JPH07174511A - 変位測定装置 - Google Patents
変位測定装置Info
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- JPH07174511A JPH07174511A JP29605792A JP29605792A JPH07174511A JP H07174511 A JPH07174511 A JP H07174511A JP 29605792 A JP29605792 A JP 29605792A JP 29605792 A JP29605792 A JP 29605792A JP H07174511 A JPH07174511 A JP H07174511A
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- Japan
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- frequency
- signal
- light
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】大きな変位を高精度、高分解能、リアルタイム
で測定することができ、かつコンパクトで測定環境の影
響を受け難くし、更に半導体レーザの発光強度の変化の
影響を割算器を使用せずに除去し、応答速度の向上を図
る。 【構成】所定の周期で発振周波数と発光強度が変調され
たレーザ光を光ファイバ２１、光ファイバカプラ１８及
び光ファイバ２２を介してセルフォックレンズ２６に導
く。そして、セルフォックレンズ２６の出射端面での反
射光（参照光）と測定面で反射して戻ってきた測定面反
射光（物体光）との干渉光を光ファイバ２２、光ファイ
バカプラ１８を介して光ファイバ２３に導き、光ファイ
バ２３端に設置したホトダイオード３０により検出す
る。このようにして得た干渉信号から所定周波数成分を
取り出し、その波形に基づいて生成したパルス信号と、
レーザ光の変調周期の基づいて生成したパルス信号との
周波数の差をアップダウンカウンタ４４で積算し、その
積算値から測定物２７の移動量を測定する。
で測定することができ、かつコンパクトで測定環境の影
響を受け難くし、更に半導体レーザの発光強度の変化の
影響を割算器を使用せずに除去し、応答速度の向上を図
る。 【構成】所定の周期で発振周波数と発光強度が変調され
たレーザ光を光ファイバ２１、光ファイバカプラ１８及
び光ファイバ２２を介してセルフォックレンズ２６に導
く。そして、セルフォックレンズ２６の出射端面での反
射光（参照光）と測定面で反射して戻ってきた測定面反
射光（物体光）との干渉光を光ファイバ２２、光ファイ
バカプラ１８を介して光ファイバ２３に導き、光ファイ
バ２３端に設置したホトダイオード３０により検出す
る。このようにして得た干渉信号から所定周波数成分を
取り出し、その波形に基づいて生成したパルス信号と、
レーザ光の変調周期の基づいて生成したパルス信号との
周波数の差をアップダウンカウンタ４４で積算し、その
積算値から測定物２７の移動量を測定する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は変位測定装置に係り、特
に駆動電流によって発振周波数を線形的に変調可能な半
導体レーザを利用して測定物の変位を高精度に測定する
ことができるヘテロダイン干渉式の周波数変調光ファイ
バ変位測定装置に関する。
に駆動電流によって発振周波数を線形的に変調可能な半
導体レーザを利用して測定物の変位を高精度に測定する
ことができるヘテロダイン干渉式の周波数変調光ファイ
バ変位測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、周波数変調型のヘテロダイン干渉
式変位測定装置は公知であり、例えば特開昭６３−１０
１７０２号公報に記載されている。即ち、この測定装置
は、半導体レーザに加える駆動電流を三角波状に周期的
の変化させ、半導体レーザの発振周波数と発光強度を変
調する。そして、このレーザ光をビームスプリッタで参
照光と物体光（測定物に照射される光）とに分割し、ビ
ームスプリッタの出射面から物体光を測定面に出射し、
その反射光を再び出射面から入射させて前記参照光と重
畳させる。測定面で反射して戻ってきた物体光と参照光
との間には、出射面から測定面までの距離に対応した時
間遅れがあり、両者の周波数は異なる。そのため、参照
光と物体光とで、ヘテロダイン干渉が生じ、そのビート
周波数は出射面から測定面までの距離に対応する。従っ
て、このビート周波数を計数することにより測定物の変
位を測定するようにしている。
式変位測定装置は公知であり、例えば特開昭６３−１０
１７０２号公報に記載されている。即ち、この測定装置
は、半導体レーザに加える駆動電流を三角波状に周期的
の変化させ、半導体レーザの発振周波数と発光強度を変
調する。そして、このレーザ光をビームスプリッタで参
照光と物体光（測定物に照射される光）とに分割し、ビ
ームスプリッタの出射面から物体光を測定面に出射し、
その反射光を再び出射面から入射させて前記参照光と重
畳させる。測定面で反射して戻ってきた物体光と参照光
との間には、出射面から測定面までの距離に対応した時
間遅れがあり、両者の周波数は異なる。そのため、参照
光と物体光とで、ヘテロダイン干渉が生じ、そのビート
周波数は出射面から測定面までの距離に対応する。従っ
て、このビート周波数を計数することにより測定物の変
位を測定するようにしている。
【０００３】しかしながら、上記従来のヘテロダイン干
渉式変位測定装置は、レーザ光の光路に光ファイバを使
用していないため、環境の影響を受けやすく、またビー
ムスプリッタやミラー等により装置が大型化するという
問題がある。更に、測定物が静止した状態で測定するた
め、移動中の測定物の変位をリアルタイムで測定するこ
とができない。
渉式変位測定装置は、レーザ光の光路に光ファイバを使
用していないため、環境の影響を受けやすく、またビー
ムスプリッタやミラー等により装置が大型化するという
問題がある。更に、測定物が静止した状態で測定するた
め、移動中の測定物の変位をリアルタイムで測定するこ
とができない。
【０００４】これに対し、本出願人は、最近、コモンパ
スを光路としたフィゾー型の干渉計における光路のほと
んどを光ファイバ及び光ファイバカプラによって構成
し、測定環境の影響を受けにくいコンパクトな装置と
