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JP3389799B2 - Length measuring device - Google Patents
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JP3389799B2 - Length measuring device - Google Patents

Length measuring device

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JP3389799B2
JP3389799B2 JP33193996A JP33193996A JP3389799B2 JP 3389799 B2 JP3389799 B2 JP 3389799B2 JP 33193996 A JP33193996 A JP 33193996A JP 33193996 A JP33193996 A JP 33193996A JP 3389799 B2 JP3389799 B2 JP 3389799B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】工作機等における対象物の位
置や移動距離を測定する測長装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a length measuring device for measuring a position or a moving distance of an object on a machine tool or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】以下に従来の干渉測長器を図14を用い
て説明する。図において、1401は波長が安定で、か
つコヒーレントな光源、1402はビームスプリッタ、
1403はプローブコーナーキューブ、1404は固定
コーナーキューブ、1405はλ/8板、1406は偏
光ビームスプリッタ、1407a,1407b,140
7cは偏光板、1408a,1408b,1408cは
検出器、1409a,1409b,1409cは増幅
器、1410a,1410bは減算器、1411はカウ
ンタである。
2. Description of the Related Art A conventional interferometer is described below with reference to FIG. In the figure, 1401 is a light source with stable wavelength and coherent, 1402 is a beam splitter,
1403 is a probe corner cube, 1404 is a fixed corner cube, 1405 is a λ / 8 plate, 1406 is a polarization beam splitter, 1407a, 1407b, 140.
7c is a polarizing plate, 1408a, 1408b and 1408c are detectors, 1409a, 1409b and 1409c are amplifiers, 1410a and 1410b are subtractors, and 1411 is a counter.

【0003】次に動作について説明する。光源1401
を出射した光波はビームスプリッタ1402により2分
され、一方はプローブコーナーキューブ1403に、他
方はλ/8板1405を通過して固定コーナーキューブ
1404に入射する。各々のコーナーキューブで反射さ
れた光波は再び前記ビームスプリッター1402に入射
し、合成された光波が一方は偏光板1407aを通過し
て検出器1408aに向い、他方は偏光ビームスプリッ
ター1406に向う。更に前記偏光ビームスプリッター
1406で2分割された光波は、それぞれ偏光板140
7b,1407cを通過して検出器1408b,140
8cに入射する。各々の検出器では、前記プローブコー
ナーキューブ1403と固定コーナーキューブ1404
での光路差に起因した干渉信号が得られ、偏光板140
7a,1407b,1407cのそれぞれの偏光方位の
設定により、各々の干渉出力がプローブコーナーキュー
ブ1403の移動に対して、それぞれの偏光方位の設定
により、各々の干渉出力がプローブコーナキューブ14
03の移動に対して、それぞれ90°づつ位相が異なっ
て出力される。各々の検出器1408a,1408b,
1408cの信号は増幅器1409a,1409b,1
409cで増幅されたのち減算器1410a,1410
bで減算され90°位相のずれた信号としてカウンタ1
411で増減され、位置として出力される。
Next, the operation will be described. Light source 1401
The emitted light wave is split into two by the beam splitter 1402, one enters the probe corner cube 1403, the other passes through the λ / 8 plate 1405, and enters the fixed corner cube 1404. The light waves reflected by the respective corner cubes enter the beam splitter 1402 again, and one of the combined light waves passes through the polarizing plate 1407a toward the detector 1408a and the other goes toward the polarizing beam splitter 1406. Further, the light waves split into two by the polarization beam splitter 1406 are respectively reflected by the polarizing plate 140.
7b, 1407c and detectors 1408b, 140
It is incident on 8c. Each detector has a probe corner cube 1403 and a fixed corner cube 1404.
The interference signal resulting from the optical path difference at
7a, 1407b, and 1407c respectively, the interference outputs of the probe corner cubes 1403 are set according to the movement of the probe corner cube 1403.
With respect to the movement of 03, the phases are output different by 90 °. Each detector 1408a, 1408b,
The signal of 1408c is the amplifier 1409a, 1409b, 1
Subtractors 1410a and 1410 after being amplified by 409c
Counter 1 as a signal with a 90 ° phase shift subtracted by b
It is increased / decreased in 411 and output as a position.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来の干渉測長装置
は、以上のように構成されているので、干渉信号は上記
プローブコーナキューブがλ/2移動するに伴って正弦
波状に1周期変化する繰返し信号として現れ、該干渉周
期は光波長λを変えなければ変化させることが出来な
い。このため、半波長λ/2を越える測長を行う場合に
は、繰返した干渉周期数を積算するインクリメンタル式
の計測をしなければならず、絶対位置の検出が必要な場
合には、上記の干渉測長器は初期動作として他の検出手
段による原点復帰が必要であり、また、該干渉周期の誤
カウントによって発生した累積誤差は原点復帰をしない
限り解消されないといった課題があった。
Since the conventional interferometric length measuring apparatus is constructed as described above, the interference signal changes one cycle in a sine wave shape as the probe corner cube moves by λ / 2. It appears as a repetitive signal, and the interference period cannot be changed without changing the optical wavelength λ. For this reason, when measuring a length exceeding half wavelength λ / 2, it is necessary to perform an incremental measurement that integrates the number of repeated interference cycles, and if absolute position detection is required, There is a problem that the interferometer is required to return to the origin by another detecting means as an initial operation, and the accumulated error caused by the incorrect counting of the interference cycle cannot be eliminated unless the origin is returned.

【0005】この発明は、上述のような課題を解決する
ためになされたもので、干渉周期を光波長を変化させず
に所望の値に設定可能とし、原点復帰を必要とせずに絶
対値の測定信号を得ることができる測長装置を提供する
ことを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and enables the interference period to be set to a desired value without changing the light wavelength, and the absolute value of the absolute value can be set without returning to the origin. It is an object to provide a length measuring device that can obtain a measurement signal.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】この発明の第1の構成に
よる測長装置は、対象物に対して光路差を有する2本以
上のコヒーレントな平行光束を照射すると共に、上記2
本以上の光束を上記対象物の移動軸に対して、互いに異
なる入射角で上記対象物に入射させる光学系を有する
源と、上記対象物に固定され、上記2本以上の光束をそ
れぞれの入射方向と同一方向に反射する反射器と、上記
2本以上の光束を互いに平行な光軸上に合成する合波器
と、上記合成された2本以上の光束の干渉強度を測定す
る光検出器とを備え、測定された上記干渉強度より上記
対象物の上記移動軸方向の位置を測定するものである。
According to a first aspect of the present invention, a length measuring apparatus irradiates an object with two or more coherent parallel light fluxes having an optical path difference.
More than one light beam is different from each other with respect to the movement axis of the object.
A light <br/> source having an optical system to be incident on said object at an incident angle becomes, fixed to the object, and a reflector for reflecting the two or more light beams in the respective direction of incidence in the same direction, A multiplexer for combining the two or more light fluxes on mutually parallel optical axes and a photodetector for measuring the interference intensity of the two or more light fluxes combined is provided . the above
The position of the object in the moving axis direction is measured .

【0007】この発明の第2の構成による測長装置は、
第1の構成において、上記光学系は、同一の光源からの
光束を2本以上のコヒーレントな平行光束に分波する分
を備えたものである。
The length measuring apparatus according to the second structure of the present invention is
In the first configuration, the optical system is one having a demultiplexer for demultiplexing into two or more coherent parallel light flux emitted from the same light source.

【0008】この発明の第3の構成による測長装置は、
第1の構成において、上記反射器の少なくとも1つは回
折格子であり、入射光を同一方向に反射する回折波を発
生する格子ピッチを備えたものである。
The length measuring apparatus according to the third aspect of the present invention is
In the first configuration, at least one of the reflectors is a diffraction grating and has a grating pitch for generating a diffracted wave that reflects incident light in the same direction.

【0009】この発明の第4の構成による測長装置は、
第1の構成において、前記反射器が180°の偏角を有
するプリズムまたは組合わせミラーを備えたものであ
る。
The length measuring apparatus according to the fourth structure of the present invention is
In the first configuration, the reflector includes a prism or a combination mirror having an angle of deviation of 180 °.

【0010】この発明の第5の構成による測長装置は、
対象物に対して光路差を有する2本以上のコヒーレント
平行光束を照射すると共に、上記2本以上の光束を上
記対象物の移動軸に対して、互いに異なる入射角で上記
対象物に入射させる光学系を有する光源と、上記対象物
に固定され、上記2本以上の光束の1つを入射方向と同
一方向に反射する反射器と、他の光束の1つを上記光束
に対して入射時と逆の傾きをもった角度に反射する反射
器と、上記2つの光束を互いに平行な光軸上に合成する
合波器と、上記合成された2つ以上の光束の干渉強度を
測定する光検出器とを備え、測定された上記干渉強度よ
り上記対象物の上記移動軸方向の位置を測定するもので
ある。
The length measuring apparatus according to the fifth aspect of the present invention is
Two or more coherents that have an optical path difference with respect to the object
Irradiate a parallel light beam and raises the above two or more light beams.
The incident angles differ from each other with respect to the moving axis of the object.
A light source having an optical system to be incident on the object, is fixed to the object, the light beam and the reflector, one of the other light beam which reflects one of the two or more light beams in the incident direction in the same direction A reflector that reflects light at an angle opposite to that at the time of incidence, a combiner that combines the two light beams on mutually parallel optical axes, and an interference of the two or more combined light beams. Equipped with a photodetector to measure the intensity,
The position of the object in the moving axis direction is measured .

