにおける四分の
一波長板が独立しているが、関連する干渉計を異なる配
向にし、測定反射器、及び基準反射器を、それぞれ、回
転軸に対して垂直な光路、及び回転軸に対して平行な
（または同軸の）光路に沿わないようにすることが可能
である。干渉計を異なる配向にすることは、回転軸に対
して垂直な半径方向の変位だけを測定する代わりに、回
転基準フレームにおいて、平坦度又は各位置の変化とい
った、他の測定を行うのに役立つ。

【００２５】上記実施例では、基準反射器を、固定位置
にあって、ビーム分割器に接触しているものとして示し
ているが、かかる限定は、本発明の動作にとって必要で
はない。換言すれば、本発明は、基準反射器が移動可能
である、いわゆる差分干渉計に利用することが可能であ
り、その干渉計による測定は、基準反射器の位置と測定
反射器の位置の間で行われる差分測定である。

【００２６】上述の実施例に用いられるレーザ・ヘッド
は、互いに対して直線状態、及び直向状態であるビーム
対を発生することが望ましい。図８には、装置８００が
示されており、そこでは、レーザ・ヘッド８０２が、互
いに対して右円偏光状態、及び左円偏光状態を有するビ
ーム対２０及び２２を発生する。ビーム２０及び２２
は、回転軸２８に対して平行な光路に沿って、回転基準
フレーム２６に送り込まれる。四分の一波長板８０４を
除いて、他の構成要素は、図１又は２の構成要素と同じ
である。明白なことではあるが、四分の一波長板８０４
は、図１の四分の一波長板２４と同一ではない。という
のは、四分の一波長板８０４は、ビーム４４及び４６の
発生にしか必要とされないためである。

【００２７】図９には、装置８４０が示されており、そ
こでは、レーザ・ヘッド８０２は、各対応する対が、互
いに対して右円偏光状態、及び左円偏光状態を有する、
ビーム２０、２２、３１０、及び３１２を発生するため
に用いられる。四分の一波長板８４４を除けば、他の構
成要素は、図３又は４の構成要素と同じである。四分の
一波長板８４４は、ビーム４４、４６、３３４、及び３
３６の発生にしか必要とされず、従って、図３の四分の
一波長板３０９と同一ではない。

【００２８】特定の実施例を参照して、本発明を説明及
び例示したが、当業者には明らかなように、本発明の教
示によって開示された原理を逸脱することなく、修正及
び変更を行うことが可能である。例えば、図３、４、
７、及び９の静止した四分の一波長板は、各々一体構造
が望ましいが、それらは２つの部分、すなわち、ビーム
３１０、３１２、２０、及び２２を発生する一方の部分
と、ビーム４４、４６、３３４、及び３３６を発生する
他方の部分に分割することも可能である。この２つの部
分は、対応するビームを受光する位置にある限り、互い
に積み重ねる必要はない。また、個々の部分を、個々の
ビーム、又は各種の部分結合したビームの受光に合わせ
て寸法決めすることも可能である。

【００２９】図３、４、７、及び９の回転基準フレーム
２６に装着された四分の一波長板は、各々一体構造が望
ましいが、それらは、ビーム３１４、３１６、３３０、
及び３３２を生成する環状部分と、ビーム２５、２７、
４３、及び４７を発生する中心コア部分とに分割するこ
とも可能である。これら２つの部分は、互いに同軸にす
ることができるが、中心部分を環状部分内に入れ子式に
納める必要はない。

【００３０】さらに、図１〜４、７、８、及び９の受光
器４８、及び３４０は、それぞれ、ビーム４４と４６、
及び３３４と３３６を受光するように同一線上に配置す
ることが可能である。換言すれば、受光器のサイズが十
分に小さくて、レーザ・ヘッドからのビームの妨げにな
らないか、あるいは、入射ビーム及び戻りビーム用の平
行なビーム光路が、十分な距離をあけて離隔されてい
て、受光器がレーザ・ヘッドからの入射ビームの妨げに
ならない場合には、ビーム屈曲器４９及び３３８を排除
することが可能である。

【００３１】図５及び６の実施例の場合、反射器に平坦
なミラーを用いることが可能である。好適な装置は、立
方体コーナ反射器である。

【００３２】図５〜７のアイソレータ５０２は、好適で
あるが、必ずしも必要ではない。その動作効率はアイソ
レータほど良くないが、レーザ光の一部が戻されるとし
ても、レーザ・ヘッドは、アイソレータを利用せずに、
ビーム対の光源として動作可能である。

【００３３】最後に、レーザ・ヘッドからのビーム対
は、幾つかの光学的な光周波数を有するビームが望まし
い。しかし、ＡＣ型干渉計の動作は、光学的周波数に制
限されないので、他の非光学的周波数を用いることも可
能である。