し、また、測定面の移動によるドップラ周波数偏移を利
用して、移動中の測定物の変位をリアルタイムで測定す
ることができる周波数変調光ファイバ変位測定装置を提
案した（特願平４−２１１４３０号明細書参照）。
スを光路としたフィゾー型の干渉計における光路のほと
んどを光ファイバ及び光ファイバカプラによって構成
し、測定環境の影響を受けにくいコンパクトな装置と
し、また、測定面の移動によるドップラ周波数偏移を利
用して、移動中の測定物の変位をリアルタイムで測定す
ることができる周波数変調光ファイバ変位測定装置を提
案した（特願平４−２１１４３０号明細書参照）。
【０００５】ところで、参照光と物体光との干渉信号
は、ホトダイオードによって検出されるが、この検出さ
れる信号は、半導体レーザの周波数変調に伴って生じる
発光強度の変化の影響を受ける。そこで、上記変位測定
装置では、割算器によって干渉信号を半導体レーザの発
光強度で除算することにより、干渉信号から発光強度の
変化の影響を除去するようにしている。
は、ホトダイオードによって検出されるが、この検出さ
れる信号は、半導体レーザの周波数変調に伴って生じる
発光強度の変化の影響を受ける。そこで、上記変位測定
装置では、割算器によって干渉信号を半導体レーザの発
光強度で除算することにより、干渉信号から発光強度の
変化の影響を除去するようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記変位測
定装置は、半導体レーザの変調周波数を高くした方が、
応答速度が高くなることは、理論検討と実験結果により
明らかになっている。しかし、変調周波数の増大による
応答速度の向上は、半導体レーザ固有の周波数変調特
性、信号処理回路の周波数帯域により制限される。特
に、割算器は、分母信号の大きさが零に近づくと、誤差
が大きくなる欠点の他に、周波数帯域も高くない。その
ため、割算器は上記変位測定装置の応答速度の向上の一
つの制限要因となっていた。
定装置は、半導体レーザの変調周波数を高くした方が、
応答速度が高くなることは、理論検討と実験結果により
明らかになっている。しかし、変調周波数の増大による
応答速度の向上は、半導体レーザ固有の周波数変調特
性、信号処理回路の周波数帯域により制限される。特
に、割算器は、分母信号の大きさが零に近づくと、誤差
が大きくなる欠点の他に、周波数帯域も高くない。その
ため、割算器は上記変位測定装置の応答速度の向上の一
つの制限要因となっていた。
【０００７】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、割算器をなくし、測定の高速化、部品点数の削
減を図ることができる変位測定装置を提供することを目
的とする。
もので、割算器をなくし、測定の高速化、部品点数の削
減を図ることができる変位測定装置を提供することを目
的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するために、半導体レーザと、該半導体レーザに所定の
周期Ｔs （周波数ｆs ）の鋸歯状波又は三角波変調電流
を入力する鋸歯状波又は三角波発生手段と、第１、第２
及び第３の光ファイバと、前記半導体レーザから発振さ
れたレーザ光を前記第１の光ファイバの先端に導く第１
のレンズと、前記第１、第２及び第３の光ファイバの後
端同士を光学的に結合する光ファイバカプラであって、
前記第１の光ファイバを通過した光を前記第２の光ファ
イバに導くとともに第２の光ファイバを介して戻ってく
る光を前記第３の光ファイバに導く光ファイバカプラ
と、前記第２の光ファイバの先端に配設され、光の一部
を出射端面で反射させるとともに残りは透過させ略平行
光又は集光して測定面を照射させる第２のレンズと、前
記第３の光ファイバの先端に配設され、該第３の光ファ
イバを介して入射する光を光電変換する光電変換素子
と、前記光電変換素子の出力から前記鋸歯状波又は三角
波の周波数ｆs のｎ倍の周波数ｎｆs を中心周波数とす
る所定のバンド幅の周波数成分を取り出すバンドパスフ
ィルタと、前記バンドパスフィルタの出力波形の周波数
をｍ倍にした周波数のパルス信号を出力する第１のパル
ス出力手段と、前記鋸歯状波又は三角波発生手段から出
力される鋸歯状波又は三角波変調電流の周期Ｔs に同期
して、前記周波数ｎｆs と同一周波数をｍ倍にした周波
数のパルス信号を出力する第２のパルス出力手段と、前
記第１及び第２のパルス出力手段からそれぞれ出力され
るパルス信号における前記第２のレンズと測定面との相
対移動に伴って発生する周波数の差を積算するカウンタ
と、を備えたことを特徴としている。
するために、半導体レーザと、該半導体レーザに所定の
周期Ｔs （周波数ｆs ）の鋸歯状波又は三角波変調電流
を入力する鋸歯状波又は三角波発生手段と、第１、第２
及び第３の光ファイバと、前記半導体レーザから発振さ
れたレーザ光を前記第１の光ファイバの先端に導く第１
のレンズと、前記第１、第２及び第３の光ファイバの後
端同士を光学的に結合する光ファイバカプラであって、
前記第１の光ファイバを通過した光を前記第２の光ファ
イバに導くとともに第２の光ファイバを介して戻ってく
る光を前記第３の光ファイバに導く光ファイバカプラ
と、前記第２の光ファイバの先端に配設され、光の一部
を出射端面で反射させるとともに残りは透過させ略平行
光又は集光して測定面を照射させる第２のレンズと、前
記第３の光ファイバの先端に配設され、該第３の光ファ
イバを介して入射する光を光電変換する光電変換素子
と、前記光電変換素子の出力から前記鋸歯状波又は三角
波の周波数ｆs のｎ倍の周波数ｎｆs を中心周波数とす
る所定のバンド幅の周波数成分を取り出すバンドパスフ
ィルタと、前記バンドパスフィルタの出力波形の周波数
をｍ倍にした周波数のパルス信号を出力する第１のパル
ス出力手段と、前記鋸歯状波又は三角波発生手段から出
力される鋸歯状波又は三角波変調電流の周期Ｔs に同期
して、前記周波数ｎｆs と同一周波数をｍ倍にした周波
数のパルス信号を出力する第２のパルス出力手段と、前
記第１及び第２のパルス出力手段からそれぞれ出力され
るパルス信号における前記第２のレンズと測定面との相
対移動に伴って発生する周波数の差を積算するカウンタ
と、を備えたことを特徴としている。
【０００９】
【作用】本発明によれば、レーザ光の光路のほとんどを
光ファイバ及び光ファイバカプラによって構成し、測定
環境の影響を受けにくいコンパクトな測定装置にしてい
