JP3344637B2 - Optical interference type position measuring device - Google Patents

Optical interference type position measuring device

Info

Publication number
JP3344637B2
JP3344637B2 JP30227994A JP30227994A JP3344637B2 JP 3344637 B2 JP3344637 B2 JP 3344637B2 JP 30227994 A JP30227994 A JP 30227994A JP 30227994 A JP30227994 A JP 30227994A JP 3344637 B2 JP3344637 B2 JP 3344637B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
interference
wavelength
measurement
light beam
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP30227994A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH08159710A (en
Inventor
政行 梨木
淳 家城
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Okuma Corp
Original Assignee
Okuma Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Okuma Corp filed Critical Okuma Corp
Priority to JP30227994A priority Critical patent/JP3344637B2/en
Publication of JPH08159710A publication Critical patent/JPH08159710A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3344637B2 publication Critical patent/JP3344637B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、精密な産業機
械や工作機械で作業ステージが変位したときの位置や回
転軸の角度を計測する際に使用される位置計測装置に関
し、特に、基準面からの基準光および測定面からの測定
光を重ね合わせて干渉させ、この干渉光の光強度に基づ
いて基準光および測定光間の光路長の差を計測し、この
光路長の差から測定対象の位置データを読み取る光干渉
式位置計測装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a position measuring device used for measuring the position of a work stage when it is displaced or the angle of a rotary shaft in a precision industrial machine or machine tool. The reference light from the surface and the measurement light from the measurement surface are superimposed and caused to interfere with each other, and the difference in the optical path length between the reference light and the measurement light is measured based on the light intensity of the interference light. The present invention relates to an optical interference type position measurement device for reading position data of an object.

【0002】[0002]

【従来の技術】図13は、光ヘテロダイン法を利用した
光干渉式位置計測装置の一例であるレーザ測長器を示
す。このレーザ測長器は、測定対象上の移動ミラー10
と固定ミラー11とから反射してくる2つのレーザ光を
重ね合わせて干渉光MLを形成し、移動ミラー10の移
動に伴う干渉光MLの光強度の変化を検出して測定対象
の相対変位Xを計測する。
2. Description of the Related Art FIG. 13 shows a laser length measuring device which is an example of an optical interference type position measuring device utilizing an optical heterodyne method. This laser length measuring device is provided with a moving mirror 10 on a measuring object.
The two laser beams reflected from the mirror 11 and the fixed mirror 11 are superimposed to form interference light ML, and a change in the light intensity of the interference light ML due to the movement of the movable mirror 10 is detected to detect the relative displacement X of the measurement object. Is measured.

【0003】光源であるレーザ発振器12は分離面P1
に向けて光束OLを発する。レーザ発振器12はHeN
eレーザを備え、このレーザは、互いに直交する偏光面
で周波数f1、f2の異なる2つのレーザ光(光束O
L)を出力する。レーザ光は偏光ビームスプリッタ13
に入力され、分離面P1で、周波数f1の測定光L1お
よび周波数f2の基準光L2に分離される。
A laser oscillator 12, which is a light source, has a separation plane P1.
The light beam OL is emitted toward. Laser oscillator 12 is HeN
e laser, which is composed of two laser beams (light beams O1 and F2) having polarization planes orthogonal to each other and having different frequencies f1 and f2.
L) is output. The laser light is polarized beam splitter 13
At the separation plane P1, and is separated into measurement light L1 at frequency f1 and reference light L2 at frequency f2.

【0004】測定光L1は測定対象に固定された移動ミ
ラー10上の測定面へ照射される。測定面で反射した測
定光L1は、移動ミラー10のX方向移動速度に比例し
て周波数Δfのドップラー変調を受け、再び偏光ビーム
スプリッタ13に入力される。一方、基準光L2は、固
定ミラー11上の基準面で反射して、再び偏光ビームス
プリッタ13に入力される。偏光ビームスプリッタ13
では、測定光L1および基準光L2が重ね合わせられ、
測定干渉光MLが形成される。測定対象の移動に伴って
測定光L1の分離面P1から再度偏光ビームスプリッタ
13上のP2へ戻るまでの光路長が増加または減少する
と、その増加または減少の分だけ、P2において、基準
光L2に対する測定光L1の位相がずれる。この位相の
ずれによって測定干渉光MLの光強度が変化する。
The measuring light L1 is applied to a measuring surface on a movable mirror 10 fixed to a measuring object. The measurement light L1 reflected by the measurement surface undergoes Doppler modulation with a frequency Δf in proportion to the moving speed of the moving mirror 10 in the X direction, and is input to the polarization beam splitter 13 again. On the other hand, the reference light L2 is reflected by the reference surface on the fixed mirror 11, and is input to the polarization beam splitter 13 again. Polarizing beam splitter 13
In the measurement light L1 and the reference light L2 are superimposed,
The measurement interference light ML is formed. When the optical path length from the separation plane P1 of the measurement light L1 to the return to P2 on the polarizing beam splitter 13 increases or decreases with the movement of the measurement target, the increase or decrease in the optical path length at P2 with respect to the reference light L2. The phase of the measurement light L1 is shifted. The light intensity of the measurement interference light ML changes due to the phase shift.

【0005】受光部14は測定干渉光MLの干渉光強度
を電気的に検出する。すなわち、受光部14では、測定
干渉光MLが光電変換され、f1±Δfおよびf2の差
周波数を有する測定電気信号Fp(ビート信号)が得ら
れる。
[0005] The light receiving section 14 electrically detects the interference light intensity of the measurement interference light ML. That is, in the light receiving unit 14, the measurement interference light ML is photoelectrically converted, and a measurement electric signal Fp (beat signal) having a difference frequency between f1 ± Δf and f2 is obtained.

【0006】一方、光束OLはビームスプリッタ15で
分割され、光電変換素子16に照射される。この光電変
換素子16では、周波数の異なる前記2つのレーザ光が
光電変換され、f1およびf2の差周波数を有する参照
電気信号Fr(ビート信号)が得られる。
On the other hand, the light beam OL is split by the beam splitter 15 and irradiated on the photoelectric conversion element 16. In the photoelectric conversion element 16, the two laser lights having different frequencies are photoelectrically converted, and a reference electric signal Fr (beat signal) having a difference frequency between f1 and f2 is obtained.

【0007】ここで、測定電気信号Fpおよび参照電気
信号Fr間の位相差は、測定光L1および基準光L2間
の光路長の差を表す。光路長に変化のない基準光L2を
表す参照電気信号Frはその位相が固定されているの
で、この参照電気信号Frに対する測定電気信号Fpの
位相差は、測定対象すなわち移動ミラー10の相対変位
Xを示すこととなる。この原理に基づき、演算回路17
は、測定対象の移動中に測定電気信号Fpおよび参照電
気信号Fr間の位相差を計測し、この位相差から測定対
象の位置データとしての相対変位Xを検出する。
Here, the phase difference between the measurement electric signal Fp and the reference electric signal Fr indicates a difference in optical path length between the measurement light L1 and the reference light L2. Since the reference electric signal Fr representing the reference light L2 whose optical path length does not change has a fixed phase, the phase difference of the measured electric signal Fp with respect to the reference electric signal Fr is determined by the relative displacement X of the measurement object, that is, the relative displacement X of the movable mirror 10. Will be shown. Based on this principle, the arithmetic circuit 17
Measures the phase difference between the measurement electric signal Fp and the reference electric signal Fr while the measurement object is moving, and detects a relative displacement X as position data of the measurement object from the phase difference.

【0008】レーザ光の波長をλとすると、測定対象が
変位X移動した場合、両信号Fp、Fr間の位相差は4
π・(X/λ)で表される。その結果、測定電気信号F
pの位相は、1周期ごと、すなわち、位相差がλ/2変
化する度に参照電気信号Frの位相と一致することとな
る。このため、演算回路17は、0〜λ/2の範囲内で
測定値Δxを特定する計測器と、特定された計測値Δx
に基づいて位相差の周期数Xuをカウントするカウンタ
とを備え、X=λ/2・Xu+Δxに基づいて位置デー
タXを出力する。
Assuming that the wavelength of the laser beam is λ, when the object to be measured is displaced X, the phase difference between the two signals Fp and Fr is 4
It is represented by π · (X / λ). As a result, the measured electrical signal F
The phase of p coincides with the phase of the reference electric signal Fr every period, that is, every time the phase difference changes by λ / 2. For this reason, the arithmetic circuit 17 includes a measuring device that specifies the measurement value Δx within the range of 0 to λ / 2, and a measurement device that specifies the measurement value Δx.
And a counter that counts the number of periods Xu of the phase difference based on the position data X, and outputs the position data X based on X = λ / 2 · Xu + Δx.

【0009】演算回路17は、予め設定されたサンプリ
ングタイムに従って両信号Fp、Fr間の位相差を計測
する。このサンプリングタイムは、前回計測器で計測さ
れた計測値Δx(last)から今回計測器で計測され
た計測値Δx(curr)への変化分が必ず±λ/4の
範囲内に収まるように設定される。このようなサンプリ
ングタイムの設定によれば、前回計測器で計測された計
測値Δx(last)と今回計測器で計測された計測値
Δx(curr)とを比較することによって簡単かつ確
実に周期数Xuをカウントすることができる。
The arithmetic circuit 17 measures the phase difference between the two signals Fp and Fr according to a preset sampling time. This sampling time is set so that the change from the measurement value Δx (last) measured by the previous measurement device to the measurement value Δx (curr) measured by the current measurement device always falls within the range of ± λ / 4. Is done. According to the setting of the sampling time, the cycle number can be easily and reliably determined by comparing the measurement value Δx (last) measured by the previous measurement device with the measurement value Δx (curr) measured by the current measurement device. Xu can be counted.

【0010】計測器は、Δx(curr)−Δx(la
st)≦−λ/4のとき、すなわち、今回の計測値が前
回の計測値よりもλ/4以上小さいときは、周期数Xu
が1周期増加したと判断し、アップパルスを出力してカ
ウンタのカウント値を1つ増やす。例えば、今回の計測
値がΔx(curr)=λ/4、前回の計測値Δx(l
ast)=(3λ)/4であると仮定すると、Δx(c
urr)−Δx(last)=−λ/2となってカウン
タのカウント数が1つ増える。計測値λ/4に達するに
は、(3λ)/4から周期が変わった上で増加して達す
る場合と、単純に(3λ)/4から減少して達する場合
とが考えられるが、計測値Δx(curr)への変化
は、必ず±λ/4の範囲内に収まるようにサンプリング
タイムが設定されているので、周期が変わった上で増加
したことが確定される。同様に、計測器は、Δx(cu
rr)−Δx(last)≧λ/4のとき、すなわち、
今回の計測値が前回の計測値よりもλ/4以上大きいと
きは、周期数が1周期減少したと判断し、ダウンパルス
を出力してカウンタのカウント数を1つ減らす。
The measuring instrument is Δx (curr) −Δx (la
st) ≦ −λ / 4, that is, when the current measurement value is smaller than the previous measurement value by λ / 4 or more, the cycle number Xu
Is increased by one cycle, an up pulse is output, and the count value of the counter is increased by one. For example, the current measurement value is Δx (curr) = λ / 4, and the previous measurement value Δx (l
ast) = (3λ) / 4, Δx (c
(urr) −Δx (last) = − λ / 2, and the count number of the counter increases by one. In order to reach the measured value λ / 4, there are two cases, that is, the case where the period increases from (3λ) / 4 and the period increases and the case where the period simply reaches and decreases from (3λ) / 4. Since the change to Δx (curr) is set so that the sampling time is always within the range of ± λ / 4, it is determined that the change has occurred after the cycle has changed. Similarly, the instrument measures Δx (cu
rr) -Δx (last) ≧ λ / 4, that is,
If the current measurement value is larger than the previous measurement value by λ / 4 or more, it is determined that the number of cycles has decreased by one cycle, and a down pulse is output to reduce the count number of the counter by one.

【0011】なお、ビームスプリッタ15で分割された
光束OLは光電変換素子18にも入力される。光電変換
素子18で得られた電気信号はレーザ同調回路19に入
力され、レーザ同調回路19はレーザ発振器12の安定
化を図っている。
The light beam OL split by the beam splitter 15 is also input to the photoelectric conversion element 18. The electric signal obtained by the photoelectric conversion element 18 is input to a laser tuning circuit 19, which stabilizes the laser oscillator 12.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
光干渉式位置計測装置では、測定光光路長の増加または
減少によって生じる干渉光の光強度の変化を測定してい
るので、測定対象が移動する必要がある。すなわち、上
記装置では、位置計測開始の時点で基準点を設定し、こ
の基準点からの測定対象の相対変位をインクリメンタル
に測定する。このため、計測中に周期数Xuを誤って
カウントすると、その誤りがその後の計測に蓄積されて
しまう、測定光の光路が1度遮られてしまうと、それ
までの位置がわからなくてなってしまい、その時点で測
定対象を基準点に復帰させて原点出しを再度行わなけれ
ばならない、電源オフによって現在位置が消去されて
しまうと、電源オン後、測定開始の度に原点出しを行わ
なければならない、といった問題がある。
However, in the above-described optical interference type position measuring device, since the change in the light intensity of the interference light caused by the increase or decrease in the optical path length of the measurement light is measured, the object to be measured is not measured. Need to move. That is, the above-described apparatus sets a reference point at the start of position measurement, and incrementally measures a relative displacement of a measurement target from the reference point. For this reason, if the cycle number Xu is incorrectly counted during measurement, the error is accumulated in subsequent measurements. If the optical path of the measurement light is interrupted once, the position up to that point cannot be known. At that time, the measurement target must be returned to the reference point and the origin must be found again.If the current position is erased by turning off the power, after the power is turned on, the origin must be found every time measurement starts. There is a problem that it does not.

