JPS58225301A - 光学式変位測定装置 - Google Patents
光学式変位測定装置Info
- Publication number
- JPS58225301A JPS58225301A JP57108725A JP10872582A JPS58225301A JP S58225301 A JPS58225301 A JP S58225301A JP 57108725 A JP57108725 A JP 57108725A JP 10872582 A JP10872582 A JP 10872582A JP S58225301 A JPS58225301 A JP S58225301A
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- target
- displacement
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B2290/00—Aspects of interferometers not specifically covered by any group under G01B9/02
- G01B2290/70—Using polarization in the interferometer
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- 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】
本発明は、レーザ光を用いてターゲットの変位測定を行
なう光学式変位測定装置に関するものである。
なう光学式変位測定装置に関するものである。
第１図は、この種の装置のひとつである公知のマイケル
ソン変位計の構成説明図である。この装置は、レーザ光
源１からのレーザビームを、ビームスプリーツタ（以下
ＢＳと略す）２で分割し、一方を被測定変位が与えられ
るターゲット３のミラー３０に照射するとともに、他方
を固定ミラー４に照射し、これらのミラー３０及び４か
ら０反射光を、ＢＳ２を介して受光器５で受光するよう
に構成されている。受光器５上に照射される各反射光は
、互いに干渉し、ターゲット３が矢印２方向（光軸方向
）にλ／２（λはレーザ光の波長）動くごとに強まシ、
受光器５から得られる出力信号のピーク回数倉計測する
ことによってターゲット３に与えられる変位を知ること
ができる。
ソン変位計の構成説明図である。この装置は、レーザ光
源１からのレーザビームを、ビームスプリーツタ（以下
ＢＳと略す）２で分割し、一方を被測定変位が与えられ
るターゲット３のミラー３０に照射するとともに、他方
を固定ミラー４に照射し、これらのミラー３０及び４か
ら０反射光を、ＢＳ２を介して受光器５で受光するよう
に構成されている。受光器５上に照射される各反射光は
、互いに干渉し、ターゲット３が矢印２方向（光軸方向
）にλ／２（λはレーザ光の波長）動くごとに強まシ、
受光器５から得られる出力信号のピーク回数倉計測する
ことによってターゲット３に与えられる変位を知ること
ができる。
とξろで、仁のような従来装置においては、受光器５か
ら出力される光の強さに対応した信号のレベルが、ミラ
ー３０や４が曇つ九場合や、レーザ光源の出力が減衰し
た場合影響を受け、測定誤差を生ずるという欠点がある
。また、変位方向の判別がつかないこと、λ／２ 以上
の変位変化を正確に測定できないこと等の欠点がある。
ら出力される光の強さに対応した信号のレベルが、ミラ
ー３０や４が曇つ九場合や、レーザ光源の出力が減衰し
た場合影響を受け、測定誤差を生ずるという欠点がある
。また、変位方向の判別がつかないこと、λ／２ 以上
の変位変化を正確に測定できないこと等の欠点がある。
ここにおいて、本発明は、従来装置におけるこれらの欠
点をなくすることを目的としてなされたものである。
点をなくすることを目的としてなされたものである。
本発明に係る装置は、マイクルソンの干渉針において、
ターゲットからの反射光及びミラーからの反射光をそれ
ぞれいくつかのビームスプリッタを介して９０°ずっ位
相のずれた３又は４種の光信号とし、これらの光信号に
対応した信号を演算することによって、ターゲットの変
位を知るようにしたものである。
ターゲットからの反射光及びミラーからの反射光をそれ
ぞれいくつかのビームスプリッタを介して９０°ずっ位
