JPH0690009B2 - 半導体レーザを用いた微小変位測定方法 - Google Patents
半導体レーザを用いた微小変位測定方法Info
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- JPH0690009B2 JPH0690009B2 JP60041754A JP4175485A JPH0690009B2 JP H0690009 B2 JPH0690009 B2 JP H0690009B2 JP 60041754 A JP60041754 A JP 60041754A JP 4175485 A JP4175485 A JP 4175485A JP H0690009 B2 JPH0690009 B2 JP H0690009B2
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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
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- 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
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Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は半導体レーザを用いて被測定体の変位量および
変位方向を精度よく簡単に測定できる半導体レーザを用
いた微小変位測定方法に関するものである。
変位方向を精度よく簡単に測定できる半導体レーザを用
いた微小変位測定方法に関するものである。
＜従来技術＞ 従来、被測定体の変位量を測定する方法としては、
（１）ダイヤルゲージを用いる方法、（２）光学テコを
用いる方法、（３）コンデンサの容量変化を用いる方
法、（４）差動トランスを用いる方法、（５）光の干渉
を用いる方法等がある。しかしながら、これらはいずれ
も次のような問題点を有し、満足な成果が得られていな
い。即ち、上記（１），（２）の方法は微小な変位を測
定することができず、（１），（３），（４）の方法は
測定端子を被測定体に接触させる必要があり、（３）の
方法は直線性が悪く、また（５）の方法は変位方向を検
出するために干渉縞の動きを観察しなければならず、変
位方向の検出が容易でないという欠点があった。
（１）ダイヤルゲージを用いる方法、（２）光学テコを
用いる方法、（３）コンデンサの容量変化を用いる方
法、（４）差動トランスを用いる方法、（５）光の干渉
を用いる方法等がある。しかしながら、これらはいずれ
も次のような問題点を有し、満足な成果が得られていな
い。即ち、上記（１），（２）の方法は微小な変位を測
定することができず、（１），（３），（４）の方法は
測定端子を被測定体に接触させる必要があり、（３）の
方法は直線性が悪く、また（５）の方法は変位方向を検
出するために干渉縞の動きを観察しなければならず、変
位方向の検出が容易でないという欠点があった。
＜発明の目的＞ 本発明は上述の問題点に鑑み、半導体レーザを利用する
ことにより、被測定体に非接触で精度良く微小変位の測
定ができ、しかも変位方向の検出が容易な半導体レーザ
を用いた微小変位測定方法を提供することを目的とす
る。
ことにより、被測定体に非接触で精度良く微小変位の測
定ができ、しかも変位方向の検出が容易な半導体レーザ
を用いた微小変位測定方法を提供することを目的とす
る。
＜発明の構成＞ 上記目的を達成するため、本発明の半導体レーザを用い
た微小変位測定方法は、半導体レーザからのレーザ光を
被測定体に照射して該被測定体からの反射光が前記半導
体レーザに帰還されるように構成するとともに、前記半
導体レーザの光出力を検出する光検出器を設け、且つ前
記被測定体に照射するレーザ光が出射される前記半導体
レーザの前端面の反射率Rfを0.5ないし0.7、前記前端面
に対向する前記半導体レーザの後端面の反射率Rrを0.7
ないし0.95、の範囲に設定してなり、前記光検出器によ
って、前記半導体レーザに対する前記被測定体の変位量
に応じて前記半導体レーザの発振波長λのλ/2だけ変化
するごとに生じる光出力のゆらぎ数、及び前記被測定体
の変位方向が前記半導体レーザに近づくかあるいは遠ざ
かるかによる光出力レベルの変化を検出して、前記被測
定体の変位を測定することを特徴とする。
た微小変位測定方法は、半導体レーザからのレーザ光を
被測定体に照射して該被測定体からの反射光が前記半導
体レーザに帰還されるように構成するとともに、前記半
導体レーザの光出力を検出する光検出器を設け、且つ前
記被測定体に照射するレーザ光が出射される前記半導体
レーザの前端面の反射率Rfを0.5ないし0.7、前記前端面
に対向する前記半導体レーザの後端面の反射率Rrを0.7
ないし0.95、の範囲に設定してなり、前記光検出器によ
って、前記半導体レーザに対する前記被測定体の変位量
に応じて前記半導体レーザの発振波長λのλ/2だけ変化
するごとに生じる光出力のゆらぎ数、及び前記被測定体
の変位方向が前記半導体レーザに近づくかあるいは遠ざ
かるかによる光出力レベルの変化を検出して、前記被測
定体の変位を測定することを特徴とする。
＜実施例＞ 以下、この発明を図示の実施例により詳細に説明する。
第１図において、１は半導体レーザ、２はコリメータレ
ンズ、３はレーザ光を直交する２方向に分割するビーム
スプリッタ、４は被測定体、５は光検出器であって、上
記半導体レーザ１、コリメータレンズ２、ビームスプリ
ッタ３および被測定体４は光軸Ａ上に順次配列され、被
測定体４の測定面4aは光軸Ａに直交されている。一方、
上記光検出器５はビームスプリッタ３から光軸Ａと直交
する方向に設けられている。半導体レーザ１からの出射
光はコリメータレンズ２により平行光となり、さらにビ
ームスプリッタ３により直交する２方向に分割され、一
方は被測定体４の測定面4aに垂直に照射し、その反射光
は出射光と逆の経路を通って半導体レーザ１に帰還し、
測定面4aと半導体レーザ１の光出射面で新たに共振器が
構成されて複合共振器を形成する。ビームスプリッタ３
により分割されたもう一方の光は光検出器５により照射
され、半導体レーザ１の光出力が測定される。
ンズ、３はレーザ光を直交する２方向に分割するビーム
スプリッタ、４は被測定体、５は光検出器であって、上
記半導体レーザ１、コリメータレンズ２、ビームスプリ
ッタ３および被測定体４は光軸Ａ上に順次配列され、被
測定体４の測定面4aは光軸Ａに直交されている。一方、
上記光検出器５はビームスプリッタ３から光軸Ａと直交
する方向に設けられている。半導体レーザ１からの出射
光はコリメータレンズ２により平行光となり、さらにビ
ームスプリッタ３により直交する２方向に分割され、一
方は被測定体４の測定面4aに垂直に照射し、その反射光
は出射光と逆の経路を通って半導体レーザ１に帰還し、
測定面4aと半導体レーザ１の光出射面で新たに共振器が
構成されて複合共振器を形成する。ビームスプリッタ３
により分割されたもう一方の光は光検出器５により照射
され、半導体レーザ１の光出力が測定される。
上記構成において、いま、上記反射光の光量即ち、帰還
光量が適当な一定値であるとき、被測定体４が第１図中
のＸまたは−Ｘ方向に変位すると、半導体レーザ１の出
射光と反射光の位相の関係より、上記変位量Ｘが半導体
レーザ１の発振波長λの半分λ/2だけ変化するごとに光
出力に大小の変化が生じ、光出力がいわゆるゆらぎを生
ずる。ここで、本発明者は被測定体４の変位方向が半導
体レーザ１に近づくＸ方向では光出力レベルが大きく、
反対方向では光出力レベルが小さくなることを見い出し
た。例えば、第２図（２）に示すごとく被測定体４が変
位する場合、半導体レーザ１の光出力即ち光検出器５の
光入力は第２図（ｂ）のごとくとなる。すなわち、被測
定体４の変位量と光検出器５の受ける光入力のゆらぎの
数が一対一に対応し、また被測定体４の変位方向つまり
被測定体４の変位速度が半導体レーザ１に近づく方向あ
るいは遠ざかる方向に応じて半導体レーザ１の光出力つ
まり光検出器５の入力はハイレベルあるいはローレベル
になる。このように、被測定体４の変位量，変位方向と
半導体レーザ１の光出力の変化が対応するため、光出力
のゆらぎ数および光出力レベルを光検出器５で検出し
て、被測定体４の変位の方向と変位量を識ることができ
る。また周期的変化である場合には、振幅，振動数等も
判明する。さらに、被測定体４をＸ方向と垂直に動かす
ことによりＸ方向の厚み変化や凹凸も識ることができ
る。
光量が適当な一定値であるとき、被測定体４が第１図中
のＸまたは−Ｘ方向に変位すると、半導体レーザ１の出
射光と反射光の位相の関係より、上記変位量Ｘが半導体
レーザ１の発振波長λの半分λ/2だけ変化するごとに光
出力に大小の変化が生じ、光出力がいわゆるゆらぎを生
ずる。ここで、本発明者は被測定体４の変位方向が半導
体レーザ１に近づくＸ方向では光出力レベルが大きく、
反対方向では光出力レベルが小さくなることを見い出し
た。例えば、第２図（２）に示すごとく被測定体４が変
位する場合、半導体レーザ１の光出力即ち光検出器５の
光入力は第２図（ｂ）のごとくとなる。すなわち、被測
定体４の変位量と光検出器５の受ける光入力のゆらぎの
数が一対一に対応し、また被測定体４の変位方向つまり
被測定体４の変位速度が半導体レーザ１に近づく方向あ
るいは遠ざかる方向に応じて半導体レーザ１の光出力つ
まり光検出器５の入力はハイレベルあるいはローレベル
になる。このように、被測定体４の変位量，変位方向と
半導体レーザ１の光出力の変化が対応するため、光出力
のゆらぎ数および光出力レベルを光検出器５で検出し
て、被測定体４の変位の方向と変位量を識ることができ
る。また周期的変化である場合には、振幅，振動数等も
判明する。さらに、被測定体４をＸ方向と垂直に動かす
ことによりＸ方向の厚み変化や凹凸も識ることができ
る。
上記微小変位測定装置を用いる半導体レーザ１のコリメ
ートレンズ２側の前端面７の反射率をRf、これと逆に位
置する後端面８の反射率をRrとするとRf・Rrが大きいほ
ど光出力のゆらぎα及び変位方向による光出力のレベル
変化βが第２図（ｃ）のように大きくなり、測定精度が
向上する。この端面反射率はａ−Si（アモルファスシリ
コン）/Al2O3等の誘電体２層膜その他の多層膜を電子ビ
ーム蒸着法やスパッタ法等により端面に被覆することに
より0.1＜Rf・Rr＜１の範囲で所望の値に制御設定する
ことができる。後端面８より放射されるレーザ光は測定
に用いられないためRrの値は0.7〜0.95程度に大きく設
定してレーザ光の放出を抑える。Rrを大きく設定した状
態で前端面７の反射率Rfを大きくするとα及びβが大き
くなるが、Rfを大きくするとレーザ光強度が弱くなって
測定に支障をきたすため、Rfは0.5〜0.7程度が望まし
い。この場合、Rf・Rrの値は0.3〜0.7の範囲となる。本
実施例ではRfを0.5、Rrを0.95に設定して、即ちRf・Rr
＝0.48の値にすることにより非常に良好な測定を実行す
ることができた。また、半導体レーザ１の共振器長ｌは
長くするほどα及びβを大きくでき、実験結果による
と、250μｍ未満ではα及びβが明確に検出できるもの
ではなかったが、共振器長l250μｍ以上に長くすること
により、より一層光出力のゆらぎα及び変位方向による
光出力レベル変化βが増加し測定精度が更に向上する。
ートレンズ２側の前端面７の反射率をRf、これと逆に位
置する後端面８の反射率をRrとするとRf・Rrが大きいほ
ど光出力のゆらぎα及び変位方向による光出力のレベル
変化βが第２図（ｃ）のように大きくなり、測定精度が
向上する。この端面反射率はａ−Si（アモルファスシリ
コン）/Al2O3等の誘電体２層膜その他の多層膜を電子ビ
ーム蒸着法やスパッタ法等により端面に被覆することに
より0.1＜Rf・Rr＜１の範囲で所望の値に制御設定する
ことができる。後端面８より放射されるレーザ光は測定
に用いられないためRrの値は0.7〜0.95程度に大きく設
定してレーザ光の放出を抑える。Rrを大きく設定した状
態で前端面７の反射率Rfを大きくするとα及びβが大き
くなるが、Rfを大きくするとレーザ光強度が弱くなって
測定に支障をきたすため、Rfは0.5〜0.7程度が望まし
い。この場合、Rf・Rrの値は0.3〜0.7の範囲となる。本
実施例ではRfを0.5、Rrを0.95に設定して、即ちRf・Rr
＝0.48の値にすることにより非常に良好な測定を実行す
ることができた。また、半導体レーザ１の共振器長ｌは
長くするほどα及びβを大きくでき、実験結果による
と、250μｍ未満ではα及びβが明確に検出できるもの
ではなかったが、共振器長l250μｍ以上に長くすること
により、より一層光出力のゆらぎα及び変位方向による
光出力レベル変化βが増加し測定精度が更に向上する。
なお、被測定体がレーザ光を反射する物体では無い場
合、反射鏡を取り付けることにより測定できる。また第
３図に他の実施例として示すように集光レンズ６により
被測定体４上に集光してもよく、また半導体レーザ１の
後面光を光検出器５により検出するようにしてもよい。
第３図において第１図と同一構成部は同一符号を付して
説明を省略する。
合、反射鏡を取り付けることにより測定できる。また第
３図に他の実施例として示すように集光レンズ６により
被測定体４上に集光してもよく、また半導体レーザ１の
後面光を光検出器５により検出するようにしてもよい。
第３図において第１図と同一構成部は同一符号を付して
説明を省略する。
また、半導体レーザの温度安定化を行うと測定精度が向
上することはいうまでもない。
上することはいうまでもない。
本発明は特許請求の範囲で述べた条件を満たせば、半導
体レーザの材質，構造，発振波長に依らない。
体レーザの材質，構造，発振波長に依らない。
＜発明の効果＞ 以上のように、本発明によれば被測定体の微小な変位お
よび変位方向を非接触で精度よく簡単に測定することが
できる。また特に本発明では、半導体レーザの前端面の
反射率Rfは0.5ないし0.7、半導体レーザの後端面の反射
率Rrは0.7ないし0.95、の範囲に設定してなり、Rf・Rr
が大きくなることにより、光検出器で検出する、光出力
のゆらぎレベル及び変位方向による光出力のレベル変化
を大きくして測定精度を向上できる等の利点があり有用
である。
よび変位方向を非接触で精度よく簡単に測定することが
できる。また特に本発明では、半導体レーザの前端面の
反射率Rfは0.5ないし0.7、半導体レーザの後端面の反射
率Rrは0.7ないし0.95、の範囲に設定してなり、Rf・Rr
が大きくなることにより、光検出器で検出する、光出力
のゆらぎレベル及び変位方向による光出力のレベル変化
を大きくして測定精度を向上できる等の利点があり有用
である。
第１図は本発明の一実施例の概略図、第２図は物体の変
位と光出力の関係を示す動作説明図であり、（ａ）は物
体の時間的な変位、（ｂ）は通常の半導体レーザの場合
の光出力変化、（ｃ）は端面反射率，共振器長を制御し
た半導体レーザの場合の光出力変化を示す。第３図は本
発明による別の実施例の概略図である。 １……半導体レーザ、２……コリメータレンズ、 ３……ビーススプリッタ、４……被測定体、 ５……光検出器、６……集光レンズ
位と光出力の関係を示す動作説明図であり、（ａ）は物
体の時間的な変位、（ｂ）は通常の半導体レーザの場合
の光出力変化、（ｃ）は端面反射率，共振器長を制御し
た半導体レーザの場合の光出力変化を示す。第３図は本
発明による別の実施例の概略図である。 １……半導体レーザ、２……コリメータレンズ、 ３……ビーススプリッタ、４……被測定体、 ５……光検出器、６……集光レンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松井 完益 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ヤープ株式会社内 (72)発明者 瀧口 治久 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ヤープ株式会社内 (72)発明者 宮内 伸幸 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ヤープ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−256079（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−145588（ＪＰ，Ａ) ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕ ａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｖ ｏｌ．ＱＥ−16，ＮＯ．３，Ｐ．347−355 （1980)
Claims (2)
- 【請求項１】半導体レーザからのレーザ光を被測定体に
照射して該被測定体からの反射光が前記半導体レーザに
帰還されるように構成するとともに、前記半導体レーザ
の光出力を検出する光検出器を設け、且つ前記被測定体
に照射するレーザ光が出射される前記半導体レーザの前
端面の反射率Rfを0.5ないし0.7、前記前端面に対向する
前記半導体レーザの後端面の反射率Rrを0.7ないし0.9
5、の範囲に設定してなり、 前記光検出器によって、前記半導体レーザに対する前記
被測定体の変位量に応じて前記半導体レーザの発振波長
λのλ/2だけ変化するごとに生じる光出力のゆらぎ数、
及び前記被測定体の変位方向が前記半導体レーザに近づ
くかあるいは遠ざかるかによる光出力レベルの変化を検
出して、前記被測定体の変位を測定することを特徴とす
る半導体レーザを用いた微小変位測定方法。 - 【請求項２】前記半導体レーザの共振器長を250μｍ以
上とした特許請求の範囲第１項記載の半導体レーザを用
いた微小変位測定方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60041754A JPH0690009B2 (ja) | 1985-02-28 | 1985-02-28 | 半導体レーザを用いた微小変位測定方法 |
| GB08604615A GB2172700B (en) | 1985-02-28 | 1986-02-25 | Micro-displacement measuring apparatus |
| DE3606090A DE3606090C2 (de) | 1985-02-28 | 1986-02-26 | Meßvorrichtung zum Messen kleinster Verschiebebeträge |
| US06/832,885 US4806778A (en) | 1985-02-28 | 1986-02-26 | Micro-displacement measuring apparatus using a semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60041754A JPH0690009B2 (ja) | 1985-02-28 | 1985-02-28 | 半導体レーザを用いた微小変位測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61221614A JPS61221614A (ja) | 1986-10-02 |
| JPH0690009B2 true JPH0690009B2 (ja) | 1994-11-14 |
Family
ID=12617204
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60041754A Expired - Fee Related JPH0690009B2 (ja) | 1985-02-28 | 1985-02-28 | 半導体レーザを用いた微小変位測定方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4806778A (ja) |
| JP (1) | JPH0690009B2 (ja) |
| DE (1) | DE3606090C2 (ja) |
| GB (1) | GB2172700B (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4824240A (en) * | 1986-04-15 | 1989-04-25 | Hughes Aircraft Company | Internal laser interferometer |
| DE3943469A1 (de) * | 1989-05-29 | 1991-02-21 | Rainer Thiessen | Anordnung zur markenlosen drehzahlmessung an glatten wellen |
| DE3917388C1 (ja) * | 1989-05-29 | 1990-11-29 | Rainer 8000 Muenchen De Thiessen | |
| DE3943470A1 (de) * | 1989-05-29 | 1990-12-13 | Rainer Thiessen | Gegenstands-naeherungs und troepfchendetektor |
| DE3920716C1 (ja) * | 1989-06-24 | 1990-11-29 | Wild Leitz Gmbh, 6330 Wetzlar, De | |
| US5260562A (en) * | 1989-09-29 | 1993-11-09 | Regents Of The University Of California | High-resolution light microscope using coherent light reflected from a target to modulate the power output from a laser |
| JP3618451B2 (ja) * | 1996-03-28 | 2005-02-09 | オリンパス株式会社 | 光学式変位センサ |
| DE19741122C2 (de) * | 1997-09-12 | 2003-09-25 | Forschungsverbund Berlin Ev | Anordnung zur Vermessung und Strukturierung (Nahfeldanordnung) |
| US6313915B1 (en) * | 1998-08-27 | 2001-11-06 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Displacement measuring method and apparatus |
| US6097552A (en) * | 1999-05-27 | 2000-08-01 | Polaroid Corporation | Autofocus actuator device |
| US7549345B2 (en) * | 2004-06-14 | 2009-06-23 | Surface Technology Holdings, Ltd. | Method and apparatus for sensing distortion |
| KR100737177B1 (ko) * | 2006-05-15 | 2007-07-10 | 경북대학교 산학협력단 | 수직 공진 표면광 레이저를 이용한 간섭계 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Non-Patent Citations (1)
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| ＩＥＥＥＪｏｕｒｎａｌｏｆＱｕａｎｔｕｍＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｖｏｌ．ＱＥ−１６，ＮＯ．３，Ｐ．３４７−３５５（１９８０） |
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