【0011】この発明の第6の構成による測長装置は、
ヘテロダイン方式の測長装置であって、対象物に対し
て、それぞれの周波数が異なり、かつ光路差を有する
本以上のコヒーレントな平行光束を照射すると共に、上
記2本以上の光束を上記対象物の移動軸に対して、互い
に異なる入射角で上記対象物に入射させる光学系を有す
光源と、上記対象物に固定され、上記2本以上の光束
をそれぞれの入射方向と同一の方向に反射する反射器
と、上記2本以上の光束を互いに平行な光軸上に合成す
る合波器と、上記合成された2本以上の光束の干渉によ
って生じる上記周波数の差に等しいビート信号を検出す
る光検出器と、上記ビート信号の位相変化を測定する位
相検出器とを備え、測定された上記位相変化より上記対
象物の上記移動軸方向の位置を測定するものである。
The length measuring apparatus according to the sixth aspect of the present invention is
Heterodyne length measuring device
And have different optical frequencies and different optical paths.
Irradiates more than two coherent parallel light beams and
Note that two or more light beams can be transmitted to each other with respect to the moving axis of the object.
Has an optical system that makes the above-mentioned target incident at different incident angles.
A light source that is fixed to the object, if the synthesis the two or more light beams and a reflector that reflects in the same direction as each direction of incidence, the two above more light beams onto parallel optical axes mutually comprising a filter, a photodetector for detecting an equal beat signal to the difference of the frequency caused by the interference of two or more light beams above synthesis, and a phase detector to measure the phase variation of the beat signal, measured From the above phase change
The position of the elephant in the moving axis direction is measured .

【0012】この発明の第7の構成による測長装置は、
第6の構成において、上記2本以上の平行光束の少なく
とも1つに偏向手段を備え、偏向前後における前記ビー
ト信号の位相の差を求めることにより、前記ビート信号
の繰返し周期より長い距離にわたって位置の絶対測定を
行うようにしたものである。
The length measuring apparatus according to the seventh aspect of the present invention is
In a sixth configuration, at least one of the two or more parallel light beams is provided with a deflecting means, and a phase difference between the beat signals before and after the deflection is obtained to obtain a position over a distance longer than a repetition cycle of the beat signal. it is obtained so as to make an absolute measurement.

【0013】この発明の第8の構成による測長装置は、
前記入射角の角度差異なる第1の構成の測長装置を複
数組備え、1組の測長装置の干渉周期に対応する距離
を、他の1組の測長装置の干渉周期の内挿分解能距離よ
り長く構成したものである。
The length measuring apparatus according to the eighth aspect of the present invention is
A plurality of sets of the length measuring devices of the first configuration having different angles of incidence are provided, and the distance corresponding to the interference period of one set of measuring devices is interpolated with the interference period of the other set of measuring devices. It is configured to be longer than the resolution distance.

【0014】この発明の第9の構成による測長装置は、
前記入射角の角度差異なる第5の構成の測長装置を複
数組備え、1組の測長装置のビート信号の繰返し周期に
対応する距離を、他の1組の測長装置のビート信号の繰
返し周期の内挿分解能距離より長く構成し、上記複数組
の測長装置の少なくとも1組の測長装置には平行光束の
1つに偏向手段を備えたものである。
The length measuring apparatus according to the ninth aspect of the present invention is
A plurality of sets of length measuring devices of the fifth configuration having different angles of incidence are provided, and the distance corresponding to the repetition cycle of the beat signal of one set of measuring devices is set to the beat signal of another set of measuring devices. The length is longer than the interpolating resolution distance of the repetition period of, and at least one of the plurality of length measuring devices has a deflecting means for one of the parallel light beams.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

実施の形態1.以下、この発明の実施の形態の図につい
て説明する。図1は、この発明の第1の実施の形態を示
す構成図である。図において、101はコヒーレントな
平行ビームを発生する光源、102は前記平行ビームを
第1及び第2の2方向に分波する分波器、および第1及
び第2の方向方向より入射した平行ビームを1方向に合
波する合波器を兼ねた合分波器、103及び104は入
射した前記平行ビームを光軸を変えることなく反射する
第1及び第2の反射器、105は前記第1及び第2の反
射器103及び104を装着し1方向に自在に移動する
位置測定対象、106は前記合分波器102により分波
された第2の方向の平行ビームを前記第2の反射器10
4に所定角度θで斜めに入射せしめるように折り曲げる
反射鏡であり、合分波器102とともに分波光学系を構
成している。107は前記合分波器102により合波せ
しめられた平行ビームの強度を検出する光検出器であ
る。また、図2は第2の反射器の1例を示す図で、20
1及び202は反射鏡であり、各々前記第1及び第2の
反射器103及び104に相当する。
Embodiment 1. Hereinafter, the drawings of the embodiments of the present invention will be described. FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of the present invention. In the figure, 101 is a light source that generates a coherent parallel beam, 102 is a demultiplexer that splits the parallel beam into two directions, first and second, and a parallel beam that is incident from the first and second directions. Is also a multiplexer / demultiplexer that also serves as a multiplexer for unidirectionally coupling the light beams, 103 and 104 are first and second reflectors that reflect the incident parallel beam without changing the optical axis, and 105 is the first And a position measuring object to which the second reflectors 103 and 104 are attached and which freely moves in one direction. Reference numeral 106 denotes the second reflector which is a parallel beam in the second direction demultiplexed by the multiplexer / demultiplexer 102. 10
4 is a reflecting mirror that is bent so as to be obliquely incident on the optical fiber 4 at a predetermined angle θ, and forms a demultiplexing optical system together with the multiplexer / demultiplexer 102. Reference numeral 107 is a photodetector for detecting the intensity of the parallel beam combined by the multiplexer / demultiplexer 102. In addition, FIG. 2 is a diagram showing an example of the second reflector.
Reference numerals 1 and 202 denote reflecting mirrors, which correspond to the first and second reflectors 103 and 104, respectively.

【0016】次に本実施の形態の動作について説明す
る。本実施の形態において位置を測定すべき対象は前述
のように105であり図中測定対象105の下側に描い
た矢印の方向に稼動する例えば加工機におけるリニアテ
ーブルにより駆動されるものであり、本実施の形態では
これがリニアモーター、ボールネジ等の駆動機構により
移動する。移動機構外部の固定部に取付けられた前記光
源101より出射した平行ビームAは、前記合分波器1
02に入射し2方向B及びCに分岐される。本実施の形
態に於いては平行ビームBの方向は前記測定対象105
の移動方向に平行となるように設置されている。該平行
ビームBは測定対象105のビーム入射側端面に装着せ
しめられた反射器103に入射し全く同一の方向に反射
せしめられ合分波器102に戻る。なお、図では入射及
び反射ビームを分かり易くするために敢えてビームをず
らせて表示したが、実際は重なっており、後述する平行
ビームCについても同様である。前記合分波器102よ
り分岐せしめられた平行ビームCは前記反射鏡106に
より前記測定対象105の移動方向つまり平行ビームB
の方向に対して所定角度θ傾いたビームに変換されて前
記第2の反射器104に入射し、前記平行ビームBと同
様に同一の光路上を前記合分波器102に戻り、合分波
器102により前記平行ビームBと合波せしめられて平
行ビームDとなり前記光検出器107によりその強度が
出力される。
Next, the operation of this embodiment will be described. In the present embodiment, the object whose position is to be measured is 105 as described above, and is driven by, for example, a linear table in a processing machine that operates in the direction of the arrow drawn below the measuring object 105 in the drawing, In the present embodiment, this is moved by a drive mechanism such as a linear motor or a ball screw. The parallel beam A emitted from the light source 101 attached to the fixed part outside the moving mechanism is the multiplexer / demultiplexer 1
It is incident on 02 and is branched into two directions B and C. In the present embodiment, the direction of the parallel beam B is the measuring object 105.
It is installed so that it is parallel to the moving direction of. The parallel beam B is incident on the reflector 103 mounted on the beam incident side end surface of the measurement object 105, is reflected in the same direction, and returns to the multiplexer / demultiplexer 102. Note that, in the drawing, the incident and reflected beams are intentionally shifted in order to make them easy to understand, but they are actually overlapped, and the same is true for a parallel beam C described later. The parallel beam C branched by the multiplexer / demultiplexer 102 is moved by the reflecting mirror 106 in the moving direction of the measuring object 105, that is, the parallel beam B.
Is incident on the second reflector 104 and is returned to the multiplexer / demultiplexer 102 on the same optical path as the parallel beam B, and is combined / demultiplexed. The beam 102 is combined with the parallel beam B into a parallel beam D, and the intensity thereof is output from the photodetector 107.

【0017】前記光源101は前述したようにコヒーレ
ントであるので、合波平行ビームDは反射平行ビームB
及びCにより干渉し、各々の位相変化に応じて変調を受
ける。前記反射器104により同一光路上に平行ビーム
を反射する条件は、図2における反射鏡201の様に角
度θ傾いた平行ビームCに対し垂直入射となるように配
置した平面鏡と同じ位相変化を該平行ビームCに与える
反射器として作用し、簡単のため平行ビームB及びCの
出射点を原点Oとしてこの位置における位相差を0と
し、原点Oから反射鏡202迄の距離つまり原点から測
定対象までの光路長をLとすると、平行ビームBと平行
ビームCの光路差Δは、 Δ=2(L−Lcosθ)=2L(1−cosθ) となる。一方、マイケルソン型等の一般の干渉計測シス
テムでは、光路差は2Lであるから、本実施の形態に於
いては干渉計の感度が1−cosθに変化せしめられ
る、又は干渉周期が1/(1−cosθ)に拡大される
ことになる。また、この感度又は干渉周期は傾き角θの
設定により光源の周波数(波長)を変化させることなく
任意に変化させることが出来る。
Since the light source 101 is coherent as described above, the combined parallel beam D is the reflected parallel beam B.
And C interfere with each other and are modulated according to the respective phase changes. The condition for reflecting a parallel beam on the same optical path by the reflector 104 is that the same phase change as that of a plane mirror arranged so as to be perpendicularly incident to the parallel beam C inclined by an angle θ like the reflecting mirror 201 in FIG. It acts as a reflector given to the parallel beam C, and for the sake of simplicity, the emission point of the parallel beams B and C is set as the origin O, and the phase difference at this position is set to 0. Is L, the optical path difference Δ between the parallel beam B and the parallel beam C is Δ = 2 (L−Lcos θ) = 2L (1−cos θ). On the other hand, in a general interference measurement system such as the Michelson type, since the optical path difference is 2L, the sensitivity of the interferometer is changed to 1-cos θ or the interference cycle is 1 / (in the present embodiment. 1-cos θ). Further, the sensitivity or the interference period can be arbitrarily changed by changing the inclination angle θ without changing the frequency (wavelength) of the light source.

