JPS6110707A - 光ビ−ト測長装置 - 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】 本発明は光ビートを用いた干渉測長装置に関する。

二層波レーザを光源としｒツブラーシフトを光と一部を
用いて測定し測長を行なう、装置はすでに実用されてい
る（例えばＨＰ　−５５２６Ａ　）　、　　　　　’し
かし在米の装置においては三周波レーず光の周波数差Ｌ
！よる被測定物の移動速度の限界が存在した。すなわち
、三周波レーず光の角周波数をそれぞれωいω、としω
０の光が移動している被測定物上の反射鏡イ反射された
光のシフ１角周波数を八〇とするとこの光と周波数ω、
を有する光の間の光じ一部周波数はω、−の。±△ωと
なる。士は被測定物の移動方向によって決る符号である
。ω、〉ωＯで、この符号が正に対応した移動方向にお
いては移動速度に限界はない。しかし、その逆の移動方
向においてはω１−ωＯ−△ω〈０となる速度が存在す
る。つまり光じ一部周波数の値は負となる。

在来の装置はこのような負の光に一部周波数と正の光じ
一１周波数を区別する機能を有しておらず、正の光じ一
部周波数領域でのみ処理が行なわれていたので、二周波
し−丁光の角周波数差ωＣ−ω。

の値が速度に制限を与えると之になっていた。またこの
周波数差は任意に人為的に選ぶことができない量である
’、　（ＨＰ　−５５２６Ａは２πｘ２ｘｌｏ　ｒａｄ
／ｓｅｃである。） 一方、産業界に招いては測長の高速性に対する要求は高
まっており、以上の速度限界を超える必要が生じて来た
。

本発明は光に一部周波数が負の周波数になることを認め
ることにより二層波レーザ光の周波数差に基づく速度限
界を取り除いたもので、本発明により光じ一部を用いた
レーザ千渉潤長が高速で行なわれることとなワた。

以下図面を用いて本発明の説明を行なう。

第１図は本発明の実施例である。第１図に詔いて二層波
レーザ発振器１から出たレープ光のうち一方の偏光、例
えば方位が９０°の偏光は偏光に−へ分離器２を通過し
、さらにじ−Δ分割器６を通過して移動反射鏡３で反射
されてど−ム分割器６に返される。また、レープ光のう
ち他方の偏光例えば方位０°の偏光は偏光じ−ム分１器
２イ反射された後、固定反射ｆｉ４ｆ反射され方位が４
５°リターデーシヨンが９０°の位相子５を通過し、ど
−ム分割器６に入り、先の移動鏡で反、射された光と重
ねられた後、必要な場合には旋光子７で旋光し偏光に一
Δ分１１１ａ８により前記の位相子の進相軸の方向に対
応した偏光成分と遅相軸の方向に対応した偏光成分に分
離され、それぞれの偏光成分がそれぞれ別個の検知器１
１ど１２で検知される。

今二周波し−ず光のうち、方位９０°の偏光の角周波数
をω。、方位ｏ０の偏光の角周波数をω１、移動反射鏡
の運動による角周波数シフトを△ωとし、検知器コ−１
、１２で検知される光ご一１信号をそれぞれχ考とする
と Ｘ　＝Ｃ０９＜　ＣＬ）Ｉ　　（ωＯ士△ｗ）ｉｔ　　
　　　　　−１）ンヒ＝　ｓｉｎ　　（Ｃ＋）１−　（
ω。±／〉ωンＦ、　　　　　　　　−２）となる。そ
の理由の説明を第３図によって行なう。

Ａは移動反射＃Ｉ！テ反射して返された方位が９０°の
偏光である。一方方位が００の偏光が、方位が４ダリ４
−チーショシが９０″の位相子を通過することにより、
方位が　４５　’でそれぞれの間で位相差が９０°であ
る二つの偏光に分解される。分解されたニつの偏光Ｂ、
Ｃと先の偏光Ａが方位が　４５°の偏光こ−ム分離器に
より重ねられると、偏光Ａの偏光Ｂの方向成分の干渉に
よる光じ一部と、偏光Ａの偏光Ｃの方向成分の光じ−１
が分離して検出されることになり、しかも、位相子によ
る９０°のリターデーションのため、二つの光に一部の
開に９０°の位相差が存在するので、光ｊ−１信号とし
て９０６の位相差を有する二つの信号として正弦。

