JPH06323810A - マルチプローブ変位測定装置 - Google Patents
マルチプローブ変位測定装置Info
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- JPH06323810A JPH06323810A JP5112767A JP11276793A JPH06323810A JP H06323810 A JPH06323810 A JP H06323810A JP 5112767 A JP5112767 A JP 5112767A JP 11276793 A JP11276793 A JP 11276793A JP H06323810 A JPH06323810 A JP H06323810A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】１台の装置で同時に２つの測定面の変位を測定
することができるとともに、２台の装置に比べて大幅に
コストダウン等を図ることができるマルチプローブ変位
測定装置を提供することを目的とする。 【構成】半導体レーザ１２の発振周波数を三角波変調電
流によって連続変調し、半導体レーザ１２から発振され
たレーザ光を光スイッチ２６を介して交互にプローブ２
７Ａと２７Ｂとに振り分ける。そして、プローブ２７Ａ
及び２７Ｂから光スイッチ２６を介して戻ってくる干渉
光をホトダイオード３０で電気信号に変換し、この電気
信号をマルチプレクサ３２を介してプローブ２７Ａ側の
干渉信号と、プローブ２７Ｂ側の干渉信号に分けて処理
する。即ち、各干渉信号からバンドパスフィルタ３４Ａ
及び３４Ｂによって所定周波数成分を取り出し、その取
り出した信号波形に基づいて生成したパルス信号と、レ
ーザ光の変調周期の基づいて生成したパルス信号との周
波数の差をアップダウンカウンタ４４Ａ及び４４Ｂで積
算し、その積算値から測定対象２８Ａ及び２８Ｂの移動
量を測定する。
することができるとともに、２台の装置に比べて大幅に
コストダウン等を図ることができるマルチプローブ変位
測定装置を提供することを目的とする。 【構成】半導体レーザ１２の発振周波数を三角波変調電
流によって連続変調し、半導体レーザ１２から発振され
たレーザ光を光スイッチ２６を介して交互にプローブ２
７Ａと２７Ｂとに振り分ける。そして、プローブ２７Ａ
及び２７Ｂから光スイッチ２６を介して戻ってくる干渉
光をホトダイオード３０で電気信号に変換し、この電気
信号をマルチプレクサ３２を介してプローブ２７Ａ側の
干渉信号と、プローブ２７Ｂ側の干渉信号に分けて処理
する。即ち、各干渉信号からバンドパスフィルタ３４Ａ
及び３４Ｂによって所定周波数成分を取り出し、その取
り出した信号波形に基づいて生成したパルス信号と、レ
ーザ光の変調周期の基づいて生成したパルス信号との周
波数の差をアップダウンカウンタ４４Ａ及び４４Ｂで積
算し、その積算値から測定対象２８Ａ及び２８Ｂの移動
量を測定する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はマルチプローブ変位測定
装置に係り、特に駆動電流によって発振周波数を線形的
に変調可能な半導体レーザを利用して測定物の変位を高
精度に測定することができるヘテロダイン干渉式のマル
チプローブ変位測定装置に関する。
装置に係り、特に駆動電流によって発振周波数を線形的
に変調可能な半導体レーザを利用して測定物の変位を高
精度に測定することができるヘテロダイン干渉式のマル
チプローブ変位測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、周波数変調型のヘテロダイン干渉
式変位測定装置は公知であり、例えば特開昭６３−１０
１７０２号公報に記載されている。即ち、この測定装置
は、半導体レーザに加える駆動電流を三角波状に周期的
の変化させ、半導体レーザの発振周波数と発光強度を変
調する。そして、このレーザ光をビームスプリッタで参
照光と物体光（測定物に照射される光）とに分割し、ビ
ームスプリッタの出射面から物体光を測定面に出射し、
その反射光を再び出射面から入射させて前記参照光と重
畳させる。測定面で反射して戻ってきた物体光と参照光
との間には、出射面から測定面までの距離に対応した時
間遅れがあり、両者の周波数は異なる。そのため、参照
光と物体光とで、ヘテロダイン干渉が生じ、そのビート
周波数は出射面から測定面までの距離に対応する。従っ
て、このビート周波数を計数することにより測定物の変
位を測定するようにしている。
式変位測定装置は公知であり、例えば特開昭６３−１０
１７０２号公報に記載されている。即ち、この測定装置
は、半導体レーザに加える駆動電流を三角波状に周期的
の変化させ、半導体レーザの発振周波数と発光強度を変
調する。そして、このレーザ光をビームスプリッタで参
照光と物体光（測定物に照射される光）とに分割し、ビ
ームスプリッタの出射面から物体光を測定面に出射し、
その反射光を再び出射面から入射させて前記参照光と重
畳させる。測定面で反射して戻ってきた物体光と参照光
との間には、出射面から測定面までの距離に対応した時
間遅れがあり、両者の周波数は異なる。そのため、参照
光と物体光とで、ヘテロダイン干渉が生じ、そのビート
