JP3254477B2 - 高精度干渉距離計 - Google Patents
高精度干渉距離計Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高精度干渉距離計に係
り、特にレーザ光の波長を測定基準とし光波干渉方式で
距離を測定する場合に好適な高精度干渉距離計に関す
る。
り、特にレーザ光の波長を測定基準とし光波干渉方式で
距離を測定する場合に好適な高精度干渉距離計に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、極めて微小な分解能（例えばナノ
メートル単位の分解能）が要求される距離の測定や形状
の測定等，高精度の測定を行う場合には、公知の光波干
渉式測長器が広範に使用されている。光波干渉式測長器
は、レーザ光源から発したレーザ光の波長を長さの基準
として、測定対象物の移動に伴う光の干渉縞の位相変化
に基づき距離や形状を測定するものであり、測定精度や
分解能が高く、測定手法が非接触方式であるという特徴
を持っている。
メートル単位の分解能）が要求される距離の測定や形状
の測定等，高精度の測定を行う場合には、公知の光波干
渉式測長器が広範に使用されている。光波干渉式測長器
は、レーザ光源から発したレーザ光の波長を長さの基準
として、測定対象物の移動に伴う光の干渉縞の位相変化
に基づき距離や形状を測定するものであり、測定精度や
分解能が高く、測定手法が非接触方式であるという特徴
を持っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の光波干渉式測長器では、測定対象物の移動に伴
う光の干渉縞の位相変化を積算し，当該積算結果に基づ
き距離の変位を算出する原理を用いているため、相対的
な距離の変位を測定することはできるが、絶対距離を測
定することはできないという制約があった。このため、
例えば測定対象物が移動している最中にレーザ光源から
発したレーザ光が何等かの原因で遮断されたような場合
には、測定が不可能となる問題があった。
た従来の光波干渉式測長器では、測定対象物の移動に伴
う光の干渉縞の位相変化を積算し，当該積算結果に基づ
き距離の変位を算出する原理を用いているため、相対的
な距離の変位を測定することはできるが、絶対距離を測
定することはできないという制約があった。このため、
例えば測定対象物が移動している最中にレーザ光源から
発したレーザ光が何等かの原因で遮断されたような場合
には、測定が不可能となる問題があった。
【０００４】また、従来の光波干渉式測長器により相当
隔たった区間の距離（長距離）を測定する場合、光波干
渉式測長器の一方のミラーを当該測定区間の始点から終
点まで連続的に移動させることは、現実的ではないた
め、従来の光波干渉式測長器では、長距離を測定するこ
とが事実上不可能であるという問題があった。
隔たった区間の距離（長距離）を測定する場合、光波干
渉式測長器の一方のミラーを当該測定区間の始点から終
点まで連続的に移動させることは、現実的ではないた
め、従来の光波干渉式測長器では、長距離を測定するこ
とが事実上不可能であるという問題があった。
【０００５】また、従来の光波干渉式測長器では、レー
ザ光源の周波数ｆをΔｆ（発振周波数変化）だけ変化さ
せ光の干渉縞の位相変化を測定すれば、原理的には絶対
距離の測定が可能ではあるが、絶対距離を高精度で測定
するためには、Δｆが大きく且つΔｆが高精度に測定さ
れるという条件が不可欠であり、従来技術では、半導体
レーザの周波数を数十乃至数百ＧＨｚのΔｆに渡って走
査し、スペクトル線の波長を利用して測長する際に用い
るファブリ・ペローエタロンによりΔｆを測定してい
た。しかしながら、ファブリ・ペローエタロンを用いた
場合でも、Δｆを高精度に測定することは難しいという
問題があった。
ザ光源の周波数ｆをΔｆ（発振周波数変化）だけ変化さ
せ光の干渉縞の位相変化を測定すれば、原理的には絶対
距離の測定が可能ではあるが、絶対距離を高精度で測定
するためには、Δｆが大きく且つΔｆが高精度に測定さ
れるという条件が不可欠であり、従来技術では、半導体
レーザの周波数を数十乃至数百ＧＨｚのΔｆに渡って走
査し、スペクトル線の波長を利用して測長する際に用い
るファブリ・ペローエタロンによりΔｆを測定してい
た。しかしながら、ファブリ・ペローエタロンを用いた
場合でも、Δｆを高精度に測定することは難しいという
問題があった。
【０００６】
【発明の目的】本発明は、上記従来例の有する不都合を
改善し、特に半導体励起固体レーザの発振周波数の基準
としてヨウ素分子の吸収スペクトルを使用することによ
り、測定対象物を移動させずに測定距離の絶対値を得る
と共に、絶対距離を高精度で測定することを達成した高
精度干渉距離計の提供を目的とする。
改善し、特に半導体励起固体レーザの発振周波数の基準
としてヨウ素分子の吸収スペクトルを使用することによ
り、測定対象物を移動させずに測定距離の絶対値を得る
と共に、絶対距離を高精度で測定することを達成した高
精度干渉距離計の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、始点側反射鏡
