JPH02110319A - マルチモード半導体レーザを使用する干渉計測装置 - Google Patents
マルチモード半導体レーザを使用する干渉計測装置Info
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- JPH02110319A JPH02110319A JP63264687A JP26468788A JPH02110319A JP H02110319 A JPH02110319 A JP H02110319A JP 63264687 A JP63264687 A JP 63264687A JP 26468788 A JP26468788 A JP 26468788A JP H02110319 A JPH02110319 A JP H02110319A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/36—Forming the light into pulses
- G01D5/38—Forming the light into pulses by diffraction gratings
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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】
本発明はマルチモード半導体レーザを光源として使用す
る干渉計測装置に関し、特に移動する回折格子にレーザ
光を照射し、回折格子で生じる回折光により干渉縞を形
成し、ごの干渉縞を計測する干渉計測装置に関する。
る干渉計測装置に関し、特に移動する回折格子にレーザ
光を照射し、回折格子で生じる回折光により干渉縞を形
成し、ごの干渉縞を計測する干渉計測装置に関する。
回折格子を形成したスケールで生じる回折光同志を重ね
合わせることにより形成した干渉縞を光電変板すること
により、スケールの変位を検出するエンコーダが良（知
られており、通常のメインスケールとインデックススケ
ールの重なり具合の変化による透過光量の周期的変化を
用いたエンコーダに比べ、高分解能な周期信号が得られ
ている。しかしながら、変位の検出に光の干渉を利用す
るため、干渉性が生じる条件のもとで使用する必要があ
る。一般にはどのような光源であっても、干渉させる２
光束の光路長差（光源を射出してから干渉させる位置に
たどりつくまでの時間差）が零であれば、最大の強度の
干渉信号を得ることができるが、光源のスペクトル幅が
広くなる程わずかな光路長差によって干渉光の強度が急
速に低下する。そこで、上述のエンコーダなどの干渉計
測装置に使用される光源はスペクトル幅が非常に狭いレ
ーザが使用されている。特に半導体レーザは小型で駆動
電流も小さい駆動など多くの利点を備えているため、光
源として干渉計測装置に組み込めば装置の小型化と低価
格化につながる。
合わせることにより形成した干渉縞を光電変板すること
により、スケールの変位を検出するエンコーダが良（知
られており、通常のメインスケールとインデックススケ
ールの重なり具合の変化による透過光量の周期的変化を
用いたエンコーダに比べ、高分解能な周期信号が得られ
ている。しかしながら、変位の検出に光の干渉を利用す
るため、干渉性が生じる条件のもとで使用する必要があ
る。一般にはどのような光源であっても、干渉させる２
光束の光路長差（光源を射出してから干渉させる位置に
たどりつくまでの時間差）が零であれば、最大の強度の
干渉信号を得ることができるが、光源のスペクトル幅が
広くなる程わずかな光路長差によって干渉光の強度が急
速に低下する。そこで、上述のエンコーダなどの干渉計
測装置に使用される光源はスペクトル幅が非常に狭いレ
ーザが使用されている。特に半導体レーザは小型で駆動
電流も小さい駆動など多くの利点を備えているため、光
源として干渉計測装置に組み込めば装置の小型化と低価
格化につながる。
〔発明が解決しようとしている問題点〕しかしながら、
半導体レーザを干渉計測装置の光源として使用する場合
には次の様な問題点が生じる。
半導体レーザを干渉計測装置の光源として使用する場合
には次の様な問題点が生じる。
半導体レーザには、その発振スペクトルが１つのモード
だけ存在するシングルモードレーザと複数のモードが存
在するマルチモードレーザがある。シングルモードレー
ザは、干渉性は良い（可干渉距離が長い）が使用温度や
駆動電流の変化によって発振波長が不連続に変化してし
まうので、干渉信号の位相が不連続に変化し、干渉縞の
明暗変化に対応する周期信号を計数する際に誤検出をし
てしまう。従ってこの現象を防止する為に温度や駆動電
流を精密にコントロールするための装置を付加する必要
があり計測装置が大型化、複雑化して、価格も上がると
いう欠点が生じる。
だけ存在するシングルモードレーザと複数のモードが存
在するマルチモードレーザがある。シングルモードレー
ザは、干渉性は良い（可干渉距離が長い）が使用温度や
駆動電流の変化によって発振波長が不連続に変化してし
まうので、干渉信号の位相が不連続に変化し、干渉縞の
明暗変化に対応する周期信号を計数する際に誤検出をし
てしまう。従ってこの現象を防止する為に温度や駆動電
流を精密にコントロールするための装置を付加する必要
があり計測装置が大型化、複雑化して、価格も上がると
いう欠点が生じる。
一方、マルチモードレーザは、一般に可干渉距離が短（
、発振スペクトルに様々なものがある為に干渉性が一定
せず、エンコーダなどの干渉計測装置には使用が困難と
されていた。
、発振スペクトルに様々なものがある為に干渉性が一定
せず、エンコーダなどの干渉計測装置には使用が困難と
されていた。
本発明の目的は、上記従来の問題点に鑑み、マルチモー
ド半導体レーザを使用しても安定して干渉計測が行なえ
る干渉計測装置を提供することにある。
ド半導体レーザを使用しても安定して干渉計測が行なえ
る干渉計測装置を提供することにある。
本発明ではマルチモード半導体レーザの好適な使用によ
り、回折格子で生じる回折光で形成°した干渉縞を計測
するようなエンコーダなどの装置において、装置組み立
て時の干渉信号振幅（コントラスト）が安定して得られ
、かつ環境温度の変動による装置筐体の温度膨張などに
よる光路長差の変動によっても、干渉信号の振幅がほと
んど低下せず、信号の位相が不連続にならないようにで
きる。
り、回折格子で生じる回折光で形成°した干渉縞を計測
するようなエンコーダなどの装置において、装置組み立
て時の干渉信号振幅（コントラスト）が安定して得られ
、かつ環境温度の変動による装置筐体の温度膨張などに
よる光路長差の変動によっても、干渉信号の振幅がほと
んど低下せず、信号の位相が不連続にならないようにで
きる。
上記目的を達成し、上述の効果を呈するようにするため
に、本発明の干渉計測装置は、マルチモード半導体レー
ザから射出するレーザ光を回折格子に指向し、該回折格
子から生じる回折光を用いて干渉縞を形成し、該干渉縞
を計測する干渉計測装置において、前記半導体レーザの
比強度０．０５以上の縦モードの数を５本以上に設定し
たことを特徴としている。
に、本発明の干渉計測装置は、マルチモード半導体レー
ザから射出するレーザ光を回折格子に指向し、該回折格
子から生じる回折光を用いて干渉縞を形成し、該干渉縞
を計測する干渉計測装置において、前記半導体レーザの
比強度０．０５以上の縦モードの数を５本以上に設定し
たことを特徴としている。
又、本発明の好ましい形態によれば、上述の条件に加え
て次の２つの条件を満足するように半導体レーザが調整
される。
て次の２つの条件を満足するように半導体レーザが調整
される。
（Ａ）分光スペクトルの各縦モードの頂点を結ぶ包路線
の、比強度０．０５における幅が６ｎｍ以下である。
の、比強度０．０５における幅が６ｎｍ以下である。
（Ｂ）少なくとも前記５本以上の各縦モードの半値幅が
０．０３ｎｍ以上である。
０．０３ｎｍ以上である。
尚、比強度とはスペクトルのピーク値を１とした時の強
度を言い、半値幅とはこの時の強度０．５の位置での幅
を言う。
度を言い、半値幅とはこの時の強度０．５の位置での幅
を言う。
本発明の更なる特徴と具体的形態は後述する各実施例に
示されている。
示されている。
第１図（Ａ）、（Ｂ）は本発明の一実施例を示す説明図
であり、第１図（Ａ）はここで用いるマルチモード半導
体レーザの発振スペクトルを示すグラフ図を、第２図（
Ｂ）は回転スケール上に形成した回折格子の変位（角度
変化）を検出するロータリエンコーダを示している。
であり、第１図（Ａ）はここで用いるマルチモード半導
体レーザの発振スペクトルを示すグラフ図を、第２図（
Ｂ）は回転スケール上に形成した回折格子の変位（角度
変化）を検出するロータリエンコーダを示している。
第１図（Ｂ）において、１はマルチモード半導体レーザ
であり、そのスペクトルが第１図（Ａ）のグラフ図で示
されている。半導体レーザ１からのレーザ光はコリメー
タレンズ２により平行な光に変換され、偏光プリズム３
に向けられる。偏光プリズム３はレーザ光をＰ編光とＳ
偏光の２光束に分割し、各々の光束は％波長板４、折り
返しミラー５を介してグレーティシダスケール６上の回
折格子の位置Ｍ、、Ｍ、に入射する。位置Ｍ１゜Ｍ、で
回折した透過回折光（±１次の回折光）は各々反射光学
系７で反射されて再び位置Ｍｌ＋Ｍ２に向けられ、そこ
で再び回折される。位置Ｍ、、Ｍ、で再回折した各回折
光は折り返しミラー５と％波長板を介して偏光プリズム
３まで戻り、偏光プリズム３により重ね合わせられる。
であり、そのスペクトルが第１図（Ａ）のグラフ図で示
されている。半導体レーザ１からのレーザ光はコリメー
タレンズ２により平行な光に変換され、偏光プリズム３
に向けられる。偏光プリズム３はレーザ光をＰ編光とＳ
偏光の２光束に分割し、各々の光束は％波長板４、折り
返しミラー５を介してグレーティシダスケール６上の回
折格子の位置Ｍ、、Ｍ、に入射する。位置Ｍ１゜Ｍ、で
回折した透過回折光（±１次の回折光）は各々反射光学
系７で反射されて再び位置Ｍｌ＋Ｍ２に向けられ、そこ
で再び回折される。位置Ｍ、、Ｍ、で再回折した各回折
光は折り返しミラー５と％波長板を介して偏光プリズム
３まで戻り、偏光プリズム３により重ね合わせられる。
重なり合った光束は区波長板９で互いに逆まわりの円偏
光となり、この状態でビームスプリッタ−１０により２
光束に分割された後、各々偏光板１２を介してフォトデ
ィテクタ１３に向かう。ここで図示する一対の偏光板１
２は互いの偏光方位が９０°ずれるように設けられてお
り、位相が９０°ずれた光が各フォトディテクタ１３で
受光される。フォトディテクタ１３の受光面上には前述
の２つの回折光の干渉による干渉縞が形成されており、
グレーティングディスク６が回転軸８を中心として回転
することにより干渉縞の明暗が変化する。従って、フォ
トディテクタ１３により得られる光電変換信号を検出す
ることによりグレーティングディスク６の回転状態即ち
回折格子の変位を計測できる。
光となり、この状態でビームスプリッタ−１０により２
光束に分割された後、各々偏光板１２を介してフォトデ
ィテクタ１３に向かう。ここで図示する一対の偏光板１
２は互いの偏光方位が９０°ずれるように設けられてお
り、位相が９０°ずれた光が各フォトディテクタ１３で
受光される。フォトディテクタ１３の受光面上には前述
の２つの回折光の干渉による干渉縞が形成されており、
グレーティングディスク６が回転軸８を中心として回転
することにより干渉縞の明暗が変化する。従って、フォ
トディテクタ１３により得られる光電変換信号を検出す
ることによりグレーティングディスク６の回転状態即ち
回折格子の変位を計測できる。
ここで、第１図（Ａ）に示すように、マルチモード半導
体レーザ１の比強度０．０５以上の縦モードの本数をＮ
（本）、各々の縦モードの半値幅を△λ［ｎｍ］、発振
スペクトルの比強度０．０５以上での包絡線の半値幅を
ｈ［ｎｍ］、発振波長の代表値をλ。［ｎｍ］、各縦モ
ード間の間隔をＰ ［ｎｍ］とするとき、本実施例の半
導体レーザは、 （１）Ｎ２２ （２）ｎ≦６ （３）△λ≧０．０３ を満たしている。
体レーザ１の比強度０．０５以上の縦モードの本数をＮ
（本）、各々の縦モードの半値幅を△λ［ｎｍ］、発振
スペクトルの比強度０．０５以上での包絡線の半値幅を
ｈ［ｎｍ］、発振波長の代表値をλ。［ｎｍ］、各縦モ
ード間の間隔をＰ ［ｎｍ］とするとき、本実施例の半
導体レーザは、 （１）Ｎ２２ （２）ｎ≦６ （３）△λ≧０．０３ を満たしている。
半導体レーザ１の発振モード数が少なくなり、Ｎの値が
４本以下になると、１つ若しくは２つの縦モードが干渉
作用に対して支配的になるため、装置の環境温度が変動
すると発振波長の代表値λ０が離散的に変化（モードホ
イップ）する。
４本以下になると、１つ若しくは２つの縦モードが干渉