余弦の信号が得られるわけである。以上の信号は光じ一
部信号の正負の判定に用いる。

再び第１図の説明を続ける。三周波レーず１のレープ光
の一部を方位４５°の偏光子９を通して検知器１２で検
知するとω１−ω。なる角周波数を有する光に一部信号
が検出される。三周波レー＋！１が周波数安定化レーザ
であると、ω、−ω。二００の値は一定であるので、電
気的位相シフ５１３により９０゜位相のシフトを行なう
ことにより二つの信号工′＝Ｃ０５Ｄ、。ｔ　　　　　
　　　　　　　−３）’ｊ’＝　ｓｉｎΩ。ｔ　　　　
　　　　　−４）をつくることができる。前記の光に−
ト角周波数゛ω自−（ω。±　ΔｃＡ３　）　＝Ｑ は移動反射鏡の移動方向が帖）ｕｏ、でΔωが十のとき
、移動反射鏡の移動速度が大となるとΩくＯとなる。つ
まり移動速度が大となると光に一部嘉周波数立は正から
負に変る。しかし光ビートを観測するだけではこの正負
の判定はできない。つまりわれわれは周波数ｎの絶対値
Ｕしか知ることが出来ない。そこで本発明においては次
のような手続きを採る。１）、２）式は χ＝　ｃｏｓ　ｊρＩｔ　　　　　　　　　　　　１′
）’ｌ＝ｓ″、ｎ１Ｑｌ七　　　　　　　　　　　　　
２′）と書かれるが、χは検知器１０の出力、１は検知
器１１の出力信号であるとみなす。（現実は直流成分を
持っているが後述の、方法で直流成分は除去する。）さ
らにに′は検知器１２の出力信号、）′はＸ′の信号を
電気的に９０°位相シフトを行なったものである。ここ
イｘ４．χ′、ν′という４つの信号が得られたわけで
あるが、これらの４つの信号について４個の掛算回路１
４．１５．１６．１７と２個の加算回路１９．２１と２
個の減算回路１８．２０を図の実施例のごとく結ぶこと
により次のような演算を行なうことができる。

）′×Ｘ＋χ’ｘ　）　＝　５ｉｎ（ｎｏ旧（１１）（
：　　−５））′ｘχ−χ′Ｘ″ｌ＝　５ｉｎ（１１，
−１ｎｌ　）ｔ−６）χ′×χ−）’Ｘ　）　＝　ｃｏ
ｓ（ｎ、＋ｌユＩ）ｔ　　　−７）χ’ＸＸ　＋　）’
Ｘ　）　＝　ｃｏｓ（ｎ、−１０７）ｔ　　　−８）こ
のようにして得られた信号は信号切換回路２３の２組の
入力端子ｆ、ｎおよび省、ｒにそれぞれ５ｉｎ（ｊ’ｌ
ｏ　　ＩＪＬＩ）ｔ　　、　ｃｏｓ（ｎｏ−１ｆｌｌ　
）ｔ　の組詔よび５ｉｎ（ｆｌａ＋１Ｑｌ）ｔ、　ｃｏ
ｓ（几＋１ΩＩ）ｔの組として入力される。一方、前記
の信号χを横軸、信号）を縦軸にとってリュージュを求
めると（第４図）立が正から負に変るとりサージュの回
転方向は逆転する。との逆転を後述する符号判定回路２
２で検知して、角周波数ｑの正負の判定を行ないΩが正
のときには信号切換回路のＪＬ、ｖａの信号すなわち　
　５ｉｎ（ｆｌ、　　　ｌΩｌ）ｔ　、ｃｏｓ（Ω。−
１Ω１）七　を　１．Ω。

する。このようにして得られた例えば ｃｏｓ（Ｌ　　Ｉｆｌｌ）ｔ　　、　ｃｏｓ（Ω。刊Ｑ
ｔ　）ｔは実質的には絶対値１１の除かれた　Ｃ０５（
０，４）ｔ　　（但シΩは正から負に変化）と同じであ
り　ｃｏｓｃＱｅ　　Ｑ）４−の周波数あるいは位相を
測定することにより二周波し−ずの周波数差Ω。の大小
には無関係に高速での測長が可能となる。本実施例にお
いては信号切換回路の出力　ｃｏｓ（Ｑ、　−Ｑ　）ｔ
　、　５ｉｎ（Ａ。一旦）Ｌを用い符号判定回路２２と
同様な他の符号判定回路２４を用い、移動反射鏡の移動
方向の判定を行なっており、例えば　ｃｏｓ（Ω。−Ω
）ｔをカウシ５２５の計数端子に入力すると共に加減端
子に符号判定回路２４の出力を入力せしめている。

また検知ａ２６は検知６１０に入射する光と位相がｘａ
ｏ　０興なる光を検知しており、その出方を加算増幅器
２７によって検知器１０の出力に加算す号ならびに検知
器１１の出力信号と基準電位の差を求めることにより、
直流成分を除き正、負に変化するχ、′ｌ−信号１をつ
くり、前記のリサージュが原点を中心に回転するように
なされている。

なお、本実施例においては５）、６）、？）、８）式で
示される信号すべてを用いてｌ／′Ｉるが、必ずしもそ
の必要はなく、符号判定回路２４を省略し計数器に入力
する信号として、５）、６）式あるい、は？）、８）式
で示される信号だけを用いて測長装置を構成してもよい
。

第２図は符号判定回路の一例である。前記の光じ＝ト信
号χ、）゛および信号Ｊが反転増幅器３１で反転された
信号がコシパレータ３２．３３、および３４に入力され
、コンパレータ３３とコンパレータ３２の出力がプンｒ
ゲート３６に、コシパレータ３２の出力がインバータ３
５で反転された出力とコンパレータ３４の出力がプシ「
ゲート３７に入力される。つまり、す９−シュが１′軸
を横切るごとにリサージュの回転方向がチェックされ、
回転方向が変化しなければプシｒゲー１３６．３７のど
ちらかからのみパルスが出ているが、回転方向が変化す
ればパルスを出すゲートが変化する。

フリップフロツブ３日はパルスを出すゲートが変化した
ことを知ると同時に雑音によってリリ〜ジュが不必要に
χ軸を横切ったときそれに応答しないためにもうけたも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例、第２図は符号判定回路０゛例
、第３図は説明図、第４図は他の説明図である。 １・・・・・・・・・・二層波レーず ２．８・・・・・・偏光じ一ム分睡器 ３・・・・・・・・・・移動反射鏡 ４・・・・・・・・・・固定反射鏡 ５・・・・・・・・・・位相子 ６・・・・・・・・・・じ−ム分割器 ７・・・・・・・・・・旋光子 ９・・・・・・・・・・偏光子 １０．１１．１２．２６・・・・・検知器１３・・・・
・・・・電気的位相シフタ１４．１５．１６．１７・・
・・・掛算回路１８．２０・・・・・減算回路 １９．２１・・・・・加算回路 ２２．２４・・・・・符号判定回路 ２３・・・・・・・・信号切換回路 ２５・・・・・・・・カラシタ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 周波数の異なる直交した第１と第２の偏光を放出する二
   周波レーザを光源とし、該第１の偏光と第２の偏光を偏
   光分離器によって分離し、該第１の偏光を移動反射鏡に
   入射せしめると共に該第２の偏光を、該第２の偏光の方
   位に対しほぼ４５°の方位を有しかつほぼ９０°のリタ
   ーデーションを有する位相子を通過せしめた後、前記第
   １の偏光の前記移動反射鏡による反射光と重ね合わせ、
   該重ねられた光を、前記位相子の進相軸ならびに遅相軸
   の方向に対応した方位を有する２つの偏光に分離して、
   該２つの偏光をそれぞれ別個に第１および第２の検知器
   で検知して第１および第２の光ビート信号を得ると共に
   、前記第１の偏光と第２の偏光を重ね合わせて第３の検
   知器で検知して第３の光ビート信号を求めさらに該第３
   の光ビート信号に対しほぼ９０°の位相差を持つ第４の
   光ビート信号をつくり、第３の光ビート信号と第２の光
   ビート信号の積と第４の光ビート信号と第１の光ビート
   信号の積の和および差よりなる１組の和信号と差信号、
   あるいは第４の光ビート信号と第２の光ビート信号の積
   と第３の光ビート信号と第１の光ビート信号の積の和お
   よび差よりなる他の１組の和信号と差信号、あるいは前
   記の組すべてから成る２組の和信号と差信号をつくると
   共に、前記第１の光ビート信号の値と前記第２の光ビー
   ト信号の値の間の相対的な変化ならびに変化方向をしら
   べ、該変化ならびに変化方向によって前記第１および第
   ２の光ビート周波数の正負信号を発生せしめ該正負信号
   に応じて前記の１組あるいは２組の和信号と差信号のう
   ち、和信号、差信号いづれを採るかの決定ならびに切換
   を行ない、該切換えられた和信号あるいは差信号を計数
   することを特徴とする光ビート測長装置。