【0013】また、上記装置では、光源として例えば2
周波のHeNeレーザ発振器が必要であり、大型かつ高
価格という問題がある。そこで、光源に小型な半導体レ
ーザを用いることが考えられるが、半導体レーザは波長
の安定性が充分でないため、例えばマイケルソン干渉計
を構成した場合、波長の誤差や変動が計測精度に影響す
るという問題がある。
In the above-mentioned device, for example, 2
A high-frequency HeNe laser oscillator is required, and there is a problem of large size and high price. Therefore, it is conceivable to use a small semiconductor laser as the light source. However, since the semiconductor laser has insufficient wavelength stability, for example, when a Michelson interferometer is configured, errors and fluctuations in wavelength affect measurement accuracy. There's a problem.

【0014】さらに、上記装置では、計測する周囲環境
や測定対象の動きによって、光路の空気にゆらぎなどが
発生して、計測データが不安定になるという問題があ
る。
Further, the above-mentioned apparatus has a problem that the measurement data becomes unstable due to fluctuations in the air in the optical path due to the surrounding environment to be measured or the movement of the object to be measured.

【0015】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
であり、測定対象の絶対位置を簡単に検出可能な光干渉
式位置計測装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide an optical interference type position measuring device capable of easily detecting an absolute position of a measurement object.

【0016】また、本発明は、光源として半導体レーザ
を用いた場合でも、計測精度が半導体レーザの波長変動
に影響されない、小型かつ安価な光干渉式位置計測装置
を提供することを目的とする。
Another object of the present invention is to provide a small and inexpensive optical interference type position measuring device in which the measurement accuracy is not affected by the wavelength fluctuation of the semiconductor laser even when a semiconductor laser is used as a light source.

【0017】さらに、本発明は、計測の周囲環境の変化
にも強い光干渉式位置計測装置を提供することを目的と
する。
Still another object of the present invention is to provide an optical interference type position measuring apparatus which is resistant to changes in the surrounding environment of the measurement.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る光干渉式位置計測装置は、可干渉性を
有する光束を発する光源と、光束を基準光と測定光に分
離する分離面と、基準光を反射する基準面と、測定対象
に取付けられて、測定光を反射する測定面とを備え、基
準光および測定光を重ね合わせて干渉光を形成し、この
干渉光に基づいて測定対象の位置データを読み取る光干
渉式位置計測装置において、光源から発せられる光束の
波長を変化させる波長制御部と、前記基準面および測定
面を有し、基準面からの基準光および測定面からの測定
光を重ね合わせて相対変位用干渉光を送り出す相対変位
用干渉部と、前記光束から分離された基準干渉用光束に
基づいて、予め決められた基準長さに対応した光路長の
差を有する2つの光を重ね合わせて基準長さ用干渉光を
送り出す基準長さ用干渉部と、前記波長制御部が光束の
波長を変更した際に前記相対変位用干渉光および基準長
さ用干渉光に生じる光強度の変化、および前記基準長さ
に基づいて、測定対象の絶対位置データを算出する絶対
位置データ計算部と、測定対象の移動に伴う前記相対変
位用干渉光の光強度の変化に基づいて測定対象の絶対位
置に対する相対位置データを算出する相対位置データ計
算部と、これらの絶対位置データおよび相対位置データ
を合成して測定対象の位置を特定する合成演算部とを備
えることを特徴とする。
[MEANS FOR SOLVING THE PROBLEMS] To achieve the above object
The light interference type position measuring device according to the present invention includes a light source that emits a light beam having coherence, a separation surface that separates the light beam into reference light and measurement light, a reference surface that reflects the reference light, and a measurement target. A light-interfering position measurement device that includes a measurement surface that reflects the measurement light and that overlaps the reference light and the measurement light to form interference light, and that reads position data of a measurement target based on the interference light. In, a wavelength control unit that changes the wavelength of the light beam emitted from the light source, and having the reference surface and the measurement surface, the reference light from the reference surface and the measurement light from the measurement surface are superimposed on each other to generate interference light for relative displacement. Based on the relative displacement interference unit to be sent and the reference interference light beam separated from the light beam, two lights having an optical path length difference corresponding to a predetermined reference length are superimposed on each other to produce a reference length interference beam. Reference length for sending light An interference unit, the change in light intensity generated in the relative displacement interference light and reference length for interference light when changing the wavelength of the wavelength control unit luminous flux, and based on the reference length, the absolute measurement target Absolute to calculate position data
A position data calculation unit, and the relative change accompanying the movement of the measurement target.
Absolute position of the object to be measured based on the change in the light intensity of the position interference light
Position data meter to calculate relative position data
Calculation unit and their absolute position data and relative position data
And a combining operation unit that specifies the position of the measurement target by combining

【0019】また、好適には、前記基準長さ用干渉部
は、分離面で前記基準干渉用光束から取り出された基準
光を反射する基準面と、分離面で前記基準干渉用光束か
ら取り出された測定光を反射する測定面とを備え、基準
面からの基準光と、この基準光に対して前記基準長さに
対応した光路長の差を有する測定面からの測定光とを重
ね合わせて干渉光を形成することを特徴とする。
Preferably, the reference length interference portion reflects a reference light extracted from the reference interference light beam on a separation surface, and is extracted from the reference interference light beam on a separation surface. Measurement light reflecting the measurement light, the reference light from the reference surface, and the measurement light from the measurement surface having a difference in the optical path length corresponding to the reference length with respect to this reference light, It is characterized by forming interference light.

【0020】さらに、好適には、前記絶対位置データ計
算部は、光束の波長を変更した際に基準長さ用干渉光に
生じる波数の増減値Coを計測する計数回路と、光束の
波長を変更した際に相対変位用干渉光に生じる波数の増
減値Cxを計測する計数回路と、Lx=Lo(Cx/C
o)(ただし、Lo:基準長さ用干渉部における分離面
から測定面までの基準長さ)に基づいて、相対変位用干
渉部における前記分離面からの測定対象の位置Lxを算
出する絶対位置データ算出回路とを備えることを特徴と
する。
Further, preferably, the absolute position data meter
The calculation unit includes a counting circuit that measures an increase / decrease value Co of a wave number generated in the interference light for the reference length when the wavelength of the light beam is changed, and an increase / decrease of the wave number generated in the interference light for relative displacement when the wavelength of the light beam is changed. A counting circuit for measuring the value Cx, and Lx = Lo (Cx / C
o) Absolute position for calculating the position Lx of the measurement target from the separation surface in the relative displacement interference unit based on (where Lo: the reference length from the separation surface to the measurement surface in the reference length interference unit) A data calculation circuit.

【0021】[0021]

【0022】さらにまた、好適には、本発明に係る光干
渉式位置計測装置は、基準長さ用干渉部からの基準長さ
用干渉光に基づいて、光源からの光束の波長変動を検出
する波長変動検出部と、検出した波長変動に基づいて前
記相対位置データを補正する波長補正部とを備えること
を特徴とする。
Further, preferably, the light drying device according to the present invention is used.
The interference-type position measurement device includes a wavelength-variation detecting unit that detects a wavelength variation of a light beam from the light source based on the reference-length interference light from the reference-length interference unit; and A wavelength correction unit for correcting the position data.

【0023】さらにまた、好適には、光源は半導体レー
ザであり、前記波長制御部は、半導体レーザの温度を変
化させることによって光束の波長を変化させることを特
徴とする。
Still preferably, the light source is a semiconductor laser, and the wavelength controller changes the wavelength of the light beam by changing the temperature of the semiconductor laser.

【0024】さらにまた、好適には、波長制御部は、光
束が通過する媒体に応力を発生させて、媒体の屈折率を
変化させることによって光束の波長を変化させることを
特徴とする。
Still preferably, the wavelength controller changes the wavelength of the light beam by generating a stress in the medium through which the light beam passes to change the refractive index of the medium.

【0025】さらにまた、好適には、波長制御部は、光
が通過する媒体に電界または磁界を作用させ、媒体
屈折率を変化させることによって光束の波長を変化させ
ることを特徴とする。
Further, preferably, the wavelength control section is characterized in that an electric field or a magnetic field is applied to a medium through which the light beam passes to change the refractive index of the medium , thereby changing the wavelength of the light beam.

【0026】さらにまた、好適には、波長制御部は、所
定屈折率の回転板を回転させた際のドップラー効果によ
り光束の波長を変化させることを特徴とする。
Still preferably, the wavelength controller changes the wavelength of the light beam by the Doppler effect when rotating a rotating plate having a predetermined refractive index.

【0027】[0027]

【作用】上記構成によれば、相対変位用干渉部からは、
光束の波長変更に応じた光強度変化を表す相対変位用干
渉光が送り出される。また、基準長さ用干渉部からは、
同様の波長変更に応じた光強度変化を表す基準長さ用干
渉光が送り出される。位置データ検出部では、相対変位
用干渉光および基準長さ用干渉光における光強度変化か
ら、測定長さおよび基準長さにおける光波の波数増加分
(または減少分)を計測する。2つの波数増加分(また
は減少分)および基準長さから測定対象の位置データを
検出する。計測開始の時点では、絶対位置データ計算部
が測定対象の絶対位置を計測する。その後の測定対象の
変位については、相対位置データ計算部が絶対位置に対
する相対位置データを算出する。絶対位置データ計算部
の絶対位置と、相対位置データ計算部の相対位置データ
とを合成することによって、測定対象の位置を絶対位置
で特定する。
According to the above construction , the relative displacement interference portion can
Interfering light for relative displacement indicating a change in light intensity according to a change in the wavelength of the light beam is sent out. Also, from the interference part for the reference length,
A reference-length interference light representing a light intensity change corresponding to a similar wavelength change is sent out. The position data detector measures the increase (or decrease) of the wave number of the light wave at the measurement length and the reference length from the light intensity change in the relative displacement interference light and the reference length interference light. The position data of the measurement target is detected from the two wavenumber increases (or decreases) and the reference length. At the start of measurement, the absolute position data calculator
Measures the absolute position of the measurement object. Subsequent measurement
For displacement, the relative position data calculation unit
The relative position data to be calculated is calculated. Absolute position data calculator
Absolute position and relative position data of relative position data calculator
And the position of the object to be measured
To specify.

【0028】また、相対変位用干渉部で計測に使用され
る光束から分離した基準干渉用光束に基づいて、基準面
から反射する基準光と、測定面から反射する測定光とを
重ね合わせて、基準長さ用干渉光を形成する。基準長さ
用干渉光の光強度変化は、波長を変更した際に、基準長
さに対応した光路長の差に生じる波数の増加分を反映す
る。
Further, by superimposing on the basis of the reference interference light beam separated from the light beam used for measurement in the relative displacement interference section, and the reference light reflected from a reference surface and a measurement light reflected from the measuring surface , Forming interference light for the reference length. The change in the light intensity of the reference-length interference light reflects an increase in the wave number caused by a difference in the optical path length corresponding to the reference length when the wavelength is changed.

【0029】さらに、計数回路が、光束の波長を変更し
た際に基準長さ用干渉光および相対変位用干渉光に生じ
る波数の増加、減少をCo、Cxとして計測する。計測
された波数に関するデータCo、Cxを用いて、絶対位
置データ算出回路が、数式Lx=Lo(Cx/Co)に
基づいて相対変位用干渉部における分離面からの測定対
象の位置Lxを算出する。
Furthermore, counting circuit measures the wave number increases that occur on the reference length for the interference light and the relative displacement interference light when changing the wavelength of the light beam, the reduction Co, as Cx. Calculation data Co relating the measured wave number, using the Cx, absolute position data calculation circuit, the position Lx to be measured from the separating plane in the interference portion for relative displacement on the basis of the formula Lx = Lo (Cx / Co) I do.

【0030】[0030]

【0031】さらにまた、光源からの光束の波長変動が
補正された相対位置データを用い、測定対象の絶対位置
に対する相対位置データを算出する。
[0031] Furthermore, using the relative position data wavelength variation of the light beam is corrected from the light source, it calculates the relative position data with respect to the absolute position of a measured object.

【0032】さらにまた、半導体レーザの温度を変化さ
せることによって光源からの光束の波長を変化させる。
[0032] Furthermore, to change the wavelength of the light beam from the light source by changing the temperature of the semi-conductor laser.

【0033】さらにまた、光源からの光束の通過する媒
体に応力を発生させて、媒体の屈折率を変化させること
によって光束の波長を変化させる。
[0033] Furthermore, by generating a stress in medium passing the light beam from the light source, to change the wavelength of the light beam by varying the refractive index of the medium.

【0034】さらにまた、光源からの光束の通過する媒
に電界または磁界を作用させ、光束の屈折率を変化さ
せることによって光束の波長を変化させる。
[0034] Furthermore, the medium that passes through the light beam from the light source
The wavelength of the light beam is changed by applying an electric or magnetic field to the body to change the refractive index of the light beam.

