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INTERFERENCE TYPE RANGE-FINDING METER AND PERFECT RETROREFLECTOR meetings

Patent code P190015834
File No. HU2015007
Posted date Feb 1, 2019
Application number P2016-062591
Publication number P2016-188860A
Patent number P6684623
Date of filing Mar 25, 2016
Date of publication of application Nov 4, 2016
Date of registration Apr 1, 2020
Priority data
  • P2015-066416 (Mar 27, 2015) JP
Inventor
  • (In Japanese)佐藤 修一
Applicant
  • (In Japanese)学校法人法政大学
Title INTERFERENCE TYPE RANGE-FINDING METER AND PERFECT RETROREFLECTOR meetings
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a highly accurate interference type range-finding meter.
SOLUTION: An interference type range-finding meter 1 includes: a measured object; and an optical path compensation reflection mirror 41 that is disposed at a position opposing the measured object, and uses a perfect retroreflector 40B that provides an optical path in which a reciprocal optical path perfectly matches. The perfect retroreflector 40B comprises: a reflection mirror 42 as the measured object; a polarization beam splitter 47; a retroreflector 43B that uses a corner cube reflector disposed between the polarization beam splitter and reflection mirror 42; the optical path compensation reflection mirror 41; a first polarizer 45; a second polarizer 46; a third polarizer 61; and a fourth polarizer 62. The third polarizer 61 and fourth polarizer 62 modify elliptic polarization and oblique polarization included in emission light of the retroreflector 43B to make linear polarization incident upon the polarization beam splitter 47.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

測距装置として、たとえば、特許文献1(米国特許第4,509,858号明細書)、特許文献2(特開昭62-177403号公報)の第1図および第2図に図解されている、または、非特許文献1に記載されている二光線干渉計の1つであるマイケルソン干渉計が知られている。

このようなマイケルソン干渉計を、たとえば、図1に図解した干渉計を参照して述べる。
図1に図解した干渉計は、光源としてレーザー光源100を用い、ビームスプリッタ(BS)120でレーザー光源100から射出されたレーザー光線Lを光路A、Bを進む光線に分岐し、光路B線上の固定した場所に位置する参照体としての第2の反射鏡131の位置を基準にして、主光路Mの延長上にある光路Aの線上に位置し、被測定体としての第1の反射鏡141の位置または変位を、第2の反射鏡(参照体)131からBS120へ入射する第2の戻り光と、被測定体(第1の反射鏡)141からBS120へ戻る第1の戻り光との干渉光を、たとえば、光の強度として光検出器150で検出する。
好ましくは、干渉計に、または、干渉計の外部に、光検出器150からの電気信号に基づいて被測定体としての第1の反射鏡141の距離を演算する演算器(図示せず)が設けられる。

干渉計が理想的な場合、光路Aと光路Bとの光学的距離の差に応じて、光検出器150で観測される干渉光Lmの光強度は、図1に例示したように、明暗に変化する。
最も明るくなった時の光強度に対する電圧をVmaxとし、最も暗くなった時との光強度に対する電圧をVminとすると、光のコントラスト(明瞭度)Cは下記式1で定義できる。

C=(Vmax-Vmin)/(Vmax+Vmin) …(1)

干渉計が理想的な場合、コントラストCは1(100%)である。
たとえば、マイケルソン干渉計を構成する光学素子、特に、被測定体を含めた光学素子のアライメントを充分精度よく行えば、レーザー光の量子雑音の感度で精密に、被測定体の位置または変位を特定することが可能である。

他方、レーザー干渉型測距計を構成する光学系が非対称性などにより干渉効率が低下するとコントラストCは低下する。
そのような場合としては、たとえば、被測定体(たとえば、図1における第1の反射体141)のアライメントを精密に行うことが出来ない場合、あるいは、被測定体のアライメントを精密に行った後、振動、経年変化などにより精密な被測定体のアライメントを維持できない場合など、いわゆる、ミスアライメント(アライメントのずれ)が起こる場合がある。
このようなミスアライメントが起こった場合、ミスアライメントした被測定体(たとえば、図1における第1の反射鏡141)からビームスプリッタ(BS)(たとえば、図1におけるBS120)への第1の戻り光は、参照体(たとえば、図1における第2の反射鏡131)からBS120への第2の戻り光とは理想的には干渉しない。その結果、干渉効率が低下して、感度が低下し(コントラストCが低下し)、さらには干渉信号を得ることもできないことも起こりうる。

特許文献7(特表2005-525548号公報)、および、特許文献8(特表2007-526450号公報)は、平面ミラー干渉計におけるビーム・ミスアライメントを補償する方法を開示する。

他方、新規な光学素子を用い、レーザー干渉型測距計の構成を改善する提案も多々存在する。
たとえば、特許文献3(特開平9-126712号公報)は、ダブルパス測長機におけるアライメント作業を改善し、測定精度を向上させるため、被測定体(たとえば、図1における反射体141)としての平面反射鏡に代えてコーナーキューブリフレクタ(または、コーナープリズムとも言う)を用いたレーザー干渉型測距計を開示する。

コーナーキューブリフレクタは、直交3方向の隅部(角部)が90度の角度になっていて、入射光の角度が如何なる方向であってもその反射光を入射光と平行にして射出するプリズムである。
なお、図解の制約により、コーナーキューブリフレクタを3次元では図解できず、コーナーキューブリフレクタを、便宜的に、2回反射するように図解している。

また、たとえば、特許文献4(特開2012-13427号公報)、特許文献5(特開2013-3124号公報)は、追尾式レーザー干渉計において、移動方向と直交する方向におけるずれ量との測定に係る測定時間を短縮する発明を開示する。

さらに、特許文献6(特開平7-260417号公報)も可動再帰反射装置を用いたレーザー干渉型測距計を開示する。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は干渉型測距計および完全再帰反射体に関する。
本発明は特に、被測定体などの光学素子の精密なアライメント(姿勢決め、または、位置決め)を必要としない干渉型測距計、好ましくは、レーザー干渉型測距計に関する。
本発明はより特定的には、被測定体を含み、往復光路が完全に一致する光線を提供する完全再帰反射体を構成し、その完全再帰反射体を用いて干渉型測距計を構成する光学系のミスアライメントに依存しない干渉型測距計に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
干渉可能な光を射出する光源と、
当該光源から射出され、第1の光軸に沿って進む前記干渉可能な光が入射され、当該入射された干渉可能な光を前記第1の光軸と同じ光軸に沿って進む第1の分岐光と、第2の
光軸に沿って進む第2の分岐光とに分岐する光分岐手段と、
前記第2の光軸の線上に位置し、前記光分岐手段と所定間隔を隔てて配置され、前記第2の分岐光が入射する参照体反射鏡と、
被測定対象を含み、前記被測定対象と対向する位置に配設された光路補償反射鏡とを含み、往復光路が完全に一致する光路を提供する、完全再帰反射体と
を有し、
前記完全再帰反射体からの第1の反射光が、前記光分岐手段に入射されて、前記参照体反射鏡からの第2の反射光と干渉するように構成されており、
前記完全再帰反射体は、
前記被測定対象として、前記第1の光軸と同じ光軸の線上に位置し、前記第1の分岐光が入射される位置に配設された反射鏡と、
前記光分岐手段と、前記被測定対象としての前記反射鏡との間に配設された偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタと、前記第1の分岐光が入射される前記被測定対象としての前記反射鏡との間に配設され、直交する2枚の反射板から構成された再帰反射体と、
前記被測定対象としての前記反射鏡に入射された前記第1の分岐光が反射される方向の前方に位置し、前記第1の光軸と同じ光軸と垂直な反射面を持つ光路補償反射鏡と、
前記偏光ビームスプリッタと前記被測定対象としての前記反射鏡との間に配設され、前記偏光ビームスプリッタからの出射光を偏光する第1の偏光子と、
前記光路補償反射鏡と前記被測定対象としての前記反射鏡との間に配設され、前記光路補償反射鏡からの反射光を偏光する第2の偏光子と、
を有し、
前記光分岐手段から前記偏光ビームスプリッタへ入射して前記第1の光軸に交差する方向に反射された光が存在したとしても当該光は検出されない
干渉型測距計。

【請求項2】
 
干渉可能な光を射出する光源と、
当該光源から射出され、第1の光軸に沿って進む前記干渉可能な光が入射され、当該入射された干渉可能な光を前記第1の光軸と同じ光軸に沿って進む第1の分岐光と、第2の
光軸に沿って進む第2の分岐光とに分岐する光分岐手段と、
前記第2の光軸の線上に位置し、前記光分岐手段と所定間隔を隔てて配置され、前記第2の分岐光が入射する参照体反射鏡と、
被測定対象を含み、前記被測定対象と対向する位置に配設された光路補償反射鏡とを含み、往復光路が完全に一致する光路を提供する、完全再帰反射体と
を有し、
前記完全再帰反射体からの第1の反射光が、前記光分岐手段に入射されて、前記参照体反射鏡からの第2の反射光と干渉するように構成されており、
前記完全再帰反射体は、
前記被測定対象として、前記第1の光軸と同じ光軸の線上に位置し、前記第1の分岐光が入射される位置に配設された、平面鏡からなる反射鏡と、
前記光分岐手段と、前記被測定対象としての前記反射鏡との間に配設された偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタと、前記第1の分岐光が入射される前記被測定対象としての前記反射鏡との間に配設され、直交する2枚の反射板から構成された再帰反射体と、
前記被測定対象としての前記反射鏡に入射された前記第1の分岐光が反射される方向の前方に位置し、前記第1の光軸と同じ光軸と垂直な反射面を持つ光路補償反射鏡と、
前記偏光ビームスプリッタと前記被測定対象としての前記反射鏡との間に配設され、前記偏光ビームスプリッタからの出射光を偏光する第1の偏光子と、
前記光路補償反射鏡と前記被測定対象としての前記反射鏡との間に配設され、前記光路補償反射鏡からの反射光を偏光する第2の偏光子と、
を有する、
渉型測距計。

【請求項3】
 
干渉可能な光を射出する光源と、
当該光源から射出され、第1の光軸に沿って進む前記干渉可能な光が入射され、当該入射された干渉可能な光を前記第1の光軸と同じ光軸に沿って進む第1の分岐光と、第2の
光軸に沿って進む第2の分岐光とに分岐する光分岐手段と、
前記第2の光軸の線上に位置し、前記光分岐手段と所定間隔を隔てて配置され、前記第2の分岐光が入射する参照体反射鏡と、
被測定対象を含み、前記被測定対象と対向する位置に配設された光路補償反射鏡とを含み、往復光路が完全に一致する光路を提供する、完全再帰反射体と
を有し、
前記完全再帰反射体からの第1の反射光が、前記光分岐手段に入射されて、前記参照体反射鏡からの第2の反射光と干渉するように構成されており、
前記完全再帰反射体は、
前記被測定対象として、前記第1の光軸と同じ光軸の線上に位置し、前記第1の分岐光が入射される位置に配設された反射鏡と、
前記光分岐手段と、前記被測定対象としての前記反射鏡との間に配設された偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタと、前記第1の分岐光が入射される前記被測定対象としての前記反射鏡との間に配設され、コーナーキューブリフレクタで構成された再帰反射体と、
前記被測定対象としての前記反射鏡に入射された前記第1の分岐光が反射される方向の前方に位置し、前記第1の光軸と同じ光軸と垂直な反射面を持つ光路補償反射鏡と、
前記偏光ビームスプリッタと前記被測定対象としての前記反射鏡との間に配設され、前記偏光ビームスプリッタからの出射光を偏光する第1の偏光子と、
前記光路補償反射鏡と前記被測定対象としての前記反射鏡との間に配設され、前記光路補償反射鏡からの反射光を偏光する第2の偏光子と、
前記コーナーキューブリフレクタで構成された再帰反射体の出射光が前記偏光ビームスプリッタに向かう光路に配設され、楕円偏光および斜め偏光を直線偏光に修正する、第3の偏光子および第4の偏光子と
を有する、
渉型測距計。

【請求項4】
 
当該干渉型測距計は、前記光分岐手段を挟んで、前記参照体反射鏡と対向する側に配設され、前記光分岐手段からの干渉光を受光する、光検出器をさらに有する、
請求項1~3のいずれかに記載の干渉型測距計。

【請求項5】
 
当該干渉型測距計は、前記光検出器で検出した検出信号に対応する電気信号を入力し、当該入力した信号から前記被測定対象までの距離を演算する演算器をさらに有する、
請求項4に記載の干渉型測距計。

【請求項6】
 
前記光源は、干渉可能な単色なレーザー光を射出するレーザー光源を含み、
前記光分岐手段は、ビームスプリッタを含む、
請求項1~5のいずれかに記載の干渉型測距計。

【請求項7】
 
第1の光学素子と、当該第1の光学素子からの第1の光が入射する第1の光軸と同じ光軸の線上に位置し前記第1の光が入射される位置に配設された反射鏡を有する第2の光学素子との間に配設され、往路と復路が一致する光を提供する完全再帰反射体であって、
前記第2の光学素子の前記反射鏡としての平面鏡と、
前記第1の光学素子と前記第2の光学素子との間に配設される偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタと、前記第1の光学素子から前記第1の光が入射される前記第2の光学素子との間に配設され、直交する2枚の反射板から構成された再帰反射体と、
前記第2の光学素子に入射された前記第1の光が反射される方向の前方に位置し、前記第1の光軸と同じ光軸と垂直な反射面を持つ光路補償反射鏡と、
前記偏光ビームスプリッタと前記第2の光学素子との間に配設され、前記偏光ビームスプリッタからの出射光を偏光する第1の偏光子と、
前記光路補償反射鏡と前記第2の光学素子との間に配設され、前記光路補償反射鏡からの反射光を偏光する第2の偏光子と、
を有する、
完全再帰反射体。

【請求項8】
 
第1の光学素子と、当該第1の光学素子からの第1の光が入射する第1の光軸と同じ光軸の線上に位置し前記第1の光が入射される位置に配設された反射鏡を有する第2の光学素子との間に配設され、往路と復路が一致する光を提供する完全再帰反射体であって、
前記第1の光学素子と前記第2の光学素子との間に配設される偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタと、前記第1の光学素子から前記第1の光が入射される前記第2の光学素子との間に配設され、コーナーキューブリフレクタで構成された再帰反射体と、
前記第2の光学素子に入射された前記第1の光が反射される方向の前方に位置し、前記第1の光軸と同じ光軸と垂直な反射面を持つ光路補償反射鏡と、
前記偏光ビームスプリッタと前記第2の光学素子との間に配設され、前記偏光ビームスプリッタからの出射光を偏光する第1の偏光子と、
前記光路補償反射鏡と前記第2の光学素子との間に配設され、前記光路補償反射鏡からの反射光を偏光する第2の偏光子と、
前記コーナーキューブリフレクタで構成された再帰反射体の出射光が前記偏光ビームスプリッタに向かう光路に配設され、楕円偏光および斜め直線偏光を直線偏光に修正する、第3の偏光子および第4の偏光子と
を有する、
完全再帰反射体。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2016062591thum.jpg
State of application right Registered


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