JPH01119748A - 光学式熱膨脹測定装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、光学式熱膨脹測定装置に関する。

（従来の技術及び発明が解決しようとする問題点） 従来の光学式熱膨脹ａｐｌ定装置としては、平行光束照
射時の被ｆｌｌｌｊ定試料による光遮り量をＣＯＤイメ
ージセンサを用いて測定することにより熱膨脹量を求め
るものがあるが、これでは分解能に限界があり、高分解
能を期待できない。また光学的寸法測定装置としては、
レーザビームを回転ミラー、コリメータレンズを用いて
平行に走査させて被測定試料に照射し、該試料を通過し
たレーザビームを集光レンズ、受光素子を通して該試料
の寸法を電気信号として検出するようにしたものもある
が、これでは光強度を強くすることができず、寸法が大
きな試料を測定することができないと共に、試料の周端
面におけるレーザビームの反射光の影響を受けて精度の
高いΔ！１１定ができない。

本発明は、従来のこのような問題を解消し、高分解能で
精度の高い光学式熱膨脹７１Ｎ定装置を提供することを
その目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明、上記の目的を達成するために、駆動手段により
駆動されるテーブルに搭載されたレーザ発振器並びに集
光レンズ、集光されたレーザ光が通過するピンホール及
び該ピンホールを通過したレーザ光を電気信号に変換す
る受光素子から成る受光手段と、該レーザ発振器と受光
部との間に配設され、レーザ光が加熱される被ａｌｌｌ
定試料を照射可能に構成された加熱炉と、前記テーブル
の位置と該テーブルの移動に伴って変化する前記受光素
子の出力信号とから被測定試料の寸法を測定すると共に
被測定試料の熱膨脹を演算する測定演算手段とから成る
ことを特徴とする。

（作　用） 被測定試料に対するレーザ発振器及び受光手段の移動量
とその移動に伴って変化する受光素子の出力信号とから
２つの温度における被測定試料の寸法をΔＰ１定し、そ
の各寸法の差から被測定試料の熱膨脹量を算出する。こ
の熱膨脹量の測定には、回転ミラーを用いた従来例のよ
うに時間の要素が入らないので、それによる測定の誤差
が入らない。またピンホールを用いたので、披７１１１
１定試料のエッヂ側面において反射したレーザ光の受光
素子への入射が最小限に止まり、それによる測定の誤差
が入らない。

（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は前面に特定の周波数例えば４００
１１ｚでチョップするチョッパＩＡを備える特定波長例
えば６３２．８ｎｍのレーザビームを出力するレーザ発
振器、２は該レーザビームを受光する受光手段で、該レ
ーザ発振器１及び受光手段２はそれぞれ鎖線で示すテー
ブル３に搭載されており、該テーブル３は矢印で示す方
向に駆動手段４によって駆動されるようになっている。

５は前記レーザ発振器１と受光手段２との間に固設され
ている加熱炉で、加熱炉５は少なくともレーザビームの
光路６に対応する周壁が透明になっており、該加熱炉５
内に収容された被測定試料７は、テーブル３の移動過程
の始めではレーザビームに照射されず、次いで照射され
、終りにまた照射されないような位置に配置されている
。８は前記テーブル３の移動位置と該テーブル３の移動
に伴って変化する前記受光手段２の出力とから被測定試
料の寸法を測定すると共に被測定試料の熱膨脹を演算す
るｉｌｌｌｌ算演算手段る。

以上の構成を更に詳細に説明すると、前記受光手段２は
特定波長例えばｆｆ３２．８ｎｍの光を通す光学バンド
パスフィルタ９と受光レンズすなわちフーリエ変換レン
ズＩＯと、その焦点位置に配置するピンホール１１と、
該ピンホール１１を通過する光を電気信号に変換する受
光素子１２とから成る。該フーリエ変換レンズｌＯは例
えば第１図に示すような普通の凸レンズｌＯ＋又は第２
図に示すようなかまぼこ型のレンズ１０□等であり、ピ
ンホール１１は第１図に示すように普通の孔１１＋の外
、第２図に示すようなスリット１１□も含まれる。

前記駆動手段４は、メモリ１３に格納されたテーブル走
行指令がＣＰＵ　１４、入出力ボート１５を介して供給
される駆動回路１６とステッピングモータ１７とから成
り、テーブル走行指令によりステッピングモータ１７は
ボールねじ１８を介してテーブル３を被測定試料７の幅
より所定値だけ長い振幅で矢印のように往復動するよう
になっている。

前記測定演算手段８は、受光索子１２から出力する電気
信号を増幅する演算増幅器１９、チョッパＩＡのチョッ
ピングする特定の周波数（例えば４００１１ｚ）以外の
成分を取り除くバンドパスフィルタ２０．演算増幅器２
１．コンパレータ２２、テーブル３の移動位置を測定す
るリニアスケール２３、Ａ／Ｄ変換器２４及びＣＰＵ　
１４等で構成されている。

前記加熱炉５、炉内の温度を検知する熱電対２５、温度
コントローラ２６及び変圧器２７から成る温度制御回路
により設定温度で被測定試料７を加熱するようになって
おり、炉内は真空ポンプ２８で真空に保持される。

被測定試料７の温度は、それに接触する熱電対２９で検
出され、その検出信号は演算増幅器３０゜Ａ／Ｄ変換器
３１を介してＣＰＵ　１４に取り込まれる。

次にこの実施例の作動を説明する。

加熱炉５内の被測定試料７の温度が所定温度になってい
て、テーブル３が図示の位置より左側の位置から図示さ
れないパルス源に接続された駆動手段４により右側に移
動すると、レーザ光は、その光路６が被測定試料７の左
エツジＡと一致するまで受光手段２に到達する。したが
って受光索子１２から一定レベルの電気信号が出力し、
チョッパＩＡの周波数成分の信号のみがバンドパスフィ
ルタ２０を通過する。レーザ光が被測定試料７の左エツ
ジＡに達すると、第３図に示すように受光素子１２の出
力信号は減少を始め、遂に零になる。その出力信号のレ
ベルがスレッシュホールドレベルになったときは、コン
パレータ２２はレーザ光が被測定試料７の左エツジＡに
到達したものとして信号を出力し、この信号はＡ／Ｄ変
換器２４を介してＣＰＵ　１４に入力する。リニアスケ
ール２３はテーブル３の移動とともにその位置信号を入
出力ボート１５を介してＣＰＵ　１４に入力し、コンパ
レータ２２から出力した信号によりそのときの位置信号
が被測定試料７の左エツジＡの位置としてメモリＩ３に
記憶される。

レーザ光が被測定試料１によって遮られた後もテーブル
３は駆動手段４により移動を続け、披４−１定試料７の
右エツジＢを通過した後自動的に逆方向に移動する。

この場合も、レーザ光は被測定試料７の右エツジＢに到
、達するまで受光索子１２から一定レベルの出力信号が
出力し、右エツジＢに到達した時読出力信号は減少を始
め遂に零になる。該出力信号のレベルがスレッシュホー
ルドレベルになったときは、前述上向じように、そのと
きのりニアスケ−２３の位置信号が披Ｍｊ定試料７の右
エツジＢの位置として記憶される。

以上の測定は所定の温度毎に繰返して行なわれ、ＣＰＵ
　１４は各温度におる被測定試料７の寸法を算出し、そ
れから熱膨脹率を算出する。

尚、前記スレッシュホールドレベルは、被測定試料７の
エツジＡ、Ｂの変位に対する光強度変化が最大になると
ころ、すなわち、分解能の最も高くなるところに設定す
る。

また、レーザ光のビーム径を小さくすることによって第
３図の八ｌを小さくでき、分解能が向上するが、第４図
に示すように、焦点距離の短いレンズを使用し、受光素
子１２にはビームの中心部だけが入るようにすれば、ビ
ーム径を小さくするのと同じように分解能が向上する。

ピンホール１１と受光索子１２の距離を長くしてもビー
ム径を小さくするのと同じ効果が得られるが、長くしす
ぎると受光面での光強度が小さくなる。一実施例では、
例えば２０關とした。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は他の
実施例の要部の斜視図、第３図はレーザ光の移動量と受
光素子出力電圧との関係を示す図、第４図はレンズとピ
ンホールとの関係の説明図である。 １・・・レーザ発振器 ２・・・受光手段 ３・・・テーブル ４・・・駆動手段 ５・・・加熱炉 ７・・・被測定試料 ８・・・ｆｌｕ定演算演算 手段・・・集光レンズ １１・・・ピンホール １２・・・受光素子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 駆動手段により駆動されるテーブルに搭載されたレーザ
   発振器並びに集光レンズ、集光されたレーザ光が通過す
   るピンホール及び該ピンホールを通過したレーザ光を電
   気信号に変換する受光素子から成る受光手段と、該レー
   ザ発振器と受光部との間に配設され、レーザ光が加熱さ
   れる被測定試料を照射可能に構成された加熱炉と、前記
   テーブルの位置と該テーブルの移動に伴って変化する前
   記受光素子の出力信号とから被測定試料の寸法を測定す
   ると共に被測定試料の熱膨脹を演算する測定演算手段と
   から成ることを特徴とする光学式熱膨脹測定装置。