JP2519411B2 - 熱膨張計 - Google Patents
熱膨張計Info
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- JP2519411B2 JP2519411B2 JP60263828A JP26382885A JP2519411B2 JP 2519411 B2 JP2519411 B2 JP 2519411B2 JP 60263828 A JP60263828 A JP 60263828A JP 26382885 A JP26382885 A JP 26382885A JP 2519411 B2 JP2519411 B2 JP 2519411B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、光干渉を利用した熱膨張計に関する。
（従来の技術） 従来、光干渉を利用した熱膨張計として、レーザ光が
照射される試料が膨脹すると、レーザ光の光路長が変化
し、その変化がレーザ光の波長に等しくなる毎に基準光
との干渉光が照射される照射面が明暗を１サイクルくり
かえすことを利用してこの明の数を計数し、その計数値
から試料の膨張量を測定するものが知られている。
照射される試料が膨脹すると、レーザ光の光路長が変化
し、その変化がレーザ光の波長に等しくなる毎に基準光
との干渉光が照射される照射面が明暗を１サイクルくり
かえすことを利用してこの明の数を計数し、その計数値
から試料の膨張量を測定するものが知られている。
（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記の従来技術によれば、試料の熱膨
張に対する測定精度はレーザ光の波長以上には向上せ
ず、明暗の１サイクルが終了する間は膨張量を把握する
ことができないという問題点があった。
張に対する測定精度はレーザ光の波長以上には向上せ
ず、明暗の１サイクルが終了する間は膨張量を把握する
ことができないという問題点があった。
本発明はこのような問題点を解消する熱膨張計を提供
することをその目的とする。
することをその目的とする。
（問題点を解決するための手段） 本発明は、レーザ発振器と、該レーザ発振器から発す
るレーザ光の試料面及び基準面におけるそれぞれの反射
光を重ねて互いに干渉させ、その干渉光を照射面に照射
して複数の明暗のパターンから成る干渉縞を生じさせる
干渉縞発生手段と、前記照射面に基準位置を有し、前記
干渉縞の複数の明暗のパターンにより生ずる照射面上の
面内光強度分布を電気信号に変換して干渉縞位置信号と
して出力する光電変換手段と、該光電変換手段に接続さ
れ、一つの山の前記基準位置との間の距離と、前記基準
位置を通過する山の積算数と、山と山との間隔と、前記
レーザ光の波長とから試料の膨脹量又は収縮量を算出す
る手段とを具備することを特徴とする。
るレーザ光の試料面及び基準面におけるそれぞれの反射
光を重ねて互いに干渉させ、その干渉光を照射面に照射
して複数の明暗のパターンから成る干渉縞を生じさせる
干渉縞発生手段と、前記照射面に基準位置を有し、前記
干渉縞の複数の明暗のパターンにより生ずる照射面上の
面内光強度分布を電気信号に変換して干渉縞位置信号と
して出力する光電変換手段と、該光電変換手段に接続さ
れ、一つの山の前記基準位置との間の距離と、前記基準
位置を通過する山の積算数と、山と山との間隔と、前記
レーザ光の波長とから試料の膨脹量又は収縮量を算出す
る手段とを具備することを特徴とする。
（作用） レーザ光の試料面及び基準面におけるそれぞれの反射
光は一方の波面が他方の波面に対して僅かに傾いた状態
で重なり互いに干渉するから、干渉光で照射された照射
面には第２図示のように干渉縞が生ずる。試料がレーザ
光の入射方向へ膨張するとその膨張に応じて試料面のレ
ーザ光入射部内の各位置に達するレーザ光の光路長が変
化し、その膨張がレーザ光の1/2波長分であれば前記干
渉縞の明部及び暗部はそれぞれ暗及び明を経て再び明及
び暗となり1/2波長未満では明部と暗部の中間部は一層
明るくあるいは一層暗くなる。干渉縞の１つの明部に着
目すると、試料の膨張にともなってその明部が隣りの明
部の方に移動し、1/4波長分であれば中間部まで移動
し、1/2波長分であれば隣りの明部まで移動して見え
る。
光は一方の波面が他方の波面に対して僅かに傾いた状態
で重なり互いに干渉するから、干渉光で照射された照射
面には第２図示のように干渉縞が生ずる。試料がレーザ
光の入射方向へ膨張するとその膨張に応じて試料面のレ
