JPH07120213A - Tracking type laser interferometer - Google Patents
Tracking type laser interferometerInfo
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- JPH07120213A JPH07120213A JP26609793A JP26609793A JPH07120213A JP H07120213 A JPH07120213 A JP H07120213A JP 26609793 A JP26609793 A JP 26609793A JP 26609793 A JP26609793 A JP 26609793A JP H07120213 A JPH07120213 A JP H07120213A
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- light
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- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
【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 tracking a moving body while accurately measuring the displacement and position of 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 Conventionally, there is also a tracking type laser interferometer for directing a laser beam to a moving body, which is shown in FIG. 5 (USP No. 4,790,651). As shown in the figure, this tracking laser interferometer is configured so that the reflection mirror 10 at the final stage can be rotated around the X axis and the Y axis, respectively. A body (not shown) can be irradiated with a laser beam. That is, the rotating body 14 that supports the reflection mirror 10 is rotatably supported by the rotating body 16 around the X axis via the bearings 12 and 12, and the rotating body 16 is supported by the fixed base 18 by the bearings 2.
It is rotatably supported 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 polarization beam splitter 22 fixed to a fixed table 18, and one of the split laser beams enters a corner cube 24 and is reflected by the corner cube 24. 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 by the prism 28 coaxially with the Y axis, and thereafter, the prism 3 supported by the rotating body 16 is used.
It is bent coaxially with the X axis through 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。Therefore, the laser beam emitted from the reflection mirror 10 turns when the rotator 16 turns about the Y axis, and moves vertically when the rotator 14 turns about the X axis. By controlling the rotations of the rotating bodies 14 and 16, respectively, the laser beam can be emitted toward the retroreflector provided on the moving body. The reflected light from the retro-reflector provided on the moving body enters the detection unit 26 as the measurement light via the reflection mirror 10, the prisms 32, 30, 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。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 and the measuring light reflected by the retro-reflector 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 conventional tracking type laser interferometer described above has a problem in that the accuracy of the bearings 12 and 20 affects the measurement accuracy, and high-precision measurement cannot be performed. That is, when tracking a moving body, the rotating body 1
4 is rotationally controlled via bearings 12 and 12,
The rotation of 6 is controlled via bearings 20 and 20, and the blurring of the rotation centers of these rotating bodies 14 and 16 appears as a change in the optical path length of the measurement light. Also, the optical path length of the measurement light changes due to the thermal expansion of the rotating bodies 14, 16, etc., which affects the 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 the above circumstances, and is configured so that a measurement error does not occur even if the center of rotation of a rotating body is deviated so that the moving body can be tracked while tracking the moving body. It is an object of the present invention to provide a tracking type 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。In order to achieve the above object, the present invention comprises a first retroreflector arranged at a fixed position,
A second retro-reflector disposed on the moving body, a rotary unit rotatable around an X-axis and a Y-axis orthogonal to the first retro-reflector, and oscillated from a laser light source. An optical system including a unit for guiding a laser beam to the rotating unit regardless of the rotation of the rotating unit and a plurality of optical components fixedly arranged on the rotating unit, wherein the laser beam is guided to the rotating unit. And one of the divided laser beams is incident on the first retroreflector via an optical path orthogonal to the X-axis, and the other laser beam is emitted on an extension of the optical path. An optical system which is incident on the second retro-reflector to obtain the reflected light from each of the first and second retro-reflectors;
A detector that detects the amount of movement of the second retro-reflector based on the interference of two reflected lights obtained via the optical system;
A part of the reflected light from the second retro-reflector is fixedly arranged on the rotating unit, and a position signal corresponding to the shift amount of the laser beam incident on the second retro-reflector is output. Position detecting means, and control means for controlling a rotational position of the rotating portion around the X-axis and the Y-axis based on a position signal from the position detecting means so that the displacement amount becomes zero. 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 retro-reflector is fixedly arranged at a position where the X-axis and the Y-axis cross each other, and the first retro-reflector is centered around the X-axis and the Y-axis. Each is provided with a rotatable part. An optical system composed of a plurality of optical components is fixed to the rotating unit. The optical system splits a laser beam guided from a laser light source to the rotating unit, and splits one laser beam into the X-axis. While being incident on the first retroreflector via an optical path orthogonal to the other, the other laser beam is emitted on 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 retro-reflector is detected based on the interference of the reflected light from the first and second retro-reflectors. Even when a relative displacement occurs between the rotating portion and the first retro-reflector when detecting the amount of movement, the laser beam incident on the first retro-reflector and the second retro-reflector Since the laser beam incident on 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。Further, the rotating portion is provided with a position detecting means to which a part of the reflected light from the second retroreflector is made incident, and this position detecting means is a laser to be made incident on the second retroreflector. A position signal corresponding to the beam shift amount is output. Therefore, the moving body is always irradiated with the laser beam by controlling the rotating position of the rotating portion around the X-axis and the Y-axis so that the displacement amount becomes zero based on the position signal from the position detecting means. Can be tracked like.
【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 , MY 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 A preferred embodiment of a tracking laser interferometer according to the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a tracking type laser interferometer according to the present invention. As shown in the figure, this tracking type laser interferometer includes a light source unit 102, a light detecting unit 104 and a cat's eye 106, which are mainly arranged on a fixed base 100, a rotating unit 108, and a moving body which moves in space ( (Not shown), a cat's eye 110, a four-divided photodiode 112, a tracking controller including motors M X and M Y and a controller 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 portion 108 is rotatably supported around the X axis through bearings 122 and 124 provided between the rotating portion 108 and the support frame 120.
It is rotatably supported about the Y-axis via a bearing 126 provided between and. Therefore, the rotating unit 108 is supported on the fixed base 100 so as to be rotatable about the X axis and the Y axis.
【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。Based on an output signal from the four-divided photodiode 112 (the details of this signal will be described later), the control unit 114 causes the rotating unit 108 so that the laser beam is incident on the cat's eye 110 for measuring light. motor M for rotating the motor M X and the supporting frame 120 to rotate the
Drive and control Y. The light source unit 102 and the light detecting unit 104 are unitized, and a laser beam is applied to the light source unit 102 from a laser light source (not shown) via an optical fiber 123, and the laser beam is emitted as parallel light. The light detecting unit 104 photoelectrically converts the interference light, which will be described later, and then outputs it to a signal processing unit (not shown) via the signal cable 125.
【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 section 102 is a linearly polarized light having a plane of polarization inclined by 45 degrees, which can be considered as a vertically polarized component and a horizontally polarized component having the same phase. The two linearly polarized lights are the prism 13
It is incident on the non-polarization beam splitter 132 via 0.
The laser beam split by the non-polarization beam splitter 132 is converted into right-handed circularly polarized light and left-handed circularly polarized light by passing through the quarter-wave plate 134. The two circularly-polarized laser beams are reflected by the prism 136. The hollow shaft 138 of the support frame 120, the prism 14 fixed to the support frame 120
Rotating unit 10 coaxial with the X-axis via 0, 142, 144
It is incident on the hollow shaft 146 of No. 8. A quarter wavelength plate 148 is provided at the entrance end of the hollow shaft 146, and
By passing through the quarter-wave plate 148, the two circularly polarized laser beams are converted again into two linearly polarized lights vibrating in directions 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 rotary unit 108 and rotates the rotary unit 108.
Is incident on the 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 is incident on a polarization beam splitter 154 via a prism 152. The two linearly polarized laser beams are split by a polarizing beam splitter 154 into two linearly polarized lights vibrating in directions orthogonal to each other in a plane perpendicular to the traveling direction, and one linearly polarized light reflected by the polarizing beam splitter 154 is It is made into a narrow beam by the lens group 156 and then 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 reflecting mirror is formed on the hemispherical surface of the cat's eye 106, 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 focused by the lens group 156, the cat's eye 1
The refractive index of 06 can be made smaller than 2. The reflected light reflected by the cat's eye 106 is returned as a reference light in the 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 polarization beam splitter 154 is prisms 158, 160 and 16
The light is emitted to the cat's eye 110 disposed on the moving body via the 2 and 1/4 wavelength plates 164,
The reflected light reflected by is returned in the direction opposite to the incident light path as measurement light. The quarter-wave plate 164 is for extracting the 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 polarization beam splitter 154, and is projected onto the four-divided 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 deviates from the spherical center of the cat's eye 110 and enters the cat's eye 110 with the movement of the moving body, the reflected light thereof is in accordance with the deviation direction and the deviation amount thereof, and the light receiving surface of the photodiode 112. It will be incident from the center of. The four-divided photodiode 112 has its light-receiving surface divided into four parts in the vertical and horizontal directions.
Two electric signals are output to the controller 114. Control device 1
Reference numeral 14 denotes a motor M so that the levels of the electric signals corresponding to the upper and lower division planes among the four electric signals to be input match.
While driving X , the motor M Y is driven so that the levels of the electric signals corresponding to the left and right divided surfaces match. As a result, the rotating unit 108 is controlled to rotate about the X axis and the Y axis, and as a result, the laser beam is always kept in the cat's eye 1.
The emission direction is controlled so as to be incident on 10.
【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, which are superposed via the polarization beam splitter 154, are converted into the prism 152,
150, quarter wave plate 148, prisms 144, 14
The reference light and the measurement light that are incident on the non-polarization beam splitter 132 via the light source 2, 140136, and the quarter-wave plate 134 and are transmitted through the non-polarization beam splitter 134 are analyzed by the light detecting unit 1
Incident on 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。In the light detecting section 104, the reference light and the measuring light, which are two linearly polarized lights vibrating at right angles to each other, are caused to interfere with each other by an appropriate means to generate an interference fringe, and the interference fringe is photoelectrically converted. The signal is output to a signal processing unit (not shown) via the signal cable 125. As is well known, the signal processing unit detects the displacement of the moving body by obtaining the number and phase of the interference fringes based on the electric signal indicating the interference fringes. 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 measured 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 of 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 and then the cat's eye 1 is emitted.
It is incident toward the spherical center of 06. On the other hand, the laser beam transmitted through the polarization beam splitter 154 is reflected by the prism 15
Although it is incident on the cat's eye 110 disposed on the moving body through 8, 160, 162 and the quarter wave plate 164,
At this time, the laser beam emitted from the quarter-wave plate 164 to the cat's eye 110 is the polarization beam splitter 15
4 is emitted to the cat's eye 106 on the extension of the optical path of the laser beam.
【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。The optical path that is a problem in terms of measurement accuracy is the difference in the distance from the position separated by the polarization beam splitter 154 to each cat's eye 106, 110. However, according to the tracking type laser interferometer configured as described above,
The rotating part 108 is a fixedly arranged cat's eye 106.
About the X-axis and the Y-axis (in FIG. 2, an axis that is orthogonal to the plane of the paper passing through the center of the cat's eye 106), so that the center of the cat's eye 106
Even if the intersection of the axis and the Y-axis does not match, the difference in distance from the position separated by the polarization beam splitter 154 to each cat's eye 106, 110 does not change. That is, according to the tracking laser interferometer configured as described above, even if a shake occurs at the center of rotation 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 the essential parts showing another embodiment of the internal structure of the rotating part. The same parts as those in FIG. 2 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. In the rotating unit 170 shown in FIG. 3, one laser beam transmitted through the polarization beam splitter 154 is incident on the cat's eye 106 through the prism 172, and the other laser beam reflected by the polarization beam splitter 154 is reflected by the prism 174. The light is emitted toward the cat's eye 110 via the 176 and the quarter wave 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 unit 170 having this structure, the same effect as that of the rotating unit 108 can be obtained, and even if the rotating unit 170 thermally expands, it is separated by the polarization beam splitter 154. The change in the difference in the distance from the position to each cat's eye 106, 110 is small, and there is no dead path error. FIG. 4 is a plan view of an essential 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, the light source section 180 and the light detecting section 182 are arranged on opposite sides of the rotating section 178, and the quarter wave plate 181 from the light source section 180 is disposed. , 184, prisms 186, 188, and 190, and the optical path of the laser beam until it enters the polarization beam splitter 192, and from the polarization beam splitter 192 to the prisms 194, 196, and quarter-wave plates 198, 1
The optical path until it enters the light detecting 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。Two incident on the polarization beam splitter 192
The two linearly polarized laser beams are split by a polarizing beam splitter 192 into two linearly polarized lights vibrating in directions perpendicular 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 is incident on the cat's eye 106 through the 200 and the quarter wavelength plate 202, and the reflected light is reflected by the quarter wavelength plate 202.
And the polarization beam splitter 19 via the prism 200.
2 and is transmitted through the polarization 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 that passes through the polarization beam splitter 192 is emitted to the cat's eye 110 arranged 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 quarter wave plate 210, prisms 208, 20.
6, and enters the polarization beam splitter 192 via the beam sampler 204, and is reflected by the polarization beam splitter 192. The reflected light from the cat's eye 110 reflected by the beam sampler 204 is incident on the four-divided photodiode 212. According to the arrangement of the optical components having this configuration, the same accuracy as that of the configuration of 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 the present embodiment, the cat's eye is used as the retroreflector, but 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, etc. may be used. You may do it. Further, although the rotating portion is rotatable around the X axis and the Y axis by the gimbal mechanism, the invention is not limited to this, and for example, an L-shaped bracket is rotated by a motor and a motor fixed to the L-shaped bracket is used. The rotating part may be fixed and the rotating part may be rotated. Furthermore, the introduction of the laser beam into the rotating unit 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 interfering with the rotation of the rotating portion.
【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 count type interferometer is used, the present invention is not limited to this, and 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 type laser interferometer of the present invention, even if the center of rotation of the rotating body is deviated,
The distance from the beam splitter to the retroreflector for reference,
Since the difference from the distance to the retroreflector for measurement does not change, the displacement or position of the moving body can be measured with high accuracy while tracking the moving body.
【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 an 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 part of FIG.
【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 main part plan view showing another embodiment of the internal structure of the rotating part.
【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 plan view of an essential part showing another embodiment of the tracking 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.
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 , MY …モータ100 ... Fixed base 102, 180 ... Light source part 104, 182 ... Light detecting part 106, 110 ... Cat's eye 108, 170, 178 ... Rotating part 112, 212 ... Quadrant photodiode 114 ... Control device 120 ... Support frame 122, 124 , 126 ... Bearings 123 ... Optical fibers 125 ... Signal cables MX , MY ... Motors
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 後藤 充夫 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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Mitsuo Goto 1-4, Umezono, Tsukuba-shi, Ibaraki Industrial Technology Institute (72) Inventor, Osamu Nakamura 1-4-1, Umezono, Tsukuba-shi, Ibaraki Industrial technology Inside the Institute of Metrology Institute (72) Yoshihisa Tanimura 1-4 Umezono, Tsukuba, Ibaraki Prefecture Inside the Institute of Metrology Institute of Industrial Technology (72) Inventor Toru Nakamata 9-7 Shirenrenjaku, Mitaka City, Tokyo Stock Company Tokyo Precision (72) Inventor Toshiro Kurosawa 9-7 Shimorenjaku, Mitaka-shi, Tokyo Tokyo Seimitsu Co., Ltd. (72) Inventor Nozomi Takai 9-7 Shimorenjaku, Mitaka-shi, Tokyo Chiseuchi Co., Ltd.
Claims (1)
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。1. A first retroreflector disposed at a fixed position, a second retroreflector disposed on a moving body, an X axis orthogonal to the first retroreflector, and Rotating parts rotatable about the Y-axis, means for guiding a laser beam oscillated from a laser light source to the rotating parts regardless of the rotation of the rotating parts, and a plurality of fixed parts arranged on the rotating parts. An optical system including the optical components of (1), the laser beam guided to the rotating part is split, and one of the split laser beams is passed through the optical path orthogonal to the X axis to the first retroreflector. An optical system that causes the other laser beam to be emitted on the extension of the optical path and incident on the second retro-reflector while being incident, and to obtain reflected light from the first and second retro-reflectors, respectively. On the basis of the interference of the two reflected lights obtained via the optical system, the second A detection unit that detects the amount of movement of the retro-reflector, and is fixedly disposed on the rotating unit, and a part of the reflected light from the second retro-reflector is incident and is incident on the second retro-reflector. Position detecting means for outputting a position signal according to the amount of deviation of the laser beam, and rotation of the rotating part around the X-axis and the Y-axis so that the amount of deviation becomes zero based on the position signal from the position detecting means. A tracking-type laser interferometer, comprising: a control unit that controls a moving position.
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