JP2015072137A - Optical measurement device - Google Patents

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元伸 興梠
一宏 今井
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一宏 今井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical measurement device which is robust against changes in acceleration or environmental temperature and which is small in size, lightweight and easily assembled.SOLUTION: The optical measurement device is configured in such a manner that: measurement light S1 emitted from a first light source and output via a first polarization maintaining optical fiber, and reference light S2 emitted from a second light source 120 and output via a second polarization maintaining optical fiber 102 are introduced into a prism unit 130 constituting an interferometer via a dual parallel beam collimator 190 comprising an integrated chassis 191 of first and second polarization maintaining collimators 111, 112; and reflected light from a measurement surface irradiated with the measurement light S1 and reflected light from a reference surface 115 comprising a retroreflector irradiated with the reference light S2 via the prism unit 130 are superposed by the prism unit 130 to obtain interference light.

Description

本発明は、基準面に照射した基準光の該基準面による反射光と測定面に照射した測定光の該測定面による反射光との干渉光を検出して、上記基準面までの距離と上記測定面までの距離の差を求める距離計など、干渉計を用いた光学式計測装置に関する。   The present invention detects interference light between the reflected light of the reference light irradiated to the reference surface and the reflected light of the measurement light irradiated to the measurement surface from the measurement surface, and detects the distance to the reference surface and the The present invention relates to an optical measurement device using an interferometer, such as a distance meter for obtaining a difference in distance to a measurement surface.

従来より、精密なポイントの距離計測が可能なアクティブ式距離計測方法として、レーザ光を利用する光学原理による距離計測が知られている。レーザ光を用いて対象物体までの距離を測定するレーザ距離計ではレーザ光の発射時刻と、測定対象に当たり反射してきたレーザ光を受光素子にて検出した時刻との差に基づいて、測定対象物までの距離が算出される。また、例えば、半導体レーザの駆動電流に三角波等の変調をかけ、対象物での反射光を半導体レーザ素子の中に埋め込まれたフォトダイオードを使用して受光し、フォトダイオード出力電流に現れた鋸歯状波の主波数から距離情報を得ている。   2. Description of the Related Art Conventionally, distance measurement based on an optical principle using laser light is known as an active distance measurement method capable of measuring a precise point distance. In a laser rangefinder that measures the distance to the target object using laser light, the object to be measured is based on the difference between the time when the laser light is emitted and the time when the laser light reflected by the measurement object is detected by the light receiving element. The distance to is calculated. In addition, for example, the driving current of the semiconductor laser is modulated with a triangular wave or the like, the reflected light from the object is received using a photodiode embedded in the semiconductor laser element, and sawtooth appearing in the photodiode output current The distance information is obtained from the main wave number of the wave.

本件発明者等は、長い距離を高い精度でしかも短時間に測定することが可能な距離計として、図7に示すような構成の距離計を先に提案している(例えば、特許文献1参照)。   The present inventors have previously proposed a distance meter configured as shown in FIG. 7 as a distance meter capable of measuring a long distance with high accuracy and in a short time (see, for example, Patent Document 1). ).

この距離計では、第1の光源1から出射された基準光Sと、第2の光源2から出射され測定光Sと偏光ビームスプリッタ(PBS)11で偏光方向を直交した状態で重ねあわされ、ビームスプリッタ(BS)12により反射光と透過光に2分岐される。 In this distance meter, the reference light S 1 emitted from the first light source 1 and the measurement light S 2 emitted from the second light source 2 and the polarization beam splitter (PBS) 11 are overlapped with the polarization directions being orthogonal to each other. Then, the beam is split into two by reflected light and transmitted light by a beam splitter (BS) 12.

そして、ビームスプリッタ(BS)12により2分岐された反射光が偏光子13を介して基準光検出器3に入射され、上記反射光に含まれる基準光Sと測定光Sの干渉光Sを上記基準光検出器3により検出して得られる干渉信号と、透過光に含まれる基準光Sと測定光Sが偏光ビームスプリッタ(PBS)14により分離され、基準光Sが基準面4に照射されて反射され、また、測定光Sが測定面6に照射されて反射されて、偏光ビームスプリッタ(PBS)14により重ねあわされ、ビームスプリッタ(BS)12による反射光として偏光子15を介して測定光検出器6に入射され、上記反射光に含まれる基準光Sと測定光Sの干渉光Sを上記測定光検出器6により検出して得られる干渉信号との時間差に基づいて、信号処理部7により光速と測定波長における屈折率から上記基準面までの距離と上記測定面までの距離の差を求めることができる。 Then, the reflected light branched into two by the beam splitter (BS) 12 is incident on the reference light detector 3 through the polarizer 13, and the interference light S between the reference light S 1 and the measurement light S 2 included in the reflected light. 3 is detected by the reference light detector 3, the reference light S 1 included in the transmitted light, and the measurement light S 2 are separated by the polarization beam splitter (PBS) 14, and the reference light S 1 is the reference light S 1. The surface 4 is irradiated and reflected, and the measurement light S 2 is irradiated and reflected on the measurement surface 6, superimposed by the polarization beam splitter (PBS) 14, and polarized as reflected light by the beam splitter (BS) 12. is incident on the measuring light detector 6 via the child 15, the interference signal of the reference light S 1 and the interference light S 4 of the measuring light S 2 contained in the reflected light obtained by detecting by said measuring light detector 6 and Based on the time difference between Thus, the signal processing unit 7 can obtain the difference between the distance to the reference surface and the distance to the measurement surface from the speed of light and the refractive index at the measurement wavelength.

また、光コムを用いた干渉計は微弱な光反射であっても高精度の絶対距離計測が可能な距離測定が可能である。   In addition, an interferometer using an optical comb is capable of distance measurement capable of high-precision absolute distance measurement even with weak light reflection.

上記距離計の光学系では、基準光Sと測定光Sが同じ経路を通るため、基準面4と測定面6間の距離を測定する上で、途中の経路の変化の影響が除去できる利点ある。特に偏光ビームスプリッタ(PBS)やビームスプリッタ(BS)を構成する以上使わないわけにはいかないガラスなどの温度で屈折率が大きく変化する媒質の影響はなくなるメリットは大きい。 In the optical system of the distance meter, because the reference light S 1 and the measuring light S 2 passes through the same path, in order to measure the distance between the measurement surface 6 as a reference surface 4, it can be removed the influence of changes in the middle of the path There are advantages. In particular, there is a great merit that the influence of a medium whose refractive index changes greatly at a temperature such as glass that cannot be used as long as it constitutes a polarizing beam splitter (PBS) or a beam splitter (BS) is eliminated.

しかしながら、偏光ビームスプリッタ(PBS)や途中の経路の偏光状態が完全ではないために、測定面6に向かう測定光Sに基準光Sが混じる問題点があった。あるいは基準面4に向かう基準光Sに測定光Sが混じる問題点があった。そのため、測定光検出器6では測定光Sが戻らなくても不要な光の干渉(ゴースト)が検出され、測定面6からの反射光が弱い時その問題点が大きくなる。これが測定誤差の要因の一つとなっていた。 However, in order polarization state of the polarization beam splitter (PBS) and the middle of the route is not complete, there is a reference light S 1 is mix problems in measuring beam S 2 toward the measuring surface 6. Alternatively, there is a problem that the measurement light S 2 is mixed with the reference light S 1 toward the reference surface 4. Therefore, the measurement light detector 6, the measuring light S 2 is detected interference unnecessary light be (ghost) is not returned, the problem when weak reflected light from the measuring face 6 is increased. This was one of the causes of measurement error.

上記距離計における迷光は、基準光Sと測定光Sの経路が不完全であることに起因して発生するので、基準光Sと測定光Sが同じ経路を通ることにより、その経路の屈折率が大きく変化するガラスなどの媒質の影響はなくなるメリットは大きい。しかし、違う経路であっても、基準光Sと測定光Sが同じ温度の同じ媒質を同じ距離伝搬するならば、その媒質の影響は小さくすることができる。 Stray light in the range finder, the reference light S 1 and the path of the measuring light S 2 is generated due to incomplete, by reference light S 1 and the measuring light S 2 passes through the same path, that The merit of eliminating the influence of a medium such as glass whose refractive index of the path greatly changes is great. However, even in different paths, if the reference light S 1 and the measuring light S 2 is the same distance propagates the same medium at the same temperature, it is possible to reduce the influence of the medium.

そのような光学系を構成する方法はいくつもあると考えられるが、調整機構が少なく、小型で、平面的に作ることのできる光学系を構成となると限られる。   There can be many methods for constructing such an optical system, but it is limited to constructing an optical system that has a small adjustment mechanism, is small, and can be made planar.

光コムを用いた干渉計は微弱な光反射であっても高精度の絶対距離計測が可能な距離測定が可能である。   An interferometer using an optical comb can perform distance measurement capable of high-precision absolute distance measurement even with weak light reflection.

しかしながら、従来の干渉計では偏光素子の不完全性に起因するゴーストが発生してしまう問題点があった。   However, the conventional interferometer has a problem that a ghost due to imperfection of the polarizing element occurs.

そこで、本件発明者等は、ゴーストのない高精度な光干渉観測を行うことのできる光学式計測装置として、図8に示すような構成の距離計を先に提案している(例えば、特許文献2参照)。   Therefore, the inventors of the present invention have previously proposed a distance meter configured as shown in FIG. 8 as an optical measuring device capable of performing high-precision optical interference observation without ghost (for example, Patent Documents). 2).

