JPH11325815A - 干渉測長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 測長誤差を低減することが可能な干渉測長装
置を実現する。 【解決手段】 ヘテロダイン干渉を用いた干渉測長装置
において、偏光方向が互いに直交する２つの周波数のレ
ーザ光を出力する直交２周波レーザ発生手段と、一方の
周波数のレーザ光を被測定物に固定された第１のコーナ
ーキューブで反射させ、他方の周波数のレーザ光を第２
のコーナーキューブで反射させてそれぞれの反射光を合
波して出力するヘテロダイン干渉手段と、レーザ光を検
出して参照信号を生成する第１の光検出器と、ヘテロダ
イン干渉手段の出力光を検出して測定信号を生成する第
２の光検出器と、レーザ光を分岐して第１の光検出器及
びヘテロダイン干渉手段に入射させると共に第１及び第
２の光検出器とヘテロダイン干渉手段を近接させる光学
系と、参照信号と測定信号との周波数差に基づき被測定
物の移動距離を求める信号処理回路とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ヘテロダイン干渉
を用いた干渉測長装置に関し、特に測長誤差を低減する
ことが可能な干渉測長装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のヘテロダイン干渉を用いた干渉測
長装置は被測定物の移動に伴い生じるドップラーシフト
による周波数変化を検出することにより、被測定物の移
動距離を測定するものである。

【０００３】図３はこのような従来の干渉測長装置の一
例を示す構成ブロック図である。図３において１は直交
２周波レーザ光源、２，４及び５はビームスプリッタ、
３及び１２は光検出器、６及び１０はミラー、７及び９
はコーナーキューブ、８は偏光ビームスプリッタ、１１
は検光子、１３は信号処理回路、１００及び１０１は出
力光である。また、１，２及び３は直交２周波レーザ発
生手段５０を、７，８及び９はヘテロダイン干渉手段５
１をそれぞれ構成している。

【０００４】直交２周波レーザ光源１の出力光はビーム
スプリッタ２に入射され、反射光は光検出器３に入射さ
れ透過光はビームスプリッタ４に入射される。ビームス
プリッタ４で反射された光はビームスプリッタ５に入射
され、ビームスプリッタ４の透過光及びビームスプリッ
タ５の反射光はそれぞれ出力光１００及び１０１として
外部へ出力される。

【０００５】一方、ビームスプリッタ５を透過した光は
ミラー６で反射され偏光ビームスプリッタ８に入射さ
れ、偏光ビームスプリッタ８での反射光はコーナーキュ
ーブ７で反射され再び偏光ビームスプリッタ８に入射さ
れる。また、偏光ビームスプリッタ８を透過した光はコ
ーナーキューブ９で反射され再び偏光ビームスプリッタ
８に入射され、コーナーキューブ７からの反射光と合波
され出力される。

【０００６】このヘテロダイン干渉手段５１の出力光は
ミラー１０で反射され、検光子１１を介して光検出器１
２に入射される。そして、光検出器３の出力信号と光検
出器１２の出力信号は信号処理回路１３に接続される。

【０００７】ここで、図３に示す従来例の動作を説明す
る。直交２周波レーザ光源１は偏光方向が互いに直交す
る２つの周波数のレーザ光を出力する。このレーザ光は
ビームスプリッタ２で分岐され一方の分岐光は光検出器
３で検出される。この時、光検出器３では光電変換によ
り前記２つの周波数の差周波数が検出される。

【０００８】例えば、互いに偏光方向が直交する２つの
周波数を”ｆ０”及び”ｆ１”とすれば、光検出器３か
らは差周波数である”ｆ０−ｆ１”なる周波数の検出信
号が参照信号として出力される。

【０００９】一方、ビームスプリッタ２を透過したレー
ザ光はビームスプリッタ４及び５によりさらに分岐され
出力光１００及び１０１として出力されると共に偏光ビ
ームスプリッタ８に入射される。

【００１０】例えば、周波数が”ｆ０”のレーザ光の偏
光方向が偏光ビームスプリッタ８で反射されるとすれ
ば、周波数が”ｆ１”のレーザ光はその偏光方向が周波
数が”ｆ０”のレーザ光の偏光方向に直交するので偏光
ビームスプリッタ８を透過することになる。

【００１１】ここで、コーナーキューブ７は固定され、
コーナーキューブ９は移動距離を測定する被測定物に固
定される。このため、前記被測定物が移動するとコーナ
ーキューブ９で反射されるレーザ光はドップラーシフト
を受けてその周波数が変化する。そして、偏光ビームス
プリッタ８で再び合波され検光子１１を介して光検出器
１２に入射され光電変換により前記２つの周波数の差周
波数が検出される。

【００１２】例えば、コーナーキューブ９が図３中”Ｍ
Ｖ０１”に示す方向に速度”Ｖ１”で移動した場合には
ドップラーシフトによりレーザ光の周波数が”ｆ１”か
ら”ｆ１＋Δｆ１”と変化し、また、コーナーキューブ
９が図３中”ＭＶ０２”に示す方向に速度”Ｖ１”で移
動した場合にはドップラーシフトによりレーザ光の周波
数が”ｆ１”から”ｆ１−Δｆ１”と変化する。

【００１３】従って、コーナーキューブ９が速度”Ｖ
１”で移動した場合には”ｆ０−（ｆ１＋Δｆ１）”若
しくは”ｆ０−（ｆ１−Δｆ１）”なる周波数の検出信
号が測定信号として出力される。

【００１４】そして、信号処理回路１３は光検出器３及
び１２から入力される参照信号及び測定信号に基づきコ
ーナーキューブ９が取り付けられた被測定物の移動距離
を求める。すなわち、参照信号と測定信号との周波数差
はコーナーキューブ９が取り付けられた被測定物の移動
速度に比例するので、前記周波数差から被測定物の移動
速度を求めこの移動速度を積算することにより被測定物
の移動距離を求めることができる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図３に示す従
来例では２周波の差周波数が揺らぐ場合には参照信号が
直交２周波レーザ発生手段５０から信号処理回路１３ま
で伝送される経路と、ヘテロダイン干渉手段５１までの
光学系の経路及び光検出器１２からの信号処理回路１３
まで測定信号が伝送される経路とが異なる為に参照信号
と測定信号とはそれぞれ別の遅延が生じてしまう。この
ため、測定信号がドップラーシフトを受けなくても参照
信号と測定信号との遅延時間の差が生じてしまいこれが
移動速度として検出され測長誤差が生じてしまうと言っ
た問題点があった。従って本発明が解決しようとする課
題は、測長誤差を低減することが可能な干渉測長装置を
実現することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】このような課題を達成す
るために、本発明のうち請求項１記載の発明は、ヘテロ
ダイン干渉を用いた干渉測長装置において、偏光方向が
互いに直交する２つの周波数のレーザ光を出力する直交
２周波レーザ発生手段と、一方の周波数の前記レーザ光
を被測定物に固定された第１のコーナーキューブで反射
させ、他方の周波数の前記レーザ光を第２のコーナーキ
ューブで反射させてそれぞれの反射光を合波して出力す
るヘテロダイン干渉手段と、前記レーザ光を検出して参
照信号を生成する第１の光検出器と、前記ヘテロダイン
干渉手段の出力光を検出して測定信号を生成する第２の
光検出器と、前記レーザ光を分岐して前記第１の光検出
器及び前記ヘテロダイン干渉手段に入射させると共に前
記第１及び第２の光検出器と前記ヘテロダイン干渉手段
を近接させる光学系と、前記参照信号と前記測定信号と
の周波数差に基づき前記被測定物の移動距離を求める信
号処理回路とを備えたことにより、測長誤差を低減する
ことが可能になる。

【００１７】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明である干渉測長装置において、前記光学系を光ファイ
バで構成したことにより、直交２周波レーザ光源とヘテ
ロダイン干渉手段等の位置関係に制限がなくなるので配
置が容易になる。

【００１８】請求項３記載の発明は、ヘテロダイン干渉
を用いた干渉測長装置において、偏光方向が互いに直交
する２つの周波数のレーザ光を出力する直交２周波レー
ザ発生手段と、一方の周波数の前記レーザ光を被測定物
に固定された第１のコーナーキューブで反射させ、他方
の周波数の前記レーザ光を第２のコーナーキューブで反
射させてそれぞれの反射光を合波して出力するヘテロダ
イン干渉手段と、参照信号と測定信号との周波数差に基
づき前記被測定物の移動距離を求める信号処理回路と、
前記ヘテロダイン干渉手段の近傍から前記レーザ光を参
照信号を生成する前記信号処理回路近傍の第１の光検出
器に導く第１の光ファイバと、前記ヘテロダイン干渉手
段の出力光を測定信号を生成する前記信号処理回路近傍
の第２の光検出器に導く第２の光ファイバと、前記レー
ザ光を分岐して前記第１の光ファイバ及び前記ヘテロダ
イン干渉手段に入射させる光学系とを備えたことによ
り、測長誤差を低減することが可能になる。

【００１９】請求項４記載の発明は、請求項３記載の発
明である干渉測長装置において、前記光学系を光ファイ
バで構成したことにより、直交２周波レーザ光源とヘテ
ロダイン干渉手段等の位置関係に制限がなくなるので配
置が容易になる。

【００２０】請求項５記載の発明は、請求項３記載の発
明である干渉測長装置において、前記信号処理回路が、
前記第１及び第２の光検出器を内蔵したしたことによ
り、信号処理回路周辺の配線が容易になり装置の小型化
も可能になる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下本発明を図面を用いて詳細に
説明する。図１は本発明に係る干渉測長装置の一実施例
を示す構成断面図である。図１において１，４，５，７
〜１３，５１，１００及び１０１は図３と同一符号を付
してあり、１４はヘテロダイン干渉手段５１に近接して
配置されたビームスプリッタ、１５は検光子、１６はヘ
テロダイン干渉手段５１に近接して配置された光検出器
である。また、光検出器１２もヘテロダイン干渉手段５
１に近接して配置される。

【００２２】また、１は直交２周波レーザ発生手段５０
ａを、４，５，１０，１１，１４及び１５は光学系５２
をそれぞれ構成している。

【００２３】直交２周波レーザ光源１の出力光はビーム
スプリッタ４に入射され、ビームスプリッタ４で反射さ
れた光はビームスプリッタ５に入射され、ビームスプリ
ッタ４の透過光及びビームスプリッタ５の反射光はそれ
ぞれ出力光１００及び１０１として出力される。

【００２４】一方、ビームスプリッタ５を透過した光は
ビームスプリッタ１４に入射され、ビームスプリッタ１
４の反射光は偏光ビームスプリッタ８に入射され、偏光
ビームスプリッタ８での反射光はコーナーキューブ７で
反射され再び偏光ビームスプリッタ８に入射される。ま
た、偏光ビームスプリッタ８を透過した光はコーナーキ
ューブ９で反射され再び偏光ビームスプリッタ８に入射
され、コーナーキューブ７からの反射光と合波され出力
される。

【００２５】このヘテロダイン干渉手段５１の出力光は
ミラー１０で反射され、検光子１１を介して光検出器１
２に入射される。また、ビームスプリッタ１４の透過光
は検光子１５を介して光検出器１６に入射される。そし
て、光検出器１２及び１６の出力信号は信号処理回路１
３に接続される。

【００２６】ここで、図１に示す実施例の動作を説明す
る。但し、基本的な動作は図３に示す従来例と同様であ
るのでその部分の説明は省略する。直交２周波レーザ光
源１は偏光方向が互いに直交する２つの周波数のレーザ
光を出力しこのレーザ光はビームスプリッタ４及び５に
より分岐され出力光１００及び１０１として出力される
と共にビームスプリッタ１４に入射される。

【００２７】ビームスプリッタ１４はヘテロダイン干渉
手段５１の近傍に設けられており、ビームスプリッタ１
４での反射光がヘテロダイン干渉手段５１に入射され
る。ヘテロダイン干渉手段５１の出力光は前述のように
コーナーキューブ９の移動により周波数にドップラーシ
フトを受ける。例えば、コーナーキューブ９が速度”Ｖ
１”で移動した場合には”ｆ０−（ｆ１＋Δｆ１）”若
しくは”ｆ０−（ｆ１−Δｆ１）”なる周波数の検出信
号が測定信号として出力される。

【００２８】一方、ヘテロダイン干渉手段５１に近接し
たビームスプリッタ１４を透過したレーザ光は検光子１
５を介して光検出器１６で検出される。この時、光検出
器１６では光電変換により前記２つの周波数の差周波数
が検出される。

【００２９】例えば、互いに偏光方向が直交する２周波
を”ｆ０”及び”ｆ１”とすれば、光検出器３からは差
周波数である”ｆ０−ｆ１”なる周波数の検出信号が参
照信号として出力される。

【００３０】そして、信号処理回路１３は光検出器１６
及び１２から入力される参照信号及び測定信号に基づき
コーナーキューブ９が取り付けられた被測定物の移動距
離を求める。すなわち、参照信号と測定信号との周波数
差はコーナーキューブ９が取り付けられた被測定物の移
動速度に比例するので、前記周波数差から被測定物の移
動速度を求めこの移動速度を積算することにより被測定
物の移動距離を求めることができる。

【００３１】ここで、レーザ光を参照信号を生成する光
検出器１６と測定信号を生成するためのヘテロダイン干
渉手段５１及び光検出器１２を近接して配置することに
より、図１に示す実施例では基準となる参照信号とドッ
プラーシフトを受ける測定信号の光学的経路と電気信号
経路がほぼ同じなる。このため、参照信号と測定信号と
の間には遅延差が生じず、遅延時間の差に起因する測長
誤差を低減することが可能になる。

【００３２】この結果、レーザ光を参照信号を生成する
光検出器１６と測定信号を生成するためのヘテロダイン
干渉手段５１及び光検出器１２を近接して配置すること
により、遅延時間の差に起因する測長誤差を低減するこ
とが可能になる。

【００３３】また、図２は本発明に係る干渉測長装置の
他の実施例を示す構成断面図である。図２において１，
４，５，７〜１１，１３〜１５，５０ａ，５１，５２，
１００及び１０１は図１と同一符号を付してあり、１７
及び１８はカップラ、１９及び２０は光ファイバ、２１
及び２２は光検出器である。また、光検出器２１及び２
２は信号処理回路１３の近傍に配置される。

【００３４】また、接続関係に関しては図１に示す実施
例とほど同様であり異なる点は検光子１１及び１５を介
したレーザ光がカプラ１８及び１７を介して光ファイバ
２０及び１９の一端から導かれ、光ファイバ２０及び１
９の他端からの出射光が光検出器２２及び２１に入射さ
れ、光検出器２２及び２１の出力が信号処理回路１３に
接続される点である。

【００３５】ここで、図２に示す実施例の動作を説明す
る。図２に示す実施例ではヘテロダイン干渉手段５１の
近傍から２つのレーザ光を２本の光ファイバで信号処理
回路１３の近傍に配置された光検出器２１及び２２に導
くため、基準となる参照信号とドップラーシフトを受け
る測定信号の光学的経路と電気信号経路がほぼ同じな
る。このため、参照信号と測定信号との間には遅延差が
生じず、遅延時間の差に起因する測長誤差を低減するこ
とが可能になる。

【００３６】この結果、レーザ光を参照信号を生成する
レーザ光と測定信号を生成するレーザ光に分離するビー
ムスプリッタ１４をヘテロダイン干渉手段５１に近接し
て配置すると共にヘテロダイン干渉手段５１近傍から２
つのレーザ光を光ファイバで信号処理回路１３の近傍に
配置された光検出器２１及び２２に導くことにより、遅
延時間の差に起因する測長誤差を低減することが可能に
なる。

【００３７】なお、図１に示す実施例ではビームスプリ
ッタやミラー等の光学系５２によりレーザ光をヘテロダ
イン干渉手段５１や光検出器１２及び１６に入射させて
いるが、光学系５２の代わりに光ファイバを用いて構成
しても構わない。このような構成にすることにより、直
交２周波レーザ光源１とヘテロダイン干渉手段５１、光
検出器１２及び１６の位置関係に制限がなくなるので配
置が容易になる。

【００３８】また、図２に示す実施例ではビームスプリ
ッタやミラー等の光学系５２によりレーザ光をヘテロダ
イン干渉手段５１や光ファイバ１９及び２０に入射させ
ているが、光学系５２の代わりに光ファイバを用いて構
成しても構わない。このような構成にすることにより、
直交２周波レーザ光源１とヘテロダイン干渉手段５１、
光ファイバ１９及び２０の位置関係に制限がなくなるの
で配置が容易になる。

【００３９】また、図２に示す実施例では光検出器２１
及び２２と信号処理回路１３を別々に記載したが、光検
出器２１及び２２の機能を信号処理回路１３に内蔵させ
ても構わない。このような構成にすることにより、信号
処理回路１３周辺の配線が容易になり装置の小型化も可
能になる。

【００４０】また、図１及び図２に示す実施例では外部
へ出力光１００及び１０１を出力しているが、特に出力
光１００及び１０１を外部に出力する必要はない。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明によれば次のような効果がある。請求項１の発明
によれば、レーザ光を参照信号を生成する第１の光検出
器と測定信号を生成するためのヘテロダイン干渉手段及
び第２の光検出器を近接して配置することにより、遅延
時間の差に起因する測長誤差を低減することが可能な干
渉測長装置が実現できる。

【００４２】また、請求項２の発明によれば、光学系を
光ファイバで構成したことにより、直交２周波レーザ光
源とヘテロダイン干渉手段等の位置関係に制限がなくな
るので配置が容易になる。

【００４３】また、請求項３の発明によれば、レーザ光
を参照信号を生成するレーザ光と測定信号を生成するレ
ーザ光に分離するビームスプリッタをヘテロダイン干渉
手段に近接して配置すると共にヘテロダイン干渉手段近
傍から２つのレーザ光を光ファイバで信号処理回路の近
傍に配置された第１及び第２の光検出器に導くことによ
り、遅延時間の差に起因する測長誤差を低減することが
可能になる。

【００４４】また、請求項４の発明によれば、光学系を
光ファイバで構成したことにより、直交２周波レーザ光
源とヘテロダイン干渉手段等の位置関係に制限がなくな
るので配置が容易になる。

【００４５】また、請求項５の発明によれば、第１及び
第２の光検出器の機能を信号処理回路に内蔵させること
により、信号処理回路周辺の配線が容易になり装置の小
型化も可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る干渉測長装置の一実施例を示す構
成断面図である。

【図２】本発明に係る干渉測長装置の他の実施例を示す
構成断面図である。

【図３】従来の干渉測長装置の一例を示す構成ブロック
図である。

【符号の説明】

１ 直交２周波レーザ光源 ２，４，５，１４ ビームスプリッタ ３，１２，１６，２１，２２ 光検出器 ６，１０ ミラー ７，９ コーナーキューブ ８ 偏光ビームスプリッタ １１，１５ 検光子 １３ 信号処理回路 １７，１８ カップラ １９，２０ 光ファイバ ５０，５０ａ 直交２周波レーザ発生手段 ５１ ヘテロダイン干渉手段 ５２ 光学系

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小杉 泰仁 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号横河電 機株式会社内 (72)発明者 友定 伸浩 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号横河電 機株式会社内 (72)発明者 大矢 彰 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号横河電 機株式会社内 (72)発明者 岩岡 秀人 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号横河電 機株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ヘテロダイン干渉を用いた干渉測長装置に
   おいて、 偏光方向が互いに直交する２つの周波数のレーザ光を出
   力する直交２周波レーザ発生手段と、 一方の周波数の前記レーザ光を被測定物に固定された第
   １のコーナーキューブで反射させ、他方の周波数の前記
   レーザ光を第２のコーナーキューブで反射させてそれぞ
   れの反射光を合波して出力するヘテロダイン干渉手段
   と、 前記レーザ光を検出して参照信号を生成する第１の光検
   出器と、 前記ヘテロダイン干渉手段の出力光を検出して測定信号
   を生成する第２の光検出器と、 前記レーザ光を分岐して前記第１の光検出器及び前記ヘ
   テロダイン干渉手段に入射させると共に前記第１及び第
   ２の光検出器と前記ヘテロダイン干渉手段を近接させる
   光学系と、 前記参照信号と前記測定信号との周波数差に基づき前記
   被測定物の移動距離を求める信号処理回路とを備えたこ
   とを特徴とする干渉測長装置。
2. 【請求項２】前記光学系を光ファイバで構成したことを
   特徴とする請求項１記載の干渉測長装置。
3. 【請求項３】ヘテロダイン干渉を用いた干渉測長装置に
   おいて、 偏光方向が互いに直交する２つの周波数のレーザ光を出
   力する直交２周波レーザ発生手段と、 一方の周波数の前記レーザ光を被測定物に固定された第
   １のコーナーキューブで反射させ、他方の周波数の前記
   レーザ光を第２のコーナーキューブで反射させてそれぞ
   れの反射光を合波して出力するヘテロダイン干渉手段
   と、 参照信号と測定信号との周波数差に基づき前記被測定物
   の移動距離を求める信号処理回路と、 前記ヘテロダイン干渉手段の近傍から前記レーザ光を参
   照信号を生成する前記信号処理回路近傍の第１の光検出
   器に導く第１の光ファイバと、 前記ヘテロダイン干渉手段の出力光を測定信号を生成す
   る前記信号処理回路近傍の第２の光検出器に導く第２の
   光ファイバと、 前記レーザ光を分岐して前記第１の光ファイバ及び前記
   ヘテロダイン干渉手段に入射させる光学系と、を備えた
   ことを特徴とする干渉測長装置。
4. 【請求項４】前記光学系を光ファイバで構成したことを
   特徴とする請求項３記載の干渉測長装置。
5. 【請求項５】前記信号処理回路が、 前記第１及び第２の光検出器を内蔵したしたことを特徴
   とする請求項３記載の干渉測長装置。