JP6628030B2 - Distance measuring device and method - Google Patents
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Description
本発明は距離測定装置及びその方法に係り、特にフリースペクトラルレンジの異なる複数の光を用いて絶対距離を測定する距離測定装置及びその方法に関する。 The present invention relates to a distance measuring apparatus and method, and more particularly to a distance measuring apparatus and method for measuring an absolute distance using a plurality of lights having different free spectral ranges.
He−Ne(ヘリウム−ネオン)レーザ等のレーザ干渉を利用した測長装置が知られている。この測長装置は、絶対的な距離の測定可能範囲が使用レーザの半波長程度であるため、長距離を測定する場合には半波長以下の変位を積算することで測定対象物までの絶対距離を求める必要がある。したがって測定の途中でレーザが遮られてしまうと、それまでの積算結果が無駄になり、変位量の積算を開始した原点に戻って測定をやり直す必要があるため、非常に不便である。 2. Description of the Related Art A length measuring device using laser interference such as a He-Ne (helium-neon) laser is known. This length measuring device has a measurable range of the absolute distance of about half a wavelength of the laser used. Therefore, when measuring a long distance, the absolute distance to the object to be measured is calculated by integrating the displacement of the half wavelength or less. Need to ask. Therefore, if the laser is interrupted during the measurement, the integration result up to that point becomes useless, and it is necessary to return to the origin where the integration of the displacement amount was started and repeat the measurement, which is very inconvenient.
これに対し、特許文献1には、繰り返し周波数の異なる複数種類の光コムを用いて絶対的な距離を測定する装置が開示されている。特許文献1の装置によれば、半波長以下の変位の積算が不要となり、高速に距離を測定することが可能となる。
On the other hand,
しかしながら、特許文献1には、使用する光コム光源が高価であるという欠点があった。また、測定光用エタロンや参照光用エタロンのフリースペクトラルレンジを光コムの繰り返し周波数に合わせる必要があるため、エタロンの製作が困難であるという欠点もあった。さらに、任意の波長領域での測長が困難であるという問題点もあった。
However,
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、簡易な構成で任意の波長領域を用いて、高速にかつ高精度で絶対距離の測定を行う距離測定装置及びその方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a distance measuring device and a method for measuring an absolute distance at high speed and with high accuracy using an arbitrary wavelength region with a simple configuration. With the goal.
上記目的を達成するために距離測定装置の一の態様は、白色光を出射する光源と、白色光を2方向に分岐させる分岐手段であって、分岐させた一方の参照光を参照ミラーの反射面に入射させるとともに他方の測定光を測定対象物の被測定面に入射させる分岐手段と、分岐手段と測定対象物との間に配置され、入射した光の一部を反射させ一部を透過させる半反射面を有するハーフミラーと、反射面で反射した参照光、被測定面で反射した測定光、及び半反射面で反射した測定光を合成した干渉光を生成する干渉光生成手段と、参照光の光路長を変更する走査手段と、白色光又は干渉光の光路に配置された光コム生成手段であって、第1のフリースペクトラルレンジ及び第1のフリースペクトラルレンジとは異なる第2のフリースペクトラルレンジを通過帯域とする光コム生成手段と、第1のフリースペクトラルレンジを有する第1の干渉光を受光して第1の干渉光の強度に応じた第1の干渉信号を出力する第1の検出手段と、第2のフリースペクトラルレンジを有する第2の干渉光を受光して第2の干渉光の強度に応じた第2の干渉信号を出力する第2の検出手段と、参照光の光路長を変更しつつ第1の干渉信号と第2の干渉信号とを取得する取得手段と、第1の干渉信号がピークとなる参照光の光路長と第2の干渉信号がピークとなる参照光の光路長との差分から第1の干渉信号の干渉次数を決定する干渉次数決定手段と、第1の干渉信号がピークとなる参照光の光路長と干渉次数とに基づいて、被測定面までの距離を算出する距離算出手段と、を備えた。 One embodiment of the distance measuring device for achieving the above object is a light source that emits white light, and a branching unit that branches white light in two directions, wherein one of the branched reference lights is reflected by a reference mirror. A branching means for making the other measurement light incident on the surface to be measured of the object to be measured while the light is incident on the surface, and disposed between the branching means and the object to be measured, partially reflecting the incident light and transmitting partly A half mirror having a semi-reflective surface to be reflected, a reference light reflected by the reflective surface, a measuring light reflected by the surface to be measured, and an interference light generating means for generating interference light by combining the measuring light reflected by the semi-reflective surface, Scanning means for changing the optical path length of the reference light, and optical comb generating means arranged on the optical path of the white light or the interference light, wherein the first free spectral range and a second free spectral range different from the first free spectral range. Free Spectral Les An optical comb generating means having a pass band as a passband, and a first interference signal receiving a first interference light having a first free spectral range and outputting a first interference signal corresponding to the intensity of the first interference light. Detection means, second detection means for receiving a second interference light having a second free spectral range and outputting a second interference signal corresponding to the intensity of the second interference light, and an optical path of the reference light Acquisition means for acquiring the first interference signal and the second interference signal while changing the length, an optical path length of the reference light having a peak of the first interference signal, and a reference light having a peak of the second interference signal. An interference order determining means for determining the interference order of the first interference signal from the difference between the optical path length of the first interference signal and the interference order, based on the optical path length and the interference order of the reference light at which the first interference signal has a peak. Distance calculating means for calculating the distance of the object.
本態様によれば、白色光を参照光と干渉光とに分岐させて参照光と干渉光との干渉光を生成し、参照光の光路長を変更しつつ第1のフリースペクトラルレンジを有する第1の干渉光の強度に応じた第1の干渉信号と第2のフリースペクトラルレンジを有する第2の干渉信号とを取得し、第1の干渉信号がピークとなる参照光の光路長と第2の干渉信号がピークとなる参照光の光路長との差分から第1の干渉信号のピークと第2の干渉信号のピークとの干渉次数を決定し、第1の干渉信号がピークとなる参照光の光路長と干渉次数とに基づいて、被測定面までの距離を算出するようにしたので、簡易な構成で任意の波長領域を用いて、高速にかつ高精度で絶対距離の測定を行うことができる。 According to this aspect, the white light is divided into the reference light and the interference light to generate the interference light between the reference light and the interference light, and the second light having the first free spectral range while changing the optical path length of the reference light. A first interference signal corresponding to the intensity of the first interference light and a second interference signal having a second free spectral range are acquired, and the optical path length of the reference light at which the first interference signal has a peak and the second interference signal are obtained. The interference order between the peak of the first interference signal and the peak of the second interference signal is determined from the difference between the optical path length of the reference light and the peak of the first interference signal, and the reference light having the peak of the first interference signal is determined. Since the distance to the surface to be measured is calculated based on the optical path length and the interference order, it is possible to measure the absolute distance at high speed and with high accuracy using a simple wavelength range with a simple configuration. Can be.
光コム生成手段は、互いに対向する一対の反射部を有するエタロンであり、反射部の間の距離を変更することで通過帯域を変更することが好ましい。これにより、1つのエタロンで複数のフリースペクトラルレンジを有する光を出力することができる。 The optical comb generating means is an etalon having a pair of reflecting portions facing each other, and it is preferable to change the pass band by changing the distance between the reflecting portions. Thus, one etalon can output light having a plurality of free spectral ranges.
光コム生成手段は、白色光の光路に配置されることが好ましい。これにより、フリースペクトラルレンジを有する光を参照光及び測定光に用いることができる。 It is preferable that the optical comb generating means is arranged in the optical path of white light. Thus, light having a free spectral range can be used as the reference light and the measurement light.
光コム生成手段は、第1のフリースペクトラルレンジを通過帯域とする第1のエタロンと、第2のフリースペクトラルレンジを通過帯域とする第2のエタロンと、を備え、さらに、干渉光を2方向に分岐させる干渉光分岐手段であって、分岐させた一方を第1のエタロンに入射させるとともに他方を第2のエタロンに入射させる干渉光分岐手段と、を備えてもよい。これにより、簡易な構成のエタロンを用いることができる。 The optical comb generating means includes a first etalon having a pass band in the first free spectral range and a second etalon having a pass band in the second free spectral range. And an interference light splitting unit that causes one of the split beams to enter the first etalon and the other to enter the second etalon. Thus, an etalon having a simple configuration can be used.
上記目的を達成するために距離測定方法の一の態様は、光源から出射した白色光を2方向に分岐させる分岐手段によって、分岐させた一方の参照光を参照ミラーの反射面に入射させるとともに他方の測定光を測定対象物の被測定面に入射させる分岐工程と、反射面で反射した参照光、被測定面で反射した測定光、及び分岐手段と測定対象物との間に配置され、入射した光の一部を反射させ一部を透過させる半反射面を有するハーフミラーの半反射面で反射した測定光を合成した干渉光を生成する干渉光生成工程と、参照光の光路長を変更する走査工程と、第1のフリースペクトラルレンジ及び第1のフリースペクトラルレンジとは異なる第2のフリースペクトラルレンジを通過帯域とする光コム生成手段を白色光又は干渉光の光路に配置する配置工程と、第1のフリースペクトラルレンジを有する第1の干渉光を受光して第1の干渉光の強度に応じた第1の干渉信号を出力する第1の検出工程と、第2のフリースペクトラルレンジを有する第2の干渉光を受光して第2の干渉光の強度に応じた第2の干渉信号を出力する第2の検出工程と、参照光の光路長を変更しつつ第1の干渉信号と第2の干渉信号とを取得する取得工程と、第1の干渉信号がピークとなる参照光の光路長と第2の干渉信号がピークとなる参照光の光路長との差分から第1の干渉信号の干渉次数を決定する干渉次数決定工程と、第1の干渉信号がピークとなる参照光の光路長と干渉次数とに基づいて、被測定面までの距離を算出する距離算出工程と、を備えた。 In order to achieve the above object, one embodiment of a distance measuring method is to use a branching unit that branches white light emitted from a light source in two directions so that one of the branched reference lights is made incident on a reflection surface of a reference mirror and the other is split into two. A branching step of causing the measurement light of the measurement target to be incident on the surface to be measured, the reference light reflected by the reflection surface, the measurement light reflected by the surface to be measured, and the branching means disposed between the branching means and the measurement target; Light generation process for generating interference light that combines measurement light reflected from the semi-reflection surface of a half mirror that has a semi-reflection surface that reflects and partially transmits the reflected light, and changes the optical path length of the reference light And the optical comb generating means having a pass band of the first free spectral range and a second free spectral range different from the first free spectral range are arranged on the optical path of white light or interference light. Placement step; a first detection step of receiving a first interference light having a first free spectral range and outputting a first interference signal corresponding to the intensity of the first interference light; A second detection step of receiving a second interference light having a spectral range and outputting a second interference signal according to the intensity of the second interference light; and a first detection step while changing an optical path length of the reference light. An obtaining step of obtaining an interference signal and a second interference signal; and obtaining an interference signal based on a difference between an optical path length of the reference light at which the first interference signal has a peak and an optical path length of the reference light at which the second interference signal has a peak. An interference order determining step of determining an interference order of the first interference signal, and a distance calculating step of calculating a distance to a surface to be measured based on an optical path length and an interference order of the reference light at which the first interference signal has a peak. And with.
本態様によれば、白色光を参照光と干渉光とに分岐させて参照光と干渉光との干渉光を生成し、参照光の光路長を変更しつつ第1のフリースペクトラルレンジを有する第1の干渉光の強度に応じた第1の干渉信号と第2のフリースペクトラルレンジを有する第2の干渉信号とを取得し、第1の干渉信号がピークとなる参照光の光路長と第2の干渉信号がピークとなる参照光の光路長との差分から第1の干渉信号のピークと第2の干渉信号のピークとの干渉次数を決定し、第1の干渉信号がピークとなる参照光の光路長と干渉次数とに基づいて、被測定面までの距離を算出するようにしたので、簡易な構成で任意の波長領域を用いて、高速にかつ高精度で絶対距離の測定を行うことができる。 According to this aspect, the white light is divided into the reference light and the interference light to generate the interference light between the reference light and the interference light, and the second light having the first free spectral range while changing the optical path length of the reference light. A first interference signal corresponding to the intensity of the first interference light and a second interference signal having a second free spectral range are acquired, and the optical path length of the reference light at which the first interference signal has a peak and the second interference signal are obtained. The interference order between the peak of the first interference signal and the peak of the second interference signal is determined from the difference between the optical path length of the reference light and the peak of the first interference signal, and the reference light having the peak of the first interference signal is determined. Since the distance to the surface to be measured is calculated based on the optical path length and the interference order, it is possible to measure the absolute distance at high speed and with high accuracy using a simple wavelength range with a simple configuration. Can be.
本発明によれば、簡易な構成で任意の波長領域を用いて、高速にかつ高精度で絶対距離の測定を行うことができる。 According to the present invention, the absolute distance can be measured at high speed and with high accuracy using an arbitrary wavelength region with a simple configuration.
以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
〔距離測定装置の構成〕
図1は、本実施形態に係る測長装置10(距離測定装置の一例)の全体構成を示した構成図である。測長装置10は、干渉光学系としてマイケルソン干渉計を用いた距離測定装置であり、図1に示すように、ブロードスペクトル光源12、エタロン14、サーキュレータ30、ビームスプリッタ32、コリメータレンズ34、コーナーキューブミラー36、走査ステージ38、参照ミラー40、コリメータレンズ42、ハーフミラー44、光検出器46、信号処理回路48、制御部50等を備えている。
[Configuration of distance measuring device]
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an overall configuration of a length measuring device 10 (an example of a distance measuring device) according to the present embodiment. The length measuring
ブロードスペクトル光源12は、中心波長が約0.8[μm]の白色光(ブロードスペクトル光)を出射する装置であり、SLD(Super Luminescent Diode)、ASE(Amplified Spontaneous Emission)、SOA(Semiconductor Optical Amplifier)光源等を用いることができる。ブロードスペクトル光源12から出射した光は、エタロン14に入射する。
The broad
エタロン14(光コム生成手段の一例)は、入射した光のうち、一定の繰り返し周波数(フリースペクトラルレンジ)の通過帯域を有し、通過帯域の成分の光(疑似光コム)を透過して出射する光学素子である。エタロン14から出射した光は、サーキュレータ30に入射する。
The etalon 14 (an example of an optical comb generating means) has a pass band of a constant repetition frequency (free spectral range) of the incident light, and transmits and emits light of a pass band component (pseudo optical comb). Optical element. Light emitted from the
サーキュレータ30は、第1端子30a、第2端子30b及び第3端子30cを有し、第1端子30aから入射した光を第2端子30bから出射し、第2端子30bから入射した光を第3端子30cから出射する光学素子である。エタロン14から出射してサーキュレータ30の第1端子30aに入射した光は、第2端子30bから出射し、ビームスプリッタ32に入射する。
The
ビームスプリッタ32(分岐手段の一例)は、入射した光を2方向に分岐させる光学素子であり、入射した光の一部を直進方向に透過させるとともに一部を直交方向に反射させる。ビームスプリッタ32は、サーキュレータ30から入射した光を分割して分割後の一方の光である参照光をコリメータレンズ34に入射させ、分割後の他方の光である測定光をコリメータレンズ42に入射させる。
The beam splitter 32 (an example of a branching unit) is an optical element that branches incident light into two directions, and transmits a part of the incident light in a straight traveling direction and reflects a part in an orthogonal direction. The
コリメータレンズ34は、入射した光を平行光化して出射する光学素子である。コリメータレンズ34は、入射した参照光を平行光にしてコーナーキューブミラー36に入射させる。
The
コーナーキューブミラー36は、入射した光を反射して進行方向を変更する光学素子である。コーナーキューブミラー36は、入射した参照光を参照ミラー40に入射させる。
The
参照ミラー40は、入射した光を反射する反射面40aを有する反射部材である。参照ミラー40に入射した参照光は反射面40aにおいて反射し、コーナーキューブミラー36及びコリメータレンズ34を介してビームスプリッタ32に入射する。
The
ここで、コーナーキューブミラー36は走査ステージ38に載置されており、走査ステージ38(走査手段の一例)は参照光の光路に対して垂直方向に走査可能に構成されている。したがって、走査ステージ38を走査することで参照光の光路長を変更することができる。例えば、走査ステージ38を距離dだけ走査すると、参照光の光路長は距離2×dだけ変化する。
Here, the
なお、走査ステージ38は、ビームスプリッタ32から参照ミラー40の反射面40aまでの参照光の光路長が、ビームスプリッタ32からハーフミラー44の後述する半反射面44aまでの測定光の光路長と同じ距離となる位置P0を基準として走査される。
In the
コリメータレンズ42は、コリメータレンズ34と同様に入射した光を平行光化して出射する光学素子である。コリメータレンズ42は、ビームスプリッタ32から入射した光を平行光にしてハーフミラー44に入射させる。
The
ハーフミラー44は、入射した光の一部を透過し、一部を反射する半反射面44aを有する半反射部材である。ハーフミラー44は、ビームスプリッタ32から半反射面44aまでの距離が既知の距離である位置(基準位置)に配置されている。ハーフミラー44に入射した測定光の一部は半反射面44aにおいて反射し、コリメータレンズ42を介してビームスプリッタ32に入射する。また、ハーフミラー44に入射した測定光の一部は半反射面44aを透過し、測長ターゲット1(測定対象物の一例)に入射する。
The
測長ターゲット1に入射した測定光は、測長ターゲット1の表面(被測定面)1aにおいて反射し、ハーフミラー44及びコリメータレンズ42を介してビームスプリッタ32に入射する。
The measurement light incident on the
ビームスプリッタ32(干渉光生成手段の一例)は、コリメータレンズ34から入射した参照光(反射面40aで反射した参照光)を直交方向に反射させるとともにコリメータレンズ42から入射した測定光(半反射面44aで反射した測定光及び被測定面1aで反射した測定光)を直進方向に透過させることで、反射面40aで反射した参照光、半反射面44aで反射した測定光、及び被測定面1aで反射した測定光を同軸上に合成し、干渉光を生成する。この干渉光はサーキュレータ30の第2端子30bに入射して第3端子30cから出射し、光検出器46に入射する。
The beam splitter 32 (an example of interference light generation means) reflects the reference light (reference light reflected by the
光検出器46は、入射した光をその強度に応じた電気信号に変換する光電変換素子である。光検出器46は、入射した干渉光の強度に応じた干渉信号を信号処理回路48に出力する。
The
信号処理回路48は、入力された干渉信号から測長ターゲット1の被測定面1aまでの絶対距離を算出する。
The
制御部50は、測長装置10を統括制御する。本実施形態では特に、エタロン14のフリースペクトラルレンジや走査ステージ38による参照光の光路長を制御する。
The
〔絶対距離の測定(絶対測長)の原理〕
図2(a)は、ブロードスペクトル光源12のブロードスペクトルとエタロン14の透過スペクトル(通過帯域)との一例を示す図であり、図2(b)は、ブロードスペクトル光源12の出射光をエタロン14に入射させた場合のエタロン14の出射光である疑似光コムのスペクトルを示す図である。図2(b)に示す疑似光コムのフリースペクトラルレンジΛ1は、15[GHz]である。
[Principle of absolute distance measurement (absolute length measurement)]
FIG. 2A is a diagram illustrating an example of a broad spectrum of the broad spectrum
フリースペクトラルレンジΛ1が15[GHz]の場合、真空中の光速をc=299792458m/s、空気の屈折率nを1とすると、光路長方向における繰り返し距離D1は、
D1=c/(n×Λ1)=19.986[mm]
である。マイケルソン干渉計では繰り返し距離D1の半分が幾何学的長さとなるため、測定光路長がD1/2=9.993[mm]だけ変化するごとに、低コヒーレンス干渉縞が形成される。したがって、参照光の光路長をD1/2以上走査すると、任意の測定光路長において干渉光のピーク(パルス)が形成される。
When the free spectral range 11 is 15 [GHz], assuming that the speed of light in vacuum is c = 299792458 m / s and the refractive index n of air is 1, the repetition distance D 1 in the optical path length direction is
D 1 = c / (n × Λ 1 ) = 19.986 [mm]
It is. Because half of the repeat distance D 1 is the geometrical length Michelson interferometer, the measurement optical path length each time changed by D 1 /2=9.993[mm], low coherence interference fringes are formed. Therefore, when the optical path length of the reference light scans D 1/2 or more, the peak of the interference light (pulse) is formed in an arbitrary measurement optical path length.
図3は、図1に示した測長装置10において参照光の光路長を約24[mm]だけ走査した際の、走査ステージ38の走査量と取得される干渉信号を示す図である。同図に示す0位置信号は、ハーフミラー44の半反射面44aで反射した測定光による干渉光のピークに基づくパルス信号であり、常に一定位置に現れる信号である。また、測長信号は、測長ターゲット1の被測定面1aで反射した測定光による干渉光のピークに基づくパルス信号であり、被測定面1aまでの距離に応じて現れる位置が変化する信号である。
FIG. 3 is a diagram showing a scanning amount of the
図3では、走査ステージ38の走査により、基準位置から数えて11番目(干渉次数=11)の干渉光のピークによる測長信号と12番目(干渉次数=12)の干渉光のピークによる測長信号とを示している。干渉次数は、基準位置(半反射面44a)から測定位置(被測定面1a)までの空間中に放出された疑似光コムの光パルス数に相当する。
In FIG. 3, the
エタロン14による1つの疑似光コムを用いた場合は、走査ステージ38を繰り返し距離D1だけ走査するたびに0位置信号及び測長信号が繰り返されるが、何番目の(干渉次数がいくつの)測長信号であるかが不明であり、絶対距離を測定することができない。
When using one pseudo optical comb by
そこで、本実施形態では、図4(a)に示すフリースペクトラルレンジΛ1=15[GHz](第1のフリースペクトラルレンジの一例)の疑似光コムC1と、図4(b)に示すフリースペクトラルレンジΛ2=14.9[GHz](第2のフリースペクトラルレンジの一例)の疑似光コムC2とをエタロン14から出力し、2つの疑似光コムC1及びC2を用いて絶対距離を測定する。
Therefore, in this embodiment, a pseudo optical comb C 1 shown in FIG. 4 (a) free spectral range Λ 1 = 15 [GHz] as shown in (an example of the first free spectral range), free shown in FIG. 4 (b) A pseudo optical comb C 2 having a spectral range Λ 2 = 14.9 [GHz] (an example of a second free spectral range) is output from the
ここで、フリースペクトラルレンジΛ2が14.9[GHz]の場合、光路長方向における繰り返し距離D2は、
D2=c/(n×Λ1)=20.120[mm] である。したがって、参照光の光路長をD2/2=10.060[mm]以上走査すると、任意の測定光路長において干渉光のピークが形成される。
Here, when the free spectral range Λ 2 is 14.9 [GHz], the repetition distance D 2 in the optical path length direction is
D 2 = c / (n × Λ 1 ) = 20.120 [mm] Therefore, when the optical path length of the reference light is scanned by D 2 /2=1.060 [mm] or more, a peak of the interference light is formed at an arbitrary measurement optical path length.
このように、フリースペクトラルレンジΛ1の干渉光のピークは、測定光路長が9.993[mm]変化するごとに発生し、フリースペクトラルレンジΛ2の干渉光のピークは、測定光路長が10.060[mm]変化するごとに発生する。したがって、参照光の光路長における2つの干渉光のピークの位置の差は、測定する距離に応じて10.060[mm]−9.993[mm]=67[μm]の整数倍となる。ここでは、この整数を干渉次数と呼ぶ。 As described above, the peak of the interference light in the free spectral range # 1 occurs every time the measurement optical path length changes by 9.993 [mm], and the peak of the interference light in the free spectral range # 2 has the measurement optical path length of 10 mm. 0.060 [mm]. Therefore, the difference between the peak positions of the two interference lights in the optical path length of the reference light is an integral multiple of 10.060 [mm] -9.993 [mm] = 67 [μm] according to the distance to be measured. Here, this integer is called an interference order.
例えば、図5に示すように、干渉次数=1のとき2つの干渉光のピークの位置の差は67[μm]であり、干渉次数=15のとき2つの干渉光のピークの位置の差は67[μm]×15=1.005[mm]となる。このように、2つの干渉光のピークの位置の差(参照光の光路長差)と干渉次数とは相関関係を有しており、測長装置10はこの干渉次数を用いて絶対距離を測定する。
For example, as shown in FIG. 5, when the interference order = 1, the difference between the peak positions of the two interference lights is 67 [μm], and when the interference order = 15, the difference between the peak positions of the two interference lights is 67 [μm] × 15 = 1.005 [mm]. As described above, the difference between the peak positions of the two interference lights (the optical path length difference of the reference light) and the interference order have a correlation, and the
〔絶対測長方法〕
測長装置10を用いた絶対測長方法(距離測定方法の一例)について説明する。図6は、絶対測長方法の各工程を示すフローチャートである。
[Absolute length measurement method]
An absolute length measuring method (an example of a distance measuring method) using the
最初に、制御部50の制御により、ブロードスペクトル光源12を点灯させ(ステップS1)、走査ステージ38を一定速度でスキャン(走査)しながら(ステップS2)、測定光を測長ターゲット1に照射する(ステップS3)。
First, under the control of the
前述のように、ブロードスペクトル光源12の光は、光路に配置されたエタロン14によって(配置工程の一例)疑似光コムに形成された後、サーキュレータ30を介してビームスプリッタ32に入射し、ビームスプリッタ32において測定光と参照光に分岐される(分岐工程の一例)。分岐された測定光はハーフミラー44及び測長ターゲット1に照射し、参照光は参照ミラー40に照射する。また、ビームスプリッタ32は、反射面40aで反射した参照光、半反射面44aで反射した測定光、及び被測定面1aで反射した測定光を同軸上に合成し、干渉光を生成する(干渉光生成工程の一例)。
As described above, the light of the broad spectrum
ここで、エタロン14は、制御部50(図1参照)の制御に従って、疑似光コムC1と疑似光コムC2とを数[kHz]オーダーで時分割出力(例えば256[μs]毎に出力)する。したがって、ビームスプリッタ32では、フリースペクトラルレンジΛ1の干渉光とフリースペクトラルレンジΛ2の干渉光が時分割で生成される。
Here,
光検出器46(第1の検出手段の一例、第2の検出手段の一例)は、フリースペクトラルレンジΛ1の干渉光(第1の干渉光の一例)とフリースペクトラルレンジΛ2の干渉光(第2の干渉光の一例)とを時分割で受光し、それぞれの干渉光の強度に応じた干渉信号(第1の干渉信号及び第2の干渉信号の一例)を出力する(第1の検出工程及び第2の検出工程の一例)。
(An example of the first detection means, an example of a second detection means)
信号処理回路48(取得手段の一例)は、制御部50の制御に従って走査ステージ38を走査して参照光の光路長を変更しつつ、光検出器46から干渉信号を取得する(取得工程の一例)。このとき、フリースペクトラルレンジΛ1の干渉信号からパルス信号を検出し(ステップS4)、フリースペクトラルレンジΛ2の干渉信号からパルス信号を検出する(ステップS5)。ここで検出するパルス信号には、ハーフミラー44の半反射面44aで反射した測定光による0位置信号と測長ターゲット1の被測定面1aで反射した測定光による測長信号とが含まれる。
The signal processing circuit 48 (an example of an acquiring unit) acquires an interference signal from the
ここで、走査ステージ38は、距離Sの範囲でコーナーキューブミラー36を移動させることで、参照光の光路長を距離S×2の範囲で走査する(走査工程の一例)。距離S×2は、繰り返し距離D2の半分(D2/2)より大きい値であり、ここでは距離S=7[mm]の範囲でコーナーキューブミラー36を移動させることで、参照光の光路長を14[mm]の範囲で走査する。
Here, the
次に、信号処理回路48(干渉次数決定手段の一例)において、フリースペクトラルレンジΛ1及びフリースペクトラルレンジΛ2の干渉信号のパルス信号が検出された際の時間差から、フリースペクトラルレンジΛ1の干渉信号の干渉次数Nを決定する(ステップS6、干渉次数決定工程の一例)。 Then, the signal processing circuit 48 (an example of the interference order determining means), a time difference between when the pulse signal of the free spectral range lambda 1 and the free spectral range lambda 2 of the interfering signal is detected, the free spectral range lambda 1 interference The interference order N of the signal is determined (Step S6, an example of the interference order determination step).
本実施形態では、走査ステージ38を一定速度で走査しているため、フリースペクトラルレンジΛ1の干渉信号のパルス信号が検出された際の時間及びフリースペクトラルレンジΛ2の干渉信号のパルス信号が検出された際の時間の差分から、フリースペクトラルレンジΛ1の干渉信号のパルス信号が検出された走査ステージ38の位置P1とフリースペクトラルレンジΛ2の干渉信号のパルス信号が検出された走査ステージ38の位置P2との差分(P2−P1)を求めることができる。なお、走査ステージ38の位置P1及び位置P2は、位置P0からの距離[単位:m]として表される。
In the present embodiment, since the
干渉次数Nは、基準位置からの疑似光コムの光パルス数に相当し、位置の差分(P2−P1)と干渉次数Nとには相関がある。ここでは、図7に示すように、疑似光コムC1の繰り返し距離の1/2と疑似光コムC2の繰り返し距離の1/2との差(D1/2−D2/2)が67[μm]であるので、走査ステージ38の位置の差分(P2−P1)を67[μm]で除算した値が求める干渉次数Nである。例えば、差分(P2−P1)が134[μm]であれば干渉次数N=2、差分(P2−P1)が1.005[mm]であれば干渉次数N=15と求めることができる。
The interference order N corresponds to the number of optical pulses of the pseudo optical comb from the reference position, and there is a correlation between the position difference (P 2 −P 1 ) and the interference order N. Here, as shown in FIG. 7, the difference between 1/2 of the 1/2 and repeat distance of the pseudo-optical comb C 2 of the repeating distance of the pseudo-optical comb C 1 (D 1/2- D 2/2) is Since it is 67 [μm], the value obtained by dividing the difference (P 2 −P 1 ) of the position of the
続いて、フリースペクトラルレンジΛ1の干渉信号のパルス信号が検出された際の走査ステージ38の位置P1を検出する(ステップS7)。フリースペクトラルレンジΛ2の干渉信号のパルス信号が検出された際の走査ステージ38の位置P2を検出してもよい。そして、信号処理回路48(距離算出手段の一例)において、ステップS6で求めた干渉次数NとステップS7で求めた走査ステージ38の位置P1(参照光の光路長の一例)とから、測長ターゲットまでの距離Dを算出する(ステップS8、距離算出工程の一例)。距離D[単位:m]は、以下の式1によって求めることができる。
Subsequently, the pulse signal of the free spectral range lambda 1 of the interference signal to detect the position P 1 of the
D=c/n1/Λ1×N+P1 …(式1)
ここで、n1は疑似光コムC1の中心波長に対する屈折率である。求めた距離Dは表示手段(不図示)に表示してもよいし、記憶手段(不図示)に記憶してもよい。
D = c / n 1 / Λ 1 × N + P 1 (Equation 1)
Here, n 1 is a refractive index with respect to the center wavelength of the pseudo optical comb C 1 . The obtained distance D may be displayed on a display unit (not shown) or may be stored in a storage unit (not shown).
最後に、測長処理を終了するか否かを判定し(ステップS9)、終了しない場合はステップS4に戻り、同様の処理を行う。 Finally, it is determined whether or not to terminate the length measurement process (step S9). If not, the process returns to step S4 to perform the same process.
フリースペクトラルレンジΛ1=15[GHz]の疑似光コムC1と、フリースペクトラルレンジΛ2=14.9[GHz]の疑似光コムC2とを用いた場合には、合成周波数の原理から、幾何学的長さが1500[mm]まで干渉次数を特定し、絶対測長することができる(L/2=D1×D2/(D2−D1)/2=1500[mm])。 The free spectral range lambda 1 = 15 pseudo optical comb C 1 of [GHz], the case of using the pseudo-optical comb C 2 free spectral range Λ 2 = 14.9 [GHz] is the principle of combined frequency, The interference order can be specified up to a geometric length of 1500 [mm] and the absolute length can be measured (L / 2 = D 1 × D 2 / (D 2 −D 1 ) / 2 = 1500 [mm]). .
なお、1500[mm]まで基準位置と測定位置との位置関係が不明の場合は、750[mm]までが絶対測長の範囲となる。この場合、フリースペクトラルレンジΛ1及びΛ2とは異なるフリースペクトラルレンジを有する疑似光コムを用いることで、絶対測長の範囲を拡大することができる。例えば、フリースペクトラルレンジΛ3=15.1[GHz]の疑似光コムC3を用いると、疑似光コムC3の繰り返し距離はD3=19.854[mm]であるので、幾何学的長さが7.5[m]まで絶対測長が可能になる。 If the positional relationship between the reference position and the measurement position is unknown up to 1500 [mm], the range of the absolute length measurement is up to 750 [mm]. In this case, by using a pseudo optical comb having a free spectral range different from the free spectral ranges # 1 and # 2 , the range of the absolute length measurement can be expanded. For example, using the free spectral range lambda 3 = 15.1 pseudo optical comb C 3 of [GHz], since the reuse distance of a pseudo optical comb C 3 is D 3 = 19.854 [mm], the geometrical length Absolute length measurement is possible up to 7.5 [m].
このように、測長装置10によれば、任意の絶対距離の測定が可能である。また、ブロードスペクトル光として、任意の波長領域の光を使用することができる。
As described above, according to the
〔エタロンの構成〕
フリースペクトラルレンジΛ1の疑似光コムC1とフリースペクトラルレンジΛ2の疑似光コムC2とを出力するエタロンについて説明する。図8は、エタロン14の内部構成の一例を示す概略図である。同図に示すように、エタロン14は、干渉間距離が可変のファイバ型ファブリーペロー干渉系であり、ブロードスペクトル光源12からの光が入射する入射部16と、互いに対向して配置される一対の第1反射プレート20A及び第2反射プレート20Bからなる反射部20と、第1反射プレート20Aと第2反射プレート20Bとの間の反射域22と、第2反射プレート20Bを反射域22の幅を増減する方向に変位するPZT(Pb(Zr1-xTix)O3)アクチュエータ26と、第2反射プレート20Bを透過した光周波数成分をサーキュレータ30に出射する出射部28とを有する。
[Structure of etalon]
It explained free spectral range lambda 1 of the pseudo-optical comb C 1 and the free spectral range lambda 2 of the etalon for outputting a pseudo optical comb C 2. FIG. 8 is a schematic diagram illustrating an example of the internal configuration of the
反射域22は、第1反射プレート20Aと第2反射プレート20Bとの間で入射光が反射を繰り返す領域であり、光ファイバ24が配置されている。この光ファイバ24と第2反射プレート20Bとには、15[μm]の隙間25が形成されている。
The
PZTアクチュエータ26は、制御部50(図1参照)により印加される矩形波信号に応じて、第1反射プレート20Aと第2反射プレート20Bとの距離(干渉間距離)が増減する方向に10[μm]変位する。この隙間25の間においてPZTアクチュエータ26が変位することで、干渉間距離を、(10[mm]−15[μm])と(10[mm]−5[μm])とのいずれか一方に設定することができる。エタロン14の出射する光(疑似光コム)のフリースペクトラルレンジは、干渉間距離が第1距離である(10[mm]−15[μm])の場合には第1フリースペクトラルレンジである15[GHz]となり、干渉間距離が第2距離である(10[mm]−5[μm])の場合には第2フリースペクトラルレンジである(15[GHz]−15[MHz])となる。
The
このようにエタロン14を構成することで、フリースペクトラルレンジが数[MHz]から数百[GHz]の疑似光コムを発生させることができる。また、ユーザの要求に応じた波長領域での測長が可能となる。なお、光ファイバは、15[μm]程度の隙間があっても損失が少なく、距離測定に支障は生じない。
By configuring the
図9は、エタロン14の出射光のフリースペクトラルレンジの変化を示す図である。エタロン14は、制御部50(図1参照)によりPZTアクチュエータ26に矩形波変調信号が印加されることで、図9に示すように、15[GHz]と(15[GHz]−15[MHz])との2種類のフリースペクトラルレンジの光を時分割で出射する。
FIG. 9 is a diagram showing a change in the free spectral range of the light emitted from the
ここで、矩形波変調信号の周波数を、走査ステージ38(図1参照)の走査速度に対して高く設定することで、2つのエタロンを使用した場合と等価な低コヒーレンス干渉縞を形成することができる。 Here, by setting the frequency of the rectangular wave modulation signal higher than the scanning speed of the scanning stage 38 (see FIG. 1), a low coherence interference fringe equivalent to the case where two etalons are used can be formed. it can.
このように、エタロン14によれば、フリースペクトラルレンジを任意に変更することができる。したがって、1つのエタロン14によって複数の疑似光コムを発生させることができる。
Thus, according to the
なお、エタロン14の干渉間距離を変調し、ロックイン増幅器等によって位相検波を行うと、高感度な絶対測長も可能である。したがって、測長ターゲット1の被測定面1aが粗面でも、測定が可能となる。
If the inter-interference distance of the
〔距離測定装置の他の態様〕
図10は、他の形態に係る測長装置の全体構成を示した構成図である。なお、図1に示す構成図と共通する処理には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。図10に示すように、測長装置60は、測長装置10の構成と比較するとエタロン14を備えておらず、ビームスプリッタ52、エタロン54a,54b、光検出器46a,46bを備えている。
[Other embodiments of distance measuring device]
FIG. 10 is a configuration diagram showing an overall configuration of a length measuring device according to another embodiment. Note that the same reference numerals are given to processes common to the configuration diagram shown in FIG. 1 and detailed description thereof is omitted. As shown in FIG. 10, the
ブロードスペクトル光源12から出射した光は、サーキュレータ30の第1端子30aに入射し、第2端子30bから出射してビームスプリッタ32に入射する。ビームスプリッタ32は入射した光を分割して分割後の一方の光である参照光をコリメータレンズ34に入射させ、分割後の他方の光である測定光をコリメータレンズ42に入射させる。
Light emitted from the broad spectrum
コリメータレンズ34に入射した参照光は、コーナーキューブミラー36を介して参照ミラー40に入射し、反射面40aで反射してコーナーキューブミラー36、コリメータレンズ34を介してビームスプリッタ32に戻ってくる。
The reference light that has entered the
一方、コリメータレンズ42に入射した測定光は、ハーフミラー44に入射する。半反射面44aを透過した測定光は、測長ターゲットの被測定面1aで反射してハーフミラー44及びコリメータレンズ42を介してビームスプリッタ32に戻ってくる。また、半反射面44aで反射した測定光は、コリメータレンズ42を介してビームスプリッタ32に戻ってくる。
On the other hand, the measurement light that has entered the
ビームスプリッタ32は、反射面40aで反射した参照光、半反射面44aで反射した測定光、及び被測定面1aで反射した測定光を同軸上に合成し、干渉光を生成する。この干渉光はサーキュレータ30の第2端子30bに入射して第3端子30cから出射し、ビームスプリッタ52に入射する。
The
ビームスプリッタ52(干渉光分岐手段の一例)は、ビームスプリッタ32と同様に、入射した光を分岐させる光学素子である。ビームスプリッタ52は、入射した干渉光を分割して分割後の一方の光をエタロン54aに入射させ、分割後の他方の光をエタロン54bに入射させる。なお、ビームスプリッタ52とエタロン54aとの間、及びビームスプリッタ52とエタロン54bとの間には、単一方向にのみ光を通過させる光アイソレータを配置してもよい。
The beam splitter 52 (an example of an interference light splitting unit) is an optical element that splits incident light, like the
エタロン54a(第1のエタロンの一例)及びエタロン54b(第2のエタロンの一例)は、エタロン14と同様に、入射した光のうち一定のフリースペクトラルレンジの疑似光コムを透過して出射する光学素子である。エタロン54aとエタロン54bとは、それぞれ異なるフリースペクトラルレンジを有している。ここでは、エタロン54aのフリースペクトラルレンジをΛ1、エタロン54bのフリースペクトラルレンジをΛ2(Λ1≠Λ2)とする。エタロン54aから出射した疑似光コムC1の干渉光は光検出器46aに入射し、エタロン54bから出射した疑似光コムC2の干渉光は光検出器46bに入射する。
The
光検出器46a,46bは、光検出器46と同様に、入射した光をその強度に応じた電気信号に変換する光電変換素子である。光検出器46a,46bは、入射した疑似光コムC1,C2の干渉光の強度に応じた干渉信号を信号処理回路48に出力する。
Each of the
このように構成した測長装置60の信号処理回路48は、測長装置10の信号処理回路48と同様に、疑似光コムC1の干渉光によるパルス信号、疑似光コムC2の干渉光によるパルス信号、疑似光コムC1の干渉光によるパルス信号が検出された走査ステージ38の位置P1と疑似光コムC2の干渉光によるパルス信号が検出された走査ステージ38の位置P2との差(P2−P1)、及び疑似光コムC1の干渉光によるパルス信号が検出された際の走査ステージ38の位置P1が入力される。したがって、測長装置10と同様に測長ターゲットまでの距離Dを測定することが可能となる。
なお、式1を用いて距離Dを求める場合であれば、疑似光コムC2の干渉光によるパルス信号が検出された際の走査ステージ38の位置P2は、干渉次数の決定のみに必要な情報であるため、必要な測定精度は[mm]オーダーでよい。
Incidentally, in the case of obtaining the distance D using the
以上のように、エタロン54a,54bをマイケルソン干渉計の後に配置してもよい。これにより、エタロン54a,54bの精度に影響されずに、絶対距離を測定することができる。
As described above, the
以上説明した本発明の実施形態は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜構成要件を変更、追加、削除することが可能である。本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で当該分野の通常の知識を有するものにより、多くの変形が可能である。 In the embodiment of the present invention described above, constituent elements can be appropriately changed, added, or deleted without departing from the spirit of the present invention. The present invention is not limited to the embodiments described above, and many modifications can be made by those having ordinary knowledge in the art within the technical spirit of the present invention.
