(57)【要約】      （修正有）【課題】再帰反射体とレーザ干渉計間の絶対距離を用いることなく、光軸追従制御系に適したゲインに自動調整する方法及び装置を提供する。【解決手段】レーザ干渉計１０１と、レーザ干渉計１０１の光軸のずれを検出する光軸ずれ量センサ１０２と、レーザ干渉計１０１を任意の方向に向ける２軸回転機構１０４と、２軸回転機構１０４の回転角を検出する角度センサ１０５と、入射光と平行な方向に反射光を反射する再帰反射体１０７と、光軸ずれ量センサ１０２と角度センサ１０５の信号を元に再帰反射体１０７を追尾するように２軸回転機構１０４をフィードバック制御するコントローラ１０８とを有する追尾式レーザ干渉計において、再帰反射体１０７からの戻り光が光軸ずれ量センサ１０２の検出範囲に戻ってきた時に追従制御を開始すると共に、追従制御による光軸ずれ量センサ１０２上の戻り光の位置の挙動に応じて、フィードバック制御のゲインを変化させる。【選択図】図１
2018025483.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ干渉計と、
該レーザ干渉計の光軸のずれを検出する光軸ずれ量センサと、
前記レーザ干渉計を任意の方向に向ける２軸回転機構と、
該２軸回転機構の回転角を検出する角度センサと、
入射光と平行な方向に反射光を反射する再帰反射体と、
前記光軸ずれ量センサと前記角度センサの信号を元に前記再帰反射体を追尾するように前記２軸回転機構をフィードバック制御するコントローラとを有する追尾式レーザ干渉計において、
前記再帰反射体からの戻り光が前記光軸ずれ量センサの検出範囲に戻ってきた時に追従制御を開始すると共に、
該追従制御による前記光軸ずれ量センサ上の戻り光の位置の挙動に応じて、前記フィードバック制御のゲインを変化させることを特徴とする追尾式レーザ干渉計のフィードバックゲイン調整方法。
【請求項２】
前記追従制御により戻り光の位置が前記光軸ずれ量センサの周囲から中心に到達するまでにかかった静定時間が所定時間以上である時は、前記フィードバック制御のゲインを上げることを特徴とする請求項１に記載の追尾式レーザ干渉計のフィードバックゲイン調整方法。
【請求項３】
前記静定時間に応じて、前記フィードバック制御のゲインの上げ方を変えることを特徴とする請求項２に記載の追尾式レーザ干渉計のフィードバックゲイン調整方法。
【請求項４】
前記追従制御により戻り光の位置が前記光軸ずれ量センサの検出範囲を飛び出してしまった時は、前記フィードバック制御のゲインを下げることを特徴とする請求項１に記載の追尾式レーザ干渉計のフィードバックゲイン調整方法。
【請求項５】
前記追従制御により戻り光の位置が前記光軸ずれ量センサの検出範囲を飛び出してしまうまでにかかった飛出し時間に応じて、前記フィードバック制御のゲインの下げ方を変えることを特徴とする請求項４に記載の追尾式レーザ干渉計のフィードバックゲイン調整方法。
【請求項６】
レーザ干渉計と、
該レーザ干渉計の光軸のずれを検出する光軸ずれ量センサと、
前記レーザ干渉計を任意の方向に向ける２軸回転機構と、
該２軸回転機構の回転角を検出する角度センサと、
入射光と平行な方向に反射光を反射する再帰反射体と、
前記光軸ずれ量センサと前記角度センサの信号を元に前記再帰反射体を追尾するように前記２軸回転機構をフィードバック制御するコントローラとを有する追尾式レーザ干渉計において、
前記再帰反射体からの戻り光が前記光軸ずれ量センサの検出範囲に戻ってきた時に追従制御を開始する手段と、
該追従制御による前記光軸ずれ量センサ上の戻り光の位置の挙動に応じて、前記フィードバック制御のゲインを変化させる手段と、
を備えたことを特徴とする追尾式レーザ干渉計のフィードバックゲイン調整装置。
【請求項７】
前記追従制御により戻り光の位置が前記光軸ずれ量センサの周囲から中心に到達するまでにかかった静定時間を測定する手段と、
該静定時間が所定時間以上である時は、前記フィードバック制御のゲインを上げる手段と、
を備えたことを特徴とする請求項６に記載の追尾式レーザ干渉計のフィードバックゲイン調整装置。
【請求項８】
前記静定時間に応じて、前記フィードバック制御のゲインの上げ方を変える手段を備えたことを特徴とする請求項７に記載の追尾式レーザ干渉計のフィードバックゲイン調整装置。
【請求項９】
前記追従制御により戻り光の位置が前記光軸ずれ量センサの検出範囲を飛び出してしまった時は、前記フィードバック制御のゲインを下げる手段を備えたことを特徴とする請求項６に記載の追尾式レーザ干渉計のフィードバックゲイン調整装置。
【請求項１０】
前記追従制御により戻り光の位置が前記光軸ずれ量センサの検出範囲を飛び出してしまうまでにかかった飛出し時間を測定する手段と、該飛出し時間に応じて、前記フィードバック制御のゲインの下げ方を変える手段と、を備えたことを特徴とする請求項９に記載の追尾式レーザ干渉計のフィードバックゲイン調整装置。
【請求項１１】
レーザ干渉計と、
該レーザ干渉計の光軸のずれを検出する光軸ずれ量センサと、
前記レーザ干渉計を任意の方向に向ける２軸回転機構と、
該２軸回転機構の回転角を検出する角度センサと、
入射光と平行な方向に反射光を反射する再帰反射体と、
前記光軸ずれ量センサと挙動角度センサの信号を元に挙動再帰反射体を追尾するように前記２軸回転機構をフィードバック制御する際に、前記再帰反射体からの戻り光が前記光軸ずれ量センサの検出範囲に戻ってきた時に追従制御を開始すると共に、該追従制御による前記光軸ずれ量センサ上の戻り光の位置の挙動に応じて、前記フィードバック制御のゲインを変化させるコントローラと、
を備えたことを特徴とする追尾式レーザ干渉計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、追尾式レーザ干渉計のフィードバックゲイン調整方法、装置及び追尾式レーザ干渉計に係り、特に、再帰反射体とレーザ干渉計間の絶対距離を用いることなく、追従制御のフィードバックゲインを最適化して、追尾式レーザ干渉計の光軸追従制御系を安定化することが可能な、追尾式レーザ干渉計のフィードバックゲイン調整方法、装置及び追尾式レーザ干渉計に関する。
【背景技術】
【０００２】
戻り光の光軸のずれ量を検出する光軸ずれ量センサを搭載したレーザ干渉計と、該レーザ干渉計を任意の方向に向ける２軸回転機構と、測定対象に固定したレトロリフレクタ等の再帰反射体で構成される追尾式レーザ干渉計が知られている（特許文献１、２参照）。ここで、再帰反射体は、反射光が入射光（測定光とも称する）と平行に戻る機能を有する光学素子で、中心で反射した場合に入射光と出射光が同軸となる。従って、光軸ずれ量センサの出力を元に、光軸のずれ量が０になるように２軸回転機構を制御することで、任意の方向で干渉測長が可能になる。
【０００３】
一般的な追尾式レーザ干渉計は、図１に例示する如く、レーザ干渉計（単に干渉計とも称する）１０１、及び、測定光と反射光の光軸のずれ量を検出する光軸ずれ量センサ１０２を内蔵した測定ヘッド１０３と、該測定ヘッド１０３を任意の方向へ向ける２軸回転機構１０４と、該２軸回転機構１０４の回転角を検出する角度センサ１０５と、測定対象１０６に固定した再帰反射体１０７と、測定対象１０６の追尾と測定データの収集を行なうコントローラ１０８を含んで構成されている。
【０００４】
前記コントローラ１０８は、干渉計１０１から距離信号、前記光軸ずれ量センサ１０２から光軸ずれ量、前記２軸回転機構１０４から角度信号を収集し、光軸ずれ量が０になるように、前記２軸回転機構１０４を駆動する。
【０００５】
再帰反射体１０７が移動したときに、干渉計１０１へ戻る反射光（戻り光と称する）は測定光と平行にずれて干渉計１０１に入射する。このときの光軸のずれを検出する光軸ずれ量センサ１０２と２軸回転機構１０４を用いて、再帰反射体１０７の中心に測定光の光軸が向かうようにフィードバック制御し、追従制御を行う。
【０００６】
２軸回転機構１０４の制御には回転角が必要なのに対して、光軸のずれを用いてフィードバック制御を行うため、再帰反射体１０７とレーザ干渉計１０１間の絶対距離によって制御系のゲインが過剰になったり、不足したりする。
【０００７】
このために再帰反射体とレーザ干渉計間の絶対距離を何らかの方法で入力する必要があり、発明者は、特許文献３で絶対距離の推定方法を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６３−２３１２８６号公報
【特許文献２】特表２００７−５７５２２５号公報
【特許文献３】特開２００９−２２９０６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、絶対距離を入力するまでの間は、追尾式レーザ干渉計の光軸追従制御系が不安定になるという問題点を有していた。
【００１０】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、再帰反射体とレーザ干渉計間の絶対距離を用いることなく、追従制御のフィードバックゲインを最適化して、追尾式レーザ干渉計の光軸追従制御系を安定化することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、レーザ干渉計と、該レーザ干渉計の光軸のずれを検出する光軸ずれ量センサと、前記レーザ干渉計を任意の方向に向ける２軸回転機構と、該２軸回転機構の回転角を検出する角度センサと、入射光と平行な方向に反射光を反射する再帰反射体と、前記光軸ずれ量センサと前記角度センサの信号を元に前記再帰反射体を追尾するように前記２軸回転機構をフィードバック制御するコントローラとを有する追尾式レーザ干渉計において、前記再帰反射体からの戻り光が前記光軸ずれ量センサの検出範囲に戻ってきた時に追従制御を開始すると共に、該追従制御による前記光軸ずれ量センサ上の戻り光の位置の挙動に応じて、前記フィードバック制御のゲインを変化させることにより、前記課題を解決したものである。
【００１２】
ここで、前記追従制御により戻り光の位置が前記光軸ずれ量センサの周囲から中心に到達するまでにかかった静定時間が所定時間以上である時は、前記フィードバック制御のゲインを上げることができる。
【００１３】
又、前記静定時間に応じて、前記フィードバック制御のゲインの上げ方を変えることができる。
【００１４】
又、前記追従制御により戻り光の位置が前記光軸ずれ量センサの検出範囲を飛び出してしまった時は、前記フィードバック制御のゲインを下げることができる。
【００１５】
又、前記追従制御により戻り光の位置が前記光軸ずれ量センサの検出範囲を飛び出してしまうまでにかかった飛出し時間に応じて、前記フィードバック制御のゲインの下げ方を変えることができる。
【００１６】
本発明は、又、レーザ干渉計と、該レーザ干渉計の光軸のずれを検出する光軸ずれ量センサと、前記レーザ干渉計を任意の方向に向ける２軸回転機構と、該２軸回転機構の回転角を検出する角度センサと、入射光と平行な方向に反射光を反射する再帰反射体と、前記光軸ずれ量センサと前記角度センサの信号を元に前記再帰反射体を追尾するように前記２軸回転機構をフィードバック制御するコントローラとを有する追尾式レーザ干渉計において、前記再帰反射体からの戻り光が前記光軸ずれ量センサの検出範囲に戻ってきた時に追従制御を開始する手段と、該追従制御による前記光軸ずれ量センサ上の戻り光の位置の挙動に応じて、前記フィードバック制御のゲインを変化させる手段と、を備えたことを特徴とする追尾式レーザ干渉計のフィードバックゲイン調整装置を提供することにより、前記課題を解決したものである。
【００１７】
ここで、前記追従制御により戻り光の位置が前記光軸ずれ量センサの周囲から中心に到達するまでにかかった静定時間を測定する手段と、該静定時間が所定時間以上である時は、前記フィードバック制御のゲインを上げる手段と、を備えることができる。
【００１８】
又、前記静定時間に応じて、前記フィードバック制御のゲインの上げ方を変える手段を備えることができる。
【００１９】
又、前記追従制御により戻り光の位置が前記光軸ずれ量センサの検出範囲を飛び出してしまった時は、前記フィードバック制御のゲインを下げる手段を備えることができる。
【００２０】
又、前記追従制御により戻り光の位置が前記光軸ずれ量センサの検出範囲を飛び出してしまうまでにかかった飛出し時間を測定する手段と、該飛出し時間に応じて、前記フィードバック制御のゲインの下げ方を変える手段と、を備えることができる。
【００２１】
本発明は、更に、レーザ干渉計と、該レーザ干渉計の光軸のずれを検出する光軸ずれ量センサと、前記レーザ干渉計を任意の方向に向ける２軸回転機構と、該２軸回転機構の回転角を検出する角度センサと、入射光と平行な方向に反射光を反射する再帰反射体と、前記光軸ずれ量センサと挙動角度センサの信号を元に挙動再帰反射体を追尾するように前記２軸回転機構をフィードバック制御する際に、前記再帰反射体からの戻り光が前記光軸ずれ量センサの検出範囲に戻ってきた時に追従制御を開始すると共に、該追従制御による前記光軸ずれ量センサ上の戻り光の位置の挙動に応じて、前記フィードバック制御のゲインを変化させるコントローラと、を備えたことを特徴とする追尾式レーザ干渉計を提供することにより、前記課題を解決したものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、再帰反射体とレーザ干渉計間の絶対距離を用いることなく、光軸追従制御のフィードバックゲインを最適化して、追尾式レーザ干渉計の光軸追従制御系を安定化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の適用対象である追尾式レーザ干渉計の基本的な構成を示す図
【図２】同じく動作を説明するための光軸ずれ量センサの正面図
【図３】同じく追従制御と目標位置制御の切替方法を示す流れ図
【図４】本発明の原理を説明するための、戻り光がセンサ中心に向かう場合を示す図
【図５】同じく戻り光がセンサ検出範囲から飛び出す場合を示す図
【図６】本発明の第１実施形態における処理手順を示す流れ図
【図７】本発明の第２実施形態における処理手順を示す流れ図
【図８】第２実施形態における、静定時間によるゲインの切替例を示す図
【図９】同じく飛出し時間によるゲインの切替例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態及び実施例に記載した内容により限定されるものではない。又、以下に記載した実施形態及び実施例における構成要件には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。更に、以下に記載した実施形態及び実施例で開示した構成要素は適宜組み合わせてもよいし、適宜選択して用いてもよい。
【００２５】
光軸ずれ量センサ１０２を正面から見た図を図２に示す。
【００２６】
追尾式レーザ干渉計は戻り光の光軸のずれが、光軸ずれ量センサ１０２の検出範囲（即ち、追従制御を行う範囲）１０２Ｄに入った瞬間から追従制御を開始してセンサの中心１０２Ｃに向かう。そのために、図１に示した再帰反射体１０７の位置を動かして再帰反射体１０７の中心に光軸が入るようにするか、あるいは２軸回転機構１０４を操作して再帰反射体１０７がある方向に光軸を向けるかどちらかの方法を用いる。
【００２７】
どちらの方法を用いても、図３に示す如く、光軸ずれ量センサ１０２に光が戻っているか判定し（ステップＳ１０）、光軸ずれ量センサ１０２の検出範囲１０２Ｄに戻り光の光軸が無い場合には目標位置制御（姿勢制御とも称する）を行い（ステップＳ３０）、例えば図２の位置Ｐで戻り光の光軸を検出すると追従制御が始まり（ステップＳ２０）、戻り光の光軸は光軸ずれ量センサ１０２の中心１０２Ｃに向かう。
【００２８】
この時の戻り光の光軸の動きは図４のようにインパルス応答となるため、本発明では、この応答を元に制御系を調整する。
【００２９】
一方、戻り光のオーバーシュートが大きく、図５に例示するように、追従制御を行う範囲１０２Ｄの反対側に飛び出してしまった場合には、ゲインが過大なのでゲインを小さくする。
【００３０】
以下、図６を参照して、本発明の第１実施形態の処理手順を説明する。
【００３１】
ステップＳ１０で光軸ずれ量センサ１０２に戻り光が戻っていると判定されたときには、ステップＳ１１に進み、そのときの戻り光の位置Ｐを保存し、ステップＳ２０で追従制御を開始する。
【００３２】
ステップＳ２１で、図５に示したように、戻り光が光軸ずれ量センサ１０２の反対側に飛び出してしまった場合には、ステップＳ２３で、例えば２分法によりゲインを１／２に下げて、ステップＳ３０の目標位置制御に切り替え、ステップＳ１１で保存した位置Ｐに戻って、ステップＳ２０で再度追従制御を開始させる。
【００３３】
一方、図４に示したように、戻り光の光軸が光軸ずれ量センサ１０２の中心１０２Ｃに到達した場合には、ステップＳ２６で到達にかかった時間（静定時間と称する）ｔSを測定し、規定した静定時間リミットｔLまでに到達できなかった場合には、ステップＳ２８で、例えば２分法によりゲインを２倍に上げて、ステップＳ３０の目標位置制御に切り替え、ステップＳ１１で保存した位置Ｐに戻って、ステップＳ２０で再度追従制御を開始させる。
【００３４】
一方、ステップＳ２６で規定した静定時間リミットｔL以内に戻り光の光軸がセンサ１０２の中心１０２Ｃに到達したと判断された場合には、ゲイン調整を終了し、追従制御を継続する。
【００３５】
この第１実施形態では、２分法によりゲインを調整していたので制御が単純である。
【００３６】
次に、図７を参照して、２分法を改良してゲイン調整を早めた本発明の第２実施形態について説明する。
【００３７】
この第２実施形態では、第１実施形態と同様のステップＳ２１において、図５に示したように、オーバーシュートが大きく、戻り光の光軸がセンサ１０２の検出範囲１０２Ｄを飛び出してしまったと判定された場合には、追従制御に切り替わってから検出範囲１０２Ｄを飛び出すまでの時間（飛出し時間と称する）ｔtを計測し、例えば前記静定時間リミットｔLの半分ｔL／２以下の場合には、ステップＳ２４に進み、ゲインを１／４に下げて収束を早める。
【００３８】
一方、第１実施形態と同様のステップＳ２６において、例えば前記静定時間リミットｔL以内に中心１０２Ｃに到達しなかったと判定された場合には、ステップＳ２７で静定時間ｔSが、例えば前記静定時間リミットｔLの２倍以上であるか判定し、２倍以上時間がかかった場合には、ステップＳ２９でゲインを４倍に上げて収束を早める。
【００３９】
第２実施形態における静定時間ｔSとゲインＧoの関係を図８に、飛出し時間ｔtとゲインＧoの関係を図９に示す。
【００４０】
このようにして、静定時間ｔSや飛出し時間ｔtに応じてゲインＧoの変え方を早めることで、単純な２分法に比べて短時間でゲインＧoの調整が可能となる。
【００４１】
なお、静定時間ｔSや飛出し時間ｔtに応じてゲインＧoを変える方法は、これに限定されず、例えば図４に示した静定時と図５に示した飛出し時で静定時間リミットｔLを変えたり、一方のみを早めることも可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１０１…レーザ干渉計
１０２…光軸ずれ量センサ
１０２Ｃ…センサの中心
１０２Ｄ…センサの検出範囲（追従制御を行う範囲）
１０３…測定ヘッド
１０４…２軸回転機構
１０５…角度センサ
１０６…測定対象
１０７…再帰反射体
１０８…コントローラ
【図１】
2018025483.tif 000003
【図２】
2018025483.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2018025483.tif 000009
【図８】
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【図９】
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