JP6512917B2 - Tracking laser interferometer and return method of tracking laser interferometer - Google Patents

Tracking laser interferometer and return method of tracking laser interferometer Download PDF

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Description

本発明は、追尾式レーザ干渉計および追尾式レーザ干渉計の復帰方法に関する。   The present invention relates to a tracking laser interferometer and a return method of the tracking laser interferometer.

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として、特許文献1〜3に記載のものがある。以下、特許文献1に記載されているホモダイン式のマイケルソン型のレーザ干渉計を使用した場合について、図1〜図3を参照して説明する。図1は、従来の追尾式レーザ干渉計の全体構成斜視図、図2は従来の追尾式レーザ干渉計の上面視図、図3は従来の干渉計部分の概略構成図をそれぞれ示す。   As tracking type laser interferometers for measuring displacement and position of a moving body with high accuracy while tracking the moving body, there are ones described in Patent Documents 1 to 3. Hereinafter, the case where a homodyne-type Michelson-type laser interferometer described in Patent Document 1 is used will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. 1 is a perspective view showing the entire configuration of a conventional tracking type laser interferometer, FIG. 2 is a top view of the conventional tracking type laser interferometer, and FIG. 3 is a schematic configuration view of the conventional interferometer portion.

図1に示すように、特許文献1の追尾式レーザ干渉計は、光源部100と、本体部200と、レトロリフレクタ300と、回路部400と、PC500とを備える。   As shown in FIG. 1, the tracking type laser interferometer of Patent Document 1 includes a light source unit 100, a main body unit 200, a retroreflector 300, a circuit unit 400, and a PC 500.

光源部100は、周波数安定化He−Neレーザ光源101と、レンズ102と、光ファイバ103とを有する。   The light source unit 100 has a frequency stabilized He—Ne laser light source 101, a lens 102, and an optical fiber 103.

本体部200は、キャリッジ201と、基準球202と、変位計203と、干渉計204と、仰角用モータ205と、方位角用モータ206と、方位角回転部207と、を備える。2軸回転機構は、基準球202を中心に、方位角方向に回転する方位角回転機構および仰俯角方向に回転する仰俯角回転機構を備えている。仰俯角回転機構は、キャリッジ201と、仰俯角用モータ205と、を含んで構成される。方位角回転機構は、方位角用モータ206と、方位角回転部207と、を含んで構成される。干渉計204は、仰俯角回転機構に配置される。また、測定部が、変位計203と、干渉計204と、を含んで構成される。ベース上に2軸回転機構の各構成要素が固定され、2軸回転機構上には測定部の各構成要素が固定されている。そして基準球202はベースに固定されて、基準球202の中心が2軸回転機構の回転中心と同一となっている。   The main body unit 200 includes a carriage 201, a reference sphere 202, a displacement gauge 203, an interferometer 204, an elevation angle motor 205, an azimuth angle motor 206, and an azimuth rotation unit 207. The two-axis rotation mechanism includes an azimuth rotation mechanism rotating in an azimuth direction about a reference sphere 202 and a supination rotation mechanism rotating in a supination direction. The supine angle rotation mechanism includes a carriage 201 and a supine angle motor 205. The azimuth rotation mechanism includes an azimuth motor 206 and an azimuth rotation unit 207. The interferometer 204 is disposed in the supine-angle rotation mechanism. Further, the measurement unit is configured to include the displacement meter 203 and the interferometer 204. Each component of the biaxial rotating mechanism is fixed on the base, and each component of the measuring unit is fixed on the biaxial rotating mechanism. The reference sphere 202 is fixed to the base, and the center of the reference sphere 202 is the same as the rotation center of the two-axis rotation mechanism.

回路部400は、信号処理回路401〜403と、モータ駆動回路404、405とを備えている。   The circuit unit 400 includes signal processing circuits 401 to 403 and motor drive circuits 404 and 405.

図2に示すように、特許文献1の追尾式レーザ干渉計は、基準球202とレトロリフレクタ300の間の距離の変化量ΔL(ΔL1+ΔL2)を、干渉計204および変位計203を用いて測定する。   As shown in FIG. 2, the tracking type laser interferometer of Patent Document 1 measures the change amount ΔL (ΔL1 + ΔL2) of the distance between the reference sphere 202 and the retroreflector 300 using the interferometer 204 and the displacement meter 203. .

図3に示すように、干渉計204は、コリメータレンズ222と、偏光ビームスプリッタ(PBS)230と、無偏向ビームスプリッタ(NPBS)236と、光位置検出器238と、平面鏡270と、光検出器272と、を備えている。光位置検出器238は、例えば、2次元PSD(Position Sensing Detector)もしくは4分割PD(QPD:Quadrant Photo diode)である。   As shown in FIG. 3, the interferometer 204 includes a collimator lens 222, a polarization beam splitter (PBS) 230, a non-deflection beam splitter (NPBS) 236, an optical position detector 238, a plane mirror 270, and a photodetector. 272, and. The light position detector 238 is, for example, a two-dimensional PSD (Position Sensing Detector) or a four-split PD (QPD).

以下、動作について図1から図3を用いて説明する。
干渉計204に入射するレーザビームは、周波数安定化He−Neレーザ光源101から出射され、レンズ102と光ファイバ103を介して干渉計204に入射する。干渉計204に入射したレーザビームはPBS230によって2つに分割され、一方が測長のための参照光として使用され、他方はレトロリフレクタ300に向けて出射される。レトロリフレクタ300に向けて出射されたレーザビーム104はレトロリフレクタ300で反射した後、再び干渉計204に入射する。干渉計204に再入射したレーザビーム104は、NPBS236によって2つに分割され、一方は測定光として前記参照光と干渉する。この干渉光の強度変化を光検出器272で検出し、信号処理回路401で処理して、PC500を用いてレトロリフレクタ300と干渉計204との間の変位ΔL1を計測する(図2を参照。)。
The operation will be described below with reference to FIGS. 1 to 3.
The laser beam incident on the interferometer 204 is emitted from the frequency stabilized He—Ne laser light source 101, and is incident on the interferometer 204 via the lens 102 and the optical fiber 103. The laser beam incident on the interferometer 204 is split into two by the PBS 230, one of which is used as a reference beam for length measurement, and the other is emitted toward the retroreflector 300. The laser beam 104 emitted toward the retroreflector 300 is reflected by the retroreflector 300 and then enters the interferometer 204 again. The laser beam 104 re-incident on the interferometer 204 is split into two by the NPBS 236, one of which interferes with the reference beam as a measurement beam. The intensity change of the interference light is detected by the light detector 272, processed by the signal processing circuit 401, and the displacement ΔL1 between the retroreflector 300 and the interferometer 204 is measured using the PC 500 (see FIG. 2). ).

