JPH06109422A - 変位量測定装置 - Google Patents
変位量測定装置Info
- Publication number
- JPH06109422A JPH06109422A JP4257681A JP25768192A JPH06109422A JP H06109422 A JPH06109422 A JP H06109422A JP 4257681 A JP4257681 A JP 4257681A JP 25768192 A JP25768192 A JP 25768192A JP H06109422 A JPH06109422 A JP H06109422A
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- JP
- Japan
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- light
- signal
- modulator
- frequency
- measured
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- Pending
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は変位量測定装置に関し、その目的
は、光路長が長い測定における外乱の影響を除去して測
定精度を高めることができる変位量測定装置を提供する
ことにある。 【構成】 コヒーレント光を参照光と被測定体６に照射
する信号光に分岐して参照光と被測定体から反射した信
号光を干渉させ、該干渉信号の強度変化に基づいて変位
量を測定する変位量測定装置において、前記被測定体６
に照射する信号光を所定の周波数で変調する変調器２１
と、該変調器２１で変調する周波数で前記干渉信号を同
期検波する同期検波回路２４を設けたもの。
は、光路長が長い測定における外乱の影響を除去して測
定精度を高めることができる変位量測定装置を提供する
ことにある。 【構成】 コヒーレント光を参照光と被測定体６に照射
する信号光に分岐して参照光と被測定体から反射した信
号光を干渉させ、該干渉信号の強度変化に基づいて変位
量を測定する変位量測定装置において、前記被測定体６
に照射する信号光を所定の周波数で変調する変調器２１
と、該変調器２１で変調する周波数で前記干渉信号を同
期検波する同期検波回路２４を設けたもの。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は変位量測定装置に関し、
詳しくは、変位量を光学的に非接触で測定する装置の改
良に関する。
詳しくは、変位量を光学的に非接触で測定する装置の改
良に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、変位量を光学的に非接触で測
定するのにあたって、マッハツェンダ干渉系が用いられ
ている。
定するのにあたって、マッハツェンダ干渉系が用いられ
ている。
【０００３】図４にマッハツェンダ干渉系を用いた変位
量測定装置のブロック図を示している。図において、１
は周波数が安定化されたレーザー光源である。該レーザ
ー光源１の出力ビームは光分岐部品２に入射されて参照
光路と測定光路の２方向に分岐される。該光分岐部品２
を透過した光ビームは測定光路として偏光分岐部品３に
入射され、該光分岐部品２で反射された光ビームは参照
光路として反射部品７に入射される。偏光分岐部品３を
透過した光ビームは１／４波長板４で円偏光に変換され
た後、レンズ５を介して被測定体６に照射される。該被
測定体６に照射された光ビームは光路を逆行する。すな
わち、１／４波長板４で直線偏光に変換された後、レン
ズ５を介して再び偏光分岐部品３に入射されて反射さ
れ、光合波部品８に入射される。一方、該光合波部品８
には光分岐部品２で反射された光ビームも反射部品７を
介して参照光として入射されていて、偏光分岐部品３で
反射された被測定体６の反射光と干渉される。該光合波
部品８で干渉された光ビームは光検出器９に入射され
る。該光検出器９の検出信号は演算回路１０に入力され
る。
量測定装置のブロック図を示している。図において、１
は周波数が安定化されたレーザー光源である。該レーザ
ー光源１の出力ビームは光分岐部品２に入射されて参照
光路と測定光路の２方向に分岐される。該光分岐部品２
を透過した光ビームは測定光路として偏光分岐部品３に
入射され、該光分岐部品２で反射された光ビームは参照
光路として反射部品７に入射される。偏光分岐部品３を
透過した光ビームは１／４波長板４で円偏光に変換され
た後、レンズ５を介して被測定体６に照射される。該被
測定体６に照射された光ビームは光路を逆行する。すな
わち、１／４波長板４で直線偏光に変換された後、レン
ズ５を介して再び偏光分岐部品３に入射されて反射さ
れ、光合波部品８に入射される。一方、該光合波部品８
には光分岐部品２で反射された光ビームも反射部品７を
介して参照光として入射されていて、偏光分岐部品３で
反射された被測定体６の反射光と干渉される。該光合波
部品８で干渉された光ビームは光検出器９に入射され
る。該光検出器９の検出信号は演算回路１０に入力され
る。
【０００４】このような構成において、参照光路及び測
定光路の光路長が変化すると、光検出器９は該光路長の
変化を光強度の変化として検出する。演算回路１０は該
光検出器９から入力される光強度の変化信号に基づいて
変位量，速度，加速度，振動周波数等の演算を行って演
算結果を出力する。
定光路の光路長が変化すると、光検出器９は該光路長の
変化を光強度の変化として検出する。演算回路１０は該
光検出器９から入力される光強度の変化信号に基づいて
変位量，速度，加速度，振動周波数等の演算を行って演
算結果を出力する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、出力信号の
Ｓ／Ｎに大きく影響するのは、レーザー光源１の出力ビ
ームの可干渉性である。可干渉距離Δｌは、光速をｃ、
スペクトルの幅をΔνとすると、 Δｌ＝ｃ／Δν で与えられて、光路長ｌとコントラストの関係、すなわ
ち光路長ｌとＳ／Ｎの関係は図５のようになる。従っ
て、参照光路の光ビームと測定光路の光ビームを干渉さ
せた場合の光検出器９の検出信号も図５と同様のＳ／Ｎ
特性になる。
Ｓ／Ｎに大きく影響するのは、レーザー光源１の出力ビ
ームの可干渉性である。可干渉距離Δｌは、光速をｃ、
スペクトルの幅をΔνとすると、 Δｌ＝ｃ／Δν で与えられて、光路長ｌとコントラストの関係、すなわ
ち光路長ｌとＳ／Ｎの関係は図５のようになる。従っ
て、参照光路の光ビームと測定光路の光ビームを干渉さ
せた場合の光検出器９の検出信号も図５と同様のＳ／Ｎ
特性になる。
【０００６】この図５の特性図から明らかなように、光
路長ｌが長くなったり、粗面での反射や空気の擾乱等の
外乱により信号光の光強度が小さくなるほど測定可能距
離が短くなるという問題がある。
路長ｌが長くなったり、粗面での反射や空気の擾乱等の
外乱により信号光の光強度が小さくなるほど測定可能距
離が短くなるという問題がある。
【０００７】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたものであり、その目的は、光路長が長い測定
における外乱の影響を除去して測定精度を高めることが
できる変位量測定装置を提供することにある。
てなされたものであり、その目的は、光路長が長い測定
における外乱の影響を除去して測定精度を高めることが
できる変位量測定装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明に係る変位量測定
装置は、コヒーレント光を参照光と被測定体に照射する
信号光に分岐して参照光と被測定体から反射した信号光
を干渉させ、該干渉信号の強度変化に基づいて変位量を
測定する変位量測定装置において、前記被測定体に照射
する信号光を所定の周波数で変調する変調器と、該変調
器で変調する周波数で前記干渉信号を同期検波する同期
検波回路、を設けたことを特徴とするものである。
装置は、コヒーレント光を参照光と被測定体に照射する
信号光に分岐して参照光と被測定体から反射した信号光
を干渉させ、該干渉信号の強度変化に基づいて変位量を
測定する変位量測定装置において、前記被測定体に照射
する信号光を所定の周波数で変調する変調器と、該変調
器で変調する周波数で前記干渉信号を同期検波する同期
検波回路、を設けたことを特徴とするものである。
【０００９】
【作用】変調器で変調する周波数が被測定体の振動数と
一致した場合にのみ、干渉信号が出力される。
一致した場合にのみ、干渉信号が出力される。
【００１０】これにより、測定距離が長くなって可干渉
性が低下した場合であっても、外乱の影響を受けること
なく、高精度の測定が行える。
性が低下した場合であっても、外乱の影響を受けること
なく、高精度の測定が行える。
【００１１】
【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳
細に説明する。図１は本発明の一実施例のブロック図で
あり、図４と共通する部分には同一の符号を付けてそれ
らの再説明は省略する。図において、２１は光ビームの
強度や周波数を変化させる変調器であり、光分岐部品２
と偏光分岐部品３の間の光路に配置されている。２２は
変調信号発生回路であり、その出力信号は位相シフト回
路２３を介して変調器２１に入力されるとともに、光検
出器９と演算回路１０の間に接続されている同期検波回
路２４にも制御信号として入力されている。同期検波回
路２４は、光検出器９の出力信号を反転させる反転回路
２４ａと、変調信号発生回路２２の出力信号に従って駆
動され光検出器９の出力信号または反転回路２４ａで反
転された出力信号を選択的に演算回路１０に出力する連
動スイッチ２４ｂとで構成されている。なお、変調信号
発生回路２２及び位相シフト回路２３には演算回路１０
から制御信号が入力されている。
細に説明する。図１は本発明の一実施例のブロック図で
あり、図４と共通する部分には同一の符号を付けてそれ
らの再説明は省略する。図において、２１は光ビームの
強度や周波数を変化させる変調器であり、光分岐部品２
と偏光分岐部品３の間の光路に配置されている。２２は
変調信号発生回路であり、その出力信号は位相シフト回
路２３を介して変調器２１に入力されるとともに、光検
出器９と演算回路１０の間に接続されている同期検波回
路２４にも制御信号として入力されている。同期検波回
路２４は、光検出器９の出力信号を反転させる反転回路
２４ａと、変調信号発生回路２２の出力信号に従って駆
動され光検出器９の出力信号または反転回路２４ａで反
転された出力信号を選択的に演算回路１０に出力する連
動スイッチ２４ｂとで構成されている。なお、変調信号
発生回路２２及び位相シフト回路２３には演算回路１０
から制御信号が入力されている。
【００１２】図１の動作を、図２の波形図を用いて説明
する。被測定体６がある周波数で振動していたとする
と、被測定体６までの光路長が変化し、光検出器９では
（ａ）に示すように光強度の変化として検出される。こ
こで、演算回路１０の制御に従って、（ｄ）に示すよう
な強度変化を変調信号発生回路２２，位相シフト回路２
３及び変調器２１を介して被測定体６に照射される光ビ
ームに重畳する。同時に、変調信号発生回路２２で発生
した信号を同期検波回路２４にも入力して連動スイッチ
２４ｂをオン，オフ駆動する。同期検波回路２４内で反
転回路２４ａを通過しない側のＳＷ前の信号は図２
（ａ）と同一に反転回路２４ｂを通過した側のＳＷ前の
信号は図２（ｂ）の様になる。（ｃ）は同期検波回路２
４の出力信号を示している。変調信号発生回路２２の出
力信号の周波数・位相と干渉信号の周波数・位相が一致
すると実線で示す波形になり、一致していないと点線で
示すような波形になる。これを平滑化すると、破線の波
形は打ち消し合ってレベルが零になることがわかる。
する。被測定体６がある周波数で振動していたとする
と、被測定体６までの光路長が変化し、光検出器９では
（ａ）に示すように光強度の変化として検出される。こ
こで、演算回路１０の制御に従って、（ｄ）に示すよう
な強度変化を変調信号発生回路２２，位相シフト回路２
３及び変調器２１を介して被測定体６に照射される光ビ
ームに重畳する。同時に、変調信号発生回路２２で発生
した信号を同期検波回路２４にも入力して連動スイッチ
２４ｂをオン，オフ駆動する。同期検波回路２４内で反
転回路２４ａを通過しない側のＳＷ前の信号は図２
（ａ）と同一に反転回路２４ｂを通過した側のＳＷ前の
信号は図２（ｂ）の様になる。（ｃ）は同期検波回路２
４の出力信号を示している。変調信号発生回路２２の出
力信号の周波数・位相と干渉信号の周波数・位相が一致
すると実線で示す波形になり、一致していないと点線で
示すような波形になる。これを平滑化すると、破線の波
形は打ち消し合ってレベルが零になることがわかる。
【００１３】すなわち、演算回路１０の制御に従って変
調信号発生回路２２の出力信号の周波数と位相シフト回
路２３の位相を変化させることにより、被測定体６の任
意の振動数と一致した時点で干渉信号の強度が大きくな
る。演算回路１０は、付加した周波数と同期検波回路２
４の出力信号の関係に基づいて、変位量，速度，加速
度，振動周波数等の演算を行う。
調信号発生回路２２の出力信号の周波数と位相シフト回
路２３の位相を変化させることにより、被測定体６の任
意の振動数と一致した時点で干渉信号の強度が大きくな
る。演算回路１０は、付加した周波数と同期検波回路２
４の出力信号の関係に基づいて、変位量，速度，加速
度，振動周波数等の演算を行う。
【００１４】このように、被測定体６の任意の振動数と
一致したときのみ干渉信号が出力されるので、測定距離
の延長による可干渉性の低下の影響を除去でき、高精度
の測定が実現できる。
一致したときのみ干渉信号が出力されるので、測定距離
の延長による可干渉性の低下の影響を除去でき、高精度
の測定が実現できる。
【００１５】なお、上記実施例では干渉光学系としてマ
ッハツェンダ光学系の例を示したが、マイケルソン干渉
光学系であってもよい。信号光を変調する部品はスイッ
チであってもよいし、導波路タイプの変調器等であって
もよい。
ッハツェンダ光学系の例を示したが、マイケルソン干渉
光学系であってもよい。信号光を変調する部品はスイッ
チであってもよいし、導波路タイプの変調器等であって
もよい。
【００１６】同期検波回路は実施例に限らない。また、
図３に示すようにヘテロダイン干渉系と組み合わせるこ
とにより、更にＳ／Ｎを改善できる。図３において、３
１は実線と点線で表された直交する２周波の光ビームを
出力するレーザー光源であり、該レーザー光源３１の出
力ビームは光分岐部品３２に入射されて参照光路と測定
光路の２方向に分岐される。該光分岐部品３２を透過し
た光ビームは測定光路として偏光分岐部品３３に入射さ
れる。該光分岐部品３２で反射された光ビームは光検出
器３６に入射される。偏光分岐部品３３を透過した点線
で示す光ビームは１／４波長板４で円偏光に変換され、
変調器２１を介して被測定体３５に照射された後、光路
を逆行する。すなわち、１／４波長板４で直線偏光に変
換された後再び偏光分岐部品３３に入射されて光検出器
３７に入射される。一方、偏光分岐部品３３に入射され
る実線で示す光ビームは、参照光として１／４波長板
４′を介して反射部品３４で反射された後再び偏光分岐
部品３３に入射されて光検出器３７に入射される。３８
はヘテロダイン検波器であり、光検出器３６の出力信号
と光検出器３７の出力信号が入力されている。そして、
該ヘテロダイン検波器３８の出力信号は同期検波回路２
４に入力される。
図３に示すようにヘテロダイン干渉系と組み合わせるこ
とにより、更にＳ／Ｎを改善できる。図３において、３
１は実線と点線で表された直交する２周波の光ビームを
出力するレーザー光源であり、該レーザー光源３１の出
力ビームは光分岐部品３２に入射されて参照光路と測定
光路の２方向に分岐される。該光分岐部品３２を透過し
た光ビームは測定光路として偏光分岐部品３３に入射さ
れる。該光分岐部品３２で反射された光ビームは光検出
器３６に入射される。偏光分岐部品３３を透過した点線
で示す光ビームは１／４波長板４で円偏光に変換され、
変調器２１を介して被測定体３５に照射された後、光路
を逆行する。すなわち、１／４波長板４で直線偏光に変
換された後再び偏光分岐部品３３に入射されて光検出器
３７に入射される。一方、偏光分岐部品３３に入射され
る実線で示す光ビームは、参照光として１／４波長板
４′を介して反射部品３４で反射された後再び偏光分岐
部品３３に入射されて光検出器３７に入射される。３８
はヘテロダイン検波器であり、光検出器３６の出力信号
と光検出器３７の出力信号が入力されている。そして、
該ヘテロダイン検波器３８の出力信号は同期検波回路２
４に入力される。
【００１７】これにより、ヘテロダイン検波の効果と同
期検波の効果が相まって図１に比べてさらにＳ／Ｎを改
善できる。
期検波の効果が相まって図１に比べてさらにＳ／Ｎを改
善できる。
【００１８】
【発明の効果】以上説明した本発明によれば、変調器で
変調する周波数が被測定体の振動数と一致した場合にの
み干渉信号が出力されるので、測定距離が長くなって可
干渉性が低下した場合であっても、外乱の影響を受ける
ことなく高精度の測定が行える変位量測定装置が実現で
きる。
変調する周波数が被測定体の振動数と一致した場合にの
み干渉信号が出力されるので、測定距離が長くなって可
干渉性が低下した場合であっても、外乱の影響を受ける
ことなく高精度の測定が行える変位量測定装置が実現で
きる。
【図１】本発明の一実施例を示すブロック図である。
【図２】図１の動作を説明する波形図である。
【図３】本発明の他の実施例を示すブロック図である。
【図４】従来のマッハツェンダ干渉系を用いた変位量測
定装置のブロック図である。
定装置のブロック図である。
【図５】光路長とコントラストの関係説明図である。
１ レーザー光源 ２ 光分岐部品 ３ 偏光分岐部品 ４，４′ １／４波長板 ５ レンズ ６ 被測定体 ７ 反射部品 ８ 光合波部品 ９ 光検出器 １０ 演算回路 ２１ 変調器 ２２ 変調信号発生回路 ２３ 位相シフト回路 ２４ 同期検波回路
Claims (1)
- 【請求項１】 コヒーレント光を参照光と被測定体に照
射する信号光に分岐して参照光と被測定体から反射した
信号光を干渉させ、該干渉信号の強度変化に基づいて変
位量を測定する変位量測定装置において、 前記被測定体に照射する信号光を所定の周波数で変調す
る変調器と、該変調器で変調する周波数で前記干渉信号
を同期検波する同期検波回路、を設けたことを特徴とす
る変位量測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4257681A JPH06109422A (ja) | 1992-09-28 | 1992-09-28 | 変位量測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4257681A JPH06109422A (ja) | 1992-09-28 | 1992-09-28 | 変位量測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06109422A true JPH06109422A (ja) | 1994-04-19 |
Family
ID=17309631
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4257681A Pending JPH06109422A (ja) | 1992-09-28 | 1992-09-28 | 変位量測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06109422A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007279023A (ja) * | 2006-03-15 | 2007-10-25 | Hitachi Maxell Ltd | スペーシング計測装置及び計測方法 |
-
1992
- 1992-09-28 JP JP4257681A patent/JPH06109422A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007279023A (ja) * | 2006-03-15 | 2007-10-25 | Hitachi Maxell Ltd | スペーシング計測装置及び計測方法 |
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