【0035】さらにまた、所定屈折率の回転板を回転さ
せた際のドップラー効果により光源からの光束の波長を
変化させる。
[0035] Furthermore, to change the wavelength of the light beam from the light source by the Doppler effect at the time of rotating the rotating plate of Jo Tokoro refractive index.

【0036】[0036]

【実施例】以下、添付図面を参照しつつ本発明の好適な
実施例を説明する。図1は、本発明の第1実施例に係る
光干渉式位置計測装置の概略構成図を示す。この光干渉
式位置計測装置20は、光束OLを発する光源21を備
える。光束OLの波長は、波長制御部22によって随時
変更される。相対変位用干渉部23は、光源21から発
せられる光束OLに基づいて、測定対象までの距離に対
応した光路長の差を有する基準光および測定光を重ね合
わせて相対変位用干渉光L3を送り出す。基準長さ用干
渉部24は、前記光束OLから分離された基準干渉用光
束SOLに基づいて、予め決められた基準長さに対応し
た光路長の差を有する2つの光を重ね合わせて基準長さ
用干渉光L4を送り出す。位置データ検出部25は、相
対変位用干渉光L3の光強度の変化と、基準長さ用干渉
光L4の光強度の変化と、基準長さとに基づいて測定対
象の位置データを検出する。この光干渉式位置計測装置
20では、測定対象の位置を変化させることなく、光源
21から発せられる光束OLの波長を変化させることに
よって相対変位用干渉光L3および基準長さ用干渉光L
4の光強度の変化を生じさせている。
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an optical interference type position measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention. The optical interference type position measuring device 20 includes a light source 21 that emits a light beam OL. The wavelength of the light beam OL is changed at any time by the wavelength control unit 22. The relative displacement interference unit 23 superimposes, based on the light flux OL emitted from the light source 21, the reference light and the measurement light having a difference in optical path length corresponding to the distance to the measurement target, and sends out the relative displacement interference light L3. . The reference length interference unit 24 superimposes two lights having a difference in optical path length corresponding to a predetermined reference length on the basis of the reference interference light flux SOL separated from the light flux OL, and generates a reference length. And sends out the interference light L4. The position data detection unit 25 detects the position data of the measurement target based on the change in the light intensity of the relative displacement interference light L3, the change in the light intensity of the reference length interference light L4, and the reference length. In the optical interference type position measuring device 20, the relative displacement interference light L3 and the reference length interference light L3 are changed by changing the wavelength of the light beam OL emitted from the light source 21 without changing the position of the measurement target.
4 causes a change in light intensity.

【0037】図2に示すように、光源21はGaAs型
等の半導体レーザ30を備える。この半導体レーザ30
は、半導体レーザ駆動回路31によって駆動され、特定
波長のレーザ光の光束OLを出力する。出力されたレー
ザ光の光束OLは、2つのビームスプリッタ32、33
を介して、相対変位用干渉部23の分離面P3に向けら
れる。
As shown in FIG. 2, the light source 21 includes a GaAs type semiconductor laser 30 or the like. This semiconductor laser 30
Is driven by the semiconductor laser drive circuit 31 and outputs a light beam OL of laser light of a specific wavelength. The luminous flux OL of the outputted laser beam is divided into two beam splitters 32 and 33.
Is directed to the separation plane P3 of the relative displacement interference unit 23 through the.

【0038】相対変位用干渉部23は、相対変位用干渉
部23に照射された光束OLを、直交する偏光面を持っ
た2つの光束、すなわち、基準光L5および測定光L6
に分離する干渉装置34を備える。基準光L5は、基準
面たる固定の偏光ミラー35で反射することによって、
分離面P3で光束OLから取り出される。測定光L6
は、偏光ミラー35を透過することによって分離面P3
で光束OLから取り出され、測定面として測定対象に固
定された反射ミラー36で反射する。偏光ミラー35か
らの基準光L5および反射ミラー36からの測定光L6
は分離面P3で互いに重ね合わされ、相対変位用干渉光
L3が形成される。基準光L5および測定光L6間の光
路長の差は、偏光ミラー35から測定対象すなわち反射
ミラー36までの長さLxの2倍に等しくなる。図3に
示されるように、この光路長の差2Lxに存在する光波
によって、測定光L6および基準光L5間には波数で表
される位相差θが生じ、この位相差θによる位相のずれ
により相対変位用干渉光L3の干渉縞を形成する。
The relative displacement interference unit 23 converts the light beam OL applied to the relative displacement interference unit 23 into two light beams having orthogonal polarization planes, that is, a reference light L5 and a measurement light L6.
And an interfering device 34 that separates the light beams from each other. The reference light L5 is reflected by a fixed polarizing mirror 35 serving as a reference surface,
The light is extracted from the light beam OL at the separation plane P3. Measurement light L6
Is transmitted through the polarizing mirror 35 to form the separation plane P3.
The light is taken out of the light beam OL and reflected by a reflection mirror 36 fixed to a measurement object as a measurement surface. Reference light L5 from polarization mirror 35 and measurement light L6 from reflection mirror 36
Are superimposed on each other on the separation plane P3, and the relative displacement interference light L3 is formed. The difference in the optical path length between the reference light L5 and the measurement light L6 is equal to twice the length Lx from the polarization mirror 35 to the measurement target, that is, the reflection mirror 36. As shown in FIG. 3, a light wave existing at the optical path length difference 2Lx causes a phase difference θ represented by a wave number between the measurement light L6 and the reference light L5. An interference fringe of the relative displacement interference light L3 is formed.

【0039】基準長さ用干渉部24は、基準長さ用干渉
部24に照射された光束SOLを、直交する偏光面を持
った2つの光束、すなわち、基準光L7および測定光L
8に分ける干渉装置37を備える。基準光L7は、基準
面たる固定の偏光ミラー38で反射することによって、
分離面P4で基準干渉用光束SOLから取り出される。
測定光L8は、偏光ミラー38を透過することによって
分離面P4で基準干渉用光束SOLから取り出され、測
定面たる固定の反射ミラー39で反射する。偏光ミラー
38からの基準光L7および反射ミラー39からの測定
光L8は分離面P4で互いに重ね合わされ、基準長さ用
干渉光L4が形成される。偏光ミラー38および反射ミ
ラー39は基準長さLoの間隔をおいて配置され、その
結果、基準光L7および測定光L8間の光路長の差は基
準長さの2倍に等しくなる。この光路長の差2Loに存
在する光波によって、測定光L7および基準光L8間に
は波数で表される位相差θが生じ、この位相差θによる
位相のずれが基準長さ用干渉光L4の干渉縞を形成す
る。
The reference length interference unit 24 converts the light beam SOL applied to the reference length interference unit 24 into two light beams having orthogonal polarization planes, that is, a reference light L7 and a measurement light L.
An interferometer 37 is provided which is divided into eight. The reference light L7 is reflected by a fixed polarizing mirror 38 serving as a reference surface,
The light is extracted from the reference interference light beam SOL at the separation plane P4.
The measurement light L8 is extracted from the reference interference light beam SOL at the separation plane P4 by transmitting through the polarization mirror 38, and reflected by the fixed reflection mirror 39 serving as the measurement plane. The reference light L7 from the polarizing mirror 38 and the measurement light L8 from the reflection mirror 39 are superimposed on each other on the separation plane P4, and the reference length interference light L4 is formed. The polarization mirror 38 and the reflection mirror 39 are arranged at intervals of the reference length Lo. As a result, the difference in the optical path length between the reference light L7 and the measurement light L8 becomes equal to twice the reference length. The light wave existing in the optical path length difference 2Lo causes a phase difference θ expressed by a wave number between the measurement light L7 and the reference light L8, and the phase shift due to the phase difference θ causes the interference light L4 for the reference length. Form interference fringes.

【0040】なお、相対変位用干渉部23および基準長
さ用干渉部24では、図13に示されるような光束に対
して45度の角度面を持ったビームスプリッタ13で偏
光ミラー35、38を構成してもよい。この場合、ビー
ムスプリッタに照射される光束は、直進するものと、そ
れと直角に進むものとに分割され、分割された2つの光
束は基準面および測定面で反射した後、ビームスプリッ
タで重ね合わされて干渉光L3、L4として送り出され
る。
In the relative displacement interference unit 23 and the reference length interference unit 24, the polarizing mirrors 35 and 38 are controlled by the beam splitter 13 having a 45-degree angle plane with respect to the light beam as shown in FIG. You may comprise. In this case, the light beam irradiated to the beam splitter is divided into a light beam that travels straight and a light beam that travels at right angles to the beam, and the two split light beams are reflected by the reference surface and the measurement surface, and then superimposed by the beam splitter. It is sent out as interference light L3, L4.

【0041】位置データ検出部25は、相対変位用干渉
光L3に生じる波数の増加、減少をCxとして計測する
第1計数回路40と、基準長さ用干渉光L4に生じる波
数の増加、減少をCoとして計測する第2計数回路41
とを備える。第1および第2計数回路40、41で計測
された波数の増減値Cx、Coは絶対位置データ算出回
路42に入力され、この絶対位置データ算出回路42
で、後述する原理に基づいて、Lx=Lo(Cx/C
o)(ただし、Lo=基準長さ用干渉部24における分
離面P4から測定面39までの基準長さ)から相対変位
用干渉部25における分離面P3からの測定対象の位置
Lxが算出される。この値Lxは、測定対象の位置デー
タPoutとして出力される。
The position data detecting section 25 is provided with a first counting circuit 40 for measuring the increase and decrease of the wave number generated in the relative displacement interference light L3 as Cx, and the increase and decrease of the wave number generated in the reference length interference light L4. Second counting circuit 41 for measuring as Co
And The wave number increase / decrease values Cx and Co measured by the first and second counting circuits 40 and 41 are input to an absolute position data calculating circuit 42, and the absolute position data calculating circuit 42
Then, based on the principle described later, Lx = Lo (Cx / C
o) (where Lo = the reference length from the separation plane P4 to the measurement plane 39 in the reference length interference unit 24), the position Lx of the measurement target from the separation plane P3 in the relative displacement interference unit 25 is calculated. . This value Lx is output as position data Pout of the measurement target.

【0042】位置データ検出部25に照射された相対変
位用干渉光L3は、受光部43で位相の異なる2つの光
強度信号に光電変換された後、増幅回路44で電圧増幅
される。増幅された電気信号は計数回路40に入力さ
れ、計数回路40では、2つの光強度信号に基づいて、
波数の増加、減少をCxとして計数する。
The interference light L 3 for relative displacement applied to the position data detecting section 25 is photoelectrically converted into two light intensity signals having different phases by the light receiving section 43, and then voltage-amplified by the amplifier circuit 44. The amplified electric signal is input to the counting circuit 40, and based on the two light intensity signals, the counting circuit 40
The increase and decrease of the wave number are counted as Cx.

【0043】受光部43に照射される相対変位用干渉光
L3は、図4に示すように、λ/4波長板45によって
円偏光に偏光変換され、ビームスプリッタ46で2つの
光束に分割される。分割された光束は、互いに偏光角が
π/4だけ異なる第1および第2偏光板47、48を通
過する。これら2つの光束はそれぞれ第1および第2光
電変換素子で電気信号S1、S2に変換される。図5に
示されるように、これらの電気信号S1、S2は互いに
π/2の位相差を持った正弦波となり、それらの1周期
は、測定対象がX=λ/2変位したときに相当する。な
お、このように、λ/4波長板と2つの偏光板を用いて
2相信号を取り出す方法は干渉計測において一般的であ
る。また、互いに偏光角をπ/2や(3π)/4ずらし
た2枚の偏光板を配置して、πまたは(3π)/2の位
相差を持った電気信号を得るようにしてもよい。
As shown in FIG. 4, the relative displacement interference light L3 applied to the light receiving section 43 is polarized and converted into circularly polarized light by the λ / 4 wavelength plate 45, and is split into two light beams by the beam splitter 46. . The split light beams pass through first and second polarizers 47 and 48 having polarization angles different from each other by π / 4. These two light beams are converted into electric signals S1 and S2 by the first and second photoelectric conversion elements, respectively. As shown in FIG. 5, these electric signals S1 and S2 become sine waves having a phase difference of π / 2 from each other, and one cycle thereof corresponds to a case where the measurement target is displaced by X = λ / 2. . Note that a method of extracting a two-phase signal using a λ / 4 wavelength plate and two polarizing plates is common in interference measurement. Alternatively, two polarizing plates whose polarization angles are shifted from each other by π / 2 or (3π) / 4 may be arranged to obtain an electric signal having a phase difference of π or (3π) / 2.

【0044】増幅回路44は、電流−電圧回路を用い
て、電気信号S1、S2を電流から電圧に変換する。こ
の電圧は、増幅器によって十分な電圧に増幅される。
The amplification circuit 44 converts the electric signals S1 and S2 from current to voltage using a current-voltage circuit. This voltage is amplified to a sufficient voltage by the amplifier.

