JP3400503B2 - Interferometer - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光を物体光と参
照光とに分離した後に物体光の被測定物体による後方散
乱光と規定の光路を通過した参照光とを干渉させ、異な
る波長のレーザ光について検出した干渉強度に基づいて
被測定物体までの距離を測定するようにした干渉測長器
に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention separates laser light into object light and reference light, and then makes the backscattered light of the object light by the object to be measured interfere with the reference light that has passed through a prescribed optical path, thereby providing different wavelengths. The present invention relates to an interferometer, which measures the distance to an object to be measured based on the interference intensity detected for the laser light.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、半導体レーザをレーザ光源と
して用いるとともに、送出されるレーザ光の波長を時間
とともに変化させ、レーザ光を物体光と参照光とに分離
した後に物体光の被測定物体による後方散乱光と規定の
光路を通過した参照光とを干渉させることによって、異
なる波長での干渉強度に基づいて被測定物体までの距離
を測定する干渉測長器が提案されている。この種の干渉
測長技術は、ＦＭヘテロダイン測長法と称されている。2. Description of the Related Art Conventionally, a semiconductor laser is used as a laser light source, the wavelength of a laser beam to be transmitted is changed with time, and the laser beam is separated into an object beam and a reference beam. An interference length measuring device has been proposed which measures the distance to the object to be measured based on the interference intensity at different wavelengths by causing the backscattered light and the reference light that has passed through the specified optical path to interfere with each other. This type of interferometric length measurement technique is called an FM heterodyne length measurement method.
【０００３】この種の技術は、たとえば図１１に示すよ
うなマイケルソン型の干渉測長器に適用されている。こ
の干渉測長器では、単一モード発振動作の半導体レーザ
をレーザ光源１として用い、レーザ光源１から送出され
たレーザ光を半透鏡よりなるビームスプリッタ４ａで物
体光と参照光に分離した後に、物体光の被測定物体Ｓで
の後方散乱光と参照光の参照鏡６での反射光とをビーム
スプリッタ４ａの上で干渉させ、この干渉強度の変化を
受光素子２で観測するのである。レーザ光源１とビーム
スプリッタ４ａとの間にはコリメートレンズ７および戻
り光を防止するアイソレータ８が配置される。また、レ
ーザ光源１の出力波長は温度依存性があるから、ペルチ
ェ素子１３と温度コントローラ１４とによってレーザ光
源１が一定温度に保たれるように温度制御を行なってい
る。This kind of technique is applied to, for example, a Michelson type interferometer as shown in FIG. In this interferometer, a semiconductor laser operating in a single mode is used as the laser light source 1, and the laser light emitted from the laser light source 1 is separated into an object light and a reference light by a beam splitter 4a composed of a semitransparent mirror. The backscattered light of the object light on the measured object S and the reflected light of the reference light on the reference mirror 6 are caused to interfere on the beam splitter 4a, and the change in the interference intensity is observed by the light receiving element 2. A collimator lens 7 and an isolator 8 for preventing return light are arranged between the laser light source 1 and the beam splitter 4a. Since the output wavelength of the laser light source 1 has temperature dependency, the Peltier element 13 and the temperature controller 14 perform temperature control so that the laser light source 1 is maintained at a constant temperature.
【０００４】ところで、レーザ光源１として用いる半導
体レーザは、注入電流を変化させることによって出力光
の波長が変化することが知られている。すなわち、電流
変化量をΔｉ、波長の微小変化幅をΔλとすると、次の
関係式が成立する。
−ｃΔλ／λ0 2 ＝κΔｉ
ただし、ｃは光速、κは周波数変調係数である。レーザ
光源１への注入電流は、波長制御手段としての発振器１
１およびレーザドライバ１２によって鋸歯状波形に変化
するように制御されており、したがって、レーザ光源１
から送出されるレーザ光の波長は、電流波形の１周期内
では図１２に示すように時間とともに変化することにな
る。By the way, it is known that the wavelength of the output light of the semiconductor laser used as the laser light source 1 changes by changing the injection current. That is, when the current change amount is Δi and the minute wavelength change width is Δλ, the following relational expression holds. -CΔλ / λ 0 2 = κΔi where c is the speed of light and κ is the frequency modulation coefficient. The injection current to the laser light source 1 is generated by the oscillator 1 as the wavelength control means.
1 and the laser driver 12 are controlled so as to change into a sawtooth waveform.
The wavelength of the laser light emitted from the laser beam changes with time within one cycle of the current waveform as shown in FIG.
【０００５】一方、レーザ光の複素振幅Ｅ1 は、光の振
幅をＥ、周波数の変化分Δνを∫Ｆ（ｔ）dtとすれば、
次式のようになる。
Ｅ1 ＝Ｅ exp〔ｊ２π｛νｔ＋∫Ｆ（ｔ）dt｝〕
ただし、ｊは複素単位である。したがって、物体光と参
照光とに光路差Ｌがあるときに、この光路差を時間差τ
（＝Ｌ／ｃ）を用いて表すものとすれば、物体光の複素
振幅Ｅ2 は次式のようになる。
Ｅ2 ＝Ｅ exp〔ｊ２π｛ν（ｔ−τ）＋∫Ｆ（ｔ−τ）
dt｝〕
参照光と物体光とを干渉させることは、Ｅ1 とＥ2 との
光を干渉させることに相当するから、干渉強度Ｉは次式
で表されることになる。
Ｉ＝｜Ｅ1 ＋Ｅ2 ｜2 ＝Ｅ1 2 ＋Ｅ2 2
＝２Ｅ1 Ｅ2 cos〔２π｛∫Ｆ（ｔ）dt−∫Ｆ（ｔ−τ）dt＋ντ｝〕
ここで、Ｆ（ｔ）の時間τでの変化を無視すれば、
Ｆ（ｔ）−Ｆ（ｔ−τ）＝τ dＦ（ｔ）／dt
と近似できるから、干渉強度Ｉは次式で表される。
Ｉ＝２Ｅ1 Ｅ2 cos〔２π｛τＦ（ｔ）＋ντ｝〕
すなわち、干渉強度Ｉは、τＦ（ｔ）の周期で変化する
ことになり、この変化がビート信号として観測されるこ
とになる。On the other hand, regarding the complex amplitude E 1 of the laser light, if the light amplitude is E and the frequency change Δν is ∫F (t) dt,
It becomes like the following formula. E 1 = E exp [j2π {νt + ∫F (t) dt}] where j is a complex unit. Therefore, when there is an optical path difference L between the object light and the reference light, this optical path difference is calculated as the time difference τ.
If it is expressed using (= L / c), the complex amplitude E 2 of the object light is given by the following equation. E 2 = E exp [j2π {ν (t−τ) + ∫F (t−τ)
dt}] Since the interference of the reference light and the object light corresponds to the interference of the lights of E 1 and E 2 , the interference intensity I is represented by the following equation. I = | E 1 + E 2 | 2 = E 1 2 + E 2 2 = 2E 1 E 2 cos [2π {∫F (t) dt−∫F (t−τ) dt + ντ}] where F (t) Ignoring the change at time τ, it can be approximated as F (t) −F (t−τ) = τ dF (t) / dt, and thus the interference intensity I is expressed by the following equation. I = 2E 1 E 2 cos [2π {τF (t) + ντ}] That is, the interference intensity I changes in the cycle of τF (t), and this change is observed as a beat signal.
【０００６】ここで、波長λを一定部分λ0 と変化幅Δ
λとに分離すれば、次の関係が得られる。
λ0 ＋Δλ＝ｃ／｛ν＋Ｆ（ｔ）｝
＝ｃ／ν｛１−Ｆ（ｔ）／ν｝
∴ Ｆ（ｔ）＝−Δλｃ／λ2
この関係を、上で求めた干渉強度Ｉの式に代入すれば、
Ｉ＝２Ｅ1 Ｅ2 cos｛２π（−τΔλｃ／λ2 ＋ντ）｝
＝２Ｅ1 Ｅ2 cos｛２π（−ΔλＬ／λ2 ＋Ｌ／λ）｝
が得られるから、結局、干渉強度Ｉの変化は、２Ｅ1 Ｅ
2 ＝Ａと置くことによって、次式で表されることにな
る。
Ｉ＝Ａ cos｛２π（ＬΔλ／λ2 ＋Ｌ／λ）｝
上式で明らかなように、レーザ光源１への注入電流を周
期的に変化させて波長を変化させ（変化幅がΔλ）、受
光素子２で受光強度Ｉの変化を検出すれば、物体光の参
照光に対する光路差Ｌを求めることができるのである。
ここで、レーザ光源１への注入電流を変化させれば発光
強度も変化するから、受光素子２の出力は増幅回路２１
で増幅された後に、バンドパスフィルタ２２によって雑
音が除去されるとともに注入電流の変化による発光強度
の変化分が除去される。すなわち、バンドパスフィルタ
２２の出力は図１３のような略一定振幅の波形になる。Here, the wavelength λ is changed to a constant portion λ 0 and a change width Δ
If separated into λ, the following relationship is obtained. λ 0 + Δλ = c / {ν + F (t)} = c / ν {1-F (t) / ν} ∴F (t) = − Δλc / λ 2 This relation is obtained by the formula of the interference intensity I obtained above. Substituting into, I = 2E 1 E 2 cos {2π (−τΔλc / λ 2 + ντ)} = 2E 1 E 2 cos {2π (−ΔλL / λ 2 + L / λ)} is obtained. The change in intensity I is 2E 1 E
By setting 2 = A, it can be expressed by the following equation. I = A cos {2π (LΔλ / λ 2 + L / λ)} As is clear from the above equation, the injection current to the laser light source 1 is periodically changed to change the wavelength (the change width is Δλ) to receive light. By detecting the change in the received light intensity I with the element 2, the optical path difference L of the object light with respect to the reference light can be obtained.
Here, if the injection current to the laser light source 1 is changed, the light emission intensity is also changed.
After being amplified by, the noise is removed by the bandpass filter 22 and the change in emission intensity due to the change in injection current is removed. That is, the output of the bandpass filter 22 has a waveform with a substantially constant amplitude as shown in FIG.
【０００７】上式に基づいて実際に光路差Ｌを演算する
には、異なる時刻でのビート信号の位相差を求めればよ
い。たとえば、波長の掃引を開始したときのビート信号
の位相をφ1 、掃引を終了したときのビート信号の位相
をφ2 とすれば、位相差Δφは、
Δφ＝φ2 −φ1
＝２π（ＬΔλ／λ2 ＋Ｌ／λ）−２πＬ／λ
＝２πＬΔλ／λ2 （１）
であるから、位相計測器２３によって位相差Δφを計測
すれば、マイクロコンピュータよりなる演算処理部２４
では次式によって光路差Ｌを求めることができるのであ
る。
Ｌ＝（Δφ／２π）・λ2 ／Δλ （２）
ここで、参照光の光路の長さは既知であるから、光路差
Ｌがわかれば被測定物体Ｓまでの距離を求めることがで
きる。In order to actually calculate the optical path difference L based on the above equation, the phase difference between the beat signals at different times may be obtained. For example, if the phase of the beat signal at the start of the wavelength sweep is φ 1 and the phase of the beat signal at the end of the sweep is φ 2 , the phase difference Δφ is Δφ = φ 2 −φ 1 = 2π ( LΔλ / λ 2 + L / λ) -2πL / λ = 2πLΔλ / λ 2 (1) Therefore, if the phase difference Δφ is measured by the phase measuring device 23, the arithmetic processing unit 24 including a microcomputer 24
Then, the optical path difference L can be obtained by the following equation. L = (Δφ / 2π) · λ 2 / Δλ (2) Here, since the optical path length of the reference light is known, the distance to the measured object S can be obtained if the optical path difference L is known.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】上記技術では、レーザ
光の波長を変化させている期間には光路差Ｌが変化しな
いという条件が必要であって、光路差Ｌがわずかに変化
しても測定誤差が大きくなるという問題を有している。
すなわち、ビート信号の位相φ1 を求める時点と位相φ
2 を求める時点とで光路差ＬがδＬだけ変化したとす
る。この場合、位相差Δφは（１）式によって次のよう
になる。
Δφ′＝φ2 −φ1
＝２π｛（Ｌ＋δＬ）Δλ／λ2 ＋（Ｌ＋δＬ）／λ｝−２πＬ／λ
＝２πＬΔλ／λ2 ＋２πδＬ（Δλ／λ2 ＋１／λ）
＝Δφ＋２πδＬ（Δλ／λ2 ＋１／λ）
ここにおいて、市販されている半導体レーザでは波長λ
は７８０ｎｍ程度、波長の変化幅Δλは０．１ｎｍ程度
であるから、Δλ／λ2 ≪１／λであり、上式は次のよ
うに近似することができる。
Δφ′≒Δφ＋２πδＬ／λ
結局、波長の掃引中に光路差ＬがδＬだけ変化したとき
に計測される光路差Ｌ′は、（２）式によって、
Ｌ′＝（Δφ′／２π）・λ2 ／Δλ
＝（Δφ／２π）・λ2 ／Δλ＋δＬλ／Δλ
となり、光路差Ｌに変化が生じない場合に比較してδＬ
λ／Δλだけの誤差が生じることになる。In the above technique, the condition that the optical path difference L does not change during the period of changing the wavelength of the laser light is required, and even if the optical path difference L slightly changes, measurement is performed. There is a problem that the error becomes large.
That is, when the phase φ 1 of the beat signal is obtained and the phase φ
It is assumed that the optical path difference L changes by δL at the time when 2 is obtained. In this case, the phase difference Δφ is as follows according to the equation (1). Δφ '= φ 2 -φ 1 = 2π {(L + δL) Δλ / λ 2 + (L + δL) / λ} -2πL / λ = 2πLΔλ / λ 2 + 2πδL (Δλ / λ 2 + 1 / λ) = Δφ + 2πδL (Δλ / λ 2 + 1 / λ) Here, in the commercially available semiconductor laser, the wavelength λ
Is about 780 nm and the wavelength variation width Δλ is about 0.1 nm, so Δλ / λ 2 << 1 / λ, and the above equation can be approximated as follows. Δφ′≈Δφ + 2πδL / λ After all, the optical path difference L ′ measured when the optical path difference L changes by δL during the wavelength sweep is calculated by the equation (2) as L ′ = (Δφ ′ / 2π) · λ 2 / Δλ = (Δφ / 2π) · λ 2 / Δλ + δLλ / Δλ, which is δL compared to the case where the optical path difference L does not change.
An error of λ / Δλ will occur.
【０００９】いま、波長λを７８０ｎｍ、掃引により変
化する波長の変化幅Δλを０．１ｎｍとし、波長の掃引
時における光路差の変化分δＬが波長と同じ７８０ｎｍ
であったとすると、光路差の測定誤差δＬλ／Δλは、
７８０×１０-9×７８０×１０-9／０．１×１０-9
＝７．８2 ×１０-4
＝６．０８〔ｍｍ〕
すなわち、光路差が７８０ｎｍ変化すると、光路差に対
して７８００倍の誤差が生じることになり、光路差のわ
ずかな変化も計測値に大きな影響を与えることがわか
る。このような光路差の変化は、外部振動や気流の変化
などによって生じるものであって必然的に生じるから、
光路差の変化による誤差を除去できるような構成が要望
されている。Now, assuming that the wavelength λ is 780 nm and the change width Δλ of the wavelength that changes by sweeping is 0.1 nm, the change amount δL of the optical path difference at the time of sweeping the wavelength is 780 nm which is the same as the wavelength.
Then, the measurement error δLλ / Δλ of the optical path difference is 780 × 10 −9 × 780 × 10 −9 /0.1×10 −9 = 7.8 2 × 10 −4 = 6.08 [mm] That is, when the optical path difference changes by 780 nm, an error of 7800 times the optical path difference occurs, and it can be seen that even a slight change in the optical path difference has a great influence on the measured value. Such a change in the optical path difference is caused by an external vibration or a change in the air flow, and inevitably occurs.
There is a demand for a configuration capable of removing an error due to a change in optical path difference.
【００１０】本発明は上記問題点の解決を目的とするも
のであり、レーザ光の波長を変化させている期間に光路
差が変化しても測定誤差が生じないようにした干渉測長
器を提供しようとするものである。An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to provide an interferometer with which no measurement error occurs even if the optical path difference changes during the period of changing the wavelength of laser light. It is the one we are trying to provide.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】各請求項に係る発明は、
上記目的を達成するために、互いに分離可能なレーザ光
をそれぞれ送出する一対のレーザ光源と、各レーザ光源
から送出されるレーザ光の波長をそれぞれ変化させる波
長制御手段と、両レーザ光源から送出されたレーザ光が
同じ光路を通るように光路を合わせる光混合器と、光混
合器を通過して一つの光路上を伝達される２種のレーザ
光をそれぞれ物体光と参照光とに分離するとともに物体
光の被測定物体での後方散乱光と規定の光路を通過した
参照光とを干渉させる光分配混合器と、光分配混合器で
の干渉強度の変化を各レーザ光ごとに分離する光分配器
と、光分配器により分離された各レーザ光ごとの干渉強
度の変化に基づいて各レーザ光ごとに物体光の参照光に
対する位相差を求めるとともに、両位相差に基づいて被
測定物体までの距離を演算する演算処理部とを備えるこ
とを共通構成としている。 The invention according to each claim is
In order to achieve the above-mentioned object, a pair of laser light sources that respectively emit laser beams that can be separated from each other, a wavelength control unit that changes the wavelength of the laser light emitted from each laser light source, and a laser light source that emits the laser light from both laser light sources are provided. A light mixer that aligns the optical paths so that the laser light passes through the same optical path, and separates two types of laser light that pass through the optical mixer and are transmitted on one optical path into object light and reference light, respectively. An optical distribution mixer that interferes the backscattered light of the object light with the measured object and the reference light that has passed the specified optical path, and an optical distribution that separates the change in the interference intensity in the optical distribution mixer for each laser light. And the phase difference between the reference light of the object light for each laser light based on the change in the interference intensity of each laser light separated by the optical distributor, and to the measured object based on both phase differences Distance Turkey and an arithmetic processing unit for calculating the
And have a common configuration.
【００１２】請求項１の発明では、各レーザ光源は同波
長で偏光方向の異なるレーザ光を送出し、光分配器は入
射光を偏光方向に応じて分離して出射することを特徴と
する。According to the first aspect of the invention, each laser light source sends out laser light having the same wavelength and different polarization direction, and the light distributor separates the incident light according to the polarization direction and emits it.
【００１３】請求項２の発明では、波長制御手段は各レ
ーザ光源から送出されるレーザ光の波長の変化方向を逆
方向に設定することを特徴とする。請求項３の発明で
は、各レーザ光源は互いに波長の異なるレーザ光を送出
し、波長制御手段は各レーザ光源から送出されるレーザ
光の波長の変化方向を逆方向に設定し、光分配器は入射
光を波長ごとに分離して出射することを特徴とする。According to a second aspect of the invention, the wavelength control means sets the changing direction of the wavelength of the laser light emitted from each laser light source in the opposite direction. In the invention of claim 3,
, Each laser light source sends out a laser beam having a different wavelength from each other, the wavelength control means sets the changing direction of the wavelength of the laser light sent from each laser light source in the opposite direction, and the light distributor distributes the incident light at each wavelength. It is characterized in that the light is separated and emitted.
【００１４】請求項４の発明では、各レーザ光源は同波
長で偏光方向の異なるレーザ光を送出し、波長制御手段
は各レーザ光源から送出されるレーザ光の波長の変化方
向を逆方向に設定し、光分配器は入射光を偏光方向に応
じて分離して出射することを特徴とする。 In the invention of claim 4, each laser light source transmits laser light having the same wavelength but different polarization direction, and the wavelength control means sets the changing direction of the wavelength of the laser light transmitted from each laser light source to the opposite direction. and, the light distributor you characterized in that emits the separated according to polarization directions of incident light.
【００１５】[0015]
【作用】各請求項に係る発明に共通の構成によれば、同
じ被測定物体に対して２種類のレーザ光を用いてそれぞ
れ物体光と参照光との位相差を求め、２つの位相差に基
づいて物体光と参照光との光路差を求めるのであって、
波長を変化させる途中で光路差に変化が生じた場合でも
光路差の変化分による誤差を除去して精度よく光路差を
求めることができるのである。すなわち、被測定物体ま
での距離の測定誤差を低減できるのである。しかも、波
長をオープン制御で変化させることができるから、フィ
ードバックループなどのループ系を含む構成に比較して
被測定物体までの距離を高速に演算することが可能にな
るのである。According to the structure common to the inventions according to the claims , the phase difference between the object light and the reference light is obtained by using two kinds of laser light for the same object to be measured, and the two phase differences are obtained. Based on the optical path difference between the object light and the reference light,
Even if the optical path difference changes during the wavelength change, the error due to the change in the optical path difference can be removed to obtain the optical path difference with high accuracy. That is, the measurement error of the distance to the measured object can be reduced. Moreover, since the wavelength can be changed by open control, the distance to the object to be measured can be calculated at a higher speed than in the configuration including a loop system such as a feedback loop.
【００１６】請求項１の構成では、レーザ光の波長は同
波長とし、偏光方向を利用して２種類のレーザ光を分離
するから、光学素子の入手が容易であって比較的安価に
提供できるとともに、光学系に用いる光学素子とくにレ
ンズの波長に依存した収差の影響を回避することができ
（コーティングも容易になる）、測定精度が向上するの
である。In the structure of claim 1, since the wavelengths of the laser beams are the same and the two types of laser beams are separated by utilizing the polarization direction, the optical element can be easily obtained and can be provided at a relatively low cost. At the same time, it is possible to avoid the influence of the aberration depending on the wavelength of the optical element used in the optical system, especially the lens (the coating becomes easy), and the measurement accuracy is improved.
【００１７】請求項２の構成では、２種のレーザ光の波
長の変化方向を逆方向としていることによって、同方向
に変化させた場合よりも誤差分を一層小さくすることが
可能になる。請求項３および請求項４の構成は望ましい
実施態様であって、誤差分の少ない高精度の測定が可能
になるのである。 According to the second aspect of the present invention, the wavelengths of the two types of laser light are changed in opposite directions, so that the error can be further reduced as compared with the case of changing the wavelengths in the same direction. A desirable embodiment structure of claims 3 and 4, Ru Nodea which allows the measurement of small erroneous differential precision.
【００１８】[0018]
（基本構成）図１に本発明の基本構成を示す。図より明
らかなように、従来構成との主な相違点は、レーザ光源
１ａ，１ｂを一対設けるとともに、各レーザ光源１ａ，
１ｂから送出されたレーザ光ごとに干渉強度を測定する
受光素子２ａ，２ｂを設けた点にある。各レーザ光源１
ａ，１ｂから送出されたレーザ光は、光混合器３によっ
て同じ光路を通るように光路が調節され、従来構成のビ
ームスプリッタと同様の機能を有した光分配混合器４を
通して物体光と参照光とに分離される。物体光は被測定
物体Ｓに照射されて散乱し、参照光は参照鏡６によって
反射される。被測定物体Ｓでの後方散乱光と参照鏡６で
反射された参照光とは光分配混合器４に戻って干渉し、
干渉した光は光分配器５によって各レーザ光に対応する
成分ごとに分離される。このようにして分離された光の
干渉強度を対応する各受光素子２ａ，２ｂで検出するの
である。(Basic Structure) FIG. 1 shows the basic structure of the present invention. As is apparent from the figure, the main difference from the conventional configuration is that a pair of laser light sources 1a and 1b are provided and that each laser light source 1a, 1b
The point is that the light receiving elements 2a and 2b for measuring the interference intensity for each laser beam transmitted from the laser beam 1b are provided. Each laser light source 1
The optical paths of the laser beams emitted from a and 1b are adjusted by the optical mixer 3 so as to pass through the same optical path, and the object light and the reference light are passed through the optical distributor / mixer 4 having the same function as the beam splitter of the conventional configuration. And separated. The object light is applied to the object S to be measured and scattered, and the reference light is reflected by the reference mirror 6. The backscattered light at the measured object S and the reference light reflected by the reference mirror 6 return to the light distribution mixer 4 and interfere with each other,
The interfered light is separated by the light distributor 5 into each component corresponding to each laser light. The interference intensity of the light thus separated is detected by the corresponding light receiving elements 2a and 2b.
【００１９】各レーザ光源１ａ，１ｂは半導体レーザよ
りなり、それぞれ独立した発振器１１ａ，１１ｂおよび
レーザドライバ１２ａ，１２ｂによって注入電流が鋸歯
状波形になるように供給されて図２に示すように出力波
長が掃引されている。ここで、半導体レーザでは注入電
流の変化量が大きいとモードホップを生じて波長の変化
が不連続になるから、モードホップが生じずに波長が連
続的に変化する範囲で注入電流を調節する。Each of the laser light sources 1a and 1b is composed of a semiconductor laser and is supplied by an independent oscillator 11a and 11b and a laser driver 12a and 12b so that the injection current has a sawtooth waveform, and the output wavelength is as shown in FIG. Is being swept. Here, in the semiconductor laser, when the amount of change in the injection current is large, mode hops occur and the change in wavelength becomes discontinuous. Therefore, the injection current is adjusted within a range in which the wavelength continuously changes without mode hops.
【００２０】各受光素子２ａ，２ｂで検出された干渉強
度に対応する図３のようなビート信号はそれぞれ増幅回
路２１ａ，２１ｂによって増幅され、位相計測器２３
ａ，２３ｂではビート信号の位相が求められる。ビート
信号の位相が求まれば、マイクロコンピュータよりなる
演算処理部２４において光路差が求められ、この光路差
に基づいて被測定物体Ｓまでの距離が求められるのであ
る。The beat signals as shown in FIG. 3 corresponding to the interference intensities detected by the light receiving elements 2a and 2b are amplified by the amplifier circuits 21a and 21b, respectively, and the phase measuring device 23
In a and 23b, the phase of the beat signal is obtained. When the phase of the beat signal is obtained, the optical processing unit 24 including the microcomputer obtains the optical path difference, and the distance to the measured object S is obtained based on the optical path difference.
【００２１】以下に被測定物体Ｓまでの距離を求める手
順について説明する。いま、両レーザ光源１ａ，１ｂか
ら送出されるレーザ光の波長を異ならせて被測定物体Ｓ
までの距離を求めるものとし、波長の掃引中に光路差が
ＬからＬ＋δＬに変化したものとすると、各波長λ1 ，
λ2 のレーザ光に対するビート信号の位相差Δφ1 ，Δ
φ2 は、（１）式によって次式で表される。
Δφ1 ＝２πＬΔλ1 ／λ1 2 ＋２πδＬ（Δλ1 ／λ1 2 ＋１／λ1 ）
Δφ2 ＝２πＬΔλ2 ／λ2 2 ＋２πδＬ（Δλ2 ／λ2 2 ＋１／λ2 ）
ここに、Δλ1 ，Δλ2 は各波長λ1 ，λ2 のレーザ光
についての掃引による波長の変化幅である。ここで、Δ
λ／λ2 ≪１／λの関係を用いれば、次式の関係が得ら
れる。
Δφ1 ＝２π（ＬΔλ1 ／λ1 2 ＋δＬ／λ1 ）
Δφ2 ＝２π（ＬΔλ2 ／λ2 2 ＋δＬ／λ2 ）
したがって、両式から光路差Ｌと光路差の変化分δＬと
を求めることができる。すなわち、下式の関係になる。
Ｌ＝λ1 λ2 （λ1 Δφ1 −λ2 Δφ2 ）／Ｄ （３）
δＬ＝（Δφ 1 λ1 2 Δλ 2 −Δφ 2 λ2 2 Δλ 1 ）／Ｄ （４）
ただし、Ｄ＝２π（λ2 Δλ1 −λ1 Δλ2 ）である。The procedure for obtaining the distance to the object S to be measured will be described below. Now, the wavelength of the laser light emitted from both laser light sources 1a and 1b is made different, and the measured object S
If the optical path difference changes from L to L + δL during the wavelength sweep, each wavelength λ 1 ,
Phase difference of beat signal with respect to λ 2 laser light Δφ 1 , Δ
φ 2 is expressed by the following equation by the equation (1). Δφ 1 = 2πLΔλ 1 / λ 1 2 + 2πδL (Δλ 1 / λ 1 2 + 1 / λ 1) Δφ 2 = 2πLΔλ 2 / λ 2 2 + 2πδL (Δλ 2 / λ 2 2 + 1 / λ 2) Here, [Delta] [lambda] 1, Δλ 2 is the wavelength change width due to the sweep of the laser light of each wavelength λ 1 , λ 2 . Where Δ
Using the relationship of λ / λ 2 << 1 / λ, the relationship of the following equation is obtained. Δφ 1 = 2π (LΔλ 1 / λ 1 2 + δL / λ 1 ) Δφ 2 = 2π (LΔλ 2 / λ 2 2 + δL / λ 2 ) Therefore, the optical path difference L and the change amount δL of the optical path difference are obtained from both equations. be able to. That is, the following relationship is established. L = λ 1 λ 2 (λ 1 Δφ 1 −λ 2 Δφ 2 ) / D (3) δL = ( Δφ 1 λ 1 2 Δλ 2 −Δφ 2 λ 2 2 Δλ 1 ) / D (4) However, D = 2π (λ 2 Δλ 1 −λ 1 Δλ 2 ).
【００２２】以上のような演算を演算処理部２４で行な
えば、波長の掃引中に光路差に変化が生じても光路差の
変化分δＬを除去して光路差Ｌを求めることができるか
ら、被測定物体Ｓまでの距離を誤差なく正確に求めるこ
とができるのである。図４に光混合器３としてハーフミ
ラー３ａを用いた例を示す。ハーフミラー３ａは各レー
ザ光源１ａ，１ｂからのレーザ光をそれぞれコリメート
するコリメータレンズ７ａ，７ｂと、戻り光を防止する
アイソレータ８との間に配置される。各レーザ光源１
ａ，１ｂには互いに異なる波長のレーザ光を送出するも
のが用いられている。ここで、両レーザ光源１ａ，１ｂ
から送出されたレーザ光の光路がハーフミラー３ａを通
過した後に一致するように、レーザ光源１ａ，１ｂ、コ
リメータレンズ７ａ，７ｂ、ハーフミラー３ａの位置が
調節される。また、レーザ光源１ａ，１ｂは、温度変化
によって出力波長が変化しないようにペルチェ素子１３
ａ，１３ｂと温度コントローラ１４ａ，１４ｂとによっ
て一定温度に保たれている。If the arithmetic processing unit 24 performs the above-described calculation, the optical path difference L can be obtained by removing the change amount δL of the optical path difference even if the optical path difference changes during the wavelength sweep. The distance to the measured object S can be accurately obtained without error. FIG. 4 shows an example in which a half mirror 3a is used as the light mixer 3 . The half mirror 3a is arranged between the collimator lenses 7a and 7b that collimate the laser beams from the laser light sources 1a and 1b, respectively, and the isolator 8 that prevents the returning light. Each laser light source 1
As a and 1b, those for transmitting laser beams having mutually different wavelengths are used. Here, both laser light sources 1a and 1b
The positions of the laser light sources 1a and 1b, the collimator lenses 7a and 7b, and the half mirror 3a are adjusted so that the optical paths of the laser light emitted from the laser light beams match with each other after passing through the half mirror 3a. In addition, the laser light sources 1a and 1b include the Peltier device 13 so that the output wavelength does not change due to temperature change.
The temperature is kept constant by a, 13b and temperature controllers 14a, 14b.
【００２３】一方、光分配混合器４にはハーフミラーよ
りなるビームスプリッタ４ａを用いており、ビームスプ
リッタ４ａで分離された物体光は対物レンズ９を通して
被測定物体Ｓに照射される。また、光分配器５には波長
選択特性を有したダイクロイックミラー５ａが用いられ
ている。すなわち、ダイクロイックミラー５ａでは、レ
ーザ光源１ａから送出された波長の光は透過させ、レー
ザ光源１ｂから送出された波長の光は反射する。このよ
うにして波長ごとに分離されたレーザ光が対応する受光
素子２ａ，２ｂに入射するのである。受光素子２ａ，２
ｂから出力されるビート信号は、増幅回路２１ａ，２１
ｂで増幅された後に、バンドパスフィルタ２２ａ，２２
ｂによって発行強度の変化が除去され、さらに位相検出
器２３ａ，２３ｂによって位相差が求められるのであ
る。この位相差に基づいて上記（３）式によって光路差
Ｌを求めることができ、結果的に光路差Ｌの変化を除去
して被測定物体Ｓまでの距離を求めることができるので
ある。 On the other hand, the light splitter / mixer 4 uses a beam splitter 4a composed of a half mirror, and the object light separated by the beam splitter 4a is applied to the object S to be measured through the objective lens 9. Further, the light distributor 5 uses a dichroic mirror 5a having a wavelength selection characteristic. That is, the dichroic mirror 5a transmits the light of the wavelength emitted from the laser light source 1a and reflects the light of the wavelength emitted from the laser light source 1b. In this way, the laser light separated for each wavelength is incident on the corresponding light receiving elements 2a and 2b. Light receiving element 2a, 2
The beat signal output from b is the amplifier circuits 21a and 21a.
After being amplified by b, the bandpass filters 22a, 22
The change in the emission intensity is removed by b, and the phase difference is obtained by the phase detectors 23a and 23b. Based on this phase difference, the optical path difference L can be obtained by the equation (3), and as a result, the change in the optical path difference L can be removed and the distance to the measured object S can be obtained. Oh Ru.
【００２４】図５に、光混合器３、光分配混合器４とし
て、２本の光ファイバの中間部を直接結合させた光分岐
結合器３ｂ，４ｂを用いた例を示す。この光分岐結合器
３ｂ，４ｂは各光ファイバに対応した４個の分岐端を有
している。しかるに、各レーザ光源１ａ，１ｂから送出
されたレーザ光は、対応するコリメータレンズ７ａ，７
ｂおよびアイソレータ８ａ，８ｂをそれぞれ通過した後
に、光分岐結合器３ｂの２つの分岐端に入射し、光分岐
結合器３ａの内部で両レーザ光が混合される。光分岐結
合器３ｂの残りの２つの分岐端のうちの１つは光分岐結
合器４ｂの分岐端に結合される。光分岐結合器４ｂの残
りの３つの分岐端は、それぞれ物体光の投受光用、参照
光の投受光用、干渉した光の出射用に用いられる。光分
岐結合器４ｂで得られた干渉後の光はレンズ１０を通し
て平行光線束となりダイクロイックミラー５ａに入射
し、図４に示した例と同様にしてビート信号の位相差に
基づいた光路差の演算が行なわれる。他の構成、動作は
図４に示した例と同様である。FIG . 5 shows an example in which, as the light mixer 3 and the light distributor / mixer 4, optical branching couplers 3b and 4b in which the intermediate portions of two optical fibers are directly coupled are used. The optical branch couplers 3b and 4b have four branch ends corresponding to the respective optical fibers. However, the laser light emitted from each of the laser light sources 1a and 1b is transmitted to the corresponding collimator lenses 7a and 7b.
b and the isolators 8a and 8b, respectively, and then enter the two branch ends of the optical branching / coupling device 3b, and both laser lights are mixed inside the optical branching / coupling device 3a. One of the remaining two branching ends of the optical branching / coupling device 3b is coupled to the branching end of the optical branching / coupling device 4b. The remaining three branch ends of the optical branching / coupling unit 4b are used for projecting and receiving the object light, projecting and receiving the reference light, and emitting the interfered light, respectively. The light after interference obtained by the optical branching / coupling device 4b becomes a bundle of parallel rays through the lens 10 and enters the dichroic mirror 5a, and the optical path difference is calculated based on the phase difference of the beat signal in the same manner as the example shown in FIG. Is performed. Other configurations and operations
This is similar to the example shown in FIG.
【００２５】図６に示す例は、図４に示した例のダイク
ロイックミラー５ａに代えて回折格子５ｂを光分配器５
に用いたものである。すなわち、回折角が波長に応じて
異なるという回折格子５ｂの性質を利用しているのであ
って、ダイクロイックミラー５ａと同様にレーザ光の波
長ごとにビート信号を分離することができるのである。
他の構成、動作は図４に示した例と同様である。In the example shown in FIG . 6, a diffraction grating 5b is used instead of the dichroic mirror 5a of the example shown in FIG.
Used for. That is, since the characteristic of the diffraction grating 5b that the diffraction angle differs depending on the wavelength is utilized, the beat signal can be separated for each wavelength of the laser light as in the dichroic mirror 5a.
Other configurations and operations are similar to those of the example shown in FIG.
【００２６】図７に示す例は、図４に示した例のダイク
ロイックミラー５ａに代えて光分配器５として、ハーフ
ミラーよりなるビームスプリッタ５ｅと、波長による選
択透過性を有した干渉フィルタ５ｃ，５ｄとを組み合わ
せて用いたものである。すなわち、ビート信号をビーム
スプリッタ５ｅによって２方向に分岐させた後に、干渉
フィルタ５ｃ，５ｄを透過させることによって各レーザ
光に対応したビート信号のみが対応する受光素子２ａ，
２ｂに入射するようにしているのである。他の構成、動
作は図４に示した例と同様である。In the example shown in FIG . 7, instead of the dichroic mirror 5a of the example shown in FIG. 4, a beam splitter 5e formed of a half mirror is used as an optical distributor 5, and a selective transmission according to wavelength is provided. The interference filters 5c and 5d described above are used in combination. That is, after the beat signal is split into two directions by the beam splitter 5e, it is transmitted through the interference filters 5c and 5d, so that only the beat signal corresponding to each laser light corresponds to the light receiving element 2a,
The light is incident on 2b. Other configurations and operations are similar to those of the example shown in FIG.
【００２７】図４、図６、図７に示した例は、光分配器
５としての光学系の具体例を示すものであって、波長選
択性を有しかつ各波長ごとに異なる経路に分岐できるよ
うな光学系であれば、図５に示した光分岐結合器に回折
格子や干渉フィルタを組み合わせたものなど他の構成を
用いてもよい。（実施例１）
上述した基本構成では、異なる波長の２種類のレーザ光
を用いていたが、本実施例では同じ波長のレーザ光を用
いることができるように構成してある。すなわち、レー
ザ光の偏光方向を利用することによって各受光素子２
ａ，２ｂへの入射光を分離するようにしている。したが
って、図８に示すように、基本的な構成は図４に示した
例と同様であって光分配器５としては偏光方向によって
光を分離する偏光ビームスプリッタ５ｆを用いた点が相
違している。また、本実施例では２種類のレーザ光の波
長が等しいから、（３）、（４）式で示した光路差Ｌお
よび光路差の変化分δＬを求める式の分母Ｄが０になら
ないように、レーザ光の波長を掃引する際の波長の変化
幅Δλ１ ，Δλ２ は各レーザ光源１ａ，１ｂごとに
異ならせている。各レーザ光源１ａ，１ｂは最終的に偏
光ビームスプリッタ５ｆによって分離可能となるように
偏光方向が設定されている。また、本実施例では偏光方
向が保存されるように偏光保存ファイバー等の光学素子
を用いることが必要である。The examples shown in FIGS. 4, 6 and 7 are specific examples of the optical system as the optical distributor 5, which have wavelength selectivity and branch into different paths for each wavelength. Other configurations such as a combination of the optical branching / coupling device shown in FIG. 5 with a diffraction grating or an interference filter may be used as long as it is an optical system that can do so. (Embodiment 1) In the basic configuration described above, two types of laser light having different wavelengths were used, but in the present embodiment, laser light of the same wavelength can be used. That is, by utilizing the polarization direction of the laser light, each light receiving element 2
Light incident on a and 2b is separated. Therefore, as shown in FIG. 8, the basic configuration is shown in FIG.
Similar to the example , the light splitter 5 is different in that a polarization beam splitter 5f that splits light according to the polarization direction is used. Further, in the present embodiment, the wavelengths of the two types of laser light are the same, so that the denominator D of the equation for obtaining the optical path difference L and the change amount δL of the optical path difference shown in the equations (3) and (4) should not be 0. The change widths Δλ 1 and Δλ 2 of the wavelength when the wavelength of the laser light is swept are different for each laser light source 1a and 1b. The polarization directions of the laser light sources 1a and 1b are set so that they can be finally separated by the polarization beam splitter 5f. Further, in this embodiment, it is necessary to use an optical element such as a polarization-preserving fiber so that the polarization direction is preserved.
【００２８】上記構成によって、各レーザ光源１ａ，１
ｂから送出されたレーザ光は各偏光方向ごとに干渉する
のであって、干渉後に偏光ビームスプリッタ５ｆによっ
て分離することができるのである。他の構成は図４に示
した例と同様である。（実施例２）
本実施例では、図９に示すように、実施例１の構成にお
ける偏光ビームスプリッタ５ｆに代えて、通常のビーム
スプリッタ５ｅと偏光フィルタ５ｇ，５ｈとによって偏
光方向ごとに受光素子２ａ，２ｂへの入射光を分離して
いる。すなわち、ビームスプリッタ５ｅによって光を２
方向に分離した後に、偏光フィルタ５ｇ，５ｈによって
対応する光のみを選択的に透過させるのである。他の構
成は実施例１と同様である。With the above configuration, each laser light source 1a, 1
The laser beam sent from b interferes with each polarization direction, and can be separated by the polarization beam splitter 5f after the interference. Another configuration is shown in FIG.
It is similar to the example . (Embodiment 2) In the present embodiment, as shown in FIG. 9, instead of the polarization beam splitter 5f in the configuration of Embodiment 1 , a normal beam splitter 5e and polarization filters 5g and 5h are used for each light receiving element for each polarization direction. The incident light on 2a and 2b is separated. That is, the beam splitter 5e converts the light into 2
After being separated in the directions, only the corresponding light is selectively transmitted by the polarization filters 5g and 5h. Other configurations are similar to those of the first embodiment .
【００２９】（実施例３）
本実施例は、各レーザ光源１ａ，１ｂから送出するレー
ザ光の波長を掃引する際に、変化方向を逆方向に設定し
たものである。すなわち、レーザ光の一方は時間経過と
ともに波長が増大し、他方は波長が減少するように設定
するのである。このような設定をした場合の（３）、
（４）式で示した光路差Ｌおよび光路差の変化分δＬの
数式における分母Ｄ（＝２π（λ２ Δλ１ −λ１
Δλ２ ））について考察すると、波長λ１ ，λ２
は正の値であり波長の変化幅Δλ１，Δλ２ は異符号
であるから、分母が０になることがなく、しかも波長を
同方向に掃引した場合に比較して分母の絶対値が大きく
なる。分母が大きくなれば、位相差Δφ１ ，Δφ２
に含まれる測定誤差を大きな値で除算することになり、
結果的に誤差分を減少させて測定精度を向上させること
になる。ここに、各レーザ光源１ａ，１ｂから送出され
るレーザ光の波長は同じでも異なっていてもよい。ま
た、本実施例における光学系については、基本構成に示
したいずれのものでも採用することができる。 (Embodiment 3) In this embodiment, when sweeping the wavelength of the laser light emitted from each of the laser light sources 1a and 1b, the changing direction is set to the opposite direction. That is, the wavelength of one of the laser beams is set to increase with the passage of time, and the wavelength of the other is set to decrease. (3) when such a setting is made,
The denominator D (= 2π (λ 2 Δλ 1 −λ 1 in the equation of the optical path difference L and the change amount δL of the optical path difference shown in the equation (4).
Considering Δλ 2 )), wavelengths λ 1 , λ 2
Is a positive value, and the wavelength change widths Δλ 1 and Δλ 2 have different signs, so the denominator does not become 0, and the absolute value of the denominator is larger than when the wavelength is swept in the same direction. Become. If the denominator becomes large, the phase difference Δφ 1 , Δφ 2
The measurement error included in will be divided by a large value,
As a result, the error amount is reduced and the measurement accuracy is improved. Here, the wavelengths of the laser light emitted from the laser light sources 1a and 1b may be the same or different. In addition, the optical system in this embodiment is shown in the basic configuration.
Any of the above can be adopted.
【００３０】本実施例の構成について、各レーザ光源１
ａ，１ｂから送出されるレーザ光の波長を、λ1 ＝７８
７．１８ｎｍ、λ2 ＝８３５．５５ｎｍ、波長の変化分
をΔλ1 ＝０．１０５１ｎｍ、Δλ2 ＝−０．１３６７
ｎｍとし、また被測定物体Ｓを振幅０．９μｍ、周波数
１００Ｈｚで正弦波状に振動させた場合について、結果
を図１０に示す。図１０において白抜きの三角形および
正方形で表した計測値は従来構成によるものであり、黒
塗りの菱形で表した計測値は本実施例によるものであ
る。この図より明らかなように、本実施例の構成では波
長変化途中の被測定物体Ｓまでの光路差の変化による誤
差が大幅に低減されるのである。Regarding the constitution of this embodiment, each laser light source 1
The wavelength of the laser light transmitted from a and 1b is λ 1 = 78
7.18 nm, λ 2 = 835.55 nm, change in wavelength is Δλ 1 = 0.1051 nm, Δλ 2 = −0.1367
FIG. 10 shows the result when the object S to be measured was oscillated in a sine wave with an amplitude of 0.9 μm and a frequency of 100 Hz. In FIG. 10, the measured values represented by white triangles and squares are based on the conventional configuration, and the measured values represented by black diamonds are according to the present embodiment. As is apparent from this figure, in the configuration of the present embodiment, the error due to the change in the optical path difference to the object S to be measured during the wavelength change is greatly reduced.
【００３１】[0031]
【発明の効果】各請求項の発明は、同じ被測定物体に対
して２種類のレーザ光を用いてそれぞれ物体光と参照光
との位相差を求め、２つの位相差に基づいて物体光と参
照光との光路差を求めるのであって、波長を変化させる
途中で光路差に変化が生じた場合でも光路差の変化分に
よる誤差を除去して精度よく光路差を求めることができ
るという効果を奏する。すなわち、被測定物体までの距
離の測定誤差を低減できるのである。しかも、波長をオ
ープン制御で変化させることができるから、フィードバ
ックループなどのループ系を含む構成に比較して被測定
物体までの距離を高速に演算することが可能になるとい
う共通の利点がある。According to the invention of each claim , the phase difference between the object light and the reference light is obtained by using two kinds of laser light for the same object to be measured, and the object light is detected based on the two phase differences. Since the optical path difference from the reference light is obtained, even if the optical path difference changes during the wavelength change, the effect of being able to accurately obtain the optical path difference by removing the error due to the change in the optical path difference is provided. Play. That is, the measurement error of the distance to the measured object can be reduced. Moreover, since the wavelength can be changed by open control, there is a common advantage that the distance to the object to be measured can be calculated at a high speed as compared with a configuration including a loop system such as a feedback loop.
【００３２】請求項１の発明は、レーザ光の波長は同波
長とし、偏光方向を利用して２種類のレーザ光を分離す
るので、光学素子の入手が容易であって比較的安価に提
供できるとともに、光学系に用いる光学素子とくにレン
ズの波長に依存した収差の影響を回避することができ測
定精度が向上するという効果がある。According to the first aspect of the invention, the wavelengths of the laser beams are the same, and the two types of laser beams are separated by utilizing the polarization direction. Therefore, the optical element can be easily obtained and can be provided at a relatively low cost. At the same time, it is possible to avoid the influence of the aberration that depends on the wavelength of the optical element used in the optical system, especially the lens, and it is possible to improve the measurement accuracy.
【００３３】請求項２の発明は、２種のレーザ光の波長
の変化方向を逆方向としているので、同方向に変化させ
た場合よりも誤差分を一層小さくすることが可能になる
という利点がある。請求項３および請求項４の発明は、
望ましい実施態様であり、誤差分の少ない高精度の測定
が可能になるという利点がある。 In the invention of claim 2 , since the changing directions of the wavelengths of the two kinds of laser light are opposite directions, there is an advantage that the error can be further reduced as compared with the case of changing in the same direction. is there. The inventions of claims 3 and 4 are
Ri preferred embodiment der advantage that it is possible to erroneous difference less accurate measurements there Ru.
【図１】基本構成を示す概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a basic configuration.
【図２】基本構成でのレーザ光の波長変化の例を示す動
作説明図である。FIG. 2 is an operation explanatory diagram showing an example of a wavelength change of laser light in the basic configuration.
【図３】基本構成でのビート信号の例を示す動作説明図
である。FIG. 3 is an operation explanatory diagram showing an example of a beat signal in the basic configuration.
【図４】基本構成を示す概略構成図である。FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing a basic configuration .
【図５】基本構成を示す概略構成図である。FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a basic configuration .
【図６】基本構成を示す概略構成図である。FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a basic configuration .
【図７】基本構成を示す概略構成図である。FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing a basic configuration .
【図８】実施例１を示す概略構成図である。FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment .
【図９】実施例２を示す概略構成図である。FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing a second embodiment .
【図１０】実施例３による測定結果を示す動作説明図で
ある。FIG. 10 is an operation explanatory diagram showing measurement results according to the third embodiment .
【図１１】従来例を示す概略構成図である。FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing a conventional example.
【図１２】従来例でのレーザ光の波長変化の例を示す動
作説明図である。FIG. 12 is an operation explanatory diagram showing an example of a wavelength change of laser light in a conventional example.
【図１３】従来例でのビート信号の例を示す動作説明図
である。FIG. 13 is an operation explanatory diagram showing an example of a beat signal in a conventional example.
１ａ レーザ光源 １ｂ レーザ光源 ２ａ 受光素子 ２ｂ 受光素子 ３ 光混合器 ４ 光分配混合器 ５ 光分配器 ６ 参照鏡 １１ 発振器 １２ レーザドライバ ２１ 増幅回路 ２３ 位相計測器 ２４ 演算処理部 Ｓ 被測定物体 1a Laser light source 1b Laser light source 2a Light receiving element 2b Light receiving element 3 Optical mixer 4 Optical distribution mixer 5 Optical distributor 6 Reference mirror 11 oscillator 12 Laser driver 21 Amplification circuit 23 Phase measuring instrument 24 Arithmetic processing unit S Object to be measured
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−201829（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01B 9/02 G01B 11/10 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-6-201829 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G01B 9/02 G01B 11/10
Claims (4)
出する一対のレーザ光源と、各レーザ光源から送出され
るレーザ光の波長をそれぞれ変化させる波長制御手段
と、両レーザ光源から送出されたレーザ光が同じ光路を
通るように光路を合わせる光混合器と、光混合器を通過
して一つの光路上を伝達される２種のレーザ光をそれぞ
れ物体光と参照光とに分離するとともに物体光の被測定
物体での後方散乱光と規定の光路を通過した参照光とを
干渉させる光分配混合器と、光分配混合器での干渉強度
の変化を各レーザ光ごとに分離する光分配器と、光分配
器により分離された各レーザ光ごとの干渉強度の変化に
基づいて各レーザ光ごとに物体光の参照光に対する位相
差を求めるとともに、両位相差に基づいて被測定物体ま
での距離を演算する演算処理部とを備え、各レーザ光源
は同波長で偏光方向の異なるレーザ光を送出し、光分配
器は入射光を偏光方向に応じて分離して出射することを
特徴とすることを特徴とする干渉測長器。1. A pair of laser light sources which respectively emit laser beams which can be separated from each other, a wavelength control means which respectively changes the wavelengths of the laser beams emitted from the respective laser light sources, and laser beams which are emitted from both laser light sources. And the two types of laser light that pass through the optical mixer and are transmitted on one optical path are separated into an object light and a reference light, respectively. An optical distribution mixer that interferes with the backscattered light at the measured object and the reference light that has passed through the specified optical path, and an optical distributor that separates the change in the interference intensity at the optical distribution mixer for each laser light, The phase difference of the object beam with respect to the reference beam is calculated for each laser beam based on the change in the interference intensity of each laser beam separated by the optical distributor, and the distance to the measured object is calculated based on the phase difference. Performance Each laser light source with an arithmetic processing unit
Sends out laser light with the same wavelength but different polarization directions,
The interferometer is characterized in that the instrument separates incident light according to the polarization direction and emits it.
出する一対のレーザ光源と、各レーザ光源から送出され
るレーザ光の波長をそれぞれ変化させる波長制御手段
と、両レーザ光源から送出されたレーザ光が同じ光路を
通るように光路を合わせる光混合器と、光混合器を通過
して一つの光路上を伝達される２種のレーザ光をそれぞ
れ物体光と参照光とに分離するとともに物体光の被測定
物体での後方散乱光と規定の光路を通過した参照光とを
干渉させる光分配混合器と、光分配混合器での干渉強度
の変化を各レーザ光ごとに分離する光分配器と、光分配
器により分離された各レーザ光ごとの干渉強度の変化に
基づいて各レーザ光ごとに物体光の参照光に対する位相
差を求めるとともに、両位相差に基づいて被測定物体ま
での距離を演算する演算処理部とを備え、波長制御手段
は各レーザ光源から送出されるレーザ光の波長の変化方
向を逆方向に設定することを特徴とする干渉測長器。2. Laser beams that can be separated from each other are transmitted.
And a pair of laser light sources that emit
Wavelength control means for changing the wavelength of each laser light
And the laser light emitted from both laser light sources have the same optical path.
Pass the light mixer that aligns the optical path so that it passes through and the light mixer
And two kinds of laser light transmitted on one optical path
The object light and the reference light and measure the object light
The backscattered light at the object and the reference light that has passed through the specified optical path
Light distribution mixer that causes interference and interference intensity at the light distribution mixer
Light splitter that separates changes in
To change the interference intensity of each laser beam separated by
Based on the phase of the object light with respect to the reference light for each laser light
The difference is calculated and the measured object is measured based on the phase difference.
And a wavelength processing means for calculating the distance at
Is how the wavelength of the laser light emitted from each laser source changes
An interferometer, which is characterized by setting the direction to the opposite direction .
出する一対のレーザ光源と、各レーザ光源から送出され
るレーザ光の波長をそれぞれ変化させる波長制御手段
と、両レーザ光源から送出されたレーザ光が同じ光路を
通るように光路を合わせる光混合器と、光混合器を通過
して一つの光路上を伝達される２種のレ ーザ光をそれぞ
れ物体光と参照光とに分離するとともに物体光の被測定
物体での後方散乱光と規定の光路を通過した参照光とを
干渉させる光分配混合器と、光分配混合器での干渉強度
の変化を各レーザ光ごとに分離する光分配器と、光分配
器により分離された各レーザ光ごとの干渉強度の変化に
基づいて各レーザ光ごとに物体光の参照光に対する位相
差を求めるとともに、両位相差に基づいて被測定物体ま
での距離を演算する演算処理部とを備え、各レーザ光源
は互いに波長の異なるレーザ光を送出し、波長制御手段
は各レーザ光源から送出されるレーザ光の波長の変化方
向を逆方向に設定し、光分配器は入射光を波長ごとに分
離して出射することを特徴とする干渉測長器。3. Laser beams that can be separated from each other are transmitted.
And a pair of laser light sources that emit
Wavelength control means for changing the wavelength of each laser light
And the laser light emitted from both laser light sources have the same optical path.
Pass the light mixer that aligns the optical path so that it passes through and the light mixer
It two in Les laser light that is transmitted to one of the optical path to
The object light and the reference light and measure the object light
The backscattered light at the object and the reference light that has passed through the specified optical path
Light distribution mixer that causes interference and interference intensity at the light distribution mixer
Light splitter that separates changes in
To change the interference intensity of each laser beam separated by
Based on the phase of the object light with respect to the reference light for each laser light
The difference is calculated and the measured object is measured based on the phase difference.
Each laser light source is equipped with an arithmetic processing unit that calculates the distance at
Sends out laser lights having different wavelengths from each other, and wavelength control means
Is how the wavelength of the laser light emitted from each laser source changes
The direction is set to the opposite direction, and the optical distributor divides the incident light into wavelengths.
An interferometric length-measuring device , which emits light separately .
出する一対のレーザ光源と、各レーザ光源から送出され
るレーザ光の波長をそれぞれ変化させる波長制御手段
と、両レーザ光源から送出されたレーザ光が同じ光路を
通るように光路を合わせる光混合器と、光混合器を通過
して一つの光路上を伝達される２種のレーザ光をそれぞ
れ物体光と参照光とに分離するとともに物体光の被測定
物体での後方散乱光と規定の光路を通過した参照光とを
干渉させる光分配混合器と、光分配混合器での干渉強度
の変化を各レーザ光ごとに分離する光分配器と、光分配
器により分離された各レーザ光ごとの干渉強度の変化に
基づいて各レーザ光ごとに物体光の参照光に対する位相
差を求めるとともに、両位相差に基づいて被測定物体ま
での距離を演算する演算処理部とを備え、各レーザ光源
は同波長で偏光方向の異なるレーザ光を送出し、波長制
御手段は各レーザ光源から送出されるレーザ光の波長の
変化方向を逆方向に設定し、光分配器は入射光を偏光方
向に応じて分離して出射することを特徴とする干渉測長
器。4. Laser beams that can be separated from each other are transmitted.
And a pair of laser light sources that emit
Wavelength control means for changing the wavelength of each laser light
And the laser light emitted from both laser light sources have the same optical path.
Pass the light mixer that aligns the optical path so that it passes through and the light mixer
And two kinds of laser light transmitted on one optical path
The object light and the reference light and measure the object light
The backscattered light at the object and the reference light that has passed through the specified optical path
Light distribution mixer that causes interference and interference intensity at the light distribution mixer
Light splitter that separates changes in
To change the interference intensity of each laser beam separated by
Based on the phase of the object light with respect to the reference light for each laser light
The difference is calculated and the measured object is measured based on the phase difference.
Each laser light source is equipped with an arithmetic processing unit that calculates the distance at
Sends laser light with the same wavelength but different polarization directions,
The control means controls the wavelength of the laser light emitted from each laser light source.
The change direction is set to the opposite direction, and the light distributor
An interferometer, which separates and emits light according to the direction .
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| JP26741193A JP3400503B2 (en) | 1993-10-26 | 1993-10-26 | Interferometer |
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Family Applications (1)
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| JP26741193A Expired - Fee Related JP3400503B2 (en) | 1993-10-26 | 1993-10-26 | Interferometer |
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