JPS62255802A - 運動物体を監視する方法とそのレ−ザ監視システム - Google Patents

Abstract

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め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的１ （産業上の利用分野） 本発明は、物体の運動を監視する方法とそのレーザ監視
システムに関し、特に、監視されるべき物体の運動の感
度を向上させ、レーザ内のビート周波数の影響による感
度の低下を減少させたレーザ監視システムに関する。

（従来の技術） 超音波溶接、加速度測定器、スピーカ等のような信号シ
ステムをテストし、キャリブレーションし、監視するた
めには、変位と速度を含めて高精度で運動を測定するこ
とが必要である。必要とされる高い精度で測定すること
ができるシステムは、゛物体の運動を監視するためのレ
ーザシステム″（Ｌ　ａｓｅｒＳｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　
ＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇｔｈｅＭｏｔｉｏｎｏｆ　　０ｂ
ｊｅｃｔ　）という題の米国特許Ｎｉｌ　３，６４４，
０４２に示されている。この米国特許には、レーザ発振
器からのレーザビームを監視されるべき物体に向かって
導き、その物体からレーザ空洞に反射されるエネルギを
受信することによって物体の運動が監視されるレーザ監
視システムの基本が開示されている。レーザ空洞内の発
振強度は、放射されたエネルギと反射されたエネルギと
の簡の位相関係に依存して、反射された入力エネルギに
よって増加されあるいは減少される。物体がレーザ空洞
から放射ビームの１７２波長の偶整数倍の距離に離れて
いるとき、反射されたエネルギが空洞発撮と位相が合い
、空洞内の発振が最大にまで増強される。距離が１／２
波長の奇整数倍であり、反射エネルギが逆位相であると
、干渉は最大となる。物体がレーザ空洞に向かって、あ
るいはレーザ空洞から離れるように運動するにつれて空
洞内の発振の強度は、物体が位置する１／２波長の位置
により、最大強度から最少強度まで変化する。その結果
、これらの最大値と最少値のカウントにより物体の変位
の指示が与えられ、単位時間当りの最大値と最少値の数
が速度を与える。その最大順と最ｔＪｈ値は、空洞及銅
器を介して出力される空洞内の発振の一部を、レーザビ
ーム周波数のエネルギを感知する検出器を含む適当な回
路に伝達することによって検出される。

前記米国特許は０．６３２８μｍと３．３９μｍの発振
が作られるヘリウムネオンレーザについて述べている。

長波長のレーザビームは監視されるべき物体に照射され
、物体から反射され、空洞に再び入力され、２つの波長
においてレーザによって作られたエネルギ波の間の固有
の“競合効果′°により短い方の可視光の波長（０，６
３２８μｍ）が変調される。

短い方の波長の強度が望ましい出力を与えるために検出
される。

米国特許３，６４４，０４２に述べられるシステムの原
理に基づく装置は、“ヒユーズモデル２１００ｆｆｌ音
波モニタ′°として本発明の譲り受は人によって製造さ
れ販売されている。この装置は、超音波ワイヤ溶接器の
監視のために広く使用され、非常に成功を収めている。

その装置は高い精度を有するが、感度が比較的低く、監
視されるべき物体に近ずけなければならなかった。また
、この超音波モニタは、検出するために十分な強さのレ
ーザ発振エネルギの振幅の変化を得るために監視される
べき物体から１インチ以内に置かれなければならなかっ
た。そうしたとしても、出力信号レベルの変化はミリボ
ルトの振幅の変化であり、装置のノイズレベルに隠れて
しまうほど低い。さらに、システムは、特にモードスキ
ャンにより比較的長いウオームアツプの間には、それ自
身の干渉縞パターンを発生しがらである。米国特許３，
６４４，０４２に述べられ、ヒユーズモデル２１００超
音波モニタで実施されているようだ従来のシステムでは
、０．６３２８μｍの出力における３つの縦モード発振
を有するレーザが使用される。この縦モード発振は約６
０ＫＨ２のビート周波数を生じる。このビート周波数は
、多（の超音波溶接器に共通の周波数範囲（約１５〜１
００ＫＨ２）にあり、必要とされるシステムのウオーム
アツプ時ｆｉｌ（共通して約２０分）の間、溶接器と共
に装置の使用が妨げられる。装置のウオームアツプの間
にレーザの空洞長が変化するにつれてこれらのビート周
波数は周波数と強度の両方が変化し、著しく干渉するに
せの干渉縞が、監視されるべき物体から反射されるレー
ザビームによって生じる縞、すなわち強度のビート縞を
変化させる。ビート周波数によって発生されたこれらの
にせの縞がウオームアツプ時間の間に問題を起こし、長
いウオームアツプ時間を必要とするようになるばかりで
なく、周囲温度が変化する環境で使用されるとき重大な
問題を生じる。

（発明が解決しようとする問題点） 従って、本発明の目的は、感度が向上し、ビート周波数
による問題を最少とすることができる振動物体の運動を
監視する方法とそのレーザ監視システムを提供すること
である。

［発明の構成］ （問題を解決するための手段と作用） 本実施例に従って本発明の原理を実施するにあたって、
所定の範囲内の周波数で撮動する物体の運動は、レーザ
空洞の一対の反射器の間に、選択された周波数を有する
レーザビームを発生し、前記周波数を有するレーザビー
ムを物体に放出し、および、物体によって反射されるレ
ーザビームのエネルギを受信し、空洞内の発振を、空洞
との間の距離を変える物体の運動に対応する干渉ピーク
に表わさせることにより監視される。本発明の特徴の１
つによれば、空洞内の発振エネルギの選択された量が反
射器の１つを介して物体に送信される。その量は、振動
している物体から反射されるエネルギに応答して空洞内
の発振強度が実質的に最大ピークを提供するように選択
される。このようにして、本発明の特徴の１つによれば
、レーザは、最低ビート周波数が物体の運動の周波数範
囲より大きい周波数を有するＪ！娠モードで、空洞内で
レーザ発振するように構成される。即ち、レーザは、物
体に照射され、システム出力検出器によって監視される
周波数で２以下の発振モードを提供するようにに構成さ
れる。

（実施例） 第１図に示されるように、本発明の原理を実現するシス
テムは、正面と後部の反射器１４と１６の間のレーザ本
体１３に適当な手段（図示せず）によって取付けられる
レーザボア１２を含むレーザ１０を有する。レーザボア
１２の中には、例えばヘリウム／ネオンの混合ガスのよ
うなレーザ媒体が充填されている。レーザ媒体は、ボア
１２に結合されたレーザローブ電極２０と２２の間に接
続されたＤＣ７ｆｉ源１８によって反射器１４と１６の
間でコヒーレントなレーザ発振をするように励起される
。レーザ発振エネルギは、反射器１４と１６の間で往復
するように反射され、反射器の間で定義される空洞内に
レーザ発振エネルギを生じる。空洞内のレーザ発振エネ
ルギは、２４によって示される光学経路に沿って半透過
正面反射器１４から照射され、矢印２８によって示され
る方向の運動成分を有する運動をしている物体２６に照
射される。反射率の低い物体２６に照射されたビームエ
ネルギは、物体２６への入射エネルギのほんの一部だけ
が反射され、光学経路２４に沿って正面反射器１４を介
してレーザ空洞に戻される。

物体２６の反射面と正面反射器１４の反射正面との間の
距離が、レーザ空洞内の発振の１／２波長の偶整数倍で
あるとき、反射さたエネルギは空洞内の発振と同相であ
り、空洞内のビーム強度は最大となる。強調された干渉
ピークすなわちエネルギピークが形成される。物体２６
と反射器１４との間の距離が、レーザ空洞内の発振の１
／２波長の奇整数倍であるとき、反射さたエネルギと空
洞内のエネルギの間のキャンセルするような干渉は最大
となり、それにより、空洞内のビーム強度は最少となり
、干渉ピークが形成される。物体２６が２８で示される
方向に運動するにつれて、物体２６と反射器１４の間の
距離は変化し、また、反射エネルギの相対位相も変化す
る。このようにして、空洞内の発振エネルギの振幅のピ
ーク対ピーク値は、物体２６と反射器１４との間の距離
に直接関連して変動する。

干渉縞と呼ばれるこれらのピークの数はレープからの物
体２６の変位を示し、単位時間当りのピーク対ピークの
数は速度を与える。

空洞内の発振のピーク対ピーク強度の変化を監視し計数
するために、後部反射器１６は半透明であり、空洞内の
エネルギの微少部分が、光学経路３０に沿ってレーザの
後方の光ダイオードのような適当なトランスディーサ３
２に伝達され、増幅器３４を介して計数読み出し回路３
６に供給される。計数読み出し回路３６は、従って、測
定された距離と、あるいは速度の表示あるいは永久記録
を提供する。

この点に関して述べられるシステムは、米国特許３．６
４４，０４２に示されるシステムと基本的に同じである
。

レーザ監視システムの１つの共通の目的は、既知の周波
数で振動する超音波溶接器の先端の振動の振幅（ピーク
対ピーク物理的変位）を精密に測定することである。連
続的に干渉ピークを生じる（そのような距離は、レーザ
空洞内の発振の１／２波長である）物体位置の間の信号
周波数と距離を知ると、所定の時間間隔に生じるそのよ
うなピークの数は全体としての溶接器の変位の振幅の正
確な測定値を与える。０．６３２８μｍの波長を有する
発振エネルギを使用する装置において、測定精度は約１
２．４５マイクロインチである。

本発明の特徴の１つによれば、従来のシステムにおける
低い感度は、正面反ｒＪ４器１４の最適透過係数を選択
することによって驚くほど向上した。この反射器１４の
透過係数は、以下に詳細に述べられるように、最適化さ
れた出力強度ピークを提供するように選択される。

レーザの出力パワーを決定する多数のパラメータ（ガス
圧、ボア直径、混合比、空洞長、電流密度、およびガス
温度を含む）の１つは、反射器１６と１４の反射係数で
ある。他の因子を一定にして最大パワーを得るためには
、これらの反射器１４と１６は１００％の反射係数を持
たなければならないが、もちろん、正面反射器１４は、
有用な出力レーザご−ムを提供するためにいくらかの透
過係数を持たなければならない。しばしば、正面反射器
１４の透過係数は最大出力パワーを提供するように選択
される。しかしながら、毘くべきことに予想に反して、
第１図に示されるシステムの最適動作は、最大パワーで
は生じず、最大パワーに依存しないということが発見さ
れた。米国特許３，６４４，０４２のシステムの正面反
射器１４の透過係数を増加さけることによって、反射器
１４を介して送信されるパワーの損失を考えても、シス
テムの最大出力は達成される。たとえば、上記ヒユーズ
超音波監視装置は１％の透過係数を有する正面反射器を
使用する。

本発明の特徴に従って、反射器の透過係数を１．６％ま
で変えると、以下に詳細に説明するように、非常に感度
が改善された。出力の最適値を決定するための要因は、
レーザ空洞内で生じる干渉効果の度合い、すなわち換言
すれば、空洞内の干渉ピークの振幅である。レーザエネ
ルギが放射され、振動する物体から反射されるときのこ
の干渉効果は、経路３０に沿ってトランスディユーサ３
２への出力ビームの連続する最大最少強度（すなわち干
渉ピークあるいは干渉縞）となる。

反射器１４の透過係数は、出力エネルギが放出され反射
エネルギが受信ざるレーザ空洞の正面のウィンドウとし
て考えられることができる。従って。

このウィンドウ（放出されるエネルギの量、従って受信
さるエネルギのｍ）が大きくなるならば、空洞に戻され
る反射エネルギの量はより大きくなり、より大きい干渉
（強調あるいはｙＡ衷）信号がレーザ空洞にフィードバ
ックされる。この干渉の、　影響が増大する効果は、す
なわち、空洞内の発振のピーク振幅の増大は、正面反射
器１４の透過係数を増加することによる出力パワーの損
失より重要である。このようにして、システムの全体と
しての感度は、透過係数が増加された正面反射器を使用
することによって向上される。

第２図は、正面反射器１４の透過係数が増加するにつれ
て出力干渉ピークの１６幅の変化を定性的に示すグラフ
である。このグラフに示されるように、出力干渉ピーク
の振幅値（レーザの正面の光学蛙路２４に沿って出力さ
れるパワーとは区別される）は、正面反Ｏｆ器１４の最
適透過係数Ｔｏで最大値Ｐｌに達する。

本発明のシステムの実施例では、レーザ媒体はヘリウム
とネオンの混合物であり、レーザ空洞長は、以下に詳細
に述べる本発明の第２の特徴のために、０．６３２８μ
ｍのエネルギ発振を提供し、３．３９μｍのエネルギ発
振を抑圧するように選択される。

ヘリウムネオンレーザは０．６３２８μｍと３．３９μ
ｍの両方のエネルギを提供するが、長波長のレーザエネ
ルギは本発明の動作では重要宅はない。反射器の材料は
３．３９μｍのレーザ光に対して反射係数が低くなるよ
うに選ばれ、これにより、その波長の発振は抑圧される
。さらに、空洞長は、以下に述べるように、この波長の
パワーを減少させるように選択される。こぐようにして
、空洞内の発振周波数、光学経路２４に沿って放出され
る発振エネルギ周波数、および光学経路３０によって送
信される出力エネルギの周波数はただ１つとなる。この
周波数は０．６３２８μｍの波長に対する周波数である
。

正面反射器１４の透過係数は、選択された波長に対する
透過係数を望ましい値に増加させるように選択される。

この選択は実験的になされる。レーザは物体２６から離
されてセットアツプされ、この経験的なテストの場合に
は、物体２６はそれに入射される光のほとんどの部分を
反射器１４を介して空洞に反射する反ＤＪ器として鋤（
。所定の透過係数を有する正面反射器１４がレーザに取
付けられ、出力ビーム３０のピーク振幅が例えば１００
Ｋ　ＨＺの周波数で撮動する反射物体２６に対して測定
される。

その後、正面反射器１４は除かれ、その波長において異
なる透過係数を有する第２の反ｔＰＪ器が置かれる。他
の条件とパラメータは固定されたままで、例えば０．１
％のように少しだけ異なる透過係数を有する一連の正面
反射器をレーザ本体に取付け、トランスディユーサ３２
に供給される出力ビームのピーク振幅がそれぞれ測定さ
れる。これらの測定値から第２図に示される一般的なグ
ラフが得られ、最大あるいは最大に近い干渉ピーク振幅
を提供する正面反射器の透過係数が容易に選択されるこ
とができる。

上記ヒユーズ超音波モニタおよびヘリウム／ネオンレー
ザ媒体を使用する米国特許３，６４４，０４２のシステ
ムのような従来のシステムでは、約０．９から１％の透
過係数を有する正面反射器が使用されている。本発明の
原理に従って、透過係数を増加させると出力振幅が著し
く増加され、これによりシステム感度が大いに向上され
る。０．６３２８μｍの波長で動作するヘリウム／ネオ
ンレーザでは、１％よりは大きく約２％以下の透過係数
を有する正面反射器１４を使用することが望ましい。特
に、本発明の実施例の正面反射器は０．６３２８μｍの
波長に対して１．６％の透過係数を有する。

上述のように構成されたレーザでは、感度は著しく向上
されることが分った。実際、レーザの正面反射器１４と
物体との間に増幅器を置かなくても、レーザから８イン
チまでの距離にあるワイヤ溶接器の先端のような反射の
悪い物体からの出力信号が使用できる。物体の反射器が
もつとよい時には、有効距離はより良くなる。さらに、
従来のシステムでは、出力ピーク振幅と定常状態の振幅
の間の差はミリボルト単位であったが、本発明によるシ
ステムではレーザから物体までの距離が１インチから８
インチまで変化しても定常状態の値とは約１ボルト異な
る出力ビーク振幅が得られた。

後部反射器１６の透過係数は要因的ではない。本実施例
では、検出器すなわちレーザの後部からトランスディユ
ーザに送信されるエネルギが出力信号となるので、適当
な透過係数が選ばれなければならない。本実施例では、
後部反射器の透過係数は１．２％である。トランスディ
ユーザ３２は、反身・１の悪い物体の表面からの反射で
はなく、空洞の後部からのレーザ出力ビームを直接受信
するので、レーザの正面端の感度に関連する問題は出力
側では発生しない。実際、１．２％の透過係数を有する
後部反射器では、出力信号受信回路の必要とされる感度
は、出力信号振幅の署しい向上のために僅かに減少させ
ることができる。

米国特許３，６４４，０４２のような従来技術によるレ
ーザ監視システムでは、レーザは０．６３２８μｍの複
数の縦発振モードを有する。第３図は米国特許３．６４
４，０４２の０．６３２８μｍの発振に対するドアラ効
果により広がったゲイン曲線を示す。この従来のシステ
ムでは、第３図にｆｌ　、ｆ２　、ｆ３として示される
０、６３２８μｍの波長に対する３つの異なるモードが
ある。ここで、ｆ２は中心モードであり、ｆｌとｆ３は
低パワー二次モードである。理論によれば、ｆｌとｆ３
は中心モードｆ２から等しい距離にあり、ｆ２−ｆｌは
ｆ３−ｆ２に等しいはずであるが、実際のシステムでは
、二次モードは理論とは多少異なる周波数を有する。理
論からのこれらの差はレーザ周波数では非常に小さいが
、実際の機構システムの撮動周波数では重要である。

このように第３図の３つのモードを有するシステムでは
、差（ｆ２　＋ｆ３　）　−（ｆｌ　＋ｆ２　）に等し
い比較的低いビート周波数が存在する。上記のようなｆ
ｌとｆ３のｆ２に関する非対称のために、米国特許３，
９４４，０４２のレーザのこのビート周波数は約６０Ｋ
Ｈ７の周波数を有する。例えば超音波溶接器のような実
際の機構的振動システムは、約１００Ｋ　ＨＺまでの数
Ｋ　ｌ−Ｉ　Ｚの範囲の周波数を有する。このようにレ
ーザ監視システムの感知レーザの３つのモードにおける
動作の６０ＫＨｚビ一ト周波数はにせの縞（振幅ピーク
）を生じ、それは６０ＫＨ２に比較的近い周波数で撮動
する監視されるべき物体の動作によって生じる強度ピー
クで容易に乱され、ある場合には実際に識別されること
ができない。

六らζ　姑；木の↓ろＣ−いくつかのモードの６０ＫＨ
２のビート周波数は、レーザの温度がウオームアツプの
間に変化するにつれて変化する。レーザが暖かくなるに
つれ、ミラーすなわち反射器間距離は増加する。第３図
めゲイン曲線の位置は一定のままであり、モード分離は
ほとんど一定のままであるが空洞モードのｍ＜全体のグ
ループ）は低い周波数の方にドリフトする。各モードが
ゲイン曲線を通るとき、そのようなモードのレーザパワ
ーは増加しゲイン曲線の中心の最大圃を通り、減少し、
ついには消える。一方、他のモードは曲線の高い周波数
の側でレーザ発振を開始する。レーザが冷えるとモード
の櫛は高い周波数側にドリフトする。このようにして各
モードの振幅はその周波数に関連し、レーザは、反射エ
ネルギによる強度変化をマスクする空洞内の発成強度の
渣１度依存変化を生じる。

本発明の他の特徴によれば、レーザ空洞長は、３以上で
ないモードで０．６３２８μｍの波長のエネルギを発振
することができるように選択される（知くされる）。３
つのモード動作を評価すると、問題のある低いビート周
波数は避けられない。このようにして第４図に示される
ように、空洞が短くされたレーザのドアラ効果による広
がったゲイン曲線はｆｌとｆ２で示される２つのモード
を有し、それらは６８５ＧＨ２のビート周波数を提供す
る。

これは実際の磯構システムで存在するような周波数の何
倍も大きく、監視される物体の振動周波数と比べて出力
のこの非常に高いビート周波数の効果を除くために、増
幅器３４、あるいは増幅器３４のとなりの適当なフィル
タ回路によって容易にフィルタされることができる。さ
らに、このビート周波数がレーザのウオームアツプにつ
れて変化するとしても、それは物体の振動周波数よりか
なり高い周波数範囲に渡って変化する。従って、第４図
に示されるように、ただ２つの発振モードを提供するよ
うに構成されたレーザはレーザ監視システムとして有効
であることが分り、ウオームアツプ時間は約１分で、従
来のシステムで必要とされる約２０分のウオームアツプ
時間と比べて著しく改善されている。

他のパラメータが同じとすると、米国特許３．６４４，
０４２に示されるレーザとあるいはヒユーズモデル２１
００超音波モニタで使用されるそれとほとんど同一のレ
ーザが、ただ２つのモードをサポートするように空洞長
を変えることによって本発明の特長を実現できる。本発
明の特長によれば、正面反射器１４と後部反射器１６の
間の距離は、（約１１インチから）約８．５０インチす
なわち約２１．６ｃ　ｍにまで減少される。ふたたび、
空洞長の減少によって生じるパワー損失より、望ましく
ないビート周波数によってシステムがほとんど影響され
ないようにすることが重要である。したがって、本発明
の特長を実現するレーザの特別な例は、反射器間の距離
が８．５０インチであり、約１ミリワツトの出力パワー
を提供するように正面反射器１４の透過係数は１．６％
であり、後部反射ｚｉｅを介して約０．８ミリワツトの
出力パワーを提供するように後部反射１１６の透過係数
は１．２％である。正面反射器１４は、空洞長より幾分
大きい約３０ｃｍの曲率半径を有し、一方、後部反射器
１６は平らであり、実質的に無限大の曲率半径を有する
。

単一モードだけで発振するレーザはまた、上記ヘリウム
／ネオンレーザ以外では、ビート周波数の問題によって
影響されないが、０．６３２８μｍのレーザ発振するこ
とが、ヘリウム／ネオンレーザを使用することがサイズ
、コスト、および汎用性を含む多数の理由から望ましい
ということは容易に理解される。上述のように、空洞長
を減少させることは、レーザの出力パワーを減少させる
要因の１つである。したがって、ビート周波数が問題を
起こさない長さ以下に空洞長をさらに減少させることは
、メリットはなく実際にはデメリットとなる。しかしな
がら、米国特許３，６４４，０４２に述べられるより長
い空洞長からここで述べられるより短い空洞長に変える
ときのパワーの減少は、レーザ出力がビート周波数の影
響を受けないようにすることによってざらに補償される
。さらに、正面反ｔＪＪ器の最適な透過係数を選択する
ことによって感度が向上され、ただ２つのモードをサポ
ートするように空洞長が減少されたレーザ監視システム
は、出力パワーと正確な安定した発振との間の精度の高
いバランスを提供する。

［発明の効果］ 要約すると、ここで述べられたレーザ監視システムの変
更点は、撮動物体からの反射によって生じる干渉縞の出
力ビーク振幅が実質的に最大となる値に、正面反射器の
透過係数が増加させられることを含む。このように透過
係数を増加させると、監視されるべき物体に照射される
エネルギ量とレーザ空洞に再入力される反射エネルギと
の両方が増加する。さらに、空洞長は３以上ではないモ
ードをサポートすることができるように減少される。

これらの改良により著しく感度が向上し、ビート周波数
による影響が軽減される。監視可能な距離は約１インチ
から約８インチにまで伸び、出力信りはミリボルトから
ボルト単位に改善され、ウオームアツプ時間は約２０分
から１分に減少された。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による原理を実現するレーザ監視シス
テムの簡略化されたブロックダイアグラムである。 第２図は、正面反射器の透過係数と出力ピーク振幅の関
係を示すグラフである。 第３図は、物体を監視するためにするために従来技術で
使用されるドプラ効果によって広がったゲイン曲線を示
すグラフである。 第４図は、本発明で実際に使用されるレーザにおけるド
プラ効果により広がったゲイン曲線を示す。 １０・・・レーザ、１４・・・正面反射器、１６・・・
後部反射器、２６・・・物体 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 ｘｉ橡濾収 、づ憾ｊ、」づひイ

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザ本体と、 前記レーザ本体中のレーザ媒体と、 少なくとも１つの周波数のコヒーレントなエネルギを発
   生するように前記レーザ媒体を励起するための手段と、 レーザ空洞を定義するように前記レーザ本体に取付けら
   れ、空洞内のエネルギ発振が前記１つの周波数を有する
   ように前記レーザ媒体によって発生されたエネルギ発振
   を反射するための正面と後部の反射器と、ここで、前記
   正面反射器は、前記空洞から監視されるべき物体にエネ
   ルギビームを照射し、前記物体から反射されたエネルギ
   ビームを前記空洞内に通し、それにより、前記空洞内の
   エネルギ発振の振幅が変えられ、前記物体から反射され
   たエネルギビームの相対的な位相に対応する干渉ピーク
   が生じ、前記干渉ピークは前記正面反射器の透過係数の
   変化に従って振幅が変化する、および 前記空洞内の前記１つの周波数でのエネルギ発振の干渉
   ピークを検出するための出力手段とを具備し、 前記空洞内のエネルギ発振が監視されるべき物体からの
   反射によって変えられるとき、前記正面反射器は、前記
   空洞内のエネルギ発振が実質的に最大の干渉ピーク値を
   有するような透過係数を有することを特徴とするレーザ
   監視システム。
2. （２）前記空洞は、前記１つの周波数で２つのエネルギ
   発振モードの最大値をサポートする長さを有することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のシステム。
3. （３）前記レーザ媒体はヘリウムとネオンの混合物であ
   り、前記１つの周波数における前記正面反射器の透過係
   数は前記１つの周波数において１％より大きく約２％よ
   り小さいことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   のシステム。
4. （４）前記レーザ媒体はヘリウムとネオンの混合物であ
   り、前記空洞長は約２１．５ｃｍより短く、それにより
   、前記レーザは、０．６３２８μｍの波長においてただ
   ２つの発振モードをサポートすることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載のシステム。
5. （５）前記レーザ媒体はヘリウムとネオンの混合物であ
   り、前記１つの周波数は０．６３２８μｍの波長のエネ
   ルギ発振からなり、前記正面と後部の反射器の距離は、
   前記空洞が３以上ではない発振モードをサポートするよ
   うに、２２ｃｍ以下であり、前記正面反射器は前記１つ
   の周波数において１％より大きく約２％より小さい透過
   係数を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載のシステム。
6. （６）監視されるべき前記物体は、ある周波数で振動し
   、前記正面と後部の反射器の距離は、前記物体の振動周
   波数より何倍も大きい周波数以下のビート周波数を生じ
   ないマルチエネルギ発振モードを提供する距離であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のシステム
   。
7. （７）ある周波数で振動している物体の運動を監視する
   ためのレーザ監視システムにおいて、レーザ本体と、 前記レーザ本体中のレーザ媒体と、 少なくとも１つの周波数のコヒーレントなエネルギ発振
   を発生するように前記レーザ媒体を励起するための手段
   と、 レーザ空洞を定義するように前記レーザ本体に取付けら
   れ、空洞内のエネルギ発振が前記１つの周波数を有する
   ように前記レーザ媒体によって発生されたエネルギ発振
   を反射するための正面と後部の反射器と、ここで、前記
   正面反射器は、前記空洞から監視されるべき物体にエネ
   ルギビームを照射し、前記物体から反射されたエネルギ
   ビームを前記空洞内に通し、それにより、前記空洞内の
   エネルギ発振の振幅が変えられ、前記物体から反射され
   たエネルギ発振の相対的な位相に対応する干渉ピークが
   生じる、 前記空洞内の前記１つの周波数でのエネルギ発振の干渉
   ピークを検出し、それにより前記物体の運動の測定値を
   与えるための出力手段とを具備し、 前記正面と後部の反射器の距離は、前記物体の振動周波
   数より何倍も大きい周波数以下のビート周波数を生じな
   いマルチエネルギ発振モードを提供する距離であること
   を特徴とするレーザ監視システム。
8. （８）前記空洞は、前記１つの周波数で３以上ではない
   エネルギ発振モードの最大値をサポートする長さを有す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第７項に記載のシス
   テム。
9. （９）前記正面反射器は、前記干渉ピークが最大振幅を
   有する透過係数と実質的に等しい透過係数を有すること
   を特徴とする特許請求の範囲第７項に記載のシステム。
10. （１０）前記レーザ媒体はヘリウムとネオンの混合物で
    あり、前記１つの周波数における前記正面反射器の透過
    係数は前記１つの周波数において１％より大きく約２％
    より小さいことを特徴とする特許請求の範囲第７項に記
    載のシステム。
11. （１１）前記レーザ媒体はヘリウムとネオンの混合物で
    あり、前記１つの周波数は０．６３２８μｍの波長のエ
    ネルギ発振からなり、前記正面と後部の反射器の距離は
    、前記空洞が３以上ではない発振モードをサポートする
    ように、２２ｃｍ以下であり、前記正面反射器は前記１
    つの周波数において１％より大きく約２％より小さい透
    過係数を有することを特徴とする特許請求の範囲第７項
    に記載のシステム。
12. （１２）前記レーザ媒体はヘリウムとネオンの混合物で
    あり、前記空洞長は約２１．５ｃｍより短く、それによ
    り、前記レーザは、０．６３２８μｍの波長においてた
    だ２つの発振モードをサポートすることを特徴とする特
    許請求の範囲第７項に記載のシステム。
13. （１３）レーザ媒体は空洞内の正面と後部反射器の間で
    励起され、１つの選択された周波数で前記空洞にエネル
    ギ発振が作られ、作られたエネルギ発振は前記正面反射
    器を介して監視されるべき振動物体に照射され、前記振
    動物体から反射されたエネルギ発振は前記正面反射器を
    介して入力され、前記振動物体から反射されたエネルギ
    が空洞内のエネルギ発振と同相であるときには前記空洞
    内の前記１つの周波数におけるエネルギ発振は強められ
    、それにより、前記空洞内のエネルギ発振の強度は、前
    記振動物体までの距離が変わり、それにより反射エネル
    ギの位相が変わるにつれて変化し、それにより、前記振
    動物体が運動するにつれエネルギ発振の振幅ピークのカ
    ウントが前記振動物体監視する方法において、 前記レーザから所定の距離にある前記振動物体に対して
    透過される前記空洞内のエネルギ発振の最適ピーク振幅
    を提供する前記１つの周波数において透過係数を前記正
    面反射器に持たせることからなることを特徴とする方法
    。
14. （１４）一対の反射器の間で定義される空洞内のレーザ
    媒体を励起し、第１の周波数で前記空洞内で発振し、所
    定の周波数範囲の周波数より大きい最少ビート周波数を
    有する発振モードを有するレーザビームを発生させるこ
    とと、 前記空洞から前記第１の周波数のレーザビームを前記空
    洞から離れた物体に照射し、前記物体によって反射され
    たレーザビームを前記空洞内に受信し、前記空洞内の第
    １の周波数の発振を、前記空洞との間の距離を変える前
    記物体の運動に対応する干渉ピークを生じさせることと
    、および前記物体の運動を示す信号を発生するように前
    記干渉ピークを使用することとを具備することを特徴と
    する所定の周波数範囲の周波数で振動する物体の運動を
    監視する方法。
15. （１５）前記照射するステップは、前記物体から反射さ
    れたレーザビームに応答して前記空洞内の実質的に最大
    干渉ピークを提供する前記空洞内のレーザビームの選択
    されたエネルギ量を前記反射器の１つを介して放出する
    ことを具備することを特徴とする特許請求の範囲第１４
    項に記載の方法。
16. （１６）前記選択された量は、前記空洞内のレーザビー
    ムの１％よりかなり大きいことを特徴とする特許請求の
    範囲第１４項に記載の方法。
17. （１７）一対の反射器の間で定義される空洞内のレーザ
    媒体を励起し、所定の周波数で前記空洞内で発振するレ
    ーザビームを発生させることと、および 前記空洞から前記所定の周波数のレーザビームを前記空
    洞から離れた物体に照射し、前記物体によって反射され
    たレーザビームのエネルギを前記空洞内に受信し、前記
    空洞内の発振に、前記空洞との間の距離を変える前記物
    体の運動に対応する干渉ピークを生じさせることとを具
    備し、前記照射するステップは、 前記物体から反射された前記所定の周波 数のレーザビームに応答して前記空洞内の実質的に最大
    干渉ピークを提供する前記空洞内のレーザビームの選択
    されたエネルギ量を前記反射器の１つを介して放出する
    ことと、および 前記物体の運動を示す信号を発生するよ うに前記干渉ピークを使用することとを具備することを
    特徴とする所定の周波数範囲の周波数で振動する物体の
    運動を監視する方法。
18. （１８）前記レーザ媒体は、ヘリウムとネオンの混合物
    であり、前記照射するステップは、１％より大きく、約
    ２％より小さいレーザビームを照射することを特徴とす
    る特許請求の範囲第１７項に記載の方法。
19. （１９）レーザ本体と、 少なくとも１つの周波数でコヒーレントなエネルギを発
    生するように励起されることができる前記レーザ本体中
    のレーザ媒体と、 レーザ空洞を定義するために前記レーザ本体に取付けら
    れ、前記空洞内のエネルギ発振が前記１つの周波数を有
    するように前記レーザ媒体によって発生されたエネルギ
    を反射するための正面と後部の反射器と、ここで、前記
    反射器は、前記１つの周波数で３以上でないエネルギ発
    振モードをサポートする空洞長さを提供するように離さ
    れていて、 ここで、前記レーザ監視システムは、監視されるべき物
    体に前記正面反射器を介して前記１つの周波数のエネル
    ギビームを照射し、前記物体から反射されたエネルギビ
    ームを前記正面反射器を介して受信し、それにより、空
    洞内の前記１つの周波数のエネルギ発振に、干渉ピーク
    が生じさせ、および 前記干渉ピークを監視するための出力手段とを具備し、 ここで前記干渉ピークの振幅は前記正面反射器の透過係
    数の決められた値の最大値を有し、前記正面反射器は前
    記決められた値に実質的に等しい透過係数を有すること
    を特徴とするレーザ監視システム。
20. （２０）前記レーザ媒体はヘリウムとネオンの混合物で
    あり、前記空洞長は約８．５インチより短いことを特徴
    とする特許請求の範囲第１９項に記載のシステム。
21. （２１）前記レーザ媒体はヘリウムとネオンの混合物で
    あり、前記正面反射器の反射係数は１％より大きく約２
    ％より小さいことを特徴とする特許請求の範囲第１９項
    に記載のシステム。
22. （２２）レーザ空洞を定義するようにレーザ本体に正面
    と後部の反射器を取付けることと、 前記反射器の間にレーザ媒体を有するレーザボアを取付
    けることと、 レーザ媒体を励起し、１つの選択された周波数で前記空
    洞内に発振エネルギを発生させることと、 前記発振エネルギを前記正面反射器を介して振動物体に
    放出し、前記物体によって反射された前記発振エネルギ
    を前記空洞内に受信し、前記空洞内の発振に、前記空洞
    から前記振動物体までの距離に対応する前記発振エネル
    ギの干渉ピークを生じさせることと、ここで、前記干渉
    ピークは前記正面反射器の透過係数の変化に従って変化
    する振幅を有し、 前記振動物体の運動を測定するために干渉ピークを検出
    することとを具備し、 ここで、正面と後部の反射器を取付けるステップは、検
    出される干渉ピークの振幅が実質的に最大値となる透過
    係数を有する正面反射器を前記レーザ本体に取付けるこ
    とを具備することを特徴とする振動物体の運動を監視す
    る方法。