周波数は出射面から測定面までの距離に対応する。従っ
て、このビート周波数を計数することにより測定物の変
位を測定するようにしている。
【０００３】しかしながら、上記従来のヘテロダイン干
渉式変位測定装置は、レーザ光の光路に光ファイバを使
用していないため、環境の影響を受けやすく、またビー
ムスプリッタやミラー等により装置が大型化するという
問題がある。更に、測定物が静止した状態で測定するた
め、移動中の測定物の変位をリアルタイムで測定するこ
とができない。
渉式変位測定装置は、レーザ光の光路に光ファイバを使
用していないため、環境の影響を受けやすく、またビー
ムスプリッタやミラー等により装置が大型化するという
問題がある。更に、測定物が静止した状態で測定するた
め、移動中の測定物の変位をリアルタイムで測定するこ
とができない。
【０００４】これに対し、本出願人は、最近、コモンパ
スを光路としたフィゾー型の干渉計における光路のほと
んどを光ファイバ及び光ファイバカプラによって構成
し、測定環境の影響を受けにくいコンパクトな装置と
し、また、測定面の移動によるドップラ周波数偏移を利
用して、移動中の測定物の変位をリアルタイムで測定す
ることができる周波数変調光ファイバ変位測定装置を提
案した（特願平４−２１１４３０号明細書、特願平４−
２９６０５７号明細書参照）。
スを光路としたフィゾー型の干渉計における光路のほと
んどを光ファイバ及び光ファイバカプラによって構成
し、測定環境の影響を受けにくいコンパクトな装置と
し、また、測定面の移動によるドップラ周波数偏移を利
用して、移動中の測定物の変位をリアルタイムで測定す
ることができる周波数変調光ファイバ変位測定装置を提
案した（特願平４−２１１４３０号明細書、特願平４−
２９６０５７号明細書参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記変位測
定装置の場合には、２つの測定面の変位を同時に測定す
ることができなかった。本発明はこのような事情に鑑み
てなされたもので、１台の装置で同時に２つの測定面の
変位を測定することができるとともに、２台の装置に比
べてコストダウン及び調整が容易なマルチプローブ変位
測定装置を提供することを目的とする。
定装置の場合には、２つの測定面の変位を同時に測定す
ることができなかった。本発明はこのような事情に鑑み
てなされたもので、１台の装置で同時に２つの測定面の
変位を測定することができるとともに、２台の装置に比
べてコストダウン及び調整が容易なマルチプローブ変位
測定装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するために、半導体レーザと、該半導体レーザに所定の
周期Ｔs （周波数ｆs ）の三角波変調電流を入力する三
角波発生手段と、光学スイッチと、光電変換素子と、前
記半導体レーザから発振されたレーザ光を前記光スイッ
チに導くとともに、該光スイッチを介して戻ってくる光
を前記光電変換素子に導く光学手段と、前記光スイッチ
を介して交互にレーザ光が加えられる第１及び第２の光
ファイバと、前記第１の光ファイバの先端に配設され、
光の一部を出射端面で反射させるとともに残りは透過さ
せ平行光又は集光して第１の測定面を照射させる第１の
プローブと、前記第２の光ファイバの先端に配設され、
光の一部を出射端面で反射させるとともに残りは透過さ
せ平行光又は集光して第２の測定面を照射させる第２の
プローブと、前記光電変換素子からの信号を入力し、該
入力信号を第１及び第２の出力端子に交互に切り換えて
出力するマルチプレクサと、前記光スイッチ及びマルチ
プレクサをそれぞれ前記三角波変調電流の漸増する期間
及び漸減する期間毎に前記光スイッチ及びマルチプレク
サを切り換える切換制御手段と、前記マルチプレクサの
第１及び第２の出力端子の出力信号からそれぞれ前記三
角波の周波数ｆs のｎ倍の周波数ｎｆs を中心周波数と
する所定のバンド幅の周波数成分を取り出す第１及び第
２のバンドパスフィルタと、前記第１及び第２のバンド
パスフィルタの出力波形の周波数をそれぞれｍ倍にした
周波数のパルス信号を出力する第１及び第２のパルス出
力手段と、前記三角波発生手段から出力される三角波変
調電流の周期Ｔs に同期して、前記周波数ｎｆsと同一
周波数をｍ倍にした周波数のパルス信号を出力する第３
のパルス出力手段と、前記第１及び第３のパルス出力手
段からそれぞれ出力されるパルス信号における前記第１
のレンズと第１の測定面との相対移動に伴って発生する
周波数の差を積算する第１のカウンタと、前記第２及び
第３のパルス出力手段からそれぞれ出力されるパルス信
号における前記第２のレンズと第２の測定面との相対移
動に伴って発生する周波数の差を積算する第２のカウン
タと、を備えたことを特徴としている。
するために、半導体レーザと、該半導体レーザに所定の
周期Ｔs （周波数ｆs ）の三角波変調電流を入力する三
角波発生手段と、光学スイッチと、光電変換素子と、前
記半導体レーザから発振されたレーザ光を前記光スイッ
チに導くとともに、該光スイッチを介して戻ってくる光
を前記光電変換素子に導く光学手段と、前記光スイッチ
を介して交互にレーザ光が加えられる第１及び第２の光
ファイバと、前記第１の光ファイバの先端に配設され、
