JPH063362B2 - 能動型干渉計 - Google Patents
能動型干渉計Info
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- JPH063362B2 JPH063362B2 JP59061340A JP6134084A JPH063362B2 JP H063362 B2 JPH063362 B2 JP H063362B2 JP 59061340 A JP59061340 A JP 59061340A JP 6134084 A JP6134084 A JP 6134084A JP H063362 B2 JPH063362 B2 JP H063362B2
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- semiconductor laser
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- light
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- optical path
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/02001—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties
- G01B9/02002—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties using two or more frequencies
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/02055—Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration
- G01B9/02062—Active error reduction, i.e. varying with time
- G01B9/02067—Active error reduction, i.e. varying with time by electronic control systems, i.e. using feedback acting on optics or light
Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、干渉計の光学的位相信号を光源の発振周波数
に帰還させる能動型干渉計に関するものである。
に帰還させる能動型干渉計に関するものである。
従来、被検物体の面精度，変位，屈折率分布等を精度良
く計測するために用いられている光学的干渉計（以下、
干渉計と記す）は、高感度ゆえに温度変動による干渉強
度のドリフト，震動による干渉強度の変動等をうけやす
く、被検物体を高精度に計測するためには、温度調整あ
るいは防震台等の設備をしなければならなかった。その
ために計測にかかわる装置が大がかりとなり、しかも前
記設備の設置可能な限られた場所でしか計測できないと
いう欠点があった。
く計測するために用いられている光学的干渉計（以下、
干渉計と記す）は、高感度ゆえに温度変動による干渉強
度のドリフト，震動による干渉強度の変動等をうけやす
く、被検物体を高精度に計測するためには、温度調整あ
るいは防震台等の設備をしなければならなかった。その
ために計測にかかわる装置が大がかりとなり、しかも前
記設備の設置可能な限られた場所でしか計測できないと
いう欠点があった。
上記欠点を克服するために、E.L.Greenらは干渉出力強
度の一部をレーザ光源へ電気的にフィード・バックし、
このレーザ光源の波長を制御することで干渉強度のドリ
フト変動を安定化する方法を提案している〔APPLIED OP
TICS 19,1895-1897及び1897-1899(1980)〕。しかしなが
ら、彼らの方法において、レーザ光源の波長制御の手段
として、ガスレーザの共振器長の調整あるいは色素レー
ザの波長を電気光学素子により選択することにより波長
制御を行っているために、光源の波長制御機構が複雑か
つ大がかりになるという欠点があった。
度の一部をレーザ光源へ電気的にフィード・バックし、
このレーザ光源の波長を制御することで干渉強度のドリ
フト変動を安定化する方法を提案している〔APPLIED OP
TICS 19,1895-1897及び1897-1899(1980)〕。しかしなが
ら、彼らの方法において、レーザ光源の波長制御の手段
として、ガスレーザの共振器長の調整あるいは色素レー
ザの波長を電気光学素子により選択することにより波長
制御を行っているために、光源の波長制御機構が複雑か
つ大がかりになるという欠点があった。
本発明の目的は干渉計一般において簡単な構成で高精度
計測を可能にする装置の提供であり、特に被検物体の面
積度等を精度良く計測する事のできる能動型干渉計や、
被検物体の変位測定の測定範囲の拡大及び高感度化が可
能な能動型干渉計を提供する事にある。
計測を可能にする装置の提供であり、特に被検物体の面
積度等を精度良く計測する事のできる能動型干渉計や、
被検物体の変位測定の測定範囲の拡大及び高感度化が可
能な能動型干渉計を提供する事にある。
本願の第１発明は、半導体レーザからの光の光路中に置
かれた被検物体の変位に関する情報を、前記光の干渉を
用いて計測する装置において、干渉縞強度の情報を検出
する受光手段と、該受光手段で検出した情報を前記半導
体レーザの注入電流に帰還することによって、該半導体
レーザの発振周波数を制御し、該帰還された情報または
検出情報に基づいて変位を測定する為の制御手段を有す
る能動型干渉計である。
かれた被検物体の変位に関する情報を、前記光の干渉を
用いて計測する装置において、干渉縞強度の情報を検出
する受光手段と、該受光手段で検出した情報を前記半導
体レーザの注入電流に帰還することによって、該半導体
レーザの発振周波数を制御し、該帰還された情報または
検出情報に基づいて変位を測定する為の制御手段を有す
る能動型干渉計である。
本願の第２発明は、半導体レーザからの光の光路中に置
かれた被検物体の光路に交差する方向に二次元状に分布
する面精度等に関する情報を、前記光の干渉を用いて得
られた二次元の干渉縞強度分布に基づいて計測する装置
において、情報計測用の干渉縞強度分布の一部から情報
を検出する受光手段と、該受光手段で検出した情報を前
記半導体レーザの注入電流に帰還することによって、該
半導体レーザの発振周波数を制御して干渉縞強度の変動
を補償する為の制御手段を有する能動型干渉計である。
かれた被検物体の光路に交差する方向に二次元状に分布
する面精度等に関する情報を、前記光の干渉を用いて得
られた二次元の干渉縞強度分布に基づいて計測する装置
において、情報計測用の干渉縞強度分布の一部から情報
を検出する受光手段と、該受光手段で検出した情報を前
記半導体レーザの注入電流に帰還することによって、該
半導体レーザの発振周波数を制御して干渉縞強度の変動
を補償する為の制御手段を有する能動型干渉計である。
以下本発明の実施例を図面を用いて説明する。
第１図は本発明の一実施例を示す概略図である。ここで
１は光源であるところの半導体レーザで、単一モードで
発振する。この半導体レーザ１からの光はレンズ２によ
り平行光にコリメートされる。本実施例における干渉計
はマイケルソン (Michelson)型であり、ビームスプリッタ３により２つ
に分割された光束はそれぞれミラー４及びミラー５で反
射され、再びビームスプリッタ３により重ね合わされ
る。
１は光源であるところの半導体レーザで、単一モードで
発振する。この半導体レーザ１からの光はレンズ２によ
り平行光にコリメートされる。本実施例における干渉計
はマイケルソン (Michelson)型であり、ビームスプリッタ３により２つ
に分割された光束はそれぞれミラー４及びミラー５で反
射され、再びビームスプリッタ３により重ね合わされ
る。
ここで、一方の光束の光路中に被検物体６を挿入する
と、この被検物体６の各部において、他方の光束に対し
て光路差ｌが生じる。その為、ピンホール７上の面にお
いては被検物体６による干渉図形が形成され、この干渉
図形によって被検物体６の面精度等が計測される。
と、この被検物体６の各部において、他方の光束に対し
て光路差ｌが生じる。その為、ピンホール７上の面にお
いては被検物体６による干渉図形が形成され、この干渉
図形によって被検物体６の面精度等が計測される。
また、一方干渉光の一部はピンホール７を介して受光器
８に導かれ、光電変換されて信号Ｖとして出力される。
この出力信号Ｖは差動アンプ９を通し、半導体レーザ１
の注入電流Ｉにフィードバックされる。一般に半導体レ
ーザは注入電流Ｉを変化させると、発振周波数ｆが直線
的に変化することが知られている。
８に導かれ、光電変換されて信号Ｖとして出力される。
この出力信号Ｖは差動アンプ９を通し、半導体レーザ１
の注入電流Ｉにフィードバックされる。一般に半導体レ
ーザは注入電流Ｉを変化させると、発振周波数ｆが直線
的に変化することが知られている。
その為、Δｆ＝αΔＩ（αは感度）なる関係に従って、
注入電流の変化ΔＩに対してΔｆだけ発振周波数が変化
を受ける。実施例の干渉計において、光路差ｌによる位
相差φは （ここで、ｃは真空中の光速度）で与えられるので、
今、光路差ｌが外部の温度変動や振動等によりΔｌだけ
変動したとすると、ピンホール７の点での干渉縞の位相
変化Δφは、 （Δｆｌ＋ｆΔｌ）となり、受光器８からはΔφによる
出力信号の差分ΔＶが出力される。この出力ΔＶは、第
１図のフィードバック回路によって注入電流の変化ΔＩ
として半導体レーザ１に帰還され、半導体レーザ１はΔ
φ＝０となるように発振周波数の変化Δｆ＝−f・Δl/l
を受け、Δｌの変動は補償される。即ち、半導体レーザ
１の注入電流に、光検出器８の出力から だけ帰還するという単純な構成で、フィードバックルー
プの通過周波数範囲内の外乱による光路差の変動を完全
に補償することが出来る。
注入電流の変化ΔＩに対してΔｆだけ発振周波数が変化
を受ける。実施例の干渉計において、光路差ｌによる位
相差φは （ここで、ｃは真空中の光速度）で与えられるので、
今、光路差ｌが外部の温度変動や振動等によりΔｌだけ
変動したとすると、ピンホール７の点での干渉縞の位相
変化Δφは、 （Δｆｌ＋ｆΔｌ）となり、受光器８からはΔφによる
出力信号の差分ΔＶが出力される。この出力ΔＶは、第
１図のフィードバック回路によって注入電流の変化ΔＩ
として半導体レーザ１に帰還され、半導体レーザ１はΔ
φ＝０となるように発振周波数の変化Δｆ＝−f・Δl/l
を受け、Δｌの変動は補償される。即ち、半導体レーザ
１の注入電流に、光検出器８の出力から だけ帰還するという単純な構成で、フィードバックルー
プの通過周波数範囲内の外乱による光路差の変動を完全
に補償することが出来る。
第２図(a)(b)には、第１図の実施例においてミラー４に
不図示の機構によって振動数４８HZ、最大振幅４μｍの
正弦振動を与えた時のピンホール７を有する面での干渉
パターンを示す。第２図(a)は本発明の実施例の如く半
導体レーザ１へ注入電流のフィードバックをかけた時の
干渉パターンであり、ミラー４による振動にもかかわら
ず、フィードバック機構によりパターンは乱れない。そ
れに対し第２図(b)の如く、フィードバックをかけない
場合にはパターンはミラー４の振動により流れてしま
い、干渉図形が判別できない。従って、本発明の実施例
に示したように、電気的フィードバック機構を設けるこ
とにより外乱の影響を極小化できる。
不図示の機構によって振動数４８HZ、最大振幅４μｍの
正弦振動を与えた時のピンホール７を有する面での干渉
パターンを示す。第２図(a)は本発明の実施例の如く半
導体レーザ１へ注入電流のフィードバックをかけた時の
干渉パターンであり、ミラー４による振動にもかかわら
ず、フィードバック機構によりパターンは乱れない。そ
れに対し第２図(b)の如く、フィードバックをかけない
場合にはパターンはミラー４の振動により流れてしま
い、干渉図形が判別できない。従って、本発明の実施例
に示したように、電気的フィードバック機構を設けるこ
とにより外乱の影響を極小化できる。
また、前述の如く、フィードバックによる注入電流の変
化ΔＩと、光路差の変動Δｌには なる関係があるので、逆に帰還電流或いは受光器８の出
力の直読により、光路差の変動Δｌが半導体レーザ１の
周波数可変範囲内で線形出力で測定できる。第３図(a)
(b)(c)は、前述の如きミラー４の変動と受光器８の出力
を、不図示のオシロスコープで観察したときの波形を示
す図である。図中、Ｌ＝2.8μｍ，Ｖ１＝0.2２Ｖ，Ｖ２
＝23ｍＶ，Ｔ＝10msである。ここで第３図(a)はミラー
４の変動を、(b)はフィードバックをかけないときの受
光器８の出力を、(c)はフィードバックをかけたときの
受光器８の出力を夫々示したものである。(a)の如き光
路差の変動に対して、フィードバックをかけない場合に
は、(b)のようにλ／２以上の変位が周期的変動となる
ために判別できない。しかし本実施例のようにフィード
バックをかけることにより、前述の様な線形関係がある
為に、(c)のように変動に同期した出力を得ることが出
来、変位測定範囲の拡大が可能である。また、フィード
バック量を最適値に調整すると、オングストローム単位
の微小変位測定も可能である。
化ΔＩと、光路差の変動Δｌには なる関係があるので、逆に帰還電流或いは受光器８の出
力の直読により、光路差の変動Δｌが半導体レーザ１の
周波数可変範囲内で線形出力で測定できる。第３図(a)
(b)(c)は、前述の如きミラー４の変動と受光器８の出力
を、不図示のオシロスコープで観察したときの波形を示
す図である。図中、Ｌ＝2.8μｍ，Ｖ１＝0.2２Ｖ，Ｖ２
＝23ｍＶ，Ｔ＝10msである。ここで第３図(a)はミラー
４の変動を、(b)はフィードバックをかけないときの受
光器８の出力を、(c)はフィードバックをかけたときの
受光器８の出力を夫々示したものである。(a)の如き光
路差の変動に対して、フィードバックをかけない場合に
は、(b)のようにλ／２以上の変位が周期的変動となる
ために判別できない。しかし本実施例のようにフィード
バックをかけることにより、前述の様な線形関係がある
為に、(c)のように変動に同期した出力を得ることが出
来、変位測定範囲の拡大が可能である。また、フィード
バック量を最適値に調整すると、オングストローム単位
の微小変位測定も可能である。
尚、以上の実施例においては、第１図に示したようにマ
イケルソン型の干渉計を用いたが、本発明は他の種類の
干渉計、例えばマッハ−ツエンダー（Mach-Zender）
型，フィゾー（Fizeau）型，トワイマン−グリーン（Tw
yman-Green）型等に用いても同様の効果を発揮すること
は言うまでもない。
イケルソン型の干渉計を用いたが、本発明は他の種類の
干渉計、例えばマッハ−ツエンダー（Mach-Zender）
型，フィゾー（Fizeau）型，トワイマン−グリーン（Tw
yman-Green）型等に用いても同様の効果を発揮すること
は言うまでもない。
以上説明したように、本発明では干渉計の光学的位相信
号を半導体レーザの注入電流に帰還させ、この半導体レ
ーザの発振周波数を制御する様に構成したので、 １）帰還機構が簡単で、装置の小型化が可能である ２）面精度等の計測においては防震台が不用の干渉計が
構成できる ３）面精度等の計測においては運動物体の干渉縞の静止
化ができる ４）物体変位の計測においては変位測定の測定範囲の拡
大および高感度化ができる 等、種々の効果が得られるものである。
号を半導体レーザの注入電流に帰還させ、この半導体レ
ーザの発振周波数を制御する様に構成したので、 １）帰還機構が簡単で、装置の小型化が可能である ２）面精度等の計測においては防震台が不用の干渉計が
構成できる ３）面精度等の計測においては運動物体の干渉縞の静止
化ができる ４）物体変位の計測においては変位測定の測定範囲の拡
大および高感度化ができる 等、種々の効果が得られるものである。
第１図は本発明に基づく能動型干渉計の一実施例を示す
概略図、第２図(a),(b)は夫々本発明の実施例および従
来例における干渉パターンの様子を示す図、第３図(a),
(b),(c)は夫々ミラーの振動と、本発明の実施例および
従来例における受光器の干渉縞強度の出力を示す波形図
である。 １…半導体レーザ、２…レンズ、３…ハーフミラー、
４，５…ミラー、６…被検物体、７…ピンホール、８…
受光器、９…差動増巾器。
概略図、第２図(a),(b)は夫々本発明の実施例および従
来例における干渉パターンの様子を示す図、第３図(a),
(b),(c)は夫々ミラーの振動と、本発明の実施例および
従来例における受光器の干渉縞強度の出力を示す波形図
である。 １…半導体レーザ、２…レンズ、３…ハーフミラー、
４，５…ミラー、６…被検物体、７…ピンホール、８…
受光器、９…差動増巾器。
Claims (2)
- 【請求項１】半導体レーザからの光の光路中に置かれた
被検物体の変位に関する情報を、前記光の干渉を用いて
計測する装置において、干渉縞強度の情報を検出する受
光手段と、該受光手段で検出した情報を前記半導体レー
ザの注入電流に帰還することによって、該半導体レーザ
の発振周波数を制御し、該帰還された情報または検出情
報に基づいて変位を測定する為の制御手段を有する能動
型干渉計。 - 【請求項２】半導体レーザからの光の光路中に置かれた
被検物体の光路に交差する方向に二次元状に分布する面
精度等に関する情報を、前記光の干渉を用いて得られた
二次元の干渉縞強度分布に基づいて計測する装置におい
て、情報計測用の干渉縞強度分布の一部から情報を検出
する受光手段と、該受光手段で検出した情報を前記半導
体レーザの注入電流に帰還することによって、該半導体
レーザの発振周波数を制御して干渉縞強度の変動を補償
する為の制御手段を有する能動型干渉計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59061340A JPH063362B2 (ja) | 1984-03-28 | 1984-03-28 | 能動型干渉計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59061340A JPH063362B2 (ja) | 1984-03-28 | 1984-03-28 | 能動型干渉計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60203801A JPS60203801A (ja) | 1985-10-15 |
| JPH063362B2 true JPH063362B2 (ja) | 1994-01-12 |
Family
ID=13168299
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59061340A Expired - Lifetime JPH063362B2 (ja) | 1984-03-28 | 1984-03-28 | 能動型干渉計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH063362B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09276457A (ja) * | 1996-04-17 | 1997-10-28 | Tokyo Kooshin Sangyo Kk | ゴルフクラブ用シャフト及びヘッド |
| JP2008145437A (ja) * | 2006-12-04 | 2008-06-26 | Palo Alto Research Center Inc | 光パルスの監視装置 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0697261B2 (ja) * | 1984-06-01 | 1994-11-30 | シャープ株式会社 | 半導体レ−ザを用いた微小変位測定装置 |
| EP0341960A3 (en) * | 1988-05-10 | 1990-10-03 | Hewlett-Packard Company | Method for improving performance of a laser interferometer in the presence of wavefront distortion |
| JP4501000B2 (ja) * | 2004-10-01 | 2010-07-14 | 国立大学法人 新潟大学 | レーザ干渉変位測定方法およびレーザ干渉変位測定装置 |
-
1984
- 1984-03-28 JP JP59061340A patent/JPH063362B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ＡＰＰＬＩＥＤＯＰＴＩＣＳＶｏｌ．１９，Ｎｏ．１２（１９８０）Ｐ．１８９５−１８９７ |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09276457A (ja) * | 1996-04-17 | 1997-10-28 | Tokyo Kooshin Sangyo Kk | ゴルフクラブ用シャフト及びヘッド |
| JP2008145437A (ja) * | 2006-12-04 | 2008-06-26 | Palo Alto Research Center Inc | 光パルスの監視装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60203801A (ja) | 1985-10-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |