JPH0454407A - 光学式変位計 - Google Patents
光学式変位計Info
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- JPH0454407A JPH0454407A JP2164012A JP16401290A JPH0454407A JP H0454407 A JPH0454407 A JP H0454407A JP 2164012 A JP2164012 A JP 2164012A JP 16401290 A JP16401290 A JP 16401290A JP H0454407 A JPH0454407 A JP H0454407A
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 13
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 13
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 9
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 21
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- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 9
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 8
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- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
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- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔概 要〕
本発明は、光の干渉現象を利用した光学式変位計におい
て、装置の複雑化、大型化、大重量化を招くことなく、
光源の温度変化に対する測定精度の安定化を実現するた
め、光源の温度を検出し、この温度情報から光源の出力
光の波長を求め、この波長を用いて変位を算出すること
で、光源の温度が変化しても、従来のような温度制御素
子（ヒータやペルチェ素子等）を使用することなく、変
位測定の精度を安定化できるようにしたものである。
て、装置の複雑化、大型化、大重量化を招くことなく、
光源の温度変化に対する測定精度の安定化を実現するた
め、光源の温度を検出し、この温度情報から光源の出力
光の波長を求め、この波長を用いて変位を算出すること
で、光源の温度が変化しても、従来のような温度制御素
子（ヒータやペルチェ素子等）を使用することなく、変
位測定の精度を安定化できるようにしたものである。
本発明は、光の干渉現象を利用して被検面の変位を測定
する光学式変位計に関する。
する光学式変位計に関する。
この種の光学式変位計は、例えば精密ステージ等のよう
に比較的微小な変位を計測する必要のある分野に利用可
能である。
に比較的微小な変位を計測する必要のある分野に利用可
能である。
第３図に、フィゾー型干渉針を用いた従来の光学式変位
計の構成を示す。
計の構成を示す。
同図に示すように、半導体レーザ１から出射されたレー
ザ光はハーフミラ−３を透過し、その−部が参照面Ｓ、
で反射され、他の一部が参照面ｓｌを透過して被検面Ｓ
２で反射される。このようにして参照面Ｓ１と被検面Ｓ
２で反射されたそれぞれのレーザ光は、ハーフミラ−３
で反射され同一経路をたどって干渉し、その干渉信号が
光検出器４で検出される。光検出器４の出力は、干渉信
号の強弱に応じ、被検面Ｓ２がλ／２（λは半導体レー
ザの発振波長）だけ変位する毎に１周期変化することか
ら、例えば光検出器４の出力の周期数をカウントし、こ
のカウント数をλ／２に乗すること等により、被検面Ｓ
２の変位ｌを測定することができる。
ザ光はハーフミラ−３を透過し、その−部が参照面Ｓ、
で反射され、他の一部が参照面ｓｌを透過して被検面Ｓ
２で反射される。このようにして参照面Ｓ１と被検面Ｓ
２で反射されたそれぞれのレーザ光は、ハーフミラ−３
で反射され同一経路をたどって干渉し、その干渉信号が
光検出器４で検出される。光検出器４の出力は、干渉信
号の強弱に応じ、被検面Ｓ２がλ／２（λは半導体レー
ザの発振波長）だけ変位する毎に１周期変化することか
ら、例えば光検出器４の出力の周期数をカウントし、こ
のカウント数をλ／２に乗すること等により、被検面Ｓ
２の変位ｌを測定することができる。
このように、被検面の変位ｌを測定するためには、レー
ザ光の波長λが基準となる。ところが、半導体レーザ１
に温度変化が生じると、それに伴って発振波長λも変化
する。λが変化すると、その変化分が測定誤差となって
しまう。そこで、従来から、半導体レーザ１の温度が常
に一定となるようにフィードバック制御を行うことで、
測定精度の安定化を図っている。すなわち、半導体レー
ザ１の温度をサーミスタ等の温度検出器５で検出し、こ
の検出信号に基づき温度制御回路６でベルチェ素子７（
