JP2603429B2 - Tracking laser interferometer - Google Patents

Tracking laser interferometer

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JP2603429B2
JP2603429B2 JP5266097A JP26609793A JP2603429B2 JP 2603429 B2 JP2603429 B2 JP 2603429B2 JP 5266097 A JP5266097 A JP 5266097A JP 26609793 A JP26609793 A JP 26609793A JP 2603429 B2 JP2603429 B2 JP 2603429B2
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JP
Japan
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retroreflector
axis
rotating
laser beam
light
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幸司 豊田
充夫 後藤
収 中村
吉久 谷村
透 中俣
俊郎 黒沢
望 高井
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Tokyo Seimitsu Co Ltd
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Tokyo Seimitsu Co Ltd
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は追尾式レーザ干渉計に係
り、特に移動体を追尾しながらその移動体の変位や位置
を高精度に測定するための追尾式レーザ干渉計に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a tracking type laser interferometer, and more particularly to a tracking type laser interferometer for measuring a displacement and a position of a moving body with high accuracy while tracking the moving body.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、移動体にレーザビームを向けるた
めの追尾式レーザ干渉計として、図5に示すのもがある
(U.S.P.No.4,790,651) 。同図に示すように、この追尾
式レーザ干渉計は、最終段の反射ミラー10がX軸及び
Y軸の回りにそれぞれ回動できるように構成され、これ
により移動体に設けられている逆反射体(図示せず)に
レーザビームを照射できるようになっている。即ち、反
射ミラー10を支持する回転体14は、回転体16に対
して軸受け12、12を介してX軸の回りに回動自在に
支持され、回転体16は固定台18に対して軸受け2
0、20を介してY軸の回りに回動自在に支持れてい
る。
2. Description of the Related Art FIG. 5 shows a conventional tracking type laser interferometer for directing a laser beam to a moving body (US Pat. No. 4,790,651). As shown in the figure, the tracking type laser interferometer is configured such that the last-stage reflection mirror 10 can be rotated around the X axis and the Y axis, respectively, whereby the retroreflection provided on the moving body is achieved. The body (not shown) can be irradiated with a laser beam. That is, the rotating body 14 that supports the reflection mirror 10 is supported by the rotating body 16 via the bearings 12 and 12 so as to be rotatable around the X axis.
It is supported rotatably around the Y axis via 0 and 20.

【0003】そして、図示しないレーザ光源から発振さ
れたレーザビームは、固定台18に固定された偏光ビー
ムスプリッタ22によって分割され、分割された一方の
レーザビームはコーナー・キューブ24に入射し、その
反射光は参照光として偏光ビームスプリッタ22を介し
て検出部26に入射する。一方、分割された他方のレー
ザビームは、プリズム28によってY軸と同軸上に折り
曲げられ、その後、回転体16に支持されたプリズム3
0、32を介してX軸と同軸上に折り曲げられ、最終段
の反射ミラー10に入射される。
A laser beam oscillated from a laser light source (not shown) is split by a polarizing beam splitter 22 fixed to a fixed base 18, and one of the split laser beams is incident on a corner cube 24 and reflected therefrom. The light enters the detection unit 26 via the polarization beam splitter 22 as reference light. On the other hand, the other split laser beam is bent coaxially with the Y axis by the prism 28, and then the prism 3 supported by the rotating body 16
It is bent coaxially with the X axis via 0 and 32, and is incident on the reflection mirror 10 at the final stage.

【0004】従って、反射ミラー10から出射されるレ
ーザビームは、回転体16がY軸の回りに回動すると旋
回し、回転体14がX軸の回りに回動すると上下方向に
移動するため、回転体14及び16の回動をそれぞれ制
御することにより移動体に設けらている逆反射体に向け
てレーザビームを出射することができる。移動体に設け
らている逆反射体からの反射光は、測定光として前記反
射ミラー10、プリズム32、30、28及び偏光ビー
ムスプリッタ22を介して検出部26に入射する。
Accordingly, the laser beam emitted from the reflection mirror 10 rotates when the rotating body 16 rotates around the Y axis, and moves vertically when the rotating body 14 rotates around the X axis. By controlling the rotation of the rotating bodies 14 and 16, respectively, a laser beam can be emitted toward the retroreflector provided on the moving body. The reflected light from the retroreflector provided on the moving body enters the detection unit 26 as the measurement light via the reflection mirror 10, the prisms 32, 30, and 28, and the polarization beam splitter 22.

【0005】検出部26では、コーナー・キューブ24
によって反射された参照光と、移動体に設けらている逆
反射体によって反射された測定光との干渉に基づいて移
動体の移動を測定する。
[0005] In the detector 26, the corner cube 24
The movement of the moving body is measured based on the interference between the reference light reflected by the mirror and the measuring light reflected by the retroreflector provided on the moving body.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の追尾式レーザ干渉計は、軸受け12、20の精度等
が測定精度に影響し、高精度の測定ができないという問
題がある。即ち、移動体を追尾する場合には、回転体1
4は軸受け12、12を介して回動制御され、回転体1
6は軸受け20、20を介して回動制御されるが、これ
らの回転体14、16の回動中心のブレが測定光の光路
長の変化として現れる。また、回転体14、16等の熱
膨張によっても測定光の光路長が変化し、測定精度に影
響する。
However, the above conventional tracking type laser interferometer has a problem that the accuracy of the bearings 12 and 20 affects the measurement accuracy and high-precision measurement cannot be performed. That is, when tracking the moving body, the rotating body 1
The rotation of the rotating body 1 is controlled by bearings 12 and 12.
The rotation of the rotating member 6 is controlled by the bearings 20, 20, and the fluctuation of the rotation center of the rotating bodies 14, 16 appears as a change in the optical path length of the measuring light. The optical path length of the measurement light also changes due to thermal expansion of the rotating bodies 14 and 16 and the like, which affects measurement accuracy.

【0007】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、回転体の回動中心がブレても測定誤差が生じな
いように構成し、これにより移動体を追尾しながらその
移動体の変位や位置を高精度に測定することができる追
尾式レーザ干渉計を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of such circumstances, and is configured so that a measurement error does not occur even if the center of rotation of a rotating body is deflected. It is an object of the present invention to provide a tracking laser interferometer capable of measuring displacement and position with high accuracy.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するために、固定位置に配設された第1の逆反射体と、
移動体に配設された第2の逆反射体と、前記第1の逆反
射体を中心に直交するX軸及びY軸の回りにそれぞれ回
動自在な回転部と、レーザ光源から発振されたレーザビ
ームを前記回転部の回動にかかわらず該回転部に導く手
段と、前記回転部に固定配設された複数の光学部品から
なる光学系であって、前記回転部に導かれたレーザビー
ムを分割し、分割した一方のレーザビームを前記X軸と
直交する光路を経由して前記第1の逆反射体に入射させ
るとともに、他方のレーザビームを前記光路の延長上に
出射して前記第2の逆反射体に入射させ、前記第1及び
第2の逆反射体からの反射光をそれぞれ得る光学系と、
前記光学系を介して得られる2つの反射光の干渉に基づ
いて前記第2の逆反射体の移動量を検出する検出部と、
前記回転部に固定配設され、前記第2の逆反射体からの
反射光の一部が入射され、前記第2の逆反射体に入射す
るレーザビームのずれ量に応じた位置信号を出力する位
置検出手段と、前記位置検出手段からの位置信号に基づ
いて前記ずれ量がゼロになるように前記回転部のX軸及
びY軸回りの回動位置を制御する制御手段と、を備えた
ことを特徴としている。
According to the present invention, there is provided a first retroreflector disposed at a fixed position, comprising:
A second retroreflector disposed on the moving body, a rotating portion rotatable around an X axis and a Y axis orthogonal to the first retroreflector, respectively; Means for guiding a laser beam to the rotating portion regardless of the rotation of the rotating portion, and an optical system comprising a plurality of optical components fixedly arranged on the rotating portion, wherein the laser beam guided to the rotating portion And splitting one of the split laser beams into the first retroreflector via an optical path orthogonal to the X-axis, and emitting the other laser beam on an extension of the optical path to form the first laser beam. An optical system that is incident on the second retroreflector and obtains reflected light from the first and second retroreflectors, respectively;
A detection unit that detects a movement amount of the second retroreflector based on interference between two reflected lights obtained through the optical system;
A part of the reflected light from the second retroreflector is fixedly disposed on the rotating section, and outputs a position signal according to a shift amount of the laser beam incident on the second retroreflector. Position detecting means, and control means for controlling a rotational position of the rotating section about the X-axis and the Y-axis based on a position signal from the position detecting means so that the displacement amount becomes zero. It is characterized by.

【0009】[0009]

【作用】本発明によれば、X軸とY軸とが交差する位置
に第1の逆反射体を固定配設し、この第1の逆反射体を
中心にX軸及びY軸の回りにそれぞれ回動自在な回転部
を設ける。この回転部には、複数の光学部品からなる光
学系が固定されており、この光学系は、レーザ光源から
回転部に導かれたレーザビームを分割し、分割した一方
のレーザビームを前記X軸と直交する光路を経由して前
記第1の逆反射体に入射させるとともに、他方のレーザ
ビームを前記光路の延長上に出射し、移動体に配設され
る第2の逆反射体に入射させる。そして、前記第1及び
第2の逆反射体からの反射光の干渉に基づいて第2の逆
反射体の移動量を検出するようにしている。上記移動量
の検出に際し、回転部と第1の逆反射体との間に相対的
な位置ずれが生じた場合でも、第1の逆反射体に入射す
るレーザビームと、第2の逆反射体に入射するレーザビ
ームとは同一直線上にあるため、参照光と測定光の光路
長は共に増加又は減少し、その結果、測定誤差として現
れなることがない。
According to the present invention, the first retroreflector is fixedly disposed at the position where the X axis and the Y axis intersect, and the first retroreflector is centered around the X axis and the Y axis. Each is provided with a rotatable rotating part. An optical system composed of a plurality of optical components is fixed to the rotating unit. The optical system divides a laser beam guided from a laser light source to the rotating unit, and applies one of the divided laser beams to the X-axis. And the other laser beam is emitted along an extension of the optical path and is incident on a second retroreflector disposed on the moving body. . Then, the movement amount of the second retroreflector is detected based on the interference of the reflected light from the first and second retroreflectors. Even when a relative displacement occurs between the rotating part and the first retroreflector when detecting the movement amount, the laser beam incident on the first retroreflector and the second retroreflector Since the laser beam incident on the laser beam is on the same straight line, the optical path lengths of the reference light and the measurement light both increase or decrease, and as a result, no measurement error appears.

【0010】また、回転部には、第2の逆反射体からの
反射光の一部が入射する位置検出手段が設けられてお
り、この位置検出手段は第2の逆反射体に入射するレー
ザビームのずれ量に応じた位置信号を出力する。従っ
て、この位置検出手段からの位置信号に基づいて前記ず
れ量がゼロになるように回転部のX軸及びY軸回りの回
動位置を制御することにより、常時移動体にレーザビー
ムを照射するように追尾することができる。
[0010] The rotating section is provided with position detecting means on which a part of the reflected light from the second retroreflector is incident. The position detecting means is provided with a laser beam incident on the second retroreflector. A position signal is output according to the beam shift amount. Therefore, by constantly controlling the rotational position of the rotating section about the X axis and the Y axis based on the position signal from the position detecting means so that the displacement amount becomes zero, the moving body is always irradiated with the laser beam. Can be tracked.

【0011】[0011]

【実施例】以下添付図面に従って本発明に係る追尾式レ
ーザ干渉計の好ましい実施例を詳述する。図1は本発明
に係る追尾式レーザ干渉計の一実施例を示す斜視図であ
る。同図に示すように、この追尾式レーザ干渉計は、主
として固定台100に配設された光源部102、検光部
104及びキャッツアイ106と、回転部108と、空
間を移動する移動体(図示せず)に配設されるキャッツ
アイ110と、4分割のフォトダイオード112、モー
タMX , Y 及び制御装置114からなる追尾制御部と
から構成されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of a tracking type laser interferometer according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a perspective view showing one embodiment of a tracking laser interferometer according to the present invention. As shown in FIG. 1, this tracking laser interferometer mainly includes a light source unit 102, a light analyzing unit 104, a cat's eye 106, a rotating unit 108, and a moving object ( (Not shown), a cats eye 110, a four-division photodiode 112, and a tracking control unit including motors M X and MY and a control device 114.

【0012】上記回転部108は、支持枠120との間
に設けられた軸受け122、124を介してX軸の回り
に回動自在に支持され、支持枠120は、固定台100
との間に設けられた軸受け126を介してY軸の回りに
回動自在に支持されている。従って、回転部108は固
定台100に対してX軸及びY軸の回りにそれぞれ回動
自在に支持される。
The rotating section 108 is supported rotatably about the X axis through bearings 122 and 124 provided between the rotating section 108 and the supporting frame 120.
Are supported rotatably about the Y axis via a bearing 126 provided between the first and second members. Therefore, the rotating unit 108 is supported on the fixed base 100 so as to be rotatable around the X axis and the Y axis, respectively.

【0013】制御装置114は、4分割のフォトダイオ
ード112からの出力信号(この信号の詳細については
後述する)に基づいて、レーザビームが測定光用のキャ
ッツアイ110に入射するように回転部108を回動さ
せるモータMX 及び支持枠120を回動させるモータM
Y を駆動制御する。光源部102と検光部104とはユ
ニット化されており、光源部102は図示しないレーザ
光源から光ファイバ123を介してレーザビームが加え
られており、このレーザビームを平行光にして出射す
る。検光部104は後述する干渉光を光電変換したの
ち、信号ケーブル125を介して図示しない信号処理部
に出力する。
The control unit 114 controls the rotating unit 108 based on an output signal from the four-division photodiode 112 (details of this signal will be described later) so that the laser beam enters the cat's eye 110 for measurement light. motor M for rotating the motor M X and the supporting frame 120 to rotate the
Drive control of Y. The light source unit 102 and the light detection unit 104 are unitized, and the light source unit 102 receives a laser beam from a laser light source (not shown) via an optical fiber 123, and emits the laser beam as parallel light. The photodetector 104 photoelectrically converts the interference light, which will be described later, and outputs the signal via a signal cable 125 to a signal processor (not shown).

【0014】さて、光源部102から出射されたレーザ
ビームは45度傾いた偏光面を持つ直線偏光であり、こ
れは同一位相の垂直偏光成分と水平偏光成分に分けて考
えることができる。この2つの直線偏光はプリズム13
0を介して無偏光ビームスプリッタ132に入射する。
無偏光ビームスプリッタ132で分割されたレーザビー
ムは、1/4波長板134を通過することにより右回り
の円偏光と左回りの円偏光に変換され、この2つの円偏
光のレーザビームはプリズム136、支持枠120の中
空軸138、支持枠120に固定されたプリズム14
0、142、144を介してX軸と同軸上の回転部10
8の中空軸146に入射される。この中空軸146の入
射端には1/4波長板148が設けられており、前記2
つの円偏光のレーザビームはこの1/4波長板148を
通過することにより再び進行方向に垂直な面内で互いに
直角方向に振動する2つの直線偏光に変換される。
The laser beam emitted from the light source unit 102 is linearly polarized light having a polarization plane inclined at 45 degrees, and can be considered as a vertical polarization component and a horizontal polarization component having the same phase. The two linearly polarized lights are
The light enters the non-polarizing beam splitter 132 through 0.
The laser beam split by the non-polarizing beam splitter 132 is converted into right-handed circularly polarized light and left-handed circularly polarized light by passing through a quarter-wave plate 134, and the two circularly polarized laser beams are converted into a prism 136. , Hollow shaft 138 of support frame 120, prism 14 fixed to support frame 120
0, 142, 144, the rotating part 10 coaxial with the X axis.
8 is input to the hollow shaft 146. A 波長 wavelength plate 148 is provided at the incident end of the hollow shaft 146, and
The two circularly polarized laser beams pass through the quarter-wave plate 148 and are again converted into two linearly polarized lights that vibrate in a direction perpendicular to each other in a plane perpendicular to the traveling direction.

【0015】2つの直線偏光に変換されたレーザビーム
は、回転部108の中空軸146を介して回転部108
の同一平面上に設けられた光学系に入射される。即ち、
レーザビームはX軸上に設けられたプリズム150によ
ってX軸と直交する方向に折り曲げられ、その後、プリ
ズム152を介して偏光ビームスプリッタ154に入射
される。2つの直線偏光のレーザビームは、偏光ビーム
スプリッタ154によって進行方向に垂直な面内で互い
に直角方向に振動する2つの直線偏光に分割され、偏光
ビームスプリッタ154によって反射される一方の直線
偏光は、レンズ群156によって細いビームにされたの
ちキャッツアイ106に入射する。
The laser beam converted into the two linearly polarized lights passes through the hollow shaft 146 of the rotating unit 108 and rotates the rotating unit 108.
Are incident on an optical system provided on the same plane. That is,
The laser beam is bent in a direction orthogonal to the X-axis by a prism 150 provided on the X-axis, and then enters the polarization beam splitter 154 via the prism 152. The two linearly polarized laser beams are split by the polarizing beam splitter 154 into two linearly polarized lights that oscillate at right angles to each other in a plane perpendicular to the traveling direction, and one linearly polarized light reflected by the polarizing beam splitter 154 is: After being made into a narrow beam by the lens group 156, the beam enters the cat's eye 106.

【0016】キャッツアイ106は、例えば屈折率2の
真球で、その半球面に反射鏡が形成されて成り、所定の
入射範囲で入射するレーザビームを入射方向と同方向に
反射することができる。尚、レンズ群156によってレ
ーザビームを収束させるようにすれば、キャッツアイ1
06の屈折率を2よりも小さくすることができる。上記
キャッツアイ106によって反射した反射光は、参照光
としてその入射光路と逆方向に戻される。
The cat's eye 106 is, for example, a true sphere having a refractive index of 2 and a hemispherical surface formed with a reflecting mirror, and can reflect a laser beam incident in a predetermined incident range in the same direction as the incident direction. . If the laser beam is converged by the lens group 156, the cat's eye 1
06 can be smaller than 2. The reflected light reflected by the cat's eye 106 is returned as reference light in a direction opposite to the incident light path.

【0017】一方、偏光ビームスプリッタ154を透過
する他方の直線偏光は、プリズム158、160、16
2、及び1/4波長板164を介して移動体に配設され
るキャッツアイ110に出射され、キャッツアイ110
によって反射した反射光は、測定光としてその入射光路
と逆方向に戻される。1/4波長板164は追尾制御用
の反射光を取り出すためのもので、直線偏光のレーザビ
ームの偏光面を僅かに回転する。その結果、キャッツア
イ110からの反射光は、その一部が偏光ビームスプリ
ッタ154によって反射され、干渉フィルタ166を介
して4分割のフォトダイオード112に投影される。
尚、レーザビームがキャッツアイ110の球心に向かっ
て入射している場合には、その反射光はフォトダイオー
ド112の受光面の中心に入射するようになっている。
On the other hand, the other linearly polarized light transmitted through the polarizing beam splitter 154 is converted into prisms 158, 160, 16
The light is emitted to the cat's eye 110 disposed on the moving object via the two- and quarter-wave plates 164,
The reflected light is returned as measurement light in a direction opposite to the incident light path. The quarter-wave plate 164 is for extracting reflected light for tracking control, and slightly rotates the plane of polarization of the linearly polarized laser beam. As a result, a part of the reflected light from the cat's eye 110 is reflected by the polarizing beam splitter 154 and projected to the four-division photodiode 112 via the interference filter 166.
When the laser beam is incident on the spherical center of the cat's eye 110, the reflected light is incident on the center of the light receiving surface of the photodiode 112.

【0018】ここで、移動体の移動に伴ってレーザビー
ムがキャッツアイ110の球心からずれてキャッツアイ
110に入射すると、その反射光はそのずれ方向及びず
れ量に応じてフォトダイオード112の受光面の中心か
らずれて入射することになる。4分割のフォトダイオー
ド112は、その受光面が上下左右に4分割されてお
り、各分割面に入射するレーザビームの光量に応じた4
つの電気信号を制御装置114に出力する。制御装置1
14は、入力する4つの電気信号のうち、上下の分割面
に対応する電気信号のレベルが一致するようにモータM
X を駆動するとともに、左右の分割面に対応する電気信
号のレベルが一致するようにモータMY を駆動する。こ
れにより回転部108は、X軸及びY軸の回りに回動制
御され、その結果、レーザビームは常時キャッツアイ1
10に入射するようにその出射方向が制御される。
Here, when the laser beam shifts from the center of the cat's eye 110 and enters the cat's eye 110 with the movement of the moving body, the reflected light is reflected on the light receiving surface of the photodiode 112 according to the shift direction and the shift amount. Is incident off the center. The light receiving surface of the four-division photodiode 112 is divided into four parts in the upper, lower, left, and right directions.
The two electrical signals are output to the controller 114. Control device 1
Reference numeral 14 designates a motor M so that the levels of the electric signals corresponding to the upper and lower division planes of the four electric signals to be input are the same.
X is driven, and the motor MY is driven so that the levels of electric signals corresponding to the left and right division planes match. As a result, the rotation of the rotation unit 108 is controlled around the X axis and the Y axis.
The outgoing direction is controlled so as to be incident on.

【0019】さて、偏光ビームスプリッタ154を介し
て重ね合わされた参照光と測定光は、プリズム152、
150、1/4波長板148、プリズム144、14
2、140136、及び1/4波長板134を介して無
偏光ビームスプリッタ132に入射し、無偏光ビームス
プリッタ134を透過する参照光と測定光は、検光部1
04に入射する。
Now, the reference light and the measurement light superimposed via the polarization beam splitter 154 are combined with the prism 152,
150, quarter wave plate 148, prisms 144, 14
The reference light and the measurement light that enter the non-polarization beam splitter 132 through the 2, 140136 and the quarter-wave plate 134 and pass through the non-polarization beam splitter 134
04.

【0020】検光部104では、互いに直角方向に振動
する2つの直線偏光である上記参照光と測定光を適切な
手段で干渉させることにより干渉縞を発生させ、その干
渉縞を光電変換して信号ケーブル125を介して図示し
ない信号処理部に出力する。信号処理部では、周知のよ
うに干渉縞を示す電気信号に基づいて干渉縞の数及び位
相を求めることにより、移動体の変位を検出する。尚、
移動体の空間内の位置を測定するためには、冗長性を持
たせるための追尾式レーザ干渉計を含む少なくとも4台
の追尾式レーザ干渉計を設け、各追尾式レーザ干渉計に
よって測定される移動体の変位から移動体の空間内の位
置を測定することができる。
The analyzer 104 generates interference fringes by causing the reference light and the measurement light, which are two linearly polarized lights oscillating in the direction perpendicular to each other, to interfere with each other by appropriate means, and photoelectrically converts the interference fringes. The signal is output to a signal processing unit (not shown) via the signal cable 125. The signal processing unit detects the displacement of the moving body by calculating the number and phase of the interference fringes based on the electric signal indicating the interference fringes, as is well known. still,
In order to measure the position of the moving body in the space, at least four tracking laser interferometers including a tracking laser interferometer for providing redundancy are provided, and the measurement is performed by each tracking laser interferometer. The position of the moving body in the space can be measured from the displacement of the moving body.

【0021】次に、上記追尾式レーザ干渉計による測定
精度について説明する。図2は図1の回転部108の内
部構成を示す要部平面図である。同図に示すように、偏
光ビームスプリッタ154によって反射されるレーザビ
ームは、X軸と直交する光路を経由してキャッツアイ1
06の球心に向かって入射する。一方、偏光ビームスプ
リッタ154を透過するレーザビームは、プリズム15
8、160、162、及び1/4波長板164を介して
移動体に配設されるキャッツアイ110に入射するが、
このとき1/4波長板164からキャッツアイ110に
出射されるレーザビームは、偏光ビームスプリッタ15
4からキャッツアイ106に出射されるレーザビームの
光路の延長上に出射される。
Next, the measurement accuracy of the tracking laser interferometer will be described. FIG. 2 is a main part plan view showing the internal configuration of the rotating unit 108 in FIG. As shown in the figure, the laser beam reflected by the polarization beam splitter 154 passes through the optical path orthogonal to the X axis to the cat's eye 1.
06 toward the spherical center. On the other hand, the laser beam transmitted through the polarizing beam splitter 154 is
The light enters the cat's eye 110 disposed on the moving object via the 8, 160, 162, and 1 / wavelength plate 164,
At this time, the laser beam emitted from the quarter-wave plate 164 to the cat's eye 110 is polarized by the polarization beam splitter 15.
4 is emitted on the extension of the optical path of the laser beam emitted to the cat's eye 106.

【0022】さて、測定精度上問題となる光路は、偏光
ビームスプリッタ154によって分離される位置から各
キャッツアイ106、110までの距離の差である。し
かしながら、上記構成の追尾式レーザ干渉計によれば、
回転部108は固定配置されているキャッツアイ106
を中心にしてX軸及びY軸(図2上では、キャッツアイ
106の中心を通る紙面に直交する軸)の回りに回動す
るため、この回動時にキャッツアイ106の中心と、X
軸とY軸の交点とが一致しなくなる場合でも、上記偏光
ビームスプリッタ154によって分離される位置から各
キャッツアイ106、110までの距離の差は変化しな
い。即ち、上記構成の追尾式レーザ干渉計によれば、回
転部108の回動中心にブレが生じてもそのブレが測定
精度に影響せず、高精度な測定ができる。
An optical path that poses a problem in measurement accuracy is a difference in distance between the position separated by the polarizing beam splitter 154 and each of the cat's eyes 106 and 110. However, according to the tracking type laser interferometer having the above configuration,
The rotating part 108 is a fixedly arranged cat's eye 106.
Is rotated around the X axis and the Y axis (in FIG. 2, an axis perpendicular to the plane of the drawing passing through the center of the cat's eye 106), the center of the cat's eye 106 and the X
Even when the intersection of the axis and the Y axis does not match, the difference in the distance from the position separated by the polarizing beam splitter 154 to each of the cat's eyes 106 and 110 does not change. That is, according to the tracking type laser interferometer having the above-described configuration, even if a shake occurs at the rotation center of the rotating unit 108, the shake does not affect the measurement accuracy, and high-precision measurement can be performed.

【0023】図3は回転部の内部構成の他の実施例を示
す要部平面図である。尚、図2と共通する部分には同一
の符号を付し、その詳細な説明は省略する。図3に示す
回転部170において、偏光ビームスプリッタ154を
透過する一方のレーザビームは、プリズム172を介し
てキャッツアイ106に入射され、偏光ビームスプリッ
タ154によって反射する他方のレーザビームは、プリ
ズム174、176及び1/4波長板164を介してキ
ャッツアイ110に向けて出射される。
FIG. 3 is a plan view of a main part showing another embodiment of the internal structure of the rotating unit. Note that parts common to those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. In the rotation unit 170 shown in FIG. 3, one laser beam transmitted through the polarization beam splitter 154 is incident on the cat's eye 106 via the prism 172, and the other laser beam reflected by the polarization beam splitter 154 is The light is emitted toward the cat's eye 110 via the 176 and the 波長 wavelength plate 164.

【0024】この構成の回転部170における各光学部
品の配置によれば、上記回転部108と同様な効果が得
られるとともに、回転部170が熱膨張しても、偏光ビ
ームスプリッタ154によって分離される位置から各キ
ャッツアイ106、110までの距離の差の変化は小さ
く、またデッドパスエラーがない。図4は本発明に係る
追尾式レーザ干渉計の他の実施例を示す要部平面図であ
る。同図に示すように、この追尾式レーザ干渉計は、回
転部178を挟んで光源部180と検光部182とが反
対側に配設されており、光源部180から1/4波長板
181、184、プリズム186、188及び190を
介して偏光ビームスプリッタ192に入射するまでのレ
ーザビームの光路と、偏光ビームスプリッタ192から
プリズム194、196、及び1/4波長板198、1
83を介して検光部182に入射するまでの光路とが異
なっている。
According to the arrangement of the optical components in the rotating section 170 having this configuration, the same effect as that of the rotating section 108 can be obtained, and even if the rotating section 170 is thermally expanded, it is separated by the polarization beam splitter 154. The change in the difference between the distance from the position to each of the cat's eyes 106 and 110 is small, and there is no dead path error. FIG. 4 is a plan view of a principal part showing another embodiment of the tracking laser interferometer according to the present invention. As shown in the figure, in this tracking type laser interferometer, a light source section 180 and an analyzing section 182 are disposed on opposite sides of a rotating section 178, and a 波長 wavelength plate 181 is provided from the light source section 180. , 184, the optical path of the laser beam until it enters the polarization beam splitter 192 via the prisms 186, 188 and 190, and the prism 194, 196 and the quarter-wave plate 198, 1 from the polarization beam splitter 192.
An optical path before the light enters the light detection unit 182 via 83 is different.

【0025】偏光ビームスプリッタ192に入射する2
つの直線偏光のレーザビームは、偏光ビームスプリッタ
192によって進行方向に垂直な面内で互いに直角方向
に振動する2つの直線偏光に分割され、偏光ビームスプ
リッタ192によって反射される一方の直線偏光は、プ
リズム200及び1/4波長板202を介してキャッツ
アイ106に入射し、その反射光は1/4波長板202
及びプリズム200を介して偏光ビームスプリッタ19
2に入射し、偏光ビームスプリッタ192を透過する。
The light incident on the polarizing beam splitter 192
The two linearly polarized laser beams are split by a polarizing beam splitter 192 into two linearly polarized lights that oscillate at right angles to each other in a plane perpendicular to the traveling direction, and one linearly polarized light reflected by the polarizing beam splitter 192 is a prism. The light enters the cat's eye 106 via the 200 and the quarter-wave plate 202, and the reflected light is reflected by the quarter-wave plate 202.
And the polarizing beam splitter 19 via the prism 200
2 and passes through the polarizing beam splitter 192.

【0026】一方、偏光ビームスプリッタ192を透過
する他方の直線偏光は、ビームサンプラ204、プリズ
ム206、208、及び1/4波長板210を介して移
動体に配設されるキャッツアイ110に出射され、その
反射光は1/4波長板210、プリズム208、20
6、及びビームサンプラ204を介して偏光ビームスプ
リッタ192に入射し、偏光ビームスプリッタ192で
反射される。ビームサンプラ204によって反射される
キャッツアイ110からの反射光は、4分割のフォトダ
イオード212に入射される。この構成の光学部品の配
置によれば、図3に示した回転部170による構成と同
様な精度が得られる。
On the other hand, the other linearly polarized light transmitted through the polarizing beam splitter 192 is emitted to the cat's eye 110 disposed on the moving body via the beam sampler 204, the prisms 206 and 208, and the quarter wavelength plate 210. The reflected light is a 1 / wavelength plate 210, prisms 208 and 20.
6, and enters the polarization beam splitter 192 via the beam sampler 204, and is reflected by the polarization beam splitter 192. Light reflected from the cat's eye 110 reflected by the beam sampler 204 is incident on a four-division photodiode 212. According to the arrangement of the optical components having this configuration, the same accuracy as the configuration by the rotating unit 170 shown in FIG. 3 can be obtained.

【0027】尚、本実施例では、逆反射体としてキャッ
ツアイを使用するようにしたが、これに限らず、例え
ば、コーナー・キューブ、直角三面鏡、表面が鏡面とな
っている球体等を使用するようにしてもよい。また、回
転部はジンバル機構によってX軸及びY軸の回りに回動
自在になっているが、これに限らず、例えばL字ブラケ
ットをモータによって回動させるとともに、L字ブラケ
ットに固定したモータに回転部を固定して回転部を回動
させるようにしてもよい。更に、回転部へのレーザビー
ムの導入は、上記X軸及びY軸に沿って行う場合に限ら
ず、光ファイバを用いるようにしてもよい。但し、この
場合には、光ファイバが回転部の回動の邪魔にならない
ようにする必要がある。
In this embodiment, a cat's eye is used as the retroreflector. However, the present invention is not limited to this. For example, a corner cube, a right-angled three-sided mirror, a sphere having a mirror surface, or the like may be used. You may make it. The rotating part is rotatable around the X axis and the Y axis by a gimbal mechanism. However, the present invention is not limited to this. For example, the L-shaped bracket is rotated by a motor and the motor fixed to the L-shaped bracket is used. The rotating unit may be fixed and the rotating unit may be rotated. Further, the introduction of the laser beam to the rotating section is not limited to the case where the laser beam is introduced along the X axis and the Y axis, and an optical fiber may be used. However, in this case, it is necessary to prevent the optical fiber from hindering the rotation of the rotating unit.

【0028】また、フリンジカウント方式の干渉計を使
用するようにしたが、これに限らず、例えばヘテロダイ
ン方式の干渉計を使用するようにしてもよい。
Although the fringe-counting interferometer is used, the invention is not limited to this. For example, a heterodyne-type interferometer may be used.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る追尾式
レーザ干渉計によれば、回転体の回動中心がブレても、
ビームスプリッタから参照用の逆反射体までの距離と、
測定用の逆反射体までの距離との差が変化しないように
構成したため、移動体を追尾しながらその移動体の変位
や位置を高精度に測定することができる。
As described above, according to the tracking laser interferometer according to the present invention, even if the center of rotation of the rotating body is blurred,
The distance from the beam splitter to the retroreflector for reference,
Since the configuration is such that the difference from the distance to the retroreflector for measurement does not change, the displacement and position of the moving body can be measured with high accuracy while tracking the moving body.

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

【図1】図1は本発明に係る追尾式レーザ干渉計の一実
施例を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing one embodiment of a tracking laser interferometer according to the present invention.

【図2】図2は図1の回転部の内部構成を示す要部平面
図である。
FIG. 2 is a plan view of a main part showing an internal configuration of a rotating unit of FIG. 1;

【図3】図3は回転部の内部構成の他の実施例を示す要
部平面図である。
FIG. 3 is a plan view of a main part showing another embodiment of the internal configuration of the rotating unit.

【図4】図4は本発明に係る追尾式レーザ干渉計の他の
実施例を示す要部平面図である。
FIG. 4 is a main part plan view showing another embodiment of the tracking type laser interferometer according to the present invention.

【図5】図5は従来の追尾式レーザ干渉計の一例を示す
斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view showing an example of a conventional tracking laser interferometer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100…固定台 102、180…光源部 104、182…検光部 106、110…キャッツアイ 108、170、178…回転部 112、212…4分割フォトダイオード 114…制御装置 120…支持枠 122、124、126…軸受け 123…光ファイバ 125…信号ケーブル MX , Y …モータReference Signs List 100: fixed base 102, 180 ... light source unit 104, 182 ... analysis unit 106, 110 ... cat's eye 108, 170, 178 ... rotating unit 112, 212 ... four-division photodiode 114 ... control unit 120 ... support frames 122, 124 , 126 ... Bearing 123 ... Optical fiber 125 ... Signal cable MX , MY ... Motor

フロントページの続き (72)発明者 中村 収 茨城県つくば市梅園1丁目1番4 工業 技術院 計量研究所内 (72)発明者 谷村 吉久 茨城県つくば市梅園1丁目1番4 工業 技術院 計量研究所内 (72)発明者 中俣 透 東京都三鷹市下連雀9丁目7番1号 株 式会社東京精密内 (72)発明者 黒沢 俊郎 東京都三鷹市下連雀9丁目7番1号 株 式会社東京精密内 (72)発明者 高井 望 東京都三鷹市下連雀9丁目7番1号 株 式会社東京精密内 審査官 岡田 卓弥 (56)参考文献 特開 平5−302813(JP,A) 特開 平4−74914(JP,A)Continuing from the front page (72) Inventor Osamu Nakamura 1-1-4 Umezono, Tsukuba, Ibaraki Pref., National Institute of Industrial Science and Technology (72) Inventor Yoshihisa Tanimura 1-4-1 Umezono, Tsukuba, Ibaraki Pref. (72) Inventor Toru Nakamata 9-7-1 Shimorenjaku, Mitaka-shi, Tokyo Tokyo Incorporated Tokyo Seimitsu Co., Ltd. Inventor Nozomi Takai 9-7-1, Shimorenjaku, Mitaka-shi, Tokyo Examiner, Tokyo Seimitsu Co., Ltd. Takuya Okada (56) References JP-A-5-302813 (JP, A) JP-A-4-74914 (JP) , A)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 固定位置に配設された第1の逆反射体
と、 移動体に配設された第2の逆反射体と、 前記第1の逆反射体を中心に直交するX軸及びY軸の回
りにそれぞれ回動自在な回転部と、 レーザ光源から発振されたレーザビームを前記回転部の
回動にかかわらず該回転部に導く手段と、 前記回転部に固定配設された複数の光学部品からなる光
学系であって、前記回転部に導かれたレーザビームを分
割し、分割した一方のレーザビームを前記X軸と直交す
る光路を経由して前記第1の逆反射体に入射させるとと
もに、他方のレーザビームを前記光路の延長上に出射し
て前記第2の逆反射体に入射させ、前記第1及び第2の
逆反射体からの反射光をそれぞれ得る光学系と、 前記光学系を介して得られる2つの反射光の干渉に基づ
いて前記第2の逆反射体の移動量を検出する検出部と、 前記回転部に固定配設され、前記第2の逆反射体からの
反射光の一部が入射され、前記第2の逆反射体に入射す
るレーザビームのずれ量に応じた位置信号を出力する位
置検出手段と、 前記位置検出手段からの位置信号に基づいて前記ずれ量
がゼロになるように前記回転部のX軸及びY軸回りの回
動位置を制御する制御手段と、 を備えたことを特徴とする追尾式レーザ干渉計。
A first retroreflector disposed at a fixed position; a second retroreflector disposed at a movable body; and an X-axis orthogonal to the first retroreflector. A rotating unit rotatable around the Y axis, a unit for guiding a laser beam oscillated from a laser light source to the rotating unit regardless of the rotation of the rotating unit, and a plurality of fixed units disposed on the rotating unit. An optical system comprising the optical components of the above, wherein the laser beam guided to the rotating portion is divided, and one of the divided laser beams is applied to the first retroreflector via an optical path orthogonal to the X axis. And an optical system that emits the other laser beam on the extension of the optical path and enters the second retroreflector to obtain reflected light from the first and second retroreflectors, Based on the interference of two reflected lights obtained through the optical system, the second A detector for detecting the amount of movement of the retroreflector; fixedly disposed on the rotating section, a part of the reflected light from the second retroreflector is incident and incident on the second retroreflector; Position detection means for outputting a position signal corresponding to the amount of deviation of the laser beam; and rotation of the rotating section about the X-axis and Y-axis based on the position signal from the position detection means so that the amount of deviation becomes zero. A tracking laser interferometer, comprising: control means for controlling a moving position.
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