【0018】ところで、本実施の形態では平行ビームB
を測定対象105の移動方向に設定したが、平行ビーム
Cと同様にある傾きφを持っていてもよく、その場合の
感度は(cosφ−cosθ)で表されることになる。
さらに、反射鏡106は本実施の形態では傾いた平行ビ
ームC側に用いたが、平行ビームB側や双方に用いても
良く、また合分波器102の構成により分岐角が所望の
傾き角θに設定出来れば反射鏡106を省くことも可能
である。
By the way, in the present embodiment, the parallel beam B
Was set to the moving direction of the measuring object 105, but it may have a certain inclination φ as in the case of the parallel beam C, and the sensitivity in that case is represented by (cosφ−cosθ).
Further, although the reflecting mirror 106 is used on the side of the parallel beam C which is inclined in the present embodiment, it may be used on the side of the parallel beam B or both of them, and the branching angle is a desired inclination angle due to the configuration of the multiplexer / demultiplexer 102. If it can be set to θ, the reflecting mirror 106 can be omitted.

【0019】実施の形態2.次は、第2の実施の形態を
図について説明する。図3は、この発明の第2の実施の
形態を示す構成図である。図において、301は反射型
回折格子であり、実施の形態1における反射器104に
相当し、301aは該反射型回折格子の側面図であり動
作を説明する図、301bは該反射型回折格子の正面図
である。
Embodiment 2. Next, a second embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a configuration diagram showing a second embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 301 denotes a reflection type diffraction grating, which corresponds to the reflector 104 in the first embodiment, 301a is a side view of the reflection type diffraction grating for explaining the operation, and 301b is the reflection type diffraction grating. It is a front view.

【0020】次に動作について説明する。一般に、周期
構造を有する回折格子に入射したコヒーレントな光ビー
ムは、フランホーファー領域に於いて0次及び±n次の
回折ビームに分離され、この時の回折波の分離角は、波
長λと回折格子のピッチΛで一意に決定される。このた
め、反射型回折格子301に入射角θでその入射面が回
折格子に対して垂直であるように入射した波長λのビー
ムに対し、適切なピッチΛの回折格子を設定することで
±n次の回折ビームの何れか一つが入射ビームと同一の
方向に発生するようにすることが可能である。依って、
実施の形態1における反射器104に本実施の形態の反
射型回折格子301を適用すれば、平面の構成の反射器
により斜めに配置した反射鏡と同等の作用を持つ感度可
変の干渉測長系を構成することが出来る。
Next, the operation will be described. Generally, a coherent light beam incident on a diffraction grating having a periodic structure is separated into 0th and ± nth order diffracted beams in the Franhofer region, and the separation angle of the diffracted wave at this time is the wavelength λ and the diffracted wave. It is uniquely determined by the lattice pitch Λ. Therefore, by setting a diffraction grating having an appropriate pitch Λ for a beam having a wavelength λ that is incident on the reflection type diffraction grating 301 at an incident angle θ so that its incident surface is perpendicular to the diffraction grating, ± n It is possible that any one of the following diffracted beams will occur in the same direction as the incident beam. Therefore,
When the reflection type diffraction grating 301 of the present embodiment is applied to the reflector 104 of the first embodiment, a variable sensitivity interferometry system having an action equivalent to that of a reflector arranged obliquely by a reflector having a planar configuration. Can be configured.

【0021】ここで、本構成のように反射ビームが入射
ビームに一致する場合の反射ビームの振る舞いを1次回
折波の場合を例に説明する。図2と同様に本構成により
発生する光路差を考えると、Δ=2L(1−1/cos
θ)となるが、回折格子上を光ビームが移動するとその
移動に伴って反射ビ波が入射ビームに一致する条件は、
Λ=λ/2sinθであるから、前述の位相変化量P
は、 P=2π/λ・2Lsin2θ/cosθ となり、光路に換算すれば2Lsin2θ/cosθで
あるから、実質上の光路差は、 Δ=2L(1−1/cosθ+sin2θ/cosθ)
=2L(1−cosθ) となって実施の形態1において図2の様に斜めに反射鏡
を配置した場合に等しくなる。
Here, the behavior of the reflected beam when the reflected beam coincides with the incident beam as in this configuration will be described by taking the case of the first-order diffracted wave as an example. Considering the optical path difference generated by this configuration similarly to FIG. 2, Δ = 2L (1-1 / cos
θ), the condition that the reflected vibrato coincides with the incident beam when the light beam moves on the diffraction grating is
Since Λ = λ / 2sin θ, the above-mentioned phase change amount P
Is P = 2π / λ · 2Lsin2θ / cosθ, which is 2Lsin2θ / cosθ when converted to the optical path. Therefore, the actual optical path difference is Δ = 2L (1-1 / cosθ + sin2θ / cosθ).
= 2L (1-cos θ), which is the same as in the first embodiment when the reflecting mirrors are obliquely arranged as shown in FIG.

【0022】本構成のようにした場合、平面で反射器を
構成することが可能であるので、実施の形態1における
二つの反射器103及び104を一つの基板上に構成す
ることができ、2個の相異なるピッチの回折格子又は一
方のビームが単純なミラー面に入射しもう一方のビーム
に対して回折格子に入射するようにすることが出来る。
また、2個の反射器を同一の回折格子で構成し、2本の
光束に対して異なる次数の回折波を用いてもよい。
In the case of this structure, since the reflector can be formed by a plane, the two reflectors 103 and 104 in the first embodiment can be formed on one substrate. It is possible to make the diffraction gratings having different pitches or one of the beams enter a simple mirror surface and enter the diffraction grating for the other beam.
Alternatively, the two reflectors may be configured by the same diffraction grating, and diffracted waves of different orders may be used for the two light beams.

【0023】実施の形態3.次は、第3の実施の形態を
図について説明する。図4は、この発明の第3の実施の
形態を示す構成図である。図において、401はコヒー
レントな平行ビームを発生する光源、402は分波器、
403及び406は第1及び第2の折曲げミラー、40
4及び405はコーナーキューブプリズム、407は合
波器、408は光検出器、409は固定光学系、410
は測定対象に装着される移動光学系である。また、図5
は、コーナーキューブプリズムに斜めにビームが入射し
た場合の光路を示す説明図であり、501は第1の反射
鏡、502は第2の反射鏡、503は基準面、504は
基準面503の第1の反射鏡501による虚像、505
は虚像504の第2の反射鏡502による虚像である。
なお、コーナーキューブプリズムは、一般に知られてい
るように直角に交差する3平面に依って構成される3次
元形状を持つが、図示の都合上2次元として描いた。ま
た、図に垂直方向の再帰反射性を必要としないのであれ
ば図と同じ2枚の反射鏡の組合せで構成しても同じ効果
が得られる。
Embodiment 3. Next, a third embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a configuration diagram showing a third embodiment of the present invention. In the figure, 401 is a light source that generates a coherent parallel beam, 402 is a demultiplexer,
403 and 406 are first and second folding mirrors, 40
4 and 405 are corner cube prisms, 407 is a multiplexer, 408 is a photodetector, 409 is a fixed optical system, 410
Is a moving optical system mounted on the object to be measured. Also, FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an optical path when a beam is obliquely incident on a corner cube prism, 501 is a first reflecting mirror, 502 is a second reflecting mirror, 503 is a reference plane, and 504 is a reference plane 503. 1 virtual image by the reflecting mirror 501, 505
Is a virtual image of the virtual image 504 by the second reflecting mirror 502.
The corner cube prism has a three-dimensional shape formed by three planes intersecting at right angles as is generally known, but it is drawn as two-dimensional for convenience of illustration. Also, if the drawing does not require vertical retroreflectivity, the same effect can be obtained by using the same combination of two reflecting mirrors as in the drawing.

【0024】次に動作について説明する。光源401を
出射した平行ビームは分波器により分岐された後、直接
あるいは第1の折曲げミラー403を介して反射器であ
るコーナーキューブプリズム404及び405に入射す
る。前記分岐された平行ビームの一方、本実施の形態で
はコーナーキューブプリズム404側のビームは測定対
象である移動光学系410の移動軸より所定角θだけ傾
けて設置されており、もう一方のコーナーキューブプリ
ズム405側のビームは前記移動軸と平行に設置され
る。コーナーキューブプリズム404に入射したビーム
はコーナーキューブプリズムの性質から、コーナーキュ
ーブプリズムの中心に対して対称な位置より入射と同一
の方向に出射して第2の折曲げミラー406を経て合波
器407によりコーナーキューブプリズム405側の反
射ビームと合成され、その干渉強度が光検出器408に
より出力される。但し、この光学系では傾いたビームに
対しては、図4に破線で示したように移動光学系の位置
に応じて反射ビームの光軸が平行移動する。よって、平
行ビームの断面方向の巾は、この光軸の平行移動量を吸
収して総ての測定範囲で干渉が得られるように設定する
必要が有る。
Next, the operation will be described. The parallel beam emitted from the light source 401 is branched by the demultiplexer, and then enters the corner cube prisms 404 and 405 which are reflectors directly or through the first bending mirror 403. One of the branched parallel beams, the beam on the side of the corner cube prism 404 in the present embodiment, is installed at a predetermined angle θ with respect to the moving axis of the moving optical system 410 to be measured, and the other corner cube. The beam on the prism 405 side is installed parallel to the moving axis. Due to the nature of the corner cube prism, the beam entering the corner cube prism 404 exits in the same direction as the entrance from a position symmetrical with respect to the center of the corner cube prism, passes through the second bending mirror 406, and then the multiplexer 407. Is combined with the reflected beam on the corner cube prism 405 side, and the interference intensity thereof is output by the photodetector 408. However, in this optical system, with respect to the tilted beam, the optical axis of the reflected beam moves in parallel according to the position of the moving optical system as shown by the broken line in FIG. Therefore, it is necessary to set the width of the parallel beam in the cross-sectional direction so that the parallel movement amount of the optical axis can be absorbed and interference can be obtained in the entire measurement range.

【0025】本実施の形態の系における光路差は、図5
より求められる。コーナーキューブプリズムに斜めに傾
いて入射するビームに対し垂直な平面を基準面503と
すると、第1の反射鏡501による虚像は504にな
る。またさらに第2の反射鏡502による504の虚像
は505となり、基準面503に平行な面となる。従っ
て、コーナーキューブプリズム内を通過する光線は入射
ビームを延長した直線に変換して考えることが出来、基
準面503に入射してコーナーキューブで反射され、再
び基準面503に至る光路長は入射位置に関らず一定と
なる。第2の折り曲げミラー406への入射位置も全光
路長には影響を与えないので、コーナーキューブプリズ
ム404に至る光路長は固定光学系の射出点より基準面
503への距離となり実施の形態1及び2と同様に固定
光学系と移動光学系の距離をLとしてLcosθであ
り、光路差は2L(1−cosθ)で表される。このた
め、検出感度は(1−cosθ)倍に変化せしめられ、
θの設定により自在に感度を変えることが可能である。
The optical path difference in the system of this embodiment is shown in FIG.
More demanded. Assuming that a plane perpendicular to the beam that is obliquely incident on the corner cube prism is a reference plane 503, the virtual image by the first reflecting mirror 501 is 504. Further, the virtual image of 504 by the second reflecting mirror 502 becomes 505, which is a plane parallel to the reference plane 503. Therefore, the light ray passing through the corner cube prism can be considered by converting the incident beam into a straight line that is extended, and is incident on the reference surface 503, reflected by the corner cube, and again the optical path length reaching the reference surface 503 is the incident position. It is constant regardless of. Since the incident position on the second bending mirror 406 does not affect the total optical path length, the optical path length reaching the corner cube prism 404 is the distance from the exit point of the fixed optical system to the reference surface 503, and the first embodiment and the first embodiment are described. As in the case of 2, the distance between the fixed optical system and the moving optical system is L cos θ, and the optical path difference is represented by 2 L (1−cos θ). Therefore, the detection sensitivity is changed by (1-cos θ) times,
It is possible to freely change the sensitivity by setting θ.

【0026】実施の形態4.次は、第4の実施の形態を
図について説明する。図6は、この発明の第4の実施の
形態を示す構成図である。図において、601はコヒー
レントな平行ビームを発生する光源、602は分波器、
603及び606は第1及び第2の折曲げミラー、60
4は偏角を180°より所定角2θずらせるようにした
コーナーキューブ様プリズム、605はコーナーキュー
ブプリズム、607は合波器、608は光検出器、60
9は固定光学系、610は測定対象に装着される移動光
学系である。また、図7は、コーナーキューブ様プリズ
ム604に斜めにビームが入射した場合の光路を示す説
明図であり、701は第1の反射鏡、702は第2の反
射鏡、703は第1の基準面、704は第1の基準面7
03の第2の反射鏡702による虚像、705は虚像7
04の第1の反射鏡701による虚像、706は第2の
基準面である。
Fourth Embodiment Next, a fourth embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is a configuration diagram showing a fourth embodiment of the present invention. In the figure, 601 is a light source for generating a coherent parallel beam, 602 is a demultiplexer,
Reference numerals 603 and 606 denote first and second folding mirrors, and 60.
4 is a corner-cube-like prism in which the deviation angle is shifted by a predetermined angle 2θ from 180 °, 605 is a corner-cube prism, 607 is a multiplexer, 608 is a photodetector, and 60
Reference numeral 9 is a fixed optical system, and 610 is a moving optical system mounted on a measurement target. FIG. 7 is an explanatory diagram showing an optical path when a beam obliquely enters the corner cube-like prism 604, 701 is a first reflecting mirror, 702 is a second reflecting mirror, and 703 is a first reference. Surface 704 is the first reference surface 7
03 is a virtual image by the second reflecting mirror 702, and 705 is a virtual image 7.
A virtual image of the first reflecting mirror 701 of No. 04, 706 is a second reference plane.

【0027】次に動作について説明する。光源601を
出射した平行ビームは分波器により分岐された後、直接
あるいは第1の折曲げミラー603を介して反射器であ
るコーナーキューブ様プリズム604及びコーナーキュ
ーブプリズム605に入射する。前記コーナーキューブ
様プリズム604に向かう平行ビームは測定対象である
移動光学系610の移動軸より所定角θだけ傾けて設置
されており、もう一方のコーナーキューブプリズム60
5側のビームは前記移動軸と平行に設置される。前記コ
ーナーキューブ様プリズム604はその2枚の反射鏡の
傾きをコーナーキューブプリズムに対しθ/2だけ傾け
て構成されており、入射ビームはプリズム内で一度移動
軸に直交する方向に反射せしめられた後入射と逆方向
に、且つ移動軸に対して逆方向に角度θ傾いて出射す
る。この場合には出射ビームの光軸は前記コーナーキュ
ーブ様プリズム604が移動軸方向に平行移動しても変
化することがなく安定した反射ビームが得られる。この
反射ビームは、前記コーナーキューブプリズム605側
の反射ビームと合波器607によって同一光軸に合成さ
れ、その干渉出力が光検出器608により出力される。
Next, the operation will be described. The parallel beam emitted from the light source 601 is branched by the demultiplexer, and then enters the corner cube-like prism 604 and the corner cube prism 605 which are reflectors directly or through the first bending mirror 603. The parallel beam directed to the corner cube-like prism 604 is installed at a predetermined angle θ with respect to the moving axis of the moving optical system 610 to be measured.
The beam on the 5 side is installed parallel to the moving axis. The corner cube-like prism 604 is constructed by tilting the two reflecting mirrors by θ / 2 with respect to the corner cube prism, and the incident beam is once reflected in the prism in a direction orthogonal to the movement axis. The light is emitted in the direction opposite to the direction of the rear incidence and in the direction opposite to the movement axis with an angle θ. In this case, the optical axis of the outgoing beam does not change even if the corner cube-like prism 604 moves parallel to the moving axis direction, and a stable reflected beam can be obtained. This reflected beam is combined with the reflected beam on the corner cube prism 605 side by the multiplexer 607 on the same optical axis, and the interference output thereof is output by the photodetector 608.

【0028】本実施の形態の系における光路差は、図7
より求められる。コーナーキューブ様プリズム604に
斜めに傾いて入射するビームに対し垂直な平面を第1の
基準面703とすると、第1の反射鏡701による虚像
は704に、またさらに第2の反射鏡702による虚像
は705となる。この時の虚像705の傾きは出射側の
第2の基準面706に平行であり、また、コーナーキュ
ーブプリズム内を通過する光線は入射ビームを延長した
直線に変換して考えることができ、第1の基準面703
に入射して第2の基準面706に至る光路長は入射位置
に関らず一定となる。よってコーナーキューブプリズム
604に至る光路長は固定光学系の射出点より基準面7
03への距離となり前述の実施の形態と同様に固定光学
系と移動光学系の距離をLとしてLcosθであり、光
路差は2L(1−cosθ)で表される。このため、検
出感度は(1−cosθ)倍に変化せしめられ、θの設
定により自在に感度を変えることが可能である。
The optical path difference in the system of this embodiment is shown in FIG.
More demanded. Assuming that a plane perpendicular to the beam obliquely incident on the corner cube-like prism 604 is the first reference plane 703, the virtual image by the first reflecting mirror 701 is 704, and further the virtual image by the second reflecting mirror 702. Becomes 705. The inclination of the virtual image 705 at this time is parallel to the second reference surface 706 on the exit side, and the light ray passing through the corner cube prism can be considered by converting the incident beam into an extended straight line. Reference plane 703
The optical path length of the incident light on the second reference surface 706 is constant regardless of the incident position. Therefore, the optical path length to the corner cube prism 604 is the reference plane 7 from the exit point of the fixed optical system.
As shown in the above-mentioned embodiment, L is L cos θ, and the optical path difference is represented by 2L (1−cos θ). Therefore, the detection sensitivity is changed by (1-cos θ) times, and the sensitivity can be freely changed by setting θ.

【0029】実施の形態5.次は、第5の実施の形態を
図について説明する。図8は、この発明の第5の実施の
形態を示す構成図である。図において、801はコヒー
レントな平行ビームを発生する光源、802は前記平行
ビームを第1及び第2の2方向に分波し、かつ第1及び
第2の方向より入射した平行ビームを1方向に合波する
合分波器であり、ここでは偏向ビームスプリッタであ
る。803及び804は入射した前記平行ビームを光軸
を変えることなく反射する第1及び第2の反射器、80
5は前記第1及び第2の反射器803及び804を装着
し1方向に自在に移動する位置測定対象、806は前記
合分波器802により分波された第2の方向の平行ビー
ムを前記第2の反射器804に所定角度θで入射せしめ
るように折り曲げる反射鏡、807は前記合分波器10
2により合波せしめられた平行ビームの強度を検出する
光検出器、808は該コヒーレントな平行ビームから波
長の僅かに異なる少なくも2個の平行ビームを作り出す
周波数変調器、809及び810はその光学軸を紙面対
し45°傾けて設置された1/4波長板、811は検光
子、812は基準周波数発生器、813は位相検出器で
ある。
Embodiment 5. Next, a fifth embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 8 is a configuration diagram showing a fifth embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 801 denotes a light source that generates a coherent parallel beam, 802 demultiplexes the parallel beam into first and second directions, and parallel beams incident from the first and second directions are directed in one direction. It is a multiplexer / demultiplexer that multiplexes, and here is a deflecting beam splitter. Reference numerals 803 and 804 denote first and second reflectors that reflect the incident parallel beam without changing the optical axis.
Reference numeral 5 denotes a position measurement object that is equipped with the first and second reflectors 803 and 804 and is freely movable in one direction. Reference numeral 806 denotes the second direction parallel beam demultiplexed by the multiplexer / demultiplexer 802. A reflecting mirror that is bent so as to be incident on the second reflector 804 at a predetermined angle θ, and 807 is the multiplexer / demultiplexer 10.
A photodetector for detecting the intensity of the parallel beams combined by two, 808 is a frequency modulator that produces at least two parallel beams of slightly different wavelengths from the coherent parallel beams, and 809 and 810 are its optical components. Reference numeral 811 is an analyzer, 812 is a reference frequency generator, and 813 is a phase detector.