及び終点側反射鏡を備え、前記各反射鏡へ向けて各々発
射されるレーザ光に基づき，当該各反射鏡からの反射波
により干渉縞を形成して干渉縞信号を出力する干渉縞信
号出力部と、該干渉縞信号出力部から出力された干渉縞
信号に基づき，干渉縞の位相を測定する位相測定部と、
該位相測定部により測定した干渉縞の位相に基づき，前
記始点側反射鏡と前記終点側反射鏡との間の距離を算出
する距離算出部とを具備した高精度干渉距離計におい
て、半導体レーザを有し，当該半導体レーザから発した
励起光に基づき基本波を発振させ当該基本波を第２高調
波に変換して発射すると共に，当該第２高調波の発振周
波数を所定周波数範囲内で連続的に可変設定する半導体
励起固体レーザ発生部と、該半導体励起固体レーザ発生
部から発射した第２高調波を二方向へ分岐する分岐部
と、該分岐部により分岐した一方の第２高調波が入力さ
れるヨウ素ガスを満たしたヨウ素セルとを装備し、前記
分岐部により分岐した他方の第２高調波の発振周波数
を，前記所定周波数範囲内で前記ヨウ素セル内のヨウ素
分子の吸収スペクトルにロックさせるように前記半導体
励起固体レーザ発生部を制御する周波数制御部を具備す
る構成としている。これにより、前述した目的を達成し
ようとするものである。
及び終点側反射鏡を備え、前記各反射鏡へ向けて各々発
射されるレーザ光に基づき，当該各反射鏡からの反射波
により干渉縞を形成して干渉縞信号を出力する干渉縞信
号出力部と、該干渉縞信号出力部から出力された干渉縞
信号に基づき，干渉縞の位相を測定する位相測定部と、
該位相測定部により測定した干渉縞の位相に基づき，前
記始点側反射鏡と前記終点側反射鏡との間の距離を算出
する距離算出部とを具備した高精度干渉距離計におい
て、半導体レーザを有し，当該半導体レーザから発した
励起光に基づき基本波を発振させ当該基本波を第２高調
波に変換して発射すると共に，当該第２高調波の発振周
波数を所定周波数範囲内で連続的に可変設定する半導体
励起固体レーザ発生部と、該半導体励起固体レーザ発生
部から発射した第２高調波を二方向へ分岐する分岐部
と、該分岐部により分岐した一方の第２高調波が入力さ
れるヨウ素ガスを満たしたヨウ素セルとを装備し、前記
分岐部により分岐した他方の第２高調波の発振周波数
を，前記所定周波数範囲内で前記ヨウ素セル内のヨウ素
分子の吸収スペクトルにロックさせるように前記半導体
励起固体レーザ発生部を制御する周波数制御部を具備す
る構成としている。これにより、前述した目的を達成し
ようとするものである。
【０００８】
【作用】本発明においては、半導体励起固体レーザ発生
部から第２高調波を発射すると、分岐部により二方向へ
分岐され、これに伴い、周波数制御部は、半導体励起固
体レーザ発生部を制御することにより，一方の第２高調
波の発振周波数を所定周波数範囲でヨウ素分子の吸収ス
ペクトルにロックさせる制御を行い、また、干渉縞信号
出力部は、他方の第２高調波を始点側反射鏡，終点側反
射鏡へ各々放射し，始点側反射鏡及び終点側反射鏡から
の反射波に基づき干渉縞を形成して干渉縞信号を出力す
る。干渉縞信号出力部からの干渉縞信号出力に伴い、位
相測定部が、干渉縞の位相を測定すると、距離算出部
は、干渉縞の位相に基づき始点側反射鏡と終点側反射鏡
との間における距離を算出する。即ち、本発明によれ
ば、半導体励起固体レーザの第２高調波の発振周波数を
所定周波数範囲内で連続的に可変設定することにより、
従来の半導体レーザと同様の発振周波数変化を得ること
ができる。また、本発明によれば、半導体励起固体レー
ザの第２高調波の発振周波数をヨウ素セル内のヨウ素分
子の複数の吸収スペクトルに高精度でロックすることに
より、従来のファブリ・ペローエタロンを用いた場合と
比較し半導体励起固体レーザの発振周波数変化を高精度
で決定することができる。更に、本発明によれば、半導
体励起固体レーザの第２高調波の発振周波数を所定周波
数範囲内で連続的に可変設定して干渉縞の位相を測定す
ることにより、２点間の絶対距離を高精度で測定するこ
とができる。
部から第２高調波を発射すると、分岐部により二方向へ
分岐され、これに伴い、周波数制御部は、半導体励起固
体レーザ発生部を制御することにより，一方の第２高調
波の発振周波数を所定周波数範囲でヨウ素分子の吸収ス
ペクトルにロックさせる制御を行い、また、干渉縞信号
出力部は、他方の第２高調波を始点側反射鏡，終点側反
射鏡へ各々放射し，始点側反射鏡及び終点側反射鏡から
の反射波に基づき干渉縞を形成して干渉縞信号を出力す
る。干渉縞信号出力部からの干渉縞信号出力に伴い、位
相測定部が、干渉縞の位相を測定すると、距離算出部
は、干渉縞の位相に基づき始点側反射鏡と終点側反射鏡
との間における距離を算出する。即ち、本発明によれ
ば、半導体励起固体レーザの第２高調波の発振周波数を
所定周波数範囲内で連続的に可変設定することにより、
従来の半導体レーザと同様の発振周波数変化を得ること
ができる。また、本発明によれば、半導体励起固体レー
ザの第２高調波の発振周波数をヨウ素セル内のヨウ素分
子の複数の吸収スペクトルに高精度でロックすることに
より、従来のファブリ・ペローエタロンを用いた場合と
比較し半導体励起固体レーザの発振周波数変化を高精度
で決定することができる。更に、本発明によれば、半導
体励起固体レーザの第２高調波の発振周波数を所定周波
数範囲内で連続的に可変設定して干渉縞の位相を測定す
ることにより、２点間の絶対距離を高精度で測定するこ
とができる。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の高精度干渉距離計を適用して
なる実施例を図面に基づいて説明する。
なる実施例を図面に基づいて説明する。
【００１０】本実施例の高精度干渉距離計の全体構成を
図１に基づき説明すると、該高精度干渉距離計は、レー
ザ光源部Ａと、干渉計Ｂと、制御部Ｃとから大略構成さ
れている。
図１に基づき説明すると、該高精度干渉距離計は、レー
ザ光源部Ａと、干渉計Ｂと、制御部Ｃとから大略構成さ
れている。
【００１１】レーザ光源部Ａは、半導体励起固体レーザ
発生部１と、レーザ光の或る部分を反射させ他の部分を
透過させるビームスプリッタ２と、ヨウ素ガスを充満し
たヨウ素セル３と、フォトダイオード４と、波形信号と
の自動同期を行うロックイン増幅器５と、波形信号を発
生する波形発生装置６と、微分信号と波形信号とを加算
する加算器７とから構成されている。この場合、ロック
イン増幅器５，波形発生装置６，加算器７が周波数制御
部Ａ１を構成している。
発生部１と、レーザ光の或る部分を反射させ他の部分を
透過させるビームスプリッタ２と、ヨウ素ガスを充満し
たヨウ素セル３と、フォトダイオード４と、波形信号と
の自動同期を行うロックイン増幅器５と、波形信号を発
生する波形発生装置６と、微分信号と波形信号とを加算
する加算器７とから構成されている。この場合、ロック
イン増幅器５，波形発生装置６，加算器７が周波数制御
部Ａ１を構成している。
【００１２】干渉計Ｂは、レーザ光を分岐すると共にレ
ーザ光を重ねるビームコリメータ８と、レーザ光の或る
部分を反射させ他の部分を透過させるビームスプリッタ
９と、ミラー１０，１１，１２，１３と、フォトダイオ
ード１４，１５と、干渉縞次数の変化分Δｍを測定する
位相計１６とから構成されている。この場合、ビームコ
リメータ８，ビームスプリッタ９，ミラー１０，１１，
１２，１３，フォトダイオード１４，１５が干渉縞信号
出力部Ｂ１を構成し、位相計１６が位相測定部Ｂ２を構
成している。
ーザ光を重ねるビームコリメータ８と、レーザ光の或る
部分を反射させ他の部分を透過させるビームスプリッタ
９と、ミラー１０，１１，１２，１３と、フォトダイオ
ード１４，１５と、干渉縞次数の変化分Δｍを測定する
位相計１６とから構成されている。この場合、ビームコ
リメータ８，ビームスプリッタ９，ミラー１０，１１，
１２，１３，フォトダイオード１４，１５が干渉縞信号
出力部Ｂ１を構成し、位相計１６が位相測定部Ｂ２を構
成している。
【００１３】制御部Ｃは、位相計１６で測定した干渉縞
次数の変化分Δｍに基づきミラー１１とミラー１２との
間の距離Ｄを算出するコンピュータ１７と、半導体励起
固体レーザ発生部１のペルチェモジュール温度制御用の
コントローラ１８とから構成されている。
次数の変化分Δｍに基づきミラー１１とミラー１２との
間の距離Ｄを算出するコンピュータ１７と、半導体励起
固体レーザ発生部１のペルチェモジュール温度制御用の
コントローラ１８とから構成されている。
【００１４】先ず、干渉計Ｂの構成を詳述すると、レー
ザ光源部の半導体励起固体レーザ発生部１は、レーザ光
（第２高調波：可視光）を発射するようになっており、
ビームスプリッタ２は、レーザ光を２方向へ分岐し、一
方のレーザ光をヨウ素セル３へ入力し、他方のレーザ光
をビームコリメータ８へ入力するようになっている。ビ
ームコリメータ８は、レーザ光を拡大してビームスプリ
ッタ９へ入力するようになっており、ビームスプリッタ
９は、レーザ光を２方向へ分岐し、一方のレーザ光をミ
ラー１０へ入力し、他方のレーザ光をミラー１１，１２
へ入力するようになっている。
ザ光源部の半導体励起固体レーザ発生部１は、レーザ光
（第２高調波：可視光）を発射するようになっており、
ビームスプリッタ２は、レーザ光を２方向へ分岐し、一
方のレーザ光をヨウ素セル３へ入力し、他方のレーザ光
をビームコリメータ８へ入力するようになっている。ビ
ームコリメータ８は、レーザ光を拡大してビームスプリ
ッタ９へ入力するようになっており、ビームスプリッタ
９は、レーザ光を２方向へ分岐し、一方のレーザ光をミ
ラー１０へ入力し、他方のレーザ光をミラー１１，１２
へ入力するようになっている。
【００１５】ビームスプリッタ９は、ミラー１０で反射
して戻ってきたレーザ光と，ミラー１１，１２で反射し
て戻ってきたレーザ光とを再度重ねることにより干渉縞
を形成し、一方の干渉縞信号をフォトダイオード１４へ
出力し、他方の干渉縞信号をミラー１３を介してフォト
ダイオード１５へ出力するようになっている。フォトダ
イオード１４，１５は、各干渉縞信号を検出し位相計１
６へ出力するようになっている。位相計１６は、フォト
ダイオード１４，１５の出力に基づき干渉縞次数の変化
分Δｍを測定するようになっている。
して戻ってきたレーザ光と，ミラー１１，１２で反射し
て戻ってきたレーザ光とを再度重ねることにより干渉縞
を形成し、一方の干渉縞信号をフォトダイオード１４へ
出力し、他方の干渉縞信号をミラー１３を介してフォト
ダイオード１５へ出力するようになっている。フォトダ
イオード１４，１５は、各干渉縞信号を検出し位相計１
６へ出力するようになっている。位相計１６は、フォト
ダイオード１４，１５の出力に基づき干渉縞次数の変化
分Δｍを測定するようになっている。
【００１６】他方、半導体励起固体レーザ発生部１から
発射したレーザ光の内，一方のレーザ光が、ビームスプ
リッタ２を介してヨウ素セル３へ入力されると、ヨウ素
セル３は、レーザ光を通過させフォトダイオード４へ出
力するようになっており、フォトダイオード４は、当該
レーザ光を検出しロックイン増幅器５へ出力するように
なっている。この場合、ヨウ素セル３内のヨウ素分子
は、第２高調波（可視光）の発振波長域を含んだ５００
〜６００［ｎｍ］の領域において複数の吸収スペクトル
を持っており、当該吸収スペクトル上で第２高調波の発
振周波数を変調させることにより、フォトダイオード４
から出力信号を得るようになっている。
発射したレーザ光の内，一方のレーザ光が、ビームスプ
リッタ２を介してヨウ素セル３へ入力されると、ヨウ素
セル３は、レーザ光を通過させフォトダイオード４へ出
力するようになっており、フォトダイオード４は、当該
レーザ光を検出しロックイン増幅器５へ出力するように
なっている。この場合、ヨウ素セル３内のヨウ素分子
は、第２高調波（可視光）の発振波長域を含んだ５００
〜６００［ｎｍ］の領域において複数の吸収スペクトル
を持っており、当該吸収スペクトル上で第２高調波の発
振周波数を変調させることにより、フォトダイオード４
から出力信号を得るようになっている。
【００１７】ロックイン増幅器５は、フォトダイオード
４の出力信号に基づき微分信号を作成して加算器７へ出
力するようになっており、波形発生装置６は、基準波形
信号をロックイン増幅器５及び加算器７へ出力するよう
になっている。加算器７は、微分信号と基準波形信号と
を加算し、加算信号を半導体励起固体レーザ発生部１へ
供給するようになっている。加算信号は、半導体励起固
体レーザ発生部１の電歪素子２９（後述）の制御に使用
するようになっており、これにより、レーザ光の発振周
波数をヨウ素分子の吸収スペクトルに高精度でロックさ
せるようになっている。
４の出力信号に基づき微分信号を作成して加算器７へ出
力するようになっており、波形発生装置６は、基準波形
信号をロックイン増幅器５及び加算器７へ出力するよう
になっている。加算器７は、微分信号と基準波形信号と
を加算し、加算信号を半導体励起固体レーザ発生部１へ
供給するようになっている。加算信号は、半導体励起固
体レーザ発生部１の電歪素子２９（後述）の制御に使用
するようになっており、これにより、レーザ光の発振周
波数をヨウ素分子の吸収スペクトルに高精度でロックさ
せるようになっている。
【００１８】この場合、ヨウ素分子が有する複数の吸収
スペクトルは、各々の周波数が予め既知の値に設定され
ているため、レーザ光の第２高調波（可視光）の発振周
波数を例えば４００ＧＨｚの周波数範囲で任意のヨウ素
分子の吸収スペクトルに高精度でロックさせることによ
り、複数の発振周波数変化Δｆを高精度で決定すること
ができるようになっている。
スペクトルは、各々の周波数が予め既知の値に設定され
ているため、レーザ光の第２高調波（可視光）の発振周
波数を例えば４００ＧＨｚの周波数範囲で任意のヨウ素
分子の吸収スペクトルに高精度でロックさせることによ
り、複数の発振周波数変化Δｆを高精度で決定すること
ができるようになっている。
【００１９】次に、レーザ光源部Ａの構成を図２に基づ
き詳述すると、レーザ光源部Ａは、半導体レーザ２０
と、レンズ２１，２２と、第１反射ミラー２３と、レー
ザ媒質２４（Ｎｄ：ＹＶＯ4）と、非線形光学結晶２５
（ＫＴＰ結晶）と、非線形光学結晶２５に付設されたペ
ルチェモジュール２６（熱変換素子）と、偏光素子２７
と、第２反射ミラー２８と、第２反射ミラー２８に付設
され，第１及び第２反射ミラー２３，２８間の距離を変
化させて周波数を変更する電歪素子２９とから構成され
ている。この場合、対向状態に配置された１対の第１反
射ミラー２３及び第２反射ミラー２８により共振器を構
成している。
き詳述すると、レーザ光源部Ａは、半導体レーザ２０
と、レンズ２１，２２と、第１反射ミラー２３と、レー
ザ媒質２４（Ｎｄ：ＹＶＯ4）と、非線形光学結晶２５
（ＫＴＰ結晶）と、非線形光学結晶２５に付設されたペ
ルチェモジュール２６（熱変換素子）と、偏光素子２７
と、第２反射ミラー２８と、第２反射ミラー２８に付設
され，第１及び第２反射ミラー２３，２８間の距離を変
化させて周波数を変更する電歪素子２９とから構成され
ている。この場合、対向状態に配置された１対の第１反
射ミラー２３及び第２反射ミラー２８により共振器を構
成している。
【００２０】半導体レーザ２０は、励起光を発射するよ
うになっており、レンズ２１，２２は、当該励起光を屈
折させてレーザ媒質２４上へ照射するようになってい
る。これにより、レーザ媒質２４は、励起光の照射によ
り励起され、共振器内部において基本波を発振するよう
になっている。非線形光学結晶２５は、共振器内部で発
生した基本波を第２高調波（可視光）に変換した後、偏
光素子２７，第２反射ミラー２８，電歪素子２９を介し
て共振器外部のビームスプリッタ２へ発射するようにな
っている。また、ペルチェモジュール２６は、コントロ
ーラ１８の制御に基づき非線形光学結晶２５の温度を変
化させ、電歪素子２９は、電圧の印加により作動し共振
器長を伸縮させることにより発振周波数を変調するよう
になっている。
うになっており、レンズ２１，２２は、当該励起光を屈
折させてレーザ媒質２４上へ照射するようになってい
る。これにより、レーザ媒質２４は、励起光の照射によ
り励起され、共振器内部において基本波を発振するよう
になっている。非線形光学結晶２５は、共振器内部で発
生した基本波を第２高調波（可視光）に変換した後、偏
光素子２７，第２反射ミラー２８，電歪素子２９を介し
て共振器外部のビームスプリッタ２へ発射するようにな
っている。また、ペルチェモジュール２６は、コントロ
ーラ１８の制御に基づき非線形光学結晶２５の温度を変
化させ、電歪素子２９は、電圧の印加により作動し共振
器長を伸縮させることにより発振周波数を変調するよう
になっている。
【００２１】この場合、レーザ光源部Ａの半導体励起固
体レーザ発生部１は、非線形光学結晶２５の複屈折作用
と共振器内部の偏光素子２７の偏光作用とで発振光の周
波数を選択し，且つペルチェモジュール２６により非線
形光学結晶２５の温度を変化させることにより，第２高
調波の周波数を例えば４００ＧＨｚの範囲で連続的に調
節可能とした点と、電歪素子２９に電圧を印加して駆動
し共振器長を伸縮させることにより，発振周波数を変調
可能とした点とを特徴としている。
体レーザ発生部１は、非線形光学結晶２５の複屈折作用
と共振器内部の偏光素子２７の偏光作用とで発振光の周
波数を選択し，且つペルチェモジュール２６により非線
形光学結晶２５の温度を変化させることにより，第２高
調波の周波数を例えば４００ＧＨｚの範囲で連続的に調
節可能とした点と、電歪素子２９に電圧を印加して駆動
し共振器長を伸縮させることにより，発振周波数を変調
可能とした点とを特徴としている。
【００２２】次に、制御部Ｃの構成を図２に基づき詳述
すると、コンピュータ１７は、コントローラ１８を駆動
して半導体励起固体レーザ発生部１において発振周波数
変化Δｆを作成させ、位相計１６により測定した干渉縞
次数変化Δｍに基づきミラー１１とミラー１２との間の
距離Ｄを算出するようになっている。
すると、コンピュータ１７は、コントローラ１８を駆動
して半導体励起固体レーザ発生部１において発振周波数
変化Δｆを作成させ、位相計１６により測定した干渉縞
次数変化Δｍに基づきミラー１１とミラー１２との間の
距離Ｄを算出するようになっている。
【００２３】即ち、本実施例の高精度干渉距離計では、
発振周波数を連続的に約４００ＧＨｚ可変可能な半導体
励起固体レーザを使用することにより、従来の半導体レ
ーザと同様の周波数変化Δｆを得ることができるように
なっている。また、本装置では、ヨウ素セル３内のヨウ
素分子の複数の吸収スペクトルを使用して発振周波数を
高精度でロックすることにより、従来のファブリ・ペロ
ーエタロンを用いた場合と比較し半導体励起固体レーザ
の発振周波数変化Δｆを高精度で決定することができる
ようになっている。更に、本装置では、上記により、半
導体励起固体レーザの周波数ｆをΔｆ変化させて干渉縞
の位相を測定することにより、絶対距離を高精度で測定
することができるようになっている。
発振周波数を連続的に約４００ＧＨｚ可変可能な半導体
励起固体レーザを使用することにより、従来の半導体レ
ーザと同様の周波数変化Δｆを得ることができるように
なっている。また、本装置では、ヨウ素セル３内のヨウ
素分子の複数の吸収スペクトルを使用して発振周波数を
高精度でロックすることにより、従来のファブリ・ペロ
ーエタロンを用いた場合と比較し半導体励起固体レーザ
の発振周波数変化Δｆを高精度で決定することができる
ようになっている。更に、本装置では、上記により、半
導体励起固体レーザの周波数ｆをΔｆ変化させて干渉縞
の位相を測定することにより、絶対距離を高精度で測定
することができるようになっている。
【００２４】次に、上記の如く構成した本実施例の高精
度干渉距離計により距離測定を行う場合について説明す
る。
度干渉距離計により距離測定を行う場合について説明す
る。
【００２５】半導体励起固体レーザ発生部１の半導体レ
ーザ２０から励起光を発射すると、レンズ２１，２２を
介してレーザ媒質２４上へ照射される結果、レーザ媒質
２４が励起され、共振器内部において基本波が発振し、
当該基本波が非線形光学結晶２５により第２高調波（可
視光）へ変換され、偏光素子２７，第２反射ミラー２
８，電歪素子２９を介して共振器外部へ発射される。
ーザ２０から励起光を発射すると、レンズ２１，２２を
介してレーザ媒質２４上へ照射される結果、レーザ媒質
２４が励起され、共振器内部において基本波が発振し、
当該基本波が非線形光学結晶２５により第２高調波（可
視光）へ変換され、偏光素子２７，第２反射ミラー２
８，電歪素子２９を介して共振器外部へ発射される。
【００２６】半導体励起固体レーザ１から発射されたレ
ーザ光は、ビームスプリッタ２により２方向へ分岐さ
れ、ヨウ素セル３とビームコリメータ８とへ入力され
る。ビームコリメータ８へ入力したレーザ光は拡大さ
れ、ビームスプリッタ９により２方向へ分岐された後、
ミラー１０，１１，１２へ入力される。ミラー１０で反
射して戻ってきたレーザ光と，ミラー１１，１２で反射
して戻ってきたレーザ光とは、ビームスプリッタ９で再
度重ねられ干渉縞が形成される。各々の干渉縞の信号
は、フォトダイオード１４，１５により検出され、位相
計１６へ出力される。
ーザ光は、ビームスプリッタ２により２方向へ分岐さ
れ、ヨウ素セル３とビームコリメータ８とへ入力され
る。ビームコリメータ８へ入力したレーザ光は拡大さ
れ、ビームスプリッタ９により２方向へ分岐された後、
ミラー１０，１１，１２へ入力される。ミラー１０で反
射して戻ってきたレーザ光と，ミラー１１，１２で反射
して戻ってきたレーザ光とは、ビームスプリッタ９で再
度重ねられ干渉縞が形成される。各々の干渉縞の信号
は、フォトダイオード１４，１５により検出され、位相
計１６へ出力される。
【００２７】ここで、コンピュータ１７は、ミラー１１
とミラー１２との間の距離Ｄの測定時において、先ず、
ビームスプリッタ９に対するミラー１０とミラー１１と
の光路差ｄ1を、 ２ｄ1＝ｍλ （但し、ｍ：干渉縞次数、λ：レーザ光
の波長） なる式に基づき算出する。この場合、干渉縞次数ｍは整
数項と端数項とにより構成されているが、位相計１６で
測定可能な位相は端数項だけであり整数項が判明しない
ため、上記式だけでは光路差ｄ1を決定することはでき
ない。
とミラー１２との間の距離Ｄの測定時において、先ず、
ビームスプリッタ９に対するミラー１０とミラー１１と
の光路差ｄ1を、 ２ｄ1＝ｍλ （但し、ｍ：干渉縞次数、λ：レーザ光
の波長） なる式に基づき算出する。この場合、干渉縞次数ｍは整
数項と端数項とにより構成されているが、位相計１６で
測定可能な位相は端数項だけであり整数項が判明しない
ため、上記式だけでは光路差ｄ1を決定することはでき
ない。
【００２８】そこで、図１に示した高精度干渉距離計の
光学系を固定した状態で、半導体励起固体レーザ発生部
１から発射したレーザ光の波長λを、λ＋Δλに変化さ
せると、レーザ光の波長変化に伴い、干渉縞次数ｍは、 Δｍ＝２ｄ1｛１／λ−１／（λ＋Δλ）｝ なる式で表わされるΔｍだけ変化する。波長λを周波数
ｆに換算すると、干渉縞次数変化Δｍを、 Δｍ＝２ｄ1・Δｆ／ｃ （但し、ｆ：光周波数、ｃ：
光速度） なる式で表わすことができる。
光学系を固定した状態で、半導体励起固体レーザ発生部
１から発射したレーザ光の波長λを、λ＋Δλに変化さ
せると、レーザ光の波長変化に伴い、干渉縞次数ｍは、 Δｍ＝２ｄ1｛１／λ−１／（λ＋Δλ）｝ なる式で表わされるΔｍだけ変化する。波長λを周波数
ｆに換算すると、干渉縞次数変化Δｍを、 Δｍ＝２ｄ1・Δｆ／ｃ （但し、ｆ：光周波数、ｃ：
光速度） なる式で表わすことができる。
【００２９】他方、半導体励起固体レーザ発生部１から
発射したレーザ光の内，一方のレーザ光が、ビームスプ
リッタ２，ヨウ素セル３，フォトダイオード４を介して
ロックイン増幅器５へ供給されると、ロックイン増幅器
５は、微分信号を作成して加算器７へ出力し、波形発生
装置６は、波形信号をロックイン増幅器５及び加算器７
へ出力する。加算器７は、微分信号と波形信号とを加算
し、加算信号を半導体励起固体レーザ発生部１へ供給す
る。これにより、レーザ光の発振周波数をヨウ素分子の
吸収スペクトルに高精度でロックさせることにより、複
数の発振周波数変化Δｆを高精度で決定する。
発射したレーザ光の内，一方のレーザ光が、ビームスプ
リッタ２，ヨウ素セル３，フォトダイオード４を介して
ロックイン増幅器５へ供給されると、ロックイン増幅器
５は、微分信号を作成して加算器７へ出力し、波形発生
装置６は、波形信号をロックイン増幅器５及び加算器７
へ出力する。加算器７は、微分信号と波形信号とを加算
し、加算信号を半導体励起固体レーザ発生部１へ供給す
る。これにより、レーザ光の発振周波数をヨウ素分子の
吸収スペクトルに高精度でロックさせることにより、複
数の発振周波数変化Δｆを高精度で決定する。
【００３０】即ち、発振周波数変化Δｆは、半導体励起
固体レーザ発生部１により高精度で決定されているた
め、位相計１６により各干渉縞信号に基づき干渉縞次数
変化Δｍを測定すれば、ビームスプリッタ９に対するミ
ラー１０とミラー１１との光路差ｄ1を、 ｄ1＝Δｍ・ｃ／２Δｆ なる式に基づき算出することができる。
固体レーザ発生部１により高精度で決定されているた
め、位相計１６により各干渉縞信号に基づき干渉縞次数
変化Δｍを測定すれば、ビームスプリッタ９に対するミ
ラー１０とミラー１１との光路差ｄ1を、 ｄ1＝Δｍ・ｃ／２Δｆ なる式に基づき算出することができる。
【００３１】更に、コンピュータ１７は、ビームスプリ
ッタ９に対するミラー１０とミラー１２との光路差ｄ2
を、上述したようなビームスプリッタ９に対するミラー
１０とミラー１１との光路差ｄ１の算出手順と同様の手
順で算出する。そして、コンピュータ１７は、ミラー１
１とミラー１２との間の距離Ｄを、 Ｄ＝ｄ2−ｄ1 なる式に基づき算出する。この後、コンピュータ１７に
付設した表示部（ディスプレイ）や印字部（プリンタ）
等に、上記算出した測定距離Ｄを出力すれば、測定者は
測定距離Ｄを把握することができる。以上の距離測定処
理により、２点間（ミラー１１とミラー１２との間）の
距離が測定されることとなる。
ッタ９に対するミラー１０とミラー１２との光路差ｄ2
を、上述したようなビームスプリッタ９に対するミラー
１０とミラー１１との光路差ｄ１の算出手順と同様の手
順で算出する。そして、コンピュータ１７は、ミラー１
１とミラー１２との間の距離Ｄを、 Ｄ＝ｄ2−ｄ1 なる式に基づき算出する。この後、コンピュータ１７に
付設した表示部（ディスプレイ）や印字部（プリンタ）
等に、上記算出した測定距離Ｄを出力すれば、測定者は
測定距離Ｄを把握することができる。以上の距離測定処
理により、２点間（ミラー１１とミラー１２との間）の
距離が測定されることとなる。
【００３２】上述したように、本実施例の高精度干渉距
離計によれば、第２高調波の発振周波数を連続的に約４
００ＧＨｚ可変可能な半導体励起固体レーザを使用して
いるため、従来の半導体レーザと同様の発振周波数変化
Δｆを得ることができる。また、ヨウ素セル３内のヨウ
素分子の複数の吸収スペクトルを使用して第２高調波の
発振周波数を高精度でロックしているため、従来のファ
ブリ・ペローエタロンを用いた場合と比較し半導体励起
固体レーザの発振周波数変化Δｆを高精度で決定するこ
とができる。更に、半導体励起固体レーザの発振周波数
ｆをΔｆ変化させて干渉縞の位相を測定するため、絶対
距離を高精度で測定することができる。
離計によれば、第２高調波の発振周波数を連続的に約４
００ＧＨｚ可変可能な半導体励起固体レーザを使用して
いるため、従来の半導体レーザと同様の発振周波数変化
Δｆを得ることができる。また、ヨウ素セル３内のヨウ
素分子の複数の吸収スペクトルを使用して第２高調波の
発振周波数を高精度でロックしているため、従来のファ
ブリ・ペローエタロンを用いた場合と比較し半導体励起
固体レーザの発振周波数変化Δｆを高精度で決定するこ
とができる。更に、半導体励起固体レーザの発振周波数
ｆをΔｆ変化させて干渉縞の位相を測定するため、絶対
距離を高精度で測定することができる。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の高精度干
渉距離計によれば、半導体励起固体レーザの第２高調波
の発振周波数を所定周波数範囲内で連続的に可変設定し
ているため、従来の半導体レーザと同様の発振周波数変
化を得ることができ、また、半導体励起固体レーザの第
２高調波の発振周波数をヨウ素セル内のヨウ素分子の複
数の吸収スペクトルに高精度でロックしているため、従
来のファブリ・ペローエタロンを用いた場合と比較し半
導体励起固体レーザの発振周波数変化を高精度で決定す
ることができ、更に、半導体励起固体レーザの第２高調
波の発振周波数を所定周波数範囲内で連続的に可変設定
して干渉縞の位相を測定するため、２点間の絶対距離を
高精度で測定することができる、という極めて顕著な効
果を奏することができる。
渉距離計によれば、半導体励起固体レーザの第２高調波
の発振周波数を所定周波数範囲内で連続的に可変設定し
ているため、従来の半導体レーザと同様の発振周波数変
化を得ることができ、また、半導体励起固体レーザの第
２高調波の発振周波数をヨウ素セル内のヨウ素分子の複
数の吸収スペクトルに高精度でロックしているため、従
来のファブリ・ペローエタロンを用いた場合と比較し半
導体励起固体レーザの発振周波数変化を高精度で決定す
ることができ、更に、半導体励起固体レーザの第２高調
波の発振周波数を所定周波数範囲内で連続的に可変設定
して干渉縞の位相を測定するため、２点間の絶対距離を
高精度で測定することができる、という極めて顕著な効
果を奏することができる。
【図１】本発明を適用した本実施例の高精度干渉距離計
の構成を示すブロック図である。
の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に開示した半導体励起固体レーザ発生部の
詳細構成を示すブロック図である。
詳細構成を示すブロック図である。
１ 半導体励起固体レーザ発生部 ２ 分岐部としてのビームスプリッタ ３ ヨウ素セル ５ 周波数制御部としてのロックイン増幅器 ６ 周波数制御部としての波形発生装置 ７ 周波数制御部としての加算器 １０ 補助反射鏡としてのミラー １１ 始点側反射鏡としてのミラー １２ 終点側反射鏡としてのミラー １６ 位相計 １７ コントローラ １８ 距離算出部としてのコンピュータ ２０ 半導体レーザ Ａ レーザ光源部 Ａ１ 周波数制御部 Ｂ 干渉計 Ｂ１ 干渉縞信号出力部 Ｂ２ 位相測定部 Ｃ 制御部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森本 弘之 神奈川県横浜市緑区桜並木２番１号 ス ズキ株式会社技術研究所内 審査官 岡田 卓弥 (56)参考文献 特開 平３−154801（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01B 9/00 - 11/30 102
Claims (2)
- 【請求項１】 始点側反射鏡及び終点側反射鏡を備え、 前記各反射鏡へ向けて各々発射されるレーザ光に基づ
き，当該各反射鏡からの反射波により干渉縞を形成して
干渉縞信号を出力する干渉縞信号出力部と、 該干渉縞信号出力部から出力された干渉縞信号に基づ
き，干渉縞の位相を測定する位相測定部と、 該位相測定部により測定した干渉縞の位相に基づき，前
記始点側反射鏡と前記終点側反射鏡との間の距離を算出
する距離算出部とを具備した高精度干渉距離計におい
て、 半導体レーザを有し，当該半導体レーザから発した励起
光に基づき基本波を発振させ当該基本波を第２高調波に
変換して発射すると共に，当該第２高調波の発振周波数
を所定周波数範囲内で連続的に可変設定する半導体励起
固体レーザ発生部と、 該半導体励起固体レーザ発生部から発射した第２高調波
を二方向へ分岐する分岐部と、 該分岐部により分岐した一方の第２高調波が入力される
ヨウ素ガスを満たしたヨウ素セルとを装備し、 前記分岐部により分岐した他方の第２高調波の発振周波
数を，前記所定周波数範囲内で，前記ヨウ素セル内のヨ
ウ素分子が有する異なる周波数の複数の吸収スペクトル
にロックさせるように前記半導体励起固体レーザ発生部
を制御する周波数制御部を具備したことを特徴とする高
精度干渉距離計。 - 【請求項２】 前記周波数制御部が、前記ヨウ素セルの
出力に基づき微分信号を生成するロックイン増幅器と，
基準波形信号を発生する波形発生部と，前記微分信号と
前記基準波形信号とを加算して周波数制御信号を生成し
当該周波数制御信号を前記半導体励起固体レーザ発生部
へ出力する周波数制御機能を有する加算器とを備えたこ
とを特徴とする請求項１記載の高精度干渉距離計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09226493A JP3254477B2 (ja) | 1993-03-26 | 1993-03-26 | 高精度干渉距離計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09226493A JP3254477B2 (ja) | 1993-03-26 | 1993-03-26 | 高精度干渉距離計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0712509A JPH0712509A (ja) | 1995-01-17 |
| JP3254477B2 true JP3254477B2 (ja) | 2002-02-04 |
Family
ID=14049550
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09226493A Expired - Lifetime JP3254477B2 (ja) | 1993-03-26 | 1993-03-26 | 高精度干渉距離計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3254477B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006275910A (ja) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | Canon Inc | 位置センシング装置及び位置センシング方法 |
| KR100951618B1 (ko) * | 2008-02-19 | 2010-04-09 | 한국과학기술원 | 광주파수 발생기를 이용한 절대거리 측정방법 및 시스템 |
| CN113009500B (zh) * | 2021-03-01 | 2023-06-20 | 北京瑞荧仪器科技有限公司 | 扫频干涉测距系统 |
| CN114488199B (zh) * | 2022-02-16 | 2024-03-26 | 浙江大学 | 一种高光谱分辨率激光雷达的半导体种子激光器锁频系统 |
-
1993
- 1993-03-26 JP JP09226493A patent/JP3254477B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0712509A (ja) | 1995-01-17 |
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