このレーザ距離計200は、測定光S1を出射する第1の光源210と、基準光S2を出射する第2の光源220と、上記第1の光源210から出射された測定光S1と上記第2の光源220から出射された基準光S2が偏波保存コリメータ211,212を介して入射されるプリズムユニット230と、上記第1の光源210から出射された測定光S1が上記プリズムユニット230を介して照射される測定面250及び基準面255と、上記第1の光源210から出射された測定光Sと上記第2の光源220から出射された基準光Sが上記プリズムユニット230を介して重ね合わされて入射され、上記測定光Sと基準光Sとの干渉光を検出する第1の光検出器260と、上記測定面250に照射された測定光の上記測定面250による反射光と上記基準面255に照射された基準光の上記基準面255による反射光が上記プリズムユニット230を介して重ね合わされて入射され、上記測定光の反射光と上記基準光の反射光との干渉光を検出する第2の光検出器270と、上記第1の光検出器260により検出された干渉信号と上記第2の光検出器270により検出された干渉信号の時間差に基づいて、光速と測定波長における屈折率から上記基準面255までの距離と上記測定面250までの距離の差を求める信号処理部280とを備える。 The laser distance meter 200 includes a first light source 210 that emits measurement light S1, a second light source 220 that emits reference light S2, a measurement light S1 emitted from the first light source 210, and a second light source. The reference light S2 emitted from the light source 220 is incident through the polarization preserving collimators 211 and 212, and the measurement light S1 emitted from the first light source 210 is transmitted through the prism unit 230. The measurement surface 250 and the reference surface 255 to be irradiated, the measurement light S 1 emitted from the first light source 210 and the reference light S 2 emitted from the second light source 220 are superimposed via the prism unit 230. The first light detector 260 that detects the interference light between the measurement light S 1 and the reference light S 2, and the measurement surface 2 of the measurement light irradiated on the measurement surface 250. The reflected light from the reference surface 255 and the reflected light from the reference surface 255 irradiated on the reference surface 255 are superimposed and incident via the prism unit 230, and the reflected light from the measurement light and the reflected light from the reference light are input. Based on a time difference between the interference signal detected by the first photodetector 260 and the interference signal detected by the second photodetector 270. A signal processing unit 280 that obtains a difference between the distance from the refractive index at the light speed and the measurement wavelength to the reference surface 255 and the distance to the measurement surface 250.

特開2010−14549号公報JP 2010-14549 A 特開2012−13574号公報JP 2012-13574 A

しかしながら、本件発明者等が先に提案している特許文献2に開示されているレーザ距離計の光干渉計は、複数の光学素子で成り立っている。そして、それぞれの光学素子は、それらの位置・角度が調整されて設置される。特に、2つあるコリメータと基準面の相対的な角度には数10秒程度の精度が要求される。したがって、光学系の組み立てには、精密に位置決めを行う道具と、精密に固定する道具が必要であった。また、光学系全体の組み立ては、部品点数が多いために、工数が多く複雑である。   However, the laser interferometer optical interferometer disclosed in Patent Document 2 previously proposed by the present inventors is composed of a plurality of optical elements. Each optical element is installed with its position and angle adjusted. In particular, the relative angle between the two collimators and the reference surface requires an accuracy of about several tens of seconds. Therefore, in assembling the optical system, a tool for precisely positioning and a tool for precise fixing are required. In addition, the assembly of the entire optical system is complicated due to the large number of parts.

また、光学素子は筐体に設置されるが、光学素子の相対角度の関係を維持するために、筐体は、例えば光学素子と熱膨張係数の近いコバールや、強度の優れたステンレス、セラミックスなどの材料で制作される。このような筐体は、機械的に安定するように頑丈に作られるので、大型で重い物となっていた。   In addition, the optical element is installed in the housing, but in order to maintain the relationship of the relative angle of the optical element, the housing is made of, for example, Kovar having a thermal expansion coefficient close to that of the optical element, stainless steel having excellent strength, ceramics, etc. Produced with materials. Such a casing is made large and heavy because it is made so as to be mechanically stable.

しかし、干渉計をロボットなどに取り付け、観測点を任意に変更するシステムを構築するためには、小型軽量な筐体が必要になる。   However, in order to construct a system in which the interferometer is attached to a robot or the like and the observation point is arbitrarily changed, a small and lightweight housing is required.

また、上記特許文献2に開示されているレーザ距離計の光干渉計では、基準光と測定光が同じ経路を通ることに起因して発生してしまうゴーストの問題を解決したものであった。しかしながら、上記光干渉計と光源との間を偏波保持光(PM:Polarization Maintaining)ファイバで接続して使用する場合、偏波保持光ファイバに起因するゴーストの問題があった。   Further, the laser interferometer optical interferometer disclosed in Patent Document 2 solves the ghost problem that occurs due to the reference light and the measurement light passing through the same path. However, when the optical interferometer and the light source are connected with a polarization maintaining light (PM) fiber, there is a ghost problem caused by the polarization maintaining optical fiber.

偏波保持光ファイバには2つの偏光モードが存在し、上記光干渉計は、どちらかの偏光モードで使用している。しかしながら、もう一方の偏光モードに光りが混入してしまうと、偏光モード中の光の速度が異なるために、干渉信号に異なる時間差の信号が重なるという問題があった。このゴーストは、拒計計測に大きく支障をきたし、特に光ファイバが長い場合に影響が大きく問題があった。   There are two polarization modes in the polarization maintaining optical fiber, and the optical interferometer is used in either polarization mode. However, if light is mixed into the other polarization mode, the speed of light in the polarization mode is different, so that there is a problem that signals having different time differences overlap with interference signals. This ghost has greatly hindered the denial meter measurement, and has a large effect especially when the optical fiber is long.

本発明は、加速度や環境温度の変動などに強く、小型軽量で、組み立ての容易な光学式計測装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an optical measuring device that is resistant to fluctuations in acceleration, environmental temperature, and the like, is small and lightweight, and is easy to assemble.

また、本発明は、ゴーストのない高精度な光干渉観測を行うことができ、しかも、加速度や環境温度の変動などに強く、小型軽量で、組み立ても容易な光学式計測装置を提供することを目的とする。   In addition, the present invention provides an optical measurement device that can perform high-precision optical interference observation without ghosting, is resistant to fluctuations in acceleration and environmental temperature, is small and lightweight, and is easy to assemble. Objective.

本発明の他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施の形態の説明から一層明らかにされる。   Other objects of the present invention and specific advantages obtained by the present invention will become more apparent from the description of embodiments described below.

本発明は、光学式計測装置であって、それぞれ周期的に強度又は位相が変調され、互いに変調周期が異なる干渉性のある測定光と基準光を出射する第1及び第2の光源と、上記第1の光源から出射された測定光と上記第2の光源から出射された基準光がそれぞれ偏波保存光ファイバを介して入射される第1及び第2の偏波保存コリメータの筐体を一体化してなる2平行ビームコリメータと、上記測定光と基準光が上記第1及び第2の偏波保存コリメータを介して入射されるプリズムユニットと、上記第1の光源から出射された測定光が上記プリズムユニットを介して照射される測定面と、上記第2の光源から出射された基準光が上記プリズムユニットを介して照射されるリトロリフレクタからなる基準面と、上記第1の光源から出射された測定光と上記第2の光源から出射された基準光が上記プリズムユニットを介して重ね合わされて入射され、上記測定光と基準光との干渉光を検出する第1の光検出器と、上記測定面に照射された測定光の上記測定面による反射光と上記基準面に照射された基準光の上記基準面による反射光が上記プリズムユニットを介して重ね合わされて入射され、上記測定光の反射光と上記基準光の反射光との干渉光を検出する第2の光検出器と、上記第1の光検出器により検出された干渉信号と上記第2の光検出器により検出された干渉信号の時間差から、光速と測定波長における屈折率から上記基準面までの距離と上記測定面までの距離の差を求める信号処理部とを備えることを特徴とする。   The present invention is an optical measurement apparatus, wherein the first and second light sources that emit coherent measurement light and reference light, each of which periodically modulates intensity or phase and have different modulation periods, The measurement light beam emitted from the first light source and the reference light beam emitted from the second light source are respectively integrated with the housings of the first and second polarization maintaining collimators through the polarization maintaining optical fiber. 2 parallel beam collimators, a prism unit on which the measurement light and reference light are incident through the first and second polarization preserving collimators, and the measurement light emitted from the first light source A measurement surface irradiated through the prism unit, a reference surface composed of a retroreflector irradiated with the reference light emitted from the second light source through the prism unit, and emitted from the first light source Measurement A first photodetector for detecting the interference light between the measurement light and the reference light by superimposing the light and the reference light emitted from the second light source through the prism unit, and the measurement surface; The reflected light of the measurement light irradiated on the reference surface and the reflected light of the reference light irradiated on the reference surface are superimposed and incident via the prism unit, and the reflected light of the measurement light and A second photodetector for detecting interference light with the reflected light of the reference light; and a time difference between the interference signal detected by the first photodetector and the interference signal detected by the second photodetector. And a signal processing unit for obtaining a difference between the distance from the light velocity and the refractive index at the measurement wavelength to the reference surface and the distance to the measurement surface.