1…測長ターゲット、1a…被測定面、10…測長装置、12…ブロードスペクトル光源、14,54a,54b…エタロン、16…入射部、20…反射部、22…反射域、24…光ファイバ、25…隙間、26…PZTアクチュエータ、28…出射部、30…サーキュレータ、32,52…ビームスプリッタ、34,42…コリメータレンズ、36…コーナーキューブミラー、38…走査ステージ、40…参照ミラー、42…コリメータレンズ、44…ハーフミラー、46,46a,46b…光検出器、48…信号処理回路、50…制御部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記白色光の光路に配置され、互いに対向する一対の反射部を有し、前記反射部の間の距離を変更することで通過帯域を変更するエタロンであって、第1のフリースペクトラルレンジ及び前記第1のフリースペクトラルレンジとは異なる第2のフリースペクトラルレンジを通過帯域とするエタロンと、
前記エタロンから出力される光を2方向に分岐させる分岐手段であって、分岐させた一方の参照光を参照ミラーの反射面に入射させるとともに他方の測定光を測定対象物の被測定面に入射させる分岐手段と、
前記分岐手段と前記測定対象物との間に配置され、入射した光の一部を反射させ一部を透過させる半反射面を有するハーフミラーと、
前記反射面で反射した参照光、前記被測定面で反射した測定光、及び前記半反射面で反射した測定光を合成した干渉光を生成する干渉光生成手段と、
前記参照光の光路長を変更する走査手段と、
前記第1のフリースペクトラルレンジを有する第1の干渉光を受光して前記第1の干渉光の強度に応じた第1の干渉信号を出力する第1の検出手段と、
前記第2のフリースペクトラルレンジを有する第2の干渉光を受光して前記第2の干渉光の強度に応じた第2の干渉信号を出力する第2の検出手段と、
前記参照光の光路長を変更しつつ前記第1の干渉信号と前記第2の干渉信号とを取得する取得手段と、
前記第1の干渉信号がピークとなる前記参照光の光路長と前記第2の干渉信号がピークとなる前記参照光の光路長との差分から前記第1の干渉信号の干渉次数を決定する干渉次数決定手段と、
前記第1の干渉信号がピークとなる前記参照光の光路長と前記干渉次数とに基づいて、前記被測定面までの距離を算出する距離算出手段と、
を備えた距離測定装置。 A light source that emits white light;
An etalon that is arranged on the optical path of the white light, has a pair of reflecting portions facing each other, and changes a pass band by changing a distance between the reflecting portions, and includes a first free spectral range and the first free spectral range. An etalon having a passband of a second free spectral range different from the first free spectral range;
A branching means for branching the light output from the etalon in two directions, wherein one of the branched reference lights is made incident on a reflection surface of a reference mirror, and the other measurement light is made incident on a surface to be measured of a measurement object. Branching means for causing
A half mirror having a semi-reflective surface disposed between the branching unit and the object to be measured and reflecting part of incident light and transmitting part of the light.
Reference light reflected by the reflection surface, measurement light reflected by the surface to be measured, and interference light generation means for generating interference light by combining the measurement light reflected by the semi-reflection surface,
Scanning means for changing the optical path length of the reference light ,
First detection means for receiving the first interference light having the first free spectral range and outputting a first interference signal according to the intensity of the first interference light;
Second detection means for receiving the second interference light having the second free spectral range and outputting a second interference signal according to the intensity of the second interference light;
Acquisition means for acquiring the first interference signal and the second interference signal while changing the optical path length of the reference light;
Interference for determining an interference order of the first interference signal from a difference between an optical path length of the reference light at which the first interference signal has a peak and an optical path length of the reference light at which the second interference signal has a peak. Order determining means;
Distance calculating means for calculating a distance to the measured surface based on the optical path length of the reference light and the interference order at which the first interference signal has a peak,
Distance measuring device equipped with.
前記白色光を2方向に分岐させる分岐手段であって、分岐させた一方の参照光を参照ミラーの反射面に入射させるとともに他方の測定光を測定対象物の被測定面に入射させる分岐手段と、
前記分岐手段と前記測定対象物との間に配置され、入射した光の一部を反射させ一部を透過させる半反射面を有するハーフミラーと、
前記反射面で反射した参照光、前記被測定面で反射した測定光、及び前記半反射面で反射した測定光を合成した干渉光を生成する干渉光生成手段と、
前記参照光の光路長を変更する走査手段と、
前記干渉光を2方向に分岐させる干渉光分岐手段と、
前記分岐された一方の前記干渉光の光路に配置され、第1のフリースペクトラルレンジを通過帯域とする第1のエタロンと、
前記分岐された他方の前記干渉光の光路に配置され、前記第1のフリースペクトラルレンジとは異なる第2のフリースペクトラルレンジを通過帯域とする第2のエタロンと、
前記第1のフリースペクトラルレンジを有する第1の干渉光を受光して前記第1の干渉光の強度に応じた第1の干渉信号を出力する第1の検出手段と、
前記第2のフリースペクトラルレンジを有する第2の干渉光を受光して前記第2の干渉光の強度に応じた第2の干渉信号を出力する第2の検出手段と、
前記参照光の光路長を変更しつつ前記第1の干渉信号と前記第2の干渉信号とを取得する取得手段と、
前記第1の干渉信号がピークとなる前記参照光の光路長と前記第2の干渉信号がピークとなる前記参照光の光路長との差分から前記第1の干渉信号の干渉次数を決定する干渉次数決定手段と、
前記第1の干渉信号がピークとなる前記参照光の光路長と前記干渉次数とに基づいて、前記被測定面までの距離を算出する距離算出手段と、
を備えた距離測定装置。 A light source that emits white light;
A branching unit that branches the white light in two directions, and a branching unit that causes one of the branched reference lights to enter the reflection surface of the reference mirror and causes the other measurement light to enter the surface to be measured of the measurement target; ,
A half mirror having a semi-reflective surface disposed between the branching unit and the object to be measured and reflecting part of incident light and transmitting part of the light.
Reference light reflected by the reflection surface, measurement light reflected by the surface to be measured, and interference light generation means for generating interference light by combining the measurement light reflected by the semi-reflection surface,
Scanning means for changing the optical path length of the reference light,
Interference light splitting means for splitting the interference light in two directions;
A first etalon that is disposed on the optical path of the one of the branched interference lights and has a first free spectral range as a pass band;
A second etalon that is disposed on the optical path of the other of the branched interference lights and has a second free spectral range different from the first free spectral range as a pass band;
First detection means for receiving the first interference light having the first free spectral range and outputting a first interference signal according to the intensity of the first interference light;
Second detection means for receiving the second interference light having the second free spectral range and outputting a second interference signal according to the intensity of the second interference light;
Acquisition means for acquiring the first interference signal and the second interference signal while changing the optical path length of the reference light;
Interference for determining an interference order of the first interference signal from a difference between an optical path length of the reference light at which the first interference signal has a peak and an optical path length of the reference light at which the second interference signal has a peak. Order determining means;
Distance calculating means for calculating a distance to the measured surface based on the optical path length of the reference light and the interference order at which the first interference signal has a peak,
Distance measuring device equipped with.
前記エタロンから出射した光を2方向に分岐させる分岐手段によって、分岐させた一方の参照光を参照ミラーの反射面に入射させるとともに他方の測定光を測定対象物の被測定面に入射させる分岐工程と、
前記反射面で反射した参照光、前記被測定面で反射した測定光、及び前記分岐手段と前記測定対象物との間に配置され、入射した光の一部を反射させ一部を透過させる半反射面を有するハーフミラーの前記半反射面で反射した測定光を合成した干渉光を生成する干渉光生成工程と、
前記参照光の光路長を変更する走査工程と、
前記第1のフリースペクトラルレンジを有する第1の干渉光を受光して前記第1の干渉光の強度に応じた第1の干渉信号を出力する第1の検出工程と、
前記第2のフリースペクトラルレンジを有する第2の干渉光を受光して前記第2の干渉光の強度に応じた第2の干渉信号を出力する第2の検出工程と、
前記参照光の光路長を変更しつつ前記第1の干渉信号と前記第2の干渉信号とを取得する取得工程と、
前記第1の干渉信号がピークとなる前記参照光の光路長と前記第2の干渉信号がピークとなる前記参照光の光路長との差分から前記第1の干渉信号の干渉次数を決定する干渉次数決定工程と、
前記第1の干渉信号がピークとなる前記参照光の光路長と前記干渉次数とに基づいて、前記被測定面までの距離を算出する距離算出工程と、
を備えた距離測定方法。 An etalon having a pair of reflecting portions facing each other and changing a pass band by changing a distance between the reflecting portions, which is different from the first free spectral range and the first free spectral range. Causing white light emitted from the light source to enter an etalon having a pass band in the second free spectral range ;
A branching unit that branches the light emitted from the etalon in two directions so that one of the branched reference lights is incident on the reflection surface of the reference mirror and the other measurement light is incident on the surface to be measured of the measurement object. Process and
The reference light reflected on the reflection surface, the measurement light reflected on the surface to be measured, and a half that is disposed between the branching unit and the object to be measured and reflects part of incident light and transmits part of the light. An interference light generation step of generating interference light that combines measurement light reflected on the semi-reflection surface of the half mirror having a reflection surface,
A scanning step of changing the optical path length of the reference light ,
A first detection step of receiving a first interference light having the first free spectral range and outputting a first interference signal according to the intensity of the first interference light;
A second detection step of receiving a second interference light having the second free spectral range and outputting a second interference signal according to the intensity of the second interference light;
An acquisition step of acquiring the first interference signal and the second interference signal while changing an optical path length of the reference light;
Interference for determining an interference order of the first interference signal from a difference between an optical path length of the reference light at which the first interference signal has a peak and an optical path length of the reference light at which the second interference signal has a peak. An order determining step;
A distance calculating step of calculating a distance to the surface to be measured based on the optical path length and the interference order of the reference light at which the first interference signal has a peak,
Distance measuring method provided with.
前記反射面で反射した参照光、前記被測定面で反射した測定光、及び前記分岐手段と前記測定対象物との間に配置され、入射した光の一部を反射させ一部を透過させる半反射面を有するハーフミラーの前記半反射面で反射した測定光を合成した干渉光を生成する干渉光生成工程と、
前記参照光の光路長を変更する走査工程と、
前記干渉光を2方向に分岐させ、分岐させた一方を第1のフリースペクトラルレンジを通過帯域とする第1のエタロンに入射させるとともに他方を前記第1のフリースペクトラルレンジとは異なる第2のフリースペクトラルレンジを通過帯域とする第2のエタロンに入射させる干渉光分岐工程と、
前記第1のフリースペクトラルレンジを有する第1の干渉光を受光して前記第1の干渉光の強度に応じた第1の干渉信号を出力する第1の検出工程と、
前記第2のフリースペクトラルレンジを有する第2の干渉光を受光して前記第2の干渉光の強度に応じた第2の干渉信号を出力する第2の検出工程と、
前記参照光の光路長を変更しつつ前記第1の干渉信号と前記第2の干渉信号とを取得する取得工程と、
前記第1の干渉信号がピークとなる前記参照光の光路長と前記第2の干渉信号がピークとなる前記参照光の光路長との差分から前記第1の干渉信号の干渉次数を決定する干渉次数決定工程と、
前記第1の干渉信号がピークとなる前記参照光の光路長と前記干渉次数とに基づいて、前記被測定面までの距離を算出する距離算出工程と、
を備えた距離測定方法。 A branching step of causing one of the branched reference lights to be incident on the reflection surface of the reference mirror and the other of the measurement light to be incident on the surface to be measured of the measurement object by the branching means for branching the white light emitted from the light source in two directions. When,
The reference light reflected on the reflection surface, the measurement light reflected on the surface to be measured, and a half that is disposed between the branching unit and the object to be measured and reflects part of incident light and transmits part of the light. An interference light generation step of generating interference light that combines measurement light reflected on the semi-reflection surface of the half mirror having a reflection surface,
A scanning step of changing the optical path length of the reference light,
The interference light is branched in two directions, one of the branched lights is made incident on a first etalon having a first free spectral range as a pass band, and the other is separated into a second free etalon different from the first free spectral range. An interference light branching step of entering a second etalon having a pass band in a spectral range,
A first detection step of receiving a first interference light having the first free spectral range and outputting a first interference signal according to the intensity of the first interference light;
A second detection step of receiving a second interference light having the second free spectral range and outputting a second interference signal according to the intensity of the second interference light;
An acquisition step of acquiring the first interference signal and the second interference signal while changing an optical path length of the reference light;
Interference for determining an interference order of the first interference signal from a difference between an optical path length of the reference light at which the first interference signal has a peak and an optical path length of the reference light at which the second interference signal has a peak. An order determining step;
A distance calculating step of calculating a distance to the surface to be measured based on the optical path length and the interference order of the reference light at which the first interference signal has a peak,
Distance measuring method provided with.
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