相のずれた３又は４種の光信号とし、これらの光信号に
対応した信号を演算することによって、ターゲットの変
位を知るようにしたものである。
第２図は本発明に係る装置の一例を示す構成説明図であ
る。図において、ｌは光源で、例えば、ＨｅＮｅ レ
ーザ光源が使用され、ここがら可干渉な光が出射する。
る。図において、ｌは光源で、例えば、ＨｅＮｅ レ
ーザ光源が使用され、ここがら可干渉な光が出射する。
２１．２２．２３．２４ Ｆｉ、、それぞれ偏光ビーム
スプリッタ（以下ＰＢＳと略す）で、第１のＰＢ８２１
は、光源１からのレーザビームが入射し、これを２方向
に分割する。第２のＰＢＳ２２ｉｊ、第１＋７）ＰＢＳ
２１１Ｃ対してその光軸が４５゜回転させて配置され、
また、第３及び第４のＰＢＳ２３及び２４ＩＩｉ、第２
（７）ＰＢ８２２に対してその光軸が４ぎ回転させて配
置されている。３は反射面３０を有するターゲットで、
これには矢印２（光軸）方向の被測定変位が与えられる
。４１．４２は光経路変更用の固定ミラーで、第１のＰ
ＢＳ ２１で分割された光ビームを第２のＰＢＳ２２に
入射させる。なお、この固定ミラーに代えてプリズム等
を使用するようにしてもよい。５１．５２．５３゜５４
はそれぞれ光検出器で、例えばホトトランジスタ、ホ）
ダイオード、光電池等が使用される。
スプリッタ（以下ＰＢＳと略す）で、第１のＰＢ８２１
は、光源１からのレーザビームが入射し、これを２方向
に分割する。第２のＰＢＳ２２ｉｊ、第１＋７）ＰＢＳ
２１１Ｃ対してその光軸が４５゜回転させて配置され、
また、第３及び第４のＰＢＳ２３及び２４ＩＩｉ、第２
（７）ＰＢ８２２に対してその光軸が４ぎ回転させて配
置されている。３は反射面３０を有するターゲットで、
これには矢印２（光軸）方向の被測定変位が与えられる
。４１．４２は光経路変更用の固定ミラーで、第１のＰ
ＢＳ ２１で分割された光ビームを第２のＰＢＳ２２に
入射させる。なお、この固定ミラーに代えてプリズム等
を使用するようにしてもよい。５１．５２．５３゜５４
はそれぞれ光検出器で、例えばホトトランジスタ、ホ）
ダイオード、光電池等が使用される。
光検出器５１．５２ｔｊ：、第３０ＰＢＳ２３−ｔ’分
割さ。
割さ。
れた光、をそれぞれ受光し、また、光検出器５３゜５４
は、第４のＰＢ８２４で分割された光を受光する。６１
は第１のＰＢ８２１とターゲット３との間に設置したλ
／４板、６２は第１のＰＢＳ２１とｉジー４１との間に
設置したλ／４板である。
は、第４のＰＢ８２４で分割された光を受光する。６１
は第１のＰＢ８２１とターゲット３との間に設置したλ
／４板、６２は第１のＰＢＳ２１とｉジー４１との間に
設置したλ／４板である。
第３図は第１図装置において、電気的な回路を示す構成
ブロック図である。この図において、７１は光検出器５
１と光検出器５２との出方信号の差を得る差動増巾器、
７２は光検出器５３と光検出器５４との出力信号の差を
得る差動増巾器、８１゜８２はそれぞれミキサ、８０は
ミキサ８１，８２を介して印加される各差動増巾器７１
．７２からの信号を加算する加算増巾器、９１は加算増
巾器８０の出力周波数信号を計数するカウンタ、９２は
ミキサ８２に印加している周波数信号（ＣＯＳ・ｗｔｃ
ｔ）を計数するカラ／り、９０ｆｉカウンタ９１の計数
値とカウンタ９２の計数値とを入力し、加算演算する演
算器である。
ブロック図である。この図において、７１は光検出器５
１と光検出器５２との出方信号の差を得る差動増巾器、
７２は光検出器５３と光検出器５４との出力信号の差を
得る差動増巾器、８１゜８２はそれぞれミキサ、８０は
ミキサ８１，８２を介して印加される各差動増巾器７１
．７２からの信号を加算する加算増巾器、９１は加算増
巾器８０の出力周波数信号を計数するカウンタ、９２は
ミキサ８２に印加している周波数信号（ＣＯＳ・ｗｔｃ
ｔ）を計数するカラ／り、９０ｆｉカウンタ９１の計数
値とカウンタ９２の計数値とを入力し、加算演算する演
算器である。
このように構成した装置の動作は次の通りである。光源
ｌから出射された光は、第１のＰＲ８２１で２方向に分
割され、一方はλ／４ 側光板６２を通って円偏光とな
９、ミラー４１．４２を通って第２のＰＢＢ２２に入射
し参照光となる。第１のＰＢＳ２１で分割された他方の
光は、λ／４板６板金１って円偏光となった後、ターゲ
ット３の反射面３０で反射され、再びλ／４ 板を通り
、直線偏光に戻され、第１のＰＢＳ２１を経て第２のＰ
Ｂ８２２に入射する。
ｌから出射された光は、第１のＰＲ８２１で２方向に分
割され、一方はλ／４ 側光板６２を通って円偏光とな
９、ミラー４１．４２を通って第２のＰＢＢ２２に入射
し参照光となる。第１のＰＢＳ２１で分割された他方の
光は、λ／４板６板金１って円偏光となった後、ターゲ
ット３の反射面３０で反射され、再びλ／４ 板を通り
、直線偏光に戻され、第１のＰＢＳ２１を経て第２のＰ
Ｂ８２２に入射する。
ここで、参照光の電界をＥＲ（ＥＨ＠１ｎｓｔ＋ ＥＲ
ｅ０８ωｔ）、ターゲット３の反射面３ｏがらの戻シ光
をＥ７５ｉｎ（ａ＋ｔ＋ψ）とすれば、第３のＰＢ８２
３に入射する光の電界のベクトル図は、！ｊｇ４図（イ
）の実線に示す通シとなり、また、第４のＰＢＳ２４に
入射する光の電界のベクトル図は、第４図（ロ）の実線
に示す通りとなる。ただし、ωは光の角周波数、ψは２
π／λ・２で、λは波長、２はターゲット３の光軸方向
変位量である。
ｅ０８ωｔ）、ターゲット３の反射面３ｏがらの戻シ光
をＥ７５ｉｎ（ａ＋ｔ＋ψ）とすれば、第３のＰＢ８２
３に入射する光の電界のベクトル図は、！ｊｇ４図（イ
）の実線に示す通シとなり、また、第４のＰＢＳ２４に
入射する光の電界のベクトル図は、第４図（ロ）の実線
に示す通りとなる。ただし、ωは光の角周波数、ψは２
π／λ・２で、λは波長、２はターゲット３の光軸方向
変位量である。
ターゲット３からの戻り光は、第２のＰＢ８２２が、第
１のＰＢ８２１に対して４５°回転して設置しであるの
で、電界は、」１−・ｓｉｎ （ωｔ＋ψ） とな［ る。更に、第２のＰＢ８２２に対してそれぞれ４５°回
転する第３．第４のＰＢＳ２３．２４ を通って、各
光検出器５１．５２．５３．５４ に入射する光の電
界は、それぞれ第４図（イ）、（ロ）の破線に示す通り
となる。
１のＰＢ８２１に対して４５°回転して設置しであるの
で、電界は、」１−・ｓｉｎ （ωｔ＋ψ） とな［ る。更に、第２のＰＢ８２２に対してそれぞれ４５°回
転する第３．第４のＰＢＳ２３．２４ を通って、各
光検出器５１．５２．５３．５４ に入射する光の電
界は、それぞれ第４図（イ）、（ロ）の破線に示す通り
となる。
したがって、各光検出器５１〜５４で検出される光パワ
ーをＰＤ、〜ＰＤ４とすれば、これらはＴ１）〜（４）
式でそれぞれ表わすことができる。
ーをＰＤ、〜ＰＤ４とすれば、これらはＴ１）〜（４）
式でそれぞれ表わすことができる。
１ １ ＥＴ
ＰＤ、 ＝＜ ｑＥＲｓｉｎωｔ＋ｒ７−７７ ｅｓｉ
ｎＣ＃ｔ＋９’））２＞１ １
ＥＴ ＰＤ・＝〈ヴ゛珈°１”を−汀°Ｗ−°“ｍｌ“訝ψ）
）′〉ＰＤ４＝＜−−−ＥＲｅｏｓωｔ−−！＝ −！
”−５ｉｎ（１＋ｐ））２＞四 ■「 ゾ とおくと、（１）〜（４）式祉それぞれ９０°ずつ位相
のずれ念（５）〜（８）式で表わされる信号となる。
ｎＣ＃ｔ＋９’））２＞１ １
ＥＴ ＰＤ・＝〈ヴ゛珈°１”を−汀°Ｗ−°“ｍｌ“訝ψ）
）′〉ＰＤ４＝＜−−−ＥＲｅｏｓωｔ−−！＝ −！
”−５ｉｎ（１＋ｐ））２＞四 ■「 ゾ とおくと、（１）〜（４）式祉それぞれ９０°ずつ位相
のずれ念（５）〜（８）式で表わされる信号となる。
ＰＤ、 ＝ Ａ ＋ Ｂ ｃｏｔ ｔｐ ＝
（５１Ｐ Ｄ２ ＝ Ａ Ｂ ｃａｒｔ ｖ
・・・曲・・１６）ＰＤ、”＝Ａ −Ｂ ｓｉｎ
ｔｐ ・−” （７）Ｐ Ｄ４ ＝ Ａ
十Ｂ ｓ ｌｎ ９’ ・・”・□・” １
８）第３図に示す回路において、差動増幅器７１は光検
出器５１．５２からの（５）式、（６）式で表わされる
各信号を入力し、両信号の差を演算することによってそ
の出力端に、２Ｂｃｏｓψ なる信号を出力する。同じ
よ５１Ｃ，差動増幅器７２１１ｔ、（７）式、（８）式
で表わされる各信号を入力し、両信号の差を演算するこ
とによってその出力端に、−２Ｂｓ１ｎψなる信号を出
力する。加算増巾器８ｏは、それぞれミキサ８１．８２
を通って印加される各信号を加算することによって、そ
の出力端に、２Ｂ ５ｉｎ（ωｃｔ−ψ）なる周波数信
号余得る。ここでωＣは、ミキサ８１．８２に印加する
キャリア信号のキャリア周波数を示す。カウンタ９１は
、加算増幅器８ｏがらの周波数信号を計数し、塘た、カ
ウンタ９２はキ １１ヤリア信号の周波数を計数す
る。演算回路９ｏは、各カウンタ９１．９２からの計数
値の差を演算することによって、位相量ψ＝二「・２
を求めルコとができる。
