JPH0560511A - ヘテロダイン干渉計 - Google Patents
ヘテロダイン干渉計Info
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- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000000284 extract Substances 0.000 claims 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 13
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 description 13
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
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-
- G—PHYSICS
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ヘテロダイン干渉計において、測定対象のビ
ーム照射点が変わるときも、その照射点の表面状態によ
らず、所要レベルの光検出器出力の干渉信号（測定信
号）を得て、計測精度を向上させたヘテロダイン干渉計
を得ることを目的とする。 【構成】 レーザ１からのビームを二分して一方のビー
ムＢの周波数をシフトさせて周波数が僅かに異なるビー
ムを得る手段７と、上記二つのビームの一方を測定対象
２３に照射しその反射ビームと、他方のビームとを重ね
合わせて光検出器９により干渉信号を得るヘテロダイン
検出手段と、上記干渉信号のドップラー周波数成分を求
める周波数分析手段２５と、上記干渉信号の交流成分の
振幅を検出し、その振幅が最大になる位置に光検出器を
位置決めする手段とを備えるようにしたものである。
ーム照射点が変わるときも、その照射点の表面状態によ
らず、所要レベルの光検出器出力の干渉信号（測定信
号）を得て、計測精度を向上させたヘテロダイン干渉計
を得ることを目的とする。 【構成】 レーザ１からのビームを二分して一方のビー
ムＢの周波数をシフトさせて周波数が僅かに異なるビー
ムを得る手段７と、上記二つのビームの一方を測定対象
２３に照射しその反射ビームと、他方のビームとを重ね
合わせて光検出器９により干渉信号を得るヘテロダイン
検出手段と、上記干渉信号のドップラー周波数成分を求
める周波数分析手段２５と、上記干渉信号の交流成分の
振幅を検出し、その振幅が最大になる位置に光検出器を
位置決めする手段とを備えるようにしたものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は光の干渉現象を利用し
て測定対象の速度や振動を非接触で精密測定する計測器
に関する。
て測定対象の速度や振動を非接触で精密測定する計測器
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のこの種の装置として、例えば“Ｏ
ｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｌａｓｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ
ｙ”ｖｏｌ．７，Ｎｏ．１（１９７５）に示されたもの
があり、図７は上記に示されたヘテロダイン干渉計の構
成図である。図中、１はレーザ、２はビームスプリッ
タ、３はビームＡ、４はレンズＡ、５はビームＢ、６は
ミラー、７は変調器、８はレンズＢ、９は光検出器、１
０は干渉信号である。
ｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｌａｓｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ
ｙ”ｖｏｌ．７，Ｎｏ．１（１９７５）に示されたもの
があり、図７は上記に示されたヘテロダイン干渉計の構
成図である。図中、１はレーザ、２はビームスプリッ
タ、３はビームＡ、４はレンズＡ、５はビームＢ、６は
ミラー、７は変調器、８はレンズＢ、９は光検出器、１
０は干渉信号である。
【０００３】次に動作について説明する。図７に示すよ
うに、レーザ１出力のレーザビームは、ビームスプリッ
タ２により二分され、一方のビームＡ３はレンズＡ４で
集光される。上記の二分された他方のビームＢ５は、ミ
ラー６により反射された後、変調器７により周波数シフ
ト（ｆ0 ）を受け、レンズＡ４によりビームＡ３と交差
する点に集光される。例えば、流体のような透過型の測
定対象の場合は上記２本のビームの交差する点に測定対
象は置かれ、散乱光がレンズＢ８により、光検出器９に
集光される。上記光検出器９から出力される干渉信号１
０のドップラー周波数ｆd は次式で表せる。 ｆd ＝｜ｆ0 −（２Ｖ／λ）ｓｉｎ（θ／２）｜ ここで、Ｖは図７の矢印方向、即ち光軸に垂直方向の測
定対象の速度、λは使用したレーザの波長、θはビーム
Ａ３とビームＢ５の交差する角度である。上記干渉信号
１０のドップラー周波数ｆd を求めることにより測定対
象の速度Ｖが求められ、速度測定が実現される。
うに、レーザ１出力のレーザビームは、ビームスプリッ
タ２により二分され、一方のビームＡ３はレンズＡ４で
集光される。上記の二分された他方のビームＢ５は、ミ
ラー６により反射された後、変調器７により周波数シフ
ト（ｆ0 ）を受け、レンズＡ４によりビームＡ３と交差
する点に集光される。例えば、流体のような透過型の測
定対象の場合は上記２本のビームの交差する点に測定対
象は置かれ、散乱光がレンズＢ８により、光検出器９に
集光される。上記光検出器９から出力される干渉信号１
０のドップラー周波数ｆd は次式で表せる。 ｆd ＝｜ｆ0 −（２Ｖ／λ）ｓｉｎ（θ／２）｜ ここで、Ｖは図７の矢印方向、即ち光軸に垂直方向の測
定対象の速度、λは使用したレーザの波長、θはビーム
Ａ３とビームＢ５の交差する角度である。上記干渉信号
１０のドップラー周波数ｆd を求めることにより測定対
象の速度Ｖが求められ、速度測定が実現される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のような、従来の
ヘテロダイン干渉計では、測定対象が移動体であり測定
対象のビーム照射点が変わるとき、又は多点測定のため
ビームをスキャンニングさせ測定対象のビーム照射点が
変わるとき、その照射点の測定対象の表面状態により、
光検出器出力の干渉信号（測定信号）のレベルが小さく
なり、計測精度に影響を与えるという課題があった。
ヘテロダイン干渉計では、測定対象が移動体であり測定
対象のビーム照射点が変わるとき、又は多点測定のため
ビームをスキャンニングさせ測定対象のビーム照射点が
変わるとき、その照射点の測定対象の表面状態により、
光検出器出力の干渉信号（測定信号）のレベルが小さく
なり、計測精度に影響を与えるという課題があった。
【０００５】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、測定対象上のビーム照射点が変わ
っても、その照射点の測定対象の表面状態によらず、所
要レベルの光検出器出力の干渉信号（測定信号）を得
て、計測精度を向上させたヘテロダイン干渉計を得るこ
とを目的としている。
めになされたもので、測定対象上のビーム照射点が変わ
っても、その照射点の測定対象の表面状態によらず、所
要レベルの光検出器出力の干渉信号（測定信号）を得
て、計測精度を向上させたヘテロダイン干渉計を得るこ
とを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に係わる発明は、レーザと、レーザから
のビームを二分して一方のビームの周波数をシフトさせ
て周波数が僅かに異なるビームを得る手段と、上記二つ
のビームの内の一方を測定対象に照射しその反射ビーム
と、他方のビームとを重ね合わせて光検出器により干渉
信号を得るヘテロダイン検出手段と、上記干渉信号のド
ップラー周波数成分を求める周波数分析手段と、上記干
渉信号の交流成分の振幅を検出し、その振幅が最大にな
る位置に光検出器を位置決めする手段とを備えるように
したものである。
めに、請求項１に係わる発明は、レーザと、レーザから
のビームを二分して一方のビームの周波数をシフトさせ
て周波数が僅かに異なるビームを得る手段と、上記二つ
のビームの内の一方を測定対象に照射しその反射ビーム
と、他方のビームとを重ね合わせて光検出器により干渉
信号を得るヘテロダイン検出手段と、上記干渉信号のド
ップラー周波数成分を求める周波数分析手段と、上記干
渉信号の交流成分の振幅を検出し、その振幅が最大にな
る位置に光検出器を位置決めする手段とを備えるように
したものである。
【０００７】請求項２に係わる発明は、請求項１記載の
ヘテロダイン干渉計において、干渉信号の交流成分の振
幅が最大になる位置に光検出器を位置決めする手段とし
て、以下の要素を備えるようにしたものである、（ａ）
干渉信号の交流成分の振幅を検出する振幅検出器、
（ｂ）上記振幅検出器出力信号を微分処理する微分器
と、上記微分出力信号の正負を判定する第一の正負判定
器と、上記正負判定器出力信号と下記乗算器の一部を遅
延させ第二の正負判定器を介して得る出力信号とを乗算
する乗算器と、上記乗算器の出力信号を積分する積分器
とを有する微動指令信号発生手段、（ｃ）上記微動指令
信号を受け、光検出器を駆動する微動機構。
ヘテロダイン干渉計において、干渉信号の交流成分の振
幅が最大になる位置に光検出器を位置決めする手段とし
て、以下の要素を備えるようにしたものである、（ａ）
干渉信号の交流成分の振幅を検出する振幅検出器、
（ｂ）上記振幅検出器出力信号を微分処理する微分器
と、上記微分出力信号の正負を判定する第一の正負判定
器と、上記正負判定器出力信号と下記乗算器の一部を遅
延させ第二の正負判定器を介して得る出力信号とを乗算
する乗算器と、上記乗算器の出力信号を積分する積分器
とを有する微動指令信号発生手段、（ｃ）上記微動指令
信号を受け、光検出器を駆動する微動機構。
【０００８】請求項３に係わる発明は、レーザと、レー
ザからのビームを二分して一方のビームの周波数をシフ
トさせて周波数が僅かに異なるビームを得る手段と、上
記二つのビームの内の一方を測定対象に照射しその反射
ビームと、他方のビームとを重ね合わせて光検出器によ
り干渉信号を得るヘテロダイン検出手段と、上記干渉信
号のドップラー周波数成分を求める周波数分析手段とを
備えたヘテロダイン干渉計であって、上記光検出器が複
数個からなり、夫々の光検出器出力の干渉信号の交流成
分の振幅を検出する振幅検出手段と、その振幅の最大値
を判定する最大値判定手段と、上記判定をもとに交流成
分の振幅最大の干渉信号を出力する光検出器を選択し、
その光検出器出力の干渉信号を取出す信号切替手段とを
備えるようにしたものである。
ザからのビームを二分して一方のビームの周波数をシフ
トさせて周波数が僅かに異なるビームを得る手段と、上
記二つのビームの内の一方を測定対象に照射しその反射
ビームと、他方のビームとを重ね合わせて光検出器によ
り干渉信号を得るヘテロダイン検出手段と、上記干渉信
号のドップラー周波数成分を求める周波数分析手段とを
備えたヘテロダイン干渉計であって、上記光検出器が複
数個からなり、夫々の光検出器出力の干渉信号の交流成
分の振幅を検出する振幅検出手段と、その振幅の最大値
を判定する最大値判定手段と、上記判定をもとに交流成
分の振幅最大の干渉信号を出力する光検出器を選択し、
その光検出器出力の干渉信号を取出す信号切替手段とを
備えるようにしたものである。
【０００９】
【作用】上記のように構成されたヘテロダイン干渉計で
は、ヘテロダイン検出手段の光検出器出力の干渉信号の
交流成分の振幅を検出し、上記振幅が最大になる位置に
光検出器を位置決めすることにより、測定対象の照射点
の表面状態によらず、所要レベルの干渉信号（測定信
号）を得ることができる。
は、ヘテロダイン検出手段の光検出器出力の干渉信号の
交流成分の振幅を検出し、上記振幅が最大になる位置に
光検出器を位置決めすることにより、測定対象の照射点
の表面状態によらず、所要レベルの干渉信号（測定信
号）を得ることができる。
【００１０】また、ヘテロダイン検出手段における光検
出器を複数個で構成し、夫々の光検出器出力の干渉信号
のうち交流成分の振幅の最大の干渉信号を出力する光検
出器を選択することにより、測定対象の照射点の表面状
態によらず、所要レベルの干渉信号（測定信号）を得る
ことができる。
出器を複数個で構成し、夫々の光検出器出力の干渉信号
のうち交流成分の振幅の最大の干渉信号を出力する光検
出器を選択することにより、測定対象の照射点の表面状
態によらず、所要レベルの干渉信号（測定信号）を得る
ことができる。
【００１１】
実施例１．図１はこの発明の実施例１を示すヘテロダイ
ン干渉計の全体構成図である。１０は干渉信号（測定信
号）、２０はビームスプリッタＡ、２１はビームスプリ
ッタＢ、２２はレンズ、２３は測定対象、２４はビーム
スプリッタＣ、２５は周波数分析計である。光検出器９
の位置決め手段は図示していない。従来例に相当する部
分には同一符号を付して、重複説明を省略する。図２は
図１のヘテロダイン干渉計の光検出器９を位置決めする
手段を示す位置制御系の概略構成図である。３０はＸ軸
微動指令回路、３１はＹ軸微動指令回路、３２は微動機
構である。図３は図２のＸ軸およびＹ軸微動指令回路の
内部構成図である。４０は振幅検出器、４１は微分器、
４２は正負判定器Ａ、４３は乗算器、４４は遅延回路、
４５は正負判定器Ｂ、４６は積分器、４７は増幅器であ
る。
ン干渉計の全体構成図である。１０は干渉信号（測定信
号）、２０はビームスプリッタＡ、２１はビームスプリ
ッタＢ、２２はレンズ、２３は測定対象、２４はビーム
スプリッタＣ、２５は周波数分析計である。光検出器９
の位置決め手段は図示していない。従来例に相当する部
分には同一符号を付して、重複説明を省略する。図２は
図１のヘテロダイン干渉計の光検出器９を位置決めする
手段を示す位置制御系の概略構成図である。３０はＸ軸
微動指令回路、３１はＹ軸微動指令回路、３２は微動機
構である。図３は図２のＸ軸およびＹ軸微動指令回路の
内部構成図である。４０は振幅検出器、４１は微分器、
４２は正負判定器Ａ、４３は乗算器、４４は遅延回路、
４５は正負判定器Ｂ、４６は積分器、４７は増幅器であ
る。
【００１２】上記のように構成されたヘテロダイン干渉
計の動作を図を参照して説明する。図１に示すように、
レーザ１出力のレーザビームは、ビームスプリッタＡ２
０により二分され、一方のビームＡ３はビームスプリッ
タＢ２１を通り、レンズ２２により測定対象２３の表面
に集光される。測定対象２３の表面により散乱された光
はレンズ２２により集光され、ビームスプリッタＢ２１
で反射され、ビームスプリッタＣ２４を通り、光検出器
９に入る。一方、上記ビームスプリッタＡ２０により二
分された他方のビームＢ５は、ミラー６により反射され
た後、変調器７により周波数シフトを受け、ビームスプ
リッタＣ２４で反射され、光検出器９に入り、光検出器
出力の干渉信号１０を得る。
計の動作を図を参照して説明する。図１に示すように、
レーザ１出力のレーザビームは、ビームスプリッタＡ２
０により二分され、一方のビームＡ３はビームスプリッ
タＢ２１を通り、レンズ２２により測定対象２３の表面
に集光される。測定対象２３の表面により散乱された光
はレンズ２２により集光され、ビームスプリッタＢ２１
で反射され、ビームスプリッタＣ２４を通り、光検出器
９に入る。一方、上記ビームスプリッタＡ２０により二
分された他方のビームＢ５は、ミラー６により反射され
た後、変調器７により周波数シフトを受け、ビームスプ
リッタＣ２４で反射され、光検出器９に入り、光検出器
出力の干渉信号１０を得る。
【００１３】測定対象２３が振動体の場合、測定対象２
３の表面により散乱された光はドップラーシフトを受け
るので、光検出器出力の干渉信号１０のドップラー周波
数を周波数分析器２５で求めることにより振動体の速度
が求められ、速度信号を積分することにより振動の変位
を求めることができる（図１にはドップラー周波数測定
以降の信号処理のブロックは図示していない）。この場
合、振動方向が光軸方向と一致していれば測定対象のビ
ーム照射点はいつも固定している。
３の表面により散乱された光はドップラーシフトを受け
るので、光検出器出力の干渉信号１０のドップラー周波
数を周波数分析器２５で求めることにより振動体の速度
が求められ、速度信号を積分することにより振動の変位
を求めることができる（図１にはドップラー周波数測定
以降の信号処理のブロックは図示していない）。この場
合、振動方向が光軸方向と一致していれば測定対象のビ
ーム照射点はいつも固定している。
【００１４】ところが、測定対象２３が移動体の場合、
ビームに一定角度をもって移動体に照射することによ
り、上記移動体の移動方向の速度を計測する際は、測定
対象の照射点は測定対象の移動に伴って次々に変わる。
また、多点測定をするため、ビームをスキャンニングす
る場合、測定対象の照射点はスキャンニングに伴って次
々に変わる。上記のように、測定対象のビーム照射点が
変わるとき、その測定対象の照射点の表面状態により、
光検出器出力の干渉信号（測定信号）レベルが小さくな
ることがある。
ビームに一定角度をもって移動体に照射することによ
り、上記移動体の移動方向の速度を計測する際は、測定
対象の照射点は測定対象の移動に伴って次々に変わる。
また、多点測定をするため、ビームをスキャンニングす
る場合、測定対象の照射点はスキャンニングに伴って次
々に変わる。上記のように、測定対象のビーム照射点が
変わるとき、その測定対象の照射点の表面状態により、
光検出器出力の干渉信号（測定信号）レベルが小さくな
ることがある。
【００１５】この実施例１では、図２に示すような光検
出器の位置制御系を設け、光検出器出力の干渉信号１０
の交流成分の振幅レベルが最大になる位置に、光検出器
９を位置決めする。Ｘ軸微動指令回路３０とＹ軸微動指
令回路３１は夫々の出力信号により、光検出器９の入射
ビームに垂直な面内のＸ，Ｙの２軸方向の微動機構３２
を駆動するものである。
出器の位置制御系を設け、光検出器出力の干渉信号１０
の交流成分の振幅レベルが最大になる位置に、光検出器
９を位置決めする。Ｘ軸微動指令回路３０とＹ軸微動指
令回路３１は夫々の出力信号により、光検出器９の入射
ビームに垂直な面内のＸ，Ｙの２軸方向の微動機構３２
を駆動するものである。
【００１６】Ｘ軸微動指令回路３０とＹ軸微動指令回路
３１は同じ構成をしている。図３は、図２に示すＸ軸お
よびＹ軸微動指令回路の内部構成図である。先ず、振幅
検出器４０で干渉信号１０の交流成分の振幅レベルを直
流電圧信号に変換する。図４（ａ），（ｂ）に夫々干渉
信号１０と、振幅検出器４０出力の直流電圧信号を示し
ている。振幅検出器４０に縦続接続の微分器４１で微分
し、正負判定器Ａ４２で上記微分器４１出力信号の正負
を判定し、正の場合には正の信号を、負の場合には負の
信号を出力する。そして、乗算器４３により、乗算器４
３の出力信号を一定時間遅延回路４４で遅延させた後、
正負判定器Ｂ４５の出力信号との乗算を行ない、その結
果を出力する。上記乗算器４３の出力信号は微動機構３
２の速度信号であり、干渉信号の交流成分の振幅が増加
しているとき、即ち、振幅の微分が正のときには、乗算
により速度信号の符号は変わらず、微動機構３２は同方
向に微動する。また、干渉信号の交流成分の振幅が減っ
ているときは、乗算により速度信号の符号は反転し、微
動機構３２はそれまでと反対方向に微動する。次いで、
積分器４６により速度信号を位置信号に変換し、増幅器
４７により所要のレベルに増幅し、微動機構３２を駆動
し、干渉信号の交流成分の振幅が最大になる位置に光検
出器９を移動する。
３１は同じ構成をしている。図３は、図２に示すＸ軸お
よびＹ軸微動指令回路の内部構成図である。先ず、振幅
検出器４０で干渉信号１０の交流成分の振幅レベルを直
流電圧信号に変換する。図４（ａ），（ｂ）に夫々干渉
信号１０と、振幅検出器４０出力の直流電圧信号を示し
ている。振幅検出器４０に縦続接続の微分器４１で微分
し、正負判定器Ａ４２で上記微分器４１出力信号の正負
を判定し、正の場合には正の信号を、負の場合には負の
信号を出力する。そして、乗算器４３により、乗算器４
３の出力信号を一定時間遅延回路４４で遅延させた後、
正負判定器Ｂ４５の出力信号との乗算を行ない、その結
果を出力する。上記乗算器４３の出力信号は微動機構３
２の速度信号であり、干渉信号の交流成分の振幅が増加
しているとき、即ち、振幅の微分が正のときには、乗算
により速度信号の符号は変わらず、微動機構３２は同方
向に微動する。また、干渉信号の交流成分の振幅が減っ
ているときは、乗算により速度信号の符号は反転し、微
動機構３２はそれまでと反対方向に微動する。次いで、
積分器４６により速度信号を位置信号に変換し、増幅器
４７により所要のレベルに増幅し、微動機構３２を駆動
し、干渉信号の交流成分の振幅が最大になる位置に光検
出器９を移動する。
【００１７】以上、光検出器９の微動指令信号発生手段
の例として、微分器、正負判定器Ａ、乗算器、遅延回
路、正負判定器Ｂ、積分器、増幅器を備えて、干渉信号
の交流成分の振幅が最大になる位置に光検出器９を移動
する信号を発生する回路構成について説明したが、上記
構成に限るものでなく、光検出器出力の干渉信号の交流
成分の振幅を検出し、干渉信号の交流成分の振幅が最大
になる位置に光検出器を位置決めするサーボ回路であれ
ば同様の効果が得られる。
の例として、微分器、正負判定器Ａ、乗算器、遅延回
路、正負判定器Ｂ、積分器、増幅器を備えて、干渉信号
の交流成分の振幅が最大になる位置に光検出器９を移動
する信号を発生する回路構成について説明したが、上記
構成に限るものでなく、光検出器出力の干渉信号の交流
成分の振幅を検出し、干渉信号の交流成分の振幅が最大
になる位置に光検出器を位置決めするサーボ回路であれ
ば同様の効果が得られる。
【００１８】実施例２．上記実施例１では、図３の微動
機構３２を速度信号を積分した位置信号で駆動するもの
を例に説明したが、速度信号で駆動する微動機構の場合
は、図３の積分器４６がない構成で同様の効果が得られ
る。
機構３２を速度信号を積分した位置信号で駆動するもの
を例に説明したが、速度信号で駆動する微動機構の場合
は、図３の積分器４６がない構成で同様の効果が得られ
る。
【００１９】実施例３．上記実施例１では、干渉信号の
交流成分の振幅レベルが常に最大になるように、光検出
器９の位置を光検出器の入射ビームに垂直な面内でＸ，
Ｙの２軸の微動機構３２を微動させるものを例に説明し
たが、Ｘもしくは，Ｙの１軸の微動機構３２のみを使用
する場合でも改善効果がある。
交流成分の振幅レベルが常に最大になるように、光検出
器９の位置を光検出器の入射ビームに垂直な面内でＸ，
Ｙの２軸の微動機構３２を微動させるものを例に説明し
たが、Ｘもしくは，Ｙの１軸の微動機構３２のみを使用
する場合でも改善効果がある。
【００２０】実施例４．上記実施例１では、図１の変調
器７をビームＢの光路に設け、ビームＢを周波数シフト
させるものを例に説明したが、変調器をビームＡの光路
に設けても同等である。
器７をビームＢの光路に設け、ビームＢを周波数シフト
させるものを例に説明したが、変調器をビームＡの光路
に設けても同等である。
【００２１】実施例５．上記実施例１では、図１の変調
器７をビームＢの光路に設け、ビームＢを周波数シフト
させるものを例に説明したが、ビームＡ及びビームＢの
両ビームの間に僅かの周波数差をもたせる構成であれば
同様の効果が得られる。
器７をビームＢの光路に設け、ビームＢを周波数シフト
させるものを例に説明したが、ビームＡ及びビームＢの
両ビームの間に僅かの周波数差をもたせる構成であれば
同様の効果が得られる。
【００２２】実施例６．上記実施例１で、図１に示す光
学系に限定するものでなく、僅かの周波数差をもつ二つ
のビームの干渉信号を検出するヘテロダイン検出手段を
利用する構成であれば、同様の効果が得られる。
学系に限定するものでなく、僅かの周波数差をもつ二つ
のビームの干渉信号を検出するヘテロダイン検出手段を
利用する構成であれば、同様の効果が得られる。
【００２３】実施例７．この実施例７は、実施例１を示
す図１における光検出器９を、図５に示すように複数個
で構成し、夫々を微小な間隔（ｄ1 ，ｄ2 ，…，ｄ
n-1 ）で光検出器の入射ビームに垂直な面内に配置し、
夫々の光検出器出力の干渉信号の交流成分の振幅を振幅
検出器で検出し、交流成分の振幅最大の干渉信号を出力
する光検出器を最大値判定器５０で判定し、その光検出
器を信号切替器５１により選択し、その出力の干渉信号
（測定信号）を取り出すように構成したものである。
す図１における光検出器９を、図５に示すように複数個
で構成し、夫々を微小な間隔（ｄ1 ，ｄ2 ，…，ｄ
n-1 ）で光検出器の入射ビームに垂直な面内に配置し、
夫々の光検出器出力の干渉信号の交流成分の振幅を振幅
検出器で検出し、交流成分の振幅最大の干渉信号を出力
する光検出器を最大値判定器５０で判定し、その光検出
器を信号切替器５１により選択し、その出力の干渉信号
（測定信号）を取り出すように構成したものである。
【００２４】実施例８．上記実施例７において、図５に
示す複数個の光検出器を微小な間隔で配置するのに、図
６に示すように、ビームスプリッタＤ６０の夫々の光軸
から、微小間隔ｄ1 ，ｄ1 ＋ｄ2 ，…，ｄ1 ＋…＋ｄ
n-1 の位置に光検出器を設けることにより等価の構成が
実現できる。
示す複数個の光検出器を微小な間隔で配置するのに、図
６に示すように、ビームスプリッタＤ６０の夫々の光軸
から、微小間隔ｄ1 ，ｄ1 ＋ｄ2 ，…，ｄ1 ＋…＋ｄ
n-1 の位置に光検出器を設けることにより等価の構成が
実現できる。
【００２５】
【発明の効果】以上のようなこの発明によれば、ヘテロ
ダイン干渉計において、測定対象が移動体であり測定対
象のビーム照射点が変わるとき、又は多点測定のためビ
ームをスキャンニングさせ測定対象のビーム照射点が変
わるとき、その照射点の測定対象の表面状態によらず、
所要レベルの干渉信号（測定信号）を得ることができ、
計測精度を向上させたヘテロダイン干渉計を得ることが
できる。
ダイン干渉計において、測定対象が移動体であり測定対
象のビーム照射点が変わるとき、又は多点測定のためビ
ームをスキャンニングさせ測定対象のビーム照射点が変
わるとき、その照射点の測定対象の表面状態によらず、
所要レベルの干渉信号（測定信号）を得ることができ、
計測精度を向上させたヘテロダイン干渉計を得ることが
できる。
【図１】この発明の実施例１のヘテロダイン干渉計を示
す全体構成図である。
す全体構成図である。
【図２】図１に示すヘテロダイン干渉計の光検出器の位
置制御系の概略構成図である。
置制御系の概略構成図である。
【図３】図２に示すＸ軸およびＹ軸微動指令回路の内部
構成図である。
構成図である。
【図４】この発明のヘテロダイン干渉計の光検出器出力
の干渉信号の波形の一例を示す図（ａ）及び振幅検出器
出力の信号を示す図（ｂ）である。
の干渉信号の波形の一例を示す図（ａ）及び振幅検出器
出力の信号を示す図（ｂ）である。
【図５】この発明の実施例７のヘテロダイン干渉計の要
部を示す構成図である。
部を示す構成図である。
【図６】図５に示す光検出器の配置を実現する一例を示
す図である。
す図である。
【図７】従来のヘテロダイン干渉計を示す全体構成図で
ある。
ある。
１ レーザ ３ ビームＡ ５ ビームＢ ７ 変調器 ９ 光検出器 １０ 干渉信号 ２０ ビームスプリッタＡ ２１ ビームスプリッタＢ ２２ レンズ ２３ 測定対象 ２４ ビームスプリッタＣ ２５ 周波数分析器（スペクトルアナライザ） ３０ Ｘ軸微動指令回路 ３１ Ｙ軸微動指令回路 ３２ 微動機構 ４０ 振幅検出器 ４１ 微分器 ４２ 正負判定器Ａ ４３ 乗算器 ４４ 遅延回路 ４５ 正負判定器Ｂ ４６ 積分器 ４７ 増幅器 ５０ 最大値判定器 ５１ 信号切替器 ６０ ビームスプリッタＤ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成４年５月２１日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のような、従来の
ヘテロダイン干渉計では、測定対象が移動体であるため
測定対象のビーム照射点が変わるとき、又は多点測定の
ためビームをスキャンニングさせ測定対象のビーム照射
点が変わるとき、その照射点の測定対象の表面状態によ
り、光検出器出力の干渉信号（測定信号）のレベルが小
さくなり、計測精度に影響を与えるという課題があっ
た。
ヘテロダイン干渉計では、測定対象が移動体であるため
測定対象のビーム照射点が変わるとき、又は多点測定の
ためビームをスキャンニングさせ測定対象のビーム照射
点が変わるとき、その照射点の測定対象の表面状態によ
り、光検出器出力の干渉信号（測定信号）のレベルが小
さくなり、計測精度に影響を与えるという課題があっ
た。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１３】測定対象２３が振動体の場合、測定対象２
３の表面により散乱された光はドップラーシフトを受け
るので、光検出器出力の干渉信号１０のドップラー周波
数を周波数分析器２５で求めることにより振動体の光軸
方向の速度成分が求められ、速度信号を積分することに
より振動の変位を求めることができる（図１にはドップ
ラー周波数測定以降の信号処理のブロックは図示してい
ない）。この場合、振動方向が光軸方向と一致していれ
ば測定対象のビーム照射点はいつも固定している。
３の表面により散乱された光はドップラーシフトを受け
るので、光検出器出力の干渉信号１０のドップラー周波
数を周波数分析器２５で求めることにより振動体の光軸
方向の速度成分が求められ、速度信号を積分することに
より振動の変位を求めることができる（図１にはドップ
ラー周波数測定以降の信号処理のブロックは図示してい
ない）。この場合、振動方向が光軸方向と一致していれ
ば測定対象のビーム照射点はいつも固定している。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１４】ところが、例えば振動体の多点測定をする
ため、ビームをスキャンニングする場合、測定対象の照
射点はスキャンニングに伴って次々に変わる。また、光
軸と垂直な方向に移動し、なおかつ光軸方向にも運動し
ている測定対象２３の光軸方向の速度成分を計測する場
合、測定対象の照射点は測定対象の移動に伴って次々に
変わる。上記のように、測定対象のビーム照射点が変わ
るとき、その測定対象の照射点の表面状態により、光検
出器出力の干渉信号（測定信号）レベルが小さくなるこ
とがある。
ため、ビームをスキャンニングする場合、測定対象の照
射点はスキャンニングに伴って次々に変わる。また、光
軸と垂直な方向に移動し、なおかつ光軸方向にも運動し
ている測定対象２３の光軸方向の速度成分を計測する場
合、測定対象の照射点は測定対象の移動に伴って次々に
変わる。上記のように、測定対象のビーム照射点が変わ
るとき、その測定対象の照射点の表面状態により、光検
出器出力の干渉信号（測定信号）レベルが小さくなるこ
とがある。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１７】以上、光検出器９の微動指令信号発生手段
の例として、振幅検出器、微分器、正負判定器Ａ、乗算
器、遅延回路、正負判定器Ｂ、積分器、増幅器を備え
て、干渉信号の交流成分の振幅が最大になる位置に光検
出器９を移動する信号を発生する回路構成について説明
したが、上記構成に限るものでなく、光検出器出力の干
渉信号の交流成分の振幅を検出し、干渉信号の交流成分
の振幅が最大になる位置に光検出器を位置決めするサー
ボ回路であれば同様の効果が得られる。
の例として、振幅検出器、微分器、正負判定器Ａ、乗算
器、遅延回路、正負判定器Ｂ、積分器、増幅器を備え
て、干渉信号の交流成分の振幅が最大になる位置に光検
出器９を移動する信号を発生する回路構成について説明
したが、上記構成に限るものでなく、光検出器出力の干
渉信号の交流成分の振幅を検出し、干渉信号の交流成分
の振幅が最大になる位置に光検出器を位置決めするサー
ボ回路であれば同様の効果が得られる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２５】
【発明の効果】以上のようなこの発明によれば、ヘテロ
ダイン干渉計において、測定対象が移動体であるため測
定対象のビーム照射点が変わるとき、又は多点測定のた
めビームをスキャンニングさせ測定対象のビーム照射点
が変わるとき、その照射点の測定対象の表面状態によら
ず、所要レベルの干渉信号（測定信号）を得ることがで
き、計測精度を向上させたヘテロダイン干渉計を得るこ
とができる。
ダイン干渉計において、測定対象が移動体であるため測
定対象のビーム照射点が変わるとき、又は多点測定のた
めビームをスキャンニングさせ測定対象のビーム照射点
が変わるとき、その照射点の測定対象の表面状態によら
ず、所要レベルの干渉信号（測定信号）を得ることがで
き、計測精度を向上させたヘテロダイン干渉計を得るこ
とができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
Claims (3)
- 【請求項１】 レーザと、レーザからのビームを二分し
て一方のビームの周波数をシフトさせて周波数が僅かに
異なるビームを得る手段と、上記二つのビームの内の一
方を測定対象に照射しその反射ビームと、他方のビーム
とを重ね合わせて光検出器により干渉信号を得るヘテロ
ダイン検出手段と、上記干渉信号のドップラー周波数成
分を求める周波数分析手段と、上記干渉信号の交流成分
の振幅を検出し、その振幅が最大になる位置に光検出器
を位置決めする手段とを備えたことを特徴とするヘテロ
ダイン干渉計。 - 【請求項２】 干渉信号の交流成分の振幅が最大になる
位置に光検出器を位置決めする手段として、以下の要素
を備えたことを特徴とする請求項１記載のヘテロダイン
干渉計、（ａ）干渉信号の交流成分の振幅を検出する振
幅検出器、（ｂ）上記振幅検出器出力信号を微分処理す
る微分器と、上記微分出力信号の正負を判定する第一の
正負判定器と、上記正負判定器出力信号と下記乗算器の
一部を遅延させ第二の正負判定器を介して得る出力信号
とを乗算する乗算器と、上記乗算器の出力信号を積分す
る積分器とを有する微動指令信号発生手段、（ｃ）上記
微動指令信号を受け、光検出器を駆動する微動機構。 - 【請求項３】 レーザと、レーザからのビームを二分し
て一方のビームの周波数をシフトさせて周波数が僅かに
異なるビームを得る手段と、上記二つのビームの内の一
方を測定対象に照射しその反射ビームと、他方のビーム
とを重ね合わせて光検出器により干渉信号を得るヘテロ
ダイン検出手段と、上記干渉信号のドップラー周波数成
分を求める周波数分析手段とを備えたヘテロダイン干渉
計であって、上記光検出器が複数個からなり、夫々の光
検出器出力の干渉信号の交流成分の振幅を検出する振幅
検出手段と、その振幅の最大値を判定する最大値判定手
段と、上記判定をもとに交流成分の振幅最大の干渉信号
を出力する光検出器を選択し、その光検出器出力の干渉
信号を取出す信号切替手段とを備えたことを特徴とする
ヘテロダイン干渉計。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3221378A JPH0560511A (ja) | 1991-09-02 | 1991-09-02 | ヘテロダイン干渉計 |
| US07/935,969 US5305084A (en) | 1991-09-02 | 1992-08-27 | Heterodyne interferometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3221378A JPH0560511A (ja) | 1991-09-02 | 1991-09-02 | ヘテロダイン干渉計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0560511A true JPH0560511A (ja) | 1993-03-09 |
Family
ID=16765850
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3221378A Pending JPH0560511A (ja) | 1991-09-02 | 1991-09-02 | ヘテロダイン干渉計 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5305084A (ja) |
| JP (1) | JPH0560511A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001343222A (ja) * | 2000-06-05 | 2001-12-14 | Canon Inc | 三次元形状計測方法及び装置 |
| JP2007081065A (ja) * | 2005-09-13 | 2007-03-29 | Sunx Ltd | レーザ装置、レーザ加工装置及び測定装置 |
| WO2013065796A1 (ja) * | 2011-11-02 | 2013-05-10 | 浜松ホトニクス株式会社 | 観察装置 |
| JP2013094498A (ja) * | 2011-11-02 | 2013-05-20 | Hamamatsu Photonics Kk | 観察装置 |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB0009311D0 (en) | 2000-04-17 | 2000-05-31 | Logica Uk Ltd | Vibration analysis |
| US6788420B1 (en) | 2002-01-29 | 2004-09-07 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Heterodyne interferometer with a phase modulated source |
| DE102009049932B4 (de) * | 2009-10-19 | 2016-04-07 | Polytec Gmbh | Vorrichtung und Verfahren zur interferometrischen Schwingungsmessung an einem Objekt |
| GB2508578A (en) * | 2012-09-13 | 2014-06-11 | Univ Kent Canterbury | Multiple Paths Measuring and Imaging Apparatus and Method |
| CN103499385B (zh) * | 2013-09-25 | 2016-04-13 | 北京理工大学 | 一种高精度双频同时测量激光外差干涉相位测振光路 |
| JP2022182132A (ja) * | 2021-05-27 | 2022-12-08 | セイコーエプソン株式会社 | レーザー干渉計 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5159406A (en) * | 1964-09-28 | 1992-10-27 | Zenith Electronics Corporation | Light-operated accelerometer-type techniques |
| US4715706A (en) * | 1986-10-20 | 1987-12-29 | Wang Charles P | Laser doppler displacement measuring system and apparatus |
| GB2218505B (en) * | 1988-05-10 | 1992-02-19 | Gen Electric Co Plc | Optical position measurement |
-
1991
- 1991-09-02 JP JP3221378A patent/JPH0560511A/ja active Pending
-
1992
- 1992-08-27 US US07/935,969 patent/US5305084A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001343222A (ja) * | 2000-06-05 | 2001-12-14 | Canon Inc | 三次元形状計測方法及び装置 |
| JP4536873B2 (ja) * | 2000-06-05 | 2010-09-01 | キヤノン株式会社 | 三次元形状計測方法及び装置 |
| JP2007081065A (ja) * | 2005-09-13 | 2007-03-29 | Sunx Ltd | レーザ装置、レーザ加工装置及び測定装置 |
| WO2013065796A1 (ja) * | 2011-11-02 | 2013-05-10 | 浜松ホトニクス株式会社 | 観察装置 |
| JP2013094498A (ja) * | 2011-11-02 | 2013-05-20 | Hamamatsu Photonics Kk | 観察装置 |
| GB2510537A (en) * | 2011-11-02 | 2014-08-06 | Hamamatsu Photonics Kk | Observation device |
| JPWO2013065796A1 (ja) * | 2011-11-02 | 2015-04-02 | 浜松ホトニクス株式会社 | 観察装置 |
| US9411146B2 (en) | 2011-11-02 | 2016-08-09 | Hamamatsu Photonics K.K. | Observation device |
| GB2510537B (en) * | 2011-11-02 | 2018-04-25 | Hamamatsu Photonics Kk | Observation device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5305084A (en) | 1994-04-19 |
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