る。また、測定面の移動によるドップラ周波数偏移を利
用しているため、移動中の測定物の変位をリアルタイム
で測定することができる。更に、特願平４−２１１４３
０号明細書に記載の装置と比べて、応答速度の制限要因
の一つである割算器が省略されているため、測定の高速
化を図ることができる。
光ファイバ及び光ファイバカプラによって構成し、測定
環境の影響を受けにくいコンパクトな測定装置にしてい
る。また、測定面の移動によるドップラ周波数偏移を利
用しているため、移動中の測定物の変位をリアルタイム
で測定することができる。更に、特願平４−２１１４３
０号明細書に記載の装置と比べて、応答速度の制限要因
の一つである割算器が省略されているため、測定の高速
化を図ることができる。
【００１０】
【実施例】以下添付図面に従って本発明に係る変位測定
装置の好ましい実施例を詳述する。図１は本発明に係る
変位測定装置の一実施例を示すブロック図であり、図２
（Ａ）〜（Ｈ）は、鋸歯状波変調電流を用いた場合のそ
れぞれ図１の各部から出力される信号波形図である。
装置の好ましい実施例を詳述する。図１は本発明に係る
変位測定装置の一実施例を示すブロック図であり、図２
（Ａ）〜（Ｈ）は、鋸歯状波変調電流を用いた場合のそ
れぞれ図１の各部から出力される信号波形図である。
【００１１】図１に示すように、この変位測定装置は、
主として鋸歯状波又は三角波発生器１０、半導体レーザ
１２、コリメータレンズ１４、対物レンズ１６、光ファ
イバカプラ１８、光ファイバ２１〜２３、セルフォック
レンズ２６、ホトダイオード３０、バンドパスフィルタ
３４、波形整形器３６、３８、周波数逓倍回路４０、４
２、ゲート回路４３、及びアップダウンカウンタ４４か
ら構成されている。
主として鋸歯状波又は三角波発生器１０、半導体レーザ
１２、コリメータレンズ１４、対物レンズ１６、光ファ
イバカプラ１８、光ファイバ２１〜２３、セルフォック
レンズ２６、ホトダイオード３０、バンドパスフィルタ
３４、波形整形器３６、３８、周波数逓倍回路４０、４
２、ゲート回路４３、及びアップダウンカウンタ４４か
ら構成されている。
【００１２】以下に鋸歯状波変調電流を用いた場合の測
定原理を示す。鋸歯状波又は三角波発生器１０は周期Ｔ
S （周波数ｆs 、角周波数ωs ）の鋸歯状波変調電流Ｓ
ａ（図２（Ａ））を半導体レーザ１２及び波形整形器３
６に出力する。尚、この鋸歯状波又は三角波発生器１０
は、同図（Ａ）に示すようにバイアス電流に対して変調
幅が小さい鋸歯状波変調電流Ｓａを出力している。
定原理を示す。鋸歯状波又は三角波発生器１０は周期Ｔ
S （周波数ｆs 、角周波数ωs ）の鋸歯状波変調電流Ｓ
ａ（図２（Ａ））を半導体レーザ１２及び波形整形器３
６に出力する。尚、この鋸歯状波又は三角波発生器１０
は、同図（Ａ）に示すようにバイアス電流に対して変調
幅が小さい鋸歯状波変調電流Ｓａを出力している。
【００１３】半導体レーザ１２は入力する鋸歯状波変調
電流Ｓａによって発振周波数と発光強度が変調される。
尚、半導体レーザ１２には加熱及び／又は冷却素子１３
Ａと温度センサ１３Ｂが設けられており、温度コントロ
ーラ１３は温度センサ１３Ｂによって検出される温度が
一定値になるように加熱及び／又は冷却素子１３Ａを制
御する。これにより、半導体レーザ１２の温度変化によ
る波長変化を抑え、測定精度を上げている。
電流Ｓａによって発振周波数と発光強度が変調される。
尚、半導体レーザ１２には加熱及び／又は冷却素子１３
Ａと温度センサ１３Ｂが設けられており、温度コントロ
ーラ１３は温度センサ１３Ｂによって検出される温度が
一定値になるように加熱及び／又は冷却素子１３Ａを制
御する。これにより、半導体レーザ１２の温度変化によ
る波長変化を抑え、測定精度を上げている。
【００１４】前記半導体レーザ１２から出力される変調
されたレーザ光は、コリメータレンズ１４及び対物レン
ズ１６を介して光ファイバ２１の先端に集光される。ま
た、光ファイバ２１、２３の後端は、光ファイバカプラ
１８によって、光ファイバ２２の後端と光学的に接続さ
れている。従って、光ファイバ２１を通過した光は光フ
ァイバカプラ１８を介して光ファイバ２２に導かれ、ま
た光ファイバ２２を介して戻ってくる光の一部は光ファ
イバ２３に導かれる。
されたレーザ光は、コリメータレンズ１４及び対物レン
ズ１６を介して光ファイバ２１の先端に集光される。ま
た、光ファイバ２１、２３の後端は、光ファイバカプラ
１８によって、光ファイバ２２の後端と光学的に接続さ
れている。従って、光ファイバ２１を通過した光は光フ
ァイバカプラ１８を介して光ファイバ２２に導かれ、ま
た光ファイバ２２を介して戻ってくる光の一部は光ファ
イバ２３に導かれる。
【００１５】光ファイバ２２の先端には、光の一部を出
射端面で反射させるとともに残りは透過させ略平行光又
は集光して測定面を照射させるセルフォックレンズ２６
が配設されている。即ち、セルフォックレンズ２６の出
射端面は光軸に対して垂直な平面であり、出射端面で反
射された反射光は再びセルフォックレンズ自身で収束し
てほぼ光ファイバ２２に戻る。また、セルフォックレン
ズ２６の出射端面の反射は、セルフォックレンズ２６と
空気との屈折率の違いによるものであって、セルフォッ
クレンズ２６の入射光の内、約４％の光量の光が反射さ
れ、残りの約９６％の光量の光が測定面を照射する。し
たがって、測定面が粗面であっても、また粗面の測定面
がセルフォックレンズ２６の光軸と厳密に垂直でなくて
も、測定面を照射する光の数パーセントの光量の光がセ
ルフォックレンズ２６に集光されれば、充分な強度の干
渉信号が得られ、変位測定が可能である。
射端面で反射させるとともに残りは透過させ略平行光又
は集光して測定面を照射させるセルフォックレンズ２６
が配設されている。即ち、セルフォックレンズ２６の出
射端面は光軸に対して垂直な平面であり、出射端面で反
射された反射光は再びセルフォックレンズ自身で収束し
てほぼ光ファイバ２２に戻る。また、セルフォックレン
ズ２６の出射端面の反射は、セルフォックレンズ２６と
空気との屈折率の違いによるものであって、セルフォッ
クレンズ２６の入射光の内、約４％の光量の光が反射さ
れ、残りの約９６％の光量の光が測定面を照射する。し
たがって、測定面が粗面であっても、また粗面の測定面
がセルフォックレンズ２６の光軸と厳密に垂直でなくて
も、測定面を照射する光の数パーセントの光量の光がセ
ルフォックレンズ２６に集光されれば、充分な強度の干
渉信号が得られ、変位測定が可能である。
【００１６】さて、セルフォックレンズ２６の端面反射
光（参照光）と、セルフォックレンズ２６から出射され
測定物２７の測定面で反射されて再びセルフォックレン
ズ２６に入射した測定面反射光（物体光）との間には、
セルフォックレンズ２６の出射端面と測定物２７の測定
面との距離Ｄに対応した時間遅れがあり、両者の周波数
は異なる。そのため、参照光と物体光とで、ヘテロダイ
ン干渉が生じる。
光（参照光）と、セルフォックレンズ２６から出射され
測定物２７の測定面で反射されて再びセルフォックレン
ズ２６に入射した測定面反射光（物体光）との間には、
セルフォックレンズ２６の出射端面と測定物２７の測定
面との距離Ｄに対応した時間遅れがあり、両者の周波数
は異なる。そのため、参照光と物体光とで、ヘテロダイ
ン干渉が生じる。
【００１７】この干渉信号は光ファイバ２２、光ファイ
バカプラ１８及び光ファイバ２３を介して導かれ、光フ
ァイバ２３の先端に設置されたホトダイオード３０によ
り検出される。このホトダイオード３０によって検出さ
れた信号Ｓｅ（図２（Ｃ））の周波数と位相は、セルフ
ォックレンズ２６の出射端面と測定物２７の測定面との
距離Ｄに比例する。尚、信号Ｓｅのレベルは、半導体レ
ーザ１２の発光強度、測定面の反射率に影響される。
バカプラ１８及び光ファイバ２３を介して導かれ、光フ
ァイバ２３の先端に設置されたホトダイオード３０によ
り検出される。このホトダイオード３０によって検出さ
れた信号Ｓｅ（図２（Ｃ））の周波数と位相は、セルフ
ォックレンズ２６の出射端面と測定物２７の測定面との
距離Ｄに比例する。尚、信号Ｓｅのレベルは、半導体レ
ーザ１２の発光強度、測定面の反射率に影響される。
【００１８】ところで、特願平４−２１１４３０号明細
書に記載の装置では、前記ホトダイオード３０によって
検出された信号から半導体レーザ１２の発光強度の変化
の影響を除去するために、割算器によってホトダイオー
ド３０によって検出された信号を半導体レーザ１２の発
光強度を示す信号で除算していた。本発明では以下に示
す原理により割算器の使用を省略できるようにしてい
る。
書に記載の装置では、前記ホトダイオード３０によって
検出された信号から半導体レーザ１２の発光強度の変化
の影響を除去するために、割算器によってホトダイオー
ド３０によって検出された信号を半導体レーザ１２の発
光強度を示す信号で除算していた。本発明では以下に示
す原理により割算器の使用を省略できるようにしてい
る。
【００１９】先ず、半導体レーザの発振周波数変調と発
光強度の変調について説明する。半導体レーザに、図３
（Ａ）に示すような周期Ｔs 、変調幅Δｉの鋸歯状波変
調電流Ｓａ(t) を入力すると、半導体レーザの発振角周
波数ω(t) 、発光強度Ｉ(t) も鋸歯状に変調される( 図
３（Ｂ）、（Ｃ）参照）。ここで、１変調周期（−Ｔs
／２≦ｔ≦Ｔs ／２）において、鋸歯状波変調電流Ｓａ
(t) を、次式、 Ｓａ(t)＝ｉ0＋Δｉ・ｔ／Ｔs＝ｉ0＋αi・ｔ …（１） とすると、発振角周波数ω(t) 、及び発光強度Ｉ(t)
は、次式、 ω(t)＝ω0＋Δω・ｔ／Ｔs＝ω0＋ｋwi・αi・ｔ …（２） Ｉ(t)＝Ｉ0＋ΔＩ・ｔ／Ｔs＝Ｉ0＋ｋIi・αi・ｔ …（３） のように書くことができる。
光強度の変調について説明する。半導体レーザに、図３
（Ａ）に示すような周期Ｔs 、変調幅Δｉの鋸歯状波変
調電流Ｓａ(t) を入力すると、半導体レーザの発振角周
波数ω(t) 、発光強度Ｉ(t) も鋸歯状に変調される( 図
３（Ｂ）、（Ｃ）参照）。ここで、１変調周期（−Ｔs
／２≦ｔ≦Ｔs ／２）において、鋸歯状波変調電流Ｓａ
(t) を、次式、 Ｓａ(t)＝ｉ0＋Δｉ・ｔ／Ｔs＝ｉ0＋αi・ｔ …（１） とすると、発振角周波数ω(t) 、及び発光強度Ｉ(t)
は、次式、 ω(t)＝ω0＋Δω・ｔ／Ｔs＝ω0＋ｋwi・αi・ｔ …（２） Ｉ(t)＝Ｉ0＋ΔＩ・ｔ／Ｔs＝Ｉ0＋ｋIi・αi・ｔ …（３） のように書くことができる。
【００２０】但し、ｉ0 、ω0 、Δｉ、Δω、ΔＩの定
義は、図３に示されている。 また、αi＝Δｉ／Ｔs（電流変調率） ｋwi＝Δω／Δｉ（発振角周波数の変調定数） ｋIi＝ΔＩ／Δｉ（発光強度の変調定数） である。
義は、図３に示されている。 また、αi＝Δｉ／Ｔs（電流変調率） ｋwi＝Δω／Δｉ（発振角周波数の変調定数） ｋIi＝ΔＩ／Δｉ（発光強度の変調定数） である。
【００２１】次に、ホトダイオード３０によって検出さ
れる干渉信号について説明する。セルフォックレンズ２
６に到達する半導体レーザ１２の発光強度をηＩ(t) と
する。但し、ηはレーザ光の光ファイバ２１へのカップ
リング率と、光ファイバカプラ１８の分配率によって決
まる定数とする。また、セルフォックレンズ２６の端面
反射光（参照光）の強度をＩr (t) 、再びセルフォック
レンズ２６に戻った測定面の反射光（物体光）をＩ
0 (t) とすると、Ｉr (t) 、Ｉ0 (t) は、次式、 Ｉr(t)＝βr・ηＩ(t) …（４） Ｉ0(t)＝β0・ηＩ(t) …（５） のようになる。但し、βr ，β0 は反射係数である。
れる干渉信号について説明する。セルフォックレンズ２
６に到達する半導体レーザ１２の発光強度をηＩ(t) と
する。但し、ηはレーザ光の光ファイバ２１へのカップ
リング率と、光ファイバカプラ１８の分配率によって決
まる定数とする。また、セルフォックレンズ２６の端面
反射光（参照光）の強度をＩr (t) 、再びセルフォック
レンズ２６に戻った測定面の反射光（物体光）をＩ
0 (t) とすると、Ｉr (t) 、Ｉ0 (t) は、次式、 Ｉr(t)＝βr・ηＩ(t) …（４） Ｉ0(t)＝β0・ηＩ(t) …（５） のようになる。但し、βr ，β0 は反射係数である。
【００２２】上記参照光と物体光とはヘテロダイン干渉
し、ホトダイオード３０により検出される干渉信号Ｓｅ
(t) は、次式のようになる。 Ｓｅ(t)＝Ｋ・ηＩ(t) ×〔βr＋β0＋２(βrβ0)1/2cos(ωbt＋φb）〕…（６） ここで、Ｋはホトダイオード３０の光電変換率、ωb ，
φb はビート信号の角周波数及び位相であり、それぞれ
次式、 ωb＝２Δω／ＴS τ …（７） φb＝ω0 τ …（８） で表される。式（７）、（８）中で、τは図４に示すよ
うに参照光と物体光との時間遅れである。
し、ホトダイオード３０により検出される干渉信号Ｓｅ
(t) は、次式のようになる。 Ｓｅ(t)＝Ｋ・ηＩ(t) ×〔βr＋β0＋２(βrβ0)1/2cos(ωbt＋φb）〕…（６） ここで、Ｋはホトダイオード３０の光電変換率、ωb ，
φb はビート信号の角周波数及び位相であり、それぞれ
次式、 ωb＝２Δω／ＴS τ …（７） φb＝ω0 τ …（８） で表される。式（７）、（８）中で、τは図４に示すよ
うに参照光と物体光との時間遅れである。
【００２３】特願平４−２１１４３０明細書に記載の処
理方法では、式（６）のＩ(t) を割算器によって除去
し、更に直流成分（βr ＋β0 ）をカットし、次式、 Ｓｅ(t)＝Ａ・cos(ωbt＋φb） …（９） を得ていた。これに対し、本発明は、式（６）のＩ(t)
は、式（３）によって表すことができるため、式（３）
において、もし（ｋIi・αi ・ｔ）が、Ｉ0 と比べて小
さく、次式、 Ｉ0≫｜ｋIi・αi・ｔmax ｜＝ｋIi・αi・Ｔs／２ ＝ｋIi（Δｉ／Ｔs）（Ｔs／２）＝ｋIi・Δｉ／２＝ΔＩ／２ …（１０） を満たせば、（ｋIi・αi ・ｔ）を無視することができ
る。そして、この場合には、上記（６）式は、次式、 Ｓｅ(t)≒Ｋ・ηＩ0〔βr＋β0＋２(βrβ0)1/2cos(ωbt＋φb）〕 …（１１） となり、直流成分（βr ＋β0 ）をカットすれば、上記
式（９）を得ることができる。
理方法では、式（６）のＩ(t) を割算器によって除去
し、更に直流成分（βr ＋β0 ）をカットし、次式、 Ｓｅ(t)＝Ａ・cos(ωbt＋φb） …（９） を得ていた。これに対し、本発明は、式（６）のＩ(t)
は、式（３）によって表すことができるため、式（３）
において、もし（ｋIi・αi ・ｔ）が、Ｉ0 と比べて小
さく、次式、 Ｉ0≫｜ｋIi・αi・ｔmax ｜＝ｋIi・αi・Ｔs／２ ＝ｋIi（Δｉ／Ｔs）（Ｔs／２）＝ｋIi・Δｉ／２＝ΔＩ／２ …（１０） を満たせば、（ｋIi・αi ・ｔ）を無視することができ
る。そして、この場合には、上記（６）式は、次式、 Ｓｅ(t)≒Ｋ・ηＩ0〔βr＋β0＋２(βrβ0)1/2cos(ωbt＋φb）〕 …（１１） となり、直流成分（βr ＋β0 ）をカットすれば、上記
式（９）を得ることができる。
【００２４】ところで、上記式（１０）を満たすために
は、以下のようにすればよい。 (1) Ｉ0 を大きくする。 (2) Δｉを小さくする。 (3) ｋIiを小さくする。 上記(1) と(2) は、式（１）に示した変調電流Ｓａ(t)
において、バイアス電流ｉ0 を大きくし、変調幅Δｉを
小さくすることを意味する。また、(3) のｋIiは半導体
レーザの固有特性により、この値を自由に変えることは
できないが、ｋ Iiが小さく、しかもｋwiが大きい半導体
レーザを選択し、使用すれば良い。
は、以下のようにすればよい。 (1) Ｉ0 を大きくする。 (2) Δｉを小さくする。 (3) ｋIiを小さくする。 上記(1) と(2) は、式（１）に示した変調電流Ｓａ(t)
において、バイアス電流ｉ0 を大きくし、変調幅Δｉを
小さくすることを意味する。また、(3) のｋIiは半導体
レーザの固有特性により、この値を自由に変えることは
できないが、ｋ Iiが小さく、しかもｋwiが大きい半導体
レーザを選択し、使用すれば良い。
【００２５】尚、本実施例では、前述したように鋸歯状
波又は三角波発生器１０は、図２（Ａ）に示すようにバ
イアス電流に対して変調幅が小さい鋸歯状波変調電流Ｓ
ａを出力し、これにより、ホトダイオード３０により検
出される干渉信号Ｓｅは、図２（Ｃ）に示すように半導
体レーザ１２の発光強度の影響は無視できる程に小さ
い。
波又は三角波発生器１０は、図２（Ａ）に示すようにバ
イアス電流に対して変調幅が小さい鋸歯状波変調電流Ｓ
ａを出力し、これにより、ホトダイオード３０により検
出される干渉信号Ｓｅは、図２（Ｃ）に示すように半導
体レーザ１２の発光強度の影響は無視できる程に小さ
い。
【００２６】さて、図１において、ホトダイオード３０
によって検出された干渉信号Ｓｅはバンドパスフィルタ
３４に出力される。バンドパスフィルタ３４は中心周波
数ｆs 、バンド幅Δν（例えばｆs ／１０）を有し、入
力信号Ｓｅからｆs の成分を取り出し、その取り出した
信号Ｓｆ（図２（Ｄ））を波形整形器３８に出力する。
波形整形器３８は入力信号Ｓｆを矩形波の信号Ｓｇ（図
２（Ｅ））に変換し、周波数逓倍回路４２はこの信号Ｓ
ｇの周波数が予め設定された倍率ｍ（図２ではｍ＝２）
になるように逓倍し、その逓倍した信号（パルス信号）
Ｓｇ′をゲート回路４３の入力Ｇ1 に出力する（図２
（Ｇ）、（Ｈ）参照）。
によって検出された干渉信号Ｓｅはバンドパスフィルタ
３４に出力される。バンドパスフィルタ３４は中心周波
数ｆs 、バンド幅Δν（例えばｆs ／１０）を有し、入
力信号Ｓｅからｆs の成分を取り出し、その取り出した
信号Ｓｆ（図２（Ｄ））を波形整形器３８に出力する。
波形整形器３８は入力信号Ｓｆを矩形波の信号Ｓｇ（図
２（Ｅ））に変換し、周波数逓倍回路４２はこの信号Ｓ
ｇの周波数が予め設定された倍率ｍ（図２ではｍ＝２）
になるように逓倍し、その逓倍した信号（パルス信号）
Ｓｇ′をゲート回路４３の入力Ｇ1 に出力する（図２
（Ｇ）、（Ｈ）参照）。
【００２７】一方、波形整形器３６は鋸歯状波又は三角
波発生器１０から入力する鋸歯状波変調電流Ｓａを矩形
波の信号Ｓｂ（図２（Ｂ））に変換し、周波数逓倍回路
４０はこの信号Ｓｂの周波数を前記周波数逓倍回路４２
と同じ倍率で逓倍し、その逓倍した信号（パルス信号）
Ｓｂ′をゲート回路４３の入力Ｇ2 に出力する（図２
（Ｆ）参照）。
波発生器１０から入力する鋸歯状波変調電流Ｓａを矩形
波の信号Ｓｂ（図２（Ｂ））に変換し、周波数逓倍回路
４０はこの信号Ｓｂの周波数を前記周波数逓倍回路４２
と同じ倍率で逓倍し、その逓倍した信号（パルス信号）
Ｓｂ′をゲート回路４３の入力Ｇ2 に出力する（図２
（Ｆ）参照）。
【００２８】ゲート回路４３は、入力Ｇ1 のパルス信号
Ｓｇ′と入力Ｇ2 のパルス信号Ｓｂ′の周波数差による
新しいパルス信号を作り、アップダウンカウンタ４４の
アップ入力Ｕ又はダウン入力Ｄに出力する。従って、ア
ップダウンカウンタ４４はパルス信号Ｓｂ′とパルス信
号Ｓｇ′との周波数の差を積算することになる。ところ
で、測定物２７が停止している場合には、周波数逓倍回
路４２から出力されるパルス信号Ｓｇ′の周波数は、周
波数逓倍回路４０から出力される基準のパルス信号Ｓ
ｂ′の周波数と一致し、アップダウンカウンタ４４のカ
ウント値は変化しないが、測定物２７が移動すると、ド
ップラ周波数偏移により波形整形器３８から出力される
信号Ｓｇ（周波数逓倍回路４２から出力されるパルス信
号Ｓｇ′）の周波数は変化する。即ち、測定物２７がセ
ルフォックレンズ２６から遠ざかる方向に移動すると、
パルス信号Ｓｇ′の周波数は大きくなり（図２（Ｇ）参
照）、測定物２７がセルフォックレンズ２６に近づく方
向に移動すると、パルス信号Ｓｇ′の周波数は小さくな
る（図２（Ｈ）参照）。
Ｓｇ′と入力Ｇ2 のパルス信号Ｓｂ′の周波数差による
新しいパルス信号を作り、アップダウンカウンタ４４の
アップ入力Ｕ又はダウン入力Ｄに出力する。従って、ア
ップダウンカウンタ４４はパルス信号Ｓｂ′とパルス信
号Ｓｇ′との周波数の差を積算することになる。ところ
で、測定物２７が停止している場合には、周波数逓倍回
路４２から出力されるパルス信号Ｓｇ′の周波数は、周
波数逓倍回路４０から出力される基準のパルス信号Ｓ
ｂ′の周波数と一致し、アップダウンカウンタ４４のカ
ウント値は変化しないが、測定物２７が移動すると、ド
ップラ周波数偏移により波形整形器３８から出力される
信号Ｓｇ（周波数逓倍回路４２から出力されるパルス信
号Ｓｇ′）の周波数は変化する。即ち、測定物２７がセ
ルフォックレンズ２６から遠ざかる方向に移動すると、
パルス信号Ｓｇ′の周波数は大きくなり（図２（Ｇ）参
照）、測定物２７がセルフォックレンズ２６に近づく方
向に移動すると、パルス信号Ｓｇ′の周波数は小さくな
る（図２（Ｈ）参照）。
【００２９】従って、パルス信号Ｓｂ′とパルス信号Ｓ
ｇ′のパルス数の差は、測定物２７の移動速度及び移動
方向に対応し、そのパルス数の差の積算値は測定物２７
の移動量に対応する。これにより、測定物２７を或る位
置から他の位置に移動させたときのアップダウンカウン
タ４４のカウント値の増減量に基づいて測定物２７の移
動距離を測定することができる。
ｇ′のパルス数の差は、測定物２７の移動速度及び移動
方向に対応し、そのパルス数の差の積算値は測定物２７
の移動量に対応する。これにより、測定物２７を或る位
置から他の位置に移動させたときのアップダウンカウン
タ４４のカウント値の増減量に基づいて測定物２７の移
動距離を測定することができる。
【００３０】尚、変調電流波形は上記鋸歯状波に限ら
ず、三角波を用いてもよい。また、三角波を用いるとき
には、その折り返しの部分を位相反転させ、前半部分に
加えることにより、２倍の感度を得ることができる。次
に、変位測定可能な測定面の最大速度について説明す
る。ホトダイオード３０によって検出される干渉信号Ｓ
ｅは 前述したように式（９）によって表すことがで
き、また、バンドパスフィルタ３４から出力される信号
Ｓｆ(t) は、次式、 Ｓｆ(t)＝Ｂ・cos(ωSt ＋φb） …（１２） となる。
ず、三角波を用いてもよい。また、三角波を用いるとき
には、その折り返しの部分を位相反転させ、前半部分に
加えることにより、２倍の感度を得ることができる。次
に、変位測定可能な測定面の最大速度について説明す
る。ホトダイオード３０によって検出される干渉信号Ｓ
ｅは 前述したように式（９）によって表すことがで
き、また、バンドパスフィルタ３４から出力される信号
Ｓｆ(t) は、次式、 Ｓｆ(t)＝Ｂ・cos(ωSt ＋φb） …（１２） となる。
【００３１】さて、測定面が初期距離Ｄ0 より速度ｖで
移動し、距離Ｄが、 Ｄ＝Ｄ0＋ｖｔ …（１３） と表せる場合を考えると、式（１２）は、 Ｓｆ(t)＝Ｂ・cos｛２π〔(ｆs＋ΔｆD)ｔ＋２Ｄ0／λ0〕｝ …（１４） となる。ここで、ΔｆD は測定面の移動によるドップラ
周波数偏移であり、次式で表せる。
移動し、距離Ｄが、 Ｄ＝Ｄ0＋ｖｔ …（１３） と表せる場合を考えると、式（１２）は、 Ｓｆ(t)＝Ｂ・cos｛２π〔(ｆs＋ΔｆD)ｔ＋２Ｄ0／λ0〕｝ …（１４） となる。ここで、ΔｆD は測定面の移動によるドップラ
周波数偏移であり、次式で表せる。
【００３２】ΔｆD＝２ｖ／λ0 …（１５） 一方、バンドパスフィルタ３４よりＳｆ(t) を得るため
には、ΔｆD はバンドパスフィルタ３４のバンド幅Δν
より小さいことが必要である。従って、変位測定可能な
測定面の最大移動速度ｖmax は次のようになる。 ｖmax＝λ0／２・Δν …（１６） 式（１６）に示すように、最大移動速度ｖmax を上げる
には、バンドパスフィルタ３４のバンド幅Δνを大きく
とる必要がある。図１に示した実施例では、バンドパス
フィルタ３４の中心周波数をｆs にしたが、ホトダイオ
ード３０から出力される信号Ｓｅは、周期ＴS で連続的
に変調されているため、周期ＴS の周期関数であり、ｆ
s ，２ｆs ，…，ｎｆs ，…，の各周波数成分が含まれ
ている。いま、中心周波数ｎｆs のバンドパスフィルタ
で、周波数ｎｆs の成分を取り出すようにすると、式
（１２）は、 Ｓｆ(t)＝Ｂ・cos(ｎωSt ＋φb） ＝Ｂ・cos〔２π(ｎｆs＋ΔｆD)ｔ〕 となる。そして、Δνを中心周波数ｎｆs の１０分の１
に設定すると、式（１６）は、 ｖmax＝λ0／２・Δν ＝λ0／２・ｎｆs ／１０ …（１７） となる。従って、ｎ、ｆs を大きくすれば、最大速度が
上げられる。
には、ΔｆD はバンドパスフィルタ３４のバンド幅Δν
より小さいことが必要である。従って、変位測定可能な
測定面の最大移動速度ｖmax は次のようになる。 ｖmax＝λ0／２・Δν …（１６） 式（１６）に示すように、最大移動速度ｖmax を上げる
には、バンドパスフィルタ３４のバンド幅Δνを大きく
とる必要がある。図１に示した実施例では、バンドパス
フィルタ３４の中心周波数をｆs にしたが、ホトダイオ
ード３０から出力される信号Ｓｅは、周期ＴS で連続的
に変調されているため、周期ＴS の周期関数であり、ｆ
s ，２ｆs ，…，ｎｆs ，…，の各周波数成分が含まれ
ている。いま、中心周波数ｎｆs のバンドパスフィルタ
で、周波数ｎｆs の成分を取り出すようにすると、式
（１２）は、 Ｓｆ(t)＝Ｂ・cos(ｎωSt ＋φb） ＝Ｂ・cos〔２π(ｎｆs＋ΔｆD)ｔ〕 となる。そして、Δνを中心周波数ｎｆs の１０分の１
に設定すると、式（１６）は、 ｖmax＝λ0／２・Δν ＝λ0／２・ｎｆs ／１０ …（１７） となる。従って、ｎ、ｆs を大きくすれば、最大速度が
上げられる。
【００３３】ところで、半導体レーザ１２の発振周波数
を駆動電流により線形的に変調する場合、駆動電流の周
波数ｆs の上限は、半導体レーザ１２の変調特性により
制限される。これに対し、バンドパスフィルタによって
取り出される周波数成分の強度は、シンク関数sin 〔(
ωb −ｎωS ) ＴS ／２〕／〔( ωb −ｎωS ) ＴS／
２〕により決められる。シンク関数の値はωb ＝ｎωS
のときに、最大値１になり、ωb とｎωS との差にした
がって急激に減少し、ある程度を越えると、バンドパス
フィルタ３４の出力信号の強度は小さくなり、波形整形
器３８は正確なパルス信号を出力しなくなり、測定不可
能となる。
を駆動電流により線形的に変調する場合、駆動電流の周
波数ｆs の上限は、半導体レーザ１２の変調特性により
制限される。これに対し、バンドパスフィルタによって
取り出される周波数成分の強度は、シンク関数sin 〔(
ωb −ｎωS ) ＴS ／２〕／〔( ωb −ｎωS ) ＴS／
２〕により決められる。シンク関数の値はωb ＝ｎωS
のときに、最大値１になり、ωb とｎωS との差にした
がって急激に減少し、ある程度を越えると、バンドパス
フィルタ３４の出力信号の強度は小さくなり、波形整形
器３８は正確なパルス信号を出力しなくなり、測定不可
能となる。
【００３４】上記条件からｎの値には制限があるが、ビ
ート信号の角周波数ωb を大きくすることによって大き
なｎをとることができる。角周波数ωb を大きくするた
めには、半導体レーザ１２の周波数変調幅を大きくする
か、距離Ｄを大きくすればよい。図５は本発明の他の実
施例を示す要部概略図である。同図に示すように、この
実施例では、セルフォックレンズ２６と測定物２７の測
定面と光路差を大きくするためのオフセット設定用光フ
ァイバ２５を設けるようにしている。尚、螺旋状の光フ
ァイバ２５を用いることにより、セルフォックレンズ２
６と測定物との距離よりも大幅に光路差を大きくとるこ
とができ、且つその間における測定環境の影響を受けに
くくすることができる。また、光ファイバ２５の両端に
は、ＡＲコートを施した１／４ピッチのセルフォックレ
ンズ２５Ａと２５Ｂが接続されている。このように、光
ファイバ２５によって距離Ｄを大きくすることにより大
きなｎをとること、即ち、最大移動速度ｖmax を上げる
ことができる。
ート信号の角周波数ωb を大きくすることによって大き
なｎをとることができる。角周波数ωb を大きくするた
めには、半導体レーザ１２の周波数変調幅を大きくする
か、距離Ｄを大きくすればよい。図５は本発明の他の実
施例を示す要部概略図である。同図に示すように、この
実施例では、セルフォックレンズ２６と測定物２７の測
定面と光路差を大きくするためのオフセット設定用光フ
ァイバ２５を設けるようにしている。尚、螺旋状の光フ
ァイバ２５を用いることにより、セルフォックレンズ２
６と測定物との距離よりも大幅に光路差を大きくとるこ
とができ、且つその間における測定環境の影響を受けに
くくすることができる。また、光ファイバ２５の両端に
は、ＡＲコートを施した１／４ピッチのセルフォックレ
ンズ２５Ａと２５Ｂが接続されている。このように、光
ファイバ２５によって距離Ｄを大きくすることにより大
きなｎをとること、即ち、最大移動速度ｖmax を上げる
ことができる。
【００３５】尚、バンドパスフィルタ３４の中心周波数
をｎｆs にした場合には、図１の周波数逓倍回路４０の
パルス信号Ｓｂ′の周波数もｎ倍にする必要がある。
をｎｆs にした場合には、図１の周波数逓倍回路４０の
パルス信号Ｓｂ′の周波数もｎ倍にする必要がある。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る変位測
定装置によれば、レーザ光の光路のほとんどを光ファイ
バ及び光ファイバカプラによって構成したため、測定環
境の影響を受け難く大きな変位を高精度、高分解能で測
定することができ、かつ装置をコンパクトにすることが
できる。また、測定面の移動によるドップラ周波数偏移
を利用しているため、移動中の測定物の変位をリアルタ
イムで測定することができる。更に、従来は測定面に反
射鏡を設けるのが一般的であるが、本発明によれば、測
定物は反射鏡に限らず、金属、プラスチック、アクリ
ル、紙などの各種材質の粗面でも、また粗面の測定面が
傾斜していても、測定可能であることは、測定試験によ
って確かめられている。
定装置によれば、レーザ光の光路のほとんどを光ファイ
バ及び光ファイバカプラによって構成したため、測定環
境の影響を受け難く大きな変位を高精度、高分解能で測
定することができ、かつ装置をコンパクトにすることが
できる。また、測定面の移動によるドップラ周波数偏移
を利用しているため、移動中の測定物の変位をリアルタ
イムで測定することができる。更に、従来は測定面に反
射鏡を設けるのが一般的であるが、本発明によれば、測
定物は反射鏡に限らず、金属、プラスチック、アクリ
ル、紙などの各種材質の粗面でも、また粗面の測定面が
傾斜していても、測定可能であることは、測定試験によ
って確かめられている。
【００３７】更にまた、特願平４−２１１４３０号明細
書に記載の装置と比べて、応答速度の制限要因の一つで
ある割算器が省略されているため、測定の高速化を図る
ことができる。
書に記載の装置と比べて、応答速度の制限要因の一つで
ある割算器が省略されているため、測定の高速化を図る
ことができる。
【図１】図１は本発明に係る変位測定装置の一実施例を
示すブロック図である。
示すブロック図である。
【図２】図２（Ａ）〜（Ｈ）は鋸歯状波の変調電流を用
いた場合のそれぞれ図１の各部から出力される信号波形
図である。
いた場合のそれぞれ図１の各部から出力される信号波形
図である。
【図３】図３（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ半導体レーザに
入力される鋸歯状波の変調電流、該変調電流によって生
じた半導体レーザの発振角周波数及び発光強度を示す波
形図である。
入力される鋸歯状波の変調電流、該変調電流によって生
じた半導体レーザの発振角周波数及び発光強度を示す波
形図である。
【図４】図４は鋸歯状波の変調電流を用いた場合の物体
光と参照光の発振角周波数と発光強度変化を示す波形図
である。
光と参照光の発振角周波数と発光強度変化を示す波形図
である。
【図５】図５は本発明の他の実施例を示す要部概略図で
ある。
ある。
１０…鋸歯状波又は三角波発生器 １２…半導体レーザ １３…温度コントローラ １３Ａ…加熱及び／又は冷却素子 １３Ｂ…温度センサ １４…コリメータレンズ １６…対物レンズ １８…光ファイバカプラ ２１、２２、２３、２５…光ファイバ ２５Ａ、２５Ｂ、２６…セルフォックレンズ ２７…測定物 ３０…ホトダイオード ３４…バンドパスフィルタ ３６、３８…波形整形器 ４０、４２…周波数逓倍回路 ４３…ゲート回路 ４４…アップダウンカウンタ
フロントページの続き (72)発明者 デン セン 中華人民共和国、北京、ハイディアン・デ ィストリクト （番地なし） チィングホ ォア大学内 (72)発明者 章 恩耀 中華人民共和国、北京、ハイディアン・デ ィストリクト （番地なし） チィングホ ォア大学内 (72)発明者 唐 東雷 東京都三鷹市下連雀９丁目７番１号 株式 会社 東京精密内 (72)発明者 下河辺 明 東京都町田市小川１丁目20番17号 (72)発明者 赤羽 正大 東京都三鷹市下連雀９丁目７番１号 株式 会社 東京精密内 (72)発明者 酒井 謙児 東京都三鷹市下連雀９丁目７番１号 株式 会社 東京精密内
Claims (3)
- 【請求項１】 半導体レーザと、 該半導体レーザに所定の周期Ｔs （周波数ｆs ）の鋸歯
状波又は三角波変調電流を入力する鋸歯状波又は三角波
発生手段と、 第１、第２及び第３の光ファイバと、 前記半導体レーザから発振されたレーザ光を前記第１の
光ファイバの先端に導く第１のレンズと、 前記第１、第２及び第３の光ファイバの後端同士を光学
的に結合する光ファイバカプラであって、前記第１の光
ファイバを通過した光を前記第２の光ファイバに導くと
ともに第２の光ファイバを介して戻ってくる光を前記第
３の光ファイバに導く光ファイバカプラと、 前記第２の光ファイバの先端に配設され、光の一部を出
射端面で反射させるとともに残りは透過させ略平行光又
は集光して測定面を照射させる第２のレンズと、 前記第３の光ファイバの先端に配設され、該第３の光フ
ァイバを介して入射する光を光電変換する光電変換素子
と、 前記光電変換素子の出力から前記鋸歯状波又は三角波の
周波数ｆs のｎ倍の周波数ｎｆs を中心周波数とする所
定のバンド幅の周波数成分を取り出すバンドパスフィル
タと、 前記バンドパスフィルタの出力波形の周波数をｍ倍にし
た周波数のパルス信号を出力する第１のパルス出力手段
と、 前記鋸歯状波又は三角波発生手段から出力される鋸歯状
波又は三角波変調電流の周期Ｔs に同期して、前記周波
数ｎｆs と同一周波数をｍ倍にした周波数のパルス信号
を出力する第２のパルス出力手段と、 前記第１及び第２のパルス出力手段からそれぞれ出力さ
れるパルス信号における前記第２のレンズと測定面との
相対移動に伴って発生する周波数の差を積算するカウン
タと、 を備えたことを特徴とする変位測定装置。 - 【請求項２】 前記鋸歯状波又は三角波発生手段は、バ
イアス電流に対して変調幅が小さい鋸歯状波又は三角波
変調電流を発生することを特徴とする請求項１の変位測
定装置。 - 【請求項３】 前記第２のレンズと測定面との間に、前
記第２のレンズと測定面との光路差を大きくするための
オフセット設定用光ファイバを設けたことを特徴とする
請求項１又は２の変位測定装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29605792A JPH0816602B2 (ja) | 1992-11-05 | 1992-11-05 | 変位測定装置 |
| US07/989,640 US5402230A (en) | 1991-12-16 | 1992-12-11 | Heterodyne interferometric optical fiber displacement sensor for measuring displacement of an object |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29605792A JPH0816602B2 (ja) | 1992-11-05 | 1992-11-05 | 変位測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07174511A true JPH07174511A (ja) | 1995-07-14 |
| JPH0816602B2 JPH0816602B2 (ja) | 1996-02-21 |
Family
ID=17828549
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29605792A Expired - Lifetime JPH0816602B2 (ja) | 1991-12-16 | 1992-11-05 | 変位測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0816602B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004294449A (ja) * | 2001-04-20 | 2004-10-21 | Krohne Messtech Gmbh & Co Kg | レーダー原理に基づいて電磁波によって距離測定するための距離測定機器 |
| JP2009524064A (ja) * | 2006-01-23 | 2009-06-25 | ザイゴ コーポレーション | 物体をモニタする干渉計システム |
-
1992
- 1992-11-05 JP JP29605792A patent/JPH0816602B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004294449A (ja) * | 2001-04-20 | 2004-10-21 | Krohne Messtech Gmbh & Co Kg | レーダー原理に基づいて電磁波によって距離測定するための距離測定機器 |
| JP2009524064A (ja) * | 2006-01-23 | 2009-06-25 | ザイゴ コーポレーション | 物体をモニタする干渉計システム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0816602B2 (ja) | 1996-02-21 |
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