本発明に係る光学式計測装置において、上記プリズムユニットは、光路に対して45°をなす全反射面とビームスプリッタ膜が形成され互いに平行な二つの面と、光路に対して直角をなし互いに平行又は直角をなす二つの面とを有する第1の四角柱プリズムと、上記第1の四角柱プリズムの上記ビームスプリッタ膜が形成された面に、上記ビームスプリッタ膜を挟んで斜面が貼り合わされた第1の直角プリズムと、一方の斜面にビームスプリッタ膜が形成され、ビームスプリッタ膜を挟んで斜面が貼り合わされた第2の直角プリズムと第3の直角プリズムと、光路に対して45°をなす全反射面とビームスプリッタ膜が形成され互いに平行な二つの面と、光路に対して直角をなし互いに平行又は直角をなす二つの面とを有する第2の四角柱プリズムと、上記第1の四角柱プリズムの上記ビームスプリッタ膜が形成された面に、上記ビームスプリッタ膜を挟んで斜面が貼り合わされた第4の直角プリズムとを備え、上記第1の四角柱プリズムの光路に対して直角をなす二つの面の一方の面及び上記第1の直角プリズムの直角をなす二つの面の一方の面が、上記各ビームスプリッタ膜が互いに平行となるように、上記第1の直角プリズムの直角をなす二つの面の一方の面に貼り合わされるとともに、上記第2の四角柱プリズムの光路に対して直角をなす二つの面の一方の面及び上記第4の直角プリズムの直角をなす二つの面の一方の面が、上記各ビームスプリッタ膜が互いに直角となるように、上記第2の直角プリズムの直角をなす二つの面の一方の面に貼り合わされてなり、上記測定光と基準光が上記第1及び第2の偏波保存コリメータを介して入射される上記プリズムユニットにより、上記第1の光源から出射された測定光を上記第1の四角柱プリズムに形成されている上記ビームスプリッタ膜により2つに分岐させて、上記第2の直角プリズムと第3の直角プリズムの斜面で挟まれたビームスプリッタ膜を介して出射して上記測定面及び基準面に照射し、上記第2の光源から出射された基準光を上記第2の四角柱プリズムに形成されている上記ビームスプリッタ膜により2つに分岐させて、上記測定面と基準面により反射された各反射光と、上記第2の直角プリズムと第3の直角プリズムの斜面で挟まれたビームスプリッタ膜において重ね合わせて出射して上記第1の光検出器と第2の光検出器に入射させる光路を形成したものとすることができる、   In the optical measurement apparatus according to the present invention, the prism unit includes a total reflection surface that forms an angle of 45 ° with respect to the optical path and two parallel surfaces on which the beam splitter film is formed and are perpendicular to the optical path and parallel to each other. Alternatively, a first rectangular prism having two surfaces that form a right angle and a surface on which the beam splitter film of the first rectangular prism is formed, and a slope is bonded to the surface with the beam splitter film interposed therebetween. One right-angle prism, a second splitter prism having a beam splitter film formed on one inclined surface, and the inclined surfaces bonded to each other with the beam splitter film interposed therebetween, and a third rectangular prism, which form an angle of 45 ° with respect to the optical path A second quadrangular prism pre-form having two surfaces parallel to each other on which a reflecting surface and a beam splitter film are formed, and two surfaces perpendicular to the optical path and parallel to or perpendicular to each other. And a fourth right-angle prism in which a slope is bonded to the surface on which the beam splitter film of the first square prism is formed with the beam splitter film interposed therebetween, and the first square prism One surface of the two surfaces perpendicular to the optical path and one surface of the two surfaces perpendicular to the first right-angle prism are arranged so that the beam splitter films are parallel to each other. One surface of two surfaces forming a right angle of one right-angle prism and one surface of the two surfaces forming a right angle with respect to the optical path of the second quadrangular prism and the fourth right-angle prism One surface of the two surfaces forming a right angle is bonded to one surface of the two surfaces forming the right angle of the second right angle prism so that the beam splitter films are perpendicular to each other. Measuring light The measurement light emitted from the first light source is formed on the first square prism by the prism unit that receives the reference light via the first and second polarization maintaining collimators. The beam is split into two by a beam splitter film, emitted through a beam splitter film sandwiched between the slopes of the second right-angle prism and the third right-angle prism, and irradiated to the measurement surface and the reference surface, The reference light emitted from the two light sources is branched into two by the beam splitter film formed on the second square prism, and each reflected light reflected by the measurement surface and the reference surface; An optical path is formed so as to be superimposed on the beam splitter film sandwiched between the slopes of the second right-angle prism and the third right-angle prism and enter the first photodetector and the second photodetector. It can be a thing,

また、本発明に係る光学式計測装置において、上記第1及び第2の偏波保存コリメータは、各入射端側又は出射端側の一方に第1及び第2の偏光子が配設された筐体を一体化した2平行ビームコリメータとして筐体上に実装され、上記筐体上には、上記プリズムユニット、第1及び第2の光検出器とともに、上記基準面としてリトロリフレクタが実装されているものとすることができる。   In the optical measurement apparatus according to the present invention, the first and second polarization preserving collimators may include a housing in which the first and second polarizers are disposed on one of the incident end side and the emission end side. A two-parallel beam collimator with an integrated body is mounted on a housing, and a retroreflector is mounted on the housing as the reference plane together with the prism unit and the first and second photodetectors. Can be.

本発明によれば、第1の光源から第1の偏波保存光ファイバを介して出射される測定光と第2の光源から第2の偏波保存光ファイバを介して出射される基準光を、干渉計を構成するプリズムユニットに、第1及び第2の偏波保存コリメータの筐体を一体化してなる2平行ビームコリメータを介して入射させ、上記プリズムユニットを介して測定光が照射される測定面及び基準光が照射されるリトロリフレクタからなる基準面による各反射光を上記プリズムユニットにより重ね合わせることにより干渉光を得るので、それぞれの部品の精度が、干渉信号が自動的に得られる条件を満たすことで、干渉信号が自動的に得られ、全体組み立ての工数が単純化される。   According to the present invention, the measurement light emitted from the first light source via the first polarization maintaining optical fiber and the reference light emitted from the second light source via the second polarization maintaining optical fiber are changed. Then, the prism unit constituting the interferometer is made incident through a two parallel beam collimator formed by integrating the housings of the first and second polarization maintaining collimators, and the measurement light is irradiated through the prism unit. Interference light is obtained by superimposing the reflected light from the reference surface consisting of the measurement surface and the retroreflector irradiated with the reference light by the prism unit, so that the accuracy of each component is the condition under which the interference signal is automatically obtained. By satisfying the above, an interference signal is automatically obtained, and the man-hour for the entire assembly is simplified.

また、本発明によれば、測定光と基準光が第1、2の光検出器において各干渉光として検出されるまでにプリズムユニット内で経験する光学距離の差はそれぞれ互いに等しく、上記プリズムユニットの温度が変化しても、上記第1、2の光検出器において検出される各干渉光の相対関係は一定であり、ゴーストのない高精度な光干渉観測を行うことができる。   Further, according to the present invention, the difference in optical distance experienced in the prism unit before the measurement light and the reference light are detected as the interference lights in the first and second photodetectors is equal to each other, and the prism unit Even if the temperature changes, the relative relationship between the interference lights detected by the first and second photodetectors is constant, and high-precision optical interference observation without ghosting can be performed.

さらに、本発明によれば、上記第1及び第2の偏波保存コリメータは、各入射端側又は出射端側の一方に上記第1及び第2の偏光子が配設された筐体を一体化した2平行ビームコリメータとして実装される筐体上にプリズムユニット、第1及び第2の光検出器、上記基準面としてリトロリフレクタが実装される構造とすることによって、ゴーストのない高精度な光干渉観測を行うことができ、しかも、加速度や環境温度の変動などに強く、小型軽量で、組み立ても容易な光学式計測装置を提供することができる。   Further, according to the present invention, the first and second polarization preserving collimators are integrally formed with a casing in which the first and second polarizers are disposed on one of the incident end side and the emission end side. High-precision light without ghosting by adopting a structure in which the prism unit, the first and second photodetectors, and the retro-reflector are mounted as the reference plane on the housing mounted as the two parallel beam collimator It is possible to provide an optical measurement apparatus that can perform interference observation, is resistant to fluctuations in acceleration and environmental temperature, is small and lightweight, and is easy to assemble.

本発明を適用したレーザ距離計の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the laser rangefinder to which this invention is applied. 上記レーザ距離計に備えられるプリズムユニットの構成例を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the structural example of the prism unit with which the said laser distance meter is equipped. 上記レーザ距離計におえる光学部品の実装状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the mounting state of the optical component in the said laser distance meter. 上記レーザ距離計に備えられる2平行ビームコリメータの構造を示す図であり、(A)は斜視図及び(B)は要部横断斜視図であるIt is a figure which shows the structure of the 2 parallel beam collimator with which the said laser distance meter is equipped, (A) is a perspective view, (B) is a principal part cross-sectional perspective view. 波長1550nm、ビーム径3.5mmの場合を仮定して、フォトディテクタに入射される反射光の平行度に対する信号の劣化を計算した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having calculated the deterioration of the signal with respect to the parallelism of the reflected light which injects into a photodetector supposing the case of wavelength 1550nm and beam diameter 3.5mm. 偏波保持光ファイバによる干渉信号のゴーストを示す図であり、(A)は偏光子を挿入した場合を示し、 (B)は偏光子を用いない場合を示している。It is a figure which shows the ghost of the interference signal by a polarization maintaining optical fiber, (A) shows the case where a polarizer is inserted, (B) shows the case where a polarizer is not used. 本件発明者等が先に提案している距離計の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the distance meter which the present inventors etc. have proposed previously. 本件発明者等が先に提案している距離計の他の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the other structure of the distance meter which the present inventors etc. have proposed previously.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能であることは言うまでもない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Needless to say, the present invention is not limited to the following examples, and can be arbitrarily changed without departing from the gist of the present invention.

本発明は、例えば図1に示すような構成のレーザ距離計100に適用される。   The present invention is applied to, for example, a laser distance meter 100 configured as shown in FIG.

このレーザ距離計100は、測定光Sを出射する第1の光源110と、基準光Sを出射する第2の光源120と、上記第1の光源110から出射された測定光Sと上記第2の光源120から出射された基準光Sがそれぞれ偏波保存光ファイバ101,102を介して入射される第1及び第2の偏波保存コリメータ111,112の筐体を一体化してなる2平行ビームコリメータ190と、上記測定光Sと基準光Sが上記第1及び第2の偏波保存コリメータ111,112を介して入射されるプリズムユニット130と、上記第1の光源110から出射された測定光Sが上記プリズムユニット130を介して照射される測定面150と、上記第2の光源120から出射された基準光Sが上記プリズムユニット130を介して照射されるコーナーリトロリフレクタなどのリトロリフレクタからなる基準面155と、上記第1の光源110から出射された測定光Sと上記第2の光源120から出射された基準光Sが上記プリズムユニット130を介して重ね合わされて入射され、上記測定光Sと基準光Sとの干渉光を検出する第1の光検出器160と、上記測定面150に照射された測定光の上記測定面150による反射光と上記リトロリフレクタからなる基準面155に照射された基準光の上記基準面155による反射光が上記プリズムユニット130を介して重ね合わされて入射され、上記測定光の反射光と上記基準光の反射光との干渉光を検出する第2の光検出器170と、上記第1の光検出器160により検出された干渉信号と上記第2の光検出器170より検出された干渉信号の時間差から、光速と測定波長における屈折率から上記リトロリフレクタからなる基準面155までの距離と上記測定面150までの距離の差を求める信号処理部180とを備える。 The laser rangefinder 100 includes a first light source 110 that emits measurement light S 1 , a second light source 120 that emits reference light S 2, and measurement light S 1 emitted from the first light source 110. by integrating the housing of the first and second polarization maintaining collimator 111 and 112 reference light S 2 emitted from the second light source 120 is incident through the respective polarization maintaining optical fiber 101, 102 a second parallel beam collimators 190 comprising a prism unit 130 where the measuring beam S 1 and the reference light S 2 is incident through the first and second polarization maintaining collimator 111, the first light source 110 through the measurement surface 150 of the measuring light S 1 emitted is irradiated through the prism unit 130, the reference light S 2 emitted from the second light source 120 is the prism unit 130 from A reference surface 155 consisting of retroreflector such as a corner retroreflectors are illuminated Te, the first measuring beam S emitted from the light source 110 of 1 and the second reference light S 2 is the prism that is emitted from the light source 120 The first light detector 160 that detects the interference light between the measurement light S 1 and the reference light S 2 that is superimposed and incident through the unit 130, and the measurement light irradiated on the measurement surface 150. The reflected light from the surface 150 and the reflected light from the reference surface 155 of the reference light irradiated to the reference surface 155 comprising the retroreflector are superimposed and incident via the prism unit 130, and the reflected light of the measurement light and the reflected light The second photodetector 170 that detects interference light with the reflected light of the reference light, the interference signal detected by the first photodetector 160, and the second optical detection. A signal processing unit 180 for obtaining a difference between the distance from the refractive index at the speed of light and the measurement wavelength to the reference surface 155 made of the retroreflector and the distance to the measurement surface 150 from the time difference of the interference signal detected by the detector 170. .

上記第1及び第2の光源110,120は、それぞれ周期的に強度又は位相が変調され、互いに変調周期が異なる干渉性のある測定光Sと基準光Sを出射するものであって、それぞれ周期的に強度又は位相を変調され、互いに変調周期が異なる干渉性のある測定光Sと基準光Sを出射するための光変調器を備える2台の光源、光周波数コムモード間隔が異なる2台の光周波数コム発生器、或いは、光パルス繰り返し周波数が異なる2台のパルス光源からなる。 The first and second light sources 110 and 120 emit coherent measurement light S 1 and reference light S 2 that are periodically modulated in intensity or phase and have different modulation periods, respectively. Two light sources each having an optical modulator for emitting the measurement light S 1 and the reference light S 2 having the coherence, each of which is periodically modulated in intensity or phase and having different modulation periods, and the optical frequency comb mode interval is It consists of two different optical frequency comb generators or two pulsed light sources with different optical pulse repetition frequencies.

上記第1の光源110は、偏波保持ファイバ101と偏波保存コリメータ111を介してS偏光の測定光Sを出射する。また、上記第2の光源120は、偏波保持ファイバ102と偏波保存コリメータ112を介してS偏光の基準光Sを出射する。上記S偏光の測定光Sと基準光Sは、1/2波長(λ/2)板113,114を介して上記プリズムユニット130に入射される。 The first light source 110 emits S-polarized measurement light S 1 through the polarization maintaining fiber 101 and the polarization maintaining collimator 111. The second light source 120 emits S-polarized reference light S 2 through the polarization maintaining fiber 102 and the polarization maintaining collimator 112. The S-polarized measurement light S 1 and the reference light S 2 are incident on the prism unit 130 via half-wave (λ / 2) plates 113 and 114.

このレーザ距離計100において、上記プリズムユニット130は、図2に示すように、第1の台形プリズム131、第1の直角プリズム132、第2の直角プリズム133、第3の直角プリズム134、第2の台形プリズム135、第4の直角プリズム136を貼り合わせて一体化した構造の干渉計用プリズムである。   In the laser rangefinder 100, as shown in FIG. 2, the prism unit 130 includes a first trapezoidal prism 131, a first right-angle prism 132, a second right-angle prism 133, a third right-angle prism 134, a second The trapezoidal prism 135 and the fourth right-angle prism 136 are bonded together to form an interferometer prism.

上記プリズムユニット130は、図2に示すように、光路に対して直角をなし互いに直角をなす二つの面131a,131bと光路に対して45°をなす全反射面141Aとビームスプリッタ膜142Aが形成され互いに平行な二つの面131c,131dとを有する第1の台形プリズム131と、上記第1の台形プリズム131の上記ビームスプリッタ膜142Aが形成された面131dに、上記ビームスプリッタ膜142Aを挟んで斜面132cが貼り合わされた第1の直角プリズム132と、一方の斜面に偏光ビームスプリッタ膜143が形成され、上記偏光ビームスプリッタ膜143を挟んで斜面133c,134cが貼り合わされた第2の直角プリズム133と第3の直角プリズム134と、光路に対して直角をなし互いに直角をなす二つの面135a,135bと光路に対して45°をなす全反射面141Bとビームスプリッタ膜142Bが形成され互いに平行な二つの面135c,135dとを有する第2の台形プリズム135と、上記第2の台形プリズム135の上記ビームスプリッタ膜142Bが形成された面135dに、上記ビームスプリッタ膜142Bを挟んで斜面136cが貼り合わされた第4の直角プリズム136とを備える。   As shown in FIG. 2, the prism unit 130 includes two surfaces 131a and 131b that are perpendicular to the optical path and perpendicular to each other, a total reflection surface 141A that forms 45 ° with respect to the optical path, and a beam splitter film 142A. The first trapezoidal prism 131 having two surfaces 131c and 131d parallel to each other, and the surface 131d of the first trapezoidal prism 131 on which the beam splitter film 142A is formed, sandwiching the beam splitter film 142A. A first right-angle prism 132 to which the inclined surface 132c is bonded and a polarizing beam splitter film 143 formed on one of the inclined surfaces, and a second right-angle prism 133 to which the inclined surfaces 133c and 134c are bonded with the polarizing beam splitter film 143 sandwiched therebetween. And the third right-angle prism 134 and perpendicular to the optical path. A second trapezoidal prism 135 having two surfaces 135c and 135d in which a total reflection surface 141B and a beam splitter film 142B are formed at 45 ° with respect to the two surfaces 135a and 135b and parallel to each other; And a fourth right-angle prism 136 having a slope 136c bonded to the surface 135d of the second trapezoidal prism 135 on which the beam splitter film 142B is formed, with the beam splitter film 142B interposed therebetween.

そして、このプリズムユニット130は、上記第1の台形プリズム131の光路に対して直角をなす二つの面131a、131bの一方の面及び上記第1の直角プリズム132の直角をなす二つの面132a、132bの一方の面が、上記ビームスプリッタ膜142Aと偏光ビームスプリッタ膜143が互いに直角となるように、上記第1の直角プリズム132の直角をなす二つの面の一方の面に貼り合わされるとともに、上記第2の台形プリズム135の光路に対して直角をなす二つの面132a、132bの一方の面及び上記第4の直角プリズム136の直角をなす二つの面136a、136bの一方の面が、上記ビームスプリッタ膜142Bと偏光ビームスプリッタ膜143が互いに平行となるように、上記第2の直角プリズム136の直角をなす二つの面の一方の面に貼り合わされている。   The prism unit 130 includes one surface of two surfaces 131a and 131b perpendicular to the optical path of the first trapezoidal prism 131 and two surfaces 132a perpendicular to the first right prism 132. One surface of 132b is bonded to one surface of the two surfaces forming the right angle of the first right-angle prism 132 so that the beam splitter film 142A and the polarization beam splitter film 143 are perpendicular to each other. One surface of the two surfaces 132a and 132b perpendicular to the optical path of the second trapezoidal prism 135 and one surface of the two surfaces 136a and 136b perpendicular to the fourth rectangular prism 136 are The second right-angle prism 136 is arranged so that the beam splitter film 142B and the polarization beam splitter film 143 are parallel to each other. It is bonded to one surface of two surfaces at right angles.

上記プリズムユニット130は、上記第1の台形プリズム131、第1の直角プリズム132、第2の直角プリズム133、第3の直角プリズム134、第2の台形プリズム135、第4の直角プリズム136を貼り合わせて一体化することにより構成した台形プリズムであって、その台形プリズムの上部の面と底部の面に反射防止(AR)144,145膜が蒸着されている。   The prism unit 130 includes the first trapezoidal prism 131, the first right-angle prism 132, the second right-angle prism 133, the third right-angle prism 134, the second trapezoid prism 135, and the fourth right-angle prism 136. The trapezoidal prism is configured by integrating them together, and antireflection (AR) 144 and 145 films are deposited on the upper surface and the bottom surface of the trapezoidal prism.

そして、このレーザ距離計100において、上記第1の光源110は、偏波保存コリメータ111を介してS偏光の測定光Sを出射し、また、上記第2の光源120は、偏波保存コリメータ112を介してS偏光の基準光Sを出射する。上記測定光Sと基準光Sは、1/2波長(λ/2)板113,114を介して上記プリズムユニット130に入射される。 Then, in the laser rangefinder 100, the first light source 110 emits the measuring beam S 1 of S-polarized light through the polarization maintaining collimator 111, also the second light source 120, polarization maintaining collimator An S-polarized reference light S 2 is emitted through the line 112. The measurement light S 1 and the reference light S 2 are incident on the prism unit 130 via half-wave (λ / 2) plates 113 and 114.

上記プリズムユニット130に入射された測定光Sと基準光Sは、上記第2の直角プリズム133の直角をなす二つの面133a,133bの一方の面133aを介して上記偏光ビームスプリッタ膜143に入射され、上記偏光ビームスプリッタ膜143によりそれぞれ2つの測定光S1S,S1Pと基準光S2S,S2Pに分岐される。 The measurement light S 1 and the reference light S 2 incident on the prism unit 130 pass through the polarization beam splitter film 143 through one surface 133 a of the two surfaces 133 a and 133 b forming the right angle of the second right-angle prism 133. And is split into two measuring beams S 1S and S 1P and reference beams S 2S and S 2P by the polarizing beam splitter film 143, respectively.