光の一部を出射端面で反射させるとともに残りは透過さ
せ平行光又は集光して第１の測定面を照射させる第１の
プローブと、前記第２の光ファイバの先端に配設され、
光の一部を出射端面で反射させるとともに残りは透過さ
せ平行光又は集光して第２の測定面を照射させる第２の
プローブと、前記光電変換素子からの信号を入力し、該
入力信号を第１及び第２の出力端子に交互に切り換えて
出力するマルチプレクサと、前記光スイッチ及びマルチ
プレクサをそれぞれ前記三角波変調電流の漸増する期間
及び漸減する期間毎に前記光スイッチ及びマルチプレク
サを切り換える切換制御手段と、前記マルチプレクサの
第１及び第２の出力端子の出力信号からそれぞれ前記三
角波の周波数ｆs のｎ倍の周波数ｎｆs を中心周波数と
する所定のバンド幅の周波数成分を取り出す第１及び第
２のバンドパスフィルタと、前記第１及び第２のバンド
パスフィルタの出力波形の周波数をそれぞれｍ倍にした
周波数のパルス信号を出力する第１及び第２のパルス出
力手段と、前記三角波発生手段から出力される三角波変
調電流の周期Ｔs に同期して、前記周波数ｎｆsと同一
周波数をｍ倍にした周波数のパルス信号を出力する第３
のパルス出力手段と、前記第１及び第３のパルス出力手
段からそれぞれ出力されるパルス信号における前記第１
のレンズと第１の測定面との相対移動に伴って発生する
周波数の差を積算する第１のカウンタと、前記第２及び
第３のパルス出力手段からそれぞれ出力されるパルス信
号における前記第２のレンズと第２の測定面との相対移
動に伴って発生する周波数の差を積算する第２のカウン
タと、を備えたことを特徴としている。
【０００７】
【作用】本発明によれば、半導体レーザの発振周波数を
三角波変調電流によって連続変調し、半導体レーザから
発振されたレーザ光を光スイッチを介して交互に第１及
び第２のプローブに振り分ける。第１及び第２のプロー
ブから光スイッチを介して戻ってくる干渉光を光電変換
素子で電気信号に変換し、この電気信号をマルチプレク
サを介して第１のプローブ側の干渉信号と、第２のプロ
ーブ側の干渉信号に分けて処理する。これにより、１台
の装置で、２つの測定面の変位を同時に測定することが
でき、２台の装置に比べて大幅にコストダウンを図るこ
とができる。また、半導体レーザの波長の較正が１回で
済み、更に２箇所での測定性能を同じにすることができ
る。
三角波変調電流によって連続変調し、半導体レーザから
発振されたレーザ光を光スイッチを介して交互に第１及
び第２のプローブに振り分ける。第１及び第２のプロー
ブから光スイッチを介して戻ってくる干渉光を光電変換
素子で電気信号に変換し、この電気信号をマルチプレク
サを介して第１のプローブ側の干渉信号と、第２のプロ
ーブ側の干渉信号に分けて処理する。これにより、１台
の装置で、２つの測定面の変位を同時に測定することが
でき、２台の装置に比べて大幅にコストダウンを図るこ
とができる。また、半導体レーザの波長の較正が１回で
済み、更に２箇所での測定性能を同じにすることができ
る。
【０００８】
【実施例】以下添付図面に従って本発明に係るマルチプ
ローブ変位測定装置の好ましい実施例を詳述する。図１
は本発明に係るマルチプローブ変位測定装置の一実施例
を示すブロック図であり、図２（Ａ）〜（Ｈ）は、三角
波変調電流を用いた場合のそれぞれ図１の各部から出力
される信号波形図である。
ローブ変位測定装置の好ましい実施例を詳述する。図１
は本発明に係るマルチプローブ変位測定装置の一実施例
を示すブロック図であり、図２（Ａ）〜（Ｈ）は、三角
波変調電流を用いた場合のそれぞれ図１の各部から出力
される信号波形図である。
【０００９】図１に示すように、このマルチプローブ変
位測定装置は、主として三角波発生器１０、半導体レー
ザ１２、コリメータレンズ１４、対物レンズ１６、光フ
ァイバカプラ１８、光ファイバ２１〜２５、光スイッチ
２６、プローブ２７Ａ、プローブ２７Ｂ、ホトダイオー
ド３０、マルチプレクサ３２、バンドパスフィルタ３４
Ａ、３４Ｂ、波形整形器３６、３８Ａ、３８Ｂ、周波数
逓倍回路４０、４２Ａ、４２Ｂ、ゲート回路４３Ａ、４
３Ｂ及びアップダウンカウンタ４４Ａ、４４Ｂから構成
されている。
位測定装置は、主として三角波発生器１０、半導体レー
ザ１２、コリメータレンズ１４、対物レンズ１６、光フ
ァイバカプラ１８、光ファイバ２１〜２５、光スイッチ
２６、プローブ２７Ａ、プローブ２７Ｂ、ホトダイオー
ド３０、マルチプレクサ３２、バンドパスフィルタ３４
Ａ、３４Ｂ、波形整形器３６、３８Ａ、３８Ｂ、周波数
逓倍回路４０、４２Ａ、４２Ｂ、ゲート回路４３Ａ、４
３Ｂ及びアップダウンカウンタ４４Ａ、４４Ｂから構成
されている。
【００１０】三角波発生器１０は周期ＴS （周波数
ｆs 、角周波数ωs ）の三角波変調電流Ｓａ（図２
（Ａ））を半導体レーザ１２及び波形整形器３６に出力
する。波形整形器３６は三角波発生器１０から入力する
三角波変調電流Ｓａを矩形波の信号Ｓｂ（図２（Ｂ））
に変換し、この信号Ｓｂを光スイッチ２６、マルチプレ
クサ３２及び周波数逓倍回路４０に出力する。尚、この
信号Ｓｂは、三角波変調電流Ｓａが漸増する期間はハイ
レベルとなり、漸減する期間はローレベルとなる信号で
ある。
ｆs 、角周波数ωs ）の三角波変調電流Ｓａ（図２
（Ａ））を半導体レーザ１２及び波形整形器３６に出力
する。波形整形器３６は三角波発生器１０から入力する
三角波変調電流Ｓａを矩形波の信号Ｓｂ（図２（Ｂ））
に変換し、この信号Ｓｂを光スイッチ２６、マルチプレ
クサ３２及び周波数逓倍回路４０に出力する。尚、この
信号Ｓｂは、三角波変調電流Ｓａが漸増する期間はハイ
レベルとなり、漸減する期間はローレベルとなる信号で
ある。
【００１１】半導体レーザ１２は入力する三角波変調電
流Ｓａによって発振周波数と発光強度が変調される。
尚、半導体レーザ１２には加熱及び／又は冷却素子１３
Ａと温度センサ１３Ｂが設けられており、温度コントロ
ーラ１３は温度センサ１３Ｂによって検出される温度が
一定値になるように加熱及び／又は冷却素子１３Ａを制
御する。これにより、半導体レーザ１２の温度変化によ
る波長変化を抑え、測定精度を上げている。
流Ｓａによって発振周波数と発光強度が変調される。
尚、半導体レーザ１２には加熱及び／又は冷却素子１３
Ａと温度センサ１３Ｂが設けられており、温度コントロ
ーラ１３は温度センサ１３Ｂによって検出される温度が
一定値になるように加熱及び／又は冷却素子１３Ａを制
御する。これにより、半導体レーザ１２の温度変化によ
る波長変化を抑え、測定精度を上げている。
【００１２】前記半導体レーザ１２から出力される変調
されたレーザ光は、コリメータレンズ１４及び対物レン
ズ１６を介して光ファイバ２１の先端に集光される。光
ファイバ２１に入射されたレーザ光は、光ファイバカプ
ラ１８及び光ファイバ２２を介して光スイッチ２６に導
かれる。光スイッチ２６は、光ファイバ２２に対して光
ファイバ２３及び２４のうちのいずれか一方を光学的に
接続するもので、波形整形器３６からの信号Ｓｂに応じ
て交互に切り換えを行う。即ち、信号Ｓｂがハイレベル
のときには光ファイバ２２と２３とを接続し、信号Ｓｂ
がローレベルのときには光ファイバ２２と２４とを接続
する。
されたレーザ光は、コリメータレンズ１４及び対物レン
ズ１６を介して光ファイバ２１の先端に集光される。光
ファイバ２１に入射されたレーザ光は、光ファイバカプ
ラ１８及び光ファイバ２２を介して光スイッチ２６に導
かれる。光スイッチ２６は、光ファイバ２２に対して光
ファイバ２３及び２４のうちのいずれか一方を光学的に
接続するもので、波形整形器３６からの信号Ｓｂに応じ
て交互に切り換えを行う。即ち、信号Ｓｂがハイレベル
のときには光ファイバ２２と２３とを接続し、信号Ｓｂ
がローレベルのときには光ファイバ２２と２４とを接続
する。
【００１３】光ファイバ２３及び２４の先端には、それ
ぞれプローブ２７Ａ及び２７Ｂが設けられている。これ
らのプローブ２７Ａ及び２７Ｂは、光の一部を出射端面
で反射させるとともに残りは透過させ平行光又は集光し
て測定面を照射させるもので、例えばセルフォックレン
ズによって構成されている。
ぞれプローブ２７Ａ及び２７Ｂが設けられている。これ
らのプローブ２７Ａ及び２７Ｂは、光の一部を出射端面
で反射させるとともに残りは透過させ平行光又は集光し
て測定面を照射させるもので、例えばセルフォックレン
ズによって構成されている。
【００１４】さて、プローブ２７Ａの端面反射光（参照
光）と、プローブ２７Ａから出射され測定対象２８Ａの
測定面で反射されて再びプローブ２７Ａに入射した測定
面反射光（物体光）との間には、プローブ２７Ａの出射
端面と測定対象２８Ａの測定面との距離Ｄ1 に対応した
時間遅れがあり、両者の周波数は異なる。そのため、参
照光と物体光とで、ヘテロダイン干渉が生じる。
光）と、プローブ２７Ａから出射され測定対象２８Ａの
測定面で反射されて再びプローブ２７Ａに入射した測定
面反射光（物体光）との間には、プローブ２７Ａの出射
端面と測定対象２８Ａの測定面との距離Ｄ1 に対応した
時間遅れがあり、両者の周波数は異なる。そのため、参
照光と物体光とで、ヘテロダイン干渉が生じる。
【００１５】同様に、プローブ２７Ｂの参照光と、プロ
ーブ２７Ｂから出射され測定対象２８Ｂの測定面で反射
されて再びプローブ２７Ｂに入射した物体光との間に
は、プローブ２７Ｂの出射端面と測定対象２８Ｂの測定
面との距離Ｄ2 に対応した時間遅れがあり、ヘテロダイ
ン干渉が生じる。プローブ２７Ａ及び２７Ｂから光ファ
イバ２３及び２４を介して戻ってくる各干渉信号は、光
スイッチ２６、光ファイバ２２、光ファイバカプラ１８
及び光ファイバ２５を介して導かれ、光ファイバ２５の
先端に設置されたホトダイオード３０により検出され
る。図２（Ｃ）は、ホトダイオード３０によって検出さ
れた信号Ｓｃの波形例を示す。
ーブ２７Ｂから出射され測定対象２８Ｂの測定面で反射
されて再びプローブ２７Ｂに入射した物体光との間に
は、プローブ２７Ｂの出射端面と測定対象２８Ｂの測定
面との距離Ｄ2 に対応した時間遅れがあり、ヘテロダイ
ン干渉が生じる。プローブ２７Ａ及び２７Ｂから光ファ
イバ２３及び２４を介して戻ってくる各干渉信号は、光
スイッチ２６、光ファイバ２２、光ファイバカプラ１８
及び光ファイバ２５を介して導かれ、光ファイバ２５の
先端に設置されたホトダイオード３０により検出され
る。図２（Ｃ）は、ホトダイオード３０によって検出さ
れた信号Ｓｃの波形例を示す。
【００１６】このホトダイオード３０からの信号Ｓｃは