（５１Ｐ Ｄ２ ＝ Ａ Ｂ ｃａｒｔ ｖ
・・・曲・・１６）ＰＤ、”＝Ａ −Ｂ ｓｉｎ
ｔｐ ・−” （７）Ｐ Ｄ４ ＝ Ａ
十Ｂ ｓ ｌｎ ９’ ・・”・□・” １
８）第３図に示す回路において、差動増幅器７１は光検
出器５１．５２からの（５）式、（６）式で表わされる
各信号を入力し、両信号の差を演算することによってそ
の出力端に、２Ｂｃｏｓψ なる信号を出力する。同じ
よ５１Ｃ，差動増幅器７２１１ｔ、（７）式、（８）式
で表わされる各信号を入力し、両信号の差を演算するこ
とによってその出力端に、−２Ｂｓ１ｎψなる信号を出
力する。加算増巾器８ｏは、それぞれミキサ８１．８２
を通って印加される各信号を加算することによって、そ
の出力端に、２Ｂ ５ｉｎ（ωｃｔ−ψ）なる周波数信
号余得る。ここでωＣは、ミキサ８１．８２に印加する
キャリア信号のキャリア周波数を示す。カウンタ９１は
、加算増幅器８ｏがらの周波数信号を計数し、塘た、カ
ウンタ９２はキ １１ヤリア信号の周波数を計数す
る。演算回路９ｏは、各カウンタ９１．９２からの計数
値の差を演算することによって、位相量ψ＝二「・２
を求めルコとができる。
なお、各光検出器からの出力信号の演算処理回路として
ｈ、ｉａ図のブロック図以外の他の回路を用いてもよい
。ま゛た、ターゲットとしては反射のある拡散面を用い
てもよい。
ｈ、ｉａ図のブロック図以外の他の回路を用いてもよい
。ま゛た、ターゲットとしては反射のある拡散面を用い
てもよい。
また、第２図において、光検出器５２を省略して３個の
光検出器とし、第５図に示すような演算処理回路を用い
るようにしてもよい。
光検出器とし、第５図に示すような演算処理回路を用い
るようにしてもよい。
すなわち、第５図において第３図と異なる点は、光検出
器５１．５３からの（５）式、（７）式で表わされる信
号の差を演算することによって ２Ｂｓ＋ｉｎ（ψ＋π
／４）なる信号を得、また、光検出器５１．５４からの
（５）式、（８）式で表わされる信号の差を演算するこ
とによって−２Ｂａ１ｎ（ψ−π／４）なる信号を得る
ようにし、位相差量ψを演算するようにしたものである
。
器５１．５３からの（５）式、（７）式で表わされる信
号の差を演算することによって ２Ｂｓ＋ｉｎ（ψ＋π
／４）なる信号を得、また、光検出器５１．５４からの
（５）式、（８）式で表わされる信号の差を演算するこ
とによって−２Ｂａ１ｎ（ψ−π／４）なる信号を得る
ようにし、位相差量ψを演算するようにしたものである
。
このように構成した装置によれば、各光検出器から得ら
れる（５）〜（８）式で示されるような信号の差を演算
し、これを更に演算することによって、ターゲット３の
変位量２を知るようにし友ものであるから、例えばｉラ
ーが曇ったりして、干渉のビジビリティ−（Ｂ／Ａ）が
小さくなっても、これらの影響を受けず、変位測定を行
なうことができる。ｔた、ターゲットの変位方向は、位
相量９の極性変化となって表われるので、変位方向の判
別も行なうことができる。また、λ／２以上の変位変化
も知る仁とができる。
れる（５）〜（８）式で示されるような信号の差を演算
し、これを更に演算することによって、ターゲット３の
変位量２を知るようにし友ものであるから、例えばｉラ
ーが曇ったりして、干渉のビジビリティ−（Ｂ／Ａ）が
小さくなっても、これらの影響を受けず、変位測定を行
なうことができる。ｔた、ターゲットの変位方向は、位
相量９の極性変化となって表われるので、変位方向の判
別も行なうことができる。また、λ／２以上の変位変化
も知る仁とができる。
第１図は公知のマイケルソン変位計の構成説明図、第２
図は本発明に係る装置の一例を示す構成説明図、第３図
はその電気的な回路を示す構成ブロック図、第４図は動
作説明図、第５図は電気回路の他の例を示す構成ブロッ
ク図である。 １・・・光源、２１〜２４・・・偏光ビームスプリッタ
、３・・・ターゲット、３０・・・反射面、４１．４２
・・・きラー、５１〜５４・・・光検出器、６１．６２
・・・λ／４板代理人 弁理士 小 沢 信 助
図は本発明に係る装置の一例を示す構成説明図、第３図
はその電気的な回路を示す構成ブロック図、第４図は動
作説明図、第５図は電気回路の他の例を示す構成ブロッ
ク図である。 １・・・光源、２１〜２４・・・偏光ビームスプリッタ
、３・・・ターゲット、３０・・・反射面、４１．４２
・・・きラー、５１〜５４・・・光検出器、６１．６２
・・・λ／４板代理人 弁理士 小 沢 信 助
Claims (1)
- （１） 光源からの可干渉な光を第１の偏光ビームス
プリッタ及びλ／４（λは波長）板を介して被測定変位
が与えられるターゲットの反射面に照射させ、ここから
の戻り光と的記第１の偏光ビームスプリッタで分割され
次光源からの参照光とをそれぞれ２以上の偏光ビームス
グリツタを介して互いに９０”ずつ位相のずれた３又は
４種の光信号とし、これらの光信号に関連し次信号を差
演算を含む所定の演算を行なうことによって位相差量（
ψ）を求め、これから前記ターゲットの変位量を知るよ
うにした光学式変位測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57108725A JPS58225301A (ja) | 1982-06-24 | 1982-06-24 | 光学式変位測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57108725A JPS58225301A (ja) | 1982-06-24 | 1982-06-24 | 光学式変位測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58225301A true JPS58225301A (ja) | 1983-12-27 |
Family
ID=14491965
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57108725A Pending JPS58225301A (ja) | 1982-06-24 | 1982-06-24 | 光学式変位測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58225301A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6484101A (en) * | 1987-09-28 | 1989-03-29 | Idec Izumi Corp | Laser interference device |
| JPS6484102A (en) * | 1987-09-28 | 1989-03-29 | Idec Izumi Corp | Laser interference device |
| JP2010151572A (ja) * | 2008-12-25 | 2010-07-08 | Ojima Shisaku Kenkyusho:Kk | 偏光分離型干渉計の偏光分離部及び偏光分離型干渉計及び偏光分離干渉計型測長器 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4854950A (ja) * | 1971-11-08 | 1973-08-02 | ||
| JPS56138202A (en) * | 1980-02-21 | 1981-10-28 | Rank Organisation Ltd | Optical apparatus |
-
1982
- 1982-06-24 JP JP57108725A patent/JPS58225301A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4854950A (ja) * | 1971-11-08 | 1973-08-02 | ||
| JPS56138202A (en) * | 1980-02-21 | 1981-10-28 | Rank Organisation Ltd | Optical apparatus |
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| JPS6484102A (en) * | 1987-09-28 | 1989-03-29 | Idec Izumi Corp | Laser interference device |
| JP2010151572A (ja) * | 2008-12-25 | 2010-07-08 | Ojima Shisaku Kenkyusho:Kk | 偏光分離型干渉計の偏光分離部及び偏光分離型干渉計及び偏光分離干渉計型測長器 |
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