変位計203は静電容量式変位計若しくは渦電量式変位計であり、基準球202との変位を検出し、信号処理回路402で処理して、PC500を用いて基準球202と変位計203との間の変位ΔL2を計測する(図2を参照。)。PC500上でΔL1とΔL2とを加算することで、レトロリフレクタ300と基準球202との間の変位ΔLを求めることができる(図2を参照。)。   The displacement meter 203 is a capacitive displacement meter or an eddy displacement meter, detects displacement with the reference sphere 202, processes it with the signal processing circuit 402, and uses the PC 500 to detect the reference sphere 202, the displacement gauge 203, and the like. Measure the displacement ΔL2 between (see FIG. 2). By adding ΔL1 and ΔL2 on the PC 500, the displacement ΔL between the retroreflector 300 and the reference sphere 202 can be determined (see FIG. 2).

一方、NPBS236によって2つに分割されたもう一方のレーザビーム104は、レトロリフレクタ300に入射するレーザビーム104の光軸とレトロリフレクタ300の中心位置との間の距離(以下、トラッキングエラー量ΔTrと呼ぶ)を検出することができる光位置検出器238に入射する。ここで、光位置検出器238は、ΔTrを直交する2方向の成分に分けて測定することができる。例えば、図1に示すように、干渉計204から出射するレーザビーム104の光軸をZ軸として、Z軸に垂直で水平方向の軸をX軸、Z軸およびX軸と直交する軸をY軸としたときに、光位置検出器238はΔTrのX方向成分ΔTrXと、Y軸方向成分ΔTrYとを検出することができる。そのため、ΔTrXおよびΔTrYに応じた信号を、信号処理回路403を介してPC500に取り込み、ΔTrXおよびΔTrYの値に応じた制御信号をモータ駆動回路404、405に与える。与えられた制御信号に従い、モータ駆動回路404、405は仰俯角用モータ205と、方位角用モータ206とを駆動し、キャリッジ201を仰俯角方向と方位角方向に回転させて、レトロリフレクタ300の中心位置と干渉計204から出射するレーザの光軸とが一致するように制御をしてトラッキングを行う。   On the other hand, the other laser beam 104 split into two by NPBS 236 is the distance between the optical axis of laser beam 104 incident on retroreflector 300 and the center position of retroreflector 300 (hereinafter referred to as tracking error amount ΔTr Incident upon a light position detector 238 that can detect Here, the light position detector 238 can measure ΔTr by dividing it into components in two orthogonal directions. For example, as shown in FIG. 1, with the optical axis of the laser beam 104 emitted from the interferometer 204 as the Z axis, an axis perpendicular to the Z axis and in the horizontal direction is the X axis and an axis orthogonal to the Z axis and the X axis is Y As an axis, the light position detector 238 can detect an X-direction component ΔTrX of ΔTr and a Y-axis direction component ΔTrY. Therefore, signals corresponding to ΔTrX and ΔTrY are taken into PC 500 through signal processing circuit 403, and control signals according to the values of ΔTrX and ΔTrY are applied to motor drive circuits 404 and 405. According to the given control signal, the motor drive circuits 404 and 405 drive the supine angle motor 205 and the azimuth angle motor 206 to rotate the carriage 201 in the supine angle direction and the azimuth angle direction, and the retroreflector 300 is rotated. Control is performed so that the center position and the optical axis of the laser emitted from the interferometer 204 coincide with each other and tracking is performed.

特開2007−057522号公報Japanese Patent Application Publication No. 2007-057522 特許第2603429号公報Patent No. 2603429 gazette 米国特許第6147748号公報U.S. Pat. No. 6,147,748

しかしながら、上記特許文献1に記載の発明に代表される従来のホモダイン式の追尾式レーザ干渉計は、干渉計204とレトロリフレクタ300との間の障害物の存在などによりレーザ光が遮断されたときや、その他の理由によりレーザ光が遮断されたときには、レトロリフレクタ300の位置を追尾できなくなることがある。この場合、干渉計204を有する本体部200の位置からレーザビーム104をレトロリフレクタ300に照射でき、且つ、干渉計204内にある光位置検出器238がレトロリフレクタ300からの反射光を検出可能となるように、作業者が追尾式レーザ干渉計のところまで行き、レトロリフレクタ300の位置、あるいはレーザ干渉計204から出射されるレーザの出射方向のどちらかを調整する必要がある。また、この作業は、手動で行うために、その際の人体の移動による温度変化や振動とごみの発生などが測定環境を変化させる要因となり、高精度な測定には都合の悪いものとなる。そして、追尾式レーザ干渉計を設置後、初期調整作業をして測定を開始する際にも手動で行うために、同様の課題を有している。   However, in the conventional homodyne tracking type laser interferometer represented by the invention described in Patent Document 1, when the laser light is blocked due to the presence of an obstacle between the interferometer 204 and the retroreflector 300, etc. When the laser beam is blocked due to other reasons, the position of the retro reflector 300 may not be tracked. In this case, the laser beam 104 can be irradiated to the retroreflector 300 from the position of the main body 200 having the interferometer 204, and the light position detector 238 in the interferometer 204 can detect the reflected light from the retroreflector 300. Thus, it is necessary for the operator to go to the tracking laser interferometer and adjust either the position of the retro reflector 300 or the emission direction of the laser emitted from the laser interferometer 204. In addition, since this work is performed manually, temperature changes due to the movement of the human body at that time, vibrations and the generation of dust, etc. cause changes in the measurement environment, which is inconvenient for high precision measurement. Then, after installing the tracking type laser interferometer, the same problem occurs in order to manually perform the initial adjustment work and start the measurement.

そして、このような状況は特許文献1に特有なものではなく、特許文献2および3にも共通するという問題点を有していた。   And such a situation was not peculiar to Patent Document 1, and had the problem of being common to Patent Documents 2 and 3.

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、追尾式レーザ干渉計において、レーザ光が遮断される等の理由により追尾できなくなったときに追尾を自動的に復帰可能とする、あるいは、測定開始時に初期調整作業の自動化を可能とする追尾式レーザ干渉計およびその復帰方法を提供することを課題とする。   The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and in the tracking type laser interferometer, it is possible to automatically return the tracking when the tracking can not be performed because the laser light is blocked or the like. Alternatively, it is an object of the present invention to provide a tracking type laser interferometer which enables automation of initial adjustment work at the start of measurement and a method of returning the same.

本発明の一形態に係る追尾式レーザ干渉計は、被測定体であるレトロリフレクタに向けてレーザ光を照射し、前記レーザ光と該レトロリフレクタによって戻り方向に反射されたレーザ光との干渉を利用してレトロリフレクタの変位を検出すると共に、前記反射されたレーザ光の光軸の位置の変化を用いて2軸回転機構によりトラッキングを行うようにした追尾式レーザ干渉計において、入射されるレーザビームを所定の面に沿って拡散させた拡散レーザ光を出射し、かつ、前記2軸回転機構のうち1軸の回転動作が可能な光学ユニット、を備えるものである。   A tracking type laser interferometer according to an embodiment of the present invention irradiates a laser beam toward a retroreflector which is an object to be measured, and causes interference between the laser beam and a laser beam reflected in the return direction by the retroreflector. In the tracking type laser interferometer, the displacement is detected using the retroreflector, and tracking is performed by the two-axis rotation mechanism using the change in the position of the optical axis of the reflected laser light. And an optical unit capable of emitting a diffused laser beam in which a beam is diffused along a predetermined plane, and capable of rotating one axis of the two-axis rotating mechanism.

また、前記光学ユニットは、前記2軸回転機構のうち前記所定の面に垂直な軸と直交する軸の回転動作に連動可能である、ようにしてもよい。   Further, the optical unit may be interlocked with the rotation operation of an axis orthogonal to an axis perpendicular to the predetermined surface in the two-axis rotation mechanism.

さらにまた、前記レーザビームの光軸は、前記所定の面と平行である、ようにしてもよい。   Furthermore, the optical axis of the laser beam may be parallel to the predetermined plane.

また、前記2軸回転機構は、方位角方向に回転可能な方位角回転機構および仰俯角方向に回転可能な仰俯角回転機構を備え、前記方位角回転機構は、方位角用モータと、当該方位角用モータにより回転される方位角回転部と、を備え、前記光学ユニットは、前記方位角回転部の、前記仰俯角回転機構により俯角方向に回転させた場合に前記レーザビームが入射される位置に取付けられる、ようにしてもよい。   Further, the two-axis rotation mechanism includes an azimuth rotation mechanism capable of rotating in an azimuth direction and an elevation rotation mechanism capable of rotation in a supine direction, and the azimuth rotation mechanism includes an azimuth motor and the azimuth. An azimuth rotation unit rotated by a corner motor, and the optical unit is a position at which the laser beam is incident when it is rotated in a depression angle direction by the elevation rotation mechanism of the azimuth rotation unit. It may be attached to

さらにまた、前記光学ユニットは、前記レーザビームを反射させる反射ミラーと、当該反射ミラーにより反射されたレーザビームを拡散して前記拡散レーザ光として照射するシリンドリカルレンズと、を備えるようにしてもよい。   Furthermore, the optical unit may include a reflection mirror that reflects the laser beam, and a cylindrical lens that diffuses the laser beam reflected by the reflection mirror and emits the diffused laser light as the diffused laser light.

本発明の他の一形態に係る追尾式レーザ干渉計の復帰方法は、被測定体であるレトロリフレクタに向けてレーザ光を照射し、前記レーザ光と該レトロリフレクタによって戻り方向に反射されたレーザ光との干渉を利用してレトロリフレクタの変位を検出すると共に、前記反射されたレーザ光の光軸の位置の変化を用いて2軸回転機構によりトラッキングを行うようにした追尾式レーザ干渉計において、前記トラッキングの制御がされていない場合に、前記2軸回転機構上に設けられた光照射体から、前記反射されたレーザ光の光軸を含む面に沿って拡散する拡散レーザ光を出射して、該2軸回転機構のうちの所定の面に垂直な軸と直交する軸を中心として回転運動を行い、光学ユニットから、入射されるレーザビームを拡散させた前記拡散レーザ光を照射して、前記2軸回転機構のうち1軸を中心として回転運動を行い、前記レーザビームと前記反射されたレーザ光との干渉を検出する干渉計において前記拡散レーザ光を検出することにより、トラッキングの制御可能となる第1の回転角度を求めて、前記所定の面に垂直な軸と直交する軸を中心とする回転で第1の回転角度に移動し、前記第1の回転角度を維持したまま、残りの軸について回転運動を行い、前記反射されたレーザ光を検出することにより、トラッキングの制御可能となる第2の回転角度を求めて、前記残りの軸を中心とする回転で第2の回転角度に移動することで、前記トラッキングの制御を可能とするものである。   A return method of a tracking type laser interferometer according to another aspect of the present invention irradiates a laser beam toward a retroreflector which is an object to be measured, and a laser reflected in the return direction by the laser beam and the retroreflector In a tracking type laser interferometer in which displacement of a retroreflector is detected using interference with light and tracking is performed by a two-axis rotation mechanism using a change in position of an optical axis of the reflected laser light. The light irradiator provided on the two-axis rotation mechanism emits diffused laser light diffused along a plane including the optical axis of the reflected laser light when the tracking control is not performed. A diffusion movement in which the laser beam incident from the optical unit is diffused, wherein the rotational movement is performed about an axis orthogonal to an axis perpendicular to a predetermined plane of the two-axis rotation mechanism. The interferometer emits a laser beam to perform rotational movement about one axis of the two-axis rotational mechanism, and detects the diffused laser beam in an interferometer that detects interference between the laser beam and the reflected laser beam. Thus, a first rotation angle at which tracking can be controlled is determined, and the first rotation angle is moved by rotation about an axis perpendicular to the axis perpendicular to the predetermined plane, and the first rotation is performed. While maintaining the angle, by performing rotational movement with respect to the remaining axes and detecting the reflected laser beam, a second rotation angle that enables tracking control is determined to be centered on the remaining axes. By moving to a second rotation angle by rotation, it is possible to control the tracking.

また、前記光学ユニットは、前記2軸回転機構のうち前記所定の面に垂直な軸と直交する軸を中心として回転運動を行う、ようにしてもよい。   Further, the optical unit may perform rotational movement about an axis orthogonal to an axis perpendicular to the predetermined surface in the two-axis rotation mechanism.

さらにまた、前記レーザビームの光軸は、前記所定の面と平行である、ようにしてもよい。   Furthermore, the optical axis of the laser beam may be parallel to the predetermined plane.

また、前記2軸回転機構は、方位角方向に回転可能な方位角回転機構および仰俯角方向に回転可能な仰俯角回転機構を備え、前記方位角回転機構は、方位角用モータと、当該方位角用モータにより回転される方位角回転部と、を備え、前記光学ユニットは、前記方位角回転部に取付けられ、前記トラッキングの制御がされていない場合に、前記仰俯角回転機構により俯角方向に回転させて、前記レーザビームを前記光学ユニットに入射させる、ようにしてもよい。   Further, the two-axis rotation mechanism includes an azimuth rotation mechanism capable of rotating in an azimuth direction and an elevation rotation mechanism capable of rotation in a supine direction, and the azimuth rotation mechanism includes an azimuth motor and the azimuth. An azimuth rotation unit rotated by a corner motor, wherein the optical unit is attached to the azimuth rotation unit, and when the tracking control is not performed, the elevation unit rotates in the depression angle direction by the elevation rotation mechanism. The laser beam may be rotated to be incident on the optical unit.

さらにまた、前記光学ユニットは、前記レーザビームを反射させる反射ミラーと、当該反射ミラーにより反射されたレーザビームを拡散して前記拡散レーザ光として照射するシリンドリカルレンズと、を備えるようにしてもよい。   Furthermore, the optical unit may include a reflection mirror that reflects the laser beam, and a cylindrical lens that diffuses the laser beam reflected by the reflection mirror and emits the diffused laser light as the diffused laser light.

本発明によれば、レーザ光が遮断される等の理由により追尾できなくなったときに、手作業によることなく、追尾を自動的に復帰させることが可能である。また、測定開始時に初期調整作業を自動的に行うことが可能である。   According to the present invention, it is possible to automatically restore tracking without manual operation when tracking can not be performed because the laser beam is blocked. In addition, it is possible to automatically perform an initial adjustment operation at the start of measurement.

従って、人の介在による環境変動を避けることができるため、より高精度で、安定な測定が可能となる。   Therefore, environmental changes due to human intervention can be avoided, and more accurate and stable measurement is possible.

従来の追尾式レーザ干渉計の全体構成斜視図である。It is a whole structure perspective view of the conventional tracking-type laser interferometer. 従来の追尾式レーザ干渉計の上面視図である。It is a top view of the conventional tracking-type laser interferometer. 従来の干渉計部分の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the conventional interferometer part. 本発明の第1実施形態に係る追尾式レーザ干渉計の全体構成斜視図である。FIG. 1 is an overall configuration perspective view of a tracking laser interferometer according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係る光学ユニットの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the optical unit concerning a 1st embodiment of the present invention.

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載および図面は、適宜、簡略化されている。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the attached drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments. Further, in order to clarify the explanation, the following description and the drawings are simplified as appropriate.

<実施の形態1>
図4および図5を参照して、本発明の第1実施形態について説明する。図4は本実施形態に係る追尾式レーザ干渉計の全体構成斜視図、図5は本実施形態における光学ユニットの概略構成図をそれぞれ示している。
Embodiment 1
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. 4 is an overall configuration perspective view of a tracking type laser interferometer according to the present embodiment, and FIG. 5 is a schematic configuration view of an optical unit in the present embodiment.

図4に示すように、本実施形態は、従来のホモダイン式の追尾式レーザ干渉計の主要構成要素である、光源部100と、本体部200と、レトロリフレクタ300と、回路部400と、PC500において、本実施形態の特徴的な要素である光学ユニット600が本体部200に加わる。以下、従来の構成要素については説明を省略するが、上記要素の機能と従来の構成要素の変更について説明する。   As shown in FIG. 4, this embodiment is a main component of a conventional homodyne tracking type laser interferometer, a light source unit 100, a main unit 200, a retroreflector 300, a circuit unit 400, and a PC 500. In the above, the optical unit 600, which is a characteristic element of the present embodiment, is added to the main body 200. Hereinafter, although the description of the conventional components is omitted, the functions of the above-described elements and the changes of the conventional components will be described.

光学ユニット600は、図4に示すように、2軸回転機構の構成要素である方位角回転部207に取付けられている。光学ユニット600は、キャリッジ201を俯角方向に回転させた場合に干渉計204からのレーザビーム104が入射されるように、干渉計204の前方側の位置に配置されている。光学ユニット600は、入射される平行光線であるレーザビーム104を所定の面に沿って拡散させ、拡散したレーザ光を拡散レーザ光700として出射する。この例では、拡散レーザ光700は、Z軸に平行な面に沿って拡散したレーザ光である。拡散レーザ光700は、所定の面内で拡散するため、概ね扇形形状に拡散したレーザ光となる。光学ユニット600は、入射されるレーザビーム104の光軸と、出射する拡散レーザ光700とが同一平面上に位置するように、拡散レーザ光700を照射する。   The optical unit 600 is attached to an azimuth angle rotation unit 207 which is a component of the two-axis rotation mechanism, as shown in FIG. The optical unit 600 is disposed at a position on the front side of the interferometer 204 so that the laser beam 104 from the interferometer 204 is incident when the carriage 201 is rotated in the depression angle direction. The optical unit 600 diffuses the incident parallel laser beam 104 along a predetermined plane, and emits the diffused laser beam as the diffused laser beam 700. In this example, the diffused laser beam 700 is a laser beam diffused along a plane parallel to the Z axis. The diffused laser beam 700 is diffused in a predetermined plane, so that the diffused laser beam 700 becomes a laser beam diffused in a substantially fan shape. The optical unit 600 emits the diffused laser beam 700 so that the optical axis of the incident laser beam 104 and the emitted diffused laser beam 700 are located on the same plane.

仰俯角用モータ205を回転させてキャリッジ201を俯角方向に回転させ、キャリッジ201を所定の仰俯角に維持させる。このとき、干渉計204からのレーザビーム104が光学ユニット600へ入射される。干渉計204からのレーザビーム104が光学ユニット600を通過すると、光学ユニット600から拡散状レーザ光700が出射される。   The motor 205 for supine angle is rotated to rotate the carriage 201 in the depression angle direction, and the carriage 201 is maintained at a predetermined supine angle. At this time, the laser beam 104 from the interferometer 204 is incident on the optical unit 600. When the laser beam 104 from the interferometer 204 passes through the optical unit 600, the diffused laser beam 700 is emitted from the optical unit 600.

そして、光学ユニット600は方位角回転部207に取付けられているので、拡散レーザ光700の回転は方位角用モータ206の回転に連動、即ち、Y軸周りの回転動作に連動する。従って、方位角用モータ206を回転させることにより、拡散レーザ光700を方位角方向に効率的に回転して照射することが可能になる。   Since the optical unit 600 is attached to the azimuth angle rotation unit 207, the rotation of the diffusion laser beam 700 is interlocked with the rotation of the azimuth angle motor 206, that is, interlocked with the rotational movement around the Y axis. Therefore, by rotating the azimuth angle motor 206, it is possible to efficiently rotate and irradiate the diffused laser light 700 in the azimuth angle direction.

キャリッジ201を所定の仰俯角に維持させた状態のまま、拡散レーザ光700を方位角方向に回転させることで、光学ユニット600の前方の領域に対して拡散レーザ光700を照射する。拡散レーザ光700を照射している間に、拡散レーザ光700の一部がレトロリフレクタ300に照射された場合、その拡散レーザ光700の一部がレトロリフレクタ300により反射され、反射されたレーザビーム(レーザ光)として、光学ユニット600に戻って入射される。このため、拡散レーザ光700をある方位角方向に回転させた時に、拡散レーザ光700の一部であるレーザビームが光学ユニット600に戻って入射された場合には、その時の拡散レーザ光700の方位から、レトロリフレクタ300が存在するおおよその方位を容易に把握することができる。   By rotating the diffusion laser beam 700 in the azimuthal direction while maintaining the carriage 201 at a predetermined supine angle, the diffusion laser beam 700 is irradiated to the area in front of the optical unit 600. When a part of the diffused laser light 700 is irradiated to the retroreflector 300 while the diffused laser light 700 is irradiated, a part of the diffused laser light 700 is reflected by the retroreflector 300 and the reflected laser beam As (laser light), the light returns to the optical unit 600 and is incident. For this reason, when the diffused laser beam 700 is rotated in a certain azimuth direction, if the laser beam which is a part of the diffused laser beam 700 is returned to the optical unit 600 and is incident, From the orientation, the approximate orientation in which the retroreflector 300 is present can be easily grasped.

図5を参照して、光学ユニット600について説明する。なお、図5では、理解を容易とするために、キャリッジ201、干渉計204、光学ユニット600、拡散レーザ光700、レトロリフクレタ300以外の各要素については図示を省略している。   The optical unit 600 will be described with reference to FIG. In FIG. 5, for the sake of easy understanding, the elements other than the carriage 201, the interferometer 204, the optical unit 600, the diffusion laser beam 700, and the retro reflector 300 are not shown.

光学ユニット600は、反射ミラー601と、シリンカドリカルレンズ602と、を備えている。光学ユニット600は、干渉計204からのレーザビーム104を反射ミラー601により反射させ、シリンドリカルレンズ602に入射させる。シリンドリカルレンズ602は、シリンドリカルレンズ602から入射されるレーザビーム光104を所定の面に拡散して出射する。反射ミラー601およびシリンドリカルレンズ602は、干渉計204からのレーザビーム104の光軸と拡散レーザ光700とが同一のYZ平面上に位置するように調整して配置されている。これにより、光学ユニット600を、安価かつ簡易な構成により実現することができる。   The optical unit 600 includes a reflection mirror 601 and a cylindrical cylindrical lens 602. The optical unit 600 causes the laser beam 104 from the interferometer 204 to be reflected by the reflection mirror 601 and to be incident on the cylindrical lens 602. The cylindrical lens 602 diffuses the laser beam light 104 incident from the cylindrical lens 602 to a predetermined surface and emits it. The reflection mirror 601 and the cylindrical lens 602 are adjusted and disposed so that the optical axis of the laser beam 104 from the interferometer 204 and the diffused laser light 700 are located on the same YZ plane. Thus, the optical unit 600 can be realized with an inexpensive and simple configuration.

次に、本実施形態における復帰手順について説明する。   Next, the return procedure in the present embodiment will be described.

最初に、本体部200とレトロリフレクタ300との間に、障害物等が存在してレーザビーム104が遮断されると干渉計204内の光位置検出器238で検出される光量が0となる。すると光位置検出器238から、光量0の信号が信号処理回路403を介して、PC500に送られる。PC500は、その信号に基づき、干渉計204からのレーザビーム104が遮断されたと判断して、モータ駆動回路404、405での2軸回転機構による追尾式レーザ干渉計の追尾制御(トラッキングの制御)を停止させる。同時に光検出器272の出力による変位の測定を中止する。   First, when an obstacle or the like is present between the main body 200 and the retroreflector 300 and the laser beam 104 is blocked, the amount of light detected by the light position detector 238 in the interferometer 204 becomes zero. Then, a signal of light amount 0 is sent from the light position detector 238 to the PC 500 via the signal processing circuit 403. Based on the signal, the PC 500 determines that the laser beam 104 from the interferometer 204 has been blocked, and the tracking control of the tracking type laser interferometer by the two-axis rotation mechanism in the motor drive circuits 404 and 405 (control of tracking) Stop. At the same time, the measurement of the displacement by the output of the light detector 272 is stopped.

次に、PC500は、モータ駆動回路404により仰俯角用モータ205を回転させ、キャリッジ201を前記所定の仰俯角に回転させて停止し、その所定の仰俯角で維持させる。そして、PC500は、干渉計204からレーザビーム104を出射させて光学ユニット600に入射させ、光学ユニット600から拡散レーザ光700を出射させる。   Next, the PC 500 causes the motor drive circuit 404 to rotate the supine angle motor 205 to rotate the carriage 201 to the predetermined supine angle, to stop and maintain the carriage 201 at the predetermined supine angle. Then, the PC 500 causes the interferometer 204 to emit the laser beam 104 and causes the laser unit 104 to enter the optical unit 600, and causes the optical unit 600 to emit the diffused laser beam 700.

次に、PC500は、モータ駆動回路405に信号を送り、方位角用モータ206により方位角回転部207を回転させる。方位角回転部207の回転に連動して、干渉計204から出射される拡散レーザ光700も回転する。同時に、PC500は、信号処理回路401を介して干渉計204から送られる信号の計測を開始する。   Next, the PC 500 sends a signal to the motor drive circuit 405, and causes the azimuth angle motor 206 to rotate the azimuth angle rotation unit 207. In conjunction with the rotation of the azimuth angle rotation unit 207, the diffused laser light 700 emitted from the interferometer 204 also rotates. At the same time, the PC 500 starts measuring the signal sent from the interferometer 204 via the signal processing circuit 401.

拡散レーザ光700を回転させながら照射している間に、拡散レーザ光700の一部がレトロリフレクタ300により反射された場合には、その反射された微小なレーザビームが光学ユニット600を介して干渉計204に戻り、光位置検出器238へ入射される。なお、この際の光検出器238へ入射されるレーザビームの光量はレーザビーム104に比べると小さなものであるため、電子回路403に信号増幅機能をもたせて信号ゲインを上げるようにしてもよい。なお、光検出器238は、レーザビームの光量だけでなく、レーザビームが入射した場所も検出できる。   When a part of the diffused laser beam 700 is reflected by the retroreflector 300 while irradiating the diffused laser beam 700 while rotating, the reflected minute laser beam interferes via the optical unit 600. It returns to the total 204 and is incident on the light position detector 238. Since the light quantity of the laser beam incident on the light detector 238 at this time is smaller than that of the laser beam 104, the electronic circuit 403 may have a signal amplification function to increase the signal gain. The light detector 238 can detect not only the light quantity of the laser beam but also the place where the laser beam is incident.

そして、PC500は、光位置検出器238が検出した光量に対して、予め定めておいたある閾値を超える停止条件を満たした場合、その停止条件を満たす回転角度の位置(第1回転角度)で方位角の回転を停止、維持させる。   When the PC 500 satisfies a stop condition exceeding a predetermined threshold value with respect to the light amount detected by the light position detector 238, the PC 500 is positioned at a rotation angle (first rotation angle) satisfying the stop condition. Stop and maintain azimuthal rotation.

最後に、PC500はモータ駆動回路404に信号を送り、仰俯角用モータ205により仰角方向に干渉計204を回転させ、干渉計204内の光位置検出器238が光量検出可能となる回転角度の位置(第2回転角度)で停止、維持させる。干渉計204からのレーザビーム104が、レトロリフレクタ300に直接入射した場合、光位置検出器238から信号処理回路403に出力されるトラックキングエラー信号(ΔTrY)は、測定範囲内に収まる。この状態になると、干渉計204からのレーザ光は光位置検出器238の測定範囲内に調整されており、光位置検出器238により出力されるトラッキングエラー信号ΔTrX、ΔTrYを計測することで、通常の追尾式レーザ干渉計のトラッキングの制御を再開することが可能となる。   Finally, the PC 500 sends a signal to the motor drive circuit 404, rotates the interferometer 204 in the elevation direction by the motor for supposing and supposing angles 205, and the position of the rotation angle at which the light position detector 238 in the interferometer 204 can detect the light quantity. Stop and maintain at (2nd rotation angle). When the laser beam 104 from the interferometer 204 directly enters the retroreflector 300, the tracking error signal (ΔTrY) output from the light position detector 238 to the signal processing circuit 403 falls within the measurement range. In this state, the laser light from the interferometer 204 is adjusted within the measurement range of the light position detector 238, and the tracking error signals ΔTrX and ΔTrY output from the light position detector 238 are usually measured. It is possible to resume control of tracking of the tracking laser interferometer of

このように、PC500上では、各入力信号により追尾式レーザ干渉計の制御と復帰をすることができることから、上述したような、本体部200から出射したレーザビーム102が遮断される等の理由により追尾できなくなったときに、手動に頼ることなく、全て自動的に追尾式レーザ干渉計の復帰を可能とする。従って、同様の状況となる測定開始時の初期調整作業も自動化が可能となる。よって、人の介在による環境変動を避けることができるため、より高精度で、安定な測定が可能となる。   As described above, since the tracking type laser interferometer can be controlled and returned by each input signal on the PC 500, the laser beam 102 emitted from the main body 200 is blocked as described above. When tracking can not be performed, it is possible to automatically return the tracking laser interferometer without relying on manual operation. Therefore, the initial adjustment work at the start of measurement, which is the same situation, can be automated. Thus, environmental changes due to human intervention can be avoided, and more accurate and stable measurement can be performed.

追尾式レーザ干渉計による変位の測定と追尾方法については、従来例と同一であるので省略する。   The measurement and tracking method of the displacement by the tracking type laser interferometer is the same as that of the conventional example, and thus will not be described.

従って、従来のホモダイン式の追尾式レーザ干渉計に比べて、大幅な構成要素の追加と変更を要せずに、本実施形態により、従来のホモダイン式の追尾式レーザ干渉計の変位測定機能に加えて、自動的に追尾式レーザ干渉計の復帰動作を実現することが可能である。   Therefore, according to the present embodiment, the displacement measurement function of the conventional homodyne tracking laser interferometer can be obtained according to the present embodiment without requiring significant addition and change of components as compared with the conventional homodyne tracking laser interferometer. In addition, it is possible to automatically realize the return operation of the tracking laser interferometer.

さらに、本実施形態に係る光学ユニット600は安価かつ簡易な構成により実現でき、このような光学ユニット600を方位角回転部207に取付けて拡散レーザ光700の回転を方位角方向の回転に連動させるように構成したことで、光学ユニット600自体を独立して回転動作させるための機構を新たに用意する必要がなく、自動的な追尾式レーザ干渉計の復帰動作を安価かつ簡易な構成により実現することが可能である。   Furthermore, the optical unit 600 according to the present embodiment can be realized by an inexpensive and simple configuration, and such an optical unit 600 is attached to the azimuth angle rotation unit 207 to interlock the rotation of the diffused laser beam 700 with the rotation in the azimuth direction. By configuring as described above, it is not necessary to newly prepare a mechanism for causing the optical unit 600 itself to rotate independently, and the return operation of the automatic tracking type laser interferometer is realized by an inexpensive and simple configuration. It is possible.

<他の実施の形態>
また、光学ユニット600の配置は、方位角回転部207上に限定されず、通常の追尾式レーザ干渉計のトラッキングの制御を妨げない位置であれば、干渉計204からのレーザビーム104が入射可能な任意の位置に配置してよい。
<Other Embodiments>
Further, the arrangement of the optical unit 600 is not limited to the azimuth angle rotation unit 207, and the laser beam 104 from the interferometer 204 can be incident as long as it does not interfere with the tracking control of a normal tracking type laser interferometer. May be placed at any position.

また、光学ユニット600による拡散レーザ光の生成方法は多数有り、本発明において、その生成方法が限定されるものではない。例えば、シリンドリカルレンズ602に代えてロッドレンズを使用してもよい。   Further, there are many methods of generating the diffused laser light by the optical unit 600, and the method of generating the diffused laser light is not limited in the present invention. For example, a rod lens may be used instead of the cylindrical lens 602.

また、上記実施形態では、基準球を用いた追尾式レーザ干渉計に適用したものであるが、基準球を用いないものであっても本発明の効果は達成できるものであり、特許文献1〜3に記載した追尾式レーザ干渉計にも本発明は適用可能であることは明らかである。   In the above embodiment, the present invention is applied to a tracking type laser interferometer using a reference sphere, but the effect of the present invention can be achieved even if the reference sphere is not used. It is obvious that the present invention is also applicable to the tracking type laser interferometer described in No.3.

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。   The present invention is not limited to the above embodiment, and can be appropriately modified without departing from the scope of the present invention.

100 光源部、
101 周波数安定化He−Neレーザ光源、
102 レンズ、
103 光ファイバ、
104 レーザビーム、
200 本体部、
201 キャリッジ、
202 基準球、
203 変位計、
204 干渉計、
222 コリメータレンズ、
230 偏光ビームスプリッタ(PBS)、
236 無偏向ビームスプリッタ(NPBS)、
238 光位置検出器、
270 平面鏡、
272 光検出器、
205 仰俯角用モータ、
206 方位角用モータ、
207 方位角回転部、
300 レトロリフレクタ、
400 回路部、
401〜403 信号処理回路、
404〜405 モータ駆動回路、
500 PC、
600 光学ユニット、
601 反射ミラー、
602 シリンドリカルレンズ、
700 拡散レーザ光
100 light sources,
101 frequency stabilized He-Ne laser light source,
102 lenses,
103 optical fiber,
104 laser beams,
200 body,
201 carriage,
202 reference sphere,
203 displacement gauge,
204 interferometer,
222 collimator lens,
230 polarization beam splitter (PBS),
236 Non-Deflecting Beam Splitter (NPBS),
238 light position detector,
270 flat mirrors,
272 light detectors,
205 Motor for supine angle,
206 azimuth motor,
207 azimuth rotation,
300 retro reflectors,
400 circuit parts,
401 to 403 signal processing circuit,
404-405 motor drive circuit,
500 pcs,
600 optical units,
601 reflection mirror,
602 cylindrical lens,
700 diffused laser light

Claims (10)

光源から出力されたレーザ光を第1のレーザ光と第2のレーザ光とに分岐し、被測定体であるレトロリフレクタに向けて前記第1のレーザ光を照射し、前記第2のレーザ光と該レトロリフレクタによって戻り方向に反射された第3のレーザ光との干渉を利用してレトロリフレクタの変位を検出すると共に、前記第3のレーザ光の光軸の位置の変化を用いて2軸回転機構によりトラッキングを行うようにした追尾式レーザ干渉計において、
前記第1のレーザを所定の面に沿って拡散させて前記レトロリフレクタに照射し、かつ、前記2軸回転機構のうち1軸の回転動作が可能な光学ユニット、
を備えることを特徴とする追尾式レーザ干渉計。
The laser beam output from the light source is branched into a first laser beam and a second laser beam, and the first laser beam is irradiated toward a retroreflector which is an object to be measured, and the second laser beam And detecting the displacement of the retroreflector using interference of the third laser beam reflected in the return direction by the retroreflector, and using the change in the position of the optical axis of the third laser beam to obtain two axes. In a tracking type laser interferometer in which tracking is performed by a rotation mechanism,
An optical unit capable of diffusing the first laser beam along a predetermined surface and irradiating the retroreflector , and capable of rotating one axis of the two-axis rotating mechanism.
A tracking type laser interferometer characterized by comprising:
前記光学ユニットは、
前記2軸回転機構のうち前記所定の面に垂直な軸と直交する軸の回転動作に連動可能である、
ことを特徴とする請求項1に記載の追尾式レーザ干渉計。
The optical unit is
It is possible to interlock with the rotational movement of an axis perpendicular to the axis perpendicular to the predetermined plane in the two-axis rotation mechanism,
The tracking laser interferometer according to claim 1, characterized in that
前記光学ユニットによって拡散される前の前記第1のレーザの光軸は、前記所定の面と平行である、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の追尾式レーザ干渉計。
The optical axis of the first laser beam before being diffused by the optical unit is parallel to the predetermined plane,
The tracking type laser interferometer according to claim 1 or 2 characterized by things.
前記2軸回転機構は、方位角方向に回転可能な方位角回転機構および仰俯角方向に回転可能な仰俯角回転機構を備え、
前記方位角回転機構は、方位角用モータと、当該方位角用モータにより回転される方位角回転部と、を備え、
前記光学ユニットは、前記方位角回転部の、前記仰俯角回転機構により俯角方向に回転させた場合に前記第1のレーザ光が入射される位置に取付けられる、
ことを特徴とする請求項1乃至3いずれか1項に記載の追尾式レーザ干渉計。
The two-axis rotation mechanism includes an azimuth rotation mechanism capable of rotating in an azimuth direction and a supination angle rotation mechanism that can rotate in a supination direction.
The azimuth rotation mechanism includes an azimuth motor and an azimuth rotation unit rotated by the azimuth motor.
The optical unit is attached to a position of the azimuth rotation unit where the first laser beam is incident when it is rotated in the depression angle direction by the supine angle rotation mechanism.
The tracking type laser interferometer according to any one of claims 1 to 3, characterized in that:
前記光学ユニットは、
前記第1のレーザを反射させる反射ミラーと、
当該反射ミラーにより反射された前記第1のレーザを拡散させて前記レトロリフレクタに照射するシリンドリカルレンズと、
を備えることを特徴とする請求項1乃至4いずれか1項に記載の追尾式レーザ干渉計。
The optical unit is
A reflecting mirror that reflects the first laser beam ;
And a cylindrical lens for illuminating said retroreflector by diffusing the reflected first laser beam by the reflecting mirror,
The tracking type laser interferometer according to any one of claims 1 to 4, comprising:
被測定体であるレトロリフレクタに向けてレーザ光を照射し、前記レーザ光と該レトロリフレクタによって戻り方向に反射されたレーザ光との干渉を利用してレトロリフレクタの変位を検出すると共に、前記反射されたレーザ光の光軸の位置の変化を用いて2軸回転機構によりトラッキングを行うようにした追尾式レーザ干渉計において、
前記トラッキングの制御がされていない場合に、
前記2軸回転機構上に設けられた光照射体から、前記反射されたレーザ光の光軸を含む面に沿って拡散する拡散レーザ光を出射して、該2軸回転機構のうちの所定の面に垂直な軸と直交する軸を中心として回転運動を行い、
光学ユニットから、入射されるレーザビームを拡散させた前記拡散レーザ光を照射して、前記2軸回転機構のうち1軸を中心として回転運動を行い、
前記レーザビームと前記反射されたレーザ光との干渉を検出する干渉計において前記拡散レーザ光を検出することにより、トラッキングの制御可能となる第1の回転角度を求めて、前記所定の面に垂直な軸と直交する軸を中心とする回転で第1の回転角度に移動し、
前記第1の回転角度を維持したまま、残りの軸について回転運動を行い、前記反射されたレーザ光を検出することにより、トラッキングの制御可能となる第2の回転角度を求めて、前記残りの軸を中心とする回転で第2の回転角度に移動することで、
前記トラッキングの制御を可能とすることを特徴とする追尾式レーザ干渉計の復帰方法。
A laser beam is irradiated toward a retroreflector which is an object to be measured, and the displacement of the retroreflector is detected by using the interference between the laser beam and the laser beam reflected in the return direction by the retroreflector, and the reflection In a tracking type laser interferometer in which tracking is performed by a two-axis rotation mechanism using a change in the position of the optical axis of the laser beam,
If the tracking control is not performed,
A light irradiator provided on the two-axis rotation mechanism emits diffused laser light diffused along a plane including the optical axis of the reflected laser light, and a predetermined one of the two-axis rotation mechanisms is emitted. Perform rotational movement about an axis perpendicular to the axis perpendicular to the plane,
The optical unit emits the diffused laser beam obtained by diffusing the incident laser beam, and rotational movement is performed around one axis of the two-axis rotation mechanism,
An interferometer for detecting the interference between the laser beam and the reflected laser beam detects the diffused laser beam, thereby determining a first rotation angle that enables tracking control, and is perpendicular to the predetermined plane. Move to a first rotation angle by rotation around an axis orthogonal to the
While maintaining the first rotation angle, rotational movement is performed on the remaining axes, and the reflected laser light is detected to obtain a second rotation angle that enables tracking control, and the remaining rotation angle is determined. By moving to the second rotation angle by rotating around the axis,
A return method of a tracking type laser interferometer characterized in that control of the tracking is enabled.
前記光学ユニットは、前記2軸回転機構のうち前記所定の面に垂直な軸と直交する軸を中心として回転運動を行う、
ことを特徴とする請求項6に記載の追尾式レーザ干渉計の復帰方法。
The optical unit performs rotational movement about an axis orthogonal to an axis perpendicular to the predetermined plane in the two-axis rotation mechanism.
7. The method according to claim 6, wherein the tracking laser interferometer returns.
前記レーザビームの光軸は、前記所定の面と平行である、
ことを特徴とする請求項6または7に記載の追尾式レーザ干渉計の復帰方法。
The optical axis of the laser beam is parallel to the predetermined plane,
The return method of the tracking type laser interferometer according to claim 6 or 7, characterized in that
前記2軸回転機構は、方位角方向に回転可能な方位角回転機構および仰俯角方向に回転可能な仰俯角回転機構を備え、
前記方位角回転機構は、
方位角用モータと、
当該方位角用モータにより回転される方位角回転部と、を備え、
前記光学ユニットは、前記方位角回転部に取付けられ、
前記トラッキングの制御がされていない場合に、
前記仰俯角回転機構により俯角方向に回転させて、前記レーザビームを前記光学ユニットに入射させる、
ことを特徴とする請求項6乃至8いずれか1項に記載の追尾式レーザ干渉計の復帰方法。
The two-axis rotation mechanism includes an azimuth rotation mechanism capable of rotating in an azimuth direction and a supination angle rotation mechanism that can rotate in a supination direction.
The azimuth rotation mechanism is
Azimuth motor,
An azimuth rotation unit rotated by the azimuth motor;
The optical unit is attached to the azimuth rotation unit.
If the tracking control is not performed,
The laser beam is caused to enter the optical unit by being rotated in the depression angle direction by the supination angle rotation mechanism.
The method according to any one of claims 6 to 8, wherein the tracking type laser interferometer is restored.
前記光学ユニットは、
前記レーザビームを反射させる反射ミラーと、
当該反射ミラーにより反射されたレーザビームを拡散して前記拡散レーザ光として照射するシリンドリカルレンズと、
を備えることを特徴とする請求項6乃至9いずれか1項に記載の追尾式レーザ干渉計の復帰方法。
The optical unit is
A reflecting mirror that reflects the laser beam;
A cylindrical lens that diffuses a laser beam reflected by the reflection mirror and emits the diffused laser beam;
The method according to any one of claims 6 to 9, further comprising:
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