【0030】次に動作について説明する。前記光源80
1より出射したビームは周波数変調器808により紙面
に垂直な偏光方向のビームの周波数がfである第1の平
行ビームと紙面に平行な偏光方向のビームの周波数がf
+Δfである第2の平行ビームに変換される。この時の
周波数差Δfは基準周波数発生器812により与えられ
る。次に偏光ビームスプリッタ802により2本のビー
ムに分離され、一方の周波数fの第1の平行ビームが該
偏光ビームスプリッタ802により反射されて、1/4
波長板809を通過して位置測定対象805の移動軸に
平行に第1の反射器803に向かう。また、偏光ビーム
スプリッタ802を透過した第2の平行ビームは1/4
波長板810を通過して位置測定対象805の移動軸に
対して角度θだけ傾けて第2の反射器804に向かう。
反射器により反射された第1及び第2の平行ビームは反
射器の特性から同一の光路を戻り再び偏光ビームスプリ
ッタ802に入射するが、1/4波長板809及び81
0をそれぞれ2回通過しているので偏光方向が90°回
転し、偏光ビームスプリッタ802で第1の平行ビーム
は透過し第2の平行ビームは反射して同一の光軸に合波
されて、検光子811を通過した後、光検出器807に
より光強度が出力される。周波数fのビームとf+Δf
のビームとは互いに直交しているので、このままでは干
渉出力が得られない。そこで検光子811は互いに偏光
方向が直交したビームから干渉出力を取り出すためのも
のであり2つのビームの直交する偏光軸から検光方向を
傾けて設置されている。また、本実施の形態では、干渉
に僅かに周波数の異なる2光波を用いた一般に光ヘテロ
ダインと呼ばれる方式を用いているので光検出器807
に現れる出力は周波数Δfのビート信号であり、位置測
定対象805の移動に伴う光波の位相差の変化がビート
信号の位相の変化に対応するといった特性があり、位相
検出器813で基準周波数発生器812からの基準周波
と比較してビート信号の位相変化を検出する。
Next, the operation will be described. The light source 80
The frequency of the beam emitted from the first parallel beam is f by the frequency modulator 808 and the frequency of the beam in the polarization direction parallel to the paper is f.
It is converted into a second parallel beam of + Δf. The frequency difference Δf at this time is given by the reference frequency generator 812. Next, the beam is split into two beams by the polarization beam splitter 802, and the first parallel beam of one frequency f is reflected by the polarization beam splitter 802 and is divided into ¼.
It passes through the wave plate 809 and goes toward the first reflector 803 in parallel with the moving axis of the position measurement object 805. Further, the second parallel beam transmitted through the polarization beam splitter 802 is ¼
The light passes through the wave plate 810 and is inclined toward the second reflector 804 by an angle θ with respect to the moving axis of the position measurement target 805.
Although the first and second parallel beams reflected by the reflector return through the same optical path due to the characteristics of the reflector and enter the polarization beam splitter 802 again, the quarter wavelength plates 809 and 81
Since 0 passes twice each, the polarization direction is rotated by 90 °, the first parallel beam is transmitted by the polarization beam splitter 802, the second parallel beam is reflected, and multiplexed on the same optical axis. After passing through the analyzer 811, the photodetector 807 outputs the light intensity. Beam of frequency f and f + Δf
Since they are orthogonal to each other, the interference output cannot be obtained as it is. Therefore, the analyzer 811 is for extracting the interference output from the beams whose polarization directions are orthogonal to each other, and is installed with the analysis direction inclined with respect to the orthogonal polarization axes of the two beams. Further, in this embodiment, since a method generally called an optical heterodyne is used in which two light waves having slightly different frequencies are used for interference, the photodetector 807 is used.
The output appearing in is a beat signal of frequency Δf, and there is a characteristic that the change of the phase difference of the light wave due to the movement of the position measurement target 805 corresponds to the change of the phase of the beat signal, and the phase detector 813 uses the reference frequency generator. The phase change of the beat signal is detected by comparison with the reference frequency from 812.

【0031】実施の形態6.次は、第6の実施の形態を
図について説明する。図9は、この発明の第6の実施の
形態を示す構成図である。本実施の形態における構成
は、図8と同一であり、図9では第5の実施の形態にお
ける第2の平行ビームが図8に比べ僅かに傾いた状態を
示している。また、図10は光軸が傾いた時の検出感度
の変化を示す図であり、1001はビーム出射及び検出
器面、1002は折曲げミラーであり906に対応し、
1003は反射器であり904に対応し、1004は折
曲げミラー1002によるビーム出射及び検出器面10
01の虚像である。さらに、図11は微小な検出感度の
変化によるバーニア式検出を説明する図である。
Sixth Embodiment Next, a sixth embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 9 is a configuration diagram showing a sixth embodiment of the present invention. The configuration in this embodiment is the same as that in FIG. 8, and FIG. 9 shows a state in which the second parallel beam in the fifth embodiment is slightly inclined as compared with FIG. FIG. 10 is a diagram showing a change in detection sensitivity when the optical axis is tilted. Reference numeral 1001 denotes a beam emitting / detecting surface, 1002 denotes a bending mirror, which corresponds to 906.
Reference numeral 1003 denotes a reflector corresponding to 904, and 1004 denotes the beam emission by the folding mirror 1002 and the detector surface 10.
It is a virtual image of 01. Further, FIG. 11 is a diagram for explaining vernier type detection by a minute change in detection sensitivity.

【0032】次に動作について説明する。図8と同様の
構成において第2の平行ビームの光軸を僅かに傾けると
図9の様になる。ビームを僅かに傾ける手法としては、
周波数変調器908が例えば音響光学変調器で構成され
ていれば、第二のビームの変調周波数をf+Δfからf
+Δf’に変化させることにより僅かに偏向することが
可能である。また、ミラー等の回転を用いた機械式偏向
であっても電気光学式の偏向であっても構わない。ビー
ムを偏向した場合、反射器904迄の距離に応じて光検
出器907に入射するビーム位置が移動していくことに
なるが、偏向角が十分小さければ光検出器907内にビ
ームを納めることが可能であり、第1の平行ビームとの
干渉出力を得ることが出来る。この時の検出の感度を図
10を用いて説明する。実際にはビーム出射面と検出器
面は別であり図8又は図9では合分波器である偏向ビー
ムスプリッタ802または902で分離されているが、
簡単のため図10では反射面による虚像を重ね合わせて
同一の面1001とした。出射面1001をでたビーム
は折曲げミラー1002により反射器1003に向か
い、該反射器からの反射光が再び検出器面1001に入
射する。図8の様に微小に偏向しない場合の移動軸との
傾き角、つまり反射器1003への入射角がθであるビ
ームを1点鎖線で、図9の様に微小角度δ偏向した場合
のビームを実線で示している。図に示した様に折曲げミ
ラー1002による虚像を考えると系が直線になり関係
が明らかとなる。偏向の無い場合の出射及び検出器面1
001から反射器1003迄の光路をLとすると、微小
偏向を受けたビームの光路は幾何的な考察より容易にL
cosθ/cos(θ−δ)であることを導くことが出
来る。
Next, the operation will be described. When the optical axis of the second parallel beam is slightly tilted in the same configuration as in FIG. 8, it becomes as shown in FIG. As a method of slightly tilting the beam,
If the frequency modulator 908 is composed of, for example, an acousto-optic modulator, the modulation frequency of the second beam is changed from f + Δf to f
It is possible to slightly deflect by changing to + Δf '. Also, mechanical deflection using rotation of a mirror or the like or electro-optic deflection may be used. When the beam is deflected, the position of the beam incident on the photodetector 907 moves according to the distance to the reflector 904. However, if the deflection angle is sufficiently small, the beam should be placed inside the photodetector 907. It is possible to obtain the interference output with the first parallel beam. The detection sensitivity at this time will be described with reference to FIG. In reality, the beam emitting surface and the detector surface are different and are separated by the deflecting beam splitter 802 or 902 which is a multiplexer / demultiplexer in FIG. 8 or 9.
For simplification, in FIG. 10, virtual images formed by the reflecting surfaces are overlapped to form the same surface 1001. The beam emitted from the exit surface 1001 is directed to the reflector 1003 by the bending mirror 1002, and the reflected light from the reflector is incident on the detector surface 1001 again. As shown in FIG. 8, a beam having a tilt angle with respect to the moving axis when it is not slightly deflected, that is, a beam whose incident angle to the reflector 1003 is θ is a one-dot chain line and is deflected by a minute angle δ as shown in FIG. Is indicated by a solid line. As shown in the figure, considering the virtual image by the bending mirror 1002, the system becomes a straight line and the relationship becomes clear. Emission and detector plane 1 without deflection
Letting the optical path from 001 to the reflector 1003 be L, the optical path of the beam that has been slightly deflected is L
It can be derived that cos θ / cos (θ−δ).

【0033】ここで、移動軸との傾き角θにより全測長
範囲L0 に対してn周期の干渉信号が得られるとし、δ
だけ偏向することにより検出感度を変化させ全測長範囲
にn−1の干渉信号が得られるようにした場合の出力が
図11であり、上段が偏向のない場合、中段が微小に偏
向させた場合、下段が両者の位相差を示している。上段
に対し中段は全測長距離L0 に対して1周期少なくなっ
ており、下段は全測長範囲L0 で2πの位相変化を示す
ため該信号により絶対値の位置が特定出来る。
Here, it is assumed that an interference signal of n cycles is obtained for the entire length measuring range L 0 by the inclination angle θ with the moving axis, and δ
FIG. 11 shows the output when the detection sensitivity is changed by only deflecting so that the interference signal of n-1 can be obtained in the entire measurement range. When the upper stage is not deflected, the middle stage is slightly deflected. In this case, the lower part shows the phase difference between the two. Upper to middle it has become one cycle less relative to the total measuring long distances L 0, the lower part can be specified is the position of the absolute value by the signal to indicate a phase change of 2π in all measurement ranges L 0.

【0034】実施の形態7.次は、第7の実施の形態を
図について説明する。図12は、この発明の第7の実施
の形態を示す構成図である。図において、1201は演
算回路、1202a、b、及びcはそれぞれ第1、第2
及び第n段の内挿回路、1203a、b、及びcはそれ
ぞれ第1、第2及び第n段の光検出器、1204a、
b、及びcはそれぞれ第1、第2及び第n段の干渉光学
系、1205a、b、及びcはそれぞれ第1、第2及び
第n段の反射器、1206は位置測定対象、1207は
信号処理部である。
Embodiment 7. Next, a seventh embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 12 is a configuration diagram showing a seventh embodiment of the present invention. In the figure, 1201 is an arithmetic circuit, and 1202a, b, and c are first and second circuits, respectively.
And the nth stage interpolator 1203a, b and c are the first, second and nth stage photodetectors 1204a,
b and c are first, second and nth stage interference optical systems, 1205a, b and c are first, second and nth stage reflectors respectively, 1206 is a position measurement target, 1207 is a signal It is a processing unit.

【0035】次に動作について説明する。図12におけ
る光検出器1203、干渉光学系1204、反射器12
05の構成は、図1又は図8の構成を持つものであり、
a、b、及びcでは反射器に斜めに入射するビームの傾
きを設定することにより検出感度を互いに異なる様に構
成されている。aの光学系では位置測定対象1206の
全移動範囲において1周期以下の干渉信号が得られる様
に設定されており、第1の内挿回路によって1周期内の
干渉位置がその内挿精度内で特定される。bの光学系は
aにおける内挿精度を越えない周期で干渉出力を出力す
る様に設定されており、以下の段の光学系は各々上位の
光学系による内挿精度を越えない周期で干渉信号が得ら
れる様に設定され第n段まで設けられている。各々の内
挿回路1202で得られる干渉位置信号は演算回路12
01に送られ位置測定対象の位置を出力する。この時、
第2段の光学系は第1段の内挿精度を越えないような周
期で干渉信号を発生する様に構成されているので、第1
段の信号を参照することにより干渉周期の絶対位置を一
意に特定出来る。さらに下段の光学系は上段の内挿精度
を越えないような周期で干渉信号を発生する様に構成さ
れているので、上段の信号を順次参照していくことで干
渉周期の絶対位置を一意に特定することができる。例え
ば、1段での内挿精度が干渉周期をm分割できるものと
すれば、n段では最大mのn乗分割の絶対位置が得られ
ることになる。
Next, the operation will be described. The photodetector 1203, the interference optical system 1204, and the reflector 12 in FIG.
The configuration of 05 has the configuration of FIG. 1 or 8.
In a, b, and c, the detection sensitivities are different from each other by setting the inclination of the beam obliquely incident on the reflector. The optical system of a is set so that an interference signal of one cycle or less can be obtained in the entire movement range of the position measurement target 1206, and the interference position within one cycle is within the interpolation accuracy by the first interpolation circuit. Specified. The optical system of b is set so as to output the interference output at a cycle that does not exceed the interpolation accuracy of a, and the optical systems of the following stages each have an interference signal at a cycle that does not exceed the interpolation accuracy of the upper optical system. Are set up to obtain n. The interference position signal obtained by each interpolation circuit 1202 is calculated by the arithmetic circuit 12.
01 and outputs the position of the position measurement target. This time,
The second-stage optical system is constructed so as to generate an interference signal in a cycle that does not exceed the interpolation accuracy of the first stage.
The absolute position of the interference cycle can be uniquely specified by referring to the signal of the stage. Furthermore, the optical system in the lower stage is configured to generate interference signals in a cycle that does not exceed the interpolation accuracy in the upper stage, so that the absolute position of the interference period can be uniquely determined by sequentially referring to the signals in the upper stage. Can be specified. For example, if the interpolation accuracy in one stage can divide the interference cycle into m, in n stages, the absolute position of the maximum m-th power division can be obtained.

【0036】実施の形態8.次は、第8の実施の形態を
図について説明する。図13は、この発明の第8の実施
の形態を示す構成図である。図において、1301はコ
ヒーレントな平行光を発生する光源、1302は分波
器、1303は前記光源1301よりの光波にδfの周
波数シフトを与えかつ外部よりの制御により微小角の偏
向を行う光変調器、1304は光源光学系、1305a
及びbは第1及び第2の干渉光学系、1306a及びb
は第1及び第2の反射器、1307は位置測定対象、1
308は前記δfに等しい周波数を発生する基準周波数
発生器、1309a及びbは第1及び第2の周波数fの
ビームに対する光路切替え素子、1310a及びbは第
1及び第2の周波数f+δfのビームに対する光路切替
え素子、1311a及びbは第1及び第2の合波器、1
312a及びbは第1及び第2の光検出器、1313a
及びbは第1及び第2の位相検出器、1314は演算回
路である。
Embodiment 8. Next, an eighth embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 13 is a configuration diagram showing an eighth embodiment of the present invention. In the figure, 1301 is a light source that generates coherent parallel light, 1302 is a demultiplexer, and 1303 is an optical modulator that gives a frequency shift of δf to the light wave from the light source 1301 and deflects a minute angle by external control. 1304 is a light source optical system, 1305a
And b are first and second interference optical systems, 1306a and b.
Is the first and second reflectors, 1307 is the position measurement object, 1
308 is a reference frequency generator for generating a frequency equal to δf, 1309a and b are optical path switching elements for beams of first and second frequencies f, and 1310a and b are optical paths for beams of first and second frequencies f + δf. Switching elements, 1311a and b are first and second multiplexers, and
Reference numerals 312a and b denote first and second photodetectors, 1313a.
And b are first and second phase detectors, and 1314 is an arithmetic circuit.

【0037】次に動作について説明する。光源1301
より発したコヒーレントな平行ビームは分波器により分
岐された後光変調器1303に入射する。光変調器が例
えば音響光学素子であれば、該音響光学素子をδfで駆
動すれば出射した回折光はδfの周波数変調を受けてお
り、また駆動周波数δfを変化させれば回折角が変化し
て微小な偏向を与えることが出来る。ただし、光源光学
系1304の機能としては出射ビームとして周波数fと
僅かに周波数の異なるf+δfの2個のビームが発生し
一方が僅かに偏向出来れば良く、本実施の形態の構成以
外に例えばゼーマンレーザ等の2周波レーザを用い一方
の周波数のビーム側に機械式又は電気光学式の偏向器を
取付けても構成出来る。光源光学系1304を出射した
周波数fの第1の平行ビームは第1の周波数fのビーム
に対する光路切替え素子1309aにより2方向に分岐
され、一方が位置測定対象1307の移動方向に平行な
光路で第1の反射器1306aに向かい、第1の周波数
fのビームに対する光路切替え素子1309aにより分
岐されたもう一方の平行ビームは第2の周波数fのビー
ムに対する光路切替え素子1309bにより位置測定対
象1307の移動方向に平行な光路で第2の反射器13
06bに向かう。第1及び第2の反射器1306a及び
bで反射した平行ビームは、それぞれ入射と同一の光路
を戻り、第1及び第2の周波数fのビームに対する光路
切替え素子によりそれぞれ第1及び第2の合波器131
1a及びbに入射する。一方、周波数f+δfの第1の
平行ビームは第1の周波数f+δfのビームに対する光
路切替え素子1310aにより2方向に分岐され一方の
ビームは位置測定対象1307の移動方向に対して所定
角度傾いた光路で第1の反射器1306aに向かい、第
1の周波数f+δfのビームに対する光路切替え素子1
310aにより分岐されたもう一方の平行ビームは第2
の周波数f+δfのビームに対する光路切替え素子13
10bにより位置測定対象1307の移動方向に干渉光
学系1305aとは異なる所定角度で傾いた光路で第2
の反射器1306bに向かう。第1及び第2の反射器1
306a及びbで反射した平行ビームは、それぞれ入射
と同一の光路を戻り、第1及び第2の周波数f+δfの
ビームに対する光路切替え素子によりそれぞれ第1及び
第2の合波器1311a及びbに入射し、周波数fの第
1の平行ビームと合成されて光検出器1312a及びb
により干渉信号が出力される。干渉信号は周波数δfの
ヘテロダインビート信号であり、基準周波数発生器との
位相差を第1及び第2の位相検出器1313a及びbに
より比較、検出され、その出力が演算回路1314に送
られる。
Next, the operation will be described. Light source 1301
The more coherent parallel beam emitted is incident on the optical modulator 1303 after being branched by the demultiplexer. If the optical modulator is, for example, an acousto-optic element, the diffracted light emitted is subjected to frequency modulation of δf when the acousto-optic element is driven at δf, and the diffraction angle changes when the driving frequency δf is changed. It is possible to give a minute deflection. However, as the function of the light source optical system 1304, it is sufficient if two beams of the frequency f and f + δf, which are slightly different in frequency from each other, are generated and one of them is slightly deflected. For example, a Zeeman laser other than the configuration of this embodiment is used. It is also possible to use a two-frequency laser such as the above and attach a mechanical or electro-optical deflector on the beam side of one frequency. The first parallel beam of the frequency f emitted from the light source optical system 1304 is branched into two directions by the optical path switching element 1309a for the beam of the first frequency f, one of which is the optical path parallel to the moving direction of the position measurement object 1307. The other parallel beam branched toward the first reflector 1306a by the optical path switching element 1309a for the beam of the first frequency f is moved in the moving direction of the position measurement object 1307 by the optical path switching element 1309b for the beam of the second frequency f. The second reflector 13 with an optical path parallel to
Head towards 06b. The parallel beams reflected by the first and second reflectors 1306a and 1306b return on the same optical path as that of the incident light, respectively, and the first and second combined beams are returned by the optical path switching elements for the beams of the first and second frequencies f, respectively. Wave 131
It is incident on 1a and b. On the other hand, the first parallel beam of the frequency f + δf is branched into two directions by the optical path switching element 1310a for the beam of the first frequency f + δf, and one of the beams is in the optical path inclined by a predetermined angle with respect to the moving direction of the position measurement object 1307. Optical path switching element 1 for the beam of the first frequency f + δf toward the first reflector 1306a.
The other parallel beam split by 310a is the second
Optical path switching element 13 for a beam of frequency f + δf
The optical path tilted at a predetermined angle different from that of the interference optical system 1305a in the moving direction of the position measurement target 1307 by the second optical fiber 10b is used.
Toward reflector 1306b. First and second reflector 1
The parallel beams reflected by 306a and b return on the same optical paths as the respective incidents, and enter the first and second multiplexers 1311a and 13b by the optical path switching elements for the beams of the first and second frequencies f + δf, respectively. , Photodetectors 1312a and b combined with the first collimated beam of frequency f
Causes an interference signal to be output. The interference signal is a heterodyne beat signal of frequency δf, and the phase difference from the reference frequency generator is compared and detected by the first and second phase detectors 1313a and 1313b, and the output is sent to the arithmetic circuit 1314.

【0038】干渉光学系1305bでは干渉光学系13
05aに比べ第2の平行ビームの傾き角が小さく、位置
測定対象1307の移動範囲においてn周期の位相変化
が現れる様に設定されており、この位相を検出後、第2
のビームが微小角度偏向して前記移動範囲においてn−
1周期の位相変化が現れる様に感度を変化させ、実施の
形態6の手法によりバーニア検出を行って全移動範囲に
おける絶対値を検出する。この時の位置の分解点数は、
位相の内挿精度をmとして、n×mであり、干渉光学系
1305aの感度を、干渉光学系1305bの分解能で
1周期の位相変化が現れる様に設定すれば、第1及び第
2の干渉光学系の出力を参照することにより、干渉光学
系1305aの位相内挿精度をlとしてn×m×lの分
解能が得られる。当然の事ながら、干渉光学系の数を増
やしてさらに感度の高い検出出力を得る様にすれば任意
の分解能の絶対値測長器を得ることが可能である。
In the interference optical system 1305b, the interference optical system 13
The inclination angle of the second parallel beam is smaller than that of 05a, and it is set so that a phase change of n cycles appears in the moving range of the position measurement target 1307.
Beam is deflected by a small angle and n-
The sensitivity is changed so that a phase change of one cycle appears, and the vernier detection is performed by the method of the sixth embodiment to detect the absolute value in the entire movement range. The decomposition score of the position at this time is
If the phase interpolation accuracy is m and n × m, and the sensitivity of the interference optical system 1305a is set so that a phase change of one cycle appears at the resolution of the interference optical system 1305b, the first and second interferences are obtained. By referring to the output of the optical system, a resolution of n × m × l can be obtained with the phase interpolation accuracy of the interference optical system 1305a being 1. As a matter of course, if the number of interference optical systems is increased so as to obtain a detection output with higher sensitivity, it is possible to obtain an absolute value length measuring device with arbitrary resolution.

【0039】[0039]

【発明の効果】この発明の第1の構成による測長装置
は、対象物に対して光路差を有する2本以上のコヒーレ
ントな平行光束を照射すると共に、上記2本以上の光束
を上記対象物の移動軸に対して、互いに異なる入射角で
上記対象物に入射させる光学系を有する光源と、上記
象物に固定され、上記2本以上の光束をそれぞれの入射
方向と同一方向に反射する反射器と、上記2本以上の光
束を互いに平行な光軸上に合成する合波器と、上記合成
された2本以上の光束の干渉強度を測定する光検出器と
を備え、測定された上記干渉強度より上記対象物の上記
移動軸方向の位置を測定するので、波長より長い任意の
感度で対象物の位置や移動距離が測定できる。
According to the first embodiment of the present invention, the length measuring apparatus has two or more coherers having an optical path difference with respect to the object.
Irradiate a parallel collimated light beam and at least two of the above light beams
At different incident angles with respect to the axis of movement of the object.
A light source having an optical system to be incident on the object, is fixed to the pair <br/> elephant was a reflector for reflecting the two or more light beams in the respective direction of incidence in the same direction, the two or more And a photodetector for measuring the interference intensity of the two or more combined light fluxes, and based on the measured interference intensity of the object, the above
Since the position in the moving axis direction is measured , the position and moving distance of the object can be measured with arbitrary sensitivity longer than the wavelength.

【0040】この発明の第2の構成による測長装置は、
第1の構成において、上記光学系は、同一の光源からの
光束を2本以上のコヒーレントな平行光束に分波する分
を備えたので、波長より長い任意の感度で対象物の
位置や移動距離が測定できる。
The length measuring apparatus according to the second configuration of the present invention is
In the first configuration, the optical system is so equipped with a duplexer for demultiplexing a light beam in coherent collimated light beam of two or more from the same source, Ya position of the object in the long any sensitive than the wavelength The distance traveled can be measured.

【0041】この発明の第3の構成による測長装置は、
第1の構成において、上記反射器の少なくとも1つは回
折格子であり、入射光を同一方向に反射する回折波を発
生する格子ピッチを備えたので、波長より長い任意の感
度で対象物の位置や移動距離が測定できる。
The length measuring apparatus according to the third structure of the present invention is
In the first configuration, at least one of the reflectors is a diffraction grating and has a grating pitch for generating a diffracted wave that reflects incident light in the same direction. Therefore, the position of the object at an arbitrary sensitivity longer than the wavelength is detected. And moving distance can be measured.

【0042】この発明の第4の構成による測長装置は、
第1の構成において、前記反射器が180°の偏角を有
するプリズムまたは組合わせミラーを備えたので、波長
より長い任意の感度で対象物の位置や移動距離が測定で
きる。
The length measuring apparatus according to the fourth structure of the present invention is
In the first configuration, since the reflector includes the prism or the combination mirror having the deflection angle of 180 °, the position and the moving distance of the object can be measured with an arbitrary sensitivity longer than the wavelength.

【0043】この発明の第5の構成による測長装置は、
対象物に対して光路差を有する2本以上のコヒーレント
平行光束を照射すると共に、上記2本以上の光束を上
記対象物の移動軸に対して、互いに異なる入射角で上記
対象物に入射させる光学系を有する光源と、上記対象物
に固定され、上記2本以上の光束の1つを入射方向と同
一方向に反射する反射器と、他の光束の1つを上記光束
に対して入射時と逆の傾きをもった角度に反射する反射
器と、上記2つの光束を互いに平行な光軸上に合成する
合波器と、上記合成された2つ以上の光束の干渉強度を
測定する光検出器とを備え、測定された上記干渉強度よ
り上記対象物の上記移動軸方向の位置を測定するので、
波長より長い任意の感度で対象物の位置や移動距離が測
定できる。
The length measuring apparatus according to the fifth aspect of the present invention is
Two or more coherents that have an optical path difference with respect to the object
Irradiate a parallel light beam and raises the above two or more light beams.
The incident angles differ from each other with respect to the moving axis of the object.
A light source having an optical system to be incident on the object, is fixed to the object, the light beam and the reflector, one of the other light beam which reflects one of the two or more light beams in the incident direction in the same direction A reflector that reflects light at an angle opposite to that at the time of incidence, a combiner that combines the two light beams on mutually parallel optical axes, and an interference of the two or more combined light beams. Equipped with a photodetector to measure the intensity,
Since the position of the object in the direction of the moving axis is measured ,
The position and movement distance of an object can be measured with any sensitivity longer than the wavelength.

【0044】この発明の第6の構成による測長装置は、
ヘテロダイン方式の測長装置であって、対象物に対し
て、それぞれの周波数が異なり、かつ光路差を有する
本以上のコヒーレントな平行光束を照射すると共に、上
記2本以上の光束を上記対象物の移動軸に対して、互い
に異なる入射角で上記対象物に入射させる光学系を有す
光源と、上記対象物に固定され、上記2本以上の光束
をそれぞれの入射方向と同一の方向に反射する反射器
と、上記2本以上の光束を互いに平行な光軸上に合成す
る合波器と、上記合成された2本以上の光束の干渉によ
って生じる上記周波数の差に等しいビート信号を検出す
る光検出器と、上記ビート信号の位相変化を測定する位
相検出器とを備え、測定された上記位相変化より上記対
象物の上記移動軸方向の位置を測定するので、波長より
長い任意の感度で対象物の位置や移動距離が測定でき
る。
The length measuring apparatus according to the sixth structure of the present invention is
Heterodyne length measuring device
And have different optical frequencies and different optical paths.
Irradiates more than two coherent parallel light beams and
Note that two or more light beams can be transmitted to each other with respect to the moving axis of the object.
Has an optical system that makes the above-mentioned target incident at different incident angles.
A light source that is fixed to the object, if the synthesis the two or more light beams and a reflector that reflects in the same direction as each direction of incidence, the two above more light beams onto parallel optical axes mutually comprising a filter, a photodetector for detecting an equal beat signal to the difference of the frequency caused by the interference of two or more light beams above synthesis, and a phase detector to measure the phase variation of the beat signal, measured From the above phase change
Since the position of the elephant in the moving axis direction is measured , the position and the moving distance of the object can be measured with arbitrary sensitivity longer than the wavelength.

【0045】この発明の第7の構成による測長装置は、
第6の構成において、上記2本以上の平行光束の少なく
とも1つに偏向手段を備え、偏向前後における前記ビー
ト信号の位相の差を求めることにより、前記ビート信号
の繰返し周期より長い距離にわたって対象物の位置の絶
対測定が可能である。
The length measuring apparatus according to the seventh aspect of the present invention is
In a sixth configuration, at least one of the two or more parallel light beams is provided with a deflecting means, and a phase difference between the beat signals before and after the deflection is obtained to obtain an object over a distance longer than a repetition cycle of the beat signal. Absolute measurement of the position of is possible.

【0046】この発明の第8の構成による測長装置は、
前記入射角の角度差異なる第1の構成の測長装置を複
数組備え、1組の測長装置の干渉周期に対応する距離
を、他の1組の測長装置の干渉周期の内挿分解能距離よ
り長く構成したので、対象物の位置の絶対測定が可能で
ある。
The length measuring apparatus according to the eighth structure of the present invention is
A plurality of sets of the length measuring devices of the first configuration having different angles of incidence are provided, and the distance corresponding to the interference period of one set of measuring devices is interpolated with the interference period of the other set of measuring devices. Since it is configured to be longer than the resolution distance, the absolute position of the object can be measured.

【0047】この発明の第9の構成による測長装置は、
前記入射角の角度差異なる第5の構成の測長装置を複
数組備え、1組の測長装置のビート信号の繰返し周期に
対応する距離を、他の1組の測長装置のビート信号の繰
返し周期の内挿分解能距離より長く構成し、上記複数組
の測長装置の少なくとも1組の測長装置には平行光束の
1つに偏向手段を備えたので、対象物の位置の絶対測定
が可能である。
The length measuring apparatus according to the ninth structure of the present invention is
A plurality of sets of length measuring devices of the fifth configuration having different angles of incidence are provided, and the distance corresponding to the repetition cycle of the beat signal of one set of measuring devices is set to the beat signal of another set of measuring devices. Is longer than the interpolating resolution distance of the repetition period of, and at least one of the plurality of length measuring devices has a deflecting means for one of the parallel light fluxes, so that the absolute position of the object can be measured. Is possible.

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

【図1】 この発明の第1の実施の形態の構成を示す図
である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a first embodiment of the present invention.

【図2】 この発明の第1の実施の形態の作用を説明す
る図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the first embodiment of the present invention.

【図3】 この発明の第2の実施の形態の構成と作用を
示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration and an operation of a second embodiment of the present invention.

【図4】 この発明の第3の実施の形態の構成を示す図
である。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a third exemplary embodiment of the present invention.

【図5】 この発明の第3の実施の形態の作用を説明す
る図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the third embodiment of the present invention.

【図6】 この発明の第4の実施の形態の構成を示す図
である。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a fourth exemplary embodiment of the present invention.

【図7】 この発明の第4の実施の形態の作用を説明す
る図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the fourth embodiment of the present invention.

【図8】 この発明の第5の実施の形態の構成を示す図
である。
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a fifth exemplary embodiment of the present invention.

【図9】 この発明の第6の実施の形態の構成を示す図
である。
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a sixth exemplary embodiment of the present invention.

【図10】 この発明の第6の実施の形態の作用を説明
する図である。
FIG. 10 is a diagram for explaining the operation of the sixth embodiment of the present invention.

【図11】 この発明の第6の実施の形態の作用を説明
する図である。
FIG. 11 is a diagram for explaining the operation of the sixth embodiment of the present invention.

【図12】 この発明の第7の実施の形態の構成を示す
図である。
FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a seventh exemplary embodiment of the present invention.

【図13】 この発明の第8の実施の形態の構成を示す
図である。
FIG. 13 is a diagram showing a configuration of an eighth embodiment of the present invention.

【図14】 従来の測長装置例の構成を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing a configuration of an example of a conventional length measuring device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 光源、102 合分波器、103,104 反
射器、105 対象物、106 反射鏡、301a,3
01b 回折格子、404,405,604,605
コーナーキューブプリズム、802 偏光ビームスプリ
ッタ、808周波数変調器、811 検光子、812
基準周波数発生器、813 位相検出器。
101 light source, 102 multiplexer / demultiplexer, 103, 104 reflector, 105 object, 106 reflecting mirror, 301a, 3
01b Diffraction grating, 404, 405, 604, 605
Corner cube prism, 802 polarization beam splitter, 808 frequency modulator, 811 analyzer, 812
Reference frequency generator, 813 phase detector.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高嶋 和夫 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三菱電機株式会社内 (72)発明者 佐久間 浩和 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三菱電機株式会社内 (72)発明者 水谷 孝夫 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三菱電機株式会社内 (72)発明者 青木 幸男 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三菱電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平8−43136(JP,A) 特開 平6−186004(JP,A) 特開 平5−210006(JP,A) 特公 昭51−42495(JP,B1) 米国特許4022532(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 9/02 G01B 11/00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kazuo Takashima 2-3-3 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Mitsubishi Electric Corporation (72) Inventor Hirokazu Sakuma 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Mitsubishi Electric Incorporated (72) Inventor Takao Mizutani 2-3-3 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Mitsubishi Electric Corporation (72) Inventor Yukio Aoki 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Mitsubishi Electric Corporation ( 56) References JP-A-8-43136 (JP, A) JP-A-6-186004 (JP, A) JP-A-5-210006 (JP, A) JP-B-51-42495 (JP, B1) US Patent 4022532 (US, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G01B 9/02 G01B 11/00

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 対象物に対して光路差を有する2本以上
コヒーレントな平行光束を照射すると共に、上記2本
以上の光束を上記対象物の移動軸に対して、互いに異な
る入射角で上記対象物に入射させる光学系を有する光源
と、上記対象物に固定され、上記2本以上の光束をそれ
ぞれの入射方向と同一方向に反射する反射器と、上記2
本以上の光束を互いに平行な光軸上に合成する合波器
と、上記合成された2本以上の光束の干渉強度を測定す
る光検出器とを備え、測定された上記干渉強度より上記
対象物の上記移動軸方向の位置を測定することを特徴と
する測長装置。
1. An object is irradiated with two or more coherent parallel light fluxes having an optical path difference, and the two light fluxes.
The above luminous flux is different from the moving axis of the object.
A light source having an optical system for causing an incident angle is incident on the object that is fixed to the object, and a reflector for reflecting the two or more light beams in the respective direction of incidence in the same direction, the two
A combiner for combining two or more light beams on mutually parallel optical axes, and a photodetector for measuring the interference intensity of the two or more combined light beams are provided .
Characterized by measuring the position of the object in the direction of the movement axis
Length measuring device that.
【請求項2】 上記光学系は、同一の光源からの光束を
2本以上のコヒーレントな平行光束に分波する分波
備えたものである請求項1記載の測長装置。
Wherein said optical system, measuring apparatus according to claim 1, wherein those having two or more demultiplexer for demultiplexing the coherent parallel light flux emitted from the same light source.
【請求項3】 上記反射器の少なくとも1つは回折格子
であり、入射光を同一方向に反射する回折波を発生する
格子ピッチを備えたものである請求項1記載の測長装
置。
3. The length measuring apparatus according to claim 1, wherein at least one of the reflectors is a diffraction grating, and has a grating pitch for generating a diffracted wave that reflects incident light in the same direction.
【請求項4】 上記反射器が180°の偏角を有するプ
リズムまたは組合わせミラーを備えたものである請求項
1記載の測長装置。
Wherein said reflector length measuring apparatus according to claim 1, wherein those having a prism or combination mirror with a deflection angle of 180 °.
【請求項5】 対象物に対して光路差を有する2本以上
コヒーレントな平行光束を照射すると共に、上記2本
以上の光束を上記対象物の移動軸に対して、互いに異な
る入射角で上記対象物に入射させる光学系を有する光源
と、上記対象物に固定され、上記2本以上の光束の1つ
を入射方向と同一方向に反射する反射器と、他の光束の
1つを上記光束に対して入射時と逆の傾きをもった角度
に反射する反射器と、上記2つの光束を互いに平行な光
軸上に合成する合波器と、上記合成された2つ以上の光
束の干渉強度を測定する光検出器とを備え、測定された
上記干渉強度より上記対象物の上記移動軸方向の位置を
測定することを特徴とする測長装置。
5. An object is irradiated with two or more coherent parallel light fluxes having an optical path difference, and the two light fluxes.
The above luminous flux is different from the moving axis of the object.
A light source having an optical system to be incident on said object at an incident angle that is fixed to the object, and a reflector for reflecting one of the two or more light beams in the incident direction and the same direction, the other light beam and one reflector for reflecting at an angle with an inclination of an incident during the reverse relative to the light beam, and a multiplexer for combining said two light beams on the optical axes parallel to each other, two that are above synthetic It is equipped with a photodetector that measures the interference intensity of the above luminous flux
From the interference intensity, the position of the object in the moving axis direction
A length measuring device characterized by measuring.
【請求項6】 対象物に対して、それぞれの周波数が異
なり、かつ光路差を有する2本以上のコヒーレントな
行光束を照射すると共に、上記2本以上の光束を上記対
象物の移動軸に対して、互いに異なる入射角で上記対象
物に入射させる光学系を有する光源と、上記対象物に固
定され、上記2本以上の光束をそれぞれの入射方向と同
一の方向に反射する反射器と、上記2本以上の光束を互
いに平行な光軸上に合成する合波器と、上記合成された
2本以上の光束の干渉によって生じる上記周波数の差に
等しいビート信号を検出する光検出器と、上記ビート信
号の位相変化を測定する位相検出器とを備え、測定され
た上記位相変化より上記対象物の上記移動軸方向の位置
を測定することを特徴とするヘテロダイン方式の測長装
置。
6. An object is irradiated with two or more coherent normal light fluxes having different frequencies and optical path differences , and the two or more light fluxes are paired with each other.
The above target with different incident angles with respect to the moving axis of the elephant
A light source having an optical system to be incident on the object, is fixed to the object, and a reflector for reflecting the two or more light beams in the respective direction of incidence in the same direction, parallel to each other a light beam of two or more above A multiplexer for synthesizing on the optical axis, a photodetector for detecting a beat signal equal to the difference in frequency caused by the interference of the two or more synthesized light fluxes, and a phase for measuring a phase change of the beat signal Equipped with a detector and measured
The position of the object in the moving axis direction from the phase change
Heterodyne type length measuring device characterized by measuring
【請求項7】 上記2本以上の平行光束の少なくとも1
つに偏向手段を備え、偏向前後における上記ビート信号
の位相の差を求めることにより、上記ビート信号の繰返
し周期より長い距離にわたって位置の絶対測定を行う請
求項6記載の測長装置。
7. At least one of the two or more parallel light beams.
One to comprise a deflection means, the deflection by obtaining the difference between the phase of the beat signal before and after, measuring device according to claim 6, wherein performing absolute measurements of position over a longer distance than the repetition period of the beat signal.
【請求項8】 上記入射角の角度差異なる請求項1記
載の測長装置を複数組備え、1組の測長装置の干渉周期
に対応する距離を、他の1組の測長装置の干渉周期の内
挿分解能距離より長く構成した測長装置。
8. A plurality of sets of length-measuring devices according to claim 1, wherein the angle differences of the incident angles are different, and a distance corresponding to an interference cycle of one set of length-measuring devices is set to that of another set of length-measuring devices. A length measuring device configured to be longer than the interpolating resolution distance of the interference period.
【請求項9】 上記入射角の角度差異なる請求項5記
載の測長装置を複数組備え、1組の測長装置のビート信
号の繰返し周期に対応する距離を、他の1組の測長装置
のビート信号の繰返し周期の内挿分解能距離より長く構
成し、上記複数組の測長装置の少なくとも1組の測長装
置には平行光束の1つに偏向手段を備えたものである測
長装置。
9. A plurality of sets of length-measuring devices according to claim 5, wherein the angle differences of the incident angles are different, and the distance corresponding to the repetition cycle of the beat signal of one set of length-measuring devices is measured by another set of length-measuring devices. The length measuring device is configured to be longer than the interpolating resolution distance of the repetition period of the beat signal of the length measuring device, and at least one length measuring device of the plurality of length measuring devices is provided with a deflecting means for one of the parallel light beams. Long device.
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