マルチプレクサ３２に加えられる。マルチプレクサ３２
には波形整形器３６から信号Ｓｂが加えられており、マ
ルチプレクサ３２は、この信号Ｓｂによって光スイッチ
２６での切換えに同期して信号Ｓｃを時分割し、プロー
ブ２７Ａからの干渉光に対応する信号Ｓｅ1 （図２
（Ｄ））をバンドパスフィルタ３４Ａに出力し、プロー
ブ２７Ｂからの干渉光に対応する信号Ｓｅ2 （図２
（Ｅ））をバンドパスフィルタ３４Ｂに出力する。
マルチプレクサ３２に加えられる。マルチプレクサ３２
には波形整形器３６から信号Ｓｂが加えられており、マ
ルチプレクサ３２は、この信号Ｓｂによって光スイッチ
２６での切換えに同期して信号Ｓｃを時分割し、プロー
ブ２７Ａからの干渉光に対応する信号Ｓｅ1 （図２
（Ｄ））をバンドパスフィルタ３４Ａに出力し、プロー
ブ２７Ｂからの干渉光に対応する信号Ｓｅ2 （図２
（Ｅ））をバンドパスフィルタ３４Ｂに出力する。
【００１７】バンドパスフィルタ３４Ａ及び３４Ｂは、
それぞれ入力信号Ｓｅ1 及びＳｅ1からｆs の成分を取
り出し、その取り出した信号Ｓｆ1 及びＳｆ2 （図２
（Ｆ）、（Ｇ）））を波形整形器３８Ａ及び３８Ｂに出
力する。波形整形器３８Ａ及び３８Ｂは、それぞれ入力
信号Ｓｆ1 及びＳｆ2 を矩形波の信号Ｓｇ1 及びＳｇ2
（図２（Ｈ）、（Ｉ））に変換し、周波数逓倍回路４２
Ａ及び４２Ｂはそれぞれ信号Ｓｇ1 及びＳｇ2 の周波数
が予め設定された倍率になるように逓倍し、その逓倍し
た信号（パルス信号）Ｓｇ1 ′及びＳｇ2 ′をゲート回
路４３Ａ及び４３Ｂの入力Ｇ1 に出力する（図２（Ｋ）
〜（Ｍ）参照）。
それぞれ入力信号Ｓｅ1 及びＳｅ1からｆs の成分を取
り出し、その取り出した信号Ｓｆ1 及びＳｆ2 （図２
（Ｆ）、（Ｇ）））を波形整形器３８Ａ及び３８Ｂに出
力する。波形整形器３８Ａ及び３８Ｂは、それぞれ入力
信号Ｓｆ1 及びＳｆ2 を矩形波の信号Ｓｇ1 及びＳｇ2
（図２（Ｈ）、（Ｉ））に変換し、周波数逓倍回路４２
Ａ及び４２Ｂはそれぞれ信号Ｓｇ1 及びＳｇ2 の周波数
が予め設定された倍率になるように逓倍し、その逓倍し
た信号（パルス信号）Ｓｇ1 ′及びＳｇ2 ′をゲート回
路４３Ａ及び４３Ｂの入力Ｇ1 に出力する（図２（Ｋ）
〜（Ｍ）参照）。
【００１８】一方、ゲート回路４３Ａ及び４３Ｂの入力
Ｇ2 には、波形整形器３６からの信号Ｓｂを周波数逓倍
回路４０を介して前記周波数逓倍回路４２Ａ及び４３Ｂ
と同じ倍率で逓倍された信号（パルス信号）Ｓｂ′（図
２（Ｊ））が加えられている。ゲート回路４３Ａは、入
力Ｇ1 のパルス信号Ｓｇ1 ′と入力Ｇ2 のパルス信号Ｓ
ｂ′の周波数差による新しいパルス信号を作り、アップ
ダウンカウンタ４４Ａのアップ入力Ｕ又はダウン入力Ｄ
に出力する。従って、アップダウンカウンタ４４Ａはパ
ルス信号Ｓｂ′とパルス信号Ｓｇ1 ′との周波数の差を
積算することになる。同様に、ゲート回路４３Ｂは、入
力Ｇ1 のパルス信号Ｓｇ2 ′と入力Ｇ2のパルス信号Ｓ
ｂ′の周波数差による新しいパルス信号を作り、アップ
ダウンカウンタ４４Ａのアップ入力Ｕ又はダウン入力Ｄ
に出力する。従って、アップダウンカウンタ４４Ｂはパ
ルス信号Ｓｂ′とパルス信号Ｓｇ2 ′との周波数の差を
積算することになる。
Ｇ2 には、波形整形器３６からの信号Ｓｂを周波数逓倍
回路４０を介して前記周波数逓倍回路４２Ａ及び４３Ｂ
と同じ倍率で逓倍された信号（パルス信号）Ｓｂ′（図
２（Ｊ））が加えられている。ゲート回路４３Ａは、入
力Ｇ1 のパルス信号Ｓｇ1 ′と入力Ｇ2 のパルス信号Ｓ
ｂ′の周波数差による新しいパルス信号を作り、アップ
ダウンカウンタ４４Ａのアップ入力Ｕ又はダウン入力Ｄ
に出力する。従って、アップダウンカウンタ４４Ａはパ
ルス信号Ｓｂ′とパルス信号Ｓｇ1 ′との周波数の差を
積算することになる。同様に、ゲート回路４３Ｂは、入
力Ｇ1 のパルス信号Ｓｇ2 ′と入力Ｇ2のパルス信号Ｓ
ｂ′の周波数差による新しいパルス信号を作り、アップ
ダウンカウンタ４４Ａのアップ入力Ｕ又はダウン入力Ｄ
に出力する。従って、アップダウンカウンタ４４Ｂはパ
ルス信号Ｓｂ′とパルス信号Ｓｇ2 ′との周波数の差を
積算することになる。
【００１９】ところで、測定対象２８Ａが停止している
場合には、周波数逓倍回路４２Ａから出力されるパルス
信号Ｓｇ1 ′の周波数は、周波数逓倍回路４０から出力
される基準のパルス信号Ｓｂ′の周波数と一致し、アッ
プダウンカウンタ４４Ａのカウント値は変動しないが、
測定対象２８Ａが移動すると、ドップラ周波数偏移によ
り波形整形器３８Ａから出力される信号Ｓｇ1 （周波数
逓倍回路４２Ａから出力されるパルス信号Ｓｇ1 ′）の
周波数は変動する。即ち、測定対象２８Ａがプローブ２
７Ａから遠ざかる方向に移動すると、パルス信号Ｓ
ｇ1 ′の周波数は大きくなり（図２（Ｋ）参照）、測定
対象２８Ａがプローブ２７Ａに近づく方向に移動する
と、パルス信号Ｓｇ1 ′の周波数は小さくなる（図２
（Ｌ）参照）。
場合には、周波数逓倍回路４２Ａから出力されるパルス
信号Ｓｇ1 ′の周波数は、周波数逓倍回路４０から出力
される基準のパルス信号Ｓｂ′の周波数と一致し、アッ
プダウンカウンタ４４Ａのカウント値は変動しないが、
測定対象２８Ａが移動すると、ドップラ周波数偏移によ
り波形整形器３８Ａから出力される信号Ｓｇ1 （周波数
逓倍回路４２Ａから出力されるパルス信号Ｓｇ1 ′）の
周波数は変動する。即ち、測定対象２８Ａがプローブ２
７Ａから遠ざかる方向に移動すると、パルス信号Ｓ
ｇ1 ′の周波数は大きくなり（図２（Ｋ）参照）、測定
対象２８Ａがプローブ２７Ａに近づく方向に移動する
と、パルス信号Ｓｇ1 ′の周波数は小さくなる（図２
（Ｌ）参照）。
【００２０】従って、パルス信号Ｓｂ′とパルス信号Ｓ
ｇ1 ′のパルス数の差は、測定対象２８Ａの移動速度及
び移動方向に対応し、そのパルス数の差の積算値は測定
対象２８Ａの移動量に対応する。これにより、測定対象
２８Ａを或る位置から他の位置に移動させたときのアッ
プダウンカウンタ４４Ａのカウント値の増減量に基づい
て測定対象２８Ａの移動距離を測定することができる。
ｇ1 ′のパルス数の差は、測定対象２８Ａの移動速度及
び移動方向に対応し、そのパルス数の差の積算値は測定
対象２８Ａの移動量に対応する。これにより、測定対象
２８Ａを或る位置から他の位置に移動させたときのアッ
プダウンカウンタ４４Ａのカウント値の増減量に基づい
て測定対象２８Ａの移動距離を測定することができる。
【００２１】同様に、測定対象２８Ｂの移動距離も測定
することができるが、測定対象２８Ｂがプローブ２７Ｂ
から遠ざかる方向に移動すると、パルス信号Ｓｇ2 ′の
周波数は小さくなり（図２（Ｍ）参照）、測定対象２８
Ｂがプローブ２７Ｂに近づく方向に移動すると、パルス
信号Ｓｇ2 ′の周波数は大きくなり、上記パルス信号Ｓ
ｇ1 ′の場合と逆になる。従って、プローブ２７Ａ及び
２７Ｂの特性（アップダウンカウンタの変化方向）を同
一にするため、ゲート回路４３Ａ、４３Ｂからのパルス
信号を入力するアップダウンカウンタ４４Ａ、４４Ｂの
アップ入力Ｕ、ダウン入力Ｄは互いに逆になっている。
することができるが、測定対象２８Ｂがプローブ２７Ｂ
から遠ざかる方向に移動すると、パルス信号Ｓｇ2 ′の
周波数は小さくなり（図２（Ｍ）参照）、測定対象２８
Ｂがプローブ２７Ｂに近づく方向に移動すると、パルス
信号Ｓｇ2 ′の周波数は大きくなり、上記パルス信号Ｓ
ｇ1 ′の場合と逆になる。従って、プローブ２７Ａ及び
２７Ｂの特性（アップダウンカウンタの変化方向）を同
一にするため、ゲート回路４３Ａ、４３Ｂからのパルス
信号を入力するアップダウンカウンタ４４Ａ、４４Ｂの
アップ入力Ｕ、ダウン入力Ｄは互いに逆になっている。
【００２２】次に、上記各部における信号を数式で表す
と、以下のようになる。マルチプレクサ３２によって分
離された各信号Ｓｅ1(t)及びＳｅ2(t)は、次式、 Ｓｅ1(t)＝Ａ・cos(ωb1t ＋φb1） …（１） （０≦ｔ＜ＴS ／２） Ｓｅ2(t)＝Ａ・cos(ωb2t −φb2） …（２） （ＴS ／２≦ｔ＜ＴS ） となる。ここで、式（１）、（２）中の上記ビート信号
の角周波数ωb1、ωb2と位相φb1、φb2は、それぞれ次
式、 ωb1＝４（Δω／ＴS ）・τ1 ＝４（Δω／ＴS ）・２π（２Ｄ1 ／Ｃ） …（３） ωb2＝４（Δω／ＴS ）・τ2 ＝４（Δω／ＴS ）・２π（２Ｄ2 ／Ｃ） …（４） φb1＝２π（２Ｄ1 ／λ0 ） …（５） φb2＝２π（２Ｄ2 ／λ0 ） …（６） となる。式（３）〜（６）中で、Δωは図３に示すよう
に角周波数変調幅であり、τ1 はプローブ２７Ａの参照
光と物体光との時間遅れであり、τ2 はプローブ２７Ｂ
の参照光と物体光との時間遅れであり、ω0 及びλ0 は
バイアス電流ｉ0で駆動時の半導体レーザ１２の角周波
数及び波長である。
と、以下のようになる。マルチプレクサ３２によって分
離された各信号Ｓｅ1(t)及びＳｅ2(t)は、次式、 Ｓｅ1(t)＝Ａ・cos(ωb1t ＋φb1） …（１） （０≦ｔ＜ＴS ／２） Ｓｅ2(t)＝Ａ・cos(ωb2t −φb2） …（２） （ＴS ／２≦ｔ＜ＴS ） となる。ここで、式（１）、（２）中の上記ビート信号
の角周波数ωb1、ωb2と位相φb1、φb2は、それぞれ次
式、 ωb1＝４（Δω／ＴS ）・τ1 ＝４（Δω／ＴS ）・２π（２Ｄ1 ／Ｃ） …（３） ωb2＝４（Δω／ＴS ）・τ2 ＝４（Δω／ＴS ）・２π（２Ｄ2 ／Ｃ） …（４） φb1＝２π（２Ｄ1 ／λ0 ） …（５） φb2＝２π（２Ｄ2 ／λ0 ） …（６） となる。式（３）〜（６）中で、Δωは図３に示すよう
に角周波数変調幅であり、τ1 はプローブ２７Ａの参照
光と物体光との時間遅れであり、τ2 はプローブ２７Ｂ
の参照光と物体光との時間遅れであり、ω0 及びλ0 は
バイアス電流ｉ0で駆動時の半導体レーザ１２の角周波
数及び波長である。
【００２３】また、バンドパスフィルタ３４Ａ及び３４
Ｂから出力される信号Ｓｆ1(t)及びＳｆ2(t)は、 Ｓｆ1(t) ＝Ｂ・cos(ωSt ＋φb1） …（７） Ｓｆ2(t) ＝Ｂ・cos(ωSt −φb2） …（８） となる。
Ｂから出力される信号Ｓｆ1(t)及びＳｆ2(t)は、 Ｓｆ1(t) ＝Ｂ・cos(ωSt ＋φb1） …（７） Ｓｆ2(t) ＝Ｂ・cos(ωSt −φb2） …（８） となる。
【００２４】式（７）、（８）からも明らかなように位
相φb2と位相φb1の符号は逆になる。また、Ｓｆ1(t)、
Ｓｆ2(t)の位相変化Δφb1、Δφb2を測定すれば、測定
面の変位ΔＤ1 、ΔＤ2 が求められる。尚、本実施例で
は、ホトダイオード３０の出力信号をマルチプレクサ３
２によって２つの信号Ｓｅ1 及びＳｅ2 に振り分けるよ
うにしたが、これに限らず、光ファイバ２５に別途光ス
イッチを設け、干渉光の段階で２つの干渉光に振り分
け、このようにして振り分けた各干渉光をそれぞれ２つ
のホトダイオードで光電変換するようにしてもよい。
相φb2と位相φb1の符号は逆になる。また、Ｓｆ1(t)、
Ｓｆ2(t)の位相変化Δφb1、Δφb2を測定すれば、測定
面の変位ΔＤ1 、ΔＤ2 が求められる。尚、本実施例で
は、ホトダイオード３０の出力信号をマルチプレクサ３
２によって２つの信号Ｓｅ1 及びＳｅ2 に振り分けるよ
うにしたが、これに限らず、光ファイバ２５に別途光ス
イッチを設け、干渉光の段階で２つの干渉光に振り分
け、このようにして振り分けた各干渉光をそれぞれ２つ
のホトダイオードで光電変換するようにしてもよい。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係るマルチ
プローブ変位測定装置によれば、１台の装置で同時に２
つの測定面の変位を測定することができるとともに、２
台の装置に比べて大幅にコストダウンを図ることができ
る。また、半導体レーザの波長の較正が１回で済み、調
整が容易になる利点がある。
プローブ変位測定装置によれば、１台の装置で同時に２
つの測定面の変位を測定することができるとともに、２
台の装置に比べて大幅にコストダウンを図ることができ
る。また、半導体レーザの波長の較正が１回で済み、調
整が容易になる利点がある。
【００２６】更に、レーザ光の光路のほとんどを光ファ
イバ及び光ファイバカプラによって構成したため、測定
環境の影響を受け難く大きな変位を高精度、高分解能で
測定することができ、かつ装置をコンパクトにすること
ができる。また、測定面の移動によるドップラ周波数偏
移を利用しているため、移動中の測定物の変位をリアル
タイムで測定することができる。
イバ及び光ファイバカプラによって構成したため、測定
環境の影響を受け難く大きな変位を高精度、高分解能で
測定することができ、かつ装置をコンパクトにすること
ができる。また、測定面の移動によるドップラ周波数偏
移を利用しているため、移動中の測定物の変位をリアル
タイムで測定することができる。
【図１】図１は本発明に係るマルチプローブ変位測定装
置の一実施例を示すブロック図である。
置の一実施例を示すブロック図である。
【図２】図２（Ａ）〜（Ｍ）は三角波の変調電流を用い
た場合のそれぞれ図１の各部から出力される信号波形図
である。
た場合のそれぞれ図１の各部から出力される信号波形図
である。
【図３】図３は三角波の変調電流を用いた場合の物体光
と参照光の発振角周波数と発光強度変化を示す波形図で
ある。
と参照光の発振角周波数と発光強度変化を示す波形図で
ある。
１０…三角波発生器 １２…半導体レーザ １３…温度コントローラ １３Ａ…加熱及び／又は冷却素子 １３Ｂ…温度センサ １４…コリメータレンズ １６…対物レンズ １８…光ファイバカプラ ２１、２２、２３、２４、２５…光ファイバ ２７Ａ、２７Ｂ…プローブ ２８Ａ、２８Ｂ…測定対象 ３０…ホトダイオード ３４Ａ、３４Ｂ…バンドパスフィルタ ３６、３８Ａ、３８Ｂ…波形整形器 ４０、４２Ａ、４２Ｂ…周波数逓倍回路 ４３Ａ、４３Ｂ…ゲート回路 ４４Ａ、４４Ｂ…アップダウンカウンタ
Claims (3)
- 【請求項１】 半導体レーザと、 該半導体レーザに所定の周期Ｔs （周波数ｆs ）の三角
波変調電流を入力する三角波発生手段と、 光学スイッチと、 光電変換素子と、 前記半導体レーザから発振されたレーザ光を前記光スイ
ッチに導くとともに、該光スイッチを介して戻ってくる
光を前記光電変換素子に導く光学手段と、 前記光スイッチを介して交互にレーザ光が加えられる第
１及び第２の光ファイバと、 前記第１の光ファイバの先端に配設され、光の一部を出
射端面で反射させるとともに残りは透過させ平行光又は
集光して第１の測定面を照射させる第１のプローブと、 前記第２の光ファイバの先端に配設され、光の一部を出
射端面で反射させるとともに残りは透過させ平行光又は
集光して第２の測定面を照射させる第２のプローブと、
前記光電変換素子からの信号を入力し、該入力信号を第
１及び第２の出力端子に交互に切り換えて出力するマル
チプレクサと、 前記光スイッチ及びマルチプレクサをそれぞれ前記三角
波変調電流の漸増する期間及び漸減する期間毎に前記光
スイッチ及びマルチプレクサを切り換える切換制御手段
と、 前記マルチプレクサの第１及び第２の出力端子の出力信
号からそれぞれ前記三角波の周波数ｆs のｎ倍の周波数
ｎｆs を中心周波数とする所定のバンド幅の周波数成分
を取り出す第１及び第２のバンドパスフィルタと、 前記第１及び第２のバンドパスフィルタの出力波形の周
波数をそれぞれｍ倍にした周波数のパルス信号を出力す
る第１及び第２のパルス出力手段と、 前記三角波発生手段から出力される三角波変調電流の周
期Ｔs に同期して、前記周波数ｎｆs と同一周波数をｍ
倍にした周波数のパルス信号を出力する第３のパルス出
力手段と、 前記第１及び第３のパルス出力手段からそれぞれ出力さ
れるパルス信号における前記第１のレンズと第１の測定
面との相対移動に伴って発生する周波数の差を積算する
第１のカウンタと、 前記第２及び第３のパルス出力手段からそれぞれ出力さ
れるパルス信号における前記第２のレンズと第２の測定
面との相対移動に伴って発生する周波数の差を積算する
第２のカウンタと、 を備えたことを特徴とするマルチプローブ変位測定装
置。 - 【請求項２】 前記光学手段は、第３、第４及び第５の
光ファイバと、光ファイバカプラとから成り、前記半導
体レーザから発振されたレーザ光を前記第１の光ファイ
バ、光ファイバカプラ及び第４の光ファイバを介して前
記光スイッチに導き、前記光スイッチを介して戻ってく
る光を前記第４の光ファイバ、光ファイバカプラ及び第
５の光ファイバを介して前記光電変換素子に導く請求項
１のマルチプローブ変位測定装置。 - 【請求項３】 前記光電変換素子及びマルチプレクサの
代わりに、前記第１及び第２のバンドパスフィルタに信
号を出力する第１及び第２の光電変換素子と、前記第５
の光ファイバからの光を前記光スイッチと同期して交互
に前記第１及び第２の光電変換素子に出力する第２の光
スイッチと、を設けたことを特徴とする請求項２のマル
チプローブ変位測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5112767A JP2935325B2 (ja) | 1993-05-14 | 1993-05-14 | マルチプローブ変位測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5112767A JP2935325B2 (ja) | 1993-05-14 | 1993-05-14 | マルチプローブ変位測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06323810A true JPH06323810A (ja) | 1994-11-25 |
| JP2935325B2 JP2935325B2 (ja) | 1999-08-16 |
Family
ID=14595008
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5112767A Expired - Fee Related JP2935325B2 (ja) | 1993-05-14 | 1993-05-14 | マルチプローブ変位測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2935325B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009524064A (ja) * | 2006-01-23 | 2009-06-25 | ザイゴ コーポレーション | 物体をモニタする干渉計システム |
| JP2015194410A (ja) * | 2014-03-31 | 2015-11-05 | 株式会社東京精密 | ３次元座標測定装置及び方法、並びに校正装置 |
| JP2019522211A (ja) * | 2016-07-28 | 2019-08-08 | ストローブ, インク.Strobe, Inc. | 分散型のライダシステム |
| JP2020165667A (ja) * | 2019-03-28 | 2020-10-08 | 株式会社東京精密 | 形状測定機及びその制御方法 |
-
1993
- 1993-05-14 JP JP5112767A patent/JP2935325B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009524064A (ja) * | 2006-01-23 | 2009-06-25 | ザイゴ コーポレーション | 物体をモニタする干渉計システム |
| JP2015194410A (ja) * | 2014-03-31 | 2015-11-05 | 株式会社東京精密 | ３次元座標測定装置及び方法、並びに校正装置 |
| JP2019522211A (ja) * | 2016-07-28 | 2019-08-08 | ストローブ, インク.Strobe, Inc. | 分散型のライダシステム |
| JP2020165667A (ja) * | 2019-03-28 | 2020-10-08 | 株式会社東京精密 | 形状測定機及びその制御方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2935325B2 (ja) | 1999-08-16 |
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Legal Events
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| R250 | Receipt of annual fees |
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| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |