JP2755757B2 - 変位及び角度の測定方法 - Google Patents
変位及び角度の測定方法Info
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/36—Forming the light into pulses
- G01D5/38—Forming the light into pulses by diffraction gratings
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
- G01P3/36—Devices characterised by the use of optical means, e.g. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01P3/366—Devices characterised by the use of optical means, e.g. using infrared, visible, or ultraviolet light by using diffraction of light
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Description
【発明の詳細な説明】 発明の属する技術分野 本発明は、第１の光線が前もって与えることの可能な
入射角で、測定する対象物に指向される変位及び／又は
角度のオプトエレクトロ測定方法に関する。
入射角で、測定する対象物に指向される変位及び／又は
角度のオプトエレクトロ測定方法に関する。
従来の技術 “Hewlett Packerd Journal"（No.3、1983年４月刊）
から、距離情報がドップラー効果を介して得られるエレ
クトロオプト距離及び角度精密測定装置が公知である。
この装置には、異なる周波数と異なる偏光方向とを有す
る２つの光線を発生するレーザが設けられている。重畳
された光線は第１の受光器と、２つの光線の一方を偏向
し他方を透過させるビームスプリッタとの双方に到達す
る。ビームスプリッタにより偏向された光線は２つの方
向変換鏡にあたりビームスプリッタに戻る。その際にこ
の光線は、前もって与えられている光路を走行する。別
の周波数を有するビームスプリッタを透過した光線も同
様に２つの方向変換鏡に達して、ビームスプリッタによ
り、偏向されて戻った光線が到達する個所に戻される。
ビームスプリッタで重畳されて戻った光線は第２の受光
器に達する。
から、距離情報がドップラー効果を介して得られるエレ
クトロオプト距離及び角度精密測定装置が公知である。
この装置には、異なる周波数と異なる偏光方向とを有す
る２つの光線を発生するレーザが設けられている。重畳
された光線は第１の受光器と、２つの光線の一方を偏向
し他方を透過させるビームスプリッタとの双方に到達す
る。ビームスプリッタにより偏向された光線は２つの方
向変換鏡にあたりビームスプリッタに戻る。その際にこ
の光線は、前もって与えられている光路を走行する。別
の周波数を有するビームスプリッタを透過した光線も同
様に２つの方向変換鏡に達して、ビームスプリッタによ
り、偏向されて戻った光線が到達する個所に戻される。
ビームスプリッタで重畳されて戻った光線は第２の受光
器に達する。
ビームスプリッタを透過した光線の光路の途中に設け
られている前記２つの方向変換鏡は移動可能に配置され
ている。この移動の際に、透過した光線が走行する区間
は拡大又は縮小する。この移動により、反射された光線
の周波数は高められるか又は低下される（ドップラー効
果）。
られている前記２つの方向変換鏡は移動可能に配置され
ている。この移動の際に、透過した光線が走行する区間
は拡大又は縮小する。この移動により、反射された光線
の周波数は高められるか又は低下される（ドップラー効
果）。
第１の受光器は、レーザにより発生された２つの光線
の周波数の差に比例する周波数を有する出力信号を送出
する。第２の受光器は、レーザにより発生されドップラ
ー周波数だけ低下されるか又は高められた２つの光線の
周波数の差に比例する周波数を有する出力信号を送出す
る。これら２つの出力信号は周波数カウンタに到達し、
周波数カウンタはこれら２つの信号の差を求め、結果と
して、移動可能な方向変換鏡の速度のための尺度である
ドップラー周波数が得られる。この速度から変位又は角
度が求められる。
の周波数の差に比例する周波数を有する出力信号を送出
する。第２の受光器は、レーザにより発生されドップラ
ー周波数だけ低下されるか又は高められた２つの光線の
周波数の差に比例する周波数を有する出力信号を送出す
る。これら２つの出力信号は周波数カウンタに到達し、
周波数カウンタはこれら２つの信号の差を求め、結果と
して、移動可能な方向変換鏡の速度のための尺度である
ドップラー周波数が得られる。この速度から変位又は角
度が求められる。
発明が解決しようとする課題 本発明の課題は、支配的な環境条件が測定結果の精度
へ与える影響をできるかぎり小さくできる、変位及び／
又は角度の測定方法を提供することである。
へ与える影響をできるかぎり小さくできる、変位及び／
又は角度の測定方法を提供することである。
課題を解決するための手段 この課題は本発明により、第１の光線に対して位相変
調を有する第２の光線を、前もって与えることの可能な
入射角で測定対象物に指向し、２つの光線のそれぞれの
少なくとも一部が対象物の表面において同一の到達場所
を有し、到達場所で回折され干渉された光線を少なくと
も第１の光線センサにより検出し、対象物とセンサとの
間の間隔は少なくとも近似的に一定であり、基準信号の
位相を基準とするセンサ出力信号の変化を、対象物の変
位又は角度位置のための尺度として評価するようにして
解決される。
調を有する第２の光線を、前もって与えることの可能な
入射角で測定対象物に指向し、２つの光線のそれぞれの
少なくとも一部が対象物の表面において同一の到達場所
を有し、到達場所で回折され干渉された光線を少なくと
も第１の光線センサにより検出し、対象物とセンサとの
間の間隔は少なくとも近似的に一定であり、基準信号の
位相を基準とするセンサ出力信号の変化を、対象物の変
位又は角度位置のための尺度として評価するようにして
解決される。
発明の実施の形態 本発明の方法の第１の実施例においては基準信号は２
つの光線から導出される。ここでは測定対象物に指向さ
れた２つの光線のそれぞれ一部を取り出して別の光線セ
ンサに指向し、この光線センサの出力信号を基準信号と
して用いる。本発明の１つの有利な実施例においては、
取出された２つの光線をすりガラスディスクに向け、こ
のすりガラスディスクにより屈折された光線が別のセン
サに到達する。これにより先ず初めに、別のセンサに到
達した２つの光線の強度を、第１のセンサに到達した２
つの光線の強度に整合することができ、従って信号処理
が簡単化される。測定信号分岐に比して基準信号分岐に
おける光路を等しくすることにより、装置構成の対称性
をさらに高め、このようにして測定結果への周囲の影響
をさらに低減することができる。
つの光線から導出される。ここでは測定対象物に指向さ
れた２つの光線のそれぞれ一部を取り出して別の光線セ
ンサに指向し、この光線センサの出力信号を基準信号と
して用いる。本発明の１つの有利な実施例においては、
取出された２つの光線をすりガラスディスクに向け、こ
のすりガラスディスクにより屈折された光線が別のセン
サに到達する。これにより先ず初めに、別のセンサに到
達した２つの光線の強度を、第１のセンサに到達した２
つの光線の強度に整合することができ、従って信号処理
が簡単化される。測定信号分岐に比して基準信号分岐に
おける光路を等しくすることにより、装置構成の対称性
をさらに高め、このようにして測定結果への周囲の影響
をさらに低減することができる。
本発明の方法の第２の実施例においては、一部として
取り出された２つの光線を基準対象物の表面に指向し、
到達場所で回折された光線を少なくとも１つの別の光線
センサにより検出し、測定対象物に指向された２つの光
線と、基準対象物に指向された光線と、基準対象物で回
折された光線とは、それぞれ前記２つのセンサに到達す
るまで同一の光路を辿る。第２の実施例は、測定信号分
岐及び基準信号分岐の構成が完全に対称である利点を有
する。
取り出された２つの光線を基準対象物の表面に指向し、
到達場所で回折された光線を少なくとも１つの別の光線
センサにより検出し、測定対象物に指向された２つの光
線と、基準対象物に指向された光線と、基準対象物で回
折された光線とは、それぞれ前記２つのセンサに到達す
るまで同一の光路を辿る。第２の実施例は、測定信号分
岐及び基準信号分岐の構成が完全に対称である利点を有
する。
本発明の方法の第１の実施例においては、前もって与
えられている周波数を有する光線を発生するレーザを設
ける。第１の周波数とは異なる第２の周波数が、光路の
うちの１つにおける適当な個所に配置されている音響光
学変調器により発生される。
えられている周波数を有する光線を発生するレーザを設
ける。第１の周波数とは異なる第２の周波数が、光路の
うちの１つにおける適当な個所に配置されている音響光
学変調器により発生される。
本発明の方法の別の１つの有利な実施例においては、
周波数変調可能なレーザを設ける。この実施例において
評価可能な位相信号を得るために、２つの光路のうちの
１つの光路の途中に光学的距離延長装置を設ける。変調
可能なレーザとしては半導体レーザが特に適する。
周波数変調可能なレーザを設ける。この実施例において
評価可能な位相信号を得るために、２つの光路のうちの
１つの光路の途中に光学的距離延長装置を設ける。変調
可能なレーザとしては半導体レーザが特に適する。
本発明の方法は、集積光学装置を使用することにより
測定を特に容易に実現でき、この場合に光ファイバ素子
を用いることもできる。
測定を特に容易に実現でき、この場合に光ファイバ素子
を用いることもできる。
本発明の方法のその他の詳細及び有利な実施例はその
他の請求項に記載されている。
他の請求項に記載されている。
実施例 本発明の方法を、第１図ないし第４図に示されている
装置を用いて詳しく説明する。
装置を用いて詳しく説明する。
第１図は、図示の方向11へ運動可能な測定対象物10を
示す。対象物10の表面に第１及び第２の光線12、14が指
向され、これらの光線は、表面12に対する垂線15と入射
角α又はβを形成する。これら２つの入射角α及びβ
は、例えば垂線15を挟んで互いに対向する側に位置す
る。例えば垂線15に平行に、測定対象物10の表面で回折
される光線17があり、光線17は第１の光線センサ18には
いる。センサ18の目視軸線はこの特定の例の場合には垂
線15に平行に設定されている。
示す。対象物10の表面に第１及び第２の光線12、14が指
向され、これらの光線は、表面12に対する垂線15と入射
角α又はβを形成する。これら２つの入射角α及びβ
は、例えば垂線15を挟んで互いに対向する側に位置す
る。例えば垂線15に平行に、測定対象物10の表面で回折
される光線17があり、光線17は第１の光線センサ18には
いる。センサ18の目視軸線はこの特定の例の場合には垂
線15に平行に設定されている。
２つの光線13、14はレーザ19から導出され、レーザ19
の光線20はビームスプリッタ21により第１と第２の部分
光線22、23に分割される。第１の部分光線22は、発生器
24により制御される音響光学変調器25に達する。変調器
25から出る光線26は、第２の部分光線23に対して位相変
調される。位相変調は位相変調同期が無限となる特別の
場合も含み、従って光線23、26は種々異なる周波数を有
する。光線26は方向変換鏡23で反射された後にビームス
プリッタ28に達し、ビームスプリッタ28から第１の光線
13と第１の基準光線29とが出る。第２の部分光線23は方
向変換鏡30で反射された後に同様にビームスプリッタ31
に達し、ビームスプリッタ31から第２の光線14と第２の
基準光線32とが出る。
の光線20はビームスプリッタ21により第１と第２の部分
光線22、23に分割される。第１の部分光線22は、発生器
24により制御される音響光学変調器25に達する。変調器
25から出る光線26は、第２の部分光線23に対して位相変
調される。位相変調は位相変調同期が無限となる特別の
場合も含み、従って光線23、26は種々異なる周波数を有
する。光線26は方向変換鏡23で反射された後にビームス
プリッタ28に達し、ビームスプリッタ28から第１の光線
13と第１の基準光線29とが出る。第２の部分光線23は方
向変換鏡30で反射された後に同様にビームスプリッタ31
に達し、ビームスプリッタ31から第２の光線14と第２の
基準光線32とが出る。
第１の基準光線20は角度γで、第２の基準光線32は角
度δですりガラスディスク33に達する。角度γ及びδ
は、すりガラスディスク33の表面に対する垂線35を基準
とする。すりガラスディスク33で回折されて透過し、例
えば垂線35に平行である光線36は別の光線センサ37に到
達する。センサ37の目視軸線37はこの特別の例の場合に
は垂線35に平行に設定されている。
度δですりガラスディスク33に達する。角度γ及びδ
は、すりガラスディスク33の表面に対する垂線35を基準
とする。すりガラスディスク33で回折されて透過し、例
えば垂線35に平行である光線36は別の光線センサ37に到
達する。センサ37の目視軸線37はこの特別の例の場合に
は垂線35に平行に設定されている。
第１及び第２の光線センサ18、37の出力信号は位相比
較器38に供給され、位相比較器38は出力信号をカウンタ
39に供給する。
較器38に供給され、位相比較器38は出力信号をカウンタ
39に供給する。
本発明の方法を第１図を用いて詳しく説明する。測定
対象物10の表面12は常にある程度の粗面性を有し、この
粗面性は、顕微鏡的な表面構造の寸法が光線の波長より
大きいか又は少なくともこれに等しい場合には光線に対
して格子として作用する。この前提条件はすべての技術
的に製造可能な表面において満足されている。ある角度
を成して表面12に達する、前もって与えられている周波
数を有する第１の光線は表面12で回折されて第１のセン
サ18に到達する。表面12が、第１の光線13の波長より長
い寸法を有する構造分を有すると仮定できるので多くの
回折次数が発生する。回折された光線17はどのような場
合にでも零に等しくない次数を有する。図示の方向11で
の対象物10の運動は、第１のセンサ18により検出される
回折された光線17の位相位置を変化させる。対象物のこ
の偏移により位相変化が発生する。前もって与えられて
いる角度α及びβの場合には１波長分の変化により例え
ば360゜の位相変化が発生する。この配置の特別の利点
は、表面12と第１のセンサ18との間の間隔が一定である
点である。対象物10の速度と変位とが評価可能である。
第１図に示されている平坦な対象物10の代わりに、湾曲
している表面12を有する対象物10を測定することもでき
る。このような対象物には例えば、角度位置及び／又は
角速度を決めることのできる円形ディスクがある。
対象物10の表面12は常にある程度の粗面性を有し、この
粗面性は、顕微鏡的な表面構造の寸法が光線の波長より
大きいか又は少なくともこれに等しい場合には光線に対
して格子として作用する。この前提条件はすべての技術
的に製造可能な表面において満足されている。ある角度
を成して表面12に達する、前もって与えられている周波
数を有する第１の光線は表面12で回折されて第１のセン
サ18に到達する。表面12が、第１の光線13の波長より長
い寸法を有する構造分を有すると仮定できるので多くの
回折次数が発生する。回折された光線17はどのような場
合にでも零に等しくない次数を有する。図示の方向11で
の対象物10の運動は、第１のセンサ18により検出される
回折された光線17の位相位置を変化させる。対象物のこ
の偏移により位相変化が発生する。前もって与えられて
いる角度α及びβの場合には１波長分の変化により例え
ば360゜の位相変化が発生する。この配置の特別の利点
は、表面12と第１のセンサ18との間の間隔が一定である
点である。対象物10の速度と変位とが評価可能である。
第１図に示されている平坦な対象物10の代わりに、湾曲
している表面12を有する対象物10を測定することもでき
る。このような対象物には例えば、角度位置及び／又は
角速度を決めることのできる円形ディスクがある。
回折された光線17の位相シフトは、基準位相との比較
により求めることができる。従って第１の光線13の他
に、光線26からビームスプリッタ28により第１の基準光
線29を派生させることができる。第１の基準光線29は角
度γですりガラスディスク33に達して回折される。零次
に対応しない回折された光線36は別のセンサ37に到達す
る。センサ37はその出力側から基準信号を送出する。
により求めることができる。従って第１の光線13の他
に、光線26からビームスプリッタ28により第１の基準光
線29を派生させることができる。第１の基準光線29は角
度γですりガラスディスク33に達して回折される。零次
に対応しない回折された光線36は別のセンサ37に到達す
る。センサ37はその出力側から基準信号を送出する。
前述の配置だけでは位相比較はできない。何故ならば
これだけでは光線13、29の周波数は、２つのセンサ18、
37と位相比較器38とにより直接に処理されなければなら
ないからである。従って、回折された光線17、36は第２
の光線14又は第２の基準光線32を重畳され干渉されてい
る。これら２つの光線は第２の部分光線23から派生さ
れ、第２の部分光線23の周波数は光線26の周波数と異な
る。２つの光線26、23の周波数の差は、例えば発生器24
により制御される音響光学変調器25により生ずる。発生
器24は、光線センサ18、37と位相比較器38とにより問題
なく処理される十分に低い周波数を発生する。音響光学
変調器25は第２の部分光線23の光路の中に配置すること
もできる。
これだけでは光線13、29の周波数は、２つのセンサ18、
37と位相比較器38とにより直接に処理されなければなら
ないからである。従って、回折された光線17、36は第２
の光線14又は第２の基準光線32を重畳され干渉されてい
る。これら２つの光線は第２の部分光線23から派生さ
れ、第２の部分光線23の周波数は光線26の周波数と異な
る。２つの光線26、23の周波数の差は、例えば発生器24
により制御される音響光学変調器25により生ずる。発生
器24は、光線センサ18、37と位相比較器38とにより問題
なく処理される十分に低い周波数を発生する。音響光学
変調器25は第２の部分光線23の光路の中に配置すること
もできる。
第２の光線14は角度βで、測定対象物10の表面に入射
する。第１及び第２の光線13、14の少なくとも一部は、
これら２つの光線の干渉が行われるように表面12におい
て同一の到達場所を有する。従って、零次に対応しない
回折された光線17は、回折された第１及び第２の光線1
3、14の重畳により形成される。
する。第１及び第２の光線13、14の少なくとも一部は、
これら２つの光線の干渉が行われるように表面12におい
て同一の到達場所を有する。従って、零次に対応しない
回折された光線17は、回折された第１及び第２の光線1
3、14の重畳により形成される。
第２の基準光線32は角度δですりガラスディスク33の
表面34に到達して回折される。第２のセンサ37が受光す
る屈折された光線36は従って、第１と第２の基準光線2
9、32における回折された光線成分の重畳である。
表面34に到達して回折される。第２のセンサ37が受光す
る屈折された光線36は従って、第１と第２の基準光線2
9、32における回折された光線成分の重畳である。
センサ18、37から送出された信号は、光線23、26の周
波数の差に対応する又は発生器24の周波数に対応する周
波数を有する。これら２つの信号は例えば正弦波状であ
り、対象物10のシフトに線形に依存する位相差を有す
る。位相差Δφに対して Δφ＝（２π／λ）・ΔＬ・（sinα＋sinβ） が成立する。ただしλは光線23の波長、ΔＬは対象物10
のシフトである。
波数の差に対応する又は発生器24の周波数に対応する周
波数を有する。これら２つの信号は例えば正弦波状であ
り、対象物10のシフトに線形に依存する位相差を有す
る。位相差Δφに対して Δφ＝（２π／λ）・ΔＬ・（sinα＋sinβ） が成立する。ただしλは光線23の波長、ΔＬは対象物10
のシフトである。
位相比較器38は、一方又は他方の方向への対象物10の
シフトに比例する出力信号を送出する。360°の位相シ
フトの整数倍は例えばカウンタ39により求められる。こ
のカウンタは光路及び／又は角度単位への変換も行う。
シフトに比例する出力信号を送出する。360°の位相シ
フトの整数倍は例えばカウンタ39により求められる。こ
のカウンタは光路及び／又は角度単位への変換も行う。
有利な対称構造は、少なくとも入射角α、−β及び／
又は角度γ、−δがそれぞれ等しい場合に得られる。完
全な対称は、すべての角度が等しい場合に得られる。利
点は、周囲の影響に曝される光路の長さが等しく、従っ
て光線の重畳とこれに続くセンサ18、37の出力信号の差
の形成とが誤差の影響を大幅に補償することにある。
又は角度γ、−δがそれぞれ等しい場合に得られる。完
全な対称は、すべての角度が等しい場合に得られる。利
点は、周囲の影響に曝される光路の長さが等しく、従っ
て光線の重畳とこれに続くセンサ18、37の出力信号の差
の形成とが誤差の影響を大幅に補償することにある。
第２図は本発明の方法を実施する装置の第２の実施例
を示す。第２図において、第１図に示されている部分と
一致する部分は第１図の場合と同一の参照番号により示
される。第２図に示されている装置の実質的な相違点
は、第１図においては実質的に２つの基準光線29、32と
すりガラスディスク33と別のセンサ37とを有する基準信
号分岐の構成が異なる点である。すりガラスディスク33
の代わりに基準対象物40が配置されている。２つの基準
光線29、32は基準対象物40の表面41におけるほぼ同一の
到達場所に指向されている。２つの基準光線29、32は到
達場所で回折されて、回折された基準光線42に重畳さ
れ、基準光線42は別のセンサ43により検出される。セン
サ43は第１図のセンサ37に対応する。第１図に示されて
いる装置に対する、第２図に示されている装置の利点
は、装置が完全に対称に構成されている点である。これ
は特に、基準対象物40の表面41が、測定する対象物10の
表面12に類似の表面構造を有し、角度αと−βとγと−
δとが一致し、表面12と第１のセンサ18との間の間隔
と、表面41と別のセンサ43との間の間隔とが等しい場合
にあてはまる。装置の対称性を高めることにより、測定
結果に対する周囲からの影響をさらに低減させることが
できる。
を示す。第２図において、第１図に示されている部分と
一致する部分は第１図の場合と同一の参照番号により示
される。第２図に示されている装置の実質的な相違点
は、第１図においては実質的に２つの基準光線29、32と
すりガラスディスク33と別のセンサ37とを有する基準信
号分岐の構成が異なる点である。すりガラスディスク33
の代わりに基準対象物40が配置されている。２つの基準
光線29、32は基準対象物40の表面41におけるほぼ同一の
到達場所に指向されている。２つの基準光線29、32は到
達場所で回折されて、回折された基準光線42に重畳さ
れ、基準光線42は別のセンサ43により検出される。セン
サ43は第１図のセンサ37に対応する。第１図に示されて
いる装置に対する、第２図に示されている装置の利点
は、装置が完全に対称に構成されている点である。これ
は特に、基準対象物40の表面41が、測定する対象物10の
表面12に類似の表面構造を有し、角度αと−βとγと−
δとが一致し、表面12と第１のセンサ18との間の間隔
と、表面41と別のセンサ43との間の間隔とが等しい場合
にあてはまる。装置の対称性を高めることにより、測定
結果に対する周囲からの影響をさらに低減させることが
できる。
第３図においては、第１図に示されている本発明の方
法を実施する装置の別の１つの実施例が示されている。
第１図に示されている部分と一致する第３図の部分は同
一の参照番号により示されている。第３図に示されてい
る装置と第１図に示されている装置との実質的な相違点
は、第１と第２の光線13、14の互いに異なる周波数を発
生する構成が異なる点である。十分に単色光線20を派生
させる第１図のレーザ19の代わりに、発生器52により制
御することのできる周波数を有する光線51を送出する変
調可能なレーザ50が設けられている。２つの部分光線5
3、54は、時間変化する同一の周波数を有する。第１の
部分光線53は光学的迂回路55に到達し、光学的迂回路55
は例えば４つの方向変換鏡56〜59により実現されてい
る。光学的迂回路55ら出た光線60は、第２の部分光線54
に対して、レーザ50から送出される光線51の周波数の変
化に依存する値を有する位相シフトを有する。光線60は
ビームスプリッタ28により第１の入射光線61と第１の基
準光線62とに分割される。第２の部分光線54はビームス
プリッタ31により第２の入射光線63と第２の基準光線64
とに分割される。第１図及び第２図に示されている光線
13、14及び基準光線29、32と異なり、第３図に示されて
いる光線61、63と基準光線62、64とは、時間変化する同
一の周波数を有する。光学的迂回路55により発生され
る、時間変化する位相シフトにより、２つのセンサ18、
37はこの時間変化する位相シフトに対応する出力信号を
送出する。静止している対象物10においては、位相比較
38により検出される、センサ18、37の出力信号の位相値
の付加的な差は零である。測定対象物10の運動により前
述のように、測定可能な位相差が発生し、この位相差は
光路又は角度に換算される。
法を実施する装置の別の１つの実施例が示されている。
第１図に示されている部分と一致する第３図の部分は同
一の参照番号により示されている。第３図に示されてい
る装置と第１図に示されている装置との実質的な相違点
は、第１と第２の光線13、14の互いに異なる周波数を発
生する構成が異なる点である。十分に単色光線20を派生
させる第１図のレーザ19の代わりに、発生器52により制
御することのできる周波数を有する光線51を送出する変
調可能なレーザ50が設けられている。２つの部分光線5
3、54は、時間変化する同一の周波数を有する。第１の
部分光線53は光学的迂回路55に到達し、光学的迂回路55
は例えば４つの方向変換鏡56〜59により実現されてい
る。光学的迂回路55ら出た光線60は、第２の部分光線54
に対して、レーザ50から送出される光線51の周波数の変
化に依存する値を有する位相シフトを有する。光線60は
ビームスプリッタ28により第１の入射光線61と第１の基
準光線62とに分割される。第２の部分光線54はビームス
プリッタ31により第２の入射光線63と第２の基準光線64
とに分割される。第１図及び第２図に示されている光線
13、14及び基準光線29、32と異なり、第３図に示されて
いる光線61、63と基準光線62、64とは、時間変化する同
一の周波数を有する。光学的迂回路55により発生され
る、時間変化する位相シフトにより、２つのセンサ18、
37はこの時間変化する位相シフトに対応する出力信号を
送出する。静止している対象物10においては、位相比較
38により検出される、センサ18、37の出力信号の位相値
の付加的な差は零である。測定対象物10の運動により前
述のように、測定可能な位相差が発生し、この位相差は
光路又は角度に換算される。
第３図に示されている装置の別の１つ実施例が第４図
に示されている。第４図において、第３図に示されてい
る部分と一致する部分は、第３図と同一の参照番号によ
り示されている。レーザ50から送出された光線51は光導
波体70の中を案内される。光導波体70は集積ビーム分割
器71を有し、ビーム分割器71は、レーザ50から到来する
光線51を２つの部分光線53、54に分割する。光学的迂回
路55は例えば光導波体ループとして実現される。光導波
体70の中での光線案内はそれぞれビームスプリッタ28、
31で終了する。本発明の装置の別の１つの実施例におい
ては、残りの構成も光導波体と集積光学系とにより実現
することができる。光導波体−光線案内装置を有する集
積光学系の利点は主に、全装置を小型化することができ
ることにある。さらに、光導波体の中での光線の案内に
より、例えば空気等の均一の光屈折率を有する媒体の中
での光線の直線上の伝搬に依存しなくてすむ。
に示されている。第４図において、第３図に示されてい
る部分と一致する部分は、第３図と同一の参照番号によ
り示されている。レーザ50から送出された光線51は光導
波体70の中を案内される。光導波体70は集積ビーム分割
器71を有し、ビーム分割器71は、レーザ50から到来する
光線51を２つの部分光線53、54に分割する。光学的迂回
路55は例えば光導波体ループとして実現される。光導波
体70の中での光線案内はそれぞれビームスプリッタ28、
31で終了する。本発明の装置の別の１つの実施例におい
ては、残りの構成も光導波体と集積光学系とにより実現
することができる。光導波体−光線案内装置を有する集
積光学系の利点は主に、全装置を小型化することができ
ることにある。さらに、光導波体の中での光線の案内に
より、例えば空気等の均一の光屈折率を有する媒体の中
での光線の直線上の伝搬に依存しなくてすむ。
光導波体70を有する第４図に示されている構成は、第
１図ないし第３図に示されている構成においても用いる
ことができる。さらに第２図に示されている完全に対称
な装置を、第３図及び第４図に示された装置において用
いることもでき、この場合にすりガラスディスク33は基
準対象物40により置換される。
１図ないし第３図に示されている構成においても用いる
ことができる。さらに第２図に示されている完全に対称
な装置を、第３図及び第４図に示された装置において用
いることもでき、この場合にすりガラスディスク33は基
準対象物40により置換される。
発明の効果 本発明による変位及び角度のオプトエレクトロ測定方
法においては、第１の光線に対して位相変調を有する第
２の光線を、前もって与えることの可能な入射角で測定
対象物に指向し、２つの光線のそれぞれの少なくとも一
部が対象物の表面において同一の到達場所を有する。前
記２つの光線の到達場所において回折と干渉が行われ
る。何故ならば対象物の表面は常に、光学的格子の作用
を有する粗面性を有するからである。
法においては、第１の光線に対して位相変調を有する第
２の光線を、前もって与えることの可能な入射角で測定
対象物に指向し、２つの光線のそれぞれの少なくとも一
部が対象物の表面において同一の到達場所を有する。前
記２つの光線の到達場所において回折と干渉が行われ
る。何故ならば対象物の表面は常に、光学的格子の作用
を有する粗面性を有するからである。
回折された光線成分が干渉し第１の光線センサに到達
する。基準信号の位相を基準とするセンサ出力信号の変
化は、測定対象物の変位又は角度位置のための尺度とし
て評価される。これらの手段を、測定対象物と測定装置
との間の一定の間隔と関連させて用いることにより、空
気圧、湿度及び温度等の環境条件の測定結果に与える影
響が低減される。その他の利点としては、測定結果の高
分解能、無慣性かつ無接触の測定方法の持つ安定性があ
る。
する。基準信号の位相を基準とするセンサ出力信号の変
化は、測定対象物の変位又は角度位置のための尺度とし
て評価される。これらの手段を、測定対象物と測定装置
との間の一定の間隔と関連させて用いることにより、空
気圧、湿度及び温度等の環境条件の測定結果に与える影
響が低減される。その他の利点としては、測定結果の高
分解能、無慣性かつ無接触の測定方法の持つ安定性があ
る。
周囲の影響をさらに低減するためには、測定対象物に
指向された第１の光線の入射角を、同様に測定対象物に
指向されている第２の光線の負の入射角に等しく決め、
第１の光センサを、測定対象物の表面に対して垂線方向
に設定し、前記２つの光線の入射角は、垂線を挟んで互
いに対向する側に位置させる。この手段により前記２つ
の光線は同一の長さの光路を走行し、周囲の影響は２つ
の光路において同一に作用する。
指向された第１の光線の入射角を、同様に測定対象物に
指向されている第２の光線の負の入射角に等しく決め、
第１の光センサを、測定対象物の表面に対して垂線方向
に設定し、前記２つの光線の入射角は、垂線を挟んで互
いに対向する側に位置させる。この手段により前記２つ
の光線は同一の長さの光路を走行し、周囲の影響は２つ
の光路において同一に作用する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−12918（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−277923（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−277925（ＪＰ，Ａ)
Claims (14)
- 【請求項１】第１の光線が、前もって与えることの可能
な入射角（α）で測定する対象物に指向される、変位及
び／又は角度のオプトエレクトロ測定方法において、第
１の光線（13,61）に対して位相変調を有する第２の光
線（14,63）を、前もって与えることの可能な入射角
（β）で測定対象物（10）に指向し、 前記２つの光線（13,14又は61,63）のそれぞれの少なく
とも一部が対象物（10）の表面（12）において同一の到
達場所を有し、 到達場所で回折され干渉された光線（17）を少なくとも
第１の光線センサ（18）により検出し、対象物（10）と
センサ（18）との間の間隔は少なくとも近似的に一定で
あり、 基準信号の位相を基準とするセンサ出力信号の位相変化
を、対象物（10）の変位又は角度位置のための尺度とし
て評価することを特徴とする変位及び／又は角度のオプ
トエレクトロ測定方法。 - 【請求項２】入射角（α）が負の入射角（−β）に等し
いことを特徴とする請求項１に記載の変位及び／又は角
度のオプトエレクトロ測定方法。 - 【請求項３】角度（α，β）が、対象物（10）の表面
（12）から立っている垂線（15）を挟んで互いに対向す
る側に位置し、 第１のセンサ（18）の目視軸線と垂線（15）に平行に設
定することを特徴とする請求項１又は２に記載の変位及
び／又は角度のオプトエレクトロ測定方法。 - 【請求項４】基準信号を第１及び第２の基準光線（29,3
2又は62,64）から導出し、第１及び第２の基準光線（2
9,32又は62,64）を別の光線センサ（37）に指向させ、
該光線センサ（37）の出力信号を基準信号として用いる
ことを特徴とする請求項１に記載の変位及び／又は角度
のオプトエレクトロ測定方法。 - 【請求項５】２つの基準光線（29,32又は62,64）をそれ
ぞれ、前もって与えられている角度（γ又はδ）ですり
ガラスディスク（33）に指向し、 ２つの基準光線（29,32又は62,64）のそれぞれの少なく
とも一部がすりガラスディスク（33）の表面において同
一の到達場所を有し、 すりガラスディスク（33）により回折され干渉された光
線（36）を別のセンサ（37）により検出することを特徴
とする請求項４に記載の変位及び／又は角度のオプトエ
レクトロ測定方法。 - 【請求項６】入射角（γ）が負の入射角（δ）に等しい
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の変位及び／又
は角度のオプトエレクトロ測定方法。 - 【請求項７】角度（γ，δ）が、すりガラスディスク
（33）の表面（34）から立っている垂線（35）を挟んで
互いに対向する側にあり、 別のセンサ（37）の目視軸線が垂線（35）と平行に設定
することを特徴とする請求項４ないし６のうちのいずれ
か１項に記載の変位及び／又は角度のオプトエレクトロ
測定方法。 - 【請求項８】角度（α，−β，γ及び−δ）が等しいこ
とを特徴とする請求項４ないし７のうちのいずれか１項
に記載の変位及び／又は角度のオプトエレクトロ測定方
法。 - 【請求項９】２つの基準光線（29,32又は62,64）を基準
対象物（40）の表面（41）に指向し、 基準光線（29,32又は62,64）のそれぞれの少なくとも一
部が基準対象物（40）の表面（41）において同一の到達
場所を有し、 到達場所で回折され干渉された光線（42）を別の光線セ
ンサ（43）により検出し、第１及び第２の光線（13,14
又は61,63）と第１及び第２の基準光線（29,32又は62,6
4）と、測定対象物の表面（12）で回折された光線（1
7）と、基準対象物（40）の表面（41）で回折された光
線（42）とが、それぞれセンサ（18,43）に達するまで
同一の光路長を辿ることを特徴とする請求項４に記載の
変位及び／又は角度のオプトエレクトロ測定方法。 - 【請求項１０】光源としてレーザ（19）を用い、レーザ
（19）の光線は実質的に単色であり、 ２つの部分光線（22,23）のうちの１つの部分光線の途
中に、発生器（24）により制御される音響光学変調器
（25）を配置することを特徴とする請求項１に記載の変
位及び／又は角度のオプトエレクトロ測定方法。 - 【請求項１１】発生器（52）により周波数変調可能なレ
ーザ（50）を用い、 ２つの部分光線（53,54）のうちの１つの部分光線の途
中に光学的迂回路（55）を設けることを特徴とする請求
項１に記載の変位及び／又は角度のオプトエレクトロ測
定方法。 - 【請求項１２】半導体レーザ（19,50）を用いることを
特徴とする請求項10又は11に記載の変位及び／又は角度
のオプトエレクトロ測定方法。 - 【請求項１３】光線（13,14,20,22,23,26,29,32,51,53,
54,60,61,62,63,64）の少なくとも一部を光導波体（7
0）の中を案内することを特徴とする請求項１ないし12
のうちのいずれか１項に記載の変位及び／又は角度のオ
プトエレクトロ測定方法。 - 【請求項１４】光学素子（21,28,30,31）の少なくとも
一部が集積光学素子（61）であることを特徴とする請求
項１ないし13のうちのいずれか１項に記載の変位及び／
又は角度のオプトエレクトロ測定方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3821046A DE3821046A1 (de) | 1988-06-22 | 1988-06-22 | Verfahren zur weg- und winkelmessung |
| DE3821046.0 | 1988-06-22 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03505374A JPH03505374A (ja) | 1991-11-21 |
| JP2755757B2 true JP2755757B2 (ja) | 1998-05-25 |
Family
ID=6357001
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1506948A Expired - Lifetime JP2755757B2 (ja) | 1988-06-22 | 1989-06-22 | 変位及び角度の測定方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5141317A (ja) |
| EP (1) | EP0420897B1 (ja) |
| JP (1) | JP2755757B2 (ja) |
| DE (2) | DE3821046A1 (ja) |
| ES (1) | ES2014165A6 (ja) |
| WO (1) | WO1989012799A1 (ja) |
Families Citing this family (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3930554A1 (de) * | 1989-09-13 | 1991-03-21 | Bosch Gmbh Robert | Vorrichtung zur absoluten zweidimensionalen positions-messung |
| EP0514579B1 (en) * | 1991-05-24 | 1995-07-19 | Hewlett-Packard Company | A heterodyne interferometer arrangement |
| DE4209701A1 (de) * | 1992-03-25 | 1993-09-30 | Asea Brown Boveri | Optischer Entfernungssensor |
| US5682236A (en) * | 1993-07-02 | 1997-10-28 | Metrolaser | Remote measurement of near-surface physical properties using optically smart surfaces |
| DE4332022C2 (de) * | 1993-09-21 | 1997-07-03 | Tr Elektronic Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum berührungslosen Erfassen der Winkellage eines Objekts, insbesondere beim Vermessen von länglichen Gegenständen |
| DE19536039A1 (de) * | 1995-09-28 | 1997-04-03 | Bosch Gmbh Robert | Vorrichtung zur mehrdimensionalen Messung von Positionen oder Positionsänderungen |
| DE19637625A1 (de) * | 1996-09-16 | 1998-03-26 | Bosch Gmbh Robert | Motor oder Generator mit zwei relativ zueinander beweglich gelagerten Teilen und einer Vorrichtung zum interferometrischen Messen eines Weges oder Drehwinkels |
| DE19650703A1 (de) * | 1996-12-06 | 1998-06-10 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zum interferometrischen Messen von Positionen, Positionsänderungen und daraus abgeleiteter physikalischer Größen |
| DE19707109C1 (de) * | 1997-02-22 | 1998-06-25 | Bosch Gmbh Robert | Optisches Vibrometer |
| DE19743156C2 (de) * | 1997-09-30 | 1999-08-12 | Bosch Gmbh Robert | Lage- oder Wegsensor |
| US6459483B1 (en) | 1998-02-10 | 2002-10-01 | Toolz, Ltd. | Level with angle and distance measurement apparatus |
| WO2002023132A1 (fr) * | 2000-09-14 | 2002-03-21 | Citizen Watch Co., Ltd. | Dispositif de mesure de deplacement |
| DE102009027266A1 (de) * | 2009-06-29 | 2010-12-30 | Robert Bosch Gmbh | Interferometrische Weg- und/oder Drehmessvorrichtung |
| RU2491511C2 (ru) * | 2009-10-26 | 2013-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ГОУВПО ПГУТИ) | Способ измерения параметров физических полей |
| JP5618898B2 (ja) * | 2010-08-31 | 2014-11-05 | Dmg森精機株式会社 | 変位検出装置 |
| JP6455927B2 (ja) * | 2015-02-12 | 2019-01-23 | 株式会社小野測器 | レーザ測定装置 |
| CN105277125B (zh) * | 2015-11-04 | 2018-10-23 | 宁波舜宇智能科技有限公司 | 一种测量倾角和位移的系统及方法 |
| CN107328952B (zh) * | 2017-05-05 | 2019-06-18 | 四川大学 | 一种无真值时航迹速度稳定度评价方案 |
| CN114353671B (zh) * | 2022-01-14 | 2022-11-01 | 西安交通大学 | 实现位移和角度同步测量的双波长衍射干涉系统及方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2240968A1 (de) * | 1972-08-21 | 1974-03-07 | Leitz Ernst Gmbh | Optisches verfahren zur messung der relativen verschiebung eines beugungsgitters sowie einrichtungen zu seiner durchfuehrung |
| DE3316144A1 (de) * | 1982-05-04 | 1983-11-10 | Canon K.K., Tokyo | Verfahren und vorrichtung zum messen des ausmasses einer bewegung |
| US4710026A (en) * | 1985-03-22 | 1987-12-01 | Nippon Kogaku K. K. | Position detection apparatus |
| FR2598797B1 (fr) * | 1986-05-07 | 1990-05-11 | Nippon Telegraph & Telephone | Procede de mesure et/ou d'ajustement du deplacement d'un objet et appareil pour la mise en oeuvre de ce procede |
| EP0248277A3 (en) * | 1986-06-03 | 1990-03-28 | Optra, Inc. | Two-frequency laser rotation sensor system |
| FR2615281B1 (fr) * | 1987-05-11 | 1996-08-23 | Canon Kk | Dispositif de mesure d'une distance en mouvement relatif de deux objets mobiles l'un par rapport a l'autre |
| DE3736772A1 (de) * | 1987-08-05 | 1989-05-11 | Bundesrep Deutschland | Laser-doppler-anemometer |
-
1988
- 1988-06-22 DE DE3821046A patent/DE3821046A1/de not_active Withdrawn
- 1988-06-22 US US07/623,920 patent/US5141317A/en not_active Expired - Fee Related
-
1989
- 1989-06-22 ES ES8902194A patent/ES2014165A6/es not_active Expired - Lifetime
- 1989-06-22 WO PCT/DE1989/000409 patent/WO1989012799A1/de active IP Right Grant
- 1989-06-22 DE DE8989907065T patent/DE58901197D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1989-06-22 EP EP89907065A patent/EP0420897B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1989-06-22 JP JP1506948A patent/JP2755757B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Publication date |
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| DE58901197D1 (de) | 1992-05-21 |
| DE3821046A1 (de) | 1989-12-28 |
| EP0420897A1 (de) | 1991-04-10 |
| ES2014165A6 (es) | 1990-06-16 |
| US5141317A (en) | 1992-08-25 |
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