或いはヒータ）を駆動することにより、半導体レーザ１
の温度を一定に制御しようとするものである。
ザ光の波長λが基準となる。ところが、半導体レーザ１
に温度変化が生じると、それに伴って発振波長λも変化
する。λが変化すると、その変化分が測定誤差となって
しまう。そこで、従来から、半導体レーザ１の温度が常
に一定となるようにフィードバック制御を行うことで、
測定精度の安定化を図っている。すなわち、半導体レー
ザ１の温度をサーミスタ等の温度検出器５で検出し、こ
の検出信号に基づき温度制御回路６でベルチェ素子７（
或いはヒータ）を駆動することにより、半導体レーザ１
の温度を一定に制御しようとするものである。
〔発明が解決しようとする課題］
上記従来の光学式変位計では、半導体レーザ１の温度変
化に対し測定精度を安定に保つために、半導体レーザ１
の温度制御を実施しているが、そのためには、上述した
ようにベルチェ素子やヒータ等の温度制御素子および温
度制御回路が必要となり、どうしても装置が複雑化、大
型化、大重量化するという問題があった。
化に対し測定精度を安定に保つために、半導体レーザ１
の温度制御を実施しているが、そのためには、上述した
ようにベルチェ素子やヒータ等の温度制御素子および温
度制御回路が必要となり、どうしても装置が複雑化、大
型化、大重量化するという問題があった。
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、装置の複雑化、大
型化、大重量化等を招くことなく、光源の温度変化に対
する測定精度の安定化を実現することのできる光学式変
位計を提供することを目的とする。
型化、大重量化等を招くことなく、光源の温度変化に対
する測定精度の安定化を実現することのできる光学式変
位計を提供することを目的とする。
本発明の光学式変位針は、可干渉性および単一波長を有
するレーザ光源のような光源と、該光源から出力された
可干渉光を被検面と参照面とにそれぞれ入射させ、その
反射光を波面合成して干渉光を得る干渉手段と、該干渉
手段で得られる干渉光の光強度を検出する光検出器と、
前記光源の温度を検出する温度検出器と、該温度検出器
の出力信号に基づき、前記光源から出力される可干渉光
の波長λを算出する波長算出手段と、該波長算出手段で
得られた波長λと、前記光検出器の出力信号とに基づき
前記被検面の変位を測定する変位測定手段とを備えたこ
とを特徴とするものである。
するレーザ光源のような光源と、該光源から出力された
可干渉光を被検面と参照面とにそれぞれ入射させ、その
反射光を波面合成して干渉光を得る干渉手段と、該干渉
手段で得られる干渉光の光強度を検出する光検出器と、
前記光源の温度を検出する温度検出器と、該温度検出器
の出力信号に基づき、前記光源から出力される可干渉光
の波長λを算出する波長算出手段と、該波長算出手段で
得られた波長λと、前記光検出器の出力信号とに基づき
前記被検面の変位を測定する変位測定手段とを備えたこ
とを特徴とするものである。
レーザ光源等の光源は、その温度変化に伴って発振波長
λが変化する特性を有しており、この特性は予め知るこ
とができる。よって、光源の温度を温度検出器で検出す
れば、その検出された温度に基づき、容易に光源の波長
λを算出することができる。
λが変化する特性を有しており、この特性は予め知るこ
とができる。よって、光源の温度を温度検出器で検出す
れば、その検出された温度に基づき、容易に光源の波長
λを算出することができる。
そこで、干渉光を光検出器で検出して得られる信号に基
づいて変位を算出する際、その基準となる波長として、
波長算出手段で算出された波長λを使用することで、温
度変化に伴う測定誤差をなくし、測定精度の安定化を図
ることができる。
づいて変位を算出する際、その基準となる波長として、
波長算出手段で算出された波長λを使用することで、温
度変化に伴う測定誤差をなくし、測定精度の安定化を図
ることができる。
このように、本発明は、光源の温度から実際の波長を算
出し、この波長に基づいて変位計算を行うようにするも
のであるため、従来のように光源の温度を一定に制御す
る必要がなくなる。従って、ヒータやベルチェ素子等の
温度制御素子および温度制御回路が不要となり、装置の
複雑化、大型化、大重量化が避けられる。
出し、この波長に基づいて変位計算を行うようにするも
のであるため、従来のように光源の温度を一定に制御す
る必要がなくなる。従って、ヒータやベルチェ素子等の
温度制御素子および温度制御回路が不要となり、装置の
複雑化、大型化、大重量化が避けられる。
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説
明する。
明する。
第１図は、本発明の一実施例の構成図である。
本実施例はフィゾー型干渉計を用いて構成したものであ
り、光学系の構成は第３図に示した従来のものと同じで
ある。
り、光学系の構成は第３図に示した従来のものと同じで
ある。
同図に示すように、半導体レーザ１がレーザドライバ２
によって駆動されることにより、半導体レーザ１からは
レーザ光が出射される。このレーザ光はハーフミラ−３
を透過し、その一部が参照面Ｓ１で反射され、他の一部
が参照面Ｓ１を透過して被検面Ｓ２で反射される。この
ようにして参照面Ｓ１と被検面Ｓ２で反射されたそれぞ