ーザ光入射部内の各位置に達するレーザ光の光路長が変
化し、その膨張がレーザ光の1/2波長分であれば前記干
渉縞の明部及び暗部はそれぞれ暗及び明を経て再び明及
び暗となり1/2波長未満では明部と暗部の中間部は一層
明るくあるいは一層暗くなる。干渉縞の１つの明部に着
目すると、試料の膨張にともなってその明部が隣りの明
部の方に移動し、1/4波長分であれば中間部まで移動
し、1/2波長分であれば隣りの明部まで移動して見え
る。
このように、干渉縞の明暗のパターンの位置を把握し
ていれば、その１つの明部の移動量を求めることがで
き、これにより試料の膨張量を算出することができる。
ていれば、その１つの明部の移動量を求めることがで
き、これにより試料の膨張量を算出することができる。
試料が収縮した時は、照射面における干渉縞の移動は
膨張の場合と逆方向であるが、前記と同様にしてその１
つの明部の位置を把握しておき、これにより移動量を求
めれば試料の収縮量が算出される。
膨張の場合と逆方向であるが、前記と同様にしてその１
つの明部の位置を把握しておき、これにより移動量を求
めれば試料の収縮量が算出される。
（実施例） 以下本発明の実施例を図面につき説明する。
第１図において、（１）は例えば波長（λ）が0.6328
μｍの直線偏光されたレーザ光を出力するレーザ発振
器、（２）は試料、（３）はレーザ発振器（１）から発
するレーザ光の試料面及び基準面におけるそれぞれの反
射光を一方の波面が他方の波面に対して僅かに傾いた状
態で重ねて互いに干渉させ、その干渉光を照射面に照射
して複数の明暗のパターンから成る干渉縞を生じさせる
手段（４）は、前記干渉縞により生ずる照射面上の面内
光強度分布を電気信号に変換して干渉縞位置信号として
出力する手段（14）及び（15）と、前記干渉縞位置信号
の一つの山の前記基準位置との間の距離と、前記基準位
置を通過する山の積算数と、山と山との間隔と、前記レ
ーザ光の波長とから試料の膨張量又は収縮量を算出する
手段（16）とから成る。
μｍの直線偏光されたレーザ光を出力するレーザ発振
器、（２）は試料、（３）はレーザ発振器（１）から発
するレーザ光の試料面及び基準面におけるそれぞれの反
射光を一方の波面が他方の波面に対して僅かに傾いた状
態で重ねて互いに干渉させ、その干渉光を照射面に照射
して複数の明暗のパターンから成る干渉縞を生じさせる
手段（４）は、前記干渉縞により生ずる照射面上の面内
光強度分布を電気信号に変換して干渉縞位置信号として
出力する手段（14）及び（15）と、前記干渉縞位置信号
の一つの山の前記基準位置との間の距離と、前記基準位
置を通過する山の積算数と、山と山との間隔と、前記レ
ーザ光の波長とから試料の膨張量又は収縮量を算出する
手段（16）とから成る。
該手段（３）は、ミラー（５）、ビームスプリッタ
（６）、偏光ビームスプリッタ（７）、1/4波長板
（８）、ミラー（９）、試料（２）の載置台として用い
た基準面としてのミラー（10）、直角プリズム（11）
（12）及びレンズ（13）から成り、直線偏光されたレー
ザ光Ｌをミラー（５）を介してビームスプリッタ（６）
により２つのレーザ光L1L2に分け、該２つのレーザ光L1
L2が偏光ビームスプリッタ（７）における反射を経てそ
れぞれミラー（９）及びミラー（10）の金蒸着面に入射
するようにし、それぞれの反射光L1L2は1/4波長板
（８）及び偏光ビームスプリッタ（７）を透過し直角プ
リズム（11）（12）による全反射で再びミラー（９）
（10）の全蒸着面に入射するようにし、それぞれの反射
光L1L2を偏光ビームスプリッタ（７）で反射させ前記ビ
ームスプリッタ（６）において一方の波面が他方の波面
に対して僅かに傾いた状態で互いに干渉させ、この干渉
光をレンズ（13）で拡大して照射面としてのリニアイメ
ージセンサ（14）に例えば約2mmφの大きさとして照射
し、該センサ（14）上に干渉縞が生ずるようにした。
（６）、偏光ビームスプリッタ（７）、1/4波長板
（８）、ミラー（９）、試料（２）の載置台として用い
た基準面としてのミラー（10）、直角プリズム（11）
（12）及びレンズ（13）から成り、直線偏光されたレー
ザ光Ｌをミラー（５）を介してビームスプリッタ（６）
により２つのレーザ光L1L2に分け、該２つのレーザ光L1
L2が偏光ビームスプリッタ（７）における反射を経てそ
れぞれミラー（９）及びミラー（10）の金蒸着面に入射
するようにし、それぞれの反射光L1L2は1/4波長板
（８）及び偏光ビームスプリッタ（７）を透過し直角プ
リズム（11）（12）による全反射で再びミラー（９）
（10）の全蒸着面に入射するようにし、それぞれの反射
光L1L2を偏光ビームスプリッタ（７）で反射させ前記ビ
ームスプリッタ（６）において一方の波面が他方の波面
に対して僅かに傾いた状態で互いに干渉させ、この干渉
光をレンズ（13）で拡大して照射面としてのリニアイメ
ージセンサ（14）に例えば約2mmφの大きさとして照射
し、該センサ（14）上に干渉縞が生ずるようにした。
前記直角プリズム（12）は、図示のように、直角プリ
ズム（11）に対して平行移動することができると共に回
転できるものとし、ミラー（10）に対してミラー（９）
が完全に平行でなく、ミラー（９）で反射されたレーザ
L1が多少傾いても該直角プリズム（12）の平行移動又は
回転によりミラー（９）で再び反射されたレーザ光L1が
最初に入射したレーザ光L1と平行になるようにした。し
たがって試料（２）に高度の平行平面加工は不要であ
る。
ズム（11）に対して平行移動することができると共に回
転できるものとし、ミラー（10）に対してミラー（９）
が完全に平行でなく、ミラー（９）で反射されたレーザ
L1が多少傾いても該直角プリズム（12）の平行移動又は
回転によりミラー（９）で再び反射されたレーザ光L1が
最初に入射したレーザ光L1と平行になるようにした。し
たがって試料（２）に高度の平行平面加工は不要であ
る。
前記手段（４）はリニアイメージセンサ（14）と、リ
ニアイメージセンサ駆動回路（15）とマイクロコンピュ
ータ（16）とから成る。
ニアイメージセンサ駆動回路（15）とマイクロコンピュ
ータ（16）とから成る。
該リニアイメージセンサ（14）とその駆動回路（15）
とによりリニアイメージセンサ（14）上に投影された干
渉縞の明暗を、その明るさに応じた振幅を有し、かつイ
メージセンサ（14）上の位置に対応する第３図示のよう
な電気信号に変換するようにした。
とによりリニアイメージセンサ（14）上に投影された干
渉縞の明暗を、その明るさに応じた振幅を有し、かつイ
メージセンサ（14）上の位置に対応する第３図示のよう
な電気信号に変換するようにした。
第３図示の電気信号において、X1とX2は、電気信号の
山の位置であって、明暗のパターンから成る干渉縞の隣
り合った明部の位置を示し、（X2-X1）は、この隣り合
った明部と明部の間の間隔を示す。この明部と明部の間
の間隔は、レーザ光が偏光ビームスプリッタ（７）とミ
ラー（９）、（10）との間を２往復することから、λ/4
の量に対応する。
山の位置であって、明暗のパターンから成る干渉縞の隣
り合った明部の位置を示し、（X2-X1）は、この隣り合
った明部と明部の間の間隔を示す。この明部と明部の間
の間隔は、レーザ光が偏光ビームスプリッタ（７）とミ
ラー（９）、（10）との間を２往復することから、λ/4
の量に対応する。
一方、前記位置X1、X2は、第３図示の電気信号では、
基準位置Ｓからの距離に対応し、イメージセンサ上でも
実際の基準位置からの距離に対応した位置の瞬時値を示
す量である。従って、前記基準位置Ｓからこれに一番近
い電気信号の山の位置までの距離、即ちX2に対応するイ
メージセンサ（14）の基準位置からの距離Ｌは、 である。
基準位置Ｓからの距離に対応し、イメージセンサ上でも
実際の基準位置からの距離に対応した位置の瞬時値を示
す量である。従って、前記基準位置Ｓからこれに一番近
い電気信号の山の位置までの距離、即ちX2に対応するイ
メージセンサ（14）の基準位置からの距離Ｌは、 である。
そこで、該マイクロコンピュータ（16）では、前記電
気信号を用いて試料（２）の膨張に応じて前記式の演算
を行ない、該距離Ｌの変化から膨張量を算出するように
した。
気信号を用いて試料（２）の膨張に応じて前記式の演算
を行ない、該距離Ｌの変化から膨張量を算出するように
した。
（17）はD/Aコンバータ、（18）は記録計、（19）は
デジタル表示器である。
デジタル表示器である。
次にその作動について説明する。
試料（２）の基準状態において、レーザ発振器（１）
から発したレーザ光Ｌは２つのレーザ光X1X2に分けら
れ、１つのレーザ光L1は試料（２）の一端面に接するミ
ラー（９）の金蒸着面で反射され、他のレーザ光L2は基
準面としてのミラー（10）の金蒸着面で反射される。こ
の反射光X1X2は直角プリズム（11）（12）の使用により
それぞれ再度ミラー（９）（10）に入射して反射され、
ビームスプリッタ（６）で重なり、互いに干渉する。こ
の干渉光はレンズ（13）で拡大されてリニアイメージセ