【００３４】以下に、本発明の実施態様を列挙する。

【００３５】１．回転基準フレームが、固定基準フレー
ムに対して回転軸のまわりを回転し、ある時間期間にわ
たって回転角を累積するような、回転基準フレームに配
置される物品の位置変化を測定するための干渉計による
変位測定装置において、それぞれ周波数ｆ１、及びｆ２
を有する電磁放射線の２つのビームを放出するために、
上記固定基準フレームに装着された光源と、互いに対し
て右円偏光状態、及び左円偏光状態を有する第１、及び
第２のビームとして、２つのビームを送出する手段と、
回転軸に平行な光路から上記第１、及び第２のビームを
受光するために、またそれらビームを第３、及び第４の
ビームに変換するために、回転基準フレームに装着され
た第１の四分の一波長板と、偏光ビーム分割器と、基準
光路反射器と、上記物品に結合された可動な測定光路反
射器を含み、回転基準フレームに装着される干渉計であ
って、上記第１の四分の一波長板は、上記ビーム分割器
の偏光軸に対して４５度の角度で位置合わせされる速い
軸を有し、上記偏光ビーム分割器は、上記干渉計の基準
光路に沿って第３のビームを指向し、また上記干渉計の
測定光路に沿って第４のビームを指向するよう動作し、
上記基準光路反射器は、第３のビームを受光して、それ
を上記ビーム分割器に向けて第５のビームとして戻すた
めに配設され、上記測定光路反射器は、第４のビームを
受光して、それを上記ビーム分割器に向けて第６のビー
ムとして戻すために配設され、上記ビーム分割器は、上
記第５と第６のビームを受光して、それらを上記第１の
四分の一波長板に向けて送るよう動作し、上記第１の四
分の一波長板は、当てられた第５と第６のビームを、そ
れぞれ、第７と第８のビームに変換するよう動作し、該
第７と第８のビームは、上記回転基準フレームを出て、
上記回転軸と平行な光路に沿って固定基準フレームに送
り込まれる、干渉計と、上記第７と第８のビームを受光
するために、またそれらのビームを、それぞれ、互いに
対して直線偏光状態、及び直交偏光状態を有する第９と
第１０のビームに変換するために、固定基準フレームに
装着された第２の四分の一波長板と、上記ｆ１周波数と
ｆ２周波数間の差の測定値を表す情報と、位置変化及び
回転角に比例した情報とを含む測定信号を発生するため
に、上記第９と第１０のビームの偏光状態と位置合わせ
され、また上記第９と第１０のビームに応答するように
結合された受光器と、上記測定信号と、上記ｆ１周波数
とｆ２周波数間の差の測定値を表す基準信号と、回転角
の測定値を表す第２の信号とに応答するように結合され
て、位置変化を表す変位信号を生成すべく動作する信号
プロセッサと、からなる装置。

【００３６】２．前記ビームを送出する手段は、前記光
源が、互いに対して右円偏光状態、及び左円偏光状態を
有する２つのビームを発生するように、前記光源内にあ
ることを特徴とする、前項１に記載の装置。

【００３７】３．前記光源は、レーザ・ビームを発生す
ることを特徴とする、前項１に記載の装置。

【００３８】４．前記２つのビームは、光学的な光周波
数を有することを特徴とする、前項３に記載の装置。

【００３９】５．回転エンコーダが、前記第２の信号を
発生するために、前記回転基準フレームに結合されるこ
とを特徴とする、前項１に記載の装置。

【００４０】６．前記基準信号は、光源によって生じる
２つのビームを受光するように結合された第２の受光器
によって発生されることを特徴とする、前項５に記載の
装置。

【００４１】７．前記第１の四分の一波長板は、前記干
渉計に固定されることを特徴とする、前項１に記載の装
置。

【００４２】８．前記光源からの２つのビームは、互い
に対して直線偏光状態、及び直交偏光状態を有し、前記
ビームを送出する手段は、前記２つのビームを受光する
ように結合された、第３の四分の一波長板であることを
特徴とする、前項７に記載の装置。

【００４３】９．前記基準信号は、光源によって生じる
２つのビームを受光するように結合された第２の受光器
によって発生されることを特徴とする、前項７に記載の
装置。

【００４４】10．前記第１の四分の一波長板は、前記干
渉計に固定されることを特徴とする、前項３に記載の装
置。

【００４５】11．回転エンコーダが、前記第２の信号を
発生するために、前記回転基準フレームに結合されるこ
とを特徴とする、前項１０に記載の装置。

【００４６】12．前記基準信号は、光源によって生じる
２つのビームを受光するように結合された第２の受光器
によって発生されることを特徴とする、前項１１に記載
の装置。

【００４７】13．前記第１と第２のビームは、前記第７
と第８のビームと同軸であり、分割手段が、前記第９と
第１０のビームを受光器に向けるために、前記固定基準
フレームに装着されることを特徴とする、前項１２に記
載の装置。

【００４８】14．アイソレータが、前記光源と前記分割
手段の間に配設されることを特徴とする、前項１３に記
載の装置。

【００４９】15．前記基準光路反射器、及び前記測定光
路反射器は、立方体コーナ反射器であることを特徴とす
る、前項１４に記載の装置。

【００５０】16．前記基準光路反射器、及び前記測定光
路反射器は、立方体コーナ反射器であることを特徴とす
る、前項１３に記載の装置。

【００５１】17．前記基準光路反射器、及び前記測定光
路反射器は、立方体コーナ反射器であることを特徴とす
る、前項１に記載の装置。

【００５２】18．前記第１と第２のビームは、前記第７
と第８のビームと同軸であり、分割手段が、前記第９と
第１０のビームを受光器に向けるために、前記固定基準
フレームに装着されることを特徴とする、前項１に記載
の装置。

【００５３】19．アイソレータが、前記光源と前記分割
手段の間に配設されることを特徴とする、前項１８に記
載の装置。

【００５４】20．前記基準光路反射器、及び前記測定光
路反射器は、立方体コーナ反射器であることを特徴とす
る、前項１９に記載の装置。

【００５５】21．前記基準光路反射器、及び前記測定光
路反射器は、立方体コーナ反射器であることを特徴とす
る、前項１８に記載の装置。

【００５６】22．前記第１と第２のビームは、前記第７
と第８のビームと同軸であり、分割手段が、前記第９と
第１０のビームを受光器に向けるために、前記固定基準
フレームに装着されることを特徴とする、前項３に記載
の装置。

【００５７】23．光学アイソレータが、前記光源と前記
分割手段の間に接続されることを特徴とする、前項２２
に記載の装置。

【００５８】24．ビーム屈曲器が、初期進行光路から受
光器に向かう別の光路に、前記第９と第１０のビームの
向きを直すために配設されることを特徴とする、前項１
に記載の装置。

【００５９】25．前記第９と第１０のビームは、前記第
２の四分の一波長板から、前記回転軸に平行な光路に沿
って送出され、前記受光器は、その光路内に配設される
ことを特徴とする、前項１に記載の装置。

【００６０】26．前記光源からの２つのビームは、互い
に対して直線偏光状態、及び直交偏光状態を有し、前記
ビームを送出する手段は、前記２つのビームを受光する
ように結合された第３の四分の一波長板であることを特
徴とする、前項１に記載の装置。

【００６１】27．前記ビームを送出する手段は、前記第
２の四分の一波長板であり、前記光源は、互いに対して
直線偏光状態、及び直交偏光状態を有する２つのビーム
を発生することを特徴とする、前項１に記載の装置。

【００６２】28．前記基準信号は、光源によって生じる
２つのビームを受光するように結合された第２の受光器
によって発生されることを特徴とする、前項２７に記載
の装置。

【００６３】29．回転エンコーダが、前記第２の信号を
発生するために、前記回転基準フレームに結合されるこ
とを特徴とする、前項２７に記載の装置。

【００６４】30．前記基準信号は、前記光源によって生
じる２つのビームを受光するように結合された第２の受
光器によって発生されることを特徴とする、前項２９に
記載の装置。

【００６５】31．前記第１の四分の一波長板は、前記干
渉計に固定されることを特徴とする、前項２７に記載の
装置。

【００６６】32．前記基準信号は、前記光源によって生
じる２つのビームを受光するように結合された第２の受
光器によって発生されることを特徴とする、前項３１に
記載の装置。

【００６７】33．回転エンコーダが、前記第２の信号を
発生するために、前記回転基準フレームに結合されるこ
とを特徴とする、前項３１に記載の装置。

【００６８】34．前記基準信号は、前記光源によって生
じる２つのビームを受光するように結合された第２の受
光器によって発生されることを特徴とする、前項３３に
記載の装置。

【００６９】35．前記光源は、レーザ・ビームを発生す
ることを特徴とする、前項３３に記載の装置。

【００７０】36．ビーム屈曲器が、初期進行光路から受
光器に向かう別の光路に、前記第９と第１０のビームの
向きを直すために配設されることを特徴とする、前項３
５に記載の装置。

【００７１】37．前記第９と第１０のビームは、前記第
２の四分の一波長板から、前記回転軸に平行な光路に沿
って送出され、前記受光器は、その光路内に配設される
ことを特徴とする、前項３５に記載の装置。

【００７２】38．前記ビームは、光学的な光周波数を有
することを特徴とする、前項３５に記載の装置。

【００７３】39．前記第１と第２のビームは、前記第７
と第８のビームと同軸であり、分割手段が、前記第９と
第１０のビームを受光器に向けるために、前記固定基準
フレームに装着されることを特徴とする、前項３５に記
載の装置。

【００７４】40．アイソレータが、前記光源と前記分割
手段の間に配設されることを特徴とする、前項３９に記
載の装置。

【００７５】41．前記基準光路反射器、及び前記測定光
路反射器は、立方体コーナ反射器であることを特徴とす
る、前項４０に記載の装置。

【００７６】42．前記基準信号は、前記光源によって生
じる２つのビームを受光するように結合された第２の受
光器によって発生されることを特徴とする、前項１に記
載の装置。

【００７７】43．前記光源からの２つのビームは、互い
に対して直線偏光状態、及び直交偏光状態を有し、前記
ビームを送出する手段は、前記２つのビームを受光する
ように結合された第３の四分の一波長板であることを特
徴とする、前項３に記載の装置。

【００７８】44．前記ビームを送出する手段は、前記第
２の四分の一波長板であり、前記光源は、互いに対して
直線偏光状態、及び直交偏光状態を有する２つのビーム
を発生することを特徴とする、前項３に記載の装置。

【００７９】45．回転エンコーダが、前記第２の信号を
発生するために、前記回転基準フレームに結合されるこ
とを特徴とする、前項１０に記載の装置。

【００８０】46．前記光源からの２つのビームは、互い
に対して直線偏光状態、及び直交偏光状態を有し、前記
ビームを送出する手段は、前記２つのビームを受光する
ように結合された第３の四分の一波長板であることを特
徴とする、前項１０に記載の装置。

【００８１】47．前記ビームを送出する手段は、前記第
２の四分の一波長板であり、前記光源は、互いに対して
直線偏光状態、及び直交偏光状態を有する２つのビーム
を発生することを特徴とする、前項１０に記載の装置。

【００８２】48．前記基準信号は、前記光源によって生
じる２つのビームを受光するように結合された第２の受
光器によって発生されることを特徴とする、前項４７に
記載の装置。

【００８３】49．ビーム屈曲器が、初期進行光路から受
光器に向かう別の光路に、前記第９と第１０のビームの
向きを直すために配設されることを特徴とする、前項４
８に記載の装置。

【００８４】50．前記第１の四分の一波長板は、前記干
渉計から離れて実装されることを特徴とする、前項１に
記載の装置。

【００８５】51．前記ビームを送出する手段は、前記第
２の四分の一波長板であり、前記光源は、互いに対して
直線偏光状態、及び直交偏光状態を有する２つのビーム
を発生することを特徴とする、前項５０に記載の装置。

【００８６】52．回転基準フレームが、固定基準フレー
ムに対して回転軸のまわりを回転し、ある時間期間にわ
たって回転角を累積するような、回転基準フレームに配
置される物品の位置変化を測定するための干渉計による
変位測定装置において、それぞれ周波数ｆ１、及びｆ２
を有する電磁放射線の２つのビームを放出するために、
上記固定基準フレームに装着された光源であって、該２
つのビームは、互いに対して直線偏光状態、及び直交偏
光状態を有して発生される、光源と、上記２つのビーム
を、各組のビームがそれぞれ、周波数ｆ１及びｆ２を有
し、また直線偏光状態、及び直交偏光状態を有する、各
組２つのビームからなる平行な２つの組へと分割するた
めの分割器と、一方の組の２つのビームを、互いに対し
て右円偏光状態、及び左円偏光状態を有する第１と第２
のビームとして送出するための第１の送出手段と、上記
回転軸と平行な光路から上記第１と第２のビームを受光
するために、また、それらのビームを第３と第４のビー
ムに変換するために、上記回転基準フレームに装着され
た第１の四分の一波長板と、偏光ビーム分割器と、基準
光路反射器と、物品に結合された可動な測定光路反射器
とを含み、上記回転基準フレームに装着された干渉計で
あって、上記第１の四分の一波長板は、上記ビーム分割
器の偏光軸に対して４５度の角度で位置合わせされる速
い軸を有し、上記ビーム分割器は、上記干渉計の基準光
路に沿って第３のビームを指向し、上記干渉計の測定光
路に沿って第４のビームを指向するように動作し、上記
基準光路反射器は、上記第３のビームを受光して、それ
を上記ビーム分割器に向けて第５のビームとして戻すた
めに配設され、上記測定光路反射器は、上記第４のビー
ムを受光して、それを上記ビーム分割器に向けて第６の
ビームとして戻すために配設され、上記ビーム分割器
は、上記第５と第６のビームを受光して、それらを上記
第１の四分の一波長板に向けて送るよう動作し、上記第
１の四分の一波長板は、当てられた上記第５と第６のビ
ームを、それぞれ、第７と第８のビームに変換するよう
動作し、上記第７と第８のビームは、上記回転基準フレ
ームを出て、回転軸と平行な光路に沿って上記固定基準
フレームに送り込まれる、干渉計と、上記第７と第８の
ビームを受光するために、またそれらのビームをそれぞ
れ、互いに対して直線偏光状態、及び直交偏光状態を有
する第９と第１０のビームに変換するために、上記固定
基準フレームに装着された第２の四分の一波長板と、上
記ｆ１周波数とｆ２周波数間の差の測定値を表す情報
と、位置変化及び回転角に比例した情報とを含む測定信
号を発生するために、上記第９と第１０のビームの偏光
状態と位置合わせされて、該ビームに応答するように結
合された第１の受光器と、第２の組のビームを受光する
ために、また、互いに対して右円偏光状態、及び左円偏
光状態を有する第１１と第１２のビームを生成すべく動
作するために配設される、第２の送出手段と、回転軸と
平行な光路から上記第１１と第１２のビームを受光する
ために、また、それらのビームを第１３と第１４のビー
ムに変換するために、上記回転基準フレームに装着され
た第３の四分の一波長板と、前記干渉計は更に、上記第
１３と第１４のビームを受光して、それらのビームを上
記基準光路反射器に送るべく動作する部分を含み、該基
準光路反射器は、それらのビームを第１５と第１６のビ
ームとして上記干渉計に戻すべく動作し、該干渉計は、
上記第１５と１６のビームを上記第３の四分の一波長板
に送るべく動作し、該第３の四分の一波長板は、それら
のビームを第１７と第１８のビームに変換すべく動作す
ることと、上記第１７と第１８のビームは、上記回転基
準フレームから出て上記固定基準フレームに送り込ま
れ、また、回転軸と平行な光路に沿って送られること
と、上記第１７と第１８のビームを受光するために、ま
たそれらのビームを、互いに対して直線偏光状態、及び
直交偏光状態を有する第１９と第２０のビームに変換す
るために、上記固定基準フレームに装着された第４の四
分の一波長板と、上記第１９と第２０のビームの偏光状
態と位置合わせされて、それらのビームを受光するよう
に配設され、ｆ１周波数とｆ２周波数間の差、及び回転
角の測定値を表す情報を含む第２の受光器信号を発生す
べく動作する、第２の受光器と、上記測定値と上記第２
の受光器信号に応答して、位置変化を表す変位信号を発
生するための信号プロセッサと、からなる装置。

【００８７】53．前記第１の送出手段は、前記第２の四
分の一波長板であることを特徴とする、前項５２に記載
の装置。

【００８８】54．前記第２の送出手段は、前記第２の四
分の一波長板であることを特徴とする、前項５３に記載
の装置。

【００８９】55．前記第２の送出手段は、前記第２の四
分の一波長板であることを特徴とする、前項５２に記載
の装置。

【００９０】56．前記２つのビームは、光学的な光周波
数を有することを特徴とする、前項５５に記載の装置。

【００９１】57．前記第１の四分の一波長板は、前記干
渉計に固定されることを特徴とする、前項５２に記載の
装置。

【００９２】58．前記第１と第３の四分の一波長板は、
１つのユニット式波長板として形成されることを特徴と
する、前項５２に記載の装置。

【００９３】59．前記第２と第４の四分の一波長板は、
１つのユニット式波長板として形成されることを特徴と
する、前項５８に記載の装置。

【００９４】60．前記第２の送出手段は、前記第２の四
分の一波長板であることを特徴とする、前項５９に記載
の装置。

【００９５】61．前記第１の四分の一波長板は、前記干
渉計に固定されることを特徴とする、前項５９に記載の
装置。

【００９６】62．前記光源は、レーザ・ビームを発生す
ることを特徴とする、前項６１に記載の装置。

【００９７】63．前記２つのビームは、光学的な光周波
数を有することを特徴とする、前項６２に記載の装置。

【００９８】64．前記第１と第２のビームは、前記第７
と第８のビームと同軸であり、分割手段が、前記第９と
第１０のビームを前記第１の受光器に向けるために、前
記固定基準フレームに装着されることを特徴とする、前
項６２に記載の装置。

【００９９】65．アイソレータが、前記分割器と前記分
割手段の間に配設されることを特徴とする、前項６４に
記載の装置。

【０１００】66．前記第１と第２のビームは、前記第７
と第８のビームと同軸であり、分割手段が、前記第９と
第１０のビームを前記第１の受光器に向けるために、前
記固定基準フレームに装着されることを特徴とする、前
項５２に記載の装置。

【０１０１】67．アイソレータが、前記分割器と前記分
割手段の間に配設されることを特徴とする、前項６６に
記載の装置。

【０１０２】68．前記光源は、レーザ・ビームを発生す
ることを特徴とする、前項６７に記載の装置。

【０１０３】69．回転基準フレームが、固定基準フレー
ムに対して回転軸のまわりを回転し、ある時間期間にわ
たって回転角を累積するような、干渉計による変位測定
装置を用いて、回転基準フレームに配設された物品の位
置変化を測定する方法において、上記固定基準フレーム
に装着された光源から、それぞれ、周波数ｆ１及びｆ２
を有する電磁放射線の２つのビームを放出するステップ
と、該２つのビームを、互いに対して右円偏光状態、及
び左円偏光状態を有する第１と第２のビームとして送出
するステップと、該第１と第２のビームを、回転軸に対
して平行な光路に沿って、上記回転基準フレームに装着
された、速い軸を備える第１の四分の一波長板に当て
て、それらのビームを第３と第４のビームに変換するス
テップと、該第３と第４のビームを、回転基準フレーム
に装着されて、偏光ビーム分割器と、基準光路反射器
と、物品に結合された測定光路反射器とからなる、偏光
軸を備える干渉計へと送るステップと、上記第１の四分
の一波長板の速い軸を、上記ビーム分割器の偏光軸に対
して４５度の角度で配向するステップと、上記第３と第
４のビームを上記ビーム分割器に送って、上記第３のビ
ームが上記基準光路反射器に送られ、且つ上記第４のビ
ームが上記測定光路反射器に送られるように、それらの
ビームを分割するステップと、上記第３のビームを受光
して、それを第５のビームとして上記ビーム分割器に戻
すために、上記基準光路反射器を結合するステップと、
上記第４のビームを受光して、それを第６のビームとし
て上記ビーム分割器に戻すために、上記測定光路反射器
を結合するステップと、上記第５と第６のビームを受光
すべく上記ビーム分割器を動作させて、それらのビーム
を上記第１の四分の一波長板に向けて送るステップと、
上記第１の四分の一波長板に上記第５と第６のビームを
通して、それらのビームを第７と第８のビームに変換す
るステップと、上記第７と第８のビームを、回転軸に平
行な光路に沿って、上記回転基準フレームから出て上記
固定基準フレームへと送り込むステップと、上記第７と
第８のビームを受光するために、またそれらのビーム
を、互いに対して直線偏光状態、及び直交偏光状態を有
する第９と第１０のビームに変換するために、上記固定
基準フレームに第２の四分の一波長板を配設するステッ
プと、ｆ１周波数とｆ２周波数間の差の測定値を表す情
報と、位置変化及び回転角に比例した情報とを含む測定
信号を発生するために、受光器を上記第９と第１０のビ
ームの偏光と位置合わせして、それらビームに応答する
ステップと、上記測定信号と、ｆ１周波数とｆ２周波数
間の差の測定値を表す基準信号と、回転角の測定値を表
す第２の信号とに応答すべく、信号プロセッサを動作さ
せて、位置変化を表す変位信号を発生するステップと、
を含む方法。

【０１０４】70．前記２つのビームをレーザ・ビームと
して放出するステップを含むことを特徴とする、前項６
９に記載の方法。

【０１０５】71．光学的な光周波数を有して、前記２つ
のビームを放出するステップを含むことを特徴とする、
前項７０に記載の方法。

【０１０６】72．前記第１と第２のビームを、前記第７
と第８のビームと同軸で送出するステップと、前記受光
器に送出するために、前記第９と第１０のビームの一部
を分割するステップを更に含むことを特徴とする、前項
６９に記載の方法。

【０１０７】73．前記光源に戻される、前記第９と第１
０のビームの一部を分離するステップを更に含むことを
特徴とする、前項７２に記載の方法。

【０１０８】74．前記第１の四分の一波長板を、前記干
渉計に固定するステップを含むことを特徴とする、前項
６９に記載の方法。

【０１０９】75．前記第２の信号を発生するために、回
転エンコーダを前記回転基準フレームに結合するステッ
プを含むことを特徴とする、前項７４に記載の方法。

【０１１０】76．前記光源から前記２つのビームを受光
すべく第２の受光器を結合するステップと、前記基準信
号を発生するステップとを含むことを特徴とする、前項
７５に記載の方法。

【０１１１】77．前記２つのビームをレーザ・ビームと
して放出するステップを含むことを特徴とする、前項７
６に記載の方法。

【０１１２】78．光学的な光周波数を有して、前記２つ
のビームを放出するステップを含むことを特徴とする、
前項７７に記載の方法。

【０１１３】79．前記第１と第２のビームを、前記第７
と第８のビームと同軸で送出するステップと、前記受光
器に送出するために、前記第９と第１０のビームの一部
を分割するステップを更に含むことを特徴とする、前項
７６に記載の方法。

【０１１４】80．前記光源に戻される、前記第９と第１
０のビームの一部を分離するステップを含むことを特徴
とする、前項７７に記載の方法。

【０１１５】81．前記光源から前記２つのビームを受光
すべく第２の受光器を結合するステップと、前記基準信
号を発生するステップとを含むことを特徴とする、前項
６９に記載の方法。

【０１１６】82．前記第２の信号を発生するために、回
転エンコーダを前記回転基準フレームに結合するステッ
プを含むことを特徴とする、前項６９に記載の方法。

【０１１７】83．前記光源から前記２つのビームを受光
すべく第２の受光器を結合するステップと、前記基準信
号を発生するステップとを含むことを特徴とする、前項
８２に記載の方法。

【０１１８】84．前記光源から前記２つのビームを、互
いに対して右円偏光状態、及び左円偏光状態を有するビ
ームとして放出するステップを含むことを特徴とする、
前項６９に記載の方法。

【０１１９】85．回転基準フレームが、固定基準フレー
ムに対して回転軸のまわりを回転し、ある時間期間にわ
たって回転角を累積するような、干渉計による変位測定
装置を用いて、回転基準フレームに配設された物品の位
置変化を測定する方法において、上記固定基準フレーム
に装着された光源から、それぞれ、周波数ｆ１及びｆ２
を有し、互いに対して直線偏光状態及び直交偏光状態を
有する、電磁放射線の２つのビームを放出するステップ
と、該２つのビームを、各組のビームがそれぞれ、上記
周波数ｆ１及びｆ２を有し、直線偏光状態及び直交偏光
状態を有する、各組２つのビームからなる２組へと分割
するステップと、上記２つのビームの第１の組を、上記
固定基準フレームに装着された第１の四分の一波長板に
通して、それらのビームを、互いに対して右円偏光状
態、及び左円偏光状態を有する第１と第２のビームに変
換するステップと、該第１と第２のビームを、回転軸に
対して平行な光路に沿って、上記回転基準フレームに装
着された、速い軸を備える第２の四分の一波長板に当て
て、それらのビームを第３と第４のビームに変換するス
テップと、該第３と第４のビームを、上記回転基準フレ
ームに装着されて、偏光ビーム分割器と、基準光路反射
器と、物品に結合された測定光路反射器とからなる、偏
光軸を備える干渉計へと送るステップと、上記第１の四
分の一波長板の速い軸を、上記ビーム分割器の偏光軸に
対して４５度の角度で配向するステップと、上記ビーム
分割器に上記第３と第４のビームを送出して、上記第３
のビームが上記基準光路反射器に送られ、且つ上記第４
のビームが上記測定光路反射器に送られるように、それ
らのビームを分割するステップと、上記第３のビームを
受光して、それを第５のビームとして上記ビーム分割器
に戻すために、上記基準光路反射器を結合するステップ
と、上記第４のビームを受光して、それを第６のビーム
として上記ビーム分割器に戻すために、上記測定光路反
射器を結合するステップと、上記第５と第６のビームを
受光すべく上記ビーム分割器を動作させて、それらのビ
ームを、上記第１の四分の一波長板に向けて送るステッ
プと、上記第５と第６のビームを上記第２の四分の一波
長板に通して、それらのビームを、第７と第８のビーム
に変換するステップと、該第７と第８のビームを、回転
軸に平行な光路に沿って、上記回転基準フレームから出
て上記固定基準フレームへと送り込むステップと、上記
第７と第８のビームを、上記固定基準フレームに配設さ
れた第３の四分の一波長板に送り、それらのビームを、
互いに対して直線偏光状態、及び直交偏光状態を有する
第９と第１０のビームに変換するステップと、ｆ１周波
数とｆ２周波数間の差の測定値を表す情報と、位置変化
及び回転角に比例した情報とを含む測定信号を発生する
ために、受光器を上記第９と第１０のビームの偏光状態
と位置合わせして、それらのビームに応答するステップ
と、上記２つのビームの第２の組を、上記固定基準フレ
ームに装着された第４の四分の一波長板に通して、それ
らのビームを、互いに対して右円偏光状態、及び左円偏
光状態を有する第１１と第１２のビームに変換するステ
ップと、該第１１と第１２のビームを、回転軸に沿っ
て、上記回転基準フレームに装着された第４の四分の一
波長板に送り、それらのビームを、第１３と第１４のビ
ームに変換するステップと、該第１３と第１４のビーム
を、上記干渉計の一部を介して、上記基準光路反射器に
送出するステップと、上記第１３と第１４のビームを上
記基準光路反射器で反射させて、それらのビームを、第
１５と第１６のビームとして戻すステップと、該第１５
と第１６のビームを、上記干渉計及び第３の四分の一波
長板に通して、それらのビームを、第１７と第１８のビ
ームに変換するステップと、該第１７と第１８のビーム
を、回転軸に平行な光路に沿って、上記回転基準フレー
ムから出て上記固定基準フレームへと送り込むステップ
と、上記第１７と第１８のビームを、上記固定基準フレ
ームに装着された第４の四分の一波長板に通して、それ
らのビームを、互いに対して直線偏光状態、及び直交偏
光状態を有する第１９と第２０のビームに変換するステ
ップと、ｆ１周波数とｆ２周波数間の差、及び回転角の
測定値を表す情報を含む第２の受光器信号を発生するた
めに、第２の受光器を、上記第１９と第２０のビームの
偏光状態と位置合わせして、それらのビームに応答する
ステップと、上記測定信号、及び上記第２の受光器信号
を信号プロセッサに加えて、位置変化を表す変位信号を
発生するステップと、を含む方法。

【０１２０】86．前記２つのビームをレーザ・ビームと
して放出するステップを含むことを特徴とする、前項８
５に記載の方法。

【０１２１】87．光学的な光周波数を有して、前記２つ
のビームを放出するステップを含むことを特徴とする、
前項８６に記載の方法。

【０１２２】88．前記第１と第２のビームを、前記第７
と第８のビームと同軸で送出するステップと、前記受光
器に送出するために、前記第９と第１０のビームの一部
を分割するステップを更に含むことを特徴とする、前項
８５に記載の方法。

【０１２３】89．前記光源に戻される、前記第９と第１
０のビームの一部を分離するステップを含むことを特徴
とする、前項８８に記載の方法。

【０１２４】90．前記第９と第１０のビームの一部が、
前記光源に戻されるのを分離するステップを含むことを
特徴とする、前項８８に記載の方法。

【０１２５】91．前記第２と第４の四分の一波長板を、
１つのユニット式波長板として組み合わせるステップを
含むことを特徴とする、前項８５に記載の方法。

【０１２６】92．前記第１と第３の四分の一波長板を、
１つのユニット式波長板として組み合わせるステップを
含むことを特徴とする、前項９１に記載の方法。

【０１２７】93．前記第２の四分の一波長板を、前記干
渉計に固定するステップを更に含むことを特徴とする、
前項８５に記載の方法。

【０１２８】94．前記２つのビームをレーザ・ビームと
して放出するステップを含むことを特徴とする、前項９
３に記載の方法。

【０１２９】95．光学的な光周波数を有して、前記２つ
のビームを放出するステップを含むことを特徴とする、
前項９４に記載の方法。

【０１３０】96．前記第１と第２のビームを、前記第７
と第８のビームと同軸で送出するステップと、前記受光
器に送出するために、前記第９と第１０のビームの一部
を分割するステップを含むことを特徴とする、前項９５
に記載の方法。

【０１３１】97．前記光源に戻される、前記第９と第１
０のビームの一部を分離するステップを含むことを特徴
とする、前項９６に記載の方法。

【０１３２】98．前記第２の四分の一波長板を、前記干
渉計に固定するステップを含むことを特徴とする、前項
８５に記載の方法。

【０１３３】

【発明の効果】本発明は上述のように構成したので、半
径方向に移動可能な切削工具を含むスピンドルが回転軸
２８のまわりを回転する、ＣＮＣ機械の用途における利
用に適応可能となる。また、測定反射器３６を切削工具
を保持するスライダに固定して、回転軸２８がスピンド
ルの回転軸と一致するように配置することによって、測
定反射器３６の変位測定によって、スピンドルの回転軸
に対して垂直な半径方向軸に沿った、工具の移動を直接
測定することが可能になる。更に、回転基準フレーム２
６に入りそこから戻されるビームが、平行光路に沿って
進行する代わりに、光路と同軸をなすように構成するこ
とにより、干渉計を小型にすることができ、従って本発
明は、スペースが極めて制限された用途に有効となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な実施例の概略図である。

【図２】本発明の代替実施例の部分図であり、そこで四
分の一波長板が、干渉計とは別個の回転基準フレームに
装着されている。

【図３】本発明の他の好適な実施例を示す図であり、そ
こで四分の一波長板の回転に起因した周波数シフトが、
光ビームの利用によって補正される。

【図４】本発明の他の代替実施例の部分図であり、そこ
で四分の一波長板が、干渉計とは別個の回転基準フレー
ムに装着されている。

【図５】光ビームが同軸をなす、本発明の他の代替実施
例を示す図である。

【図６】本発明の更に他の実施例の部分図であり、そこ
で四分の一波長板が、干渉計とは別個の回転基準フレー
ムに装着されている。

【図７】本発明の他の実施例を示す図であり、そこで四
分の一波長板の回転に起因した周波数シフトが、光ビー
ムの利用によって補正される。

【図８】本発明の他の実施例を示す図であり、そこでレ
ーザ・ヘッドが、互いに対して右円偏光状態、及び左円
偏光状態を有する対をなすビームを発生する。

【図９】本発明の更に他の実施例を示す図であり、そこ
でレーザ・ヘッドが、右円偏光状態、及び左円偏光状態
を有する対をなすビームを発生して、四分の一波長板の
回転に起因した周波数シフトが、光ビームの利用によっ
て補正される。

【符号の説明】

１０ 干渉計による変位測定装置 １２ レーザ・ヘッド（光源） １８ 固定基準フレームに装着される四分の一波長板 ２４ 回転基準フレームに装着される四分の一波長板 ２６ 回転基準フレーム ２８ 回転軸 ３４ 偏光ビーム分割器 ３５ 光学軸（半径方向軸） ３６ 測定光路反射器 ３８ 基準光路反射器 ４８ 受光器 ４９ ビーム屈曲器 ５０ 測定信号 ５２ 基準信号 ５４ 補償器（信号プロセッサ） ５８ エンコーダ ６０ エンコーダ信号（回転角の測定値を表す第２の
信号） ６２ 変位信号 ７０ 干渉計 Ｄ 位置変化

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転基準フレームが、固定基準フレーム
   に対して回転軸のまわりを回転し、ある時間期間にわた
   って回転角を累積するような、回転基準フレームに配置
   される物品の位置変化を測定するための干渉計による変
   位測定装置において、 それぞれ周波数ｆ１、及びｆ２を有する電磁放射線の２
   つのビームを放出するために、上記固定基準フレームに
   装着された光源と、 互いに対して右円偏光状態、及び左円偏光状態を有する
   第１、及び第２のビームとして、２つのビームを送り出
   すための手段と、 回転軸に平行な光路から上記第１、及び第２のビームを
   受光するために、またそれらビームを第３、及び第４の
   ビームに変換するために、回転基準フレームに装着され
   た第１の四分の一波長板と、 偏光ビーム分割器と、基準光路反射器と、上記物品に結
   合された可動な測定光路反射器を含み、回転基準フレー
   ムに装着される干渉計であって、上記第１の四分の一波
   長板は、上記ビーム分割器の偏光軸に対して４５度の角
   度で位置合わせされる速い軸を有し、上記偏光ビーム分
   割器は、上記干渉計の基準光路に沿って第３のビームを
   指向し、また上記干渉計の測定光路に沿って第４のビー
   ムを指向するよう動作し、 上記基準光路反射器は、第３のビームを受光して、それ
   を上記ビーム分割器に向けて第５のビームとして戻し、 上記測定光路反射器は、第４のビームを受光して、それ
   を上記ビーム分割器に向けて第６のビームとして戻し、 上記ビーム分割器は、上記第５と第６のビームを受光し
   て、それらを上記第１の四分の一波長板に向けて送るよ
   う動作し、上記第１の四分の一波長板は、当てられた第
   ５と第６のビームを、それぞれ、第７と第８のビームに
   変換するよう動作し、 該第７と第８のビームは、上記回転基準フレームを出
   て、上記回転軸と平行な光路に沿って固定基準フレーム
   に送り込まれる、干渉計と、 上記第７と第８のビームを受光するために、またそれら
   のビームを、それぞれ、互いに対して直線偏光状態、及
   び直交偏光状態を有する第９と第１０のビームに変換す
   るために、固定基準フレームに装着された第２の四分の
   一波長板と、 上記ｆ１周波数とｆ２周波数間の差の測定値を表す情報
   と、位置変化及び回転角に比例した情報とを含む測定信
   号を発生するために、上記第９と第１０のビームの偏光
   状態と位置合わせされ、また上記第９と第１０のビーム
   に応答するように結合された受光器と、 上記測定信号と、上記ｆ１周波数とｆ２周波数間の差の
   測定値を表す基準信号と、回転角の測定値を表す第２の
   信号とに応答するように結合されて、位置変化を表す変
   位信号を生成すべく動作する信号プロセッサと、からな
   る装置。