れのレーザ光は、ハーフミラ−３で反射され同一経路を
たどって干渉する。その干渉信号を光検出器４で検出し
、その検出信号をマイクロコンピュータ等の処理回路８
へ与える。
によって駆動されることにより、半導体レーザ１からは
レーザ光が出射される。このレーザ光はハーフミラ−３
を透過し、その一部が参照面Ｓ１で反射され、他の一部
が参照面Ｓ１を透過して被検面Ｓ２で反射される。この
ようにして参照面Ｓ１と被検面Ｓ２で反射されたそれぞ
れのレーザ光は、ハーフミラ−３で反射され同一経路を
たどって干渉する。その干渉信号を光検出器４で検出し
、その検出信号をマイクロコンピュータ等の処理回路８
へ与える。
一方、半導体レーザ１のパッケージの温度をサーミスタ
等の温度検出器９で検出し、その検出信号を処理回路８
へ与える。
等の温度検出器９で検出し、その検出信号を処理回路８
へ与える。
処理回路８は、温度検出器９の検出信号から半導体レー
ザ１の発振波長λを算出する波長算出手段と、この算出
された波長λおよび光検出器４の検出信号に基づき被検
面Ｓ２の変位！を測定する変位測定手段とを含んでいる
。以下に、その具体的な処理を説明する。
ザ１の発振波長λを算出する波長算出手段と、この算出
された波長λおよび光検出器４の検出信号に基づき被検
面Ｓ２の変位！を測定する変位測定手段とを含んでいる
。以下に、その具体的な処理を説明する。
すなわち、一般に、半導体レーザは、その発振波長がパ
ッケージ温度により変化する特性を有し、例えば第２図
に示すように温度上昇に伴い発振波長λが０．２６ｎｍ
／’Ｃで長波長側に移動する。このような特性は予め知
ることができるので、半導体レーザの温度を検出するだ
けで、その時の発振波長を算出することができる。そこ
で処理回路８では、まず、半導体レーザ１の温度−波長
特性に基づき、温度検出器９の検出信号から発振波長λ
を算出する。
ッケージ温度により変化する特性を有し、例えば第２図
に示すように温度上昇に伴い発振波長λが０．２６ｎｍ
／’Ｃで長波長側に移動する。このような特性は予め知
ることができるので、半導体レーザの温度を検出するだ
けで、その時の発振波長を算出することができる。そこ
で処理回路８では、まず、半導体レーザ１の温度−波長
特性に基づき、温度検出器９の検出信号から発振波長λ
を算出する。
また、光検出器４の出力は、干渉信号の強弱に応じ、被
検面Ｓ２がλ／２変位する毎に１周期変化する。このこ
とから、例えば、光検出器４の出力の周期数ｎをカウン
トし、このカウント数をλ／２に乗すること等により、
被検面Ｓ２の変位！を測定することができる。すなわち
変位ｌは、ｊ２＝ｎ×λ／２の計算を実行すること等に
より、得ることができる。そこで処理回路８では、この
ような計算を実行し、その際に必要なλとして、上記の
ように温度検出器９の検出信号から算出したλを用いる
。例えば、２５°Ｃにおける発振波長λ。が７８０ｎｍ
であって、第２図に示した温度−波長特性（０，２６ｎ
ｍ／”Ｃ）を持つ半導体レーザを用いた場合、パッケー
ジ温度４０°Ｃでは、発振波長λ＝λ。＋０．２６［ｎ
ｍ／ ”Ｃ） Ｘ（４０（”Ｃ） −２５〔”Ｃ） ）
＝７８３．９ｎＩｍとなるので、この波長λを変位計
算に用いる。このようにして得られた計算結果は、表示
器１０に表示する。
検面Ｓ２がλ／２変位する毎に１周期変化する。このこ
とから、例えば、光検出器４の出力の周期数ｎをカウン
トし、このカウント数をλ／２に乗すること等により、
被検面Ｓ２の変位！を測定することができる。すなわち
変位ｌは、ｊ２＝ｎ×λ／２の計算を実行すること等に
より、得ることができる。そこで処理回路８では、この
ような計算を実行し、その際に必要なλとして、上記の
ように温度検出器９の検出信号から算出したλを用いる
。例えば、２５°Ｃにおける発振波長λ。が７８０ｎｍ
であって、第２図に示した温度−波長特性（０，２６ｎ
ｍ／”Ｃ）を持つ半導体レーザを用いた場合、パッケー
ジ温度４０°Ｃでは、発振波長λ＝λ。＋０．２６［ｎ
ｍ／ ”Ｃ） Ｘ（４０（”Ｃ） −２５〔”Ｃ） ）
＝７８３．９ｎＩｍとなるので、この波長λを変位計
算に用いる。このようにして得られた計算結果は、表示
器１０に表示する。
従って、本実施例によれば、半導体レーザ１の温度から
実際の発振波長λを算出し、この波長λを用いて変位計
算を行うようにするものであるため、すなわち温度変化
の影響を計算により補正するものであるため、従来のよ
うなヒータやベルチェ素子等の温度制御素子が不要とな
り、装置の小型化および軽量化を実現することができる
。しかも、温度制御を必要としないことから、温度制御
回路が不要になり、よって構成の単純化をも実現するこ
とができる。
実際の発振波長λを算出し、この波長λを用いて変位計
算を行うようにするものであるため、すなわち温度変化
の影響を計算により補正するものであるため、従来のよ
うなヒータやベルチェ素子等の温度制御素子が不要とな
り、装置の小型化および軽量化を実現することができる
。しかも、温度制御を必要としないことから、温度制御
回路が不要になり、よって構成の単純化をも実現するこ
とができる。
なお、本発明では、可干渉性を有する光源として、半導
体レーザ以外の各種レーザ光源を採用することも可能で
ある。
体レーザ以外の各種レーザ光源を採用することも可能で