【0045】計数回路40は、図6に示すように、2つ
の電気信号S1、S2をパルス化するコンパレータ51
と、コンパレータ51からのパルス信号に基づいて各電
気信号S1、S2の周期単位の計数を行って周期数Nを
出力するUP/DOWNカウンタ52とを備える。コン
パレータ51では、図5に示すように、予め設定された
基準レベル、例えば、正弦波の振幅の中央値と電気信号
S1、S2のレベルとがそれぞれ比較され、電気信号S
1、S2のレベルが基準レベルよりも大きいときにH信
号が出力される。このコンパレータ51によれば、各信
号S1、S2に基づく2つのパルス信号によって、光強
度信号の1周期を第1〜第4領域に特定することができ
る。UP/DOWNカウンタ52は、第1〜第4領域で
の変化から周期数Nおよび変化の方向を計測する。
As shown in FIG. 6, the counting circuit 40 includes a comparator 51 for pulsing the two electric signals S1 and S2.
And an UP / DOWN counter 52 that counts each electric signal S1 and S2 in cycle units based on the pulse signal from the comparator 51 and outputs a cycle number N. As shown in FIG. 5, the comparator 51 compares a preset reference level, for example, the median value of the amplitude of the sine wave with the levels of the electric signals S1 and S2, respectively.
The H signal is output when the level of 1, S2 is higher than the reference level. According to the comparator 51, one cycle of the light intensity signal can be specified in the first to fourth regions by two pulse signals based on the signals S1 and S2. The UP / DOWN counter 52 measures the number of cycles N and the direction of the change from the change in the first to fourth areas.

【0046】計数回路40の内挿回路は、電気信号S
1、S2が周期内のどこにあるかを特定する。ここで、
電気信号S1、S2は、
The interpolation circuit of the counting circuit 40 outputs the electric signal S
1. Specify where S2 is in the cycle. here,
The electric signals S1 and S2 are

【数1】S1=A1・cos(θ)+B1 S2=A2・sin(θ)+B2 で表される。定数A1、A2、B1およびB2を予め測
定して消去すると、
S1 = A1 · cos (θ) + B1 S2 = A2 · sin (θ) + B2 When the constants A1, A2, B1 and B2 are measured in advance and deleted,

【数2】S1=cos(θ) S2=sin(θ) が得られる。従って、電気信号S1、S2の電気角θ
は、
S1 = cos (θ) S2 = sin (θ) is obtained. Therefore, the electrical angle θ of the electrical signals S1, S2
Is

【数3】 となり、これによって1周期λ/2の範囲内での位相差
に相当する電気角θが算出される。
(Equation 3) Thus, the electrical angle θ corresponding to the phase difference within the range of one cycle λ / 2 is calculated.

【0047】計数回路40の合成回路53では、周期数
Nと電気角θから
In the synthesizing circuit 53 of the counting circuit 40, the number of cycles N and the electrical angle θ

【数4】 に基づいて、Cxを波数として算出する。この計測可能
な波数を発生させる方法については後述する。
(Equation 4) Cx is calculated as a wave number based on A method for generating the measurable wave number will be described later.

【0048】2つの反射ミラー55、56を介して位置
データ検出部25に照射された基準長さ用干渉光L4
は、受光部57で電気信号に変換された後、増幅回路5
8で電圧増幅され、増幅された電気信号が計数回路41
に入力される。受光部57、増幅回路58および計数回
路41の機能は前述の受光部43、増幅回路44および
計数回路40と同様であるので、ここではその説明を繰
り返さない。
The reference-length interference light L4 applied to the position data detector 25 via the two reflecting mirrors 55 and 56
Is converted into an electric signal by the light receiving unit 57, and then
8, the amplified electric signal is counted by a counting circuit 41.
Is input to The functions of the light receiving unit 57, the amplification circuit 58, and the counting circuit 41 are the same as those of the light receiving unit 43, the amplification circuit 44, and the counting circuit 40, and thus the description thereof will not be repeated.

【0049】絶対位置データ算出回路42は、光源21
からの光束OLおよび基準干渉用光束SOLの波長の連
続的な変化(アナログ的のものだけでなくデジタル的な
ものも含む)によって生じる相対変位用干渉光L3およ
び基準長さ用干渉光L4の波数の変化Cx、Coと基準
長さLoとから、分離面P3から測定対象までの長さL
xを算出する。
The absolute position data calculation circuit 42
The wave numbers of the relative displacement interference light L3 and the reference length interference light L4 generated by the continuous change of the wavelength of the light flux OL from the laser beam and the reference interference light flux SOL (including not only analog light but also digital light). From the separation plane P3 to the object to be measured from the change Cx, Co and the reference length Lo.
Calculate x.

【0050】いま、測定対象が変位X移動する代わり
に、波長制御部22によって光源21からの光束OLの
波長がλ1からλ2に連続的に増加されたと仮定する。
波長が短くなってλ1からλ2に変化し、相対変位用干
渉部23において分離面P3から往復する測定光L6の
光路2Lxでは、そこに存在する光波の波数がn1から
n2に増加する。このとき、波数がλ/2分だけ増加す
ると、測定対象が変位X=λ/2移動した場合と同様に
1回の明暗がカウントされる。図7に示すように、分離
面P3まで測定光L6および基準光L5間には位相差は
存在しない。周波数f1の測定光L6が分離面P3で分
離されると、測定光L6だけが2Lx分の光路を余計に
通過する。再び分離面P3に測定光L6が達したとき、
その間に存在する波数によって基準光L5との間で位相
差θ1が発生する。この位相差θ1は、相対変位用干渉
光L3の光強度として示される。波長が増加されると、
光波の波数nが徐々に増加する。波数nの増加に伴って
P3での基準光L5に対する測定光L6の位相はθ1か
らθ12を経てθ2へと徐々に変化する。波長の変化に
伴う光強度の変化は、受光部43で光電変換され、電気
信号S1、S2が得られる。この原理によると、測定対
象が位置Xにあって、光束OLの波長λが変化して波数
nが±1/2個変わると、電気信号S1、S2は正弦波
で1周期分変化することになる。
Now, it is assumed that the wavelength of the light flux OL from the light source 21 is continuously increased from λ1 to λ2 by the wavelength control unit 22 instead of moving the object to be measured by the displacement X.
The wavelength becomes shorter and changes from λ1 to λ2, and in the optical path 2Lx of the measurement light L6 reciprocating from the separation plane P3 in the relative displacement interference unit 23, the wave number of the light wave existing there increases from n1 to n2. At this time, if the wave number increases by λ / 2, one light / dark cycle is counted in the same manner as in the case where the measurement object moves by displacement X = λ / 2. As shown in FIG. 7, there is no phase difference between the measurement light L6 and the reference light L5 up to the separation plane P3. When the measurement light L6 of the frequency f1 is separated at the separation plane P3, only the measurement light L6 further passes through the optical path of 2Lx. When the measurement light L6 reaches the separation plane P3 again,
A phase difference θ1 is generated between the reference light L5 and the wave number existing during the period. The phase difference θ1 is shown as the light intensity of the relative displacement interference light L3. When the wavelength is increased,
The wave number n of the light wave gradually increases. As the wave number n increases, the phase of the measurement light L6 with respect to the reference light L5 at P3 gradually changes from θ1 to θ2 via θ12. The change in the light intensity accompanying the change in the wavelength is photoelectrically converted by the light receiving unit 43, and electric signals S1 and S2 are obtained. According to this principle, when the object to be measured is at the position X and the wavelength λ of the light beam OL changes and the wave number n changes by ± 1 /, the electric signals S1 and S2 change by one period as a sine wave. Become.

【0051】計数回路40で計測された波数についての
データCxは、波長変更の前後における測定長さLxの
光波の波数増加分ΔCx=n2−n1に相当する。ここ
で、測定長さLxは、波長変更前では、
The data Cx regarding the wave number measured by the counting circuit 40 corresponds to the wave number increase ΔCx = n2−n1 of the light wave having the measured length Lx before and after the wavelength change. Here, the measurement length Lx is, before the wavelength change,

【数5】 で示される。ただし、C:光速;C/f1:光波の波長
である。同様に、波長変更後の測定長さLxは、
(Equation 5) Indicated by Here, C: speed of light; C / f1: wavelength of light wave. Similarly, the measurement length Lx after changing the wavelength is

【数6】 で示される。これらの2式から、(Equation 6) Indicated by From these two equations,

【数7】 が得られ、従って、計測される波数の変化分ΔCxが測
定長さLxに比例することがわかる。
(Equation 7) Therefore, it can be seen that the change ΔCx in the measured wave number is proportional to the measurement length Lx.

【0052】また、計数回路41で計測された波数の変
化Coは、同様に、波長変更の前後における基準長さL
oの光波の波数増加分ΔCo=n4−n3(ここで、n
3:基準長さLoにおける変更前の光波の波数;n4:
基準長さLoにおける変更後の光波の波数)に相当す
る。この波数増加分ΔCoは、
Similarly, the change Co of the wave number measured by the counting circuit 41 is the reference length L before and after the wavelength change.
o The increase in the wave number of the light wave ΔCo = n4-n3 (where n
3: Wave number of light wave before change in reference length Lo; n4:
(The wave number of the light wave after the change in the reference length Lo). This wave number increase ΔCo is

【数8】 から、基準長さLoに比例する。これら2式から、(Equation 8) Is proportional to the reference length Lo. From these two equations,

【数9】 が成立する。絶対位置データ算出回路42では、この式
に基づいて測定長さLxを算出し、測定対象の位置デー
タPoutとして出力する。
(Equation 9) Holds. The absolute position data calculation circuit 42 calculates the measurement length Lx based on this equation and outputs it as position data Pout of the measurement target.

【0053】この光干渉式位置計測装置20では、測定
対象の位置、つまり、測定長さLxを測定点(分離面)
P3からの絶対位置で求めることができる。従って、測
定対象を基準位置に戻して原点出しを行う必要がなく、
迅速な位置検出が達成される。また、光束OLおよび基
準干渉用光束SOLは、波長変更の前後において測定長
さLxおよび基準長さLoにおける光波の波数nが変動
し、波数の増減値Cx、Coが計測できれば十分であ
り、波長を安定させる必要がない。従って、光束の波長
の変動にも影響されず、変動しても安定して変位を検出
することができる。さらに、周囲の計測環境に対して
は、測定長さLxおよび基準長さLoを同一環境におけ
ば、波数についてのデータCx、Coが同時に同じゆら
ぎの影響を受け、数式9にて求めるLxにおいて両者の
ゆらぎが相殺され、耐環境性に強い測定が行なえる。
In the optical interference type position measuring device 20, the position of the object to be measured, that is, the measurement length Lx is measured at the measurement point (separation plane).
It can be obtained from the absolute position from P3. Therefore, there is no need to return the measurement target to the reference position and perform origin search,
Rapid position detection is achieved. Further, the light beam OL and the reference interference light beam SOL are sufficient if the wave number n of the light wave at the measurement length Lx and the reference length Lo fluctuates before and after the wavelength change, and the increase / decrease values Cx and Co of the wave number can be measured. There is no need to stabilize. Therefore, the displacement can be detected stably without being affected by the fluctuation of the wavelength of the light beam. Furthermore, if the measurement length Lx and the reference length Lo are set in the same environment with respect to the surrounding measurement environment, the data Cx and Co regarding the wave number are simultaneously affected by the same fluctuation, and the Lx obtained by Expression 9 Fluctuations of both are canceled out, and a measurement with strong environmental resistance can be performed.

【0054】また、上述の第1実施例では、偏光を用い
て2光束を分離したり、位相の異なる複数の信号を出力
する例を示したが、偏光を用いない基本的なフィゾー干
渉計やマイケルソン干渉計を構成してもよい。この場合
には、偏光ミラーは単なる部分透過面でよく、受光部は
2光束の干渉光を受光する。また、局部透過面でもよ
い。計数回路は、発生する干渉光の明暗をカウントする
ようにすればよい。その際、基準面において、λ/8の
段差を設けて各々の面の干渉光をそれぞれ受光するよう
にしておけば、移動方向および2分の1波長内の細かな
位置も検出できる。
In the above-described first embodiment, an example has been described in which two light beams are separated using polarized light or a plurality of signals having different phases are output. However, a basic Fizeau interferometer that does not use polarized light, A Michelson interferometer may be configured. In this case, the polarizing mirror may be a mere partial transmission surface, and the light receiving unit receives two beams of interference light. Further, a local transmission surface may be used. The counting circuit may count the brightness of the generated interference light. At this time, if a step of λ / 8 is provided on the reference plane to receive the interference light on each plane, the moving direction and the fine position within the half wavelength can be detected.

【0055】本発明の第2実施例に係る光干渉式位置計
測装置は、図8に示すように、位置データ検出部60の
構成にその特徴を有する。その他の構成は、前述の第1
実施例に係る光干渉式位置計測装置20と同様であっ
て、その詳細な説明を省略する。
The optical interference type position measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention has a feature in the configuration of the position data detecting section 60 as shown in FIG. Other configurations are the same as those described in the first embodiment.
This is the same as the optical interference type position measuring device 20 according to the embodiment, and a detailed description thereof will be omitted.