ンサ（14）の面上に照射される。この照射によりイメー
ジセンサ（14）上に投影された干渉縞はリニアイメージ
センサ（14）及びその駆動回路（15）により第３図示の
ようにイメージセンサ（14）の位置に対応しかつ明るさ
に応じた振幅の電気信号に変換される。この電気信号は
マイクロコンピュータ（16）に入力し、該コンピュータ
（15）において前述のようにイメージセンサ（14）の基
準位置からこれに最も近い干渉縞の明部までの距離を算
出する。この距離の算出は膨張の過程において逐次行わ
れ、該距離の変化から試料の膨張量が算出される。
から発したレーザ光Ｌは２つのレーザ光X1X2に分けら
れ、１つのレーザ光L1は試料（２）の一端面に接するミ
ラー（９）の金蒸着面で反射され、他のレーザ光L2は基
準面としてのミラー（10）の金蒸着面で反射される。こ
の反射光X1X2は直角プリズム（11）（12）の使用により
それぞれ再度ミラー（９）（10）に入射して反射され、
ビームスプリッタ（６）で重なり、互いに干渉する。こ
の干渉光はレンズ（13）で拡大されてリニアイメージセ
ンサ（14）の面上に照射される。この照射によりイメー
ジセンサ（14）上に投影された干渉縞はリニアイメージ
センサ（14）及びその駆動回路（15）により第３図示の
ようにイメージセンサ（14）の位置に対応しかつ明るさ
に応じた振幅の電気信号に変換される。この電気信号は
マイクロコンピュータ（16）に入力し、該コンピュータ
（15）において前述のようにイメージセンサ（14）の基
準位置からこれに最も近い干渉縞の明部までの距離を算
出する。この距離の算出は膨張の過程において逐次行わ
れ、該距離の変化から試料の膨張量が算出される。
第４図は、試料の温度（Ｔ）が上昇した時の前記距離
（Ｌ）の変化すなわち試料のに膨張及び収縮の様子を示
す。
（Ｌ）の変化すなわち試料のに膨張及び収縮の様子を示
す。
温度T1から温度T2までの距離は増加しており試料が膨
張していることを示している。温度T2、T3、T4で距離が急
激に零になるのは基準位置に最も近かった電気信号の山
が遠ざかって左隣りの山が基準位置に最も近づき、この
山と基準位置間の距離が測定されることになるからであ
る。したがってT1からT4までの間試料は破線で示すよう
に連続的に膨張しており、その膨張量は基準位置と各山
との間の距離を加算することにより算出される。温度T4
とT5の中間温度以上になると試料は連続的に収縮し、そ
の収縮量は基準位置と各山との間の距離の減少分を加算
することにより算出される。
張していることを示している。温度T2、T3、T4で距離が急
激に零になるのは基準位置に最も近かった電気信号の山
が遠ざかって左隣りの山が基準位置に最も近づき、この
山と基準位置間の距離が測定されることになるからであ
る。したがってT1からT4までの間試料は破線で示すよう
に連続的に膨張しており、その膨張量は基準位置と各山
との間の距離を加算することにより算出される。温度T4
とT5の中間温度以上になると試料は連続的に収縮し、そ
の収縮量は基準位置と各山との間の距離の減少分を加算
することにより算出される。
マイクロコンピュータ（16）で算出された試料（２）
の膨張又は収縮の大きさはD/Aコンバータ（17）を経て
記録計（18）に記録され、デジタル表示器（19）に表示
される。
の膨張又は収縮の大きさはD/Aコンバータ（17）を経て
記録計（18）に記録され、デジタル表示器（19）に表示
される。
（発明の効果） 以上のように本発明によるときは、干渉縞を構成する
各明暗のパターンの位置を直接促え、距離を算出するこ
とができるので、試料の膨張量の瞬時値、または、収縮
量の瞬時値そのものを測定している間中把握し続けるこ
とができる。またその際、試料の膨張量又は収縮量をレ
ーザ光の波長単位でなく、連続的な値として算出するこ
とができるので、高精度な測定値を得ることができる、
という効果を有する。
各明暗のパターンの位置を直接促え、距離を算出するこ
とができるので、試料の膨張量の瞬時値、または、収縮
量の瞬時値そのものを測定している間中把握し続けるこ
とができる。またその際、試料の膨張量又は収縮量をレ
ーザ光の波長単位でなく、連続的な値として算出するこ
とができるので、高精度な測定値を得ることができる、
という効果を有する。
第１図は本発明の１実施例の線図、第２図は照射面に投
影された干渉縞の平面図、第３図は干渉縞に対応する電
