DE112006002170T5 - Laser-Entfernungsmessgerät - Google Patents

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Abstract

Laser-Entfernungsmessgerät, das einen Laserstrahl in einen Messstrahl, der auf eine reflektierende Messeinheit gerichtet wird, und einen Bezugsstrahl teilt, Interferenzlicht durch Interferenz zwischen dem Messstrahl, der durch Reflexion zurückgeworfen wird, und dem Bezugsstrahl erzeugt und die Entfernung von Bewegung in Bezug auf die reflektierende Messeinheit durch Zählen von Änderungen in Interferenzstreifen misst, die durch das Interferenzlicht gebildet werden, umfassend:
einen ersten Strahlenteiler, der den Laserstrahl in einen ersten und einen zweiten Strahl teilt;
einen zweiten Strahlenteiler, der den zweiten Strahl in einen dritten Strahl und einen vierten Strahl teilt und der bewirkt, dass reflektierte Strahlen, die durch Reflexion der dritten und vierten Strahlen erzeugt werden und von entgegengesetzten Richtungen zu den Richtungen der dritten und vierten Strahlen einfallen, in einer entgegengesetzten Richtung zur Richtung des zweiten Strahls austreten;
eine erste reflektierende Bezugseinheit, welche sich, wenn einer der dritten und vierten Strahlen als der Messstrahl emittiert wird, in einen...

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Laser-Entfernungsmessgerät, das einen Laserstrahl in zwei Teile teilt, wobei einer auf einen reflektierenden Spiegel (Tripelspiegel), der auf einem zu messenden Objekt montiert ist, und der andere auf einen festen Bezugs-Tripelspiegel gerichtet wird, wodurch bewirkt wird, dass die beiden Teile von den jeweiligen Tripelspiegeln so zurückreflektiert werden, um miteinander zu interferieren, und dann die Entfernung von Bewegung in Bezug auf das Objekt durch Zählen der Anzahl von resultierenden Interferenzstreifen misst, die sich ändern, wenn sich das Maß der relativen Bewegung ändert. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Laser-Entfernungsmessgerät, das Fehler im Bewegungsmaß in jeder Bewegungsachsrichtung einer numerisch gesteuerten (NC) Werkzeugmaschine misst, wie in ISO 230-2, JIS-B-6201-1990 usw. definiert.
  • STAND DER TECHNIK
  • Prüfgegenstände und Prüfverfahren zum Bewerten der Genauigkeit von NC-Werkzeugmaschinen sind in ISO 230-2, JIS-B-6201-1990 und anderen Standards definiert. Die Prüfgegenstände, die in solchen Standards definiert sind, umfassen Fehler im Bewegungsmaß jeder Bewegungsachse, sowie Totgang, Gieren usw. Als ein Prüfverfahren zum Bestimmen von Fehlern im Bewegungsmaß in jeder Bewegungsachse ist zum Beispiel ein Verfahren definiert, das Vorgänge des inkrementellen Bewegens um ein vorgeschriebenes Maß entlang jeder Bewegungsachsrichtung und des anschließenden inkrementellen Zurückbewegens um dasselbe Maß in der entgegengesetzten Richtung durchführt und dann den Höchstwert oder den quadratischen Mittelwert der Fehler an den jeweiligen Bewegungspunkten berechnet.
  • Für die Messungen solcher Prüfgegenstände, wie zuvor beschrieben, können zwar herkömmliche Kontaktlehren oder Magnetmaßstäbe verwendet werden, es werden jedoch viel häufiger Laser-Entfernungsmessgeräte eingesetzt. 1 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel einer Anordnung des Standes der Technik zum Messen der Genauigkeit einer NC-Werkzeugmaschine (Bearbeitungszentrum) durch Verwenden eines Laser-Entfernungsmessgeräts darstellt. Wie in 1 dargestellt, umfasst die Werkzeugmaschine 91 einen Bearbeitungswerkzeugabschnitt 92 zum Aufnehmen und Antreiben eines Bearbeitungswerkzeugs, einen Werkstücktisch 93, auf dem ein Werkstück angeordnet ist, und eine NC-Steuerung 97, um sie zu steuern. Der Bearbeitungswerkzeugabschnitt 92 kann auf und ab bewegt werden (in der Z-Achsrichtung), und der Werkstücktisch 93 kann in zwei orthogonalen Richtungen in einer Ebene senkrecht zur Z-Achsrichtung bewegt werden; ihre Bewegungen werden durch die NC-Steuerung 97 gesteuert.
  • Bei der Messung von Fehlern des Bewegungsmaßes und Totgangs, wie in ISO 230-2 und JIS-B-6201-1990 definiert, wird das tatsächliche Bewegungsmaß gemessen, wenn ein Befehl von der NC-Steuerung 97 zur Bewegung in jeder Achsrichtung um ein vorgeschriebenes Maß eingegeben wird. Das dargestellte Beispiel zeigt einen Fall, in welchem Fehler des Bewegungsmaßes und des Totgangs in der Richtung gemessen werden, die durch einen Pfeil (X-Achsrichtung) angegeben ist; zuerst wird eine Laserlichtquelle 3 so eingerichtet, dass die optische Achse des Laserlichts, das von der Laserlichtquelle 3 emittiert wird, mit der X-Achsrichtung übereinstimmt. Als Nächstes wird eine optische Interferenzeinheit 100, die einen Teil des Lasermessinterferometers bildet, derart an der Spitze des Bearbeitungswerkzeugabschnitts 92 befestigt, so dass das Laserlicht in die Einheit eintritt, und ein reflektierender Spiegel (Tripelspiegel) 17 ist an einer Kante des Werkstücktisches 93 montiert.
  • 2 ist eine schematische Darstellung, welche die Konfiguration einer optischen Interferenzeinheit 13 darstellt. Die Laserlichtquelle 3 ist eine Laserlichtquelle mit einer guten Kohärenz (d.h. einer langen Kohärenzlänge), wie beispielsweise ein He-Ne-Laser, und das Laserlicht, das davon emittiert wird, wird durch einen Polarisationsstrahlenteiler 131 in zwei Laserstrahlen geteilt. Hierbei wird der Polarisationsstrahlenteiler 131 so eingerichtet, dass seine optische Achse in 45 Grad in Bezug auf die Polarisationsebene des einfallenden Laserlichts ausgerichtet ist. In diesem Fall wird das Laserlicht, das durch den Polarisationsstrahlenteiler 131 durchgelassen wird, P-Polarisation genannt, während das Laserlicht, das durch den Polarisationsstrahlenteiler 131 reflektiert wird, S-Polarisation genannt wird, wobei die Ebenen der P- und S-Polarisationen in rechten Winkeln zueinander ausgerichtet sind.
  • Ein Laserstrahl (P-Polarisation) wird auf den Tripelspiegel 17 gerichtet, der auf einer Kante des Werkzeugtisches 93 montiert ist, wo der Laserstrahl in der entgegengesetzten Richtung zum Polarisationsstrahlenteiler 131 zurückreflektiert wird. Der andere Laserstrahl (S-Polarisation) wird auf einen Bezugs-Tripelspiegel 132 gerichtet, der in der optischen Interferenzeinheit 100 vorgesehen ist, wo der Laserstrahl in der entgegengesetzten Richtung zum Polarisationsstrahlenteiler 131 zurückreflektiert wird. Der Laserstrahl, der durch den Tripelspiegel 17 reflektiert wird und in den Polarisationsstrahlenteiler 131 eintritt, und der Laserstrahl, der durch den Bezugs-Tripelspiegel 132 reflektiert wird und in den Polarisationsstrahlenteiler 131 eintritt, überlappen einander am Polarisationsstrahlenteiler 131, und das austretende Licht tritt durch einen Polarisator 138 durch und in einen Lichtdetektor 133 ein.
  • Die beiden Strahlen interferieren miteinander und bilden einen Interferenzstreifen, dessen Intensität am größten ist, wenn der Weglängenunterschied zwischen den beiden Strahlen ein integrales Vielfaches der Laserstrahlwellenlänge ist, und am kleinsten, wenn der Weglängenunterschied ein integrales Vielfaches plus einer halben Wellenlänge ist. Folglich ändert sich die Ausgangsintensität des Lichtdetektors 133 zyklisch, wenn sich der Werkstücktisch 93 und infolgedessen der auf einer Kante davon montierte Tripelspiegel 17 auf eine relative Weise bewegen. Genauer gesagt, tritt, wenn sich der Tripelspiegel 17 auf eine relative Weise um ein Maß bewegt, das einer halben Wellenlänge entspricht, ein Weglängenunterschied gleich einer Wellenlänge in einem Umlauf auf, und die Bewegungsentfernung des Tripelspiegels 17, d.h. des Werkstücktisches 93, ergibt sich durch eine halbe Wellenlänge multipliziert mit der Anzahl von Zyklen, in welchen sich die Ausgangsintensität des Lichtdetektors 133 ändert.
  • Das Ausgangssignal des Lichtdetektors 133 wird durch einen Verstärker 134 verstärkt, und das verstärkte Signal wird in einem Komparator 135 mit einem Zwischenpegel des Ausgangssignals verglichen und in ein Binärsignal umgewandelt, das durch einen Zähler 136 gezählt wird. Eine Messwertberechnungseinheit 137 berechnet die Bewegungsentfernung aus dem Wert des Zählers 136.
  • Prüfgegenstände und Prüfverfahren zum Bewerten der Genauigkeit von NC-Werkzeugmaschinen sind in ISO 230-2, JIS-B-6201-1990 und anderen Standards definiert, und Fehler im Bewegungsmaß in jeder Bewegungsachsrichtung, die in solchen Standards definiert sind, werden normalerweise unter Verwendung eines Laser-Entfernungsmessgeräts gemessen. Im Stand der Technik wird nach dem Anbringen der in 2 dargestellten Interferenzeinheit an der Werkzeugmaschine die externe Laserlichtquelle so eingerichtet, dass das Laserlicht in die Interferenzeinheit eintritt; dann wird der reflektierende Spiegel (Tripelspiegel) auf dem Werkstücktisch der Werkzeugmaschine montiert, und es wird die Bewegungsentfernung des Tisches gemessen. Dies bringt jedoch nicht nur mühsame Arbeitsschritte mit sich, um die Laserlichtquelle so einzurichten, dass das Laserlicht parallel zu jeder Bewegungsachse in die Interferenzeinheit eintritt, sondern es gibt auch Fälle, in welchen solch ein Einrichten nicht möglich ist. Die japanische Gebrauchsmuster Eintragung Nr. 2517929 schlägt einen Laserinterferometer des getrennten Typs vor, der die Freiheit des Einrichtens durch Verwenden einer Lichtleitfaser zum Senden des Laserstrahls von der Laserlichtquelle zur optischen Interferenzeinheit wesentlich verbessert, und das zuvor erwähnte Problem kann durch Verwenden solch eines Laserinterferometers des getrennten Typs gelöst werden.
  • Werkzeugmaschinen weisen jedoch für gewöhnlich drei Bewegungsachsen auf, und Fehler im Bewegungsmaß müssen für alle Bewegungsachsen gemessen werden. Folglich müssen, wenn Messungen entlang einer Bewegungsachse abgeschlossen sind, die Ausrichtung der Interferenzeinheit und die Position des Tripelspiegels geändert werden, um Messungen entlang einer anderen Bewegungsachse vorzunehmen, was zu dem Problem führt, dass die Einstellarbeit mühsam und Zeit raubend ist. Um dieses Problem zu lösen, offenbart der Anmelder in der ungeprüften japanischen Patentschrift Nr. H09-243322 einen Laserinterferometer, der umgestellt werden kann, um einen Messlaserstrahl in einer ausgewählten von drei Richtungen zu emittieren, die orthogonal zueinander sind.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Auf diese Weise wurde im Stand der Technik beim Messen der Bewegungsentfernungen in den drei orthogonalen Achsrichtungen durch Verwenden eines Laserinterferometers so verfahren, dass die Positionierung jeder Achse der Werkzeugmaschine usw. durch Verwenden eines Messkopfs gemessen wurde, der die Emissionsrichtung des Messstrahls zwischen den drei orthogonalen Achsrichtungen umschalten kann. In diesem Fall muss die Strahlenemissionsrichtung so eingestellt werden, dass der Strahl, der vom Messkopf in irgendeine der drei orthogonalen Achsrichtungen emittiert wird, orthogonal zu den anderen beiden Achsrichtungen ist.
  • Um die Einstellung zu bewerkstelligen, wurde ein Keilprisma, das für jeden Emissionsstrahl vorgesehen war, eingestellt, indem zum Beispiel drei Kombinationen von zweien der drei orthogonalen Achsstrahlen ausgewählt wurden und die optische Achse eines der beiden Strahlen mittels eines Pentaprismas um 90 Grad gekrümmt wurde, so dass die optische Achse parallel zur optischen Achse des anderen Strahls wurde.
  • Der Laserinterferometer, der im japanischen Gebrauchsmuster Eintragung Nr. 2517929 dargestellt ist, ist jedoch so aufgebaut, dass von den Strahlen, die in den drei orthogonalen Achsrichtungen zu emittieren sind, nur der Strahl, der in der Messrichtung zu emittieren ist, von der optischen Interferenzeinheit emittiert wird, und die Strahlen, die in beliebige zwei Richtungen zu emittieren sind, können nicht gleichzeitig austreten, was es schwierig macht, die zuvor erwähnte Einstellung zu erreichen. Folglich bestand die Möglichkeit, dass die Einstellung der Orthogonalität möglicherweise nicht richtig gelang.
  • Angesichts des zuvor erwähnten Problems in Verbindung mit einem Laserinterferometer, der den Messlaserstrahl in drei orthogonalen Achsrichtungen emittiert und die Maße von relativen Bewegungen in den drei Achsrichtungen misst, ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung eines Laserinterferometers, der die Orthogonalität zwischen den drei orthogonalen Achsen leicht einstellen kann.
  • Um diese Aufgabe zu erreichen, teilt ein Laser-Entfernungsmessgerät als ein Laserinterferometer gemäß der vorliegenden Erfindung einen Laserstrahl in einen Messstrahl, der auf eine reflektierende Messeinheit gerichtet wird, und einen Bezugsstrahl, erzeugt Interferenzlicht durch Interferenz zwischen dem durch Reflexion zurückgeworfenen Messstrahl und dem Bezugsstrahl und misst die Entfernung von Bewegung in Bezug auf die reflektierende Messeinheit durch Zählen von Änderungen in Interferenzstreifen, die durch das Interferenzlicht gebildet werden, wobei unter drei orthogonalen Richtungen, in welchen der Messstrahl emittiert wird, der Messstrahl wenigstens in einer Achsrichtung konstant emittiert wird.
  • Wie bereits erwähnt, wird die Orthogonalität zwischen den drei Achsmessstrahlen durch Kombinieren von zwei Achsmessstrahlen eingestellt und, da der Messstrahl in einer Achsrichtung konstant emittiert wird, kann in diesem Fall die Orthogonalität leicht und genau eingestellt werden.
  • Wenn zum Beispiel einer der drei Achsmessstrahlen konstant emittiert wird, kann die Einstellung leicht und genau durchgeführt werden, da stets zwei Achsstrahlen in zwei von den drei Kombination der Achsmessstrahlen vorhanden sind. Wenn zwei der drei Achsmessstrahlen konstant emittiert werden, kann die Einstellung leicht und genau durchgeführt werden, da stets zwei Achsstrahlen vorhanden sind.
  • Um dies zu erreichen, umfasst das Laser-Entfernungsmessgerät gemäß der vorliegenden Erfindung: einen ersten Strahlenteiler, der den Laserstrahl in einen ersten und einen zweiten Strahl teilt; einen zweiten Strahlenteiler, der den zweiten Strahl in einen dritten Strahl und einen vierten Strahl teilt und der bewirkt, dass reflektierte Strahlen, die durch Reflexion der dritten und vierten Strahlen erzeugt werden und von entgegengesetzten Richtungen zu den Richtungen der dritten und vierten Strahlen einfallen, in einer entgegengesetzten Richtung zur Richtung des zweiten Strahls austreten; eine erste reflektierende Bezugseinheit, welche sich, wenn einer der dritten und vierten Strahlen als der Messstrahl emittiert wird, in einen Lichtpfad des ersten Strahls bewegt und den darauf einfallenden ersten Strahl in der Einfallsrichtung reflektiert und dadurch den Bezugsstrahl erzeugt; eine zweite reflektierende Bezugseinheit, welche sich, wenn der erste Strahl als der Messstrahl emittiert wird, in einen Lichtpfad des dritten Strahls bewegt und den darauf einfallenden dritten Strahl in der Einfallsrichtung reflektiert und dadurch den Bezugsstrahl erzeugt; eine Strahlenauswähleinheit, welche unter den reflektierten Strahlen, die durch Reflexion der dritten und vierten Strahle erzeugt und zum Austreten aus dem zweiten Strahlenteiler in der entgegengesetzten Richtung zur Richtung des zweiten Strahls veranlasst werden, einen Strahl auswählt, der im ersten Strahlenteiler mit einem reflektierten Strahl kombiniert werden soll, der durch Reflexion des ersten Strahls erzeugt wird und auf den ersten Strahlenteiler von einer entgegengesetzten Richtung zur Richtung des ersten Strahls einfällt; und eine Lichterfassungseinheit, welche ein elektrisches Signal erzeugt, dass mit den Interferenzstreifen übereinstimmt, die durch das Interferenzlicht gebildet werden, das durch Interferenz zwischen dem Strahl, der durch die Strahlenauswähleinheit ausgewählt wird, und dem reflektierten Strahl erzeugt wird, der durch Reflexion des ersten Strahls erzeugt wird, wobei die ersten, dritten und vierten Strahlen jeweils als der Messstrahl in einer entsprechenden der drei Achsrichtungen emittiert werden, und von diesen Strahlen der vierte Strahl konstant emittiert wird.
  • Die Strahlenauswähleinheit kann als eine zweite Polarisationseinstelleinheit implementiert sein, die so geschaltet werden kann, dass die Polarisationsrichtung jedes der reflektierten Strahlen, die zum Austreten aus dem zweiten Strahlenteiler in der entgegengesetzten Richtung zur Richtung des zweiten Strahls veranlasst werden, um 90 Grad gedreht oder nicht gedreht wird. In diesem Fall sind Polarisationsstrahlenteiler als die ersten und zweiten Strahlenteiler vorgesehen, und eine erste Polarisationseinstelleinheit zum Drehen der Polarisationsrichtung des zweiten Strahls um 45 Grad ist zwischen diesen Strahlenteilern vorgesehen.
  • Die zweite Polarisationseinstelleinheit kann als eine Halbwellenplatte aufgebaut sein, die zwischen einer Position, die sich im Lichtpfad befindet, und einer Position, die den Lichtpfad nicht blockiert, bewegt werden kann, oder als eine elektrooptische Vorrichtung, wie beispielsweise eine optische Flüssigkristallvorrichtung, die in Abhängigkeit von einer angelegten Spannung so geschaltet werden kann, dass der dadurch durchtretende Laserstrahl um 90 Grad gedreht wird oder nicht gedreht wird.
  • Alternativ kann die Strahlenauswähleinheit als eine Polarisationseinheit implementiert sein, welche im Lichtpfad der reflektierten Strahlen vorgesehen ist, die durch Reflexion der dritten und vierten Strahlen erzeugt und zum Austreten aus dem zweiten Strahlenteiler in der entgegengesetzten Richtung zur Richtung des zweiten Strahls veranlasst werden, und deren Polarisationsrichtung so geändert wird, dass es nur einem ausgewählten der reflektierten Strahlen ermöglicht wird, dadurch durchzutreten. In diesem Fall ist der zweite Strahlenteiler als ein Polarisationsstrahlenteiler aufgebaut.
  • Die Polarisationseinheit kann als eine Mehrzahl von Polarisatoren aufgebaut sein, die verschiedene Polarisationsrichtungen aufweisen und die einer nach dem anderen in den Lichtpfad bewegt werden können, oder als ein Polarisator, dessen Polarisationsrichtung durch Drehen um den Lichtpfad als eine Rotationsachse geändert werden kann; alternativ kann die Polarisationseinheit als eine elektrooptische Vorrichtung, wie beispielsweise eine optische Flüssigkristallvorrichtung, aufgebaut sein, deren Polarisationsrichtung gemäß einer angelegten Spannung geändert werden kann.
  • Die zuvor dargelegten und andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen besser ersichtlich.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel eines Aufbaus des Standes der Technik zum Messen von Bewegungsfehlern in der Bewegungsrichtung einer NC-Werkzeugmaschine darstellt.
  • 2 ist eine schematische Darstellung, welche die Konfiguration einer optischen Interferenzeinheit des Standes der Technik darstellt.
  • 3 ist ein Blockdiagramm, das einen Laserinterferometer gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 4 ist eine schematische Darstellung, welche die Konfiguration einer optischen Interferenzeinheit veranschaulicht, die in 3 darstellt ist.
  • 5 ist eine schematische Darstellung, welche die Konfiguration einer Empfängereinheit veranschaulicht, die in 3 darstellt ist.
  • 6 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Funktionsweise der optischen Interferenzeinheit beim Messen der Entfernung in einer ersten Achsrichtung.
  • 7 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Funktionsweise der optischen Interferenzeinheit beim Messen der Entfernung in einer zweiten Achsrichtung.
  • 8 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Funktionsweise der optischen Interferenzeinheit beim Messen der Entfernung in einer dritten Achsrichtung.
  • 9 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung dessen, wie die Orthogonalität zwischen den drei Achsen unter Verwendung von Keilprismen eingestellt wird.
  • 10 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung dessen, wie die Orthogonalität zwischen dem ersten Achsstrahl L1 und dem dritten Achsstrahl L3 eingestellt wird.
  • 11 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung dessen, wie die Orthogonalität zwischen dem zweiten Achsstrahl L2 und dem dritten Achsstrahl L3 eingestellt wird.
  • 12 ist eine schematische Darstellung (Teil 1) zur Erläuterung dessen, wie die Orthogonalität zwischen dem ersten Achsstrahl L1 und dem zweiten Achsstrahl L2 eingestellt wird.
  • 13 ist eine schematische Darstellung (Teil 2) zur Erläuterung dessen, wie die Orthogonalität zwischen dem ersten Achsstrahl L1 und dem zweiten Achsstrahl L2 eingestellt wird.
  • 14 ist eine schematische Darstellung, welche die Konfiguration einer Strahlenauswähleinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt.
  • 15A ist eine schematische Darstellung, welche die Konfiguration einer Strahlenauswähleinheit gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt.
  • 15B ist eine schematische Darstellung, welche die Konfiguration einer Strahlenauswähleinheit gemäß einer vierten Ausführungsform darstellt.
  • 15C ist eine schematische Darstellung, welche die Konfiguration einer Strahlenauswähleinheit gemäß einer fünften Ausführungsform darstellt.
  • BESTE FORM ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun im Folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. 3 ist ein Blockdiagramm, das einen Laserinterferometer gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie zu sehen ist, umfasst der Laserinterferometer eine Leistungsversorgung 2, eine wellenlängenstabilisierte HeNe-Laserlichtquelle 3, die mit der Leistungsversorgung 2 verbunden ist, zum Emittieren eines Laserstrahls, dessen Wellenlänge durch eine Wellenlängenstabilisierungssteuerung stabilisiert ist, und eine Faser zur Aufrechterhaltung der Polarisation 4 zum Übertragen des Laserstrahls an eine optische Interferenzeinheit 1, die im Folgenden zu beschreiben ist.
  • Wenn dieser Laserinterferometer verwendet wird, um die Genauigkeit der zuvor unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschriebenen NC-Werkzeugmaschine zu messen, wird die optische Interferenzeinheit 1 an der Spitze des Bearbeitungswerkszeugabschnitts 92 befestigt, welcher das Bearbeitungswerkzeug in der Werkzeugmaschine 91 aufnimmt und antreibt. Dann werden eine reflektierende Messeinheit 171, durch welche ein Messstrahl L1, der in einer ersten Achsrichtung von der optischen Interferenzeinheit 1 emittiert wird, zur optischen Interferenzeinheit 1 zurückreflektiert wird, eine reflektierende Messeinheit 172, durch welche ein Messstrahl L2, der in einer zweiten Achsrichtung emittiert wird, zur optischen Interferenzeinheit 1 zurückreflektiert wird, und eine reflektierende Messeinheit 173, durch welche ein Messstrahl L3, der in einer dritten Achsrichtung emittiert wird, zur optischen Interferenzeinheit 1 zurückreflektiert wird, auf dem Werkstücktisch 93 montiert. Als die reflektierenden Messeinheiten 171 bis 173 werden vorteilhafterweise Tripelspiegel verwendet.
  • Der Laserinterferometer umfasst eine optoelektrische Umwandlungseinheit 6, welche vier Interferenzphasensignale, die in Bezug aufeinander um 90 Grad phasenverschoben sind, mithilfe von Fotodetektoren 7 in vier elektrische Phasensignale umwandelt, wobei die vier Interferenzphasensignale erzeugt werden, indem bewirkt wird, dass die Messstrahlen, die durch die reflektierenden Messeinheiten 171 bis 173 zur optischen Interferenzeinheit 1 zurückreflektiert werden, in der optischen Interferenzeinheit 1 mit einem später zu beschreibenden Bezugsstrahl interferieren.
  • Der Laserinterferometer umfasst ferner einen Lichtleiter 5, der die vier Interferenzphasensignale von der optischen Interferenzeinheit 1 an die optoelektrische Umwandlungseinheit 6 überträgt, eine Zählereinheit 8, welche die Änderungen der Intensitäten der vier elektrischen Phasensignale zählt, die von der optoelektrischen Umwandlungseinheit 6 ausgegeben werden, und eine Recheneinheit 9, wie beispielsweise einen Personalcomputer, welche die Länge durch Multiplizieren des Zählwerts mit der Wellenlänge berechnet.
  • 4 ist eine schematische Darstellung, welche die Konfiguration der optischen Interferenzeinheit 1 veranschaulicht, die in 3 darstellt ist. Die optische Interferenzeinheit 1 umfasst eine Kollimatorlinse 21, welche das Laserlicht, das aus der Faser zur Aufrechterhaltung der Polarisation 4 austritt, in einen parallelen Lichtstrahl umwandelt, einen ersten Polarisationsstrahlenteiler 22, der den parallelen Lichtstrahl in den zweiten Achsstrahl L2, der sich in der zweiten Achsrichtung fortpflanzt, und einen Strahl Li teilt, der sich in der ersten Achsrichtung fortpflanzt, eine Halbwellenplatte 23, welche die Polarisationsrichtung des Strahls Li um 45 Grad dreht, und einen zweiten Polarisationsstrahlenteiler 24, welcher den Strahl Li, der durch die Halbwellenplatte 23 durchgelassen wird, in einen ersten Achsstrahl L1, der sich in der ersten Achsrichtung fortpflanzt, und den Strahl L3 teilt, der sich in der dritten Achsrichtung fortpflanzt.
  • Die optische Interferenzeinheit 1 umfasst ferner: eine erste reflektierende Bezugseinheit 43, die sich in den Lichtpfad des zweiten Achsstrahls L2 bewegt und den darauf einfallenden zweiten Achsstrahl in der Einfallsrichtung zurückreflektiert, um einen Bezugsstrahl zu erzeugen, wenn entweder der erste Achsstrahl L1 oder der dritte Achsstrahl L3 als ein Messstrahl durch ein Lichtaustrittsloch 11 oder 13, das im Gehäuse 10 der optischen Interferenzeinheit 1 ausgebildet ist, emittiert wird; einen Bewegungsmechanismus 44 zum Bewegen der ersten reflektierenden Bezugseinheit 43; eine zweite reflektierende Bezugseinheit 41, die sich in den Lichtpfad des ersten Achsstrahls L1 bewegt und den darauf einfallenden ersten Achsstrahl in der Einfallsrichtung zurückreflektiert, um einen Bezugsstrahl zu erzeugen, wenn der zweite Achsstrahl L2 als ein Messstrahl durch ein Lichtaustrittsloch 12 emittiert wird; und einen Bewegungsmechanismus 42 zum Bewegen der zweiten reflektierenden Bezugseinheit 41. Die reflektierenden Bezugseinheiten 41 und 43 können jeweils aus einem Tripelspiegel aufgebaut sein.
  • Hierbei tritt, wenn der erste Achsstrahl L1 durch die reflektierende Messeinheit 171 oder die zweite reflektierende Bezugseinheit 41 in der entgegengesetzten Richtung reflektiert wird, der reflektierte Strahl wieder in den zweiten Polarisationsstrahlenteiler 24 ein, und er in der entgegengesetzten Richtung zur Richtung des Strahls Li aus, und ebenso tritt, wenn der dritte Achsstrahl L3 durch die reflektierende Messeinheit 173 oder dergleichen in der entgegengesetzten Richtung reflektiert wird, der reflektierte Strahl ebenfalls in den zweiten Polarisationsstrahlenteiler 24 ein, und er tritt in der entgegengesetzten Richtung zur Richtung des Strahls Li aus. Dann treten die reflektierten Strahlen, die durch Reflexion des ersten Achsstrahls L1 und des dritten Achsstrahls L3 erzeugt wurden, wieder in den ersten Polarisationsstrahlenteiler 22 ein.
  • Wenn andererseits der zweite Achsstrahl L2 durch die reflektierende Messeinheit 172 oder die erste reflektierende Bezugseinheit 43 in der entgegengesetzten Richtung reflektiert wird, tritt der reflektierte Strahl wiederum in den ersten Polarisationsstrahlenteiler 22 ein.
  • Die optische Interferenzeinheit 1 umfasst ferner eine Strahlenauswähleinheit 50, 51, welche einen der reflektierten Strahlen, die durch Reflexion des ersten Achsstrahls L1 und des dritten Achsstrahls L3 erzeugt und zum Austreten aus dem zweiten Polarisationsstrahlenteiler 24 in der entgegengesetzten Richtung zur Richtung des Strahls Li veranlasst werden, als einen Strahl auswählt, der mit dem reflektierten Strahl des zweien Achsstrahls L2 im ersten Polarisationsstrahlenteilers 22 kombiniert werden soll. In der Ausführungsform, die in 4 dargestellt ist, umfasst die Strahlenauswähleinheit eine Halbwellenplatte 50, welche die Polarisationsrichtung (Polarisationsebene) des reflektierten Strahls um 90 Grad dreht, und einen Bewegungsmechanismus 51, der in der Lage ist, die Halbwellenplatte 50 zwischen einer Position, die sich im Lichtpfad des reflektierten Strahls befindet, und einer Position, die den Lichtpfad nicht blockiert, zu bewegen.
  • Die optische Interferenzeinheit 1 umfasst ferner eine Empfängereinheit 30, die einen kombinierten Strahl Lm empfängt, der durch Kombinieren entweder des reflektierten Strahls des ersten Achsstrahls L1 oder des reflektierten Strahls des dritten Achsstrahls L3 mit dem reflektierten Strahl des zweiten Achsstrahls L2 erzeugt wird, und die vier Interferenzphasensignale erzeugt, die in Bezug aufeinander um 90 Grad phasenverschoben sind, indem bewirkt wird, dass die reflektierten Strahlen miteinander interferieren.
  • Die optische Interferenzeinheit 1 umfasst ferner Keilprismen 25 und 26 zum Einstellen der Richtungen des zweiten Achsstrahls L2 und des dritten Achsstrahls L3, die durch Lichtaustrittslöcher 12 und 13 austreten, die im Gehäuse 10 ausgebildet sind.
  • 5 ist eine schematische Darstellung, welche die Konfiguration der Empfängereinheit 50 veranschaulicht, die in 4 dargestellt ist. In der Figur ist das Bezugszeichen 31 eine Halbwellenplatte, welche die Polarisationsrichtung (Polarisationsebene) des kombinierten Strahls Lm, der am ersten Polarisationsstrahlenteiler 22 erzeugt wird, um 45 Grad dreht, 32 ist ein Nicht-Polarisationsstrahlenteiler, 33 ist ein Polarisationsstrahlenteiler und 34 ist ein 45-Grad-Rechtwinkelprisma. Ferner ist 35 ein 45-Grad-Rechtwinkelprisma, 36 ist eine Viertelwellenplatte, um entweder in die Komponente, die mit dem reflektierten Strahl des zweiten Achsstrahls L2 in Beziehung steht und im Strahl Lm enthalten ist, oder die Komponente, die mit dem reflektierten Strahl des ersten Achsstrahls L1 oder des dritten Achsstrahls L3 in Beziehung steht und im Strahl Lm enthalten ist, eine 90-Grad-Phasenverschiebung einzuführen, 37 ist ein Polarisationsstrahlenteiler und 38 ist ein 45-Grad-Rchtwinkelprisma.
  • Die Funktionen dieser Elemente werden im Folgenden unter Bezugnahme auf 6 in Verbindung mit der Funktionsweise der optischen Interferenzeinheit 1 beim Messen der Entfernung der ersten Achsrichtung beschrieben.
  • 6 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Funktionsweise der optischen Interferenzeinheit 1 beim Messen der Entfernung in der ersten Achsrichtung. Das Laserlicht, das aus der Faser zur Aufrechterhaltung der Polarisation 5 austritt, wird durch die Kollimatorlinse 21 in einen parallelen Lichtstrahl umgewandelt, der sich in der ersten Achsrichtung fortpflanzt.
  • Dann wird dieser Laserstrahl durch den ersten Polarisationsstrahlenteiler 22 in zwei Teile geteilt, wovon einer in der zweiten Achsrichtung in rechten Winkeln zur Einfallsrichtung reflektiert wird und als zweiter Achsstrahl L2, der aus der S-Polarisationskomponente besteht, austritt, während der andere Teil als Strahl Li, der aus der P-Polarisationskomponente besteht, austritt und sich in derselben Richtung wie der Fortpflanzungsrichtung des einfallenden Lichts fortpflanzt. In der Figur zeigen zweiköpfige Pfeile, die an den optischen Achsen der Strahlen in gestrichelten Linien dargestellt sind, die Polarisationsrichtungen der jeweiligen Strahlen an.
  • Danach wird die Polarisationsachse des geteilten Strahls Li um 45 Grad gedreht, wenn er durch die Halbwellenplatte 23 durchtritt. Der Strahl Li wird durch den zweiten Polarisationsstrahlenteiler 24 in zwei weitere Teile geteilt, wovon einer durch den zweiten Polarisationsstrahlenteiler 24 durchgelassen wird und als erster Achsstrahl L1, der aus der S-Polarisationskomponente besteht, austritt und sich in der ersten Achsrichtung fortpflanzt, während der anderen Teil durch den zweiten Polarisationsstrahlenteiler 24 reflektiert wird und als dritter Achsstrahl L3, der aus der P-Polarisationskomponente besteht, austritt und sich in der dritten Achsrichtung fortpflanzt.
  • Der erste Achsstrahl L1 tritt aus der optischen Interferenzeinheit 1 aus, wird durch die reflektierende Messeinheit 171, die auf dem zu messenden Objekt montiert ist, reflektiert und kehrt zur optischen Interferenzeinheit 1 zurück.
  • Andererseits wird der dritte Achsstrahl L3, der durch den zweiten Polarisationsstrahlenteiler 24 reflektiert wird, durch das Keilprisma 26 durchgelassen und als konstant emittiertes Licht ausgegeben. Dieses Keilprisma 26 ist vorgesehen, um die Richtung des dritten Achsstrahls L3 einzustellen, um die gegenseitige Orthogonalität zwischen den drei Achsen zu gewährleisten. Es ist wünschenswert, dass die dritte Achsrichtung, in welcher das Laserlicht konstant emittiert wird, aus Sicherheitsgründen so eingestellt wird, dass sie in die Vertikalrichtung der Werkzeugmaschine zeigt.
  • Der reflektierte Strahl des ersten Achsstrahls L1, der durch die reflektierende Messeinheit 171 reflektiert und so zurückgeworfen wird, dass seine Position um ein bestimmtes Maß (zum Beispiel 10 mm) versetzt ist, wird wieder durch den zweiten Polarisationsstrahlenteiler 24 durchgelassen. Dann wird seine Polarisationsachse (Polarisationsrichtung) um 90 Grad gedreht, wenn er durch die Halbwellenplatte 50 durchtritt, die durch den Bewegungsmechanismus 51 in seinem Lichtpfad positioniert ist, so dass der Strahl als ein P-polarisierter Strahl austritt. Folglich tritt der Strahl durch den ersten Polarisationsstrahlenteiler 22 durch und als ein Messstrahl in die Empfängereinheit 30 ein.
  • Andererseits wird der zweite Achsstrahl L2, der durch den ersten Polarisationsstrahlenteiler 22 reflektiert wird, durch die erste reflektierende Bezugseinheit 43 reflektiert, die in seinem Lichtpfad positioniert ist, und kehrt so zurück, dass seine Position um ein bestimmtes Maß (zum Beispiel 10 mm) versetzt ist; der zurückgeworfene Strahl wird dann durch den ersten Polarisationsstrahlenteiler 22 reflektiert und tritt als ein Bezugsstrahl in die Empfängereinheit 30 ein.
  • Um auf 5 zurückzukommen, tritt der kombinierte Strahl Lm, der durch Kombinieren des reflektierten Strahls (Messstrahls) des ersten Achsstrahls L1 und des reflektierten Strahls (Bezugsstrahls) des zweiten Achsstrahls L2 am ersten Polarisationsstrahlenteiler 22 erzeugt wurde, in die Empfängereinheit 30 ein. In diesem Fall besteht der Messstrahl aus der P-Polarisationskomponente, und der Bezugsstrahl besteht aus der S-Polarisationskomponente.
  • Wenn der kombinierte Strahl Lm durch die Halbwellenplatte 31 durchtritt, werden die Polarisationsrichtungen (Polarisationsebenen) sowohl der P- als auch S-Polarisationskomponenten um 45 Grad gedreht, so dass der gedrehte Strahl in den Nicht-Polarisationsstrahlenteiler 32 eintritt. Der Strahl, der in den Nicht-Polarisationsstrahlenteiler 32 eintritt, wird in zwei Teile geteilt, wobei einer dadurch durchgelassen und der andere reflektiert wird, und der durchgelassene Strahl dann in den Polarisationsstrahlenteiler 33 ein, wo er weiter geteilt wird. Das Laserlicht, das durch den Polarisationsstrahlenteiler 33 geteilt wird, erzeugt Interferenzsignale durch Interferenz zwischen dem Messstrahl und dem Bezugsstrahl. Hierbei wird das Interferenzsignal, das durch Reflexion erzeugt wird, als ein Signal erzeugt, dessen Hell-/Dunkelphase in Bezug auf das Interferenzsignal, das durch Durchlassen durch den Polarisationsstrahlenteiler 33 erzeugt wird, um 180 Grad verschoben ist. Das Interferenzsignal, das durch den Polarisationsstrahlenteiler 33 reflektiert wird, wird durch das 45-Grad-Rechtwinkelprisma 34 weiter reflektiert und tritt parallel zu dem 0-Grad-Interferenzsignal aus.
  • Andererseits wird der kombinierte Strahl Lm, der durch den Nicht-Polarisationsstrahlenteiler 32 reflektiert wird, durch das 45-Grad-Rechtwinkelprisma 35 reflektiert, wonach entweder der Messstrahl oder der Bezugsstrahl durch die Wirkung der Viertelwellenplatte 36 um 90 Grad phasenverschoben ist. Das resultierende Licht tritt dann in den Polarisationsstrahlenteiler 37 ein, wo durch Interferenz zwischen dem Messstrahl und dem Bezugsstrahl Interferenzsignale erzeugt werden.
  • Das Interferenzsignal, das durch Reflexion erzeugt wird, wird dann als ein Signal erzeugt, dessen Hell-/Dunkelphase in Bezug auf das Interferenzsignal, das durch den Polarisationsstrahlenteiler 37 erzeugt wird, um 180 Grad verschoben ist. Da jedoch die Phase durch die Viertelwellenplatte 36 um 90 Grad verschoben wird, weist das Interferenzsignal, das durch Durchlassen durch den Polarisationsstrahlenteiler 37 erzeugt wird, eine 90-Grad-Phasenverschiebung in Bezug auf das 0-Grad-Interferenzsignal auf, und gleichermaßen weist das Interferenzsignal, das durch Reflexion erzeugt wird, eine 270-Grad-Phasenverschiebung auf.
  • Die auf diese Weise erzeugten vier Interferenzphasensignale, die um 0 Grad, 90 Grad, 180 Grad und 270 Grad phasenverschoben sind, treten in den Lichtleiter 5 ein, der in 4 dargestellt ist, und werden an die optoelektrische Umwandlungseinheit 6 übertragen. Danach werden die vier Interferenzphasensignale durch die optoelektrische Umwandlungseinheit 6 in vier elektrische Phasensignale umgewandelt, die an die Zählereinheit 8 ausgegeben werden.
  • Die Zählereinheit 8 erzeugt von den vier Phasensignalen ein Differenzsignal zwischen dem 0-Grad-Interferenzsignal und dem 180-Grad-Interferenzsignal (0-Grad-Interferenzsignal–180-Grad-Interferenzsignal) und ein Differenzsignal zwischen dem 90-Grad-Interferenzsignal und dem 270-Grad-Interferenzsignal (90-Grad-Interfrenzsignal–270-Grad-Interferenzsignal). Dadurch wird die DC-Komponente (Gleichanteil), die in jedem Interferenzsignal enthalten ist, eliminiert, während die Signalamplitude verdoppelt wird, wodurch Fehler usw. beseitigt werden, die aus Änderungen der Lichtmenge entstehen. Außerdem werden durch Verwenden der Phasensignale (0-Grad- Interferenzsignal–180-Grad-Interferenzsignal) und (90-Grad-Interferenzsignal–270-Grad-Interferenzsignal), die in Bezug aufeinander um 90-Grad phasenverschoben sind, sowohl eine Frequenzteilungszählung als auch die Richtungsunterscheidung möglich.
  • Basierend auf diesen Phasensignalen (0-Grad-Interferenzsignal–180-Grad-Interferenzsignal) und (90-Grad-Interferenzsignal–270-Grad-Interferenzsignal) erzeugt die Zählereinheit 8 eine Zählzahl, welche durch die Recheneinheit 9 in einen Messwert umgewandelt wird.
  • 7 ist eine schematische Darstellung, welche die Funktionsweise der optischen Interferenzeinheit 1 beim Messen der Entfernung in der zweiten Achsrichtung erläutert. Verglichen mit der Anordnung von 6, welche den Fall der Vornahme von Messungen in der ersten Achsrichtung betrifft, sind die reflektierenden Bezugseinheiten 41 und 43 durch die Bewegungsmechanismen 42 beziehungsweise 44 derart bewegt, dass die erste reflektierende Bezugseinheit 43 außerhalb des Lichtpfads des zweiten Achsstrahls L2 bewegt ist, während andererseits die zweite reflektierende Bezugseinheit 41 im Lichtpfad des ersten Achsstrahls L1 positioniert ist.
  • Das Laserlicht, das aus der Faser zur Aufrechterhaltung der Polarisation 5 austritt, wird durch die Kollimatorlinse 21 in einen parallelen Lichtstrahl umgewandelt, der sich in der ersten Achsrichtung fortpflanzt.
  • Dann wird dieser Laserstrahl durch den ersten Polarisationsstrahlenteiler 22 in zwei Teile geteilt, wovon einer in der zweiten Achsrichtung in rechten Winkeln zur Einfallsrichtung reflektiert wird und als zweiter Achsstrahl L2 austritt, der aus der S-Polarisationskomponente besteht, während der andere Teil als Strahl Li, der aus der P-Polarisationskomponente besteht, austritt und sich in derselben Richtung wie der Fortpflanzungsrichtung des einfallenden Lichts fortpflanzt.
  • Danach wird die Polarisationsachse des geteilten Strahls Li um 45 Grad gedreht, wenn er durch die Halbwellenplatte 23 durchtritt. Der Strahl Li wird durch den zweiten Polarisationsstrahlenteiler 24 in zwei weitere Teile geteilt, wovon einer durch den zweiten Polarisationsstrahlenteiler 24 durchgelassen wird, als erster Achsstrahl L1, der aus der S-Polarisationskomponente besteht, austritt und sich in der ersten Achsrichtung fortpflanzt, während der andere Teil durch den zweiten Polarisationsstrahlenteiler 24 reflektiert wird und als dritter Achsstrahl L3, der aus der P-Polarisationskomponente besteht, austritt und sich in der dritten Achsrichtung fortpflanzt.
  • Der erste Achsstrahl L1 wird dann durch die zweite reflektierende Bezugseinheit 41, die auf seiner optischen Achse positioniert ist, reflektiert und kehrt dann so zurück, dass seine Position um ein bestimmtes Maß (zum Beispiel 10 mm) versetzt ist.
  • Andererseits wird der dritte Achsstrahl L3 durch das Keilprisma 26 durchgelassen und als konstant emittiertes Licht ausgegeben.
  • Der reflektierte Strahl des ersten Achsstrahls L1, der von der zweiten reflektierenden Bezugseinheit 41 reflektiert und zurückgeworfen wird, wird wieder durch den zweiten Polarisationsstrahlenteiler 24 durchgelassen, und seine Polarisationsachse wird um 90 Grad gedreht, wenn er durch die Halbwellenplatte 50 durchtritt. Folglich tritt der Strahl durch den ersten Polarisationsstrahlenteiler 22 durch und dieses Mal als ein Bezugsstrahl in die Empfängereinheit 30 ein.
  • Andererseits trifft der zweite Achsstrahl L2, der durch Reflexion am ersten Polarisationsstrahlenteiler 22 getrennt wird, nicht auf die erste reflektierende Bezugseinheit 43 auf, die durch den Bewegungsmechanismus 44 außerhalb des Lichtpfads des Strahls L2 bewegt wurde, und er tritt aus der optischen Interferenzeinheit 1 aus, indem er durch das Keilprisma 25 durchtritt; der Strahl wird dann durch die reflektierende Messeinheit 172, die auf dem zu messenden Objekt montiert ist, reflektiert, kehrt so zurück, dass seine Position um ein bestimmtes Maß (zum Beispiel 10 mm) versetzt ist, und wird durch den ersten Polarisationsstrahlenteiler 22 reflektiert. Der reflektierte Strahl tritt als ein Messstrahl in die Empfängereinheit 30 ein.
  • Dann erzeugt der Empfänger 30 auf dieselbe Weise wie beim Messen der Entfernung in der ersten Achsrichtung, wie in Bezug auf 5 und 6 beschrieben, durch Interferenz zwischen dem Messstrahl und dem Bezugsstrahl vier Phasensignale und gibt sie an den Lichtleiter 5 aus.
  • 8 ist eine schematische Darstellung, welche die Funktionsweise der optischen Interferenzeinheit 1 beim Messen der Entfernung in der dritten Achsrichtung erläutert. Verglichen mit der Anordnung von 6, welche den Fall zur Vornahme der Messung in der ersten Achsrichtung betrifft, ist die zweite reflektierende Bezugseinheit 41 durch den Bewegungsmechanismus 42 bewegt, und die zweite reflektierende Bezugseinheit 41 und die erste reflektierende Bezugseinheit 43 sind in den Lichtpfaden des ersten Achsstahls L1 beziehungsweise des zweiten Achsstrahls L2 positioniert.
  • Außerdem wird die Position der Halbwellenplatte 50 durch den Bewegungsmechanismus 51 bewegt. Folglich wird die Halbwellenplatte 50 außerhalb des Lichtpfads des reflektierten Strahls des ersten Achsstrahls L1, der durch den zweiten Polarisationsstrahlenteiler 24 durchgelassen wird und sich in der entgegengesetzten Richtung zur Fortpflanzungsrichtung des Strahls Li fortpflanzt, und des reflektierten Strahls des dritten Achsstrahls L3, der durch den zweiten Polarisationsstrahlenteiler 24 reflektiert wird, und sich in der entgegengesetzten Richtung zur Fortpflanzungsrichtung des Strahls Li fortpflanzt, positioniert.
  • Das Laserlicht, das aus der Faser zur Aufrechterhaltung der Polarisation 5 austritt, wird durch die Kollimatorlinse 21 in einen parallelen Lichtstrahl umgewandelt, der sich in der ersten Achsrichtung fortpflanzt.
  • Dann wird dieser Laserstrahl durch den ersten Polarisationsstrahlenteiler 22 in zwei Teile geteilt, wovon einer in der zweiten Achsrichtung in rechten Winkeln zur Einfallsrichtung reflektiert wird und als zweiter Achsstrahl L2 austritt, der aus der S-Polarisationskomponente besteht, während der andere Teil als Strahl Li, der aus der P-Polarisationskomponente besteht, austritt und sich in derselben Richtung wie der Fortpflanzungsrichtung des einfallenden Lichts fortpflanzt.
  • Danach wird die Polarisationsachse des geteilten Strahls Li um 45 Grad gedreht, wenn er durch die Halbwellenplatte 23 durchtritt.
  • Der Strahl Li wird durch den zweiten Polarisationsstrahlenteiler 24 in zwei weitere Teile geteilt, wovon einer durch den zweiten Polarisationsstrahlenteiler 24 durchgelassen wird und als erster Achsstrahl L1, der aus der S-Polarisationskomponente besteht, austritt und sich in der ersten Achsrichtung fortpflanzt, während der andere Teil durch den zweiten Polarisationsstrahlenteiler 24 reflektiert wird und als dritter Achsstrahl L3, der aus der P-Polarisationskomponente besteht, austritt und sich in der dritten Achsrichtung fortpflanzt. Dann wird der erste Achsstrahl L1 durch die zweite reflektierende Bezugseinheit 41, die auf seiner optischen Achse positioniert ist, reflektiert und kehrt so zurück, dass seine Position um ein bestimmtes Maß (zum Beispiel 10 mm) versetzt ist.
  • Der reflektierte Strahl des ersten Achsstrahls L1, der von der zweiten reflektierenden Bezugseinheit 41 reflektiert und zurückgeworfen wird, wieder durch den zweiten Polarisationsstrahlenteiler 24 durchgelassen. Danach tritt der reflektierte Strahl des ersten Achsstrahls Li, der als S-polarisiertes Licht bleibt, da er nicht durch die Halbwellenplatte 50 durchgelassen wird, in den ersten Polarisationsstrahlenteiler 24 ein, wo er so reflektiert wird, dass er nicht in die Empfängereinheit 30 eintritt.
  • Andererseits wird der dritte Achsstrahl L3, der durch den zweiten Polarisationsstrahlenteiler 24 reflektiert wird, durch das Keilprisma 26 durchgelassen und tritt als ein Messstrahl aus. Dann wird der Strahl durch die reflektierende Messeinheit 173, die zur Messung in der dritten Achse vorgesehen ist, zurückreflektiert, und er wird am zweiten Polarisationsstrahlenteiler 24 wieder reflektiert.
  • Hierbei wird der dritte Achsstrahl L3 nicht durch die Halbwellenplatte 50 durchgelassen, sondern direkt in den ersten Polarisationsstrahlenteiler 22 eingeführt; da der dritte Achsstrahl L3 P-polarisiertes Licht ist, tritt er durch den ersten Polarisationsstrahlenteiler 22 durch und als ein Messstrahl in die Empfängereinheit 30 ein.
  • Andererseits wird der zweite Achsstrahl L2, der durch Reflexion am ersten Polarisationsstrahlenteiler 22 getrennt wird, durch die erste reflektierende Bezugseinheit 43 reflektiert und kehrt so zurück, dass seine Position um ein bestimmtes Maß (zum Beispiel 10 mm) versetzt ist; der zurückgeworfene Strahl wird dann durch den ersten Polarisationsstrahlenteiler 22 reflektiert und tritt als ein Messstrahl in die Empfängereinheit 30 ein.
  • Dann erzeugt die Empfängereinheit 30 auf dieselbe Weise wie beim Messen der Entfernung in der ersten Achsrichtung, wie zuvor in Bezug auf 5 und 6 beschrieben, durch Interferenz zwischen dem Messstrahl und dem Bezugsstrahl vier Phasensignale und gibt sie an den Lichtleiter 5 aus.
  • Auf diese Weise werden in der optischen Interferenzeinheit 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum konstanten Emittieren eines Achsstrahls (in diesem Fall des dritten Achsstrahls L3) der Messstrahl und der Bezugsstrahl, welche veranlasst werden, miteinander zu interferieren, aus einem Laserstrahl durch den ersten Polarisationsstrahlenteiler 22 erzeugt, und ein Strahl (Strahl Li), der durch den ersten Polarisationsstrahlenteiler 22 getrennt wird, wird durch den zweiten Polarisationsstrahlenteiler 24 in zwei weitere Strahlen (ersten Achsstrahl L1 und dritten Achsstrahl L3) geteilt, wovon einer als konstant emittiertes Licht ausgegeben wird.
  • Um zu verhindern, dass die beiden Strahlen (erster Achsstrahl L1 und dritter Achsstahl L3), die durch den zweiten Polarisationsstrahlenteiler 24 getrennt werden, miteinander interferieren, ist die Strahlenauswähleinheit 50, 51 vorgesehen, die den reflektierten Strahl von nur einem dieser beiden Strahlen als den Strahl auswählt, der veranlasst werden soll, mit dem reflektierten Strahl des anderen Strahls (zweiten Achsstrahls L2), der durch den ersten Polarisationsstrahlenteiler 22 getrennt wurde, zu interferieren.
  • Unter Bezugnahme auf 9 bis 13 erfolgt nun eine Beschreibung dessen, wie die Orthogonalität zwischen den drei Achsen in der optischen Interferenzeinheit 1 eingestellt wird. 9 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung dessen, wie die Orthogonalität zwischen den drei Achsen unter Verwendung der Keilprismen 25 und 26 eingestellt wird. Wie zu sehen ist, wird der zweite Achsstrahl L2 durch ein zweiteiliges Keilprisma 25 eingestellt, und der dritte Achsstrahl L3 wird durch ein zweiteiliges Keilprisma 26 eingestellt. Jedes dieser Keilprismen 25 und 26 ist so aufgebaut, dass es den Strahl durch Einstellen der zwei Keilprismenelemente gemäß dem Keilwinkel in einer gewünschten Richtung innerhalb des Konus zu neigen, der in dem Diagramm dargestellt ist.
  • 10 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung dessen, wie die Orthogonalität zwischen dem ersten Achsstrahl L1 und dem dritten Achsstrahl L3 eingestellt wird.
  • Zunächst wird auf einem Einstelltisch 70, auf dem ein Planspiegel 72 in vertikaler Position montiert ist, die optische Interferenzeinheit 1 angeordnet, indem ihre erste Achsrichtung zum Planspiegel 72 ausgerichtet ist. Dann wird der erste Achsstrahl L1 so emittiert, dass er durch ein Loch 71 durchtritt, das zwischen der optischen Interferenzeinheit 1 und dem Planspiegel 72 vorgesehen ist, und der Strahl, dessen Durchmesser durch Durchtreten durch das Loch 71 reduziert wird, wird durch den Planspiegel 72 reflektiert. Der reflektierte Strahl kehrt zum Loch 71 zurück.
  • Eine Zweiweg-Neigungsbasis 73 des Planspiegels 72 wird dann so eingestellt, dass die Position des auf diese Weise zurückgeworfenen Strahls mit der Mittenposition des Lochs 71 übereinstimmt. Der Grund dafür, warum der Strahldurchmesser durch Durchtreten des Strahls durch das Loch 71 reduziert wird, ist, dass die Rückkehrposition mit großer Genauigkeit geprüft werden kann.
  • Als Nächstes wird der dritte Achsstrahl L3 als konstant emittiertes Licht in ein Pentaprisma 74 eingeführt, das auf einer Neigungsbasis 76 durch Einstellen ihres Winkels getragen wird, und die Fortpflanzungsrichtung des Strahls wird um genau 90 Grad gekrümmt, so dass der Strahl in einer Richtung im Wesentlichen parallel zur Richtung des ersten Achsstrahls L1 austritt.
  • Außerdem wird der Strahl durch ein Loch 75 durchgelassen, das zwischen dem Pentaprisma 74 und dem Planspiegel 72 vorgesehen ist, und der auf diese Weise im Durchmesser reduzierte Strahl wird durch den Planspiegel 72 zum Loch 75 zurückreflektiert. Dann wird das zweiteilige Keilprisma 26 so eingestellt, dass die Position des zurückgeworfenen Strahls mit der Mittenposition des Lochs 75 übereinstimmt.
  • Die Orthogonalität zwischen dem ersten Achsstrahl L1 und dem dritten Achsstrahl L3 wird so eingestellt, wie zuvor beschrieben; wenn der erste Achsstrahl emittiert wird, können die Positionseinstellung des ersten Achsstrahls L1, der zum Loch 71 zurückgeworfen wird, und die Positionseinstellung des dritten Achsstrahls L3, der zum Loch 75 zurückgeworfen wird, gleichzeitig durchgeführt werden, da der dritte Achsstrahl zur gleichen Zeit emittiert wird; auf diese Weise kann die Orthogonalität zwischen den beiden Achsen verglichen mit dem Fall, in dem die Positionseinstellung für jeweils eine Achse auf einmal erfolgt, leicht eingestellt werden.
  • 11 ist eine schematische Darstellung, die erläutert, wie die Orthogonalität zwischen dem zweiten Achsstrahl L2 und dem dritten Achsstrahl L3 eingestellt wird.
  • Zunächst wird die optische Interferenzeinheit 1 auf dem Einstelltisch 70 angeordnet, indem ihre zweite Achsrichtung zum Planspiegel 72 ausgerichtet ist.
  • Dann wird der dritte Achsstrahl L1 als konstant emittiertes Licht in das Pentaprisma 74 eingeführt, und die Fortpflanzungsrichtung des Strahls wird um genau 90 Grad gekrümmt, so dass der Strahl in einer Richtung im Wesentlichen parallel zur Richtung des zweiten Achsstrahls L2 austritt. Außerdem wird der Strahl durch das Loch 75 durchgelassen, und der auf diese Weise im Durchmesser reduzierte Strahl wird durch den Planspiegel 72 zum Loch 75 zurückreflektiert. Dann wird die Zweiweg-Neigungsbasis 73 des Planspiegels 72 so eingestellt, dass die Position des auf diese Weise zurückgeworfenen Lichts mit der Mittenposition des Lochs 75 übereinstimmt.
  • Als Nächste wird der zweite Achsstrahl L2 so emittiert, dass er durch das Loch 71 durchtritt, und der Strahl, dessen Durchmesser durch Durchtreten durch das Loch 71 reduziert ist, wird durch den Planspiegel 72 reflektiert. Der reflektierte Strahl kehrt zum Loch 71 zurück. Dann wird das zweiteilige Keilprisma 25 so eingestellt, dass die Position des zurückgeworfenen Strahls mit der Mittenposition des Lochs 71 übereinstimmt.
  • 12 und 13 sind schematische Darstellungen, die erläutern, wie die Orthogonalität zwischen dem ersten Achsstrahl L1 und dem zweiten Achsstrahl L2 eingestellt wird. Wie zu sehen ist, ist die optische Interferenzeinheit 1 auf dem Einstelltisch 70 angeordnet, indem ihre erste Achsrichtung zum Planspiegel 72 ausgerichtet ist.
  • Wie in 12 dargestellt, wird zunächst der erste Achsstrahl L1 als ein Ausgangsstrahl emittiert, und der Strahl L1 wird durch das Loch 71 durchgelassen, um seinen Durchmesser zu reduzieren; der auf diese Weise im Durchmesser reduzierte Strahl wird durch den Planspiegel 72 zum Loch 71 zurückreflektiert. Dann wird die Zweiweg-Neigungsbasis 73 des Planspiegels 72 so eingestellt, dass die Position des auf die Weise zurückgeworfenen Lichts mit der Mittenposition des Lochs 71 übereinstimmt.
  • Wie in 13 dargestellt, wird als Nächstes der Ausgangsstrahl auf den zweiten Achsstrahl L2 umgeschaltet, und der Strahl L2 wird in ein Pentaprisma 77 eingeführt, in welchem die Richtung des Strahls um genau 90 Grad gekrümmt wird, so dass der Strahl in einer Richtung im Wesentlichen parallel zu der Richtung des ersten Achsstrahls L1 austritt. Außerdem wird der Strahl durch ein Loch 78 durchgelassen, und der auf diese Weise im Durchmesser reduzierte Strahl wird durch den Planspiegel 72 zum Loch 78 zurückreflektiert. Dann wird das Keilprisma 25 so eingestellt, dass die Position des auf diese Weise zurückgeworfenen Lichts mit der Mittenposition des Lochs 78 übereinstimmt.
  • Da hierbei weder der erste Achsstrahl L1 noch der zweite Achsstrahl L2 konstant emittiertes Licht sind, wird der Ausgangsstrahl zwischen dem ersten Achsstrahl L1 und dem zweiten Achsstrahl L2 hin- und hergeschaltet, um die Zweiweg-Neigungsbasis 73 und das Keilprisma 25 abwechselnd einzustellen.
  • 14 und 15A bis 15C sind schematische Darstellungen, die alternative Beispiele der Strahlenauswähleinheit veranschaulichen, die in 4 dargestellt ist.
  • In der optischen Interferenzeinheit 1, die in 4 dargestellt ist, wurde die Strahlenauswähleinheit 50, 51 eingesetzt, die eine Halbwellenplatte 50, welche die Polarisationsrichtung des reflektierten Strahls um 90 Grad dreht, und den Bewegungsmechanismus 51 umfasst, der in der Lage ist, die Habwellenlatte 50 zwischen einer Position, die sich im Lichtpfad des reflektierten Strahls befindet, und einer Position, die den Lichtpfad nicht blockiert, zu bewegen. Die Strahlenauswähleinheit ist jedoch nicht auf diese konkrete Konfiguration beschränkt, sondern kann in verschiedenen Konfigurationen implementiert werden, wie beispielsweise in 14 und 15A bis 15C dargestellt.
  • Zum Beispiel ist in der Konfiguration, die in 14 dargestellt ist, die Strahlenauswähleinheit unter Verwendung einer elektrooptischen Vorrichtung 52, wie beispielsweise einer optischen Flüssigkristallvorrichtung, implementiert, die in Abhängigkeit von der daran angelegten Spannung so geschaltet werden kann, dass sie die Polarisationsrichtung des Laserstrahls, der dadurch durchtritt, um 90 Grad dreht oder nicht dreht.
  • In der Konfiguration, die in 15 dargestellt ist, sind der Strahlenteiler 22 als ein Nicht-Polarisationsstrahlenteiler und der Strahlenteiler 24 als ein Polarisationsstrahlenteiler aufgebaut, während die Strahlenauswähleinheit als ein Polarisator aufgebaut ist, der im Lichtpfad des reflektierten Strahls des ersten Achsstrahls L1 und des reflektierten Strahls des dritten Achsstrahls L3 vorgesehen ist, die beide in der entgegengesetzten Richtung zur Fortpflanzungsrichtung des Strahls Li aus dem Strahlenteiler 24 austreten. Durch Ändern der Polarisationsrichtung des Polarisators um 90 Grad, ermöglicht es die Strahlenauswähleinheit entweder dem reflektierten Strahl des ersten Achsstrahls L1 oder dem reflektierten Strahl des dritten Achsstrahls L3, durch den Polarisator durch und in den Strahlenteiler 22 einzutreten.
  • Hierbei kann ein Polarisator bereitgestellt werden, der den zweiten Achsstrahl L2 nach der Reflexion durch den Nicht-Polarisationsstrahlenteiler 22 so polarisiert, dass in Abhängigkeit davon, welchem der reflektierten Strahlen des ersten Achsstrahls L1 und des dritten Achsstrahls L3 es ermöglicht wird, in den Strahlenteiler 22 einzutreten, der zweite Achsstrahl, der aus dem Polarisator austritt, eine Polarisationsebene aufweist, die in 90 Grad zur Polarisationsebene des reflektierten Strahls, der in den Strahlenteiler 22 eintritt, ausgerichtet ist.
  • Genauer gesagt, kann ein Polarisator bereitgestellt werden, der den zweiten Achsstrahl L2 so polarisiert, dass, wenn der kombinierte Strahl Lm am Nicht-Polarisationsstrahlenteiler 22 erzeugt wird, indem entweder der reflektierte Strahl des ersten Achsstrahls L1 oder der reflektierte Strahl des dritten Achsstrahls L3 mit dem reflektierten Strahl des zweiten Achsstrahls L2, der durch die reflektierende Messeinheit 172 oder die erste reflektierende Bezugseinheit 43 reflektiert wird, kombiniert wird, die Polarisationsebene der Komponente, die mit dem reflektierten Strahl des zweiten Achsstrahls L2 in Beziehung steht und im kombinierten Strahl Lm enthalten ist, orthogonal zur Polarisationsebene der Komponente ist, die mit dem reflektierten Strahl des ersten Achsstrahls L1 oder des reflektierten Strahls des dritten Achsstrahls L3 in Beziehung steht und im kombinierten Strahl Lm enthalten ist.
  • Dann wird die Polarisationsrichtung des Polarisators zum Polarisieren des zweiten Achsstrahls L2 abhängig davon geändert, welchem der reflektierten Strahlen des ersten Achsstrahls L1 und des dritten Achsstrahls L3 es ermöglicht wird, in den Strahlenteiler 22 einzutreten.
  • Um dies zu erreichen, umfasst die Strahlenauswähleinheit in der Konfiguration, die in 15A dargestellt ist, zwei Polarisatoren 60 und 61, deren Polarisationsrichtungen in 90 Grad zueinander ausgerichtet sind, und einen Bewegungsmechanismus 62, um den Polarisator 60 oder 61, welcher auch immer ausgewählt wird, in den Lichtpfad des reflektierten Strahls des ersten Achsstrahls L1 und des reflektierten Strahls des dritten Achsstrahls L3 zu bewegen, die aus dem Polarisationsstrahlenteiler 24 austreten.
  • Um der zuvor beschriebenen Konfiguration zu entsprechen, umfasst die Strahlenauswähleinheit ferner zwei Polarisatoren 63 und 64, deren Polarisationsrichtungen in 90 Grad zueinander ausgerichtet sind, und einen Bewegungsmechanismus 65 zum Bewegen der Polarisatoren 63 und 64. In Abhängigkeit davon, welchem der reflektierten Strahlen des ersten Achsstrahls L1 und des dritten Achsstahls L3 es ermöglicht wird, in den Nicht-Polarisationsstrahlenteiler 22 einzutreten, bewegt der Bewegungsmechanismus 65 den Polarisator 63 oder 64, welcher auch immer geeignet ist, in den Lichtpfad des zweiten Achsstrahls L2, um den zweiten Achsstrahl L2 in einer Richtung orthogonal zur Polarisationsrichtung des reflektierten Strahls zu polarisieren, dem es ermöglicht wird, in den Strahlenteiler 22 einzutreten.
  • Andererseits ist die Strahlenauswähleinheit in der Konfiguration, die in 153 dargestellt ist, als ein drehbarer Polarisator 66 implementiert, der im Lichtpfad des reflektierten Strahls des ersten Achsstrahls L1 und des reflektierten Strahls des dritten Achsstahls L3 vorgesehen ist, die aus dem Polarisationsstrahlenteiler 24 austreten. Der Polarisator 66 ist in der Lage, seine Polarisationsrichtung durch Drehen um 90 Grad um die Achse des Lichtpfads zu ändern. Um dieser Konfiguration zu entsprechen, kann ein Polarisator 97, der in der Lage ist, sich um 90 Grad um die Achse des Lichtpfads des zweiten Achsstrahls L2 zu drehen, in diesem Lichtpfad bereitgestellt werden. In Abhängigkeit davon, welchem der reflektierten Strahlen des ersten Achsstrahls L1 und des dritten Achsstrahls L3 es ermöglicht wird, in den Nicht-Polarisationsstrahlenteiler 22 einzutreten, wird der Polarisator 97 gedreht, um den zweiten Achsstrahl L2 in einer Richtung orthogonal zu Polarisationsrichtung des reflektierten Strahls zu polarisieren, dem es ermöglicht wird, in den Strahlenteiler 22 einzutreten.
  • In der Konfiguration, die in 15C dargestellt ist, ist die Strahlenauswähleinheit als eine elektrooptische Vorrichtung 68, wie beispielsweise eine fotoelektrische Flüssigkristallvorrichtung, implementiert, die im Lichtpfad des reflektierten Strahls des ersten Achsstrahls L1 und des reflektierten Strahls des dritten Achsstrahls L3 vorgesehen ist, die aus dem Polarisationsstrahlenteiler 24 austreten, und die in der Lage ist, ihre Polarisationsrichtung gemäß der angelegten Spannung zu ändern. Um dieser Konfiguration gerecht zu werden, kann eine elektrooptische Vorrichtung 69, wie beispielsweise eine fotoelektrische Flüssigkristallvorrichtung, die in der Lage ist, ihre Polarisationsrichtung gemäß der angelegten Spannung zu ändern, im Lichtpfad des zweiten Achsstrahls L2 bereitgestellt werden. In Abhängigkeit davon, welchem der reflektierten Strahlen des ersten Achsstrahls L1 und des dritten Achsstrahls L3 es ermöglicht wird, in den Nicht-Polarisationsstrahlenteiler 22 einzutreten, wird die elektrooptische Vorrichtung 69 betrieben, um den zweiten Achsstrahl L2 in einer Richtung orthogonal zur Polarisationsrichtung des reflektierten Strahls zu polarisieren, dem es ermöglicht wird, in den Strahlenteiler 22 einzutreten.
  • Die vorliegende Erfindung kann demnach einen Laserinterferometer bereitstellen, der die Orthogonalität zwischen den drei orthogonalen Achsrichtungen leicht einstellen kann.
  • Die vorliegende Erfindung ist auf ein Laser-Entfernungsmessgerät anwendbar, das einen Laserstrahl in zwei Teile teilt, wovon einer auf einen reflektierenden Spiegel (Tripelspiegel) gerichtet wird, der auf einem zu messenden Objekt montiert ist, und der andere auf einen festen Bezugs-Tripelspiegel gerichtet wird, und veranlasst, dass die beiden Teile von den jeweiligen Tripelspiegeln zurückreflektiert werden, um miteinander zu interferieren, und die Entfernung von Bewegung in Bezug auf das Objekt durch Zählen der Anzahl von resultierenden Interferenzstreifen misst, welche sich ändern, wenn sich das Maß der relativen Bewegung ändert. Die Erfindung ist insbesondere auf ein Laser-Entfernungsmessgerät anwendbar, das Fehler des Bewegungsmaßes in jeder Bewegungsachsrichtung einer numerisch gesteuerten (NC) Werkzeugmaschine, wie in ISO 230-2, JIS-B-6201-1990 usw. definiert, misst.
  • Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zuvor ausführlich beschrieben wurden, sollte für die Fachleute zu erkennen sein, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen durch jeden Fachmann vorgenommen werden können, und dass alle solcher Modifikationen und Änderungen, die in den Bereich und Zweck der vorliegenden Erfindung kommen, in den Rahmen der vorliegenden Erfindung fallen, wie durch die angehängten Ansprüche definiert.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Ein Laserinterferometer (10), umfassend: einen ersten Strahlenteiler (22), der einen Laserstrahl, der von einer Lichtquelle (3) emittiert wird, in einen ersten Strahl (L2) und einen zweiten Strahl teilt; einen zweiten Strahlenteiler (24), der den zweiten Strahl in einen dritten Strahl (L1) und einen vierten Strahl (L3) teilt und der bewirkt, dass reflektierte Strahlen, die durch Reflexion der geteilten Strahlen (L1, L3) erzeugt werden und von entgegengesetzten Richtungen zu den Richtungen der geteilten Strahlen einfallen, in einer entgegengesetzten Richtung zur Richtung des zweiten Strahls austreten; und eine Strahlenauswähleinheit (50, 51, 60, 66, 68), welche unter den reflektierten Strahlen, die durch Reflexion der dritten und vierten Strahlen (L1, L3) erzeugt und zum Austreten aus dem zweiten Strahlenteiler (24) in der entgegengesetzten Richtung zur Richtung des zweiten Strahls veranlasst werden, einen Strahl auswählt, der im ersten Strahlenteiler (22) mit einem reflektierten Strahl kombiniert werden soll, der durch Reflexion des ersten Strahls (L2) erzeugt wird und von einer entgegengesetzten Richtung zur Richtung des ersten Strahls (L2) auf den ersten Strahlenteiler einfällt.
  • 1
    OPTISCHE INTERFERENZEINHEIT
    2
    LEISTUNGSVERSORGUNG
    3
    LASERLICHTQUELLE
    4
    FASER ZUR AUFRECHTERHALTUNG DER POLARISATION
    5
    LICHTLEITER
    6
    OPTOELEKTRISCHE UMWANDLUNGSEINHEIT
    8
    ZÄHLER
    9
    RECHENEINHEIT
    22
    ERSTER POLARISATIONSSTRAHLENTEILER
    23, 50
    HALBWELLENPLATTE
    24
    ZWEITER POLARISATIONSSTRAHLENTEILER
    30
    EMPFÄNGEREINHEIT
    41
    ZWEITE REFLEKTIERENDE BEZUGSEINHEIT
    43
    ERSTE REFLEKTIERENDE BEZUGSEINHEIT
    171, 172, 173
    REFLEKTIERENDE MESSEINHEIT
    L1
    ERSTER ACHSSTRAHL
    L2
    ZWEITER ACHSSTRAHL
    L3
    DRITTER ACHSSTRAHL

Claims (19)

  1. Laser-Entfernungsmessgerät, das einen Laserstrahl in einen Messstrahl, der auf eine reflektierende Messeinheit gerichtet wird, und einen Bezugsstrahl teilt, Interferenzlicht durch Interferenz zwischen dem Messstrahl, der durch Reflexion zurückgeworfen wird, und dem Bezugsstrahl erzeugt und die Entfernung von Bewegung in Bezug auf die reflektierende Messeinheit durch Zählen von Änderungen in Interferenzstreifen misst, die durch das Interferenzlicht gebildet werden, umfassend: einen ersten Strahlenteiler, der den Laserstrahl in einen ersten und einen zweiten Strahl teilt; einen zweiten Strahlenteiler, der den zweiten Strahl in einen dritten Strahl und einen vierten Strahl teilt und der bewirkt, dass reflektierte Strahlen, die durch Reflexion der dritten und vierten Strahlen erzeugt werden und von entgegengesetzten Richtungen zu den Richtungen der dritten und vierten Strahlen einfallen, in einer entgegengesetzten Richtung zur Richtung des zweiten Strahls austreten; eine erste reflektierende Bezugseinheit, welche sich, wenn einer der dritten und vierten Strahlen als der Messstrahl emittiert wird, in einen Lichtpfad des ersten Strahls bewegt und den darauf einfallenden ersten Strahl in der Einfallsrichtung reflektiert und dadurch den Bezugsstrahl erzeugt; eine zweite reflektierende Bezugseinheit, welche sich, wenn der erste Strahl als der Messstrahl emittiert wird, in einen Lichtpfad des dritten Strahls bewegt und den darauf einfallenden dritten Strahl in der Einfallsrichtung reflektiert und dadurch den Bezugsstrahl erzeugt; eine Strahlenauswähleinheit, welche, unter den reflektierten Strahlen, die durch Reflexion der dritten und vierten Strahlen erzeugt und zum Austreten aus dem zweiten Strahlenteiler in der entgegengesetzten Richtung zur Richtung des zweiten Strahls veranlasst werden, einen Strahl auswählt, der im ersten Strahlenteiler mit einem reflektierten Strahl kombiniert werden soll, der durch Reflexion des ersten Strahls erzeugt wird und auf den ersten Strahlenteiler von einer entgegengesetzten Richtung zur Richtung des ersten Strahls einfällt; und eine Lichterfassungseinheit, die ein elektrisches Signal erzeugt, das mit den Interferenzstreifen übereinstimmt, die durch das Interferenzlicht gebildet werden, das durch Interferenz zwischen dem Strahl, der durch die Strahlenauswähleinheit ausgewählt wird, und dem reflektierten Strahl erzeugt wird, der durch Reflexion des ersten Strahls erzeugt wird, wobei die ersten, dritten und vierten Strahlen jeweils als der Messstrahl in einer entsprechenden der drei Achsrichtungen emittiert werden, und von diesen Strahlen der vierte Strahl konstant emittiert wird.
  2. Laser-Entfernungsmessgerät, das einen Laserstrahl in einen Messstrahl, der auf eine reflektierende Messeinheit gerichtet wird, und einen Bezugsstrahl teilt, Interferenzlicht durch Interferenz zwischen dem Messstrahl, der durch Reflexion zurückgeworfen wird, und dem Bezugsstrahl erzeugt und die Entfernung von Bewegung in Bezug auf die reflektierende Messeinheit durch Zählen von Änderungen in Interferenzstreifen misst, die durch das Interferenzlicht gebildet werden, umfassend: einen ersten Strahlenteiler, der den Laserstrahl in einen ersten und einen zweiten Strahl teilt; einen zweiten Strahlenteiler, der den zweiten Strahl in einen dritten Strahl und einen vierten Strahl teilt und der bewirkt, dass reflektierte Strahlen, die durch Reflexion der dritten und vierten Strahlen erzeugt werden und von entgegengesetzten Richtungen zu den Richtungen der dritten und vierten Strahlen einfallen, in einer entgegengesetzten Richtung zur Richtung des zweiten Strahls austreten; eine erste reflektierende Bezugseinheit, welche sich, wenn einer der dritten und vierten Strahlen als der Messstrahl emittiert wird, in einen Lichtpfad des ersten Strahls bewegt und den darauf einfallenden ersten Strahl in der Einfallsrichtung reflektiert und dadurch den Bezugsstrahl erzeugt; eine zweite reflektierende Bezugseinheit, welche sich, wenn der erste Strahl als der Messstrahl emittiert wird, in einen Lichtpfad des dritten Strahls bewegt und den darauf einfallenden dritten Strahl in der Einfallsrichtung reflektiert und dadurch den Bezugsstrahl erzeugt; eine Strahlenauswähleinheit, welche, unter den reflektierten Strahlen, die durch Reflexion der dritten und vierten Strahlen erzeugt und zum Austreten aus dem zweiten Strahlenteiler in der entgegengesetzten Richtung zur Richtung des zweiten Strahls veranlasst werden, einen Strahl auswählt, der im ersten Strahlenteiler mit einem reflektierten Strahl kombiniert werden soll, der durch Reflexion des ersten Strahls erzeugt wird und auf den ersten Strahlenteiler von einer entgegengesetzten Richtung zur Richtung des ersten Strahls einfällt; und eine Lichterfassungseinheit, die ein elektrisches Signal erzeugt, das mit den Interferenzstreifen übereinstimmt, die durch das Interferenzlicht gebildet werden, das durch Interferenz zwischen dem Strahl, der durch die Strahlenauswähleinheit ausgewählt wird, und dem reflektierten Strahl erzeugt wird, der durch Reflexion des ersten Strahls erzeugt wird.
  3. Laser-Entfernungsmessgerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei Polarisationsstrahlenteiler als die ersten und zweiten Strahlenteiler vorgesehen sind, und eine erste Polarisationseinstelleinheit zum Drehen der Polarisationsrichtung des zweiten Strahls um 45 Grad zwischen den Strahlenteilern vorgesehen ist, und wobei die Strahlenauswähleinheit als eine zweite Polarisationseinstelleinheit aufgebaut ist, die so geschaltet werden kann, dass die Polarisationsrichtung jedes der reflektierten Strahlen, die zum Austreten aus dem zweiten Strahlenteiler in der entgegengesetzten Richtung zur Richtung des zweiten Strahls veranlasst werden, um 90 Grad gedreht oder nicht gedreht wird.
  4. Laser-Entfernungsmessgerät nach Anspruch 3, wobei die zweite Polarisationseinstelleinheit eine Halbwellenplatte umfasst, die zwischen einer Position, die sich in einem Lichtpfad befindet, und einer Position, die den Lichtpfad nicht blockiert, bewegt werden kann.
  5. Laser-Entfernungsmessgerät nach Anspruch 3, wobei die zweite Polarisationseinstelleinheit eine elektrooptische Vorrichtung umfasst, die in Abhängigkeit von einer angelegten Spannung so geschaltet werden kann, dass der Laserstrahl, der dadurch durchtritt, um 90 Grad gedreht oder nicht gedreht wird.
  6. Laser-Entfernungsmessgerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite Strahlenteiler ein Polarisationsstrahlenteiler ist, und die Strahlenauswähleinheit eine Polarisationseinheit ist, die im Lichtpfad der reflektierten Strahlen vorgesehen ist, die durch Reflexion der dritten und vierten Strahlen erzeugt und zum Austreten aus dem zweiten Strahlenteiler in der entgegengesetzten Richtung zur Richtung des zweiten Strahls veranlasst werden, und deren Polarisationsrichtung so geändert wird, dass es nur einem ausgewählten der reflektierten Strahlen ermöglicht wird, dadurch durchzutreten.
  7. Laser-Entfernungsmessgerät nach Anspruch 6, wobei die Polarisationseinheit eine Mehrzahl von Polarisatoren umfasst, die verschiedene Polarisationsrichtungen aufweisen und einer nach dem anderen in den Lichtpfad bewegt werden können.
  8. Laser-Entfernungsmessgerät nach Anspruch 6, wobei die Polarisationseinheit einen Polarisator umfasst, dessen Polarisationsrichtung durch Drehen um den Lichtpfad als eine Rotationsachse geändert werden kann.
  9. Laser-Entfernungsmessgerät nach Anspruch 6, wobei die Polarisationseinheit eine elektrooptische Vorrichtung umfasst, deren Polarisationsrichtung gemäß einer angelegten Spannung geändert werden kann.
  10. Laser-Entfernungsmessgerät, das einen Laserstrahl in einen Messstrahl, der auf eine reflektierende Messeinheit gerichtet wird, und einen Bezugsstrahl teilt, Interferenzlicht durch Interferenz zwischen dem Messstrahl, der durch Reflexion zurückgeworfen wird, und dem Bezugsstrahl erzeugt und die Entfernung von Bewegung in Bezug auf die reflektierende Messeinheit durch Zählen von Änderungen in Interferenzstreifen misst, die durch das Interferenzlicht gebildet werden, wobei unter drei orthogonalen Richtungen, in welchen der Messstrahl emittiert wird, der Messstrahl wenigstens in einer Achsrichtung konstant emittiert wird.
  11. Laser-Entfernungsmessgerät nach Anspruch 10, umfassend: einen ersten Strahlenteiler, der den Laserstrahl in einen ersten und einen zweiten Strahl teilt; einen zweiten Strahlenteiler, der den zweiten Strahl in einen dritten Strahl und einen vierten Strahl teilt und der bewirkt, dass reflektierte Strahlen, die durch Reflexion der dritten und vierten Strahlen erzeugt werden und von entgegengesetzten Richtungen zu den Richtungen der dritten und vierten Strahlen einfallen, in einer entgegengesetzten Richtung zur Richtung des zweiten Strahls austreten; eine erste reflektierende Bezugseinheit, welche sich, wenn einer der dritten und vierten Strahlen als der Messstrahl emittiert wird, in einen Lichtpfad des ersten Strahls bewegt und den darauf einfallenden ersten Strahl in der Einfallsrichtung reflektiert und dadurch den Bezugsstrahl erzeugt; eine zweite reflektierende Bezugseinheit, welche sich, wenn der erste Strahl als der Messstrahl emittiert wird, in einen Lichtpfad des dritten Strahls bewegt und den darauf einfallenden dritten Strahl in der Einfallsrichtung reflektiert und dadurch den Bezugsstrahl erzeugt; eine Strahlenauswähleinheit, welche, unter den reflektierten Strahlen, die durch Reflexion der dritten und vierten Strahlen erzeugt und zum Austreten aus dem zweiten Strahlenteiler in der entgegengesetzten Richtung zur Richtung des zweiten Strahls veranlasst werden, einen Strahl auswählt, der im ersten Strahlenteiler mit einem reflektierten Strahl kombiniert werden soll, der durch Reflexion des ersten Strahls erzeugt wird und auf den ersten Strahlenteiler von einer entgegengesetzten Richtung zur Richtung des ersten Strahls einfällt; und eine Lichterfassungseinheit, die ein elektrisches Signal erzeugt, dass mit den Interferenzstreifen übereinstimmt, die durch das Interferenzlicht gebildet werden, das durch Interferenz zwischen dem Strahl, der durch die Strahlenauswähleinheit ausgewählt wird, und dem reflektierten Strahl erzeugt wird, der durch Reflexion des ersten Strahls erzeugt wird, wobei die ersten, dritten und vierten Strahlen jeweils als der Messstrahl erzeugt werden, der in einer entsprechenden der drei Achsrichtungen zu emittieren ist, und der vierte Strahl konstant emittiert wird.
  12. Laser-Entfernungsmessgerät, das einen Laserstrahl in einen Messstrahl, der auf eine reflektierende Messeinheit gerichtet wird, und einen Bezugsstrahl teilt, Interferenzlicht durch Interferenz zwischen dem Messstrahl, der durch Reflexion zurückgeworfen wird, und dem Bezugsstrahl erzeugt und die Entfernung von Bewegung in Bezug auf die reflektierende Messeinheit durch Zählen von Änderungen in Interferenzstreifen misst, die durch das Interferenzlicht gebildet werden, umfassend: einen ersten Strahlenteiler, der den Laserstrahl in einen ersten und einen zweiten Strahl teilt; einen zweiten Strahlenteiler, der den zweiten Strahl in einen dritten Strahl und einen vierten Strahl teilt und der bewirkt, dass reflektierte Strahlen, die durch Reflexion der dritten und vierten Strahlen erzeugt werden und von entgegengesetzten Richtungen zu den Richtungen der dritten und vierten Strahlen einfallen, in einer entgegengesetzten Richtung zur Richtung des zweiten Strahls austreten; eine erste reflektierende Bezugseinheit, welche sich, wenn einer der dritten und vierten Strahlen als der Messstrahl emittiert wird, in einen Lichtpfad des ersten Strahls bewegt und den darauf einfallenden ersten Strahl in der Einfallsrichtung reflektiert und dadurch den Bezugsstrahl erzeugt; eine zweite reflektierende Bezugseinheit, welche sich, wenn der erste Strahl als der Messstrahl emittiert wird, in einen Lichtpfad des dritten Strahls bewegt und den darauf einfallenden dritten Strahl in der Einfallsrichtung reflektiert und dadurch den Bezugsstrahl erzeugt; eine Strahlenauswähleinheit, welche, unter den reflektierten Strahlen, die durch Reflexion der dritten und vierten Strahlen erzeugt und zum Austreten aus dem zweiten Strahlenteiler in der entgegengesetzten Richtung zur Richtung des zweiten Strahls veranlasst werden, einen Strahl auswählt, der im ersten Strahlenteiler mit einem reflektierten Strahl kombiniert werden soll, der durch Reflexion des ersten Strahls erzeugt wird und auf den ersten Strahlenteiler von einer entgegengesetzten Richtung zur Richtung des ersten Strahls einfällt; und eine Lichterfassungseinheit, die ein elektrisches Signal erzeugt, dass mit den Interferenzstreifen übereinstimmt, die durch das Interferenzlicht gebildet werden, das durch Interferenz zwischen dem Strahl, der durch die Strahlenauswähleinheit ausgewählt wird, und dem reflektierten Strahl erzeugt wird, der durch Reflexion des ersten Strahls erzeugt wird.
  13. Laser-Entfernungsmessgerät nach Anspruch 11 oder 12, wobei Polarisationsstrahlenteiler als die ersten und zweiten Strahlenteiler vorgesehen sind, und eine erste Polarisationseinstelleinheit zum Drehen der Polarisationsrichtung des zweiten Strahls um 45 Grad zwischen den Strahlenteilern vorgesehen ist, und wobei die Strahlenauswähleinheit als eine zweite Polarisationseinstelleinheit aufgebaut ist, die so geschaltet werden kann, dass die Polarisationsrichtung jedes der reflektierten Strahlen, die zum Austreten aus dem zweiten Strahlenteiler in der entgegengesetzten Richtung zur Richtung des zweiten Strahls veranlasst werden, um 90 Grad gedreht oder nicht gedreht wird.
  14. Laser-Entfernungsmessgerät nach Anspruch 13, wobei die zweite Polarisationseinstelleinheit eine Halbwellenplatte umfasst, die zwischen einer Position, die sich in einem Lichtpfad befindet, und einer Position, die den Lichtpfad nicht blockiert, bewegt werden kann.
  15. Laser-Entfernungsmessgerät nach Anspruch 13, wobei die zweite Polarisationseinstelleinheit eine elektrooptische Vorrichtung umfasst, die in Abhängigkeit von einer angelegten Spannung so geschaltet werden kann, dass der Laserstrahl, der dadurch durchtritt, um 90 Grad gedreht oder nicht gedreht wird.
  16. Laser-Entfernungsmessgerät nach Anspruch 11 oder 12, wobei der zweite Strahlenteiler ein Polarisationsstrahlenteiler ist, und die Strahlenauswähleinheit eine Polarisationseinheit ist, die im Lichtpfad der reflektierten Strahlen vorgesehen ist, die durch Reflexion der dritten und vierten Strahlen erzeugt und zum Austreten aus dem zweiten Strahlenteiler in der entgegengesetzten Richtung zur Richtung des zweiten Strahls veranlasst werden, und deren Polarisationsrichtung so geändert wird, dass es nur einem ausgewählten der reflektierten Strahlen ermöglicht wird, dadurch durchzutreten.
  17. Laser-Entfernungsmessgerät nach Anspruch 16, wobei die Polarisationseinheit eine Mehrzahl von Polarisatoren umfasst, die verschiedene Polarisationsrichtungen aufweisen und einer nach dem anderen in den Lichtpfad bewegt werden können.
  18. Laser-Entfernungsmessgerät nach Anspruch 16, wobei die Polarisationseinheit einen Polarisator umfasst, dessen Polarisationsrichtung durch Drehen um den Lichtpfad als eine Rotationsachse geändert werden kann.
  19. Laser-Entfernungsmessgerät nach Anspruch 16, wobei die Polarisationseinheit eine elektrooptische Vorrichtung umfasst, deren Polarisationsrichtung gemäß einer angelegten Spannung geändert werden kann.
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