上記偏光ビームスプリッタ膜143により反射された一方の偏光の測定光S1Sは、上記第1の台形プリズム131の上記全反射面141Aの形成された面131cにより反射されて90°折り曲げられてビームスプリッタ膜142Aに入射され、このビームスプリッタ膜142Aにより上記一方の偏光の測定光S1Sが1:1の比率で2つの測定光S11,S12に分岐される。 The measurement light S1S of one polarized light reflected by the polarizing beam splitter film 143 is reflected by the surface 131c of the first trapezoidal prism 131 on which the total reflection surface 141A is formed and is bent by 90 ° to be beam splitter. is incident on the film 142A, this by the beam splitter film 142A measuring beam S 1S of said one polarization is 1: two measuring beam S 11 1 ratio, is divided into S 12.

上記ビームスプリッタ膜142Aにより1:1の比率で2つに分岐された測定光S11,S12は、一方の測定光S11が上記第1の直角プリズム132の光路に対して直角をなす面132aを介して出射され、また、他方の測定光S12が上記全反射面141Aの形成された面131cにより反射されて90°折り曲げられて上記第1の台形プリズム131の光路に対して直角をなす面131aを介して出射される。 The measurement light S 11 , S 12 branched into two at a ratio of 1: 1 by the beam splitter film 142 A is a surface in which one measurement light S 11 is perpendicular to the optical path of the first right-angle prism 132. is emitted via 132a, also other measurement light S 12 is bent 90 ° is reflected by a surface 131c formed in the total reflection surface 141A of the perpendicular to the optical path of the first trapezoidal prism 131 The light is emitted through the surface 131a formed.

また、上記偏光ビームスプリッタ膜143を通過した他方の偏光の測定光S1Pは、上記第2の直角プリズム133の光路に対して直角をなす面133aから出射され、1/4波長(λ/4)板115を介して円偏光の測定光S1Cにされて上記測定面150に照射される。 Further, the measurement light S 1P of the other polarized light that has passed through the polarizing beam splitter film 143 is emitted from a surface 133a that is perpendicular to the optical path of the second right-angle prism 133, and has a quarter wavelength (λ / 4). ) The circularly polarized measurement light S 1C is made to irradiate the measurement surface 150 through the plate 115.

上記測定面150により垂直に反射された反射光S1C’が、上記1/4波長(λ/4)板115を介して上記プリズムユニット130の上記偏光ビームスプリッタ膜143に戻され、上記偏光ビームスプリッタ膜143により反射された一方の偏光の反射光S1S’が上記第2の台形プリズム135の上記全反射面141Bの形成された面135cにより反射されて90°折り曲げられてビームスプリッタ膜142Bに入射され、このビームスプリッタ膜142Bにより上記一方の偏光の反射光S1S’が1:1の比率で2つの反射光S11’,S12’に分岐される。 The reflected light S 1C ′ reflected perpendicularly by the measurement surface 150 is returned to the polarizing beam splitter film 143 of the prism unit 130 via the quarter wavelength (λ / 4) plate 115 and the polarized beam. The reflected light S 1S ′ of one polarized light reflected by the splitter film 143 is reflected by the surface 135c of the second trapezoidal prism 135 on which the total reflection surface 141B is formed and is bent by 90 ° to the beam splitter film 142B. is incident, the beam splitter film 142B by the reflected light S 1S of said one polarization 'is 1: two reflected light S 11 1 ratio' is split into S 12 '.

上記ビームスプリッタ膜142Bにより1:1の比率で2つに分岐された反射光S11’,S12’は、一方の反射光S11’が上記第4の直角プリズム136の光路に対して直角をなす面136aを介して出射されて第2の光検出器170に入射され、また、他方の反射光S12’が上記全反射面141Bの形成された面136cにより反射されて90°折り曲げられて上記第2の台形プリズム135の光路に対して直角をなす面135aを介して出射されて上記第2の光検出器170に入射される。 The reflected light S 11 ′ and S 12 ′ branched into two at a ratio of 1: 1 by the beam splitter film 142 B has one reflected light S 11 ′ perpendicular to the optical path of the fourth right-angle prism 136. The other reflected light S 12 ′ is reflected by the surface 136c on which the total reflection surface 141B is formed and bent by 90 °. Then, the light is emitted through a surface 135 a perpendicular to the optical path of the second trapezoidal prism 135 and is incident on the second photodetector 170.

上記偏光ビームスプリッタ膜143により反射された一方の偏光の基準光S2Sは、上記ビームスプリッタ膜142Aに入射され、このビームスプリッタ膜142Aにより上記一方の偏光の基準光S2Sが1:1の比率で2つの基準光S21,S22に分岐される。 One polarized reference light S 2S reflected by the polarizing beam splitter film 143 is incident on the beam splitter film 142 A, and the one polarized reference light S 2S is in a ratio of 1: 1 by the beam splitter film 142 A. Is branched into two reference lights S 21 and S 22 .

上記ビームスプリッタ膜142Aにより1:1の比率で2つに分岐された基準光S21,S22は、一方の基準光S21が上記第1の直角プリズム132の光路に対して直角をなす面132aを介して出射されて上記第1の光検出器10に入射され、また、他方の基準光S22が上記全反射面141Aの形成された面131cにより反射されて90°折り曲げられて上記第1の台形プリズム131の光路に対して直角をなす面131aを介して出射されて上記第1の光検出器160に入射される。 The reference light S 21 , S 22 branched into two at a ratio of 1: 1 by the beam splitter film 142 A is a surface in which one reference light S 21 is perpendicular to the optical path of the first right-angle prism 132. is output through the 132a are incident on the first photodetector 10, also the first other reference light S 22 is bent has been reflected 90 ° by the formed surface 131c of the total reflection surface 141A The light is emitted through a surface 131 a perpendicular to the optical path of one trapezoidal prism 131 and is incident on the first photodetector 160.

また、上記偏光ビームスプリッタ膜143を通過した他方の偏光の基準光S2Pは、上記第2の直角プリズム133の光路に対して直角をなす面133aから出射され、1/4波長(λ/4)板116を介して円偏光の測定光S2Cにされて上記リトロリフレクタからなる基準面155に照射される。 The reference light S 2P of the other polarization that has passed through the polarizing beam splitter film 143 is emitted from a surface 133a that is perpendicular to the optical path of the second right-angle prism 133, and is ¼ wavelength (λ / 4). ) The circularly polarized measurement light S 2C is passed through the plate 116 and irradiated to the reference surface 155 formed of the retroreflector.

上記リトロリフレクタからなる基準面155により垂直に反射された反射光S2C’が、上記1/4波長(λ/4)板116を介して上記プリズムユニット130の上記偏光ビームスプリッタ膜143に戻され、上記偏光ビームスプリッタ膜143により反射された一方の偏光の反射光S2S’が上記第2の台形プリズム135の上記全反射面141Bの形成された面135cにより反射されて90°折り曲げられてビームスプリッタ膜142Bに入射され、このビームスプリッタ膜142Bにより上記一方の偏光の反射光S2S’が1:1の比率で2つの反射光S21’,S22’に分岐される。 The reflected light S 2C ′ vertically reflected by the reference surface 155 made of the retroreflector is returned to the polarizing beam splitter film 143 of the prism unit 130 through the quarter wavelength (λ / 4) plate 116. The reflected light S 2S ′ of one polarized light reflected by the polarizing beam splitter film 143 is reflected by the surface 135c on which the total reflection surface 141B of the second trapezoidal prism 135 is formed and is bent by 90 °. enters the splitter film 142B, the beam splitter film 142B by the reflected light S 2S of said one polarization 'is 1: two reflected light S 21 1 ratio' is split into S 22 '.

上記ビームスプリッタ膜142Bにより1:1の比率で2つに分岐された反射光S21’,S22’は、一方の反射光S21’が上記第4の直角プリズム136の光路に対して直角をなす面136aを介して出射されて第2の光検出器170に入射され、また、他方の反射光S22’が上記全反射面141Bの形成された面136cにより反射されて90°折り曲げられて上記第2の台形プリズム135の光路に対して直角をなす面135aを介して出射されて上記第2の光検出器170に入射される。 The reflected light S 21 ′ and S 22 ′ branched into two at a ratio of 1: 1 by the beam splitter film 142 B has one reflected light S 21 ′ perpendicular to the optical path of the fourth right-angle prism 136. is incident on the second photodetector 170 is emitted through the surface 136a forming the also bent 90 ° is reflected by the surface 136c of the other of the reflected light S 22 'is formed of the total reflection surface 141B Then, the light is emitted through a surface 135 a perpendicular to the optical path of the second trapezoidal prism 135 and is incident on the second photodetector 170.

上記第1の光検出器160は、上記測定光Sと上記基準光Sとの干渉光を検出するものであって、上記プリズムユニット130の第1の台形プリズム131に形成されているビームスプリッタ膜142Aにおいて重ね合わされて2つに分岐された測定光S11,S12と基準光S21,S22との各干渉光を二個のフォトディテクタ161A,161Bにより検出し、その差分を差動検出器162により検出するようになっている。 The first photodetector 160 detects interference light between the measurement light S 1 and the reference light S 2, and is a beam formed on the first trapezoidal prism 131 of the prism unit 130. The interference light beams of the measurement light beams S 11 and S 12 and the reference light beams S 21 and S 22 that are superimposed on the splitter film 142A and branched into two are detected by the two photodetectors 161A and 161B, and the difference between them is differentially detected. Detection is performed by the detector 162.

また、上記第2の光検出器170は、上記測定面150からの反射光S1C’と上記リトロリフレクタからなる基準面155からの反射光S2C’の干渉光を検出するものであって、上記プリズムユニット130の第2の台形プリズム135に形成されているビームスプリッタ膜142Bにおいて重ね合わされてそれぞれ2つに分岐された反射光S11’,S12’と反射光S21’,S22’との各干渉光を二個のフォトディテクタ171A,171Bにより検出し、その差分を差動検出器172により検出するようになっている。 The second photodetector 170 detects interference light between the reflected light S 1C ′ from the measurement surface 150 and the reflected light S 2C ′ from the reference surface 155 including the retroreflector, The reflected light S 11 ′, S 12 ′ and the reflected light S 21 ′, S 22 ′, which are superposed on the beam splitter film 142 B formed on the second trapezoidal prism 135 of the prism unit 130 and branched into two, respectively. Are detected by the two photodetectors 171A and 171B, and the difference between them is detected by the differential detector 172.

上記信号処理部180は、上記第1の光検出器160により上記測定光Sと上記基準光Sとの干渉光を検出して得られる干渉信号の時間差と、上記第2の光検出器170により上記測定面150からの反射光S1C’と上記リトロリフレクタからなる基準面155からの反射光S2C’の干渉光を検出して得られる干渉信号の時間差に基づいて、光速と測定波長における屈折率から上記リトロリフレクタからなる基準面155までの距離と上記測定面150までの距離の距離差の絶対値を求める処理を行う。 The signal processing unit 180, a time difference of the interference signal obtained by detecting interference light of the measurement light S 1 and the reference light S 2 by the first optical detector 160, the second optical detector Based on the time difference between the interference signals obtained by detecting the interference light of the reflected light S 1C ′ from the measurement surface 150 and the reflected light S 2C ′ from the reference surface 155 made of the retroreflector by 170, the light speed and the measurement wavelength The absolute value of the distance difference between the distance from the refractive index of the light source to the reference surface 155 made of the retroreflector and the distance to the measurement surface 150 is obtained.

このレーザ距離計100では、上記プリズムユニット130すなわち台形プリズムの高さをhとすると、上記第1の光源110から出射された測定光Sが上記プリズムユニット130に入射し、上記第1の光検出器160に入射されるまでに上記プリズムユニット130内を伝搬する光学距離は、測定光S11が2h、測定光S12が2.5hであり、上記第1の光源110から出射された測定光Sが上記プリズムユニット130に入射し、上記第2の光検出器170に入射されるまでに上記プリズムユニット130内を伝搬する光学距離は、反射光S11’が3h、反射光S12’が3.5hである。 In the laser rangefinder 100, and the height of the prism unit 130 i.e. the trapezoidal prisms is h, the measurement light S 1 emitted from the first light source 110 is incident on the prism unit 130, the first light optical distance propagating in the prism unit 130 before being incident on the detector 160, measurement light S 11 is 2h, the measuring light S 12 is 2.5 h, which is emitted from the first light source 110 The optical distance that the light S 1 enters the prism unit 130 and propagates through the prism unit 130 before entering the second photodetector 170 is 3h for the reflected light S 11 ′ and the reflected light S 12. 'Is 3.5h.

これに対し、上記第2の光源120から出射された基準光Sが上記プリズムユニット130に入射し、上記第1の光検出器160に入射されるまでに上記プリズムユニット130内を伝搬する光学距離は、基準光S21が1.5h、基準光S22が2hであり、上記第2の光源110から出射された基準光Sが上記プリズムユニット130に入射し、上記第2の光検出器170に入射されるまでに上記プリズムユニット130内を伝搬する光学距離は、反射光S21’が2h、反射光S22’が2.5hである。 On the other hand, the reference light S 2 emitted from the second light source 120 enters the prism unit 130 and propagates through the prism unit 130 before entering the first photodetector 160. the distance is a reference light S 21 is 1.5 h, the reference light S 22 is 2h, the reference light S 2 emitted from the second light source 110 is incident on the prism unit 130, the second light detection The optical distance propagating through the prism unit 130 before entering the device 170 is 2 h for the reflected light S 21 ′ and 2.5 h for the reflected light S 22 ′.

すなわち、このレーザ距離計100では、上記第1、2の光検出器160,170において干渉光を検出するまでに、上記プリズムユニット130内で測定光Sと基準光Sが経験する光学距離の差はそれぞれ1hで互いに等しい。 That is, in the laser distance meter 100, the optical distance experienced by the measurement light S1 and the reference light S2 in the prism unit 130 before the interference light is detected by the first and second photodetectors 160 and 170. Are equal to each other at 1 h.

したがって、このレーザ距離計100では、上記プリズムユニット130の温度が変化しても、上記第1、2の光検出器160,170において検出される各干渉光の相対関係は一定であり、ゴーストのない高精度な光干渉観測を行うことができる。   Therefore, in the laser distance meter 100, even if the temperature of the prism unit 130 changes, the relative relationship between the interference lights detected by the first and second photodetectors 160 and 170 is constant, and ghost Highly accurate optical interference observation can be performed.

このレーザ距離計100では、上記リトロリフレクタからなる基準面155までの距離と上記測定面150までの距離の距離差の絶対値を出力するので、上記測定面150と上記リトロリフレクタからなる基準面155を近くに設置することにより、大気の屈折率変化の影響をさらに小さくして測定精度を上げることができる。   Since the laser distance meter 100 outputs the absolute value of the distance difference between the distance to the reference surface 155 composed of the retroreflector and the distance to the measurement surface 150, the reference surface 155 composed of the measurement surface 150 and the retroreflector. By installing the near, the influence of the change in the refractive index of the atmosphere can be further reduced and the measurement accuracy can be improved.

なお、このレーザ距離計100において、上記第2の直角プリズム133及び第3の直角プリズム134の各斜面133c、134cに挟まれた上記偏光ビームスプリッタ膜143は、ビームスプリッタ膜に置き換えることができる。この場合、光損失は増えるが上記1/4波長(λ/4)板115,116は不要になる。   In the laser distance meter 100, the polarizing beam splitter film 143 sandwiched between the inclined surfaces 133c and 134c of the second right-angle prism 133 and the third right-angle prism 134 can be replaced with a beam splitter film. In this case, although the optical loss increases, the quarter wavelength (λ / 4) plates 115 and 116 become unnecessary.

このような構成のレーザ距離計100では、第1の光源110から第1の偏波保存光ファイバ101を介して出射される測定光S1と第2の光源120から第2の偏波保存光ファイバ102を介して出射される基準光S2を、干渉計を構成するプリズムユニット130に、干渉計を構成するプリズムユニット130に、第1及び第2の偏波保存コリメータ111,112の筐体を一体化してなる2平行ビームコリメータ190を介して入射させ、上記プリズムユニット130を介して測定光S1が照射される測定面及び基準光S2が照射されるリトロリフレクタからなる基準面115による各反射光を上記プリズムユニット130により重ね合わせることにより干渉光を得るので、それぞれの部品の精度が、干渉信号が自動的に得られる条件を満たすことで、干渉信号が自動的に得られ、全体組み立ての工数が単純化される。   In the laser distance meter 100 having such a configuration, the measurement light S1 emitted from the first light source 110 via the first polarization maintaining optical fiber 101 and the second polarization maintaining optical fiber from the second light source 120 are used. The reference light S2 emitted through 102 is integrated into the prism unit 130 constituting the interferometer, and the prism unit 130 constituting the interferometer is integrated with the housings of the first and second polarization preserving collimators 111 and 112. Each of the reflected light from the reference surface 115 including the measurement surface irradiated with the measurement light S1 and the retroreflector irradiated with the reference light S2 through the prism unit 130. Since the interference light is obtained by superimposing the prism unit 130, the accuracy of each component is a condition for automatically obtaining the interference signal. By satisfying the interference signal is obtained automatically, man-hours for the entire assembly is simplified.

このレーザ距離計100において、上記偏波保存コリメータ111,112の筐体を一体化した2平行ビームコリメータ190、1/2波長(λ/2)板、113,114、1/4波長(λ/4)板115,116、プリズムユニット130、リトロリフレクタからなる基準面155、フォトディテクタ161A,161B,171A,171B等の光学部品は、図3に示すように、基板195上に実装される。   In this laser distance meter 100, the two parallel beam collimator 190, the half wavelength (λ / 2) plate, the 113, 114, the quarter wavelength (λ / 4) The optical components such as the plates 115 and 116, the prism unit 130, the reference surface 155 including the retroreflector, and the photodetectors 161A, 161B, 171A, and 171B are mounted on the substrate 195 as shown in FIG.

2平行ビームコリメータ190は、図4の(A)斜視図及び(B)要部横断斜視図に示すように、2つの偏波保存コリメータ111,112を一体化した筐体191に、上記2つの偏波保存コリメータ111,112に接続される偏波保持ファイバ101,102の位置のアオリ・フォーカス調整部192とXY位置決め部193が設けられている。   As shown in FIG. 4A and FIG. 4B, the two parallel beam collimators 190 are mounted on a casing 191 in which two polarization preserving collimators 111 and 112 are integrated. An orientation / focus adjustment unit 192 and an XY positioning unit 193 at the positions of the polarization maintaining fibers 101 and 102 connected to the polarization preserving collimators 111 and 112 are provided.

この2平行ビームコリメータ190では、同一のミラーを基準にして、上記アオリ・フォーカス調整部192とXY位置決め部193により、上記2つの偏波保存コリメータ111,112の出射する2本のコリメート光を互いに平行に調整し固定することができ、2本のコリメート光の平行度を容易に数秒レベルにすることができる。   In the two parallel beam collimator 190, the two collimated lights emitted from the two polarization preserving collimators 111 and 112 are transmitted to each other by the tilt / focus adjustment unit 192 and the XY positioning unit 193 with reference to the same mirror. It can be adjusted and fixed in parallel, and the parallelism of the two collimated lights can be easily set to a level of several seconds.

また、この2平行ビームコリメータ190は、偏光子103,104を内蔵しており、上記2つの偏波保存コリメータ111,112の入射側に偏光子103,104が配設されている。この2平行ビームコリメータ190は、偏光子103,104を内蔵することにより、接続される偏波保持ファイバ101,102に起因するゴーストの問題を解消し、ゴーストのない高精度な光干渉観測の可能なレーザ距離計100を構築することができる。   The two parallel beam collimator 190 includes polarizers 103 and 104, and the polarizers 103 and 104 are disposed on the incident side of the two polarization preserving collimators 111 and 112, respectively. The two-parallel beam collimator 190 includes the polarizers 103 and 104, thereby eliminating the ghost problem caused by the polarization-maintaining fibers 101 and 102 to be connected and enabling high-precision optical interference observation without the ghost. A simple laser rangefinder 100 can be constructed.

上記偏光子103,104は、それぞれ上記偏波保持ファイバ101,102の2つの偏光モード内の一方の軸に合わせて設置されている。これにより、上記偏波保持ファイバ101,102の偏光モード内の使用しない成分を除去することができる。   The polarizers 103 and 104 are installed in alignment with one of the two polarization modes of the polarization maintaining fibers 101 and 102, respectively. Thereby, the unused component in the polarization mode of the polarization maintaining fibers 101 and 102 can be removed.

上記偏光子101,102には、方解石、BBO、ルチルなどの結晶を用いた偏光子や、誘電体多層膜偏光子、ワーヤーグリッド偏光子、ビームディスプレーサ、コーニング社製のガラス偏光子であるポーラコア(登録商標)、HOYA(株)製のキューポ(登録商標)などを用いることができる。また、特定偏光のみ導波できる偏光ファイバを用いてもよい。   For the polarizers 101 and 102, a polarizer using a crystal such as calcite, BBO, or rutile, a dielectric multilayer polarizer, a wire grid polarizer, a beam displacer, or a polar core that is a glass polarizer manufactured by Corning ( (Registered trademark), Cupo (registered trademark) manufactured by HOYA Co., Ltd., and the like can be used. Alternatively, a polarizing fiber that can guide only specific polarized light may be used.

ここで、偏波保持ファイバによる干渉信号のゴーストの例を図5の(A),(B)に示す。   Here, examples of the ghost of the interference signal by the polarization maintaining fiber are shown in FIGS.

図5の(A),(B)は、偏波保持光ファイバの2つの偏光モードの消光比を強制的に劣化させ、特にゴーストが出やすい状態を作り出して観測したもので、(A)は偏光子を挿入した場合を示し、 (B)は偏光子を用いない場合を示している。   (A) and (B) in FIG. 5 are observed by forcibly degrading the extinction ratio of the two polarization modes of the polarization-maintaining optical fiber, and in particular, creating a state in which a ghost is easily generated. The case where a polarizer is inserted is shown, and (B) shows the case where a polarizer is not used.

図5の(B)には、図5の(A)にはない信号が重畳されており、ゴーストが認められるが、偏光子を挿入することにより、図5の(A)のように、ゴーストは殆ど認められない状態とすることができる。   In FIG. 5B, a signal that is not in FIG. 5A is superimposed and a ghost is recognized, but by inserting a polarizer, a ghost is obtained as shown in FIG. Can be in an almost unacceptable state.

従って、偏光子を偏波保存コリメータの入射端側或いは出射端側のどちらかに挿入することにより、偏波保持光ファイバに起因するゴーストの問題を解消し、ゴーストのない高精度な光干渉観測を行うことができる。   Therefore, by inserting a polarizer either on the incident end side or on the exit end side of the polarization maintaining collimator, the ghost problem caused by the polarization-maintaining optical fiber can be solved, and high-precision optical interference observation without ghosting can be achieved. It can be performed.

なお、この2平行ビームコリメータ190では、偏波保存コリメータ111,112の入射端側に偏光子103,104を設けたが、上記偏光子103,104は、上記偏波保存コリメータ111,112の出射端側に設けるようにしてもよい。   In the two parallel beam collimator 190, the polarizers 103 and 104 are provided on the incident end sides of the polarization maintaining collimators 111 and 112. The polarizers 103 and 104 are emitted from the polarization maintaining collimators 111 and 112, respectively. It may be provided on the end side.

また、このような構造の2平行ビームコリメータ190は、組み立ての際に、精密に位置決めを行う道具と、精密に固定する道具が必要であるが、位置決め・固定に使用する技術は通常のコリメータの生産技術であり、組み立ての工数が単純化される。また、この2平行ビームコリメータ190は、モノコックな構造に近いので、機械的に強く、さらに、堅牢な材料で制作したとしても、干渉計全体に比べて小さく、全体の重量に影響することがない。   Further, the two-parallel beam collimator 190 having such a structure requires a precision positioning tool and a precision fixing tool at the time of assembly. However, the technique used for positioning and fixing is a normal collimator. This is a production technology that simplifies the assembly process. In addition, since the two parallel beam collimator 190 has a monocoque structure, it is mechanically strong, and even if it is made of a robust material, it is smaller than the entire interferometer and does not affect the overall weight. .

また、このレーザ距離計100では、また、基準面155としてコーナーリトロリフレクタなどのリトロリフレクタが上記基板195上に実装されている。   In the laser distance meter 100, a retro reflector such as a corner retro reflector is mounted on the substrate 195 as the reference surface 155.

2平行ビームコリメータ190、プリズムユニット130、リトロリフレクタを用いた基準面155からなる干渉計では、それぞれの部品の設置位置や設置角度が機械的取り付け精度、例えば、一精度0.2mm、角度精度0.3度程度であっても、それぞれの部品の精度が、干渉信号が自動的に得られる条件を満たすことで、干渉計内のビームの平行度は数10秒程度に保たれ、干渉信号が自動的に得られる。光検出器すなわちフォトディテクタ161A,161B,171A,171B の位置合わせは必要になるが、検出面のサイズとして直径100μm程度のもの選択することにより、容易に位置合わせを行うことができる。したがって、このレーザ距離計100Aでは、複数の光学素子を精度よく調整・固定する必要がなく、全体組み立ての工数が単純化される。   In the interferometer including the reference plane 155 using the two parallel beam collimator 190, the prism unit 130, and the retro-reflector, the installation position and the installation angle of each component have a mechanical installation accuracy, for example, an accuracy of 0.2 mm and an angular accuracy of 0. Even if it is about 3 degrees, the accuracy of each part satisfies the condition that the interference signal is automatically obtained, so that the parallelism of the beam in the interferometer is kept at about several tens of seconds, and the interference signal is Obtained automatically. Although it is necessary to align the photodetectors 161A, 161B, 171A, and 171B, the alignment can be easily performed by selecting a detection surface having a diameter of about 100 μm. Therefore, in this laser distance meter 100A, it is not necessary to adjust and fix a plurality of optical elements with high accuracy, and the man-hour for the entire assembly is simplified.

また、このレーザ距離計100Aでは、干渉計の筐体を小型軽量に作成したとしても、加速度や環境温度の変動により干渉信号が失われることがなく、信頼性の高い光学計測装置になっている。   Further, in this laser distance meter 100A, even if the housing of the interferometer is made small and light, an interference signal is not lost due to fluctuations in acceleration and environmental temperature, and the optical distance measuring device is highly reliable. .

次に、干渉信号が自動的に得られる条件について説明する。   Next, conditions for automatically obtaining an interference signal will be described.

例えば、フォトディテクタ171Aで検出される干渉信号の強度は、フォトディテクタ171Aに入射される反射光S11’と反射光S21’の平行度Eで決まる。 For example, the intensity of the interference signal detected by the photodetector 171A is determined by the parallelism E between the reflected light S 11 ′ and the reflected light S 21 ′ incident on the photodetector 171A.

ここで、ターゲットを理想的な垂直反射であるとしたときの、干渉計の精度で決まる上記反射光S11’と反射光S21’の平行度の最大値Emaxは、2平行ビームコリメータ190における2本のビームの平行度をA、1/2波長(λ/2)板113,114のビーム偏角精度をB、基準面155として用いられるリトロリフレクタのビーム偏角精度をC、プリズムユニット130を構成する第2の台形プリズム135の二つの面135c、135dの平行度をDとしたとき、
Emax=A+2×B+C+2×n×D
となる。ここで、nは、プリズムユニット130の材質の屈折率である。
Here, when the target is an ideal vertical reflection, the maximum value Emax of the parallelism of the reflected light S 11 ′ and the reflected light S 21 ′ determined by the accuracy of the interferometer is obtained in the two parallel beam collimator 190. The parallelism of the two beams is A, the beam deflection accuracy of the ½ wavelength (λ / 2) plates 113 and 114 is B, the beam deflection accuracy of the retroreflector used as the reference plane 155 is C, and the prism unit 130. When the parallelism of the two surfaces 135c and 135d of the second trapezoidal prism 135 constituting
Emax = A + 2 * B + C + 2 * n * D
It becomes. Here, n is the refractive index of the material of the prism unit 130.

図5は、波長1550nm、ビーム径3.5mmの場合を仮定して、上記平行度Eに対する信号の劣化を計算したグラフを示している。この場合、例えば3dB以下の損失で干渉心が得られる条件は、上記平行度の最大値Emaxが約50秒以下であればよい。   FIG. 5 shows a graph in which signal deterioration with respect to the parallelism E is calculated on the assumption that the wavelength is 1550 nm and the beam diameter is 3.5 mm. In this case, for example, the condition for obtaining an interference center with a loss of 3 dB or less may be that the maximum value Emax of the parallelism is about 50 seconds or less.

このように、各入射端側又は出射端側の一方に上記第1及び第2の偏光子103,104が配設された第1及び第2の偏波保存コリメータ111,112の筐体を一体化した2平行ビームコリメータとして実装される筐体上にプリズムユニット130、第1及び第2の光検出器160,170、基準面155としてリトロリフレクタが実装される構造とすることによって、ゴーストのない高精度な光干渉観測を行うことができ、しかも、加速度や環境温度の変動などに強く、小型軽量で、組み立ても容易な光学式計測装置を提供することができる。   As described above, the housings of the first and second polarization preserving collimators 111 and 112 in which the first and second polarizers 103 and 104 are arranged on one of the incident end side and the emission end side are integrated. A structure in which the prism unit 130, the first and second photodetectors 160 and 170, and the retro-reflector as the reference surface 155 are mounted on the housing mounted as the two parallel beam collimator, so that there is no ghost. It is possible to provide an optical measurement apparatus that can perform high-precision optical interference observation, is resistant to fluctuations in acceleration and environmental temperature, is small and lightweight, and is easy to assemble.

100 レーザ距離計、
101,102 偏波保存光ファイバ
103,104 偏光子
110 第1の光源、
111,112 偏波保存コリメータ、
113,114 1/2波長(λ/2)板、
115,116 1/4波長(λ/4)板、
120 第2の光源、
130 プリズムユニット、
131 第1の台形プリズム、
131A 第1の平行四辺形プリズム、
132 第1の直角プリズム、
133 第2の直角プリズム、
134 第3の直角プリズム、
135 第2の台形プリズム、
135A 第2の平行四辺形プリズム、
136,236 第4の直角プリズム、
141A,141B 全反射面、
142A,142B ビームスプリッタ膜、
143, 偏光ビームスプリッタ膜、
144,145, 反射防止(AR)膜、
150 測定面、
155 基準面(リトロリフレクタ)、
160 第1の光検出器、
161A,161B,171A,171B フォトディテクタ、
162,172 差動検出器、
170 第2の光検出器、
180 信号処理部
190 2平行ビームコリメータ
191 筐体
195 基板
100 laser distance meter,
101, 102 Polarization-maintaining optical fiber 103, 104 Polarizer 110 First light source,
111, 112 polarization preserving collimator,
113, 114 1/2 wavelength (λ / 2) plate,
115, 116 1/4 wavelength (λ / 4) plate,
120 second light source,
130 prism unit,
131 first trapezoidal prism,
131A first parallelogram prism;
132 a first right angle prism;
133 second right angle prism,
134 a third right angle prism,
135 second trapezoidal prism,
135A second parallelogram prism,
136, 236 the fourth right angle prism,
141A, 141B Total reflection surface,
142A, 142B beam splitter film,
143, polarizing beam splitter film,
144, 145, antireflection (AR) film,
150 measuring surface,
155 Reference plane (retro reflector),
160 a first photodetector;
161A, 161B, 171A, 171B photodetector,
162,172 differential detector,
170 second photodetector,
180 Signal processor 190 Two parallel beam collimator 191 Case 195 Substrate

Claims (3)

それぞれ周期的に強度又は位相が変調され、互いに変調周期が異なる干渉性のある測定光と基準光を出射する第1及び第2の光源と、
上記第1の光源から出射された測定光と上記第2の光源から出射された基準光がそれぞれ偏波保存光ファイバを介して入射される第1及び第2の偏波保存コリメータの筐体を一体化してなる2平行ビームコリメータと、
上記測定光と基準光が上記第1及び第2の偏波保存コリメータを介して入射されるプリズムユニットと、
上記第1の光源から出射された測定光が上記プリズムユニットを介して照射される測定面と、
上記第2の光源から出射された基準光が上記プリズムユニットを介して照射されるリトロリフレクタからなる基準面と、
上記第1の光源から出射された測定光と上記第2の光源から出射された基準光が上記プリズムユニットを介して重ね合わされて入射され、上記測定光と基準光との干渉光を検出する第1の光検出器と、
上記測定面に照射された測定光の上記測定面による反射光と上記基準面に照射された基準光の上記基準面による反射光が上記プリズムユニットを介して重ね合わされて入射され、上記測定光の反射光と上記基準光の反射光との干渉光を検出する第2の光検出器と、
上記第1の光検出器により検出された干渉信号と上記第2の光検出器により検出された干渉信号の時間差から、光速と測定波長における屈折率から上記基準面までの距離と上記測定面までの距離の差を求める信号処理部と
を備える光学式計測装置。
First and second light sources that emit coherent measurement light and reference light, the intensity or phase of which are periodically modulated and the modulation periods of which are different from each other;
The housings of the first and second polarization preserving collimators in which the measurement light emitted from the first light source and the reference light emitted from the second light source are incident through the polarization preserving optical fibers, respectively. An integrated two-parallel beam collimator;
A prism unit on which the measurement light and the reference light are incident via the first and second polarization maintaining collimators;
A measurement surface on which measurement light emitted from the first light source is irradiated via the prism unit;
A reference surface composed of a retroreflector on which the reference light emitted from the second light source is irradiated through the prism unit;
The measurement light emitted from the first light source and the reference light emitted from the second light source are superimposed and incident via the prism unit, and the interference light between the measurement light and the reference light is detected. 1 photodetector;
Reflected light of the measurement light irradiated on the measurement surface by the measurement surface and reflected light of the reference light irradiated on the reference surface by the reference surface are superimposed and incident via the prism unit. A second photodetector for detecting interference light between the reflected light and the reflected light of the reference light;
From the time difference between the interference signal detected by the first photodetector and the interference signal detected by the second photodetector, the distance from the refractive index at the speed of light and measurement wavelength to the reference surface and the measurement surface An optical measurement device comprising: a signal processing unit for obtaining a difference in distance between the two.
上記プリズムユニットは、光路に対して45°をなす全反射面とビームスプリッタ膜が形成され互いに平行な二つの面と、光路に対して直角をなし互いに平行又は直角をなす二つの面とを有する第1の四角柱プリズムと、上記第1の四角柱プリズムの上記ビームスプリッタ膜が形成された面に、上記ビームスプリッタ膜を挟んで斜面が貼り合わされた第1の直角プリズムと、一方の斜面にビームスプリッタ膜が形成され、ビームスプリッタ膜を挟んで斜面が貼り合わされた第2の直角プリズムと第3の直角プリズムと、光路に対して45°をなす全反射面とビームスプリッタ膜が形成され互いに平行な二つの面と、光路に対して直角をなし互いに平行又は直角をなす二つの面とを有する第2の四角柱プリズムと、上記第1の四角柱プリズムの上記ビームスプリッタ膜が形成された面に、上記ビームスプリッタ膜を挟んで斜面が貼り合わされた第4の直角プリズムとを備え、上記第1の四角柱プリズムの光路に対して直角をなす二つの面の一方の面及び上記第1の直角プリズムの直角をなす二つの面の一方の面が、上記各ビームスプリッタ膜が互いに平行となるように、上記第1の直角プリズムの直角をなす二つの面の一方の面に貼り合わされるとともに、上記第2の四角柱プリズムの光路に対して直角をなす二つの面の一方の面及び上記第4の直角プリズムの直角をなす二つの面の一方の面が、上記各ビームスプリッタ膜が互いに直角となるように、上記第2の直角プリズムの直角をなす二つの面の一方の面に貼り合わされてなり、
上記測定光と基準光が上記第1及び第2の偏波保存コリメータを介して入射される上記プリズムユニットにより、上記第1の光源から出射された測定光を上記第1の四角柱プリズムに形成されている上記ビームスプリッタ膜により2つに分岐させて、上記第2の直角プリズムと第3の直角プリズムの斜面で挟まれたビームスプリッタ膜を介して出射して上記測定面及び基準面に照射し、上記第2の光源から出射された基準光を上記第2の四角柱プリズムに形成されている上記ビームスプリッタ膜により2つに分岐させて、上記測定面と基準面により反射された各反射光と、上記第2の直角プリズムと第3の直角プリズムの斜面で挟まれたビームスプリッタ膜において重ね合わせて出射して上記第1の光検出器と第2の光検出器に入射させる光路を形成したことを特徴とする請求項1記載の光学式計測装置。
The prism unit has a total reflection surface forming 45 ° with respect to the optical path, two surfaces formed with a beam splitter film and parallel to each other, and two surfaces perpendicular to the optical path and parallel to or perpendicular to each other. A first rectangular prism, a first rectangular prism in which the beam splitter film of the first square prism is formed and a slope is bonded with the beam splitter film interposed therebetween; The beam splitter film is formed, the second right angle prism and the third right angle prism having the slopes bonded to each other with the beam splitter film interposed therebetween, the total reflection surface forming 45 ° with respect to the optical path, and the beam splitter film are formed. A second quadrangular prism having two parallel surfaces and two surfaces that are perpendicular to the optical path and parallel or perpendicular to each other; and a top of the first quadrangular prism. A surface on which the beam splitter film is formed and a fourth right-angle prism having slopes bonded to each other with the beam splitter film interposed therebetween, and two surfaces perpendicular to the optical path of the first quadrangular prism One surface of the first right-angle prism and one surface of the two surfaces forming the right angle of the first right-angle prism are two surfaces that form a right angle of the first right-angle prism so that the beam splitter films are parallel to each other. One surface of two surfaces that are bonded to one surface of the second rectangular prism and are perpendicular to the optical path of the second quadrangular prism and one surface of the two surfaces that are perpendicular to the fourth rectangular prism Is bonded to one of the two surfaces forming the right angle of the second right angle prism so that the beam splitter films are perpendicular to each other,
The measurement light emitted from the first light source is formed on the first square prism by the prism unit on which the measurement light and the reference light are incident through the first and second polarization maintaining collimators. The beam splitter film is split into two by the beam splitter film, and is emitted through the beam splitter film sandwiched between the inclined surfaces of the second right-angle prism and the third right-angle prism to irradiate the measurement surface and the reference surface. Then, the reference light emitted from the second light source is branched into two by the beam splitter film formed on the second rectangular prism, and each reflection reflected by the measurement surface and the reference surface Light and light that are superimposed on a beam splitter film sandwiched between the slopes of the second right-angle prism and the third right-angle prism and are incident on the first photodetector and the second photodetector Optical measuring device according to claim 1, characterized in that the formation of the.
上記第1及び第2の偏波保存コリメータは、各入射端側又は出射端側の一方に第1及び第2の偏光子が配設された筐体を一体化した2平行ビームコリメータとして筐体上に実装され、上記筐体上には、上記プリズムユニット、第1及び第2の光検出器とともに、上記基準面としてリトロリフレクタが実装されていることを特徴とする請求項2記載の光学式計測装置。   The first and second polarization preserving collimators are a two-parallel beam collimator that integrates a case in which the first and second polarizers are arranged on one of the incident end side and the emission end side. The optical reflector according to claim 2, wherein a retroreflector is mounted on the casing as the reference plane together with the prism unit and the first and second photodetectors. Measuring device.
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