JP2003279309A - レーザ測長器及びレーザ測長方法 - Google Patents
レーザ測長器及びレーザ測長方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 不正な戻り光を除去できる光学構成の簡単な
レーザ測長器を提供する。 【解決手段】 レーザ測長器は、周波数の異なる少なく
とも２つの可干渉性の光ビ−ムを同軸の光軸にて生成す
るレーザ光源と、測定軸上にて動く物体に含まれ測定軸
上に配置された反射面を含みかつ入射光線の逆方向かつ
離間して平行に当該入射光線を戻す平行反射部と、レー
ザ光源及び平行反射部の間に位置し測定軸上に配置され
た干渉計と、を含む。光ビ−ムの光軸は、測定軸から平
行に偏倚しかつ、光ビ−ムの一部が干渉計を通過して平
行反射部へ導かれる。干渉計は、平行反射部で戻される
光ビ−ムの一部の光路を保持する平面反射鏡を有する。
レーザ測長器を提供する。 【解決手段】 レーザ測長器は、周波数の異なる少なく
とも２つの可干渉性の光ビ−ムを同軸の光軸にて生成す
るレーザ光源と、測定軸上にて動く物体に含まれ測定軸
上に配置された反射面を含みかつ入射光線の逆方向かつ
離間して平行に当該入射光線を戻す平行反射部と、レー
ザ光源及び平行反射部の間に位置し測定軸上に配置され
た干渉計と、を含む。光ビ−ムの光軸は、測定軸から平
行に偏倚しかつ、光ビ−ムの一部が干渉計を通過して平
行反射部へ導かれる。干渉計は、平行反射部で戻される
光ビ−ムの一部の光路を保持する平面反射鏡を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、測定すべき対象物
を測長するレーザ測長器及びその測長方法に関する。
を測長するレーザ測長器及びその測長方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザ光源から少なくとも２つの可干渉
性の光ビ−ムに分割して、それぞれ異なる光路を通過さ
せてから再結合後、干渉させる干渉計は、測長技術に応
用されている。光波の干渉を利用した長さの測定には、
測定すべき対象物の両端における干渉縞を観測して測長
する合致法と、移動可能な測定反射鏡を用いて干渉計を
構成し、測定すべき長さの始点から終点まで測定反射鏡
を動かしてその間に生ずる干渉縞の明暗を計数する計数
法とがある。計数法の１つにレーザ光源を用いるレーザ
測長器があり、これは精密な長さ測定に広く用いられて
いる。
性の光ビ−ムに分割して、それぞれ異なる光路を通過さ
せてから再結合後、干渉させる干渉計は、測長技術に応
用されている。光波の干渉を利用した長さの測定には、
測定すべき対象物の両端における干渉縞を観測して測長
する合致法と、移動可能な測定反射鏡を用いて干渉計を
構成し、測定すべき長さの始点から終点まで測定反射鏡
を動かしてその間に生ずる干渉縞の明暗を計数する計数
法とがある。計数法の１つにレーザ光源を用いるレーザ
測長器があり、これは精密な長さ測定に広く用いられて
いる。
【０００３】図１は最も基本的な２波長式移動干渉計の
レーザ測長器（リニア干渉計）の構成を表す概略模式図
を示す。レーザ光源１のＨｅ−Ｎｅレーザは、放電部に
磁場をかけてゼーマン効果によって周波数が僅かに異な
る２周波数ｆ１，ｆ２の成分の光を送出する。ｆ１，ｆ
２の光ビームは光源から出力されて干渉計に入る。この
光ビーム成分は互いに直交する偏光面を有し、互いに回
転方向が逆の２つの円偏光である。光ビームの２周波数
成分ｆ１，ｆ２はいずれも安定化されている。この光ビ
ーム成分は、レーザ光源１内部の光検出器で光電変換さ
れ、そのｆ１−ｆ２のビート信号が電気的基準信号とし
て測長回路１１へ出力されている。
レーザ測長器（リニア干渉計）の構成を表す概略模式図
を示す。レーザ光源１のＨｅ−Ｎｅレーザは、放電部に
磁場をかけてゼーマン効果によって周波数が僅かに異な
る２周波数ｆ１，ｆ２の成分の光を送出する。ｆ１，ｆ
２の光ビームは光源から出力されて干渉計に入る。この
光ビーム成分は互いに直交する偏光面を有し、互いに回
転方向が逆の２つの円偏光である。光ビームの２周波数
成分ｆ１，ｆ２はいずれも安定化されている。この光ビ
ーム成分は、レーザ光源１内部の光検出器で光電変換さ
れ、そのｆ１−ｆ２のビート信号が電気的基準信号とし
て測長回路１１へ出力されている。
【０００４】レーザ光源１を出射した光ビームｆ１，ｆ
２は干渉計ＩＭを構成する偏光ビームスプリッタ３で周
波数成分毎に２つに分離される。一方の光ｆ１は移動す
る対象物に取り付けた例えばコーナーキューブなどの被
測定反射面６へ射出されそこで反射され測定光となる。
他方の光ｆ２は固定のコーナーキューブなど基準反射鏡
８で反射されて参照光となる。測定光及び参照光は再び
偏光ビームスプリッタ３で合成され、干渉する。偏光ビ
ームスプリッタ３と被測定反射面６との間に相対的な移
動があると、ドップラ効果によって測定光ｆ１の周波数
が△ｆだけ変化し、すなわちドップラ成分が加わり、ｆ
１±Δｆとなる。
２は干渉計ＩＭを構成する偏光ビームスプリッタ３で周
波数成分毎に２つに分離される。一方の光ｆ１は移動す
る対象物に取り付けた例えばコーナーキューブなどの被
測定反射面６へ射出されそこで反射され測定光となる。
他方の光ｆ２は固定のコーナーキューブなど基準反射鏡
８で反射されて参照光となる。測定光及び参照光は再び
偏光ビームスプリッタ３で合成され、干渉する。偏光ビ
ームスプリッタ３と被測定反射面６との間に相対的な移
動があると、ドップラ効果によって測定光ｆ１の周波数
が△ｆだけ変化し、すなわちドップラ成分が加わり、ｆ
１±Δｆとなる。
【０００５】偏光ビームスプリッタ３で互いに干渉した
光は光検出器１０で光電変換されて、偏倚したビート信
号の測長信号ｆ１−ｆ２±Δｆがヘテロダイン検波によ
り光周波数の差として得られる。測長回路１１では、こ
の測長信号ｆ１−ｆ２±Δｆとレーザ光源の基準信号ｆ
１−ｆ２との差分である±Δｆのみが求められ、位置情
報に変換される。すなわち、測長回路１１の周波数カウ
ンタにより測長信号と基準信号の計数差を求め、この差
に光ビームの波長の１／２を乗じた値がビームスプリッ
タに対する被測定反射面６の移動距離となる。
光は光検出器１０で光電変換されて、偏倚したビート信
号の測長信号ｆ１−ｆ２±Δｆがヘテロダイン検波によ
り光周波数の差として得られる。測長回路１１では、こ
の測長信号ｆ１−ｆ２±Δｆとレーザ光源の基準信号ｆ
１−ｆ２との差分である±Δｆのみが求められ、位置情
報に変換される。すなわち、測長回路１１の周波数カウ
ンタにより測長信号と基準信号の計数差を求め、この差
に光ビームの波長の１／２を乗じた値がビームスプリッ
タに対する被測定反射面６の移動距離となる。
【０００６】また、スペースの制限により小さな反射面
を測定する場合や反射面が円筒面、球面な場合に、シン
グルビーム干渉計を使用することがある。シングルビー
ム干渉計を用いたレーザ測長器の高分解能化する技術
に、測長光を偏光ビームスプリッタ３及び被測定反射面
６の間の光路において２回通過させてドップラ成分を増
やし、分解能を上げるシングルビーム２パス干渉計があ
る。
を測定する場合や反射面が円筒面、球面な場合に、シン
グルビーム干渉計を使用することがある。シングルビー
ム干渉計を用いたレーザ測長器の高分解能化する技術
に、測長光を偏光ビームスプリッタ３及び被測定反射面
６の間の光路において２回通過させてドップラ成分を増
やし、分解能を上げるシングルビーム２パス干渉計があ
る。
【０００７】図２に、光学系の干渉光路を２パス化して
高分解能化を図ったシングルビーム２パス干渉計の構成
を示す。図１及び図２において、レーザ光源１は、それ
ぞれが直交する偏光面を有し周波数が僅かに異なる２つ
の光ビームｆｌ、ｆ２を生成し、それらビームは光源か
らの光軸において同軸に伝播して戻るが、両図において
説明のために光ビームはそれぞれ平行に離れて記載され
ている。シングルビーム２パス干渉計は、偏光ビームス
プリッタ３と、偏光ビームスプリッタ３及び光軸を挟ん
で対向するコーナキューブ８、９と、偏光ビームスプリ
ッタ射出側の光軸上に配置された１／４波長板４と、偏
光ビームスプリッタ３及びコーナキューブ８間に配置さ
れた１／４波長板７とを備えている。
高分解能化を図ったシングルビーム２パス干渉計の構成
を示す。図１及び図２において、レーザ光源１は、それ
ぞれが直交する偏光面を有し周波数が僅かに異なる２つ
の光ビームｆｌ、ｆ２を生成し、それらビームは光源か
らの光軸において同軸に伝播して戻るが、両図において
説明のために光ビームはそれぞれ平行に離れて記載され
ている。シングルビーム２パス干渉計は、偏光ビームス
プリッタ３と、偏光ビームスプリッタ３及び光軸を挟ん
で対向するコーナキューブ８、９と、偏光ビームスプリ
ッタ射出側の光軸上に配置された１／４波長板４と、偏
光ビームスプリッタ３及びコーナキューブ８間に配置さ
れた１／４波長板７とを備えている。
【０００８】図２に示すように、２つの光ビームｆｌ、
ｆ２を生成するレーザ光源１から出た２つの光は無偏光
ビームスプリッタ２を通過して偏光ビームスプリッタ３
に入射し分離される。偏光ビームスプリッタ３を透過し
たｆ１の光は測定対象物に取り付けた被測定反射面６で
反射して、ここで、偏光ビームスプリッタ３と被測定反
射面６との間に相対的な移動があると、ドップラ成分が
加わりｆ１±Δｆとなり、再び偏光ビームスプリッタ３
に戻る。ｆ１±Δｆの光は１／４波長板４を２回通過し
て偏光面が９０度回転しているために、今度は偏光ビー
ムスプリッタ３で反射されてコーナキューブ９の方向に
進む。コーナキューブ９で折り返されたｆ１±Δｆの光
は偏光ビームスプリッタ３で反射して再び１／４波長板
４を通過し、被測定反射面６で反射されｆ１±２△ｆと
なり、再び１／４波長板４を通過して偏光ビームスプリ
ッタ３に戻る。
ｆ２を生成するレーザ光源１から出た２つの光は無偏光
ビームスプリッタ２を通過して偏光ビームスプリッタ３
に入射し分離される。偏光ビームスプリッタ３を透過し
たｆ１の光は測定対象物に取り付けた被測定反射面６で
反射して、ここで、偏光ビームスプリッタ３と被測定反
射面６との間に相対的な移動があると、ドップラ成分が
加わりｆ１±Δｆとなり、再び偏光ビームスプリッタ３
に戻る。ｆ１±Δｆの光は１／４波長板４を２回通過し
て偏光面が９０度回転しているために、今度は偏光ビー
ムスプリッタ３で反射されてコーナキューブ９の方向に
進む。コーナキューブ９で折り返されたｆ１±Δｆの光
は偏光ビームスプリッタ３で反射して再び１／４波長板
４を通過し、被測定反射面６で反射されｆ１±２△ｆと
なり、再び１／４波長板４を通過して偏光ビームスプリ
ッタ３に戻る。
【０００９】一方、ｆ２の光はの参照光として偏光ビー
ムスプリッタ３、１／４波長板７、コーナキューブ８、
１／４波長板７、偏光ビームスプリッタ３、コーナキュ
ーブ９、偏光ビームスプリッタ３、１／４波長板７、コ
ーナキューブ８、１／４波長板７、偏光ビームスプリッ
タ３の経路をたどる。ここで、コーナキューブ８は基準
反射鏡であり、偏光ビームスプリッタ３に固定されてい
る。それぞれ偏光ビームスプリッタ３に戻った測定光及
び参照光は再び合成され、無偏光ビームスプリッタ２の
方向へ進み、その半分が反射して曲げられ光検出器１０
に入る。干渉して合成された光は光検出器１０でヘテロ
ダイン検波により電気信号に変換され測長信号ｆ１−ｆ
２±２△ｆとなる。測長回路１１では、測長信号ｆ１−
ｆ２±２△ｆとレーザ光源の基準信号ｆｌ−ｆ２との差
分である±２△ｆのみが求められ、位置情報に変換され
る。
ムスプリッタ３、１／４波長板７、コーナキューブ８、
１／４波長板７、偏光ビームスプリッタ３、コーナキュ
ーブ９、偏光ビームスプリッタ３、１／４波長板７、コ
ーナキューブ８、１／４波長板７、偏光ビームスプリッ
タ３の経路をたどる。ここで、コーナキューブ８は基準
反射鏡であり、偏光ビームスプリッタ３に固定されてい
る。それぞれ偏光ビームスプリッタ３に戻った測定光及
び参照光は再び合成され、無偏光ビームスプリッタ２の
方向へ進み、その半分が反射して曲げられ光検出器１０
に入る。干渉して合成された光は光検出器１０でヘテロ
ダイン検波により電気信号に変換され測長信号ｆ１−ｆ
２±２△ｆとなる。測長回路１１では、測長信号ｆ１−
ｆ２±２△ｆとレーザ光源の基準信号ｆｌ−ｆ２との差
分である±２△ｆのみが求められ、位置情報に変換され
る。
【００１０】このように、シングルビーム２パス干渉計
では、測定光が干渉計と測定反射鏡間を２往復すること
になり、ドップラ成分は±２Δｆとなるため、分解能は
通常のシングルビーム干渉計の２倍となる。
では、測定光が干渉計と測定反射鏡間を２往復すること
になり、ドップラ成分は±２Δｆとなるため、分解能は
通常のシングルビーム干渉計の２倍となる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】シングルビーム２パス
干渉計を用いたレーザ測長器を使用する上で、例えば図
３に示すように装置の構成上、干渉光路上（偏光ビーム
スプリッタ３と被測定反射面６の間）にビームベンダ１
２などの偏光に乱れを生じさせる部品を配置する必要が
ある場合、または、反射面自体が偏光に乱れを生じさせ
る場合がある。このような場合、偏光ビームスプリッタ
３と１／４波長板４による反射光のアイソレートが不完
全となり、正規の戻り光（２パス反射光）のほかに不正
な戻り光（１パス反射光や３パス反射光）も光検出器１
０に到達する現象が起こる。すなわち、レーザ光源１、
無偏光ビームスプリッタ２、偏光ビームスプリッタ３、
１／４波長板４、ビームベンダ１２、被測定反射面６、
ビームベンダ１２、１／４波長板４、偏光ビームスプリ
ッタ３の経路を経てコーナキューブ９方向へ反射すべき
光の一部が無偏光ビームスプリッタ２方向へ透過し、こ
れが不正な戻り光ｆ１±△ｆとなって光検出器１０に到
達する。また、同様に、正常な経路すなわちレーザ光源
１、無偏光ビームスプリッタ２、偏光ビームスプリッタ
３、１／４波長板４、ビームベンダ１２、被測定反射面
６、ビームベンダ１２、１／４波長板４、偏光ビームス
プリッタ３、コーナキューブ９、偏光ビームスプリッタ
３、１／４波長板４、ビームベンダ１２、被測定反射面
６、ビームベンダ１２、１／４波長板４、偏光ビームス
プリッタ３の経路をたどり無偏光ビームスプリッタ２方
向へ透過すべき２パス反射光ｆｌ±２△ｆの一部は、コ
ーナキューブ９方向へ反射して再びコーナキューブ９、
偏光ビームスプリッタ３、１／４波長板４、ビームベン
ダ１２、被測定反射面６、ビームベンダ１２、１／４波
長板４、偏光ビームスプリッタ３、無偏光ビームスプリ
ッタ２、の経路をたどる３パス反射光ｆｌ±３△ｆとな
って、光検出器１０に到達する。これらの不正な戻り光
ｆ１±△ｆ、ｆｌ±３△ｆが光検出器１０に入射する
と、測定誤差要因となるばかりではなく、正規の戻り光
ｆ１±２△ｆと干渉を起こすために測定自体ができなく
なる場合もある。
干渉計を用いたレーザ測長器を使用する上で、例えば図
３に示すように装置の構成上、干渉光路上（偏光ビーム
スプリッタ３と被測定反射面６の間）にビームベンダ１
２などの偏光に乱れを生じさせる部品を配置する必要が
ある場合、または、反射面自体が偏光に乱れを生じさせ
る場合がある。このような場合、偏光ビームスプリッタ
３と１／４波長板４による反射光のアイソレートが不完
全となり、正規の戻り光（２パス反射光）のほかに不正
な戻り光（１パス反射光や３パス反射光）も光検出器１
０に到達する現象が起こる。すなわち、レーザ光源１、
無偏光ビームスプリッタ２、偏光ビームスプリッタ３、
１／４波長板４、ビームベンダ１２、被測定反射面６、
ビームベンダ１２、１／４波長板４、偏光ビームスプリ
ッタ３の経路を経てコーナキューブ９方向へ反射すべき
光の一部が無偏光ビームスプリッタ２方向へ透過し、こ
れが不正な戻り光ｆ１±△ｆとなって光検出器１０に到
達する。また、同様に、正常な経路すなわちレーザ光源
１、無偏光ビームスプリッタ２、偏光ビームスプリッタ
３、１／４波長板４、ビームベンダ１２、被測定反射面
６、ビームベンダ１２、１／４波長板４、偏光ビームス
プリッタ３、コーナキューブ９、偏光ビームスプリッタ
３、１／４波長板４、ビームベンダ１２、被測定反射面
６、ビームベンダ１２、１／４波長板４、偏光ビームス
プリッタ３の経路をたどり無偏光ビームスプリッタ２方
向へ透過すべき２パス反射光ｆｌ±２△ｆの一部は、コ
ーナキューブ９方向へ反射して再びコーナキューブ９、
偏光ビームスプリッタ３、１／４波長板４、ビームベン
ダ１２、被測定反射面６、ビームベンダ１２、１／４波
長板４、偏光ビームスプリッタ３、無偏光ビームスプリ
ッタ２、の経路をたどる３パス反射光ｆｌ±３△ｆとな
って、光検出器１０に到達する。これらの不正な戻り光
ｆ１±△ｆ、ｆｌ±３△ｆが光検出器１０に入射する
と、測定誤差要因となるばかりではなく、正規の戻り光
ｆ１±２△ｆと干渉を起こすために測定自体ができなく
なる場合もある。
【００１２】本発明は、以上の事情に鑑みてなされたも
のであり、不正な戻り光を除去できる光学構成の簡単な
レーザ測長器及びレーザ測長方法を提供することを目的
とする。
のであり、不正な戻り光を除去できる光学構成の簡単な
レーザ測長器及びレーザ測長方法を提供することを目的
とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明のレーザ測長器
は、周波数の異なる少なくとも２つの可干渉性の光ビ−
ムを同軸の光軸にて生成するレーザ光源と、測定軸上に
て動く物体に含まれ前記測定軸上に配置された反射面を
含みかつ入射光線の逆方向かつ離間して平行に当該入射
光線を戻す平行反射部と、前記レーザ光源及び前記平行
反射部の間に位置し前記測定軸上に配置された干渉計
と、を含むレーザ測長器であって、前記光ビ−ムの光軸
が前記測定軸から平行に偏倚しかつ前記光ビ−ムの一部
が前記干渉計を通過して前記平行反射部へ導かれるこ
と、及び前記干渉計は、前記平行反射部で戻される前記
光ビ−ムの一部の光路を保持する平面反射鏡を有するこ
とを特徴とする。
は、周波数の異なる少なくとも２つの可干渉性の光ビ−
ムを同軸の光軸にて生成するレーザ光源と、測定軸上に
て動く物体に含まれ前記測定軸上に配置された反射面を
含みかつ入射光線の逆方向かつ離間して平行に当該入射
光線を戻す平行反射部と、前記レーザ光源及び前記平行
反射部の間に位置し前記測定軸上に配置された干渉計
と、を含むレーザ測長器であって、前記光ビ−ムの光軸
が前記測定軸から平行に偏倚しかつ前記光ビ−ムの一部
が前記干渉計を通過して前記平行反射部へ導かれるこ
と、及び前記干渉計は、前記平行反射部で戻される前記
光ビ−ムの一部の光路を保持する平面反射鏡を有するこ
とを特徴とする。
【００１４】本発明のレーザ測長器においては、前記干
渉計は、前記測定軸上に配置された偏光ビームスプリッ
タと、前記偏光ビームスプリッタ及び前記測定軸を挟ん
で対向する１対の反射手段と、前記偏光ビームスプリッ
タの射出側に配置された１／４波長板と、前記偏光ビー
ムスプリッタ及び前記反射手段の一方の間に配置された
１／４波長板と、を備え、前記反射手段の他方が前記平
面反射鏡であり、前記反射手段の一方は固定されたコー
ナキューブ又は第２平面反射鏡であることを特徴とす
る。
渉計は、前記測定軸上に配置された偏光ビームスプリッ
タと、前記偏光ビームスプリッタ及び前記測定軸を挟ん
で対向する１対の反射手段と、前記偏光ビームスプリッ
タの射出側に配置された１／４波長板と、前記偏光ビー
ムスプリッタ及び前記反射手段の一方の間に配置された
１／４波長板と、を備え、前記反射手段の他方が前記平
面反射鏡であり、前記反射手段の一方は固定されたコー
ナキューブ又は第２平面反射鏡であることを特徴とす
る。
【００１５】本発明のレーザ測長器においては、前記平
行反射部は、前記干渉計及び前記物体に含まれた前記反
射面の間に配置されかつ前記測定軸に一致する光軸を有
しかつ前記測定軸に焦点を有する収束レンズを含むこと
を特徴とする。本発明のレーザ測長器においては、前記
干渉計は、前記測定軸上に配置された偏光ビームスプリ
ッタと、前記偏光ビームスプリッタ及び前記測定軸を挟
んで対向する１対の反射手段と、前記偏光ビームスプリ
ッタの射出側に配置された１／４波長板と、前記偏光ビ
ームスプリッタ及び前記反射手段の一方の間に配置され
た１／４波長板と、を備え、前記反射手段の他方が前記
平面反射鏡であること、前記反射手段の一方は、前記物
体の前記平行反射部反対側の前記測定軸上に設けられか
つ前記平行反射部に背向した第２反射面を含み入射光線
の逆方向かつ離間して平行に当該入射光線を戻す第２平
行反射部と、記測定軸において前記光ビ−ムの一部が対
向するように前記第２平行反射部へ入射せしめる対向入
射光学系と、を含むことを特徴とする。
行反射部は、前記干渉計及び前記物体に含まれた前記反
射面の間に配置されかつ前記測定軸に一致する光軸を有
しかつ前記測定軸に焦点を有する収束レンズを含むこと
を特徴とする。本発明のレーザ測長器においては、前記
干渉計は、前記測定軸上に配置された偏光ビームスプリ
ッタと、前記偏光ビームスプリッタ及び前記測定軸を挟
んで対向する１対の反射手段と、前記偏光ビームスプリ
ッタの射出側に配置された１／４波長板と、前記偏光ビ
ームスプリッタ及び前記反射手段の一方の間に配置され
た１／４波長板と、を備え、前記反射手段の他方が前記
平面反射鏡であること、前記反射手段の一方は、前記物
体の前記平行反射部反対側の前記測定軸上に設けられか
つ前記平行反射部に背向した第２反射面を含み入射光線
の逆方向かつ離間して平行に当該入射光線を戻す第２平
行反射部と、記測定軸において前記光ビ−ムの一部が対
向するように前記第２平行反射部へ入射せしめる対向入
射光学系と、を含むことを特徴とする。
【００１６】本発明のレーザ測長器においては、前記第
２平行反射部は、前記対向入射光学系に配置されかつ前
記測定軸に一致する光軸を有しかつ前記測定軸に焦点を
有する第２収束レンズを含むことを特徴とする。本発明
のレーザ測長器においては、前記物体に含まれた前記反
射面は、その頂点が前記測定軸に一致するコーナキュー
ブであることを特徴とする。
２平行反射部は、前記対向入射光学系に配置されかつ前
記測定軸に一致する光軸を有しかつ前記測定軸に焦点を
有する第２収束レンズを含むことを特徴とする。本発明
のレーザ測長器においては、前記物体に含まれた前記反
射面は、その頂点が前記測定軸に一致するコーナキュー
ブであることを特徴とする。
【００１７】本発明のレーザ測長器においては、前記物
体は前記測定軸に直交する主面を有する円板であること
を特徴とする。本発明のレーザ測長方法は、周波数の異
なる少なくとも２つの可干渉性の光ビ−ムを同軸の光軸
にて生成するレーザ光源と、測定軸上にて動く物体に含
まれ前記測定軸上に配置された反射面を含みかつ入射光
線の逆方向かつ離間して平行に当該入射光線を戻す平行
反射部と、前記レーザ光源及び前記平行反射部の間に位
置し前記測定軸上に配置されかつ平面反射鏡を有する干
渉計と、を含むレーザ測長器によって、異なる光路を通
過して再結合した光ビ−ムを光電変換した光周波数に基
づいて、前記光路の一部の光路長を変化させる物体の移
動量を測定するレーザ測長方法であって、前記測定軸か
ら前記光ビ−ムの光軸を平行に偏倚せしめ、前記光ビ−
ムの一部が前記干渉計を通過して前記平行反射部へ導か
れるように、前記レーザ光源を支持する行程、及び前記
平面反射鏡によって、前記平行反射部で戻される前記光
ビ−ムの一部の光路を保持する行程を有することを特徴
とする。
体は前記測定軸に直交する主面を有する円板であること
を特徴とする。本発明のレーザ測長方法は、周波数の異
なる少なくとも２つの可干渉性の光ビ−ムを同軸の光軸
にて生成するレーザ光源と、測定軸上にて動く物体に含
まれ前記測定軸上に配置された反射面を含みかつ入射光
線の逆方向かつ離間して平行に当該入射光線を戻す平行
反射部と、前記レーザ光源及び前記平行反射部の間に位
置し前記測定軸上に配置されかつ平面反射鏡を有する干
渉計と、を含むレーザ測長器によって、異なる光路を通
過して再結合した光ビ−ムを光電変換した光周波数に基
づいて、前記光路の一部の光路長を変化させる物体の移
動量を測定するレーザ測長方法であって、前記測定軸か
ら前記光ビ−ムの光軸を平行に偏倚せしめ、前記光ビ−
ムの一部が前記干渉計を通過して前記平行反射部へ導か
れるように、前記レーザ光源を支持する行程、及び前記
平面反射鏡によって、前記平行反射部で戻される前記光
ビ−ムの一部の光路を保持する行程を有することを特徴
とする。
【００１８】本発明のレーザ測長方法においては、前記
物体の前記平行反射部反対側の前記測定軸上にて前記平
行反射部に背向した第２反射面を設け、記測定軸におい
て前記光ビ−ムの他の一部を、前記反射面とは対向する
ように前記第２反射面へ入射せしめる行程と、前記第２
反射面で反射された光を入射とは逆方向かつ離間して平
行に前記干渉計へ戻す行程と、を含むことを特徴とす
る。
物体の前記平行反射部反対側の前記測定軸上にて前記平
行反射部に背向した第２反射面を設け、記測定軸におい
て前記光ビ−ムの他の一部を、前記反射面とは対向する
ように前記第２反射面へ入射せしめる行程と、前記第２
反射面で反射された光を入射とは逆方向かつ離間して平
行に前記干渉計へ戻す行程と、を含むことを特徴とす
る。
【００１９】本発明のレーザ測長方法においては、前記
平行反射部は、前記干渉計及び前記物体に含まれた前記
反射面の間に配置されかつ前記測定軸に一致する光軸を
有しかつ前記測定軸に焦点を有する収束レンズを含むこ
とを特徴とする。
平行反射部は、前記干渉計及び前記物体に含まれた前記
反射面の間に配置されかつ前記測定軸に一致する光軸を
有しかつ前記測定軸に焦点を有する収束レンズを含むこ
とを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下に、本発明による実施形態の
レーザ測長器を図面を参照しつつ説明する。図４に実施
形態のレーザ測長器を示す。レーザ測長器は、周波数の
異なる少なくとも２つの可干渉性の光ビ−ムを同軸の光
軸にて生成するレーザ光源例えば上記のゼーマンＨｅ−
Ｎｅレーザ１を備えている。レーザ測長器は、光ビ−ム
を、測定軸Ａ上にて動く物体Ｂに含まれ測定軸上に垂直
に配置された平面反射鏡の反射面６に向けて照射する。
レーザ測長器は、レーザ光源１及び反射面６の間に位置
し測定軸Ａ上に配置された２パス干渉計ＩＭを備えてい
る。レーザ測長器は、２パス干渉計ＩＭ及び物体Ｂに含
まれた反射面６の間に配置されかつ測定軸Ａに一致する
光軸を有しかつ測定軸Ａに焦点を有する収束レンズ５を
有している。収束レンズ５は光を被測定反射面６に集光
させることで、往復の光軸を平行にするキャッツアイ構
成にするためのものである。収束レンズ５及び反射面６
が入射光線の逆方向かつ離間して平行に当該入射光線を
戻す平行反射部を構成している。
レーザ測長器を図面を参照しつつ説明する。図４に実施
形態のレーザ測長器を示す。レーザ測長器は、周波数の
異なる少なくとも２つの可干渉性の光ビ−ムを同軸の光
軸にて生成するレーザ光源例えば上記のゼーマンＨｅ−
Ｎｅレーザ１を備えている。レーザ測長器は、光ビ−ム
を、測定軸Ａ上にて動く物体Ｂに含まれ測定軸上に垂直
に配置された平面反射鏡の反射面６に向けて照射する。
レーザ測長器は、レーザ光源１及び反射面６の間に位置
し測定軸Ａ上に配置された２パス干渉計ＩＭを備えてい
る。レーザ測長器は、２パス干渉計ＩＭ及び物体Ｂに含
まれた反射面６の間に配置されかつ測定軸Ａに一致する
光軸を有しかつ測定軸Ａに焦点を有する収束レンズ５を
有している。収束レンズ５は光を被測定反射面６に集光
させることで、往復の光軸を平行にするキャッツアイ構
成にするためのものである。収束レンズ５及び反射面６
が入射光線の逆方向かつ離間して平行に当該入射光線を
戻す平行反射部を構成している。
【００２１】ここで実施形態では、レーザ光源１が、測
定軸Ａから光ビ−ムの光軸を平行に偏倚せしめ、光ビ−
ムの一部が２パス干渉計ＩＭを通過して収束レンズ５及
び反射面６へ導かれるように、支持されている。測定軸
Ａから光ビ−ムの光軸を偏倚せしめ、光ビ−ムの一部が
２パス干渉計を通過して平行反射部へ導かれるようにレ
ーザ光源１を支持する手段１ａを設けることもできる。
定軸Ａから光ビ−ムの光軸を平行に偏倚せしめ、光ビ−
ムの一部が２パス干渉計ＩＭを通過して収束レンズ５及
び反射面６へ導かれるように、支持されている。測定軸
Ａから光ビ−ムの光軸を偏倚せしめ、光ビ−ムの一部が
２パス干渉計を通過して平行反射部へ導かれるようにレ
ーザ光源１を支持する手段１ａを設けることもできる。
【００２２】２パス干渉計ＩＭは、測定軸Ａ上に配置さ
れた偏光ビームスプリッタ３と、偏光ビームスプリッタ
及び測定軸を挟んで対向する１対の固定コーナキューブ
８及び平面反射鏡１３と、を有する。２パス干渉計ＩＭ
は、さらに、偏光ビームスプリッタ３の射出側に配置さ
れた１／４波長板４と、偏光ビームスプリッタ３及び固
定コーナキューブ８の間に配置された１／４波長板７
と、を備えている。これら反射手段の平面反射鏡１３
は、収束レンズ５を介して反射面６から戻される光ビ−
ムの一部の光路を保持すなわち、入射及び反射光ビ−ム
がその法線方向に一致して進行するように配置されてい
る。固定コーナキューブ８は、基準反射鏡であり、光ビ
−ムの他の一部から参照光を生成する。
れた偏光ビームスプリッタ３と、偏光ビームスプリッタ
及び測定軸を挟んで対向する１対の固定コーナキューブ
８及び平面反射鏡１３と、を有する。２パス干渉計ＩＭ
は、さらに、偏光ビームスプリッタ３の射出側に配置さ
れた１／４波長板４と、偏光ビームスプリッタ３及び固
定コーナキューブ８の間に配置された１／４波長板７
と、を備えている。これら反射手段の平面反射鏡１３
は、収束レンズ５を介して反射面６から戻される光ビ−
ムの一部の光路を保持すなわち、入射及び反射光ビ−ム
がその法線方向に一致して進行するように配置されてい
る。固定コーナキューブ８は、基準反射鏡であり、光ビ
−ムの他の一部から参照光を生成する。
【００２３】このように、本実施形態のシングルビーム
２パス干渉計を用いたレーザ測長器は、従来のコーナキ
ューブの代わりに、図４に示すように平面反射鏡１３を
配置し、さらに測定光を偏光ビームスプリッタ３の中心
から偏倚して入射させる構成にする。この構成により、
正規の戻り光（２パス反射光）と、不正な戻り光（１パ
ス反射光及び３パス反射光）を空間的に分離することが
できる。すなわち、測定光ｆ１は、レーザ光源１から、
無偏光ビームスプリッタ２、偏光ビームスプリッタ３、
１／４波長板４、収束レンズ５、ビームベンダ１２、被
測定反射面６、ビームベンダ１２、収束レンズ５、１／
４波長板４、の経路を通って偏光ビームスプリッタ３に
戻る。この測定光は、入射時の光に対し偏倚量ｄの２倍
だけ光軸がシフトする。この時にビームベンダ１２によ
る偏光の乱れが生じた場合、偏光ビームスプリッタ３を
透過する異常な偏光成分の光は、無偏光ビームスプリッ
タ２の方向へ光軸がシフトしたまま戻るため光検出器１
０へは入射しない。一方、正常な偏光成分の光は平面反
射鏡１３、偏光ビームスプリッタ３、１／４波長板４、
収束レンズ５、ビームベンダ１２、被測定反射面６、ビ
ームベンダ１２、収束レンズ５、１／４波長板４、偏光
ビームスプリッタ３、の経路を通って入射光と同一の光
軸で無偏光ビームスプリッタ２へ戻り、光検出器１０に
入射する。同様に、２パス反射光のうち、偏光ビームス
プリッタ３で平面反射鏡１３方向に反射する一部の異常
な偏光成分の光は、再び平面反射鏡１３、偏光ビームス
プリッタ３、１／４波長板４、収束レンズ５、ビームベ
ンダ１２、被測定反射面６、ビームベンダ１２、収束レ
ンズ５、１／４波長板４、偏光ビームスプリッタ３、の
経路を通って偏倚量２ｄでシフトした光軸で無偏光ビー
ムスプリッタ２方向へ戻り、光検出器１０へは入射しな
い。
２パス干渉計を用いたレーザ測長器は、従来のコーナキ
ューブの代わりに、図４に示すように平面反射鏡１３を
配置し、さらに測定光を偏光ビームスプリッタ３の中心
から偏倚して入射させる構成にする。この構成により、
正規の戻り光（２パス反射光）と、不正な戻り光（１パ
ス反射光及び３パス反射光）を空間的に分離することが
できる。すなわち、測定光ｆ１は、レーザ光源１から、
無偏光ビームスプリッタ２、偏光ビームスプリッタ３、
１／４波長板４、収束レンズ５、ビームベンダ１２、被
測定反射面６、ビームベンダ１２、収束レンズ５、１／
４波長板４、の経路を通って偏光ビームスプリッタ３に
戻る。この測定光は、入射時の光に対し偏倚量ｄの２倍
だけ光軸がシフトする。この時にビームベンダ１２によ
る偏光の乱れが生じた場合、偏光ビームスプリッタ３を
透過する異常な偏光成分の光は、無偏光ビームスプリッ
タ２の方向へ光軸がシフトしたまま戻るため光検出器１
０へは入射しない。一方、正常な偏光成分の光は平面反
射鏡１３、偏光ビームスプリッタ３、１／４波長板４、
収束レンズ５、ビームベンダ１２、被測定反射面６、ビ
ームベンダ１２、収束レンズ５、１／４波長板４、偏光
ビームスプリッタ３、の経路を通って入射光と同一の光
軸で無偏光ビームスプリッタ２へ戻り、光検出器１０に
入射する。同様に、２パス反射光のうち、偏光ビームス
プリッタ３で平面反射鏡１３方向に反射する一部の異常
な偏光成分の光は、再び平面反射鏡１３、偏光ビームス
プリッタ３、１／４波長板４、収束レンズ５、ビームベ
ンダ１２、被測定反射面６、ビームベンダ１２、収束レ
ンズ５、１／４波長板４、偏光ビームスプリッタ３、の
経路を通って偏倚量２ｄでシフトした光軸で無偏光ビー
ムスプリッタ２方向へ戻り、光検出器１０へは入射しな
い。
【００２４】一方、参照光ｆ２はレーザ光源１から、無
偏光ビームスプリッタ２、偏光ビームスプリッタ３、１
／４波長板７、コーナキューブ８、１／４波長板７、偏
光ビームスプリッタ３、平面反射鏡１３、偏光ビームス
プリッタ３、１／４波長板７、コーナキューブ８、１／
４波長板７、偏光ビームスプリッタ３の経路を通って入
射光と同一の光軸で無偏光ビームスプリッタ２へ戻り、
光検出器１０に入射する。ここででも平面反射鏡１３
は、参照光ビ−ムの光路を保持している。これにより、
不正な戻り光だけを分離して検出器１０へ入らない構成
を実現することができる。図５に示すように、実施形態
のレーザ測長器によれば、回転ディスクの面振れ測定に
用いることができる。スピンドルモータＭで回転せしめ
られる円板例えば光ディスク原盤Ｄ下のマウント面間な
どの狭所でのレーザ測長が可能となる。この場合、ビー
ムベンダ１２を円板の主面が測定軸Ａに直交するように
配置する。
偏光ビームスプリッタ２、偏光ビームスプリッタ３、１
／４波長板７、コーナキューブ８、１／４波長板７、偏
光ビームスプリッタ３、平面反射鏡１３、偏光ビームス
プリッタ３、１／４波長板７、コーナキューブ８、１／
４波長板７、偏光ビームスプリッタ３の経路を通って入
射光と同一の光軸で無偏光ビームスプリッタ２へ戻り、
光検出器１０に入射する。ここででも平面反射鏡１３
は、参照光ビ−ムの光路を保持している。これにより、
不正な戻り光だけを分離して検出器１０へ入らない構成
を実現することができる。図５に示すように、実施形態
のレーザ測長器によれば、回転ディスクの面振れ測定に
用いることができる。スピンドルモータＭで回転せしめ
られる円板例えば光ディスク原盤Ｄ下のマウント面間な
どの狭所でのレーザ測長が可能となる。この場合、ビー
ムベンダ１２を円板の主面が測定軸Ａに直交するように
配置する。
【００２５】図６に他の実施形態のレーザ測長器を示
す。このレーザ測長器は、上記実施形態の基準反射鏡と
して使用している固定コーナーキューブ８を、入射及び
反射光ビ−ムがその法線方向に一致して進行するように
固定配置されされた第２平面反射鏡１３ａに置き換えた
以外上記実施形態と同一であり、同様の動作を達成す
る。その場合、コーナキューブに比べて取り付けのアラ
イメント調整を精密に行う必要がある。
す。このレーザ測長器は、上記実施形態の基準反射鏡と
して使用している固定コーナーキューブ８を、入射及び
反射光ビ−ムがその法線方向に一致して進行するように
固定配置されされた第２平面反射鏡１３ａに置き換えた
以外上記実施形態と同一であり、同様の動作を達成す
る。その場合、コーナキューブに比べて取り付けのアラ
イメント調整を精密に行う必要がある。
【００２６】図７に他の実施形態のレーザ測長器を示
す。このレーザ測長器は、上記実施形態の固定コーナキ
ューブ８を第２平面反射鏡１３ａに置き換えて、１／４
波長板７を取り外した以外上記実施形態と同一であり、
同様の動作を達成する。その場合、干渉計の熱膨張によ
る測定誤差が大きくなるおそれがあるので、クーラ、ヒ
ートシンクなどを設ける必要がある。
す。このレーザ測長器は、上記実施形態の固定コーナキ
ューブ８を第２平面反射鏡１３ａに置き換えて、１／４
波長板７を取り外した以外上記実施形態と同一であり、
同様の動作を達成する。その場合、干渉計の熱膨張によ
る測定誤差が大きくなるおそれがあるので、クーラ、ヒ
ートシンクなどを設ける必要がある。
【００２７】図８に他の実施形態のレーザ測長器を示
す。このレーザ測長器は、収束レンズ５を使用せず、物
体Ｂに含まれる平面反射鏡の反射面６に代えて、測定軸
Ａがその頂点を通過するように物体に配置されたコーナ
キューブ８ａに置き換えた以外上記実施形態と同一であ
り、同様の動作を達成する。その場合、置換されたコー
ナキューブ８ａの体積により、シングルビーム干渉計の
使用よる狭所での測長に制限が生じる場合がある。
す。このレーザ測長器は、収束レンズ５を使用せず、物
体Ｂに含まれる平面反射鏡の反射面６に代えて、測定軸
Ａがその頂点を通過するように物体に配置されたコーナ
キューブ８ａに置き換えた以外上記実施形態と同一であ
り、同様の動作を達成する。その場合、置換されたコー
ナキューブ８ａの体積により、シングルビーム干渉計の
使用よる狭所での測長に制限が生じる場合がある。
【００２８】図９に他の実施形態の差動測定構成のレー
ザ測長器を示す。この差動レーザ測長器は、上記実施形
態の固定コーナキューブ８を、３個のビームベンダ１２
ａ，１２ｂ，１２ｃ、集束レンズ５ａ及び第２被測定反
射面６ａに置換した以外上記実施形態と同一である。第
２被測定反射面６ａは、物体の反射面６の反対側の測定
軸Ａ上に設けられかつ反射面６に平行に背向している。
集束レンズ５ａ及び第２被測定反射面６ａ（第２平行反
射部）は、入射光線の逆方向かつ離間して平行に当該入
射光線を戻すキャッツアイを構成している。３個のビー
ムベンダ１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、測定軸Ａにおいて
光ビ−ムの一部が対向するように第２被測定反射面６ａ
へ入射せしめる対向入射光学系をなしている。
ザ測長器を示す。この差動レーザ測長器は、上記実施形
態の固定コーナキューブ８を、３個のビームベンダ１２
ａ，１２ｂ，１２ｃ、集束レンズ５ａ及び第２被測定反
射面６ａに置換した以外上記実施形態と同一である。第
２被測定反射面６ａは、物体の反射面６の反対側の測定
軸Ａ上に設けられかつ反射面６に平行に背向している。
集束レンズ５ａ及び第２被測定反射面６ａ（第２平行反
射部）は、入射光線の逆方向かつ離間して平行に当該入
射光線を戻すキャッツアイを構成している。３個のビー
ムベンダ１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、測定軸Ａにおいて
光ビ−ムの一部が対向するように第２被測定反射面６ａ
へ入射せしめる対向入射光学系をなしている。
【００２９】図９において、レーザ光源１から出た２成
分の光ｆ１，ｆ２は、無偏光ビームスプリッタ２を透過
し、干渉計の偏光ビームスプリッタ３で２成分の光が分
離される。偏光ビームスプリッタ３を透過した光ｆ１は
被測定反射面６で反射して戻る。その際、１／４波長板
４を２回通過し偏光面が９０度回転しているため、今度
は偏光ビームスプリッタ３で平面反射鏡１３側へ曲げら
れて、さらに同一経路を戻って再び被測定反射面６に当
たる。反射して偏光ビームスプリッタ３に戻った光は偏
光面がさらに９０度回転しているため、今度は偏光ビー
ムスプリッタ３を透過してレーザ光源１側に戻る。戻っ
た光の一部が無偏光ビームスプリッタ２で分離され、光
検出器１０に入射する。
分の光ｆ１，ｆ２は、無偏光ビームスプリッタ２を透過
し、干渉計の偏光ビームスプリッタ３で２成分の光が分
離される。偏光ビームスプリッタ３を透過した光ｆ１は
被測定反射面６で反射して戻る。その際、１／４波長板
４を２回通過し偏光面が９０度回転しているため、今度
は偏光ビームスプリッタ３で平面反射鏡１３側へ曲げら
れて、さらに同一経路を戻って再び被測定反射面６に当
たる。反射して偏光ビームスプリッタ３に戻った光は偏
光面がさらに９０度回転しているため、今度は偏光ビー
ムスプリッタ３を透過してレーザ光源１側に戻る。戻っ
た光の一部が無偏光ビームスプリッタ２で分離され、光
検出器１０に入射する。
【００３０】最初に偏光ビームスプリッタ３で９０度曲
げられた光ｆ２は、干渉計と第２被測定反射面６ａの間
を２往復する。すなわち、３個のビームベンダ１２ａ，
１２ｂ，１２ｃで反対側の第２被測定反射面６ａに導か
れた光ｆ２は、そこで反射した後、同じ光路を戻り、１
／４波長板７を２回透過するので、戻ってきた光は偏光
ビームスプリッタ３を透過して平面反射鏡１３へ至り、
さらに同一経路を戻って再び第２被測定反射面６ａに当
たり、反射して偏光ビームスプリッタ３に再び戻った光
は偏光面がさらに９０度回転しているため、今度は偏光
ビームスプリッタ３で曲げられてレーザ光源１側に戻
る。戻った光の一部が無偏光ビームスプリッタ２で分離
され、光検出器１０に入射する。この時、被測定物体と
干渉計の間に相対的な移動があると、ドップラ成分が加
わり、ｆ１はｆ１±２Δｆ、ｆ２はｆ２±２Δｆとなる
ため、ヘテロダイン検波された測長信号はｆ１−ｆ２±
４Δｆとなり、分解能は基本構成のシングルビーム干渉
計の４倍となる。
げられた光ｆ２は、干渉計と第２被測定反射面６ａの間
を２往復する。すなわち、３個のビームベンダ１２ａ，
１２ｂ，１２ｃで反対側の第２被測定反射面６ａに導か
れた光ｆ２は、そこで反射した後、同じ光路を戻り、１
／４波長板７を２回透過するので、戻ってきた光は偏光
ビームスプリッタ３を透過して平面反射鏡１３へ至り、
さらに同一経路を戻って再び第２被測定反射面６ａに当
たり、反射して偏光ビームスプリッタ３に再び戻った光
は偏光面がさらに９０度回転しているため、今度は偏光
ビームスプリッタ３で曲げられてレーザ光源１側に戻
る。戻った光の一部が無偏光ビームスプリッタ２で分離
され、光検出器１０に入射する。この時、被測定物体と
干渉計の間に相対的な移動があると、ドップラ成分が加
わり、ｆ１はｆ１±２Δｆ、ｆ２はｆ２±２Δｆとなる
ため、ヘテロダイン検波された測長信号はｆ１−ｆ２±
４Δｆとなり、分解能は基本構成のシングルビーム干渉
計の４倍となる。
【００３１】
【発明の効果】本発明によれば、シングルビーム２パス
干渉計を用いたレーザ測長器における不正な戻り光を除
去できるとともに、干渉光路上にビームベンダなど偏光
に乱れを生じさせる部品を配置することができるため、
光学系の構成に自由度が得られる。これによって、物体
変位を測定したい部分に干渉計を配置するスペースが無
い場合にも同干渉計を適用することができる。
干渉計を用いたレーザ測長器における不正な戻り光を除
去できるとともに、干渉光路上にビームベンダなど偏光
に乱れを生じさせる部品を配置することができるため、
光学系の構成に自由度が得られる。これによって、物体
変位を測定したい部分に干渉計を配置するスペースが無
い場合にも同干渉計を適用することができる。
【００３２】また、本発明によれば、測定対象物の測定
軸上に互いに背を向けるよう２つの反射鏡を配置し、測
定軸に対して測定光を対向して当てることによって、互
いに逆相の変位を差動測定し、２倍の高分解能化が実現
できる差動レーザ測長器が可能になる。すなわち、シン
グルビーム２パス干渉計を差動測定構成とすれば、従来
のシングルビーム干渉計に比べて４倍の高分解能化を光
学的に実現できる。また、その他、反射面自体が偏光を
乱す場合についても同干渉計を適用することが可能とな
る。
軸上に互いに背を向けるよう２つの反射鏡を配置し、測
定軸に対して測定光を対向して当てることによって、互
いに逆相の変位を差動測定し、２倍の高分解能化が実現
できる差動レーザ測長器が可能になる。すなわち、シン
グルビーム２パス干渉計を差動測定構成とすれば、従来
のシングルビーム干渉計に比べて４倍の高分解能化を光
学的に実現できる。また、その他、反射面自体が偏光を
乱す場合についても同干渉計を適用することが可能とな
る。
【図１】従来のレーザ測長器を説明するための模式図。
【図２】従来のレーザ測長器を説明するための模式図。
【図３】従来のレーザ測長器を説明するための模式図。
【図４】本発明による実施形態のレーザ測長器を説明す
るための模式図。
るための模式図。
【図５】本発明による他の実施形態のレーザ測長器を説
明するための模式図。
明するための模式図。
【図６】本発明による他の実施形態のレーザ測長器を説
明するための模式図。
明するための模式図。
【図７】本発明による他の実施形態のレーザ測長器を説
明するための模式図。
明するための模式図。
【図８】本発明による他の実施形態のレーザ測長器を説
明するための模式図。
明するための模式図。
【図９】本発明による他の実施形態のレーザ測長器を説
明するための模式図。
明するための模式図。
１ レーザ光源
２ 無偏光ビームスプリッタ
３ 偏光ビームスプリッタ
４、７ １／４波長板
５、５ａ 収束レンズ
６、６ａ 反射面
８、９ コーナキューブ
１０ 光検出器
１１ 測長回路
１２、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ ビームベンダ
１３、１３ａ 平面反射鏡
Claims (10)
- 【請求項１】 周波数の異なる少なくとも２つの可干渉
性の光ビ−ムを同軸の光軸にて生成するレーザ光源と、 測定軸上にて動く物体に含まれ前記測定軸上に配置され
た反射面を含みかつ入射光線の逆方向かつ離間して平行
に当該入射光線を戻す平行反射部と、 前記レーザ光源及び前記平行反射部の間に位置し前記測
定軸上に配置された干渉計と、を含むレーザ測長器であ
って、 前記光ビ−ムの光軸が前記測定軸から平行に偏倚しかつ
前記光ビ−ムの一部が前記干渉計を通過して前記平行反
射部へ導かれること、及び前記干渉計は、前記平行反射
部で戻される前記光ビ−ムの一部の光路を保持する平面
反射鏡を有することを特徴とするレーザ測長器。 - 【請求項２】 前記干渉計は、前記測定軸上に配置され
た偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタ
及び前記測定軸を挟んで対向する１対の反射手段と、前
記偏光ビームスプリッタの射出側に配置された１／４波
長板と、前記偏光ビームスプリッタ及び前記反射手段の
一方の間に配置された１／４波長板と、を備え、前記反
射手段の他方が前記平面反射鏡であり、前記反射手段の
一方は固定されたコーナキューブ又は第２平面反射鏡で
あることを特徴とする請求項１記載のレーザ測長器。 - 【請求項３】 前記平行反射部は、前記干渉計及び前記
物体に含まれた前記反射面の間に配置されかつ前記測定
軸に一致する光軸を有しかつ前記測定軸に焦点を有する
収束レンズを含むことを特徴とする請求項１又は２記載
のレーザ測長器。 - 【請求項４】 前記干渉計は、前記測定軸上に配置され
た偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタ
及び前記測定軸を挟んで対向する１対の反射手段と、前
記偏光ビームスプリッタの射出側に配置された１／４波
長板と、前記偏光ビームスプリッタ及び前記反射手段の
一方の間に配置された１／４波長板と、を備え、 前記反射手段の他方が前記平面反射鏡であること、 前記反射手段の一方は、前記物体の前記平行反射部反対
側の前記測定軸上に設けられかつ前記平行反射部に背向
した第２反射面を含み入射光線の逆方向かつ離間して平
行に当該入射光線を戻す第２平行反射部と、記測定軸に
おいて前記光ビ−ムの一部が対向するように前記第２平
行反射部へ入射せしめる対向入射光学系と、を含むこと
を特徴とする請求項１記載のレーザ測長器。 - 【請求項５】 前記第２平行反射部は、前記対向入射光
学系に配置されかつ前記測定軸に一致する光軸を有しか
つ前記測定軸に焦点を有する第２収束レンズを含むこと
を特徴とする請求項４記載のレーザ測長器。 - 【請求項６】 前記物体に含まれた前記反射面は、その
頂点が前記測定軸に一致するコーナキューブであること
を特徴とする請求項１〜５のいずれか記載のレーザ測長
器。 - 【請求項７】 前記物体は前記測定軸に直交する主面を
有する円板であることを特徴とする請求項１記載のレー
ザ測長器。 - 【請求項８】 周波数の異なる少なくとも２つの可干渉
性の光ビ−ムを同軸の光軸にて生成するレーザ光源と、
測定軸上にて動く物体に含まれ前記測定軸上に配置され
た反射面を含みかつ入射光線の逆方向かつ離間して平行
に当該入射光線を戻す平行反射部と、前記レーザ光源及
び前記平行反射部の間に位置し前記測定軸上に配置され
かつ平面反射鏡を有する干渉計と、を含むレーザ測長器
によって、異なる光路を通過して再結合した光ビ−ムを
光電変換した光周波数に基づいて、前記光路の一部の光
路長を変化させる物体の移動量を測定するレーザ測長方
法であって、 前記測定軸から前記光ビ−ムの光軸を平行に偏倚せし
め、前記光ビ−ムの一部が前記干渉計を通過して前記平
行反射部へ導かれるように、前記レーザ光源を支持する
行程、及び前記平面反射鏡によって、前記平行反射部で
戻される前記光ビ−ムの一部の光路を保持する行程を有
することを特徴とするレーザ測長方法。 - 【請求項９】 前記物体の前記平行反射部反対側の前記
測定軸上にて前記平行反射部に背向した第２反射面を設
け、記測定軸において前記光ビ−ムの他の一部を、前記
反射面とは対向するように前記第２反射面へ入射せしめ
る行程と、前記第２反射面で反射された光を入射とは逆
方向かつ離間して平行に前記干渉計へ戻す行程と、を含
むことを特徴とする請求項８記載のレーザ測長方法。 - 【請求項１０】 前記平行反射部は、前記干渉計及び前
記物体に含まれた前記反射面の間に配置されかつ前記測
定軸に一致する光軸を有しかつ前記測定軸に焦点を有す
る収束レンズを含むことを特徴とする請求項８又は９記
載のレーザ測長方法。
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- 2003-03-25 US US10/395,846 patent/US6943894B2/en not_active Expired - Lifetime
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