JPS62204103A - Length measuring instrument - Google Patents

Length measuring instrument

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JPS62204103A
JPS62204103A JP61047871A JP4787186A JPS62204103A JP S62204103 A JPS62204103 A JP S62204103A JP 61047871 A JP61047871 A JP 61047871A JP 4787186 A JP4787186 A JP 4787186A JP S62204103 A JPS62204103 A JP S62204103A
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light
phase delay
light beams
polarization
measurement
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JP61047871A
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Toshitsugu Ueda
敏嗣 植田
Eiji Ogita
英治 荻田
Katsumi Isozaki
克巳 磯崎
Katsuya Ikezawa
克哉 池澤
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Yokogawa Electric Corp
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Yokogawa Electric Corp
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Abstract

PURPOSE:To obtain a measured value close to a real value by making two light beams which differ in wavelength incident on an interference optical system one over the other, separating return light according to the direction of its plane of polarization, and receiving separated light beams by different measuring means respectively. CONSTITUTION:Laser light sources 11 and 12 emit light beams with wavelengths lambda1 and lambda2. A polarization beams splitter PBS1 and a lambda/2 plate 5 superpose both light beams one over the other so that the planes of polarization cross each other. The superposed light is incident on the interference optical system composed of cube corners CC1 and CC2, etc., through a half-mirror HMR1. The obtained interference light is split by a polarization beam splitter PBS2 according to the direction of its plane of polarization and the light beams with the wavelengths lambda1 and lambda2 are incident on photodetectors PD1 and PD2 respectively. The outputs of the photodetectors are inputted to a phase detecting circuit 3, which outputs a signal corresponding to the difference in phase delay between the light beams with the wavelengths. Thus, the quantities of phase delay are measured on th same conditions at the same time, so the influence of fluctuations of air, etc., is reduced, so that measurement output close to the real value is obtained even if affected.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レーザ光の干渉を利用して、波長を単位とし
た高精度、高分解能の測長を行なうことができるととも
に、アブソリュートな測長出力を得ることのできる測長
器に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention makes it possible to perform high-accuracy, high-resolution length measurement using wavelength as a unit by using laser light interference, and also to perform absolute measurement. This invention relates to a length measuring device that can obtain a long output.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、光の干渉を利用した高精度の測長器は、インクリ
メンタル形と呼ばれるもので、測定対象面の移動量(干
渉縞の変位)に応じて得られるパルス信号を積算カウン
トして、この測定対象面の変位を求めるようにしたもの
である。このため、測長動作中に電源が遮断されると、
再度電源が投入されても、それまでの測定量がリセット
されてしまい、その後の測定値が全く無意味なものにな
ってしまう。
Conventionally, high-precision length measuring instruments that use optical interference are of the incremental type, which perform measurements by cumulatively counting pulse signals obtained according to the amount of movement of the surface to be measured (displacement of interference fringes). This method is designed to find the displacement of the target surface. Therefore, if the power is cut off during length measurement operation,
Even if the power is turned on again, the measured quantities up to that point will be reset, and subsequent measured values will be completely meaningless.

このような問題点を解決するために、本願出願人はすで
に、特願昭60−277380号として、アブソリュー
トな測長出力を得ることのできる副長器を提案している
。これは、マイケルソンの干渉光学系を利用した測長器
において、少なくとも2つ以上の波長の異なる光を切り
換えて、測定対象までの距離に応じた光の位相遅れ量を
順次測定するとともに、これらの波長と位相遅れ量との
関係から前記測定対象までの距離を求めるようにしたも
のである。
In order to solve these problems, the applicant of the present application has already proposed a sub-length instrument capable of obtaining an absolute length measurement output in Japanese Patent Application No. 277380/1983. In a length measuring device that uses Michelson's interference optical system, this method switches between at least two lights with different wavelengths and sequentially measures the amount of phase delay of the lights depending on the distance to the measurement target. The distance to the measurement target is determined from the relationship between the wavelength and the amount of phase delay.

第4図はこの測長器の構成を示すものである。FIG. 4 shows the configuration of this length measuring device.

図において、1は波長の異なる複数のコヒーレントな光
を選択的に発生するレーザ光源、HMRIはハーフミラ
−、AOMlは光の位相遅れ量をヘテロダイン検出する
ために基準側の光を変調する音響光学変調器〔以下、A
O変澗器と略記する〕、2はAO変1Jll器AQII
11を一定周波数fbで駆動する変調信号源、PCIは
フォトディテクタ、CC1,CC2はキューブコーナ、
3はフォトディテクタPCIの出力に含まれる位相遅れ
量を検出する位相検出回路、4は測定に使用された光の
波長とその時の位相遅れ量との関係から、キューブコー
ナCC1までの距離を求める演算回路である。レーザ光
源1は例えば一定波長の光源と波長を任意の量だけシフ
トさせる波長シフタとにより構成され、任意の波長の光
を順次発生する。また、キューブコーナCCIは測長動
作に応じて移動する測長側のキューブコーナであり、キ
ューブコーナCC2は一定の距離に固定された基準側の
キューブコーナである。
In the figure, 1 is a laser light source that selectively generates multiple coherent lights with different wavelengths, HMRI is a half mirror, and AOMl is an acousto-optic modulator that modulates the light on the reference side to heterodyne detect the amount of phase delay of the light. Vessel [hereinafter referred to as A
2 is AO variable 1Jll device AQII
11 is a modulation signal source driven at a constant frequency fb, PCI is a photodetector, CC1 and CC2 are cube corners,
3 is a phase detection circuit that detects the amount of phase delay included in the output of the photodetector PCI, and 4 is an arithmetic circuit that calculates the distance to the cube corner CC1 from the relationship between the wavelength of the light used for measurement and the amount of phase delay at that time. It is. The laser light source 1 is constituted by, for example, a light source of a constant wavelength and a wavelength shifter that shifts the wavelength by an arbitrary amount, and sequentially generates light of an arbitrary wavelength. Further, the cube corner CCI is a cube corner on the length measurement side that moves according to the length measurement operation, and the cube corner CC2 is a cube corner on the reference side that is fixed at a constant distance.

このように構成された測長器において、レーザ光源1か
ら出射された光の角周波数をω、その振幅Voを、 Vo=  sinωt               
 (1)とし、AO変変調AOMIにおける変調角周波
数をωb  (=2wfb)とすると、AO変調器AO
MIにより変i’JIIされた光の1次回折光の振幅■
1はVl= 5in(ω+ ωb)t        
  (2)となる。また、キューブコーナCC1を介し
てもどってきた光の振幅v2は ’V2! 5jn(ωt+g)          (
a)となる。なお、φは基準側および副長fil+の各
光路における光路長の差に対応して発生する位相遅れ量
である。
In the length measuring device configured in this way, the angular frequency of the light emitted from the laser light source 1 is ω, and the amplitude Vo is Vo=sinωt
(1) and the modulation angular frequency in the AO modulation AOMI is ωb (=2wfb), then the AO modulator AO
Amplitude of first-order diffracted light of light changed by MI
1 is Vl=5in(ω+ωb)t
(2) becomes. Also, the amplitude v2 of the light returning via the cube corner CC1 is 'V2! 5jn(ωt+g) (
a). Note that φ is the amount of phase delay that occurs in response to the difference in optical path length between the reference side and sub-length fil+ optical paths.

フォトディテクタPDI上では、上記の(2) 、 (
3)式に示されるような2つの光が1畳されるので、入
射する光の振幅は V1+V2−sin(ω+ωb)t +5in(ωt 
+c6)−2sin(ωt + (ωbt+cb)/2
)・ cost(ωbt−tb)/2)      α
)のように、vl、v2の和となる。ここで、フォトデ
ィテクタPD1の出力は入射する光の振幅の2乗に比例
するので、理論的には (V1+V2)”= 4 sin” (ra+ t +
 (ωbt+ d))/2)・cos”((ωbt −
ds )/2)    (5)となるが、フォトディテ
クタPDIは光の周波数には応答できず、平均値を示す
ようになるので、その出力Vpは VP! l + cos(ωbt −h )     
    (6)となる。
On the photodetector PDI, the above (2), (
3) Since the two lights shown in the formula are multiplied by 1, the amplitude of the incident light is V1+V2-sin(ω+ωb)t+5in(ωt
+c6)-2sin(ωt + (ωbt+cb)/2
)・cost(ωbt-tb)/2) α
), it is the sum of vl and v2. Here, since the output of photodetector PD1 is proportional to the square of the amplitude of the incident light, theoretically (V1+V2)"=4 sin" (ra+t+
(ωbt + d))/2)・cos”((ωbt −
ds )/2) (5) However, the photodetector PDI cannot respond to the frequency of light and shows an average value, so its output Vp is VP! l + cos(ωbt −h)
(6) becomes.

したがって、AO変調器AOMIにおける変調角周波数
ωbがわかっていれば、フォトディテクタPD1の出力
Vpの伯から位相遅れ最小を算出することができる。
Therefore, if the modulation angular frequency ωb in the AO modulator AOMI is known, the minimum phase delay can be calculated from the ratio of the output Vp of the photodetector PD1.

さて、マイケルソンの干渉光学系を使用すると、上記の
ようにして、距離に応じて変化する位相遅れ最小を測定
することが可能であるが、この位相遅れ最小の値は (2frN+#)  : Nは自然数 と等価であるので、位相遅れ量6の大きさからただちに
キューブコーナCCIまでの距離を特定することはでき
ない。
Now, using the Michelson interference optical system, it is possible to measure the minimum phase lag that changes depending on the distance as described above, but the value of this minimum phase lag is (2frN+#): N is equivalent to a natural number, so the distance to the cube corner CCI cannot be immediately determined from the magnitude of the phase delay amount 6.

そこで、図の?ItIl長器においては、測定に使用す
る波長を変化させ、各波長に対応した位相遅れ母6を順
次測定するとともに、これらの測定結果を連立方程式と
して解くことにより、測定対象(キューブコーナccl
 )までの距離を求めるようにしている。
So, what about the figure? In the ItIl long instrument, the measurement target (cube corner ccl
) to find the distance.

いま、ハーフミラ−HMRIからキューブコーナcc2
までの距P1をdl、ハーフミラ−HMRIからキュー
ブコーナCC1までの距離をd2とすると、これらの各
光路長の差は 2dl−2d2−2 d となる。したがって、測定に使用する光の波長をλ1.
λ2.λ3.λ4(λ1くλ2くλ3くλ4)とし、こ
の時に得られる位相遅れ量をi 1. Lb2. d)
3゜d+4’(,61〜小4は0〜2w)とすると、各
測定結果からは次のような式が成立する。
Now, cube corner cc2 from half mirror HMRI
Assuming that the distance P1 to the corner CC1 is dl, and the distance from the half mirror HMRI to the cube corner CC1 is d2, the difference between these optical path lengths is 2dl-2d2-2d. Therefore, the wavelength of the light used for measurement is λ1.
λ2. λ3. Let λ4 (λ1 × λ2 × λ3 × λ4), and the amount of phase delay obtained at this time is i 1. Lb2. d)
Assuming 3°d+4' (0 to 2w for 61 to 4th grade), the following equation is established from each measurement result.

2d=nlλ1+λ1 d)1 /2w     (7
)2d=n2λ2+λ2小2/2tr     (8)
2d=n3  A3 +λ3  小3 /2w    
   (9)2d=n4  A4 +λ4c64/2w
       QΦn1〜TI4は自然数、 また、これらの関係式の中から、上記(7) 、 (8
)式を使用してdを求めると、 d = A 12(nl −n2) +A12(Φ1/λ1−Φ2/λ2)   (11)A
1 A2 2 乙 なお、A12− − A2 A1 Φl#λ1c61/2vr、Φ2−λ2m2/2τとな
る。ここで、A12は2つの波長λ1.λ2における殻
小公倍波長であり、このA12の値を測定範囲と等しく
、またはそれより大きく選ぶようにすると、上記(11
)式におけるA 12(nl −n2)の項のmを特定
することができ、これらの波長λ1.λ2に対応した位
相遅れ量d)1.小2から距離dを一義的に算出するこ
とができる。すなわち、測定範囲が最小公債波長A12
より狭ければ、この時の位相遅れ最小は常に0〜2fの
間にあるので、距fedと位相遅れ量6とが°一対一に
対応することになり、位相′an量小最小ただちに距i
dを特定することができる。例えば、測定範囲を0〜1
000mmとした場合、最小公債波長A12が1000
+nmとなるように波長λ1.λ2の大きさを選択すれ
ば、前記(11)式におけるA 12(nl −n2)
の項は0となり、位相遅れff1tf、1.62から距
adを一義的に算出することができる。
2d=nlλ1+λ1 d)1/2w (7
)2d=n2λ2+λ2small 2/2tr (8)
2d=n3 A3 +λ3 Small 3 /2w
(9) 2d=n4 A4 +λ4c64/2w
QΦn1 to TI4 are natural numbers, and from among these relational expressions, the above (7) and (8
) formula to find d, d = A 12 (nl - n2) + A12 (Φ1/λ1 - Φ2/λ2) (11) A
1 A2 2 In addition, A12- - A2 A1 Φl#λ1c61/2vr, Φ2-λ2m2/2τ. Here, A12 has two wavelengths λ1. It is the shell minor common wavelength at λ2, and if the value of A12 is selected to be equal to or larger than the measurement range, the above (11
) in the term A 12 (nl - n2) can be specified, and these wavelengths λ1. Phase delay amount corresponding to λ2 d)1. The distance d can be uniquely calculated from the second grade. In other words, the measurement range is the minimum public wavelength A12
If it is narrower, the minimum phase delay at this time is always between 0 and 2f, so there is a one-to-one correspondence between the distance fed and the phase delay amount 6, and the minimum phase ′an amount immediately changes to the distance i.
d can be specified. For example, set the measurement range to 0 to 1.
000mm, the minimum public wavelength A12 is 1000
The wavelength λ1. If the size of λ2 is selected, A 12(nl −n2) in the above equation (11)
The term becomes 0, and the distance ad can be uniquely calculated from the phase delay ff1tf, 1.62.

次に、上記のような波長λ1.λ2の租合せにより、測
定値d IIが得られ、この時の測定精度(測定誤差)
から、測定出力d 1mにおける真値の範囲がd +オ
1IIIn< d +*< d+、maxのように求め
られたとすると、次回の波長の組合せ(^1.λ3)は
、真値の範囲d r * m 1 n−d + t m
 aXを測定範囲〔最小公債波長〕とするように選ばれ
る。したがって、測定範囲が狭く絞り込まれ、より高分
解能な測定が可能となる。
Next, the wavelength λ1 as described above. By adjusting λ2, the measured value d II is obtained, and the measurement accuracy (measurement error) at this time is
If the true value range for the measurement output d 1 m is found as d+o1IIIn<d+*<d+, max, then the next wavelength combination (^1.λ3) is within the true value range d r * m 1 n-d + t m
It is chosen so that aX is the measurement range [minimum public wavelength]. Therefore, the measurement range is narrowed down, and higher resolution measurement becomes possible.

このように、上記の関係を利用して、波長の組合せ(a
小公倍波長)を1択し、測定範囲を順次絞り込んで行け
ば、任意の測定範囲にわたってアブソリュートな測定結
果を得ることができるとともに、測定の分解能を波長単
位にまで高めることができる。
In this way, using the above relationship, the wavelength combination (a
By selecting one wavelength (lower common wavelength) and sequentially narrowing down the measurement range, it is possible to obtain absolute measurement results over any measurement range, and it is also possible to increase the measurement resolution to the wavelength unit.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかしながら、上記のような測長器では、光の波長を順
次切り換え、この時の位相遅れ量を測定するとともに、
この測定データを使用して測定対象までの距離を算出す
るようにしているので、干渉光学系中の空気にゆらぎや
屈折率の変化などがあった場合には、各波長の光に対す
る測定条件が測定の都度変化してしまい、距離の算出が
著しく困難になってしまう。
However, with the above-mentioned length measuring device, the wavelength of light is sequentially switched and the amount of phase delay at this time is measured.
This measurement data is used to calculate the distance to the measurement target, so if there are fluctuations in the air in the interference optical system or changes in the refractive index, the measurement conditions for each wavelength of light will be changed. This changes each time a measurement is made, making distance calculation extremely difficult.

本発明は、上記のような従来装匠の欠点をなくし、アブ
ソリュートな測定出力を得ることができるとともに、空
気のゆらぎなどの影響を受は難い副長器を簡単な構成に
より実現することを目的としたものである。
The purpose of the present invention is to eliminate the drawbacks of the conventional design as described above, and to realize a sub-length instrument with a simple structure that can obtain absolute measurement output and is not easily affected by air fluctuations. This is what I did.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明の測長器は、マイケルソンの干渉光学系を利用し
少なくとも2つ以上の波長の異なる光を使用して測定対
象までの距離に応じた光の位相遅れ量をそれぞれ測定す
るとともにこれらの波長と位相遅れ量との関係から前記
測定対象までの距離を求めるようにした測長器において
、波長の異なる2つの光を偏波面を直交させたうえで重
畳し前記干渉光学系に入射させる重畳手段と、前記干渉
光学系を介してもとりできた光をmI記偏波面の向きに
応じて分離する分光手段と、この分光手段により分離さ
れた光を受けそれぞれの光における位相遅れ量を測定す
る位相測定手段とを具備するようにしたものである。
The length measuring device of the present invention utilizes a Michelson interference optical system to measure the amount of phase delay of the light depending on the distance to the measurement target using at least two or more lights of different wavelengths, and In a length measuring device that determines the distance to the measurement target from the relationship between the wavelength and the amount of phase delay, two lights with different wavelengths are superimposed with their polarization planes orthogonal, and the superposition is made to enter the interference optical system. means, a spectroscopic means for separating the light obtained through the interference optical system according to the direction of the polarization plane, and a spectroscopic means for receiving the separated light by the spectroscopic means and measuring the amount of phase delay in each light. The apparatus further includes a phase measuring means.

〔作 用〕[For production]

このように、偏波面の違いを利用して波長の異なる2つ
の光を重畳し、干渉光学系に入射させるようにすると、
干渉光学系を介してもどってきた光をその偏波面の向き
に応じて分動して、別々の測定手段で受けることができ
るので、2つの波長に対する測定を同時に行なうことが
できる。このため、同時に得られた測定データを利用し
ヂ距離の算出を行なうようにすれば、ゆらぎなどのFl
’zlllを等しく受けた測定データ間で演算を行なう
ことができるので、真値に近い値を得ることができ、空
気のゆらぎなどの影響を受は難い測長器を簡単な構成に
より実現することができる。
In this way, if two lights with different wavelengths are superimposed using the difference in polarization plane and are made to enter the interference optical system,
Since the light returned via the interference optical system can be divided according to the direction of its polarization plane and received by separate measurement means, measurements for two wavelengths can be performed simultaneously. Therefore, if the distance is calculated using measurement data obtained at the same time, fluctuations and other fluctuations can be avoided.
To realize a length measuring device with a simple configuration that can obtain values close to the true value and is not easily affected by air fluctuations because calculations can be performed between measurement data that are equally affected by 'zllll. I can do it.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本発明の副長器の一実施例を示す構成図である
。図において、前記第4図と同様のものは同一符号を付
して示す。11.12は例えば波長がλ1.λ2なる2
つの光を出射するレーザ光源、5は光の偏波面を90°
回転させるλ/2板、MRlはミラー、PBSI 、 
PH10は偏波面の向きに応じて光を透過または反射す
る偏光ビームスプリッタ、PO2はフォトディテクタで
ある。図に示されるように、偏光ビームスプリッタPB
SIはλ/2板5とともに、波長の異なる2つの光を偏
波面を直交させたうえでm畳する重畳手段をネ14成し
ており、重畳した光はキューブコーナCC1,CC2な
どよりなる干渉光学系に入射させている。また、偏光ビ
ームスプリッタPBS2は干渉光学系を介して得られた
干渉光を偏波面の向きに応じて分離する分光手段であり
、分離した光はフォトディテクタPDI 、 PO2に
入射している。フォトディテクタPD1.PD2の出力
は位相検出回路3よりなる位相測定手段にそれぞれ与え
られている。すなわち、レーザ光源11がら出射された
波長λ1の光は、干渉光学系を介した後、フォトディテ
クタPDlに入射し、レーザ光源12がら出射された波
長λ2の光は、干渉光学系を介した後、フォトディテク
タPD2に入射することになる。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the sub-length device of the present invention. In the figure, the same parts as in FIG. 4 are designated by the same reference numerals. For example, 11.12 has a wavelength of λ1. λ2 becomes 2
A laser light source that emits two lights, 5 has a polarization plane of light of 90°.
λ/2 plate to be rotated, MRl is a mirror, PBSI,
PH10 is a polarizing beam splitter that transmits or reflects light depending on the direction of the polarization plane, and PO2 is a photodetector. As shown in the figure, polarizing beam splitter PB
The SI, together with the λ/2 plate 5, constitutes a superimposing means (14) that multiplies two lights with different wavelengths with their polarization planes perpendicular to m, and the superimposed light undergoes interference formed by cube corners CC1, CC2, etc. It is incident on the optical system. Further, the polarizing beam splitter PBS2 is a spectroscopic means that separates the interference light obtained through the interference optical system according to the direction of the polarization plane, and the separated light is incident on the photodetectors PDI and PO2. Photodetector PD1. The outputs of the PDs 2 are respectively given to phase measuring means consisting of a phase detection circuit 3. That is, the light of wavelength λ1 emitted from the laser light source 11 passes through the interference optical system and then enters the photodetector PDl, and the light of wavelength λ2 emitted from the laser light source 12 passes through the interference optical system and then enters the photodetector PDl. The light will be incident on the photodetector PD2.

したがって、上記のように構成された測長器においては
、波長の異なる2つの光が互に干渉することなく、それ
ぞれのフォトディテクタPCI 、 PO2に入射する
ので、異なる波長(λ1.λ2)の光に対して、それぞ
れ独立の測定系が構成されていると考えることができる
。また、それぞれの測定系における動作は前記した第4
図の装置と同様であり、位相検出回路3からは、各波長
の光における位相遅れ量の差に応じた信号が出力される
Therefore, in the length measuring device configured as described above, two lights of different wavelengths enter the respective photodetectors PCI and PO2 without interfering with each other, so that the lights of different wavelengths (λ1, λ2) On the other hand, it can be considered that each independent measurement system is configured. In addition, the operation in each measurement system is described in the fourth section above.
The device is similar to the one shown in the figure, and the phase detection circuit 3 outputs a signal corresponding to the difference in phase delay amount of light of each wavelength.

このように、本発明の測長器では、2つの波長(λ1.
λ2)の光に対する位相遅れ量の測定を同一条件の中で
同時に行なうことができる。ここで、同時に測定した位
相遅れ量は、空気のゆらぎなどの影響を等しく受けてい
ることになるので、この測定データを利用して距離の算
出を行なえば、ゆらぎなどの影響を受けながらも、真値
に近い測定出力を得ることができる。このため、同じ波
長の組合せによる測定を多数回繰り返し、得られた測定
出力を平均するように処理すれば、ゆらぎなどの影響を
除去して、高精度の測定を行なうことが可能となる。
In this way, the length measuring device of the present invention has two wavelengths (λ1...
It is possible to simultaneously measure the amount of phase delay for the light of λ2) under the same conditions. Here, the amount of phase delay measured at the same time is equally affected by air fluctuations, etc., so if you use this measurement data to calculate the distance, even though it is affected by fluctuations, etc. Measurement output close to the true value can be obtained. Therefore, by repeating measurements using the same combination of wavelengths many times and averaging the obtained measurement outputs, it is possible to remove the effects of fluctuations and perform highly accurate measurements.

さらに、前記した第4図の装置と同様に、波長の組み合
せを変えれば、測定範囲を絞り込み、アブソリュートで
高分解能な測定出力を得ることができる。
Furthermore, like the apparatus shown in FIG. 4 described above, by changing the combination of wavelengths, it is possible to narrow down the measurement range and obtain an absolute and high-resolution measurement output.

第2図および第3図は本発明の測長器の池の実施例を示
す構成図である。
FIGS. 2 and 3 are configuration diagrams showing an embodiment of the length measuring device pond of the present invention.

第2図に示す測長器は、レーザ光源11がら出射された
光を、AO変調器AOM2を使用して波長の異なる2つ
の光(λ1.^3)に変換するとともに、遮光板7によ
り波長の組合せを変更するようにしたものである。すな
わち、AO変調器AOM2の0吹および1次の回折光を
利用すれば、波長の異なる光を容易に得ることができる
。また、遮光板7の位置を切り換えると、波長λ3の光
の代りにレーザ光源12から出射された波長λ2の光を
偏光ビームスプリッタPBSlに入射させることができ
、重畳する波長の組合せを容易に変更することができる
The length measuring device shown in FIG. 2 uses an AO modulator AOM2 to convert light emitted from a laser light source 11 into two lights of different wavelengths (λ1, ^3), and a light shielding plate 7 to convert the light into two lights of different wavelengths. The combination of these is changed. That is, by using the zero-order and first-order diffracted lights of the AO modulator AOM2, lights with different wavelengths can be easily obtained. Moreover, by switching the position of the light shielding plate 7, the light with the wavelength λ2 emitted from the laser light source 12 can be made to enter the polarizing beam splitter PBSl instead of the light with the wavelength λ3, and the combination of wavelengths to be superimposed can be easily changed. can do.

6はAO変変調AOM2の回折光を平行光線に戻すため
のレンズ、 HMR2はハーフミラ−である。
6 is a lens for returning the diffracted light of the AO modulation modulation AOM2 to a parallel beam, and HMR2 is a half mirror.

さらに、第2図の例では、光の位相遅れ量を検出する手
段として、基準側のキューブコーナCC2を圧電素子8
により一定周波数で振動(変位〕させており、この振動
周波数を利用して光の位相遅れ量をヘテロダイン検出し
ている。
Furthermore, in the example shown in FIG. 2, as a means for detecting the amount of phase delay of light, the cube corner CC2 on the reference side is connected to the piezoelectric element 8.
This vibration frequency is used to heterodyne detect the amount of phase delay of light.

なお、距離の測定原理は前記第1図の装置と同様である
The principle of distance measurement is the same as that of the apparatus shown in FIG.

また、第3図に示す例は、干渉光学系を介した光により
干渉縞を形成させ、この光の位相遅れ量に応じて変化す
る干渉縞の位置を、フォトダイオ−ドアレイPDAI 
、 PDA2を使用して検出するようにしたものである
。すなわち、キューブコーナCC1から帰ってくる光の
波面と、キューブコーナCC2から帰ってくる光の波面
とを僅かに傾けておくことにより、フォトダイオードア
レイPDAI 、 PDA2上に干渉縞を形成すること
ができ、この干渉縞の位置(動き)を検出することによ
り、距離に応じた位相遅れ量を測定することができる。
In addition, in the example shown in FIG. 3, interference fringes are formed by light passing through an interference optical system, and the position of the interference fringes, which changes depending on the amount of phase delay of this light, is controlled by a photodiode array PDAI.
, which is detected using PDA2. That is, by slightly tilting the wavefront of the light returning from the cube corner CC1 and the wavefront of the light returning from the cube corner CC2, interference fringes can be formed on the photodiode arrays PDAI and PDA2. By detecting the position (movement) of this interference fringe, it is possible to measure the amount of phase delay depending on the distance.

一般に、フォトダイオードアレイPDAI 、 PDA
2においては、これを構成するフォトダイオード素子を
一定速度で走査することにより、フォトダイオードアレ
イPDAI 、 PDA2自身に空間フィルタ特性を持
たせることができ、AO変調器などを使用することなく
、位相遅れ量に応じた干渉縞の位li¥(動き)を容易
に検出することができる。
Generally, photodiode array PDAI, PDA
In 2, by scanning the photodiode elements that make up the photodiode elements at a constant speed, the photodiode arrays PDAI and PDA2 themselves can have spatial filter characteristics, and the phase delay can be achieved without using an AO modulator. The position (movement) of interference fringes depending on the amount can be easily detected.

なお、上記の説明においては、−波長のレーザ光源11
とAO変変調AOM2とにより2つの異なる波長(λ1
.λ3)の光を発生する場合を例示したが、波長の異な
る複数の光を発生する手段はこれに限られるものではな
い。また、測定に使用する波長の数は、目的とする分解
能に応じて決められるものであり、3つあるいは4つに
限られるものではない。
In addition, in the above description, the laser light source 11 of − wavelength
and AO modulation modulation AOM2 produce two different wavelengths (λ1
.. Although the case where light of wavelength λ3) is generated has been exemplified, the means for generating a plurality of lights having different wavelengths is not limited to this. Furthermore, the number of wavelengths used for measurement is determined depending on the desired resolution, and is not limited to three or four.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明の測長器では、マイケルソ
ンの干渉光学系を利用し少なくとも2つ以−ヒの波長の
異なる光を使用して測定対象までの距離に応じた光の位
相遅れ量をそれぞれ測定するとともにこれらの波長と位
相遅れ量との関係から前記測定対象までの距離を求める
ようにした測長器において、波長の異なる2つの光を偏
波面を直交させたうえで1畏し前記干渉光学系に入射さ
せるff15E手段と、前記干渉光学系を介してもどっ
てきた光を前記偏波面の向きに応じて分離する分光手段
と、この分光手段により分離された光を受けそれぞれの
光における位相遅れ量を測定する位相測定手段とを具備
するようにしているので、2つの波長に対する測定を同
時に行なうことができ、常に同時に得られた測定データ
を利用して距離の算出を行なうようにすれば、アブソリ
ュートな測定出力を得ることができるとともに、空気の
ゆらぎなどの影響を受は難い測長器を簡単な構成により
実現することができる。
As explained above, the length measuring device of the present invention utilizes the Michelson interference optical system to use at least two or more lights of different wavelengths, and the phase delay of the light is determined according to the distance to the measurement target. In a length measuring device, the distance to the object to be measured is determined from the relationship between these wavelengths and the amount of phase delay. ff15E means for inputting the light into the interference optical system; a spectroscopic means for separating the light returned via the interference optical system according to the direction of the polarization plane; Since it is equipped with a phase measuring means for measuring the amount of phase delay in light, it is possible to measure two wavelengths at the same time, and distances can always be calculated using measurement data obtained at the same time. By doing so, it is possible to obtain an absolute measurement output and to realize a length measuring device with a simple configuration that is not easily affected by air fluctuations.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図〜第3図は本発明の測長器の一実施例を示す構成
図、第4図は本願出願人がすでに提案した測長器の一例
を示す構成図である。 1.11.12・・・レーザ光源、2・・・変調信号源
、3・・・位相検出回路、4・・・演算回路、5・・・
λ/2板、6・・・レンズ、7・・・遮光板、8・・・
圧電素子、)IMRI 、 )1MR2・・・ハーフミ
ラ−1PD1.PO2・・・フォトディテクタ、AOM
I 、 AOM2・・・AO変調器、CCI 、 CC
2・・・キューブコーナ、PBSI 、 PBS2・・
・偏光ビームスプリッタ、 MHI  ・・・ミラー。 第1図
1 to 3 are block diagrams showing one embodiment of the length measuring device of the present invention, and FIG. 4 is a block diagram showing an example of the length measuring device already proposed by the applicant of the present invention. 1.11.12... Laser light source, 2... Modulation signal source, 3... Phase detection circuit, 4... Arithmetic circuit, 5...
λ/2 plate, 6...lens, 7...light shielding plate, 8...
Piezoelectric element, )IMRI, )1MR2...Half mirror-1PD1. PO2...Photodetector, AOM
I, AOM2...AO modulator, CCI, CC
2...Cube Corner, PBSI, PBS2...
・Polarizing beam splitter, MHI...mirror. Figure 1

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] マイケルソンの干渉光学系を利用し少なくとも2つ以上
の波長の異なる光を使用して測定対象までの距離に応じ
た光の位相遅れ量をそれぞれ測定するとともにこれらの
波長と位相遅れ量との関係から前記測定対象までの距離
を求めるようにした測長器において、波長の異なる2つ
の光を偏波面を直交させたうえで重畳し前記干渉光学系
に入射させる重畳手段と、前記干渉光学系を介してもど
ってきた光を前記偏波面の向きに応じて分離する分光手
段と、この分光手段により分離された光を受けそれぞれ
の光における位相遅れ量を測定する位相測定手段とを具
備してなる測長器。
Using a Michelson interference optical system, the amount of phase delay of each light is measured according to the distance to the measurement target using at least two or more lights with different wavelengths, and the relationship between these wavelengths and the amount of phase delay. The length measuring device is configured to determine the distance from the object to the measurement target, comprising: a superimposing means for superimposing two lights of different wavelengths with their polarization planes perpendicular to each other and inputting the superimposed light into the interference optical system; and a phase measuring means that receives the light separated by the spectroscopic means and measures the amount of phase delay in each beam. Length measuring device.
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