ある。
また、本発明で使用する干渉計としては、フィゾー型干
渉計に限らず、マイケルソン型干渉計等の他の干渉計で
あってもよい。また、上記実施例で用いた光学系は基本
的な構成であって、更にその他の光学素子を追加、交換
することも可能である。
渉計に限らず、マイケルソン型干渉計等の他の干渉計で
あってもよい。また、上記実施例で用いた光学系は基本
的な構成であって、更にその他の光学素子を追加、交換
することも可能である。
更に、上記実施例では、変位計算の一例として干渉信号
の周期数ｎにλ／２を乗する方法を示したが、これはあ
くまでも−例であって、少なくとも干渉信号と波長λに
基づいて変位を計算するものであれば、その他の方法を
用いてもよい。
の周期数ｎにλ／２を乗する方法を示したが、これはあ
くまでも−例であって、少なくとも干渉信号と波長λに
基づいて変位を計算するものであれば、その他の方法を
用いてもよい。
本発明によれば、温度変化の影響を計算により補正する
ようしたので、従来のように光源の温度を一定に制御す
る必要がなくなり、よって、従来必要であったヒータや
ベルチェ素子等の温度制御素子および温度制御回路が不
要となり、装置の単純化、小型化、軽量化を実現するこ
とができる。
ようしたので、従来のように光源の温度を一定に制御す
る必要がなくなり、よって、従来必要であったヒータや
ベルチェ素子等の温度制御素子および温度制御回路が不
要となり、装置の単純化、小型化、軽量化を実現するこ
とができる。
第１図は本発明の一実施例の構成図、
第２図は半導体レーザの温度−発振波長特性の一例を示
す図、 第３図は半導体レーザの温度制御を可能にした従来の光
学式変位針の構成図である。 １・・・半導体レーザ、 ２・・・レーザドライバ、 ３・・・ハーフミラ− ４・・・光検出器、 ８・・・処理回路、 ９・・・温度検出器、 １０・・・表示器、 Ｓｌ ・・・参照面、 Ｓｌ ・・・被検面。
す図、 第３図は半導体レーザの温度制御を可能にした従来の光
学式変位針の構成図である。 １・・・半導体レーザ、 ２・・・レーザドライバ、 ３・・・ハーフミラ− ４・・・光検出器、 ８・・・処理回路、 ９・・・温度検出器、 １０・・・表示器、 Ｓｌ ・・・参照面、 Ｓｌ ・・・被検面。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 可干渉性および単一波長を有する光源と、 該光源から出力された可干渉光を被検面と参照面とにそ
れぞれ入射させ、その反射光を波面合成して干渉光を得
る干渉手段と、 該干渉手段で得られる干渉光の光強度を検出する光検出
器と、 前記光源の温度を検出する温度検出器と、 該温度検出器の出力信号に基づき、前記光源から出力さ
れる可干渉光の波長を算出する波長算出手段と、 該波長算出手段で得られた波長と、前記光検出器の出力
信号とに基づき前記被検面の変位を測定する変位測定手
段とを備えたことを特徴とする光学式変位計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2164012A JPH0454407A (ja) | 1990-06-25 | 1990-06-25 | 光学式変位計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2164012A JPH0454407A (ja) | 1990-06-25 | 1990-06-25 | 光学式変位計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0454407A true JPH0454407A (ja) | 1992-02-21 |
Family
ID=15785100
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2164012A Pending JPH0454407A (ja) | 1990-06-25 | 1990-06-25 | 光学式変位計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0454407A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014196999A (ja) * | 2013-03-06 | 2014-10-16 | 株式会社東京精密 | ２色干渉計測装置 |
| WO2016084239A1 (ja) * | 2014-11-28 | 2016-06-02 | 株式会社東京精密 | ２色干渉計測装置 |
-
1990
- 1990-06-25 JP JP2164012A patent/JPH0454407A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014196999A (ja) * | 2013-03-06 | 2014-10-16 | 株式会社東京精密 | ２色干渉計測装置 |
| WO2016084239A1 (ja) * | 2014-11-28 | 2016-06-02 | 株式会社東京精密 | ２色干渉計測装置 |
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