JPH0216442B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は例えば距離測定に用いられるレーザ干
渉計用の補正装置に関する。

レーザ干渉計が、工作機械や精密計測器での位
置決定を目的として精密距離測定に応用されてか
ら久しい。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、レーザ波長が気圧や温度やまた
ある程度湿度に依存するので測定精度はその影響
を受けてしまう。つまり、これら気象要素が測定
精度に影響する。

（問題点を解決するための手段） したがつて、本発明の目的はレーザと、移動可
能な物体に固定されたプリズムと、ビーム分割プ
リズムと、静止プリズムとを備えて例えば距離測
定に用いられるレーザ干渉計用の補正装置であつ
て、外部因子に起因する波長変動に対して、干渉
縞の発生条件を左右する光路長の補正を行うこと
ができる補正装置を提供することにある本発明の
補正装置は前記静止プリズムを有し、ユニツトか
ら該補正装置へ送出される電気信号に応答しかつ
この電気信号によつて前記静止プリズムの位置を
変化させ得る装置を具備し、前記電気信号がレー
ザ干渉計の波長変動に対応して、干渉縞の発生条
件を左右する光路長の補正量を出力することを特
徴とする。

（実施例） 以下実施例により本発明を詳細に説明する。

図面において、レーザ１は波長λのレーザビー
ム２０を送出する。レーザビーム２０はビーム分
割プリズム２で互に垂直な２個のビームに分割さ
れる。分割ビームの一方２１は移動可能な物体１
２に固定されたプリズム６に入射しこれによつて
反射される。分割ビームの他方２２は参照ミラー
をなす静止プリズム３に入射しこれによつて反射
される。したがつて、反射ビーム２３，２４はビ
ーム分割プリズム２の干渉点７に入射し重畳され
るので両ビーム間で干渉が得られる。干渉点７に
おいて、ビームは２個の重畳ビーム８，９′に分
割されこれら分割ビームは互に垂直である。図示
のように一方のビーム８あるいは両重畳分割ビー
ムは増幅され検出される。検出器１０は重畳ビー
ム８を検出する。重畳ビーム８，９′は、移動物
体１２がλ/2だけ移動するごとに周期的に増減す
る。したがつて、検出器１０および位置記録計１
１での周期的変化を検出、計算することによつて
移動物体の位置変化が精密に知れる。

上述のレーザ干渉計は公知のものであつてその
構成要素も公知である。

本発明によると、静止プリズム３の所に補正装
置４，５が設けられ、これによつて静止プリズム
３はビーム分割プリズム２に近ずいたり逆に遠ざ
かつたりすることができるようになつている。補
正装置４，５は電気信号に応答して上記方向で静
止プリズム３を移動させるよう構成されている。
このように静止プリズム３を移動させることによ
つて、例えばレーザビーム波長の変動に起因する
干渉縞の発生条件の変化を補正し、したがつて、
レーザ干渉計を例えば気象要素に起因する波長変
動と無関係にすることができる。

すなわち実施例では、プリズム２から出て静止
プリズム３を介して再度プリズム２の点７迄のビ
ーム２２，２４の光路長は、レーザ光線の波長λ
の偶数倍に設定されている。その結果、点７の箇
所で、移動可能な物体１２がλ/2動く毎に光りの
増幅と減衰が周期的に行われる。つまり、光路長
２２，２３，２４は光路長２１，６，２３にたい
し基準長となつている。もし、周囲気圧、温度、
湿度等の環境条件の変化によつてレーザ光線の波
長が幾らか長くなり、λ１となつたと仮定する
と、光路長２２，３，２４は波長の偶数倍となる
ために幾らか長く設定されなければならない。こ
のように、レーザ光線の波長が変化した時でも常
に波長の1/2の移動毎に光りの増減が行われる様
にするため、波長変動に応じて基準となる光路長
の調整を行うというのが本発明の要旨である。本
発明によると、長くなつた波長λ１に対応して光
路長２２，３，２４が波長λ１の偶数倍に調整さ
れるので、移動物体１２のλ１/2の移動毎に光り
の増幅と減衰が周期的に行われる。制御ユニツト
９には実際の波長の情報が入力されているので、
光りの増減の回数をカウントすることにより、波
長変動にかかわりなく移動物体１２の移動量が正
確に測定される。

もし、レーザ光の波長が、移動物体１２が移動
途中の位置に有る時変化した場合、静止プリズム
３による光路長の補正が行われないとすると、光
路長２２，３，２４はもはやレーザ光の半波長の
整数倍とはならない。従つて、干渉点７での光の
増減の周期は移動物体１２とプリズム２との間の
距離、即ち光路長２１，６，２３が波長の整数倍
でないときに発生することになる。このような場
合、干渉点７での光の増減を検出して波長の整数
倍として表されるプリズム２から移動物体１２ま
での絶対距離を正確に決定することは不可能とな
る。補正を行わない場合は、移動物体１２が途中
から移動した相対距離しか求めることができな
い。

このような問題を解決するために、本発明では
レーザ光の波長に変化が発生した時点で光路長２
２，３，２４をレーザ光の半波長の整数倍に補正
するものである。この補正は移動物体１２が静止
している時実行される。つまり、波長の変化量と
補正量との関係は予め電子ユニツト９に記憶され
ているので、環境変化から波長変化を検出した時
点で静止プリズム３の位置を波長変化量に対応し
た補正量で補正し、光路長２２，３，２４をレー
ザ光の半波長の整数倍になるように再調整すれ
ば、干渉点７での光の増加や減少を検出する度に
移動物体１２とプリズム２との正確な距離を半波
長の整数倍として計算でき、移動物体１２の定め
られたスタート位置からの正確な絶対距離を求め
ることが可能となる。

また、本発明はレーザ光を利用した距離測定装
置の較正装置として用いることもできる。

移動物体１２が定められたスタート位置に有
り、レーザ光の波長が公称値に有る時、光路長２
１，６，２３が半波長の整数倍となり、同時に光
路長２２，３，２４も半波長の整数倍となるよう
に各部の位置が定められている。このため、光路
長２１，６，２３と光路長２２，３，２４との光
路差が半波長の整数倍となり、干渉点７での光の
輝度は最大または最小になる。ここで波長が変化
すると干渉点７での光の輝度が変化するので、計
測の際の原点での輝度条件が変わり、干渉点７で
の光の増減を単純にカウントするだけでは正確な
絶対距離測定が行えなくなる。

従つて、移動物体１２が定められたスタート位
置に有る時、静止プリズム３の位置を調整して波
長変化に対応して光路長２２，３，２４の補正を
行い、干渉点７での光の輝度を再度、波長が変化
する前と同じにすれば計測の原点条件は同じにな
るので、移動物体１２が移動する時、干渉点７で
の光の増減をカウントし、予め判つている１波長
の長さを乗じれば正確な絶対移動距離を測定でき
ることになる。

以上説明したように、本発明による静止プリズ
ム３位置を変化させて波長変化に応じて光路長の
補正を行う機構は、簡単な調整機構にもかかわら
ず、レーザ光線の波長が変化しても常に精密な測
定を可能とする点において極めて大きな効果をも
たらすものである。

図面はこのような補正装置の一実施例を示して
いる。

この実施例では、静止プリズム３が静止電磁石
５と協働するアームチユア４に取り付けられてい
る。かかる静止プリズム３の移動量は極めて小さ
く１ないし数ミクロンあれば波長変化に対応して
光路長を充分補正できる。したがつて、アームチ
ユア４の一端４ａは締結され他端４ｂは自由端を
なし、この自由端に電磁石５が作用する。上記両
端のほぼ中央に静止プリズム３が取り付けられ
る。アームチユア４は弾性金属シートからなる。
したがつて、電磁石５の巻線５′に流す電流を調
整することによつてアーマチユア自由端４ｂの電
磁石５に対する距離が調整されて静止プリズム３
のビーム分割プリズム２に対する距離が調整され
る。

制御ユニツト９は公知の種類のもので、その出
力２５に、レーザ波長変化に相当する出力信号を
送出する。次にこの信号は増幅器２６で増幅され
電磁石５の巻線５′に供給される。

気圧や温度や湿度のような気象要素に応じて光
路長補正を行う場合、制御ユニツト９の各入力２
７，２８，２９にはこれらの要素のそれぞれを表
わす電気信号が供給される。これらの要素を表わ
す信号を発生する変換器３０，３１，３２は公知
の種類のものでよく、各変換器は前記要素の一つ
を表わす電気信号を送出する。制御ユニツト９は
公知の適当なマイクロコンピユータ（図示せず）
のようなメモリおよび計算ユニツトを含む。メモ
リには各気象要素のレーザ波長に与える影響の程
度に関する情報が記憶されている。変換器３０，
３１，３２が制御ユニツト９へ信号を送出する
と、該ユニツトはこれらの信号とメモリに記憶さ
れている各要素の波長への影響の値とを比較して
から計算を行つて、その出力２５に気象要素のレ
ーザ波長への影響を反映した補正信号を出力す
る。

上述のように出力２５の信号は増幅されこれに
伴い電磁石５はアームチユア４の位置と一緒に静
止プリズム３の位置に影響を与えるので補正を行
うことができる。

このように本発明の補正装置は極めて簡易であ
るがその闇易性にかかわらず静止プリズム３をか
なり精密に移動できる。もちろん、アームチユア
に影響する信号を発生するために制御ユニツト９
は上記とは異なる構造、機能を有するようにでき
る。

制御ユニツト９をどのような構造とするかは本
発明の主要部ではないのでその詳細な説明は省略
する。

補正装置が上記とは異る種類の制御ユニツトに
より制御してもよいことはもちろんである。例え
ば機械系への熱的影響あるいは電子回路での遅れ
の影響のような他の要素を制御ユニツトが走査
し、その出力に静止プリズム３を移動させるため
の信号を発生して測定精度への前記要素の影響を
補正するようにすることができる。

補正装置４，５は電気信号に応答して補正を行
うよう構成される。

補正装置の他の実施例では、電磁石５とアーマ
チユア４を公知の圧電装置に代え、この電圧装置
に電圧を印加することによつて静止プリズム３の
位置を変化させる。

このような変更例も本発明に含まれるものであ
る。

本発明は上述のような実施例に限定されず本発
明の請求の範囲を逸脱しない範囲で種々と変更し
得る。

【図面の簡単な説明】

図は本発明が適用されたレーザ干渉計の構成図
である。 １…レーザ、２…ビーム分割プリズム、３…静
止プリズム、４…アーマチユア、５…電磁石、
５′…巻線、６…プリズム、７…干渉点、８，
９′…分割重畳ビーム、９…制御ユニツト、１０
…検出器、１１…位置記録計、１２…移動物体、
２１…分割ビーム、２２…分割ビーム、２３，２
４…反射ビーム、２５…出力、２６…増幅器、２
７，２８，２９…入力、３０，３１，３２…変換
器、４ａ…一端、４ｂ…他端。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ レーザ１と、移動可能な物体に固定されたプ
   リズム６と、ビーム分割プリズム２と、静止プリ
   ズム３を備えて距離測定等に用いられるレーザ干
   渉計用補正装置であつて、該補正装置には前記静
   止プリズム３が固定され、且つ該補正装置には、
   制御ユニツト９から該補正装置へ送出される電気
   信号に応答し、前記レーザの波長変動に対応して
   前記静止プリズム３の位置を変化させ得る装置
   ４，５を具備したことを特徴とするレーザ干渉計
   用補正装置。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の装置におい
   て、前記静止プリズム３の位置を変化させ得る装
   置は一端４ａが締結され他方の自由端４ｂに電磁
   石５が作用する構成の弾性アーマチユアを備え、
   前記静止プリズム３がこのアーマチユア４に取り
   付けられ、該電磁石５に前記電気信号が供給され
   てなることを特徴とするレーザ干渉計用補正装
   置。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項に記載の
   装置において、前記制御ユニツト９は周囲気圧、
   温度および湿度のレーザ光波長への影響に応答し
   て前記電気信号を発生して気象要素に起因するレ
   ーザ光波長の変動に対応して前記静止プリズム３
   の位置を補正することを特徴とするレーザ干渉計
   用補正装置。