気信号の波形図、第４図は作動説明図である。 （１）…レーザ発振器 （６）…ビームスプリッタ （７）…偏光ビームスプリッタ （９）（10）…ミラー （11）（12）…直角プリズム （14）…リニアイメージセンサ （15）…イメージセンサ駆動回路 （16）…マイクロコンピュータ
影された干渉縞の平面図、第３図は干渉縞に対応する電
気信号の波形図、第４図は作動説明図である。 （１）…レーザ発振器 （６）…ビームスプリッタ （７）…偏光ビームスプリッタ （９）（10）…ミラー （11）（12）…直角プリズム （14）…リニアイメージセンサ （15）…イメージセンサ駆動回路 （16）…マイクロコンピュータ
Claims (1)
- 【請求項１】レーザ発振器と、 該レーザ発振器から発するレーザ光の試料面及び基準面
におけるそれぞれの反射光を重ねて互いに干渉させ、そ
の干渉光を照射面に照射して複数の明暗のパターンから
成る干渉縞を生じさせる干渉縞発生手段と、 前記照射面に基準位置を有し、前記干渉縞の複数の明暗
のパターンにより生ずる照射面上の面内光強度分布を電
気信号に変換して干渉縞位置信号として出力する光電変
換手段と、 該光電変換手段に接続され、一つの山の前記基準位置と
の間の距離と、前記基準位置を通過する山の積算数と、
山と山との間隔と、前記レーザ光の波長とから試料の膨
脹量又は収縮量を算出する手段とを具備することを特徴
とする熱膨張計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60263828A JP2519411B2 (ja) | 1985-11-26 | 1985-11-26 | 熱膨張計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60263828A JP2519411B2 (ja) | 1985-11-26 | 1985-11-26 | 熱膨張計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62124405A JPS62124405A (ja) | 1987-06-05 |
| JP2519411B2 true JP2519411B2 (ja) | 1996-07-31 |
Family
ID=17394786
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60263828A Expired - Fee Related JP2519411B2 (ja) | 1985-11-26 | 1985-11-26 | 熱膨張計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2519411B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007040715A (ja) * | 2005-07-29 | 2007-02-15 | Ulvac-Riko Inc | マイケルソン光干渉計、この光干渉計を用いた熱膨張計及び熱膨張量測定方法 |
| CN103791845B (zh) * | 2014-01-21 | 2016-06-22 | 山西大学 | 基于激光高阶横模的光学横向小位移的测量方法及装置 |
| JP6682097B2 (ja) * | 2016-03-23 | 2020-04-15 | 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 | 光干渉長さ測定装置 |
| JP6699054B2 (ja) * | 2016-03-23 | 2020-05-27 | 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 | 振動緩衝機構を備えた光干渉長さ測定装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3788746A (en) * | 1972-10-02 | 1974-01-29 | Hewlett Packard Co | Optical dilatometer |
| JPS5019453U (ja) * | 1973-06-18 | 1975-03-05 |
-
1985
- 1985-11-26 JP JP60263828A patent/JP2519411B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62124405A (ja) | 1987-06-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |