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JPH0575242B2 - - Google Patents
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JPH0575242B2 - - Google Patents

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JPH0575242B2
JPH0575242B2 JP60280417A JP28041785A JPH0575242B2 JP H0575242 B2 JPH0575242 B2 JP H0575242B2 JP 60280417 A JP60280417 A JP 60280417A JP 28041785 A JP28041785 A JP 28041785A JP H0575242 B2 JPH0575242 B2 JP H0575242B2
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phase delay
wavelength
distance
amount
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JP60280417A
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Toshitsugu Ueda
Eiji Ogita
Katsumi Isozaki
Katsuya Ikezawa
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Yokogawa Electric Corp
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Yokogawa Electric Corp
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Publication date
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  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レーザの干渉を利用して、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、アブソリユ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] [Field of Industrial Application] The present invention utilizes laser interference to perform high-precision, high-resolution length measurement using wavelength as a unit, as well as absolute length measurement. This relates to a length measuring device that can obtain 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
面の変位量(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て、この測定対象面まで
の距離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ツトさ
れてしまい、その後の測定値が全く無意味なもの
になつてしまう。
Conventionally, high-precision length measuring instruments that utilize optical interference are
This type is called an incremental type, and the distance to the surface to be measured is determined by cumulatively counting pulse signals obtained according to the amount of displacement of the surface to be measured (displacement of interference fringes). For this reason, if the power is cut off during the length measurement operation, even if the power is turned on again, the amount measured up to that point will be reset, and the subsequent measured values will become 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、アブソリユートな測長出力を得るこ
とのできる測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 length measuring device that can obtain an absolute length measurement output. 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2図はこの測長器の構成を示すものである。
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、HMR1
はハーフミラー、AOM1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、AO変調器と略記する)、
2はAO変調器AOM1を一定周波数fbで駆動す
る変調信号源、PD1はフオトデイテクタ、CC
1,CC2はキユーブコーナ、3はフオトデイテ
クタPD1の出力に含まれる位相遅れ量を検出す
る位相検出器、4は測定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、キユーブコーナ
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、キユ
ーブコーナCC1は測長動作に応じて移動する測
長側のキユーブコーナであり、キユーブコーナ
CC2は一定の距離に固定された基準側のキユー
ブコーナである。
FIG. 2 shows the configuration of this length measuring device.
In the figure, 1 is a laser light source that selectively generates multiple coherent lights with different wavelengths, HMR1
is a half mirror, AOM1 is an acousto-optic modulator (hereinafter abbreviated as AO modulator) that modulates the light on the reference side in order to heterodyne detect the phase delay amount of light;
2 is a modulation signal source that drives the AO modulator AOM1 at a constant frequency fb, PD1 is a photodetector, CC
1 and CC2 are cube corners; 3 is a phase detector that detects the amount of phase delay included in the output of photodetector PD1; and 4 is a cube corner based on the relationship between the wavelength of the light used for measurement and the amount of phase delay at that time.
This is an arithmetic circuit that calculates the distance to CC1. 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. In addition, the cube corner CC1 is a cube corner on the length measurement side that moves according to the length measurement operation.
CC2 is a cube corner on the reference side 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変調器AOM1における変調角周波数
をωb(=2πfb)とすると、AO変調器AOM1によ
り変調された光の1次回折光の振幅V1は V1=sin(ω+ωb)t (2) となる。また、キユーブコーナCC1を介しても
どつてきた光の振幅V2は V2=sin(ωt+φ) (3) となる。なお、φは基準側および測長側の各光路
における光路長の差に対応して発生す位相遅れ量
である。
In the length measuring instrument configured in this way, the angular frequency of the light emitted from the laser light source 1 is ω, its amplitude Vo is Vo=sinωt (1), and the modulation angular frequency in the AO modulator AOM1 is ωb (= 2πfb), the amplitude V1 of the first-order diffracted light of the light modulated by the AO modulator AOM1 is V1=sin(ω+ωb)t (2). Further, the amplitude V2 of the light returning via the cube corner CC1 is V2=sin(ωt+φ) (3). Note that φ is the amount of phase delay that occurs in response to the difference in optical path length between the optical paths on the reference side and the length measurement side.

フオトデイテクタPD1上では、上記の(2)、(3)
式に示されるような2つの光が重畳されるので、
入射する光の振幅は V1+V2=sin(ω+ωb)t+sin(ωt+φ)=2sin(ω
tkωbt/2+φ)cos{(ωbt−φ)/2}(4) のように、V1,V2の和となる。ここで、フオ
トデイテクタ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)2=4sin{(ω+ωb/2)t+φ}・cos2
(ωbt−φ)/2}(5) となるが、フオトデイテクタPD1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=2+2cos(ωbt−φ) (6) となる。
On the photodetector PD1, the above (2) and (3)
Since the two lights shown in the formula are superimposed,
The amplitude of the incident light is V1+V2=sin(ω+ωb)t+sin(ωt+φ)=2sin(ω
tkωbt/2+φ)cos {(ωbt-φ)/2}(4), which is the sum of V1 and V2. Here, the output of photodetector PD1 is proportional to the square of the amplitude of the incident light, so theoretically (V1 + V2) 2 = 4sin {(ω + ωb / 2) t + φ} · cos 2 {
(ωbt−φ)/2}(5) However, since the photodetector PD1 cannot respond to the frequency of light and shows the average value,
The output Vp is Vp=2+2cos(ωbt−φ) (6).

したがつて、AO変調器AOM1における変調
各周波数ωbがわかつていれば、フオトデイテク
タPD1の出力Vpの値から位相遅れ量φを算出す
ることができる。
Therefore, if each modulation frequency ωb in the AO modulator AOM1 is known, the phase delay amount φ can be calculated from the value 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
相遅れ量φを測定することが可能であるが、この
位相遅れ量φの値は (2πN+φ):Nは自然数 と等価であるので、位相遅れ量φの大きさからた
だちにキユーブコーナCC1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 phase delay amount φ that changes depending on the distance as described above, but the value of this phase delay amount φ is (2πN + φ): Since N is equivalent to a natural number, the distance to the cube corner CC1 cannot be immediately determined from the magnitude of the phase delay amount φ.

そこで、図の測長器においては、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量
φ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
ユーブコーナCC1)までの距離を求めるように
している。
Therefore, the length measuring instrument shown in the figure changes the wavelength used for measurement, sequentially measures the phase delay amount φ corresponding to each wavelength, and solves these measurement results as simultaneous equations to determine the measurement target (cube corner). I am trying to find the distance to CC1).

いま、ハーフミラーHMR1からキユーブコー
ナCC2までの距離をd1、ハーフミラーHMR1
からキユーブコーナCC1までの距離をd2とす
ると、これらの各光路長の差は 2d1−2d2=2d となる。したがつて、測定に使用する光の波長を
λ1、λ2、λ3、λ4(λ1<λ2<λ3<λ4)とし、この
時に得られる位相遅れ量をφ1、φ2、φ3、φ4(φ1
〜φ4は0〜2π)とすると、各測定結果からは次
のような式が成立する。
Now, the distance from half mirror HMR1 to cube corner CC2 is d1, half mirror HMR1
Letting the distance from to cube corner CC1 be d2, the difference in each optical path length is 2d1-2d2=2d. Therefore, the wavelengths of the lights used for measurement are λ1, λ2, λ3, λ4 (λ1<λ2<λ3<λ4), and the phase delays obtained at this time are φ1, φ2, φ3, φ4 (φ1
~φ4 is 0 to 2π), the following equation is established from each measurement result.

2d=n1λ1+λ1φ1/2π (7) 2d=n2λ2+λ2φ2/2π (8) 2d=n3λ3+λ3φ3/2π (9) 2d=n4λ4+λ4φ4/2π (10) n1〜n4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=A12(n1−n2) +A12(Φ1/λ1−Φ2/λ2) (11) なお、 A12=λ1/2・λ2/2/λ2/2−λ1/2 Φ1=λ1φ1/2π、Φ2=λ2φ2/2π となる。ここで、A12は2つの波長λ1、λ2に
おける最小公倍波長であり、このA12の値を測定
範囲と等しく、またそれより大きく選ぶようにす
ると、上記(11)式におけるA12(n1−n2)の項
の値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φ1、φ2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
囲が最小公倍波長A12より狭ければ、この時の
位相遅れ量φは常に0〜2πの間にあるので、距
離dと位相遅れ量φとが一対一に対応することに
なり、位相遅れ量φからただちに距離dを特定す
ることができる。例えば、測定範囲を0〜1000mm
とした場合、最小公倍波長A12が1000mmとなる
ように波長1、λ2の大きさを選択すれば、前記
(11)式におけるA12(n1−n2)の項は0となり、
位相遅れ量φ1、φ2から距離dを一義的に算出す
ることができる。
2d=n1λ1+λ1φ1/2π (7) 2d=n2λ2+λ2φ2/2π (8) 2d=n3λ3+λ3φ3/2π (9) 2d=n4λ4+λ4φ4/2π (10) n1 to n4 are natural numbers. Also, from among these relational expressions, the above ( 7) and (8) to find d: d=A12(n1−n2) +A12(Φ1/λ1−Φ2/λ2) (11) In addition, A12=λ1/2・λ2/2/λ2 /2−λ1/2 Φ1=λ1φ1/2π, Φ2=λ2φ2/2π. Here, A12 is the least common wavelength of the two wavelengths λ1 and λ2, and if the value of A12 is selected to be equal to or larger than the measurement range, A12 (n1 - n2) in the above equation (11) The values of the terms can be determined, and these wavelengths λ1,
The distance d can be uniquely calculated from the phase delay amounts φ1 and φ2 corresponding to λ2. In other words, if the measurement range is narrower than the least common wavelength A12, the phase delay amount φ is always between 0 and 2π, so the distance d and the phase delay amount φ correspond one-to-one. , the distance d can be immediately determined from the phase delay amount φ. For example, change the measurement range from 0 to 1000mm
In this case, if the sizes of wavelength 1 and λ2 are selected so that the least common wavelength A12 is 1000 mm, then the above
The term A12(n1-n2) in equation (11) becomes 0,
The distance d can be uniquely calculated from the phase delay amounts φ1 and φ2.

次に、上記のような波長λ1、λ2の組合せによ
り、測定値d12が得られ、この時の測定精度(測
定誤差)から、測定出力d12における真値の範囲
がd12min<d12<d12maxのように求められたとす
ると、次回の波長の組合せ(λ1、λ3)は、真価
の範囲d12min〜d12maxを測定範囲(最小公倍波
長)とするように選ばれる。したがつて、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 measurement value d 12 is obtained by combining the wavelengths λ1 and λ2 as described above, and from the measurement accuracy (measurement error) at this time, the range of the true value of the measurement output d 12 is d 12 min < d 12 Assuming that <d 12 max is obtained, the next wavelength combination (λ1, λ3) is selected so that the true value range d 12 min to d 12 max is the measurement range (least common 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(最小公倍波長)を選択し、測定範囲を順次
絞り込で行けば、任意の測定範囲にわたつてアブ
ソリユートの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, by using the above relationship to select a combination of wavelengths (least common wavelength) and successively narrowing down the measurement range, it is possible to obtain absolute measurement results over any measurement range. At the same time, the measurement resolution can be increased 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、上記のような測定器では、波長
の組合せを順次変えることにより、測定範囲(最
小公倍波長)を広い状態から波長単位にまで絞り
込んでいるので、広い測定範囲をカバーするため
には、多くの波長(レーザ光源)を使用しなけれ
ばならない。
However, with the above-mentioned measuring instruments, the measurement range (least common wavelength) is narrowed down from a wide state to the wavelength unit by sequentially changing the combination of wavelengths, so in order to cover a wide measurement range, Many wavelengths (laser light sources) must be used.

本発明は、上記のような乗来装置の欠点をなく
し、アブソリユートな測定出力を得ることができ
るとともに、より少ない数の波長(レーザ光源)
で広い測定範囲をカバーすることのできる測長器
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 present invention eliminates the drawbacks of conventional equipment as described above, makes it possible to obtain absolute measurement output, and requires a smaller number of wavelengths (laser light source).
The aim is to realize a length measuring device with a simple configuration that can cover a wide measurement range.

〔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、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、
これらの波長の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、レーザ光源から出射された光をAM変調する
変調手段を設け、各波長に応じた位相遅れ量の測
定を行なう前に、任意の波長の光をAM変調し、
このAM変調信号の位相遅れ量から前記測定対象
までの距離を測定して、大まかな測定範囲の絞り
込みを行なうようにしたものである。
The length measuring device of the present invention switches at least two or more lights of different wavelengths to sequentially measure the amount of phase delay of the light according to the distance to the measurement target, and
In a length measuring device that determines the distance to the measurement target from the relationship with the amount of phase delay of these wavelengths, a modulation means for AM modulating the light emitted from the laser light source is provided, and the phase delay according to each wavelength is provided. Before measuring the quantity, AM modulate the light of any wavelength,
The distance to the measurement target is measured from the amount of phase delay of this AM modulated signal, and the measurement range is roughly narrowed down.

〔作用〕[Effect]

このように、波長の位相遅れ量との関係から測
定範囲を絞り込む前に、AM変調信号を利用して
測定対象までの距離を測定すると、この測定結果
から測定範囲の大まかな絞り込みを行なうことが
でき、波長の組合せによる距離の測定を狭い測定
範囲から開始することができるので、任意の測定
範囲にわたつてアブソリユートな測定出力を得る
ことができるとともに、より少ない数の波長(レ
ーザ光源)で広い測定範囲をカバーすることがで
きる。
In this way, if you measure the distance to the measurement target using the AM modulation signal before narrowing down the measurement range based on the relationship with the amount of phase delay of the wavelength, you can roughly narrow down the measurement range from this measurement result. Since distance measurement using a combination of wavelengths can be started from a narrow measurement range, it is possible to obtain absolute measurement output over any measurement range, and it is also possible to obtain a wide measurement output with a smaller number of wavelengths (laser light source). The measurement range can be covered.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本発明の測長器の一実施例を示す構成
図である。図において、前記第2図と同様のもの
は同一符号を付して示す。ATTはレーザ光源1
から出射された光をAM変調するアツテネータ、
5はアツテネータATTにAM変調信号Faを供給
するAM変調信号源、PBS1,PBS2はビームス
プリツタ、6,7はλ/4板、PD2はフオトデ
イテクタ、SW1はスイツチである。ビームスプ
リツタPBS1はレーザ光源1から出射された光
を、基準側および測長側の各光路に分割するビー
ムスプリツタ、ビームスプリツタPBS2は後述
するAM変調信号による測長動作の際に、光路上
に挿入され、基準側および測長側の各光路を介し
て戻つて来た光を、それぞれフオトデイテクタ
PD1,PD2に入射させるビームスプリツタであ
る。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the length measuring device of the present invention. In the figure, the same parts as in FIG. 2 are designated by the same reference numerals. ATT is laser light source 1
An attenuator that modulates the light emitted from the
5 is an AM modulation signal source that supplies an AM modulation signal Fa to the attenuator ATT, PBS1 and PBS2 are beam splitters, 6 and 7 are λ/4 plates, PD2 is a photodetector, and SW1 is a switch. The beam splitter PBS1 splits the light emitted from the laser light source 1 into optical paths on the reference side and the length measurement side.The beam splitter PBS2 splits the light emitted from the laser light source 1 into optical paths on the reference side and length measurement side. The light that is inserted onto the road and returns through each optical path on the reference side and length measurement side is detected by a photodetector.
This is a beam splitter that makes the beam incident on PD1 and PD2.

上記のように構成された測長器において、その
動作は次の通りである。
The operation of the length measuring device configured as described above is as follows.

まず、波長の組合せによる測長動作の前に行な
われる、AM変調信号を使用した測長動作につい
て説明する。この場合、スイツチSW1はa側の
接点に接続され、ビームスプリツタPBS2は光
路上に挿入される。このため、基準側の光路を介
して戻つて来たフオトデイテクタPD1に入射し、
測長側の光路を介して戻つて来た光はフオトデイ
テクタPD2に入射するようになる。また、アツ
テネータATTは Fa=sinΩt (12) なる変調信号で光を変調する。この時、レーザ光
源1から出射される光の強度を一定とすると、ア
ツテネータATTにより変調された光の強度Po
は、 Po=1+sinΩt (13) となる。ここで、基準側の光路を通る光はAO変
調器AOM1を通過することになるが、AO変調
器AOM1においては周波数シフトを受けるだけ
で、AM変調信号には影響はないので、基準側の
光路を介してフオトデイテクタPD1に入射する
光の強度P1は、(13)式のPoに等しく、また、測
長側の光路を介してフオトデイテクタPD2に入
射する光の強度P2は、 P2=1+sin(Ωt+φa) (14) ここで、φa=4πd/λa=2Ωd/c λa:AM変調周期の波長 C:光速 となる。したがつて、フオトデイテクタPD1,
PD2の出力の差からAM変調信号における位相
遅れ量φaを測定すれば、距離dを求めることが
できる。
First, a length measurement operation using an AM modulated signal, which is performed before a length measurement operation using a combination of wavelengths, will be explained. In this case, the switch SW1 is connected to the a-side contact, and the beam splitter PBS2 is inserted on the optical path. Therefore, it enters the photodetector PD1 that returns via the reference side optical path,
The light that returns via the optical path on the length measurement side becomes incident on the photodetector PD2. Furthermore, the attenuator ATT modulates the light with a modulation signal Fa=sinΩt (12). At this time, if the intensity of the light emitted from the laser light source 1 is constant, the intensity Po of the light modulated by the attenuator ATT is
becomes Po=1+sinΩt (13). Here, the light passing through the optical path on the reference side will pass through the AO modulator AOM1, but in the AO modulator AOM1 it will only undergo a frequency shift and will not affect the AM modulation signal, so the optical path on the reference side will pass through the AO modulator AOM1. The intensity P1 of the light that enters the photodetector PD1 via the optical path on the measurement side is equal to Po in equation (13), and the intensity P2 of the light that enters the photodetector PD2 via the optical path on the measurement side is: P2=1+sin(Ωt+φa) (14) Here, φa=4πd/λa=2Ωd/c λa: wavelength of AM modulation period C: speed of light. Therefore, photodetector PD1,
The distance d can be determined by measuring the phase delay amount φa in the AM modulated signal from the difference in the output of the PD2.

なお、この時の位相遅れ量φaは周期関数で、 d=λa/2N+λa/2・φa/2π (15) N:自然数 となり、測定範囲はλa/2となるので、所望の
測定範囲に合わせてAM変調信号における角周波
数Ω(波長λa)を変える必要がある。
Note that the phase delay amount φa at this time is a periodic function, d = λa / 2N + λa / 2 · φa / 2π (15) N: a natural number, and the measurement range is λa / 2, so adjust it according to the desired measurement range. It is necessary to change the angular frequency Ω (wavelength λa) in the AM modulated signal.

このように、AM変調信号を使用して距離dが
測定されると、その測定精度に応じて大まかな測
定範囲の絞り込みを行なうことができるので、以
後はこの測定範囲を基にした波長の組合せによる
測長動作が行なわれる。この場合、スイツチSW
1がb側の接点に切り換えられるとともに、ビー
ムスプリツタPBS2が光路上から外れた位置に
移動させられる。このため、基準側および測長側
の光路を介し、ビームスプリツタPBS1によつ
て合成された光は、共にフオトデイテクタPD1
に入射するようになる。
In this way, once the distance d is measured using the AM modulated signal, the measurement range can be roughly narrowed down depending on the measurement accuracy, so from now on, wavelength combinations based on this measurement range will be used. A length measurement operation is performed. In this case, switch SW
At the same time, the beam splitter PBS2 is moved to a position off the optical path. Therefore, the light combined by the beam splitter PBS1 via the optical path on the reference side and the length measurement side is both transmitted to the photodetector PD1.
becomes incident on .

以下の動作は、前記した第2図の装置と同様で
あり、レーザ光源1の波長を順次変更するととも
に、この時の位相遅れ量を測定し、演算回路4に
より距離dの値を高精度に算出する。なお、この
場合、アツテネータATTにおける減衰量は、零
または一定の値に固定されている。
The following operation is the same as that of the apparatus shown in FIG. calculate. Note that in this case, the amount of attenuation in the attenuator ATT is fixed to zero or a constant value.

このように、波長と位相遅れ量との関係から測
定範囲を絞り込む前に、AM変調信号を利用して
測定対象までの距離を測定すると、この測定結果
から測定範囲の大まかな絞り込みを行なうことが
できるので、波長の組合せによる距離の測定を狭
い測定範囲から開始することができ、少ない数の
波長(レーザ光源)で波長単位の分解能まで実現
することができる。ここで、本発明の測長器にお
いては、使用する波長(レーザ光源)の数が減少
する代りにAM変調手段を設けなければならない
ことになるが、多数の波長のレーザ光源に比べれ
ば、AM変調手段の方がより安価であり、実現が
容易である。
In this way, by measuring the distance to the measurement target using the AM modulation signal before narrowing down the measurement range based on the relationship between wavelength and phase delay amount, it is possible to roughly narrow down the measurement range from this measurement result. As a result, distance measurement based on wavelength combinations can be started from a narrow measurement range, and resolution down to wavelength units can be achieved with a small number of wavelengths (laser light sources). Here, in the length measuring device of the present invention, an AM modulation means must be provided in exchange for a reduction in the number of wavelengths (laser light sources) used, but compared to a laser light source with a large number of wavelengths, the AM Modulation means are cheaper and easier to implement.

なお、上記の説明においては、レーザ光源1と
して一波長の光源と波長シフタとにより構成され
る光源を例示したが、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く、例え
ば、発生波長の異なるレーザ光源を複数個使用し
て、これらのレーザ光源の出力光を選択的に出射
するようにしても、同様の動作を行なわせること
ができる。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、4つ
に限られるものではない。さらに、位相遅れ量φ
から距離dを求める演算手順は、上記の方法に限
られるものではない。
In the above description, a light source composed of a single-wavelength light source and a wavelength shifter has been exemplified as the laser light source 1, but the means for generating a plurality of lights with different wavelengths is not limited to this, and for example, The same operation can be performed by using a plurality of laser light sources with different emission wavelengths and selectively emitting the output lights of these laser light sources. Further, the number of wavelengths used for measurement is determined depending on the desired resolution, and is not limited to four. Furthermore, the phase delay amount φ
The calculation procedure for determining the distance d from is not limited to the above method.

また、第1図の例では、レーザ光源1の次段に
アツテネータATTを挿入し、レーザ光源1から
出射された光をAM変調する場合を例示したが、
レーザ光源1として、その駆動電流等を変化させ
ることにより、出射する光を強度を変化させるこ
とのできる光源を使用すれば、レーザ光源1自身
でAM変調を行なうことができる。
Furthermore, in the example shown in FIG. 1, an attenuator ATT is inserted next to the laser light source 1, and the light emitted from the laser light source 1 is AM-modulated.
If a light source that can change the intensity of the emitted light by changing its driving current or the like is used as the laser light source 1, AM modulation can be performed by the laser light source 1 itself.

〔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、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
るようにした測長器において、レーザ光源から出
射された光をAM変調する変調手段を設け、各波
長に応じた位相遅れ量の測定を行なう前に、任意
の波長の光をAM変調し、このAM変調信号の位
相遅れ量から前記測定対象までの距離を測定し
て、大まかな測定範囲の絞り込みを行なうように
しているので、波長の組合せによる距離の測定を
狭い測定範囲から開始することができ、アブソリ
ユートな測定出力を得ることができるとともに、
より少ない数の波長(レーザ光源)で広い測定範
囲をカバーすることのできる測定器を簡単な構成
により実現することができる。
As explained above, in the length measuring device of the present invention, at least two or more lights with different wavelengths are switched, and the amount of phase delay of the light is sequentially measured according to the distance to the measurement target. In a length measuring device that determines the distance to the measurement target from the relationship with the amount of phase delay, a modulation means for AM modulating the light emitted from the laser light source is provided, and the amount of phase delay can be measured according to each wavelength. Before carrying out the measurement, light of an arbitrary wavelength is AM modulated, and the distance to the measurement target is measured from the amount of phase delay of this AM modulated signal to roughly narrow down the measurement range. Combination distance measurements can be started from a narrow measurement range, and absolute measurement output can be obtained.
A measuring instrument that can cover a wide measurement range with a smaller number of wavelengths (laser light sources) can be realized with a simple configuration.

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

第1図は本発明の測長器の一実施例を示す構成
図、第2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……レーザ光源、2……変調信号源、3……
位相検出回路、4……演算回路、5……AM変調
信号源、6,7……λ/4板、HMR1……ハー
フミラー、PD1,PD2……フオトデイテクタ、
AOM1……AO変調器、CC1,CC2……キユー
ブコーナ、ATT……アツテネータ、PBS1,
PBS2……ビームスプリツタ、SW1……スイツ
チ。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the length measuring device of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing an example of the length measuring device already proposed by the applicant of the present invention. 1...Laser light source, 2...Modulation signal source, 3...
Phase detection circuit, 4... Arithmetic circuit, 5... AM modulation signal source, 6, 7... λ/4 plate, HMR1... Half mirror, PD1, PD2... Photo detector,
AOM1...AO modulator, CC1, CC2...cube corner, ATT...attenuator, PBS1,
PBS2...beam splitter, SW1...switch.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 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
測長器において、レーザ光源から出射された光を
AM変調する変調手段を有し、前記各波長に応じ
た位相遅れ量の測定を行なう前に任意の波長の光
をAM変調し、このAM変調信号の位相遅れ量か
ら前記測定対象までの距離を測定して大まかな測
定範囲の絞り込みを行なうようにしたことを特徴
とする測長器。
1. Use a Michelson interference optical system to switch at least two or more different wavelengths of light to sequentially measure the amount of phase delay of the light according to the distance to the measurement target, and to determine the relationship between these wavelengths and the amount of phase delay. In a length measuring device that calculates the distance from to the object to be measured, the light emitted from the laser light source is
It has a modulation means that performs AM modulation, and before measuring the amount of phase delay according to each wavelength, AM modulates the light of any wavelength, and calculates the distance to the measurement target from the amount of phase delay of this AM modulated signal. A length measuring instrument characterized in that it measures and roughly narrows down the measurement range.
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