作用に対して支配的になるため、装置の環境温度が変動
すると発振波長の代表値λ０が離散的に変化（モードホ
イップ）する。
従って（１）式に示すようにＮ２２とすることにより環
境温度の変動に強い装置とすることができる。
境温度の変動に強い装置とすることができる。
マルチモード半導体レーザのような可干渉距離があまり
長くない光源を干渉計測装置に用いる場合は、装置の筐
体の熱膨張を含めた２光京間の光路長差の変動が可干渉
距離以内にする必要がある。これができないと、干渉信
号（干渉縞の明暗変化に対応する信号）が取り出せない
状態が生じてしまう。回折光の位相が、回折格子の変位
に応じて変調される第１図（Ｂ）に示すエンコーダの如
き干渉計測装置では、装置として光路長差そのものに変
化を与える必要はないので、装置組立時に２光束の光路
長差を零に近づけ、装置の筐体の熱膨張による光路長差
などが加わっても、この光路長差が光源の可干渉距離の
中に入るように構成する。
長くない光源を干渉計測装置に用いる場合は、装置の筐
体の熱膨張を含めた２光京間の光路長差の変動が可干渉
距離以内にする必要がある。これができないと、干渉信
号（干渉縞の明暗変化に対応する信号）が取り出せない
状態が生じてしまう。回折光の位相が、回折格子の変位
に応じて変調される第１図（Ｂ）に示すエンコーダの如
き干渉計測装置では、装置として光路長差そのものに変
化を与える必要はないので、装置組立時に２光束の光路
長差を零に近づけ、装置の筐体の熱膨張による光路長差
などが加わっても、この光路長差が光源の可干渉距離の
中に入るように構成する。
光路長差の調整はミラー５や光学系７等の光学素子の位
置を調整すればよ（、±１０μｍ程度の誤差以内での等
光路長化をするために不図示のネジ送り機構等を用いて
光学素子の位置を調整してやることで光路長を比較的容
易に調整できる、従って、光源の可干渉距離がミラー等
の位置決め誤差の幅に比べて十分太き（，１００μｍ以
上あれば、図示するような干渉計測装置の組立て時に干
渉度（干渉縞のビジビリティ／コントラスト）が最高に
なるように調整できる。
置を調整すればよ（、±１０μｍ程度の誤差以内での等
光路長化をするために不図示のネジ送り機構等を用いて
光学素子の位置を調整してやることで光路長を比較的容
易に調整できる、従って、光源の可干渉距離がミラー等
の位置決め誤差の幅に比べて十分太き（，１００μｍ以
上あれば、図示するような干渉計測装置の組立て時に干
渉度（干渉縞のビジビリティ／コントラスト）が最高に
なるように調整できる。
光源の可干渉距離を数値で決定できれば、フーリエ変換
を用いた計算によって光源のスペクトル幅をおおよそ求
めることができる。但し、干渉度と光路長差の関数（即
ちコヒーレンシー関数）が既知である必要がある。しか
し、半導体レーザのコヒーレンシー関数は一般化できな
いため、我々は、いくつかのパラメータで一般化できる
スペクトル関数からシミュレーションによって逆にコヒ
ーレンシー関数を求め、前記の１００μｍ以上の可干渉
距離を満たすスペクトル関数の範囲（スペクトル関数を
表記するパラメータの条件式）を求め、かかる干渉計測
装置に使用するのに好適なマルチモード半導体レーザを
選択した。
を用いた計算によって光源のスペクトル幅をおおよそ求
めることができる。但し、干渉度と光路長差の関数（即
ちコヒーレンシー関数）が既知である必要がある。しか
し、半導体レーザのコヒーレンシー関数は一般化できな
いため、我々は、いくつかのパラメータで一般化できる
スペクトル関数からシミュレーションによって逆にコヒ
ーレンシー関数を求め、前記の１００μｍ以上の可干渉
距離を満たすスペクトル関数の範囲（スペクトル関数を
表記するパラメータの条件式）を求め、かかる干渉計測
装置に使用するのに好適なマルチモード半導体レーザを
選択した。
第２図゛（ａ）二（ｃ）〜第９図（ａ）＝（ｃ）は、代
表波長λ。＝７８０ｎｍ、モード間間隔ρ＝０．３ｎｍ
のマルチモード半導体レーザの、スペクトル関数のパラ
メータ△λ、Ｈ，ｈを変えた時のコヒーレンシー関数の
変化を求めたシミュレーションのグラフ図である。いず
れのグラフ図もスペクトル関数からフーリエ変換によっ
て求めている。尚、第２図以降の全ての図面において、
（ａ）はスペクトル関数、（ｂ）はコヒーレンシー関数
、（ｃ）は（ｂ）の０付近を拡大したコヒーレンシーを
示している。又、（ａ）の横軸の単位は［ｎｍ］ 、（
ｂ）、（ｃ）の横軸の単位は［ｍｍ］である。
表波長λ。＝７８０ｎｍ、モード間間隔ρ＝０．３ｎｍ
のマルチモード半導体レーザの、スペクトル関数のパラ
メータ△λ、Ｈ，ｈを変えた時のコヒーレンシー関数の
変化を求めたシミュレーションのグラフ図である。いず
れのグラフ図もスペクトル関数からフーリエ変換によっ
て求めている。尚、第２図以降の全ての図面において、
（ａ）はスペクトル関数、（ｂ）はコヒーレンシー関数
、（ｃ）は（ｂ）の０付近を拡大したコヒーレンシーを
示している。又、（ａ）の横軸の単位は［ｎｍ］ 、（
ｂ）、（ｃ）の横軸の単位は［ｍｍ］である。
第２図〜第５図は、各々モードのスペクトル関数をガウ
シアン型で仮定し、その半値幅△λを０．１〜０．０１
ｎｍの間で変化させた時のコヒーレンシー関数を求めた
ものであり、第６図〜第９図は各モードのスペクトル関
数をローレンツ型で仮定し、その半値幅△λを０．１〜
０．０１ｎｍの間で変化させた時のコヒーレンシー関数
を求めたものである。図から明らかなようにした離散的
に複数の発振モード（従モータ）が存在するマルチモー
ド半導体レーザ特有のコヒーレンシー関数の複数のピー
クがあられれている。そして、各モードの半値幅△λか
細くなるほどピークがたくさんあられれる。回折光の干
渉を利用したエンコーダの使用中に環境温度が変動する
と、代表波長λ。の値が変化するが、２光束の光路長差
が零に近ければ、この波長変化に起因する干渉信号の位
相変化即ち計測誤差を小さくできる。
シアン型で仮定し、その半値幅△λを０．１〜０．０１
ｎｍの間で変化させた時のコヒーレンシー関数を求めた
ものであり、第６図〜第９図は各モードのスペクトル関
数をローレンツ型で仮定し、その半値幅△λを０．１〜
０．０１ｎｍの間で変化させた時のコヒーレンシー関数
を求めたものである。図から明らかなようにした離散的
に複数の発振モード（従モータ）が存在するマルチモー
ド半導体レーザ特有のコヒーレンシー関数の複数のピー
クがあられれている。そして、各モードの半値幅△λか
細くなるほどピークがたくさんあられれる。回折光の干
渉を利用したエンコーダの使用中に環境温度が変動する
と、代表波長λ。の値が変化するが、２光束の光路長差
が零に近ければ、この波長変化に起因する干渉信号の位
相変化即ち計測誤差を小さくできる。
しかしながら、グラフ図に示すようにコヒーレンシー関
数に複数のピークがあられれるので等光路長でない状態
で干渉強度が極大になるように装置を調整してしまうと
計測誤差が太き（なる。
数に複数のピークがあられれるので等光路長でない状態
で干渉強度が極大になるように装置を調整してしまうと
計測誤差が太き（なる。
従って、各モードの半値幅△λがある程度以上の半導体
レーザを用いれば、高次のピークが抑制でき、等光路長
化調整にあいまいさが無くなる。
レーザを用いれば、高次のピークが抑制でき、等光路長
化調整にあいまいさが無くなる。
この条件を式で表すと、前記（３）式で示すように、△
λ≧０．０３ｎｍとすることが好ましい。
λ≧０．０３ｎｍとすることが好ましい。
第１０図（ａ）、２（ｃ）〜第１３図（ａ）−（Ｃ）は
、発振スペクトル全体の包絡線をガウシアン関数で仮定
し、（Ｈ／ｈ＝ｃｏｓｔ）、包絡線内の比強度０．０５
以上のモード数を４０〜５と変えてコヒーレンシー関数
を求めたものであり、第１４図（ａ）＝（ｃ）〜第１７
図（ａ）−（Ｃ）はスペクトル全体の包絡線をローレン
ツ関数で仮定しくＨ／ｈ＝ｃｏｎｓ ｔ） 、包絡線の
、比強度０．０５以上の幅りを１２ｎｍ 〜１．５ｎｍ
と変化させてコヒーレンシー関数を求めたものである。
、発振スペクトル全体の包絡線をガウシアン関数で仮定
し、（Ｈ／ｈ＝ｃｏｓｔ）、包絡線内の比強度０．０５
以上のモード数を４０〜５と変えてコヒーレンシー関数
を求めたものであり、第１４図（ａ）＝（ｃ）〜第１７
図（ａ）−（Ｃ）はスペクトル全体の包絡線をローレン
ツ関数で仮定しくＨ／ｈ＝ｃｏｎｓ ｔ） 、包絡線の
、比強度０．０５以上の幅りを１２ｎｍ 〜１．５ｎｍ
と変化させてコヒーレンシー関数を求めたものである。
いずれの場合でも包絡線の広がりが太き（なるほど急速
にコヒーレンシーが低下することが理解できる。そして
、幅りと可干渉距離はほぼ逆比例の関係が成り立つ。ま
た、光路長差が零に近い領域では包絡線の関数の型によ
る差が表われない。従って、可干渉距離を１００μｍ以
上にするための幅りを求めると６ｎｍ以下となる。そこ
で、前記（２）式で示すようにｈ≦６ｎｍとすることが
好ましい。
にコヒーレンシーが低下することが理解できる。そして
、幅りと可干渉距離はほぼ逆比例の関係が成り立つ。ま
た、光路長差が零に近い領域では包絡線の関数の型によ
る差が表われない。従って、可干渉距離を１００μｍ以
上にするための幅りを求めると６ｎｍ以下となる。そこ
で、前記（２）式で示すようにｈ≦６ｎｍとすることが
好ましい。
又、第１８図（ａ）＝（ｃ）〜第２０図（ａ）−（Ｃ）
はスペクトル全体の包絡線内の比強度０．０５以上の幅
りを一定にして、代表波長λ。
はスペクトル全体の包絡線内の比強度０．０５以上の幅
りを一定にして、代表波長λ。
をシフトさせ包絡線の形を変えてコヒーレンシー関数を
求めたもので、０〜０．１付近においてスペクトルの包
絡線の形状にはコヒーレンシーが影響されないことが良
くわかる。
求めたもので、０〜０．１付近においてスペクトルの包
絡線の形状にはコヒーレンシーが影響されないことが良
くわかる。
上述の（１）〜（３）式の条件を満たす半導体レーザを
得るには、半導体レーザの種類、駆動電流値、基準環境
温度等を適宜設定してやることが必要である。そして、
この条件を満足した半導体レーザを干渉計測装置の光源
として使用することにより、上述した様々な効果を得る
ことができるのである。
得るには、半導体レーザの種類、駆動電流値、基準環境
温度等を適宜設定してやることが必要である。そして、
この条件を満足した半導体レーザを干渉計測装置の光源
として使用することにより、上述した様々な効果を得る
ことができるのである。
ここで示した装置は、回折光干渉タイプのロータリエン
コーダであるが、本発明はこれに限定されるものではな
く、同タイプのリニアエンコーダや２光束の光路長差を
故意に変化させない様々な干渉計測装置への適用が可能
である。
コーダであるが、本発明はこれに限定されるものではな
く、同タイプのリニアエンコーダや２光束の光路長差を
故意に変化させない様々な干渉計測装置への適用が可能
である。
以上、特定の分光スペクトルをもつマルチモード半導体
レーザを回折光による干渉縞を計測するＬンコーダ等の
干渉計測装置に使用する事によって、装置組み立て時の
光路長調整による干渉信号の振幅（コントラスト）が、
容易に調整できる。
レーザを回折光による干渉縞を計測するＬンコーダ等の
干渉計測装置に使用する事によって、装置組み立て時の
光路長調整による干渉信号の振幅（コントラスト）が、
容易に調整できる。
又、装置筐体の温度膨張程度の光路長差の変動によって
も信号振幅がほとんど低下せず且つ信号の位相が不連続
にならないという格別の効果が得られる。従って、組立
て易く、しかも温度変化に対しても安定した高性能の干
渉計測装置を提供できる。
も信号振幅がほとんど低下せず且つ信号の位相が不連続
にならないという格別の効果が得られる。従って、組立
て易く、しかも温度変化に対しても安定した高性能の干
渉計測装置を提供できる。
第１図（Ａ）は本発明の一実施例に用いたマルチモード
半導体レーザの分光スペクトルを示すグラフ図。 第１図（Ｂ）は第１図（Ａ）に示す分光スペクトルをも
つ半導体レーザを搭載した干渉計測装置を示す概略図。 第２図乃至第９図は、半導体レーザの各発振モードの半
値幅とスペクトル関数を変化させた時のコヒーレンシー
関数の様子を示すグラフ図。 第１０図乃至第１７図は、半導体レーザの発振スペクト
ル全体の包絡線の幅を変化させた時のコヒーレンシー関
数の様子を示すグラフ図。 第１８図乃至第２０図は、半導体レーザの発振スペクト
ル全体の包絡線の形状を変化させた時のコヒーレンシー
関数の様子を示すグラフ図。 １・・・・・・マルチモード半導体レーザλ。・・・代
表波長 Ｐ・・・・・・モード間隔 △λ・・・各モードの半値幅 ｈ・・・・・・発振スペクトル全体の包絡線の、比強度
０．０５における幅 第１０（Ａ＞ メＦＬ−＆ （？？７ｎ） （ｃＬ）ズダフトラム 流１４図 ′職１５ア
半導体レーザの分光スペクトルを示すグラフ図。 第１図（Ｂ）は第１図（Ａ）に示す分光スペクトルをも
つ半導体レーザを搭載した干渉計測装置を示す概略図。 第２図乃至第９図は、半導体レーザの各発振モードの半
値幅とスペクトル関数を変化させた時のコヒーレンシー
関数の様子を示すグラフ図。 第１０図乃至第１７図は、半導体レーザの発振スペクト
ル全体の包絡線の幅を変化させた時のコヒーレンシー関
数の様子を示すグラフ図。 第１８図乃至第２０図は、半導体レーザの発振スペクト
ル全体の包絡線の形状を変化させた時のコヒーレンシー
関数の様子を示すグラフ図。 １・・・・・・マルチモード半導体レーザλ。・・・代
表波長 Ｐ・・・・・・モード間隔 △λ・・・各モードの半値幅 ｈ・・・・・・発振スペクトル全体の包絡線の、比強度
０．０５における幅 第１０（Ａ＞ メＦＬ−＆ （？？７ｎ） （ｃＬ）ズダフトラム 流１４図 ′職１５ア
Claims (4)
- （１）マルチモード半導体レーザから射出するレーザ光
を回折格子に指向し、該回折格子から生じる回折光を用
いて干渉縞を形成し、該干渉縞を計測する干渉計測装置
において、前記半導体レーザの比強度０．０５以上の縦
モードの数を５本以上に設定したことを特徴とするマル
チモード半導体レーザを使用する干渉計測装置。 - （２）前記回折格子が前記レーザ光に対して相対的に移
動し、前記干渉縞を光電変換手段により光電変換するこ
とで前記回折格子の変位を計測することを特徴とする特
許請求の範囲第（１）項記載のマルチモード半導体レー
ザを使用する干渉計測装置。 - （３）前記レーザの分光スペクトルが、各縦モードの頂
点を結ぶ包絡線の、比強度０．０５における幅が６ｎｍ
以下になるよう設定されていることを特徴とする特許請
求の範囲第（１）項記載のマルチモード半導体レーザを
使用する干渉計測装置。 - （４）前記縦モードの半値幅が０．０３ｎｍ以上である
ことを特徴とする特許請求の範囲第（３）項記載のマル
チモード半導体レーザを使用する干渉計測装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63264687A JP2547826B2 (ja) | 1988-10-19 | 1988-10-19 | マルチモード半導体レーザを使用する干渉計測装置 |
| DE1989616742 DE68916742T2 (de) | 1988-10-19 | 1989-10-18 | Multimoden-Halbleiterlaser-Interferometer. |
| EP19890119346 EP0364984B1 (en) | 1988-10-19 | 1989-10-18 | Interferometer using multi-mode semiconductor laser |
| US07/789,633 US5198873A (en) | 1988-10-19 | 1991-11-12 | Encoder utilizing interference using multi-mode semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63264687A JP2547826B2 (ja) | 1988-10-19 | 1988-10-19 | マルチモード半導体レーザを使用する干渉計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02110319A true JPH02110319A (ja) | 1990-04-23 |
| JP2547826B2 JP2547826B2 (ja) | 1996-10-23 |
Family
ID=17406802
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63264687A Expired - Lifetime JP2547826B2 (ja) | 1988-10-19 | 1988-10-19 | マルチモード半導体レーザを使用する干渉計測装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0364984B1 (ja) |
| JP (1) | JP2547826B2 (ja) |
| DE (1) | DE68916742T2 (ja) |
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| JP2004101512A (ja) * | 2002-08-03 | 2004-04-02 | Dr Johannes Heidenhain Gmbh | 位置測定装置 |
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| JP2012154728A (ja) * | 2011-01-25 | 2012-08-16 | Tokyo Univ Of Agriculture & Technology | 構造測定方法および構造測定装置 |
| US20120257214A1 (en) * | 2011-04-05 | 2012-10-11 | Mori Seiki Co. Ltd | Optical displacement measurement device |
| JP2018115993A (ja) * | 2017-01-19 | 2018-07-26 | 日本電信電話株式会社 | ３次元形状測定装置 |
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| EP0311144B1 (en) * | 1983-11-04 | 1993-07-14 | Sony Magnescale, Inc. | Optical instrument for measuring displacement |
| DE3706277C2 (de) * | 1986-02-28 | 1995-04-27 | Canon Kk | Drehungsmeßgeber |
-
1988
- 1988-10-19 JP JP63264687A patent/JP2547826B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1989
- 1989-10-18 DE DE1989616742 patent/DE68916742T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1989-10-18 EP EP19890119346 patent/EP0364984B1/en not_active Expired - Lifetime
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| DE102012007452A1 (de) | 2011-04-15 | 2012-10-18 | Mori Seiki Co., Ltd. | Optische Verschiebungsmesseinrichtung |
| US8780357B2 (en) * | 2011-04-15 | 2014-07-15 | DMG Mori Seike Co., Ltd | Optical displacement measurement device with optimization of the protective film |
| DE102012007452B4 (de) | 2011-04-15 | 2022-08-04 | Dmg Mori Seiki Co., Ltd. | Optische Verschiebungsmesseinrichtung |
| JP2018115993A (ja) * | 2017-01-19 | 2018-07-26 | 日本電信電話株式会社 | ３次元形状測定装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0364984A2 (en) | 1990-04-25 |
| DE68916742T2 (de) | 1994-11-03 |
| JP2547826B2 (ja) | 1996-10-23 |
| EP0364984B1 (en) | 1994-07-13 |
| DE68916742D1 (de) | 1994-08-18 |
| EP0364984A3 (en) | 1990-06-13 |
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