【0056】この位置データ検出部60は、波長制御部
22が光束OLの波長を変更した際に相対変位用干渉光
L3および基準長さ用干渉光L4に生じる波数の増減値
Cx、Coと、基準長さLoとに基づいて、測定対象の
絶対位置データPabsを算出する絶対位置データ計算
部61と、測定対象の移動に伴って相対変位用干渉光L
6に生じる波数の増減Cxに基づいて、測定対象の絶対
位置からの変位、すなわち、絶対位置に対する相対位置
データPincを算出する相対位置データ計算部62と
を備える。測定対象の絶対位置データPabsおよび相
対位置データPincは、合成演算部63で合成され
て、測定対象の位置を示す位置データPoutとして出
力される。
The position data detector 60 calculates the increase / decrease values Cx and Co of the wave numbers generated in the relative displacement interference light L3 and the reference length interference light L4 when the wavelength controller 22 changes the wavelength of the light flux OL. An absolute position data calculator 61 for calculating absolute position data Pabs of the measurement target based on the reference length Lo; and a relative displacement interference light L associated with the movement of the measurement target.
And a relative position data calculator 62 for calculating displacement from the absolute position of the measurement target, that is, relative position data Pinc with respect to the absolute position, based on the increase / decrease Cx of the wave number generated in 6. The absolute position data Pabs and the relative position data Pinc of the measurement target are combined by the combination calculation unit 63 and output as position data Pout indicating the position of the measurement target.

【0057】絶対位置データ計算部61は、前述の原理
を用いて第1実施例における絶対位置データ算出回路4
2と同様に、例えば、電源オン時の初期シーケンスにお
いて光束OL等の波長を変更して初期位置Liniを測
定する。
The absolute position data calculation unit 61 uses the above-described principle to calculate the absolute position data calculation circuit 4 in the first embodiment.
Similarly to 2, for example, the initial position Lini is measured by changing the wavelength of the light beam OL or the like in the initial sequence when the power is turned on.

【0058】相対位置データ計算部62は、周知のよう
に、
As is well known, the relative position data calculation unit 62

【数10】 に基づいて初期位置Liniからの相対変位Pincを
算出する。
(Equation 10) Is calculated based on the relative displacement Pinc from the initial position Lini.

【0059】この第2実施例に係る光干渉式位置計測装
置によれば、電源オン時の初期シーケンスにおいて応答
時間が必要とされる波長変更による位置データの検出を
行い、その後は相対位置データを検出すればよいので、
波長変更による位置データ検出を極力省いて、電源オン
時の初期シーケンス以後の位置データ検出の応答性を向
上させることができる。また、インクリメンタルな位置
データの検出のみの場合と異なり、計測中のカウントミ
スや、光路の遮断などにより元の位置がわからなくなっ
たり、さらには、電源の入切をしても、絶対位置データ
計算部61での再検出により簡単に絶対位置が検出で
き、原点出しの再実行の必要がないという利点を有す
る。
According to the optical interference type position measuring apparatus according to the second embodiment, position data is detected by wavelength change which requires a response time in the initial sequence at the time of power-on, and then relative position data is detected. Since we only need to detect
The responsiveness of position data detection after the initial sequence at power-on can be improved by minimizing position data detection due to wavelength change. Also, unlike the case where only incremental position data is detected, the absolute position data cannot be calculated even if the original position is lost due to a count error during measurement or the light path is interrupted, or even if the power is turned on and off. There is an advantage that the absolute position can be easily detected by the re-detection in the unit 61, and it is not necessary to execute the origin search again.

【0060】第2実施例に係る光干渉式位置計測装置で
は、時間経過とともにレーザ光の発振周波数が変動する
と、相対変位Pincの値が検出開始時点に比べて非線
形な傾向を示すようになってしまう。これを解消するた
めに、本発明の第3実施例に係る光干渉式位置計測装置
は、発振周波数fつまりは波長λの変動を求め、波長λ
の変動分を補正する。その他の構成は、前述の第2実施
例と同様である。
In the optical interference type position measuring apparatus according to the second embodiment, when the oscillation frequency of the laser beam fluctuates with the elapse of time, the value of the relative displacement Pinc shows a non-linear tendency as compared with the detection start time. I will. In order to solve this, the optical interference type position measuring apparatus according to the third embodiment of the present invention obtains the fluctuation of the oscillation frequency f, that is, the wavelength λ, and obtains the wavelength λ.
Is corrected. Other configurations are the same as those of the second embodiment.

【0061】図9は第3実施例に係る位置データ検出部
70を示す。この位置データ検出部70は、基準長さ用
干渉部24からの基準長さ用干渉光L4に基づいて、光
源21からの光束OLの波長変動を検出する波長変動検
出部71と、検出した波長変動に基づいて相対位置デー
タPincを補正する波長補正部72とを備える。
FIG. 9 shows a position data detecting section 70 according to the third embodiment. The position data detection unit 70 includes a wavelength variation detection unit 71 that detects a wavelength variation of the light flux OL from the light source 21 based on the reference length interference light L4 from the reference length interference unit 24, and a detected wavelength. A wavelength correction unit 72 that corrects the relative position data Pinc based on the fluctuation.

【0062】波長変動検出部71は、相対位置データP
incの検出を開始した検出開始時点において、まず、
計数回路41からの波数の増減値Coをラッチして初期
データCoLとして格納し、所定時間経過後の波長の変
動分Δλをその時点で計測されたデータCoを用いて以
下の式により求める。
The wavelength variation detecting section 71 calculates the relative position data P
At the detection start time when the detection of inc is started, first,
The increase / decrease value Co of the wave number from the counting circuit 41 is latched and stored as the initial data CoL, and the variation Δλ of the wavelength after the lapse of a predetermined time is obtained by the following equation using the data Co measured at that time.

【0063】[0063]

【数11】 続いて、得られた変動分Δλを用いて、波長補正部72
にて、
[Equation 11] Subsequently, using the obtained variation Δλ, the wavelength correction unit 72
At

【数12】λc=λ+Δλ に基づいて波長λcを求める。この波長λcを用いて数
式10と同様に演算を行なうことにより、波長の変動分
Δλを補正したPincが求められ、結果として十分な
線形性を有する位置データPoutが得られる。
The wavelength λc is obtained based on λc = λ + Δλ. By performing an operation in the same manner as in Expression 10 using this wavelength λc, Pinc corrected for the wavelength variation Δλ is obtained, and as a result, position data Pout having sufficient linearity is obtained.

【0064】ここで、本発明による光干渉式位置計測装
置を、相対位置測長器として使用する場合は、波長の変
動分Δλを補正したPincを出力すればよく、その場
合は絶対位置データ計算部は不要である。
Here, when the optical interference type position measuring device according to the present invention is used as a relative position measuring device, it is only necessary to output a Pinc corrected for the wavelength variation Δλ. No parts are required.

【0065】なお、レーザ光の絶対波長を求める場合に
は、次のような方法を用いることができる。
When the absolute wavelength of the laser beam is obtained, the following method can be used.

【0066】λ=780nm帯の半導体レーザを用いる
場合を考える。基準長さ用干渉部24において、偏光ミ
ラー38に関する光路長をy、反射ミラー39に関する
光路長をy+βとし、その光路差をβとする。理想的な
波長λによる波数の増減値CoがCoiであるのに対し
て、実際に半導体レーザを用いて得られる波数の増減値
CoがCorとする。理想的な波長λが入射された際
に、偏光ミラー38に関する光路と、反射ミラー39に
関する光路とに存在する波数差Δnは下式で示される。
Consider a case where a semiconductor laser in the λ = 780 nm band is used. In the reference length interference unit 24, the optical path length for the polarizing mirror 38 is y, the optical path length for the reflecting mirror 39 is y + β, and the optical path difference is β. The increase / decrease value Co of the wave number due to the ideal wavelength λ is Coi, whereas the increase / decrease value Co of the wave number actually obtained by using the semiconductor laser is Cor. When the ideal wavelength λ is incident, the wave number difference Δn existing between the optical path for the polarization mirror 38 and the optical path for the reflection mirror 39 is expressed by the following equation.

【0067】[0067]

【数13】 ここで、理想的な半導体レーザの波長λ、理想的な波長
λによるデータCoの値Coi並びに光路差βは既知で
ある。
(Equation 13) Here, the wavelength λ of the ideal semiconductor laser, the value Coi of the data Co based on the ideal wavelength λ, and the optical path difference β are known.

【0068】これに対して、(λ+α)の波長を有する
半導体レーザの光束を実際に入射させた際に、偏光ミラ
ー38に関する光路と、反射ミラー39に関する光路に
存在する波数の差Δn’は下式で示される。
On the other hand, when the light beam of the semiconductor laser having the wavelength of (λ + α) is actually incident, the difference Δn ′ between the wave numbers existing in the optical path for the polarizing mirror 38 and the optical path for the reflecting mirror 39 is as follows. It is shown by the formula.

【0069】[0069]

【数14】 この式によれば、波長がλから(λ+α)へ変化した時
の波数を計数したことと同じであり、下式の関係が満た
される。
[Equation 14] According to this equation, it is the same as counting the wave number when the wavelength changes from λ to (λ + α), and the relationship of the following equation is satisfied.

【0070】[0070]

【数15】 これにより、実際に使用中の半導体レーザの波長λ’
は、
(Equation 15) Thereby, the wavelength λ ′ of the semiconductor laser actually used is
Is

【数16】λ’=λ+α で示される。## EQU16 ## where λ ′ = λ + α.

【0071】つまり、既知の光路差βを設定した上で、
基準となる既知の波長λを有する安定化レーザを使用し
て、波数の増減値Coを測定しておけば、これらのデー
タと実際の半導体レーザを用いたときの波数の増減値C
oとで使用中の半導体レーザの波長λ’が測定できる。
よって、波長の変動による誤差を受けずに精度の高い検
出が可能となる。
That is, after setting the known optical path difference β,
If the increase / decrease value Co of the wave number is measured using a stabilized laser having a known wavelength λ as a reference, these data and the increase / decrease value C of the wave number when an actual semiconductor laser is used are obtained.
With o, the wavelength λ ′ of the semiconductor laser in use can be measured.
Therefore, highly accurate detection can be performed without receiving an error due to wavelength fluctuation.

【0072】続いて、波長制御部22の具体例について
詳述する。図8に示す波長制御部22は、半導体レーザ
30の温度を感知する温度センサ73と、この感知され
た温度に基づいて半導体レーザ30の温度を調整する温
度調整器74とを備え、半導体レーザ30の温度を変化
させることによって光束OLの波長を変化させる。
Next, a specific example of the wavelength control unit 22 will be described in detail. The wavelength control unit 22 shown in FIG. 8 includes a temperature sensor 73 that senses the temperature of the semiconductor laser 30 and a temperature adjuster 74 that adjusts the temperature of the semiconductor laser 30 based on the sensed temperature. , The wavelength of the light beam OL is changed.

【0073】温度調整器74は、半導体レーザ30に取
付けられたヒータ75と、このヒータ75に対して加熱
または冷却の指令を出力する温度制御装置76とを備え
る。温度制御装置76は、位置データ検出部25から、
位置データPoutを求めるための要求信号RQabs
が入力されると、半導体レーザ30の温度が予め設定さ
れた目標温度に達するまでヒータ75に対して加熱また
は冷却指令を出力し、温度センサ73が半導体レーザ3
0の温度として目標温度を感知すると、位置データ検出
部25に対して検出指令Oabsを出力する。この検出
指令Oabsを出力した後、半導体レーザ30の波長を
常温時に戻すために、加熱または冷却指令を出力しても
よい。半導体レーザ30の波長の温度依存性としては、
基本波長や製品にもよるが、例えばλ=780nmのも
のにおいて、2.4nm/10℃のレベルのものがあ
る。なお、本発明においては、波長λを大まかに変更さ
せれば十分であり、変更させる変更量に精度は必要でな
い。そのため、半導体レーザ30の温度制御も精密さを
要求されず、温度センサ73による温度のフィードバッ
ク制御をする必要がない。
The temperature controller 74 includes a heater 75 attached to the semiconductor laser 30 and a temperature controller 76 for outputting a heating or cooling command to the heater 75. From the position data detection unit 25, the temperature control device 76
Request signal RQabs for obtaining position data Pout
Is input to the heater 75 until the temperature of the semiconductor laser 30 reaches a preset target temperature.
When the target temperature is sensed as a temperature of 0, a detection command Oabs is output to the position data detection unit 25. After outputting the detection command Oabs, a heating or cooling command may be output to return the wavelength of the semiconductor laser 30 to the normal temperature. The temperature dependence of the wavelength of the semiconductor laser 30 includes:
Depending on the fundamental wavelength and the product, for example, there is a wavelength of λ = 780 nm at a level of 2.4 nm / 10 ° C. In the present invention, it is sufficient to roughly change the wavelength λ, and the amount of change is not required to be accurate. Therefore, the temperature control of the semiconductor laser 30 is not required to be precise, and there is no need to perform the temperature feedback control by the temperature sensor 73.

【0074】また、波長制御部22としては、半導体レ
ーザ30の励起電流による半導体接合部の温度変化を通
じて、出力されるレーザ光の発振波長を変化させるもの
がある。励起電流は半導体レーザ駆動回路31により制
御され、電流の増加に伴い、発振波長は長波長側に変動
する。
As the wavelength control unit 22, there is a wavelength control unit that changes the oscillation wavelength of the output laser light through a change in the temperature of the semiconductor junction due to the excitation current of the semiconductor laser 30. The excitation current is controlled by the semiconductor laser drive circuit 31, and as the current increases, the oscillation wavelength changes to the longer wavelength side.

【0075】かかる波長制御部22によれば、位置デー
タPoutを求めるための要求信号RQabsが波長制
御部22に入力されると、半導体レーザ駆動回路31に
駆動電流制御信号が出力される。駆動回路31は半導体
レーザ41の駆動電流を変化させ光出力を変化させる。
駆動電流が所望の値に達し温度が変化した時に、位置デ
ータ検出部25に対して検出指令Oabsを出力する。
この検出指令Oabsを出力した後、半導体レーザ31
の波長を変化前の通常電流時に戻すために、もとの駆動
電流を流すようにすればよい。半導体レーザ30の波長
の温度依存性としては、基本波長や製品にもよるが、例
えばλ=780nmのものにおいて、4nm/Δ7mW
のレベルのものがある。
According to the wavelength control unit 22, when the request signal RQabs for obtaining the position data Pout is input to the wavelength control unit 22, a drive current control signal is output to the semiconductor laser drive circuit 31. The drive circuit 31 changes the drive current of the semiconductor laser 41 to change the optical output.
When the drive current reaches a desired value and the temperature changes, a detection command Oabs is output to the position data detection unit 25.
After outputting the detection command Oabs, the semiconductor laser 31
In order to return the wavelength at the time of the normal current before the change, the original drive current may be applied. The temperature dependence of the wavelength of the semiconductor laser 30 depends on the fundamental wavelength and the product. For example, when the wavelength is λ = 780 nm, 4 nm / Δ7 mW
There is a thing of the level.

【0076】さらに、波長制御部22では、光束OLが
通過する媒体に応力を発生させ、媒体の屈折率を変化さ
せることによって光束OLの波長を変化させてもよい。
Further, the wavelength controller 22 may change the wavelength of the light beam OL by generating a stress in the medium through which the light beam OL passes and changing the refractive index of the medium.

【0077】さらにまた、波長制御部22では、いわゆ
る電気光学変調を用いて、光束OLに電界を作用させ、
光束OLの屈折率を変化させることによって光束OLの
波長を変化させてもよい。この現象をポッケルス効果と
いい、この場合、この現象が顕著な物質を光路に使用す
ればよい。
Further, the wavelength control section 22 applies an electric field to the light beam OL using so-called electro-optic modulation,
The wavelength of the light beam OL may be changed by changing the refractive index of the light beam OL. This phenomenon is called the Pockels effect. In this case, a substance in which this phenomenon is remarkable may be used in the optical path.

【0078】さらにまた、波長制御部22では、いわゆ
る磁気光学変調を用いて、光束OLに磁界を作用させ、
光束OLの屈折率の変化を変化させることによって光束
OLの波長を変更してもよい。この現象をファラデー効
果といい、この場合、この現象が顕著な物質を光路に使
用することでより大きな波長の変化を取り出すことがで
きる。
Further, the wavelength control unit 22 applies a magnetic field to the light flux OL using so-called magneto-optical modulation,
The wavelength of the light beam OL may be changed by changing the change in the refractive index of the light beam OL. This phenomenon is called the Faraday effect, and in this case, a larger change in wavelength can be extracted by using a substance in which this phenomenon is remarkable in the optical path.

【0079】さらにまた、波長制御部22では、所定屈
折率の回転板を高速回転させて、回転板を透過する光束
OLのドップラー効果によって光束OLの波長を変更し
てもよい。
Further, the wavelength control section 22 may rotate the rotating plate having a predetermined refractive index at a high speed to change the wavelength of the light beam OL by the Doppler effect of the light beam OL transmitted through the rotating plate.

【0080】次に、基準長さ用干渉部24において基準
長さLoを設定するための他の具体例を詳細に説明す
る。
Next, another specific example for setting the reference length Lo in the reference length interference unit 24 will be described in detail.

【0081】図11(a)は、干渉装置をガラス平板7
7で実現した例である。このガラス平板77は、入射面
としての偏光ミラー78と、この偏光ミラー78から基
準長さLoの間隔離れた反射ミラー79とを備える。こ
のガラス平板77によれば、直交する偏光面を持つ2つ
の光束SOLのうち、基準光L7は偏光ミラー78で反
射する。測定光L8は偏光ミラー78を透過して進み、
反射ミラー79で反射してガラス平板77から出射す
る。反射した測定光L8および基準光L7は、互いに重
なって基準長さ用干渉光L4を形成して受光部57へ向
かう。かかる構成によれば、基準面および測定面を干渉
装置37に一体化させ、構成を簡素化することができ
る。また、偏光を用いない計測の場合は、偏光ミラー7
7を単なる部分透過面もしくは局部透過面としたり、ミ
ラー面77、78をともに通常のガラス面の反射や透過
を利用してもよい。また、反射ミラー79はキュービッ
ク形でもよい。図11(b)は、干渉装置を光ファイバ
ー80で実現した例である。この光ファイバー80は、
その一端に入射面としての偏光ミラー81を備え、その
他端は反射処理を施されミラー82として機能する。こ
の光ファイバー80によれば、直交する偏光面を持つ2
つの光束SOLのうち、基準光L7は偏光ミラー81で
反射する。測定光L8は偏光ミラー81を透過して光フ
ァイバー80内を進み、ミラー82で反射して光ファイ
バー80を戻り、光ファイバー80の入射面から出射す
る。反射した測定光L8および基準光L7は、互いに重
なって基準長さ用干渉光L4を形成して受光部57に向
かう。基準長さLoを長くとりたい場合、図2に記載の
ような干渉装置37を用いて実現することは困難な場合
がある。光ファイバーを採用することで、基準長さLo
を長くとってもスペースをとらずに簡単に構成できる。
また、前述と同様に、偏光ミラー81を単なる部分透過
面としたり、ミラー面81、82をともに通常の光ファ
イバーの反射や透過を利用するようにしてもよい。
FIG. 11A shows that the interference device is connected to a glass flat plate 7.
7 is an example realized in FIG. The glass flat plate 77 includes a polarizing mirror 78 as an incident surface, and a reflecting mirror 79 separated from the polarizing mirror 78 by a reference length Lo. According to the glass flat plate 77, of the two light beams SOL having orthogonal polarization planes, the reference light L7 is reflected by the polarization mirror 78. The measuring light L8 passes through the polarizing mirror 78 and travels.
The light is reflected by the reflection mirror 79 and emitted from the glass flat plate 77. The reflected measurement light L8 and reference light L7 overlap each other to form reference length interference light L4, and travel toward the light receiving section 57. According to such a configuration, the reference plane and the measurement plane can be integrated with the interference device 37, and the configuration can be simplified. In the case of measurement without using polarized light, the polarization mirror 7 is used.
7 may be simply a partial transmission surface or a local transmission surface, or both the mirror surfaces 77 and 78 may use ordinary glass surface reflection or transmission. Further, the reflection mirror 79 may be of a cubic type. FIG. 11B is an example in which the interference device is realized by an optical fiber 80. This optical fiber 80
One end is provided with a polarizing mirror 81 as an incident surface, and the other end is subjected to reflection processing and functions as a mirror 82. According to the optical fiber 80, 2 having orthogonal polarization planes
Of the two light beams SOL, the reference light L7 is reflected by the polarizing mirror 81. The measurement light L8 passes through the polarization mirror 81, travels through the optical fiber 80, is reflected by the mirror 82, returns through the optical fiber 80, and exits from the entrance surface of the optical fiber 80. The reflected measurement light L8 and reference light L7 overlap each other to form reference length interference light L4, and travel toward the light receiving section 57. When it is desired to increase the reference length Lo, it may be difficult to realize the reference length Lo using the interference device 37 as shown in FIG. By adopting optical fiber, the reference length Lo
It can be easily configured without taking up space even if it is long.
As described above, the polarization mirror 81 may be a mere partial transmission surface, or both the mirror surfaces 81 and 82 may use the reflection or transmission of a normal optical fiber.

【0082】図11(c)に示される干渉装置は、ハウ
ジング83に取付けられた入射面としての偏光ミラー8
4と、ハウジング83の内部に入射した光束を繰り返し
反射させて、最終的に入射面から送り出すための反射ミ
ラー85とを備える。この干渉装置によれば、直交する
偏光面を持つ2つの光束SOLのうち、基準光L7は偏
光ミラー84で反射する。測定光L8は偏光ミラー84
を透過して、ハウジング83内で反射ミラー85によっ
て反射を繰り返した後、入射面から送り出される。反射
した測定光L8および基準光L7は、互いに重なって基
準長さ用干渉光L4を形成して受光部57に向かう。図
11(b)と同様にしてスペースをとらずに基準長さL
oを簡単に構成できる。
The interference device shown in FIG. 11C is a polarization mirror 8 as an incident surface attached to a housing 83.
4 and a reflecting mirror 85 for repeatedly reflecting the light beam incident on the inside of the housing 83 and finally sending it out from the incident surface. According to this interference device, the reference light L7 of the two light beams SOL having orthogonal polarization planes is reflected by the polarization mirror 84. The measurement light L8 is supplied to the polarizing mirror 84.
And is repeatedly reflected by the reflection mirror 85 in the housing 83, and then sent out from the incident surface. The reflected measurement light L8 and reference light L7 overlap each other to form reference length interference light L4, and travel toward the light receiving section 57. As in FIG. 11B, the standard length L
o can be easily configured.

【0083】また、上述の図11の(a)〜(c)で
は、偏光ミラー78、81、84と反射ミラー79、8
2、85の反射光を重ね合わせて送り出しているが、こ
れを透過光として送り出すようにしてもよい。この場
合、偏光ミラー78、81、84や、反射ミラー79、
82、85は、単なる部分透過面(=部分反射面)とす
ればよい。図11(a)の構成で説明する。光源21か
らの基準干渉用光束SOLは、偏光ミラー78で一部透
過し、部分透過面である反射ミラー79に向かう。反射
ミラー79では、光束SOLの一部は透過して外へ送り
出される。反射ミラー79で反射した光束SOLの一部
は偏光ミラー78で反射して、反射ミラー79で透過し
送り出される。この光束と、最初から反射ミラー79を
透過した光束が重なり合って干渉光を形成し、受光器5
7へ向かう。このように透過光どうしを干渉させる場
合、反射光の場合と異なって光束が光源21の方向へ戻
らないので、ビームスプリッタ55が必要でなく構成が
簡略化できる。また、受光部57と、干渉装置37とを
一体構造とすることも可能となり、装置の小型化も可能
となる。
In FIGS. 11A to 11C, the polarizing mirrors 78, 81 and 84 and the reflecting mirrors 79 and 8 are used.
Although 2,85 reflected lights are superimposed and sent out, they may be sent out as transmitted light. In this case, the polarizing mirrors 78, 81, 84, the reflecting mirror 79,
82 and 85 may be simply partial transmission surfaces (= partial reflection surfaces). Description will be made with the configuration of FIG. The reference interference light flux SOL from the light source 21 is partially transmitted by the polarization mirror 78 and travels to the reflection mirror 79 which is a partially transmitting surface. In the reflection mirror 79, a part of the light beam SOL is transmitted and sent out. A part of the light flux SOL reflected by the reflection mirror 79 is reflected by the polarization mirror 78, transmitted through the reflection mirror 79, and sent out. This light beam and the light beam transmitted through the reflection mirror 79 from the beginning overlap to form interference light, and
Go to 7. In the case where the transmitted lights interfere with each other in this manner, unlike the case of the reflected light, the light flux does not return toward the light source 21, so that the beam splitter 55 is not required and the configuration can be simplified. Further, the light receiving section 57 and the interference device 37 can be formed as an integrated structure, and the size of the device can be reduced.

【0084】図12は、本発明の第4実施例に係る光干
渉式位置計測装置を示す。この第4実施例では、2周波
の光源を使用した光ヘテロダインの原理を採用してい
る。この光ヘテロダイン法については図13に基づいて
詳述したので、本実施例においては詳述せず、本実施例
での適用についてのみ述べる。また、前述の第1実施例
と同様の構成については、同一の参照符号を付してその
詳細な説明を省略する。
FIG. 12 shows an optical interference type position measuring apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. In the fourth embodiment, the principle of optical heterodyne using a two-frequency light source is adopted. Since this optical heterodyne method has been described in detail with reference to FIG. 13, it will not be described in detail in this embodiment, but only its application in this embodiment will be described. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0085】この第4実施例では、光源21が、半導体
レーザ30から発せられた光束OLを周波数変調する音
響光学変調素子100を備える。この音響光学変調素子
100は光束OLに変調を施し、周波数差f0を有する
互いに直交した偏光面を持つf1、f2の光束OLを送
り出す。
In the fourth embodiment, the light source 21 includes the acousto-optic modulator 100 for frequency-modulating the light beam OL emitted from the semiconductor laser 30. The acousto-optic modulator 100 modulates the light beam OL and sends out light beams OL of f1 and f2 having mutually orthogonal polarization planes having a frequency difference f0.

