JPS5990003A - 干渉測定装置 - Google Patents

干渉測定装置

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JPS5990003A
JPS5990003A JP58159126A JP15912683A JPS5990003A JP S5990003 A JPS5990003 A JP S5990003A JP 58159126 A JP58159126 A JP 58159126A JP 15912683 A JP15912683 A JP 15912683A JP S5990003 A JPS5990003 A JP S5990003A
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JP
Japan
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laser
interference
unit
distance
measurement
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JP58159126A
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English (en)
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クラウス・デイ−タ−・ザ−レフスキ−
ホルスト・ウンゲル
カ−ル・ハインツ・ベツヒスタイン
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Jenoptik AG
Original Assignee
Carl Zeiss Jena GmbH
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Publication date
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    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
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    • G01B9/02007Two or more frequencies or sources used for interferometric measurement
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B2290/00Aspects of interferometers not specifically covered by any group under G01B9/02
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    • GPHYSICS
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  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光電式距離測定のための干渉測定による装置に
関する3、 近代の距1〜fLIilll定装置は一般に−)’(S
パルスの走行時間の測定または電気う゛C学的に変調さ
れた−)”C波の位相比較の原理に基づいている。この
ようなすべての方法が光を単に変調担体としてのみ使用
しており、その結実現在到達することができる測定波長
は11nの大きさのオーダにある。非常に屯(+(li
な光電的な測定方法が米国時9′「明細゛用第4068
951号に記載されている3、 干渉測定による装置はこの装置よりも正確である。V−
ザ・ビームが測定ビームと参照ビームに分割される。1
測定ビームは、測定区間の通過および測定反射器におけ
る反射の後で、「1■び参照ビームと一緒にされる。測
定ビームと参照ビームの間の相対的な位相角位置に対応
して、測定反射器が移動するとき、干渉点には明暗の信
号が発生し。
そh−が9′自検出器によって記録され、電気的に数え
1うれる。個々の計数パルスの加算が波長の値と一緒に
なって反射器の全移動距離f6:カえ、このようにして
長さおよび距離が波長の大きさのオーダの分解能で、ま
た適当な内挿を使えばそ〕1.以下の分解能で測定され
ることができる1゜ しかし、なかもこの種の干渉測定による装置は限定的な
ある一定の距離測定にのみ適当である。パスの増分を力
計ψfする必要から、いかなるビームの中1析も許され
ず、その結果、ビームのふらつきを妨げるために、測定
反射器が・ζスの区間に沿・つてガイドの軌道に結ばさ
れなければならないからである。
米国特許明、N111期第4,005,936号には、
二つの異なった周波数f1およびf2ヲ放射する可干渉
性の光源を含む、干渉測定による方法が記載されている
。各出力ビームは二つの部分に分割され、それらのうち
それぞil、一つのビーム成分は持味な装置によってそ
)1ぞれdf、およびdf2の周波数のずれ金受ける。
変化しないまNの周波数f+およびf2を持ったビーム
の部分は関心がある距離に区って導かれ、測定反射器で
反対方向に反射される。
光検出器は、周波数が変化させられている部分子1−1
− df+ k有する周波数f+のビーム成分と、対応
する成分子2−1− df2を有する周波数f2のビー
ム成分がコヒーレントに干渉するように、すべての部分
ビームを受、)°Cする。周波数(df+  dfz 
)の信号が検出器から導き出される。その位相は二つの
個々の位相角の差に対応し、通過J−る距離のi=lめ
の尺度である1、 この干渉測定による方法は、レーザ・ビームのそり、ぞ
れ一つの部分成分において出1−」の周波数を変えるた
めの附加の装置全必要とする。そのうえ、とができる距
離分解能をもっては、非常に小さな一義的な距離d(す
定範囲を作り出すことしができないρ 大きな距離測定範囲(例えば100+n)が得られるよ
うな、干渉測定による装置は知られていない。
本発明の目的は、公知の干渉測定によるレーザーバス測
定システムを変更することによって達成され、干渉測定
による測定方法のための新しい技術的な使用分野を開く
ことができる、光電式距離測定のための干渉測定による
装置を開発することである。
本発明は、大きな操作範囲に亘る光電的な距離測定のた
めの装置6.全干渉測定による原理に基づいて達成する
という課題を設定する。公知の干渉測定による装置は現
在のところ長さを測定するという課題を満足しているが
、小さな操作範囲に亘っでしか距離測定全可能にしない
からであるρ本発明によればこの課題は、90°だけず
れた偏光面を有する異なった周波数f+およびf2のな
る・べく二つのレーザ・モードのそれぞれ二つの直線偏
光されたンL波を放射する単数または複数のレーザ光源
から成り、その際〔・−ド間隔がそれぞれのレーザでレ
ーザ鏡の距離が変化する結果1菫かに変化する装置が選
ばil、るときに解決される1、そのほか、その装置i
jj、は、測定ビームと参照ビームのル畳によって生じ
る位相をずらされた複数の干渉信号全発生する長さ測定
のための公知のレーザ干渉計から成っている。干渉計ブ
ロックは、受光器から成る変換器ユニットのほかに、同
様な第2の変換器ユニットおよび単数または複数の偏光
分割器を含んでおり、その偏光分割器は光ビームの偏光
面の方向に依存して干渉n1ブロツクの中で発生させら
れた干渉信号がいずれかの変換器二ニットの土に落ちる
ように作用する。本発明による装置のエレクトロニソク
スによる部分はアナログ信号前処理および中間メモリー
の、2めの装置、アナログ−ディジクル変換器、および
出力媒体金石する計算ユニットから成っている9、 レーザによって発生させられるビームは、偏光光された
モードを含んでいる。二つの)YL周波数は。
干渉引区間を含めて、共通して全)を路を同時に通して
測定する。干渉旧ブロックの中で発生さぜら:11.た
干渉信号は適切に配置された偏)゛L分割器によって各
周波数成分の偏)′Cの方向に対応して空間的に分離さ
れ、二つの別個の変換器ユニットの方に向けられる。各
変換器ユニットには、擾乱の影響を除去するためのエレ
クトロニソクスによる前処理段が含まれている1、二つ
の変換器ユニットの発生させられた電気的な信号は、そ
71.に基づいて、同時に、乱流の結果透過されるう°
C学的媒体の測定できる程の変化が起る時間よりも遥に
短い記憶時間、エレクトロニツクス的に中間的にメモリ
される。
中間メモリされたアナログ信号はアナログ−ディジタル
変換器を使ってディスクリートな直にされ、言1算ユニ
ットに導かIt、そして公知の関数関係全;1じてV−
ザ周波数に対応する二つの干渉信号の谷々の位相角の計
算が行なわれる。他の位相;’−,’+i+’lll定
法におけると同様に、二つの位相角の差は測−リ 定される丸角ILに比例j−る値を供給し2、そノ上が
既知の定数を掛けて表示さ、11.る。
二つのレーザ・モードによって発生さぜられる距n11
の尺度は、二つのモードの可能な周波数間隔の物理的な
制限の結果017nの大きさのオーダーの長さしが持っ
てオ6らず、その結果一義的な距離の測定はこの範囲に
おいてのみ可能である。しかしながら、その長さで僅が
しか異なっていない複数の尺度を組み合わせることによ
って、遥に大きな一義的な距+’J、 Ll(11定範
囲を達成することができる。
レーザ鏡距離のイ苗がな変化によってモード間隔が異な
っている、複数のレーザ光源の使用は、したがって、各
レーザ光源全便った相つぃで行なわれる測定および閘々
の31算さitだ距離の測定1直の対応する組合せで1
.を較的大きな操作範囲に亘って一義的な距離の決定全
可能にするe 本発明全以下に実施例を用いて説明する。。
第1図に示J−装置は同様なレーザ光源1a、1b。
1cか1う成っている。それらのレーザ光源は9o0ド
の形の、異なつ几周波数f、およびf2 のそれぞれ二
つの直線偏)“CされたyC波を放射し、その際モード
間隔はレーザの中でレーザ鏡の距離の僅かな変化によっ
てそれぞれ僅かに異なっている。鏡6゜するビーム分割
器4a 、 4b によって、すべてのレーザ拳ビーム
は強度が等しいように一緒に導がh、干渉泪区間に向け
られる。光学シャッタ2a 、 2b 。
2cはその時7々に一つのレーザラ゛0源の光のみがそ
の光学的な区間を通して測定するように作用する。
レーザ・ビームは結合・プリズム5ヶ通って干渉nブロ
ツク乙に達1−1そこで測定ビームと参照ビームへの分
割が行なわれる。参照ビームは固定の参照レフレクタ7
に到達1〜、そこで干渉h1ブロックの方に反則し返さ
il、る1、測定ビームは同様にして可動の測定レフレ
クタ8で反射を受ける。両方のビームは干渉a−1ブロ
ックの中で干渉させられ、その際四つの分割器層から成
る公知の装置によって、それぞれ90°位相がずれた干
渉信号が発生させらの分割が行なわれる。二つの充電式
変換型ユニット10a、10bばそノ゛Lぞれ四つの信
号ケ受ける1、それらの信号の時間−・r均値はつぎの
形金持っている。
】 B1= A: (H(1,−1−m2) −1−rn 
C08(lJI rJ2 ] B2  =  Ao C因(]  +m2) +m5i
n  (IJI  r   J1 B3  =  Ao (1)l (1−1−m”)  
−mcos tiノ、 τ 〕こ〜で、Agは放射され
るレーザ)“Cの強度、mは干渉a1区間を透過する際
の強度変調の程度で、その時間依存1テ1ミは大気の乱
流によって条件づけられる0 τは測定ビームと参照ビ
ームの間の走行時間の差である1、 両方の変換器ユニットの各々にはそれぞれm一つの差形
成器11a、11bおよび11c、11dが接続されて
おり、その、結果それぞれの分校の出力にG」、つぎΔ
B+3 = B+ −B3 = 2A: m cos 
C1rΔB24  =  132− B4  =  2
A、;  m sin  (171Tそれぞれ二つの走
査停止手段12a 、 12bおよび12c。
12dt便って四つの合成差信号の同時の記憶が行なわ
れる。記憶過程の後でマルチプレックス・スイッチ13
がそれらのアナログ13号金相ついでアナログ−ディジ
タル変換器14に供給し、それにディジタル化された匝
の計算ユニット15の中での記憶が続(。割算ユニット
の内部では適当なアルゴリズム全便・つてつぎの二つの
位相角の計算が行なわれる3、 L ψ1=ω1τ=2πf1− および L ψ2二ω2τ;2πf2− に 又で、2Lは測定レフレクタと干渉旧ブロックの間の往
復のバス、Cは光の伝播速度である。それに続(差り形
成 ψ1− ψ2−4πΔf− は得ようとする距離の測定値 L−圃(ψじψ2) を供給する3、その測定値は、個々のレーザ光源をスイ
ッチ・オンすることによって相・′〕いて実現される他
のすべての測定過程の結果と組み合わさノア、5大きな
距離測定範囲に亘る一義的な距離のf−タとなり、その
表示が出力媒体16に4Ui・つて行なわれる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による装置の図式的ブよ構成図である。 1a、1b、1c −レーザ元i原 2a、2b、2c・・・光学シャッタ、  6−鏡4a
・・・ 50係ビ一ム分割器 4b・・・ ろろに係反射11ヒ金有′j−るビーム分
割器5 ・結ばプリーダl1、 6・・・干渉泪ブロッ
ク7・・参照レフレクタ、  8・・・測定レフレクタ
9・偏尤分割器、  10a、10b  ・変換器1ニ
ツi・11a、 1 lb、 11c、 11d =差
形成器12a、 12b、 12c 、 12d −・
・走査停止手段1ろ・・・マルチプレックス・スイッチ
14・・・アナログ−ディジタル変換器15・・・割算
ユニット、  16・・・出力媒体特許出願人 ベブ・
カール・ノアイス・イエーナ代理人弁理士 松   1
)  省   躬−V’ rPi’Y rlll j、
l−F”i (白1’r >1.1目′1の表示 昭和50i1  l°+  g’l  片rl  第1
 !i 9 ’I ’t’ C3f”H2、花明の名f
r ■渉測定駅買 3、補正をする右 事1′1との間係  特y’r flt !i′1人名
  称  ベア’  /J  ル ツー?(ス (1’
J4、代理人 11   所  中1;I都ン1113西斬悟2 +1
11−.7白   ダT5 6、補正の月や 図面+1.: Hpe l (払(rJ7 (? f、
l )7、補正の内容 別紙の通() 17−

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)特に長さ測定に適rる。可干渉性の測定ビームお
    よび参照ビームの重畳によって/−1−しる、四つのぞ
    ノ1.ぞり、 9 []0だけ位相がずれている干渉信
    号を発生さぜるための光電変換ニジJを含め、レーザ光
    源忙よび1゛渉31ケ有1−るレーザ干渉語ゾスデノ、
    において、4個の受)“C器から成る変換器1ニツ]・
    のdかに5同り1?な第2の変換器ユニットおよび少く
    とも一飼のIJ )Y、分割)(汁が干渉d1区間を通
    過した後に発生さぜらJl、る直線偏光さり、たレーザ
    ・ビームの干渉信号が一方の変換器ユニットの上に落ち
    るか900のfffi jY;面の回転の後で他方の変
    換器ユニットの上に落し)るように、適切に配置に、さ
    il−ていること全特徴とする装置1り。
  2. (2)  レーザ光源がそれ自体または対応する装置全
    便って、直交する偏光方向成fiI<二つのレーザ・モ
    ードを有する異なった周波数の二つの直線偏j−ホされ
    た光波を故旧し、それらの光波が同じ)r、路を共通し
    て走り、その個々の干渉信号が干渉旧ブロックの中に設
    けられた口吊元分割器によって分離して二つの変換器コ
    、ニットに向げらhることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載の装置。
  3. (3)光電変換器ユニットの中で発生させられた電気信
    号が目的に合致1〜たアナログ処理の後で、乱流の結果
    透過される光学媒体の測定できる程の変化が起る時間よ
    りも遥に短い記憶時間て゛同時に記憶されることを!1
    テrN、どする、特許請求の範囲第1項または第2項記
    載の装置。
  4. (4)記1.醸された信号(直がアナログ−ディジタル
    変換器を通じて泪多つユニットに力えもれ、そこで公:
    /:flのアルゴリズムケ便って二つの互に直交する偏
    光されたレーザ・ビーj、の各々の測定ビームと参照ビ
    ームの間のj\r相角の語算およびそれらの差の形成が
    行なわれ、それらが既知の常1y、全掛り′て表示さり
    、ること全特徴とする、% A’「M〆j求の1・α間
    第1ψかも第6項までのいずれか1項記載の装置。
  5. (5)  :’jだ一つのレーザの代りにいろいうのレ
    ーザ鏡の距1ηIn (7)結果互に僅かなモード間隔
    の変化金有する複数のレーザー)’rS源の相・ついだ
    使用が行なわれることを11!f敵とする、特許請求の
    範囲;耶1項から第4項までのいずれか1項に記載の装
    置。
  6. (6)・一義的な距離の決定が大きな取扱い範囲に亘っ
    て11J能なように、相ついで得1ろれる測定値が組み
    合わされること全特徴とする、41斤d′ト請求の範囲
    第1項から第5項までのいずれかI Xiに記載の装置
    6、。
JP58159126A 1982-09-01 1983-09-01 干渉測定装置 Pending JPS5990003A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DD82242947A DD209263A1 (de) 1982-09-01 1982-09-01 Interferometrische anordnung zur optoelektrischen distanzmessung
DD01C/24294 1982-09-01

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JPS5990003A true JPS5990003A (ja) 1984-05-24

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ID=5540970

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JP58159126A Pending JPS5990003A (ja) 1982-09-01 1983-09-01 干渉測定装置

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DD (1) DD209263A1 (ja)
DE (1) DE3328773A1 (ja)
FR (1) FR2532417A1 (ja)

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