JP2760830B2 - 変位の光学的測定装置 - Google Patents
変位の光学的測定装置Info
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- JP2760830B2 JP2760830B2 JP1009751A JP975189A JP2760830B2 JP 2760830 B2 JP2760830 B2 JP 2760830B2 JP 1009751 A JP1009751 A JP 1009751A JP 975189 A JP975189 A JP 975189A JP 2760830 B2 JP2760830 B2 JP 2760830B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は周囲温度が変化する場合でも、その影響のな
い光の干渉を利用した変位の光学的測定装置に関する。
い光の干渉を利用した変位の光学的測定装置に関する。
従来、温度変化に起因する測定誤差を除いた干渉測定
装置としては特開昭62−233704にて開示されたものがあ
る。この方法は1/4波長板、コーナキユーブ等を巧みに
組み合せ干渉計本体から参照面を切り離し、参照面のみ
を測定対象物の近くに設置することを可能にしたもので
ある。
装置としては特開昭62−233704にて開示されたものがあ
る。この方法は1/4波長板、コーナキユーブ等を巧みに
組み合せ干渉計本体から参照面を切り離し、参照面のみ
を測定対象物の近くに設置することを可能にしたもので
ある。
上記従来技術は測定対象物としてある程度の面積をも
つた鏡面を想定しており、ごく小さい鏡面部（例えば測
定対象物の一部を鏡面加工したもの等）の変位は測定で
きない。
つた鏡面を想定しており、ごく小さい鏡面部（例えば測
定対象物の一部を鏡面加工したもの等）の変位は測定で
きない。
本発明の目的は、鏡面、または、鏡面状に加工された
部分がごくわずかでも存在すれば、その部分の変位を温
度変化の影響を受けずに正確に測定できることを可能と
する変位の測定装置を提供することにある。
部分がごくわずかでも存在すれば、その部分の変位を温
度変化の影響を受けずに正確に測定できることを可能と
する変位の測定装置を提供することにある。
上記の目的を達成するために、変位測定装置の干渉光
学系部を接着一体化し、原理上必要な部材のみで構成
し、その測定対象物に最も近い平面を基準にした測定し
た。また、周囲温度の変化に伴ない干渉光学系中で発生
する参照光と測定光の光路長差の変化を補償する補償要
素を付加した。
学系部を接着一体化し、原理上必要な部材のみで構成
し、その測定対象物に最も近い平面を基準にした測定し
た。また、周囲温度の変化に伴ない干渉光学系中で発生
する参照光と測定光の光路長差の変化を補償する補償要
素を付加した。
干渉光学系はその原理上必要な部材のみで構成されて
おり、不必要な部材がないので周囲温度が変化しても参
照光と測定光の光路長の変化自体が少ない。また、たと
え、補償要素以外の部分に光路長の変化があつてそれに
より光路長差が変化しても、それは補償要素により補償
されるので干渉光学系全体としては光路長の変化はなく
なる。
おり、不必要な部材がないので周囲温度が変化しても参
照光と測定光の光路長の変化自体が少ない。また、たと
え、補償要素以外の部分に光路長の変化があつてそれに
より光路長差が変化しても、それは補償要素により補償
されるので干渉光学系全体としては光路長の変化はなく
なる。
また、測定対象物に最も近い面を基準として固定する
ので干渉光学系の部材が熱変形してもそれに起因しては
測定対象物との距離は変化しない。
ので干渉光学系の部材が熱変形してもそれに起因しては
測定対象物との距離は変化しない。
以下、本発明の一実施例を第１図，第２図を用いて説
明する。第１図において１は２周波レーザで、紙面と平
行に振動する周波数１の光と垂直に振動する周波数
２の光を発する。２はビームスプリツタで、入射光をそ
の振動面の方向で区別せずに反射光と透過光に２分割す
る。３は干渉光学系で、偏光ビームスプリツタ（P.B.
S）４、同一材質，同一厚さの1/4波長板5,7を接着一体
化して構成する。1/4波長板5,7は入射光の振動面を90゜
回転させる軸方向にとり付ける。前記1/4波長板５の裏
面には反射膜６を付けておく。この干渉光学系は面AA′
を基準としてこの面で固定する。（第２図説明参照）８
は測定対象物、9,10は偏光板である。11,12は光検出
器、13,14は零クロス検出器でそれぞれ前記光検出器11,
12の出力の零クロス点を検出しパルスを発生する。15は
アツプダウンカウンタである。つぎに動作を説明する。
明する。第１図において１は２周波レーザで、紙面と平
行に振動する周波数１の光と垂直に振動する周波数
２の光を発する。２はビームスプリツタで、入射光をそ
の振動面の方向で区別せずに反射光と透過光に２分割す
る。３は干渉光学系で、偏光ビームスプリツタ（P.B.
S）４、同一材質，同一厚さの1/4波長板5,7を接着一体
化して構成する。1/4波長板5,7は入射光の振動面を90゜
回転させる軸方向にとり付ける。前記1/4波長板５の裏
面には反射膜６を付けておく。この干渉光学系は面AA′
を基準としてこの面で固定する。（第２図説明参照）８
は測定対象物、9,10は偏光板である。11,12は光検出
器、13,14は零クロス検出器でそれぞれ前記光検出器11,
12の出力の零クロス点を検出しパルスを発生する。15は
アツプダウンカウンタである。つぎに動作を説明する。
２周波レーザ１を発した光のうち紙面と平行な振動面
を持つ光をB1、紙面と垂直雨な振動面を持つ光をB2とす
る。これらの光はビームスプリツタ（以下BSと称す）２
に至り、透過光B1T,B2Tと反射光B1R,B2Rに２分割され
る。反射光B1R,B2Rは互いに直交する振動面を持つので
このままでは干渉しないが、偏光板９で紙面に対して45
度の方向に振動する成分を取り出すと干渉をおこして２
つの光の周波数差ΔＦ＝f1−f2のビート信号を発生す
る。これを光検出器11で電気信号に変換し、その零クロ
ス点を、零クロス検出器13で検出してパルス（ダウンパ
ルス）を発生させると、１秒間に２ΔＦの割合でパルス
が発生する（１周期の間に零クロス点は２個存在す
る）。これをアツプダウンカウンタのダウン入力端子に
入力してカウントする。
を持つ光をB1、紙面と垂直雨な振動面を持つ光をB2とす
る。これらの光はビームスプリツタ（以下BSと称す）２
に至り、透過光B1T,B2Tと反射光B1R,B2Rに２分割され
る。反射光B1R,B2Rは互いに直交する振動面を持つので
このままでは干渉しないが、偏光板９で紙面に対して45
度の方向に振動する成分を取り出すと干渉をおこして２
つの光の周波数差ΔＦ＝f1−f2のビート信号を発生す
る。これを光検出器11で電気信号に変換し、その零クロ
ス点を、零クロス検出器13で検出してパルス（ダウンパ
ルス）を発生させると、１秒間に２ΔＦの割合でパルス
が発生する（１周期の間に零クロス点は２個存在す
る）。これをアツプダウンカウンタのダウン入力端子に
入力してカウントする。
BS2透過光B1T,B2Tは偏光ビームスプリツタ（以下PBS
と称す）４に至る。ここで、B1Tは紙面と平行な振動面
を持つので透過するが、B2Tは紙面と垂直な振動面を持
つのでここで反射する。B1Tは1/4波長板７を透過して測
定対象物８で反射して再度1/4波長板７を透過してPBS4
に至る。このとき、測定対象物８の速度に比例した周波
数シフトを受ける。測定対象物の速度をｖ、光の速度を
ｃとすると、周波数シフトをΔf1は（１）式で与えられ
る。
と称す）４に至る。ここで、B1Tは紙面と平行な振動面
を持つので透過するが、B2Tは紙面と垂直な振動面を持
つのでここで反射する。B1Tは1/4波長板７を透過して測
定対象物８で反射して再度1/4波長板７を透過してPBS4
に至る。このとき、測定対象物８の速度に比例した周波
数シフトを受ける。測定対象物の速度をｖ、光の速度を
ｃとすると、周波数シフトをΔf1は（１）式で与えられ
る。
Δf1＝f1×v/c ＝2v/λ …（１） また、振動面は1/4波長板７の作用で90度回転して紙
面と垂直になつている。したがつて、この反射光は、P.
B.S.4で反射する。一方、B2Tは1/4波長板５を透過して
参照面６で反射して再度1/4波長板５を透過してPBS4に
至る。このとき、振動面は1/4波長板の作用で90度回転
して紙面と平行になつているのでここを透過する。B1T,
B2Tは互いに直交する振動面を持つのでこのままでは干
渉しないが、偏光板10で紙面に対して45度の方向に振動
する成分を取り出すと干渉をおこして２つの光の周波数
差ΔＦ′＝f1＋Δf1−f2のビート信号を発生する。これ
を光検出器12で電気信号に変換し、その零クロス点を、
零クロス検出器14で検出してパルス（アツプパルス）を
発生させると、１秒間に２ΔＦ′の割合でパルスが発生
する。これをアツプダウンカウンタのダウン入力端子に
入力してカウントする。したがつて、アツプダウンカウ
ンタ15の出力は、１秒間に２ΔＦ′−２ΔＦ＝２×Δf1
の割合で増加する。（１）式を代入するとアツプダウン
カウンタ15の出力は、１秒間に4/λ×ｖの割合で増加す
るので、カウンタ出力にλ/4を乗じれば、１秒間のカウ
ント値の増加から速度が、また、積算カウント値から変
位量がわかる。
面と垂直になつている。したがつて、この反射光は、P.
B.S.4で反射する。一方、B2Tは1/4波長板５を透過して
参照面６で反射して再度1/4波長板５を透過してPBS4に
至る。このとき、振動面は1/4波長板の作用で90度回転
して紙面と平行になつているのでここを透過する。B1T,
B2Tは互いに直交する振動面を持つのでこのままでは干
渉しないが、偏光板10で紙面に対して45度の方向に振動
する成分を取り出すと干渉をおこして２つの光の周波数
差ΔＦ′＝f1＋Δf1−f2のビート信号を発生する。これ
を光検出器12で電気信号に変換し、その零クロス点を、
零クロス検出器14で検出してパルス（アツプパルス）を
発生させると、１秒間に２ΔＦ′の割合でパルスが発生
する。これをアツプダウンカウンタのダウン入力端子に
入力してカウントする。したがつて、アツプダウンカウ
ンタ15の出力は、１秒間に２ΔＦ′−２ΔＦ＝２×Δf1
の割合で増加する。（１）式を代入するとアツプダウン
カウンタ15の出力は、１秒間に4/λ×ｖの割合で増加す
るので、カウンタ出力にλ/4を乗じれば、１秒間のカウ
ント値の増加から速度が、また、積算カウント値から変
位量がわかる。
第２図は干渉光学系の保持部を示したもので21は干渉
光学系取付用台で、AA′面が測定の基準（測定対象物の
変位量を測定する際の基準）となる。また、21′は前記
取り付け台21に開けた測定光を通過させるための穴であ
り、22,23,30は干渉光学系固定用部材で、22は上板,30
は下板,23は押え板である。上板22,押え板23には干渉光
が押えつけるバネ24,25,26及びバネ押え27,28,29を取付
けるための小穴が開いている。バネ25,26で干渉計を基
準面AA′に一定圧で押えつける。また、バネ24で下板30
に押えつける。このようにすると周囲温度が変化して干
渉光学計が変形しても参照光の光路長（▲▼＋▲
▼）×２と測定光の光路長（▲▼＋▲▼）×
２は等しいのでその差は一定となる。（ただし、干渉光
学系内部に温度分布はないものとする） 第３図は他の実施例を示し、図中第１図，第２図と同
一番号のものは同一部分を表すものとする。
光学系取付用台で、AA′面が測定の基準（測定対象物の
変位量を測定する際の基準）となる。また、21′は前記
取り付け台21に開けた測定光を通過させるための穴であ
り、22,23,30は干渉光学系固定用部材で、22は上板,30
は下板,23は押え板である。上板22,押え板23には干渉光
が押えつけるバネ24,25,26及びバネ押え27,28,29を取付
けるための小穴が開いている。バネ25,26で干渉計を基
準面AA′に一定圧で押えつける。また、バネ24で下板30
に押えつける。このようにすると周囲温度が変化して干
渉光学計が変形しても参照光の光路長（▲▼＋▲
▼）×２と測定光の光路長（▲▼＋▲▼）×
２は等しいのでその差は一定となる。（ただし、干渉光
学系内部に温度分布はないものとする） 第３図は他の実施例を示し、図中第１図，第２図と同
一番号のものは同一部分を表すものとする。
第３図は第２の変形例であり、７′は1/4波長板31は
固定用部材、32,33はバネ、34,35はバネ押えである、こ
こでは、1/4波長板７′の大きさを実施例１より大きく
し、その周辺部を使つて取付用台21に取付けている。
固定用部材、32,33はバネ、34,35はバネ押えである、こ
こでは、1/4波長板７′の大きさを実施例１より大きく
し、その周辺部を使つて取付用台21に取付けている。
第４図，第５図は取付台の他の実施例を示したもので
ある。第４図において取付台21′は中央の光線が通過す
るための穴と同心円上に円周を３等分する位置に突起4
1,42,43が付けてありこれが1/4波長板７′（第２図参
照）の測定対象物側の面と接する。第５図は、第４図の
取り付け台の３個の孤立した突起のかわりにリング状の
突起45を付けた例である。
ある。第４図において取付台21′は中央の光線が通過す
るための穴と同心円上に円周を３等分する位置に突起4
1,42,43が付けてありこれが1/4波長板７′（第２図参
照）の測定対象物側の面と接する。第５図は、第４図の
取り付け台の３個の孤立した突起のかわりにリング状の
突起45を付けた例である。
第６図は光路長差補償要素を参照光の光路中に挿入し
た例である。51は測定対象物８に測定光を集光するため
の平凸レンズで、平凸レンズ51は周囲温度が変化すると
熱変形するので測定光の光路長が変化する。この光路長
変化を参照光の光路中に補償要素52を挿入して相殺す
る。
た例である。51は測定対象物８に測定光を集光するため
の平凸レンズで、平凸レンズ51は周囲温度が変化すると
熱変形するので測定光の光路長が変化する。この光路長
変化を参照光の光路中に補償要素52を挿入して相殺す
る。
このとき、参照光の反射膜６′は補償要素52の裏面に
付ける。
付ける。
測定光の光路のうち、▲▼＋▲▼の部分は参
照光の光路の▲▼＋▲▼の部分と相殺してい
る。したがつて、レンズ51の厚さの分▲▼の変化を
補償するように補償要素の厚さ▲▼を決める。つぎ
にその決め方を述べる。レンズ51の屈折率をnL,線膨張
係数をαＬ（1/℃）、屈折率の温度変化の係数をβ
Ｌ（1/℃）とする。また、補償要素の屈折率をnC、線膨
張係数をαＣ、屈折率の温度変化の係数をβＣ（1/℃）
とする。レンズ52の光路長をlLOPt、補償要素52の光路
長をlLOPtとすると該光路長は、それぞれ（２）式，
（３）式で表わされる。
照光の光路の▲▼＋▲▼の部分と相殺してい
る。したがつて、レンズ51の厚さの分▲▼の変化を
補償するように補償要素の厚さ▲▼を決める。つぎ
にその決め方を述べる。レンズ51の屈折率をnL,線膨張
係数をαＬ（1/℃）、屈折率の温度変化の係数をβ
Ｌ（1/℃）とする。また、補償要素の屈折率をnC、線膨
張係数をαＣ、屈折率の温度変化の係数をβＣ（1/℃）
とする。レンズ52の光路長をlLOPt、補償要素52の光路
長をlLOPtとすると該光路長は、それぞれ（２）式，
（３）式で表わされる。
lLOPt＝nL×▲▼ …（２） lCOPt＝nC×▲▼ …（３） 周囲温度がＴ（℃）変化すると（２）式，（３）式で
表わされる光路長はそれぞれ（４）式，（５）式で表わ
される量だけ変化する。
表わされる光路長はそれぞれ（４）式，（５）式で表わ
される量だけ変化する。
ΔlLOPt＝nL×▲▼＋nL×Δ（▲▼） ＝Ｔ（βＬ＋nLαＬ）×▲▼ …（４） ΔlCOPt＝ΔnC×▲▼＋nC×Δ（▲▼） ＝Ｔ（βＣ＋nCαＣ）×▲▼ …（５） 測定光の光路長変化をΔlMOPtとすると、ΔlMOPtはレ
ンズ51が伸びた分αLT×▲▼だけ測定対象物８と干
渉光学系との間の媒質（ここでは空気屈折率＝１）と入
れかわることを考慮すると（６）式で与えられる。
ンズ51が伸びた分αLT×▲▼だけ測定対象物８と干
渉光学系との間の媒質（ここでは空気屈折率＝１）と入
れかわることを考慮すると（６）式で与えられる。
ΔlMOPt＝ΔlLOPt−αLT×▲▼ ＝Ｔ｛βＬ＋（nL−１）αＬ｝×▲▼ …（６） 参照光の光路長の増加分は補償要素52の光路長変化と
等しいことが必要である。したがつて（６）式の右辺と
（５）式の右辺が等しいと置けば補償要素52の厚さ▲
▼が求まる。
等しいことが必要である。したがつて（６）式の右辺と
（５）式の右辺が等しいと置けば補償要素52の厚さ▲
▼が求まる。
第７図はダミー部材55の表面をレンズ51と同じ材質の
ものを同じ厚さに研磨し、その面を基準として、たとえ
ば第６図に示した取り付け用台に固定できるようにした
干渉光学系で、52′はレンズ52と同じ材質、同じ厚さの
補償要素である。
ものを同じ厚さに研磨し、その面を基準として、たとえ
ば第６図に示した取り付け用台に固定できるようにした
干渉光学系で、52′はレンズ52と同じ材質、同じ厚さの
補償要素である。
第８図は測定光の光路中に補償要素をそう入した実施
例で、60はビームスプリツタ、３′は干渉光学系であ
る。干渉光学系３′は1/4波長板62,ガラス板64,スペー
サ63からなる。1/4波長板62の表面には反射膜61を付け
る。また、1/4波長板62,ガラス板64及びスペーサ63でつ
くられる空間には光学用オイル65が満たされている。前
記スペーサ63の上部には小穴66が空けておく。これによ
り、前記空間の容積が周囲温度の変化に伴つて変化して
も、前記光学用オイルの液面67が上下できるので、圧力
を一定に保つことができる。10′は偏光板で、紙面と垂
直な方向に振動する光の成分を透過するように設置す
る。この例では、反射膜61で反射した光（参照光）と測
定対象物８で反射した光（測定光）が偏光板10′を通過
後干渉する。
例で、60はビームスプリツタ、３′は干渉光学系であ
る。干渉光学系３′は1/4波長板62,ガラス板64,スペー
サ63からなる。1/4波長板62の表面には反射膜61を付け
る。また、1/4波長板62,ガラス板64及びスペーサ63でつ
くられる空間には光学用オイル65が満たされている。前
記スペーサ63の上部には小穴66が空けておく。これによ
り、前記空間の容積が周囲温度の変化に伴つて変化して
も、前記光学用オイルの液面67が上下できるので、圧力
を一定に保つことができる。10′は偏光板で、紙面と垂
直な方向に振動する光の成分を透過するように設置す
る。この例では、反射膜61で反射した光（参照光）と測
定対象物８で反射した光（測定光）が偏光板10′を通過
後干渉する。
干渉光学系３′はガラス板64の測定対象物側の表面A
A′を基準にして第３図に示した型の取付台に固定して
使用する。このようにするとスペーサ63の厚さｔ、光学
用オイル65を選ぶと周囲温度が変化して干渉光学系３′
が熱変形しても、測定光と参照光の光路長差（図中Ａ点
からＢ点,C点を経てＤ点に至る光路長を２倍したもの）
を不変に保つことができる。たとえば温度が上昇したと
すると、光路長▲▼，▲▼はそれぞれ、温度に
比例して増加。また、光路長▲▼を考えると、物理
的距離はスペーサ63が熱膨張するので大きくなるが、光
学用オイル65の屈折率が小さくなるので（資料Ａ）、結
果として温度に比例して減少する。したがつて、前者を
後者が打ち消すようスペーサ63の厚さ、光学用オイル65
を選ぶことができる。
A′を基準にして第３図に示した型の取付台に固定して
使用する。このようにするとスペーサ63の厚さｔ、光学
用オイル65を選ぶと周囲温度が変化して干渉光学系３′
が熱変形しても、測定光と参照光の光路長差（図中Ａ点
からＢ点,C点を経てＤ点に至る光路長を２倍したもの）
を不変に保つことができる。たとえば温度が上昇したと
すると、光路長▲▼，▲▼はそれぞれ、温度に
比例して増加。また、光路長▲▼を考えると、物理
的距離はスペーサ63が熱膨張するので大きくなるが、光
学用オイル65の屈折率が小さくなるので（資料Ａ）、結
果として温度に比例して減少する。したがつて、前者を
後者が打ち消すようスペーサ63の厚さ、光学用オイル65
を選ぶことができる。
第９図は補償要素を参照光と測定光の共通光路途中に
そう入した実施例である。
そう入した実施例である。
干渉光学系部３″は補償要素、たとえば複屈折特性を
もつた結晶71,ビームスプリツタ70,偏光子72,73,レンズ
74からなり、AA′面を基準として取付台に固定する。結
晶71の軸は紙面と平行および垂直の方向に合わす。偏光
子71は紙面と平行な光成分を透過する軸方向に、偏光子
73は垂直な光成分を透過する軸方向に設置する。温度が
変化すると熱変形で参照光と測定光の光路長差が変化す
る。また、結晶71の紙面と垂直に振動する光に対する屈
折率と平行に振動する光に対する屈折率も変化し、その
結果２つの光の間の光路長差も変化する。したがつて、
参照光と測定光の振動面が90゜異つているので結晶71の
厚さを選べば補償することができる。
もつた結晶71,ビームスプリツタ70,偏光子72,73,レンズ
74からなり、AA′面を基準として取付台に固定する。結
晶71の軸は紙面と平行および垂直の方向に合わす。偏光
子71は紙面と平行な光成分を透過する軸方向に、偏光子
73は垂直な光成分を透過する軸方向に設置する。温度が
変化すると熱変形で参照光と測定光の光路長差が変化す
る。また、結晶71の紙面と垂直に振動する光に対する屈
折率と平行に振動する光に対する屈折率も変化し、その
結果２つの光の間の光路長差も変化する。したがつて、
参照光と測定光の振動面が90゜異つているので結晶71の
厚さを選べば補償することができる。
第10図は本発明の応用例である。70はレンズ、71は偏
波面保存フアイバで、入射光は振動面を保つて伝搬す
る。72はプローブで、該プローブ72はレンズ73,77,79、
ビームスプリツタ74,補償要素例えば複屈折結晶80,反射
膜82を施した1/4波長板81,3角プリズム75,78,偏光板76,
90からなる。83,84は光フアイバ、85,86は光検出器、8
7,88は入射信号のビート周波数から変位量を測定するヘ
テロダイン方式の変位センサ、89は前記変位センサ87の
出力から88の出力を減算する減算器である。
波面保存フアイバで、入射光は振動面を保つて伝搬す
る。72はプローブで、該プローブ72はレンズ73,77,79、
ビームスプリツタ74,補償要素例えば複屈折結晶80,反射
膜82を施した1/4波長板81,3角プリズム75,78,偏光板76,
90からなる。83,84は光フアイバ、85,86は光検出器、8
7,88は入射信号のビート周波数から変位量を測定するヘ
テロダイン方式の変位センサ、89は前記変位センサ87の
出力から88の出力を減算する減算器である。
２周波レーザ１を発した光のうち紙面と平行な振動面
を持つ光をB1、紙面と垂直な振動面を持つ光をB2とす
る。これらの光はレンズ70,偏波面保存フアイバ71を介
してプローブ72に至るが、このとき振動面の方向は保存
している。偏波面保存フアイバ71を出た光はビームスプ
リツタ74に至り、透過光B1T,B2Tと反射光B1R,B2Rに２分
割される。反射光B1R,B2Rは三角プリズム75で反射して
偏光板76に至る。B1R,B2Rは互いに直交する振動面を持
つのでこのままでは干渉しないが、偏光板76で紙面に対
して45度の方向に振動する成分を取り出すと干渉をおこ
して２つの光の周波数差のビート信号を発生する。その
周波数はB1R,B2Rの光路長差に応じて変化するので、こ
れを光信号としてレンズ77,フアイバ83を介して光検出
器86に導き、電気信号に変換して変位センサ88に入力す
ると、偏波面保存フアイバ71に加わつた外乱によつて発
生した光路長差の変動分を変位量に換算した値を求める
ことが出来る。一方、透過光B1T,B2Tは複屈折結晶80を
通過して1/4波長板81に至るが1/4波長板81につけた反射
膜82に一部反射する。この光をそれぞれB1TR,B2TRとす
る。反射膜82を透過した光をそれぞれB1TT,B2TTとす
る。B1TTは1/4波長板81を透過して測定対象物８で反射
して再度1/4波長板81を透過して複屈折結晶80に至る。
を持つ光をB1、紙面と垂直な振動面を持つ光をB2とす
る。これらの光はレンズ70,偏波面保存フアイバ71を介
してプローブ72に至るが、このとき振動面の方向は保存
している。偏波面保存フアイバ71を出た光はビームスプ
リツタ74に至り、透過光B1T,B2Tと反射光B1R,B2Rに２分
割される。反射光B1R,B2Rは三角プリズム75で反射して
偏光板76に至る。B1R,B2Rは互いに直交する振動面を持
つのでこのままでは干渉しないが、偏光板76で紙面に対
して45度の方向に振動する成分を取り出すと干渉をおこ
して２つの光の周波数差のビート信号を発生する。その
周波数はB1R,B2Rの光路長差に応じて変化するので、こ
れを光信号としてレンズ77,フアイバ83を介して光検出
器86に導き、電気信号に変換して変位センサ88に入力す
ると、偏波面保存フアイバ71に加わつた外乱によつて発
生した光路長差の変動分を変位量に換算した値を求める
ことが出来る。一方、透過光B1T,B2Tは複屈折結晶80を
通過して1/4波長板81に至るが1/4波長板81につけた反射
膜82に一部反射する。この光をそれぞれB1TR,B2TRとす
る。反射膜82を透過した光をそれぞれB1TT,B2TTとす
る。B1TTは1/4波長板81を透過して測定対象物８で反射
して再度1/4波長板81を透過して複屈折結晶80に至る。
このときのB1TT,B2TTの振動面は、途中1/4波長板81を
１往復しているので90度回転している。したがつて、B1
TRとB2TT（紙面と平行な振動面を持つ）、B2TRとB1TT
（紙面と垂直な振動面を持つ）が干渉している。そこで
偏光板83で紙面と垂直な振動面を持つ成分のみを透過さ
せ、レンズ79,フアイバ84を介して光検出器86に導く。
これを電気信号に変換して変位センサ87に入力すると偏
波面保存フアイバ71に加わつた外乱によつて発生した光
路長差の変動分の変位量換算値と測定対象物の変位との
和を求めねことが出来る。したがつて、変位センサ87の
出力と変位センサ88の出力との差を減算器89で求める
と、測定対象物の変位のみを求めることが出来る。
１往復しているので90度回転している。したがつて、B1
TRとB2TT（紙面と平行な振動面を持つ）、B2TRとB1TT
（紙面と垂直な振動面を持つ）が干渉している。そこで
偏光板83で紙面と垂直な振動面を持つ成分のみを透過さ
せ、レンズ79,フアイバ84を介して光検出器86に導く。
これを電気信号に変換して変位センサ87に入力すると偏
波面保存フアイバ71に加わつた外乱によつて発生した光
路長差の変動分の変位量換算値と測定対象物の変位との
和を求めねことが出来る。したがつて、変位センサ87の
出力と変位センサ88の出力との差を減算器89で求める
と、測定対象物の変位のみを求めることが出来る。
本発明によれば、周囲温度が変化してもそれによる測
定光と参照光の光路長差は発生しないので精密な測定が
できる。また、測定対象物に対しては一本の光ビームの
みを照射するので光を反射するために大きな鏡面部は必
要ない。
定光と参照光の光路長差は発生しないので精密な測定が
できる。また、測定対象物に対しては一本の光ビームの
みを照射するので光を反射するために大きな鏡面部は必
要ない。
第１図は本発明の一実施例の変位の光学的測定装置の構
成図、第２図は第１図の干渉光学系の詳細図、第３図は
他の実施例の干渉光学系の断面図、第４図及び第５図は
夫々取付台の他の実施例を示し、（ａ）図は断面図、
（ｂ）図は正面図を示す。第６図は光路長差補償要素の
構成図、第７図は干渉光学系の補償要素の他の実施例を
示し、（ａ）図は側面図、（ｂ）は正面図を示す。第８
図は更に他の実施例の変位の光学的測定装置の構成図、
第９図は更に他の実施例の干渉光学系の補償要素の構成
図、第10図は本発明の応用側の変位の光学的測定装置の
構成図である。 ３……干渉光学系、４……ビームスプリツタ、5,7……1
/4波長板、６……基準面、21……取り付け台、23……押
え板、52……補償要素。
成図、第２図は第１図の干渉光学系の詳細図、第３図は
他の実施例の干渉光学系の断面図、第４図及び第５図は
夫々取付台の他の実施例を示し、（ａ）図は断面図、
（ｂ）図は正面図を示す。第６図は光路長差補償要素の
構成図、第７図は干渉光学系の補償要素の他の実施例を
示し、（ａ）図は側面図、（ｂ）は正面図を示す。第８
図は更に他の実施例の変位の光学的測定装置の構成図、
第９図は更に他の実施例の干渉光学系の補償要素の構成
図、第10図は本発明の応用側の変位の光学的測定装置の
構成図である。 ３……干渉光学系、４……ビームスプリツタ、5,7……1
/4波長板、６……基準面、21……取り付け台、23……押
え板、52……補償要素。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−252203（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−228003（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−704（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−123646（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01B 9/00 - 9/10 G01B 11/00 - 11/30
Claims (3)
- 【請求項１】レーザを基準面と測定対象物に照射し、そ
の反射光を干渉させて測定対象物の変位を求める変位の
光学的測定装置において、 基準面と測定対象物に照射する測定光と、基準となる前
記基準面に照射する参照光とに２分割するビーム分割手
段と、前記測定光、または、前記参照光、または、その
両方の光路中に設置され、透過光の偏光状態を規定する
偏光手段とを接着一体化した干渉光学系と、光を通すた
めの穴を具備した平面部を持つ前記干渉光学系取付け用
台と、前記平面部に対して垂直方向に力を加えて干渉光
学系を固定するための固定用部材を具備し、前記干渉光
学系のなかで、測定対象物の最も近くに位置し、光が通
過する部材の測定対象物側の面を前記平面部に密着させ
たことを特徴とする変位の光学的測定装置。 - 【請求項２】干渉光学系内の干渉光学系以外の要素で発
生する温度変化に起因した光照光と測定光の光路長差の
変化を相殺する補償要素を光路途中に挿入し、他の部分
を含め接着一体化した干渉光学系装置。 - 【請求項３】干渉光学系の中で、測定対象物の最も近く
に設置された光が通過する部材と同じ材質で作られた、
前記光が通過する部材と同じ厚さでその部材を取り囲む
ように設置されたダミーの部材を具備した干渉光学系装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1009751A JP2760830B2 (ja) | 1989-01-20 | 1989-01-20 | 変位の光学的測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1009751A JP2760830B2 (ja) | 1989-01-20 | 1989-01-20 | 変位の光学的測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02190701A JPH02190701A (ja) | 1990-07-26 |
| JP2760830B2 true JP2760830B2 (ja) | 1998-06-04 |
Family
ID=11729000
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1009751A Expired - Lifetime JP2760830B2 (ja) | 1989-01-20 | 1989-01-20 | 変位の光学的測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2760830B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4939765B2 (ja) | 2005-03-28 | 2012-05-30 | 株式会社日立製作所 | 変位計測方法とその装置 |
| JP5093220B2 (ja) * | 2009-12-28 | 2012-12-12 | 株式会社日立製作所 | 変位計測方法とその装置 |
| JP5348224B2 (ja) * | 2011-11-10 | 2013-11-20 | 株式会社日立製作所 | 変位計測方法とその装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS549903B2 (ja) * | 1973-03-31 | 1979-04-28 | ||
| JPS61704A (ja) * | 1985-05-22 | 1986-01-06 | Hitachi Ltd | 精密位置決め移動台 |
-
1989
- 1989-01-20 JP JP1009751A patent/JP2760830B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02190701A (ja) | 1990-07-26 |
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