【0086】送り出された光束OLは、相対変位用干渉
部23に供給される他、ビームスプリッタ101を介し
て位置データ検出部25の光電変換素子102に照射さ
れる。相対変位用干渉部23に供給された光束OLは、
周波数f1を有する測定光L6と、周波数f2を有する
基準光L5とに分割され、各ミラー35、36で反射さ
れて重ね合わされる。反射ミラー36が相対変位する
と、測定光L6はドップラー変調を受け、その周波数は
f1±Δfに変化する。重ね合わされた光束によって形
成された相対変位用干渉光L3は、位置データ検出部2
5の受光部43で光電変換され、ビート周波数f2−
(f1±Δf)の電気信号Fp1が出力される。従来例
で述べたように、この電気信号Fp1と、光電変換素子
102で得られるビート周波数f2−f1の参照信号F
rとから位相差を計測し、変位量を算出する。波長制御
部22によって半導体レーザ30の波長をΔλだけ変化
させると、偏光ミラー35(分離面P3)と反射ミラー
36との間の光路に存在する測定光L6の波数が変化し
て、見かけ上変位Xが生じたことと同じとなり、測定対
象の位置データとして波数の増減値Cxが得られる。
The transmitted light beam OL is supplied to the relative displacement interference unit 23 and is also applied to the photoelectric conversion element 102 of the position data detection unit 25 via the beam splitter 101. The light beam OL supplied to the relative displacement interference unit 23 is
The measurement light L6 having the frequency f1 and the reference light L5 having the frequency f2 are split, reflected by the mirrors 35 and 36, and superimposed. When the reflection mirror 36 is relatively displaced, the measurement light L6 undergoes Doppler modulation, and its frequency changes to f1 ± Δf. The relative displacement interference light L3 formed by the superimposed light beams is transmitted to the position data detection unit 2.
5 is photoelectrically converted by the light receiving unit 43, and the beat frequency f2-
An electric signal Fp1 of (f1 ± Δf) is output. As described in the conventional example, the electric signal Fp1 and the reference signal F2 of the beat frequency f2-f1 obtained by the photoelectric conversion element 102 are used.
The phase difference is measured from r and the displacement is calculated. When the wavelength of the semiconductor laser 30 is changed by Δλ by the wavelength control unit 22, the wave number of the measurement light L6 existing in the optical path between the polarization mirror 35 (separation surface P3) and the reflection mirror 36 changes, and the apparent displacement occurs. This is the same as the occurrence of X, and the increase / decrease value Cx of the wave number is obtained as the position data of the measurement target.

【0087】光束OLから分離された基準干渉用光束S
OLは、基準長さ用干渉部24に供給され、相対変位用
干渉部23と同様に、基準長さLoに対応した位相差を
有する基準長さ用干渉光L4が形成される。基準長さ用
干渉光L4は、位置データ検出部25の受光部47で光
電変換され、ビート周波数f2−f1の電気信号Fp2
が出力される。従来例で述べたように、この電気信号F
p2と、光電変換素子102で得られるビート周波数f
2−f1の参照信号Frとから位相差を計測し、変位量
を算出する。半導体レーザ30の周波数を変化させると
波数の増減値Coが得られる。
The reference interference light beam S separated from the light beam OL
The OL is supplied to the reference length interference unit 24, and like the relative displacement interference unit 23, the reference length interference light L4 having a phase difference corresponding to the reference length Lo is formed. The reference-length interference light L4 is photoelectrically converted by the light-receiving unit 47 of the position data detection unit 25, and the electric signal Fp2 of the beat frequency f2-f1.
Is output. As described in the conventional example, this electric signal F
p2 and the beat frequency f obtained by the photoelectric conversion element 102
The phase difference is measured from the reference signal Fr of 2-f1, and the displacement is calculated. By changing the frequency of the semiconductor laser 30, an increase / decrease value Co of the wave number is obtained.

【0088】計測された波数の増減値Co、Cxは基準
長さLoおよび測定長さLxに比例し、数式9により測
定長さLxが算出され、絶対位置データPoutとして
出力される。
The measured increase / decrease values Co and Cx of the wave numbers are proportional to the reference length Lo and the measured length Lx, and the measured length Lx is calculated by Expression 9 and output as the absolute position data Pout.

【0089】この第4実施例では、第1実施例に比べて
波数の増減値Co、Cxの算出を交流信号であるFr、
Fp1、Fp2から算出するようにしているので、DC
レベルの変動などによる影響を受けない、また、ノイズ
に対しても不要な周波数を遮断することが可能なので安
定した検出が可能となる。
In the fourth embodiment, the calculation of the wave number increase / decrease values Co and Cx is different from that of the first embodiment in that the AC signal Fr,
Since it is calculated from Fp1 and Fp2, DC
It is not affected by fluctuations in level and the like, and it is possible to cut off unnecessary frequencies against noise, so that stable detection is possible.

【0090】なお、図13の従来例で示したように、光
束OLをレーザ同調回路に入力して発振周波数を制御す
るようにしてもよい。また、図示しないが、光源21に
ついては半導体レーザ30の代わりに、従来例で記載の
ようなHeNeレーザを使用してもよい。その場合、周
波数を2周波にする方法として、ゼーマン効果を利用し
てもよい。これは、スペクトラムが強力な磁場により分
裂することを利用する公知なもので、レーザ管を電圧の
印加されたコイル内に配置し、その磁界内に置くことに
より実現される。2周波の光束の生成は上述の方法に限
定されず他の方法を用いてもよい。
Incidentally, as shown in the conventional example of FIG. 13, the luminous flux OL may be input to the laser tuning circuit to control the oscillation frequency. Although not shown, a HeNe laser as described in the conventional example may be used for the light source 21 instead of the semiconductor laser 30. In that case, the Zeeman effect may be used as a method of setting the frequency to two. This is known in the art, taking advantage of the fact that the spectrum is split by a strong magnetic field, and is realized by placing the laser tube in a coil to which a voltage is applied and placing it in that magnetic field. The generation of the two-frequency light flux is not limited to the above-described method, and another method may be used.

【0091】[0091]

【発明の効果】以上のように、本発明に係る光干渉式位
置計測装置によれば、波長制御部が光束の波長を変更し
た際に相対変位用干渉光および基準干渉光に生じる光強
度の変化、および基準長さに基づいて、測定対象の位置
データを検出することができるので、測定対象の絶対位
置を簡単かつ確実に検出することとなる。従って、計測
中にカウントミスの蓄積や、光路の遮断、電源の入切な
どがあっても、現在位置が絶対位置で知ることができ
る。原点出しの必要性がなくなり、工数の短縮や信頼性
の向上が図れる。さらに、電源オン時の初期シーケンス
等において応答時間が必要とされる波長変更による位置
データの検出を行い、その後は相対位置データを検出す
ればよいので、波長変更による位置データ検出を極力省
いて、電源オン時の初期シーケンス以後の位置データ検
出の応答性を向上させることができる。また、インクリ
メンタルな位置データの検出のみの場合と異なり、計測
中のカウントミスや、光路の遮断などにより元の位置が
わからなくなったり、さらには、電源の入切をしても、
絶対位置データ計算部での再検出により簡単に絶対位置
が検出でき、原点出しの再実行の必要がないという利点
を有する。
As described above, according to the present invention, the light interference type
According to the position measurement device, when the wavelength controller changes the wavelength of the light beam, the position data of the measurement target is detected based on the change in the light intensity generated in the relative displacement interference light and the reference interference light, and the reference length. Therefore, the absolute position of the object to be measured can be easily and reliably detected. Therefore, even if accumulation of count mistakes, interruption of the optical path, power on / off, etc., occur during measurement, the current position can be known as an absolute position. Eliminating the need to find the origin eliminates man-hours and improves reliability. In addition, the initial sequence at power-on
Due to wavelength change where response time is required
Data, and then relative position data.
As much as possible, minimizing position data detection by changing the wavelength.
Position data after the initial sequence at power-on.
Response can be improved. In addition,
Unlike when only mental position data is detected, measurement
The original position may be lost due to counting mistakes during
Even if you get lost or even turn off the power,
Absolute position easily by re-detection in absolute position data calculator
Has the advantage that it is possible to detect
Having.

【0092】また、波長の変更に精度は必要なく、波数
の増減値が計測できる程度に変更されればよいので、発
振周波数の不安定な半導体レーザを光源に用いても、精
度の高い計測を実現することができる。従って、高精度
な計測を実現しながら、小型でかつ安価な光干渉式位置
計測装置を提供することが可能である。
[0092] In addition, the wavelength is not required to be changed with high accuracy, and it is sufficient that the change in the wave number can be measured. Therefore, even if a semiconductor laser having an unstable oscillation frequency is used as a light source, highly accurate measurement can be performed. Can be realized. Therefore, it is possible to provide a small and inexpensive optical interference type position measuring device while realizing highly accurate measurement.

【0093】さらに、光路の空気に発生するゆらぎなど
周囲環境の変動などがあっても安定して計測が可能であ
り、高精度な計測が周囲環境によらず実現できる。
Further, even if there is a change in the surrounding environment such as a fluctuation occurring in the air in the optical path, stable measurement can be performed, and highly accurate measurement can be realized regardless of the surrounding environment.

【0094】また、分離面で前記基準干渉用光束から取
り出された基準光を反射する基準面と、分離面で前記基
準干渉用光束から取り出された測定光を反射する測定面
とを備えることにより基準長さ用干渉部を簡単な構成で
実現することができる。
Further , the light beam is separated from the reference interference light beam at the separation surface.
A reference surface for reflecting the extracted reference light,
A measurement surface that reflects the measurement light extracted from the quasi-interference light beam
With this arrangement, the reference length interference section can be realized with a simple configuration.

【0095】さらに、光束の波長を変更した際に基準長
さ用干渉光に生じる波数の増減値Coを計測する計数回
路と、光束の波長を変更した際に相対変位用干渉光に生
じる波数の増減値Cxを計測する計数回路と、Lx=L
o(Cx/Co)(ただし、Lo:基準長さ用干渉部に
おける分離面から測定面までの基準長さ)に基づいて、
相対変位用干渉部における前記分離面からの測定対象の
位置Lxを算出する絶対位置データ算出回路と、を備え
ることにより簡単な構成で絶対位置データ計算部を実現
することができる。
Further, when the wavelength of the light beam is changed, the reference length
Count for measuring the increase / decrease value Co of the wave number generated in the interference light
Path and the interference light for relative displacement when the wavelength of the light beam is changed.
A counting circuit for measuring the increase / decrease value Cx of the wave number
o (Cx / Co) (where Lo is the reference length interference part)
The reference length from the separation plane to the measurement plane)
Of the measurement object from the separation surface in the relative displacement interference portion
An absolute position data calculation circuit for calculating the position Lx.
Accordingly , the absolute position data calculation unit can be realized with a simple configuration.

【0096】[0096]

【0097】さらにまた、基準長さ用干渉部からの基準
長さ用干渉光に基づいて、光源からの光束の波長変動を
検出する波長変動検出部と、検出した波長変動に基づい
て前記相対位置データを補正する波長補正部とを備える
ことにより光源からの光束の波長が時間経過とともに変
動することによって、相対位置データの値が検出開始時
点に比べて非線形な傾向を示しても、波長変動を補正す
ることによってこの傾向を相殺することができる。従っ
て、波長変動に拘わらず、精度の高い絶対位置データを
検出することができる。
Further, the reference from the reference length interference section
Based on the interference light for the length, the wavelength fluctuation of the luminous flux from the light source is
Based on the detected wavelength fluctuation detector and the detected wavelength fluctuation
A wavelength correction unit that corrects the relative position data
Even if the wavelength of the luminous flux from the light source fluctuates over time, the value of the relative position data shows a non-linear tendency compared to the time when the detection was started, but this tendency is offset by correcting the wavelength fluctuation. Can be. Accordingly, highly accurate absolute position data can be detected regardless of the wavelength fluctuation.

【0098】さらにまた、光源を半導体レーザとし、波
長制御部は、半導体レーザの温度を変化させることによ
って光束の波長を変化させることにより簡単な構成で光
源からの光束の波長を変化させることができる。
Further, the light source is a semiconductor laser,
The length controller controls the temperature of the semiconductor laser by changing it.
Therefore , the wavelength of the light beam from the light source can be changed with a simple configuration by changing the wavelength of the light beam.

【0099】さらにまた、光束が通過する媒体に応力を
発生させて、媒体の屈折率を変化させることによって光
束の波長を変化させることにより簡単な構成で光源から
の光束の波長を変化させることができる。
Furthermore , stress is applied to the medium through which the light beam passes.
Generate and change the refractive index of the medium
The wavelength of the light beam from the light source can be changed with a simple configuration by changing the wavelength of the light beam.

【0100】さらにまた、光束が通過する媒体に電界ま
たは磁界を作用させ、媒体の屈折率を変化させることに
よって光束の波長を変化させることにより簡単な構成で
光源からの光束の波長を変化させることができる。
Furthermore , an electric field is applied to the medium through which the light beam passes.
Or applying a magnetic field to change the refractive index of the medium
Therefore, by changing the wavelength of the light beam, the wavelength of the light beam from the light source can be changed with a simple configuration.

【0101】さらにまた、所定屈折率の回転板を回転さ
せた際のドップラー効果により光束の波長を変化させる
ことにより簡単な構成で光源からの光束の波長を変化さ
せることができる。
Further, a rotating plate having a predetermined refractive index is rotated.
Changes the wavelength of the luminous flux due to the Doppler effect
Thus, the wavelength of the light beam from the light source can be changed with a simple configuration.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る光干渉式位置計測装置の概略構成
図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an optical interference type position measuring device according to the present invention.

【図2】第1実施例に係る光干渉式位置計測装置の具体
的構成を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a specific configuration of an optical interference type position measuring device according to the first embodiment.

【図3】測定光および基準光による干渉光形成を説明す
る図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating the formation of interference light using measurement light and reference light.

【図4】受光部の詳細な構成図である。FIG. 4 is a detailed configuration diagram of a light receiving unit.

【図5】受光部からの電気信号と、計数回路のコンパレ
ータとの関係を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing a relationship between an electric signal from a light receiving unit and a comparator of a counting circuit.

【図6】計数回路の詳細な構成図である。FIG. 6 is a detailed configuration diagram of a counting circuit.

【図7】光束の波長変更による干渉縞計測の原理を説明
するための図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining the principle of interference fringe measurement by changing the wavelength of a light beam.

【図8】第2実施例に係る位置データ検出部の詳細な構
成図である。
FIG. 8 is a detailed configuration diagram of a position data detection unit according to a second embodiment.

【図9】第3実施例に係る位置データ検出部の詳細な構
成図である。
FIG. 9 is a detailed configuration diagram of a position data detection unit according to a third embodiment.

【図10】波長制御部の具体例を示す構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram illustrating a specific example of a wavelength control unit.

【図11】基準長さ用干渉部における干渉装置の具体例
を示す図である。
FIG. 11 is a diagram illustrating a specific example of an interference device in a reference length interference unit.

【図12】第4実施例に係る光干渉式位置計測装置の具
体的構成を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a specific configuration of an optical interference type position measuring device according to a fourth embodiment.

【図13】光ヘテロダイン法を用いた従来例に係る光干
渉式位置計測装置の具体的構成を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing a specific configuration of an optical interference type position measuring device according to a conventional example using an optical heterodyne method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

20 光干渉式位置計測装置、21 光源、22 波長
制御部、23 相対変位用干渉部、24 基準長さ用干
渉部、25 位置データ検出部、35 基準面としての
偏光ミラー、36 測定面としての反射ミラー、L3
相対変位用干渉光、L4 基準長さ用干渉光、L5 基
準光、L6 測定光、Lo 基準長さ、Lx 測定長
さ、OL 光束、P3 分離面、Pout 位置データ
Reference Signs List 20 optical interference type position measuring device, 21 light source, 22 wavelength control unit, 23 relative displacement interference unit, 24 reference length interference unit, 25 position data detection unit, 35 polarizing mirror as reference plane, 36 measurement plane Reflection mirror, L3
Relative displacement interference light, L4 reference length interference light, L5 reference light, L6 measurement light, Lo reference length, Lx measurement length, OL luminous flux, P3 separation plane, Pout position data

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−324304(JP,A) 特開 平3−269302(JP,A) 特開 昭64−35304(JP,A) 特開 昭59−218903(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 9/00 - 11/30 102 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-4-324304 (JP, A) JP-A-3-269302 (JP, A) JP-A 64-35304 (JP, A) JP-A 59- 218903 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01B 9/00-11/30 102

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 可干渉性を有する光束を発する光源と、
光束を基準光と測定光に分離する分離面と、基準光を反
射する基準面と、測定対象に取付けられて、測定光を反
射する測定面と、を備え、基準光および測定光を重ね合
わせて干渉光を形成し、この干渉光に基づいて測定対象
の位置データを読み取る光干渉式位置計測装置におい
て、 光源から発せられる光束の波長を変化させる波長制御部
と、 前記基準面および測定面を有し、基準面からの基準光お
よび測定面からの測定光を重ね合わせて相対変位用干渉
光を送り出す相対変位用干渉部と、 前記光束から分離された基準干渉用光束に基づいて、予
め決められた基準長さに対応した光路長の差を有する光
を重ね合わせて基準長さ用干渉光を送り出す基準長さ用
干渉部と、前記波長制御部が光束の波長を変更した際に生じる前記
相対変位用干渉光および基準長さ用干渉光の光強度の変
化、および前記基準長さに基づいて、測定対象の絶対位
置データを算出する絶対位置データ計算部と、 測定対象の移動に伴う前記相対変位用干渉光の光強度の
変化に基づいて測定対象の絶対位置に対する相対位置デ
ータを算出する相対位置データ計算部と、 これらの絶対位置データおよび相対位置データを合成し
て測定対象の位置を特定する合成演算部と、 を備えることを特徴とする光干渉式位置計測装置。
A light source that emits a light beam having coherence;
A separation surface that separates the light beam into reference light and measurement light, a reference surface that reflects the reference light, and a measurement surface that is attached to the measurement target and reflects the measurement light, and superimposes the reference light and the measurement light Forming an interference light, and reading the position data of the measurement target based on the interference light.In the optical interference type position measurement device, a wavelength controller that changes a wavelength of a light beam emitted from a light source; and the reference surface and the measurement surface. A relative displacement interference unit that superimposes the reference light from the reference surface and the measurement light from the measurement surface and sends out the relative displacement interference light, and is predetermined based on the reference interference light flux separated from the light flux. A reference length interference unit that sends out interference light for the reference length by superimposing light having a difference in optical path length corresponding to the reference length that has been generated when the wavelength control unit changes the wavelength of the light beam.
Changes in light intensity of interference light for relative displacement and interference light for reference length
And the absolute position of the object to be measured based on the reference length.
Absolute position data calculation unit for calculating the position data , the light intensity of the relative displacement interference light accompanying the movement of the measurement target
Based on the change, the relative position
A relative position data calculation unit for calculating data, and combining these absolute position data and relative position data.
Optical interference position measuring apparatus characterized by comprising: a combining unit for specifying a position of a measured object Te.
【請求項2】 請求項1に記載の光干渉式位置計測装置
において、前記基準長さ用干渉部は、 分離面で前記基準干渉用光束から取り出された基準光を
反射する基準面と、 分離面で前記基準干渉用光束から取り出された測定光を
反射する測定面とを備え、 基準面からの基準光と、この基準光に対して前記基準長
さに対応した光路長の差を有する測定面からの測定光と
を重ね合わせて干渉光を形成することを特徴とする光干
渉式位置計測装置。
2. The optical interference type position measuring device according to claim 1, wherein the reference length interference unit includes: a reference surface that reflects reference light extracted from the reference interference light beam on a separation surface; A measurement surface that reflects measurement light extracted from the reference interference light beam on a surface, and a measurement having a difference between a reference light from the reference surface and an optical path length corresponding to the reference length with respect to the reference light. An optical interference type position measuring device, wherein interference light is formed by superimposing measurement light from a surface.
【請求項3】 請求項2に記載の光干渉式位置計測装置
において、前記絶対 位置データ計算部は、 光束の波長を変更した際に基準長さ用干渉光に生じる波
数の増減値Coを計測する計数回路と、 光束の波長を変更した際に相対変位用干渉光に生じる波
数の増減値Cxを計測する計数回路と、 Lx=Lo(Cx/Co)(ただし、Lo:基準長さ用
干渉部における分離面から測定面までの基準長さ)に基
づいて、相対変位用干渉部における前記分離面からの測
定対象の位置Lxを算出する絶対位置データ算出回路
と、 を備えることを特徴とする光干渉式位置計測装置。
3. The optical interference type position measuring device according to claim 2, wherein the absolute position data calculation unit measures an increase / decrease value Co of a wave number generated in the reference length interference light when the wavelength of the light beam is changed. A counting circuit for measuring the increase / decrease value Cx of the wave number generated in the interference light for relative displacement when the wavelength of the light beam is changed; Lx = Lo (Cx / Co) (where Lo: interference for the reference length) An absolute position data calculation circuit that calculates a position Lx of a measurement target from the separation surface in the relative displacement interference unit based on the reference length from the separation surface to the measurement surface of the portion). Optical interference type position measuring device.
【請求項4】 請求項1に記載の光干渉式位置計測装置
において、基準長さ用干渉部からの基準長さ用干渉光に
基づいて、光源からの光束の波長変動を検出する波長変
動検出部と、検出した波長変動に基づいて前記相対位置
データを補正する波長補正部とを備えることを特徴とす
る光干渉式位置計測装置。
In the optical interferometric position measuring apparatus according to claim 4] claim 1, based on the reference length for the interference light from the criteria length for interference portion, the wavelength variation to detect the wavelength variation of the light beam from the light source An optical interference type position measurement device comprising: a detection unit; and a wavelength correction unit that corrects the relative position data based on the detected wavelength fluctuation.
【請求項5】 請求項1〜のいずれかに記載の光干渉
式位置計測装置において、前記光源は半導体レーザであ
り、前記波長制御部は、半導体レーザの温度を変化させ
ることによって光束の波長を変化させることを特徴とす
る光干渉式位置計測装置。
5. The optical interference type position measuring device according to any one of claims 1-4, wherein the light source is a semiconductor laser, the wavelength control unit, the wavelength of the light beam by changing the temperature of the semiconductor laser An optical interference type position measuring device characterized by changing the following.
【請求項6】 請求項1〜のいずれかに記載の光干渉
式位置計測装置において、前記波長制御部は、光束が通
過する媒体に応力を発生させて、媒体の屈折率を変化さ
せることによって光束の波長を変化させることを特徴と
する光干渉式位置計測装置。
6. The optical interference type position measuring device according to any one of claims 1-4, wherein the wavelength control unit, to generate a stress to the medium which the light beam passes, changing the refractive index of the medium An optical interference type position measuring device characterized in that the wavelength of a light beam is changed by the method.
【請求項7】 請求項1〜のいずれかに記載の光干渉
式位置計測装置において、前記波長制御部は、光束が通
過する媒体に電界または磁界を作用させ、媒体の屈折率
を変化させることによって光束の波長を変化させること
を特徴とする光干渉式位置計測装置。
7. The optical interferometric position measuring device according to any one of claims 1-4, wherein the wavelength control unit, the light flux passing
The over to the medium by the action of electric or magnetic field, optical interference type position measuring apparatus characterized by varying the wavelength of the light beam by varying the refractive index of the medium.
【請求項8】 請求項1〜のいずれかに記載の光干渉
式位置計測装置において、前記波長制御部は、所定屈折
率の回転板を回転させた際のドップラー効果により光束
の波長を変化させることを特徴とする光干渉式位置計測
装置。
8. The optical interference type position measuring device according to any one of claims 1-4, wherein the wavelength control unit, changes the wavelength of the light beam by Doppler effect at the time of rotating the rotary plate of a predetermined refractive index An optical interference type position measuring device, characterized in that the position is measured.
JP30227994A 1994-12-06 1994-12-06 Optical interference type position measuring device Expired - Fee Related JP3344637B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP30227994A JP3344637B2 (en) 1994-12-06 1994-12-06 Optical interference type position measuring device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP30227994A JP3344637B2 (en) 1994-12-06 1994-12-06 Optical interference type position measuring device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH08159710A JPH08159710A (en) 1996-06-21
JP3344637B2 true JP3344637B2 (en) 2002-11-11

Family

ID=17907098

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP30227994A Expired - Fee Related JP3344637B2 (en) 1994-12-06 1994-12-06 Optical interference type position measuring device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3344637B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005051245A (en) 2003-07-30 2005-02-24 Asml Netherlands Bv Lithographic equipment
JP2007309677A (en) * 2006-05-16 2007-11-29 Mitsutoyo Corp Method of estimating absolute distance in tracking laser interferometer, and tracking laser interferometer
JP6140891B2 (en) * 2013-05-20 2017-06-07 コー・ヤング・テクノロジー・インコーポレーテッド Shape measuring device using frequency scanning interferometer

Also Published As

Publication number Publication date
JPH08159710A (en) 1996-06-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2810956B2 (en) Absolute interference measurement method
JP3754707B2 (en) Electro-optical measuring device for absolute distance
EP0646767B1 (en) Interferometric distance measuring apparatus
JPS6039518A (en) Interferometer system
JP2010112768A (en) Measurement apparatus
US5521704A (en) Apparatus and method for measuring absolute measurements having two measuring interferometers and a tunable laser
JP6264547B2 (en) Optical signal generation apparatus, distance measurement apparatus, spectral characteristic measurement apparatus, frequency characteristic measurement apparatus, and optical signal generation method
JP2013083581A (en) Measuring device
JP3344637B2 (en) Optical interference type position measuring device
JP4998738B2 (en) Dimension measuring apparatus and dimension measuring method
US5737069A (en) Position detecting apparatus of optical interferometry
JP2725434B2 (en) Absolute length measuring method and absolute length measuring device using FM heterodyne method
US20070024859A1 (en) Method for determining the refractive index during interferometric length measurement and interferometric arrangement therefor
JPH01205486A (en) Wavelength stabilizer of semiconductor laser
JP3254477B2 (en) High precision interferometer
JP2521872B2 (en) Frequency modulation optical fiber displacement measuring device
WO1998008047A1 (en) Superheterodyne method and apparatus for measuring the refractive index of air using multiple-pass interferometry
JP2687631B2 (en) Interference signal processing method of absolute length measuring device
JPH1096601A (en) Light wave interference measuring device
JPH06129812A (en) Heterodyne interference length measuring instrument
JPH06117810A (en) Absolute type length measuring equipment with correcting function of external disturbance
JPH0763506A (en) Gauge interferometer
JPH06129811A (en) Displacement correcting method for laser length measuring instrument
JPH06221808A (en) Distance measuring sensor and measuring method thereby
CN113390467A (en) Vibration and temperature measuring device and signal processing method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080830

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110830

Year of fee payment: 9

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees