JPS6183911A - 光学式変位測定装置 - Google Patents
光学式変位測定装置Info
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- JPS6183911A JPS6183911A JP20585384A JP20585384A JPS6183911A JP S6183911 A JPS6183911 A JP S6183911A JP 20585384 A JP20585384 A JP 20585384A JP 20585384 A JP20585384 A JP 20585384A JP S6183911 A JPS6183911 A JP S6183911A
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Classifications
-
- 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
- G01D5/00—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
- 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
- G01D5/32—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 with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—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 with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/36—Forming the light into pulses
- G01D5/38—Forming the light into pulses by diffraction gratings
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optical Transform (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔ｐｒ梨上の＋り用分野〕
木兄明は、元の干＃を利用してスケールの移動を検出す
るようにした光学式変位測定装置に関し％に光源として
マルチモード半専体レーザを用いた６１１ｊ定装置に関
１゛るものである。
るようにした光学式変位測定装置に関し％に光源として
マルチモード半専体レーザを用いた６１１ｊ定装置に関
１゛るものである。
移動する回折格子をスクールとして用い回折光を干渉さ
せて回折格子の位置変化（移動距な）を検出するように
した光学式変位６１１１定装置において、本質的に光源
の波長変化を許容して使用し得るタイプのものとして実
公昭５７−８１５１０号又は待開昭５８−１９１９０７
号に示されるようにプラスとマイナスの同次回折光どう
しの干渉を利用して移動検出を行なうようにしたものや
、特願陥詔−２０５９５６号に示されるように１次回折
元どうしの干渉７＋ＩＪ用して移動検出ケ行なうように
したものか知られている。
せて回折格子の位置変化（移動距な）を検出するように
した光学式変位６１１１定装置において、本質的に光源
の波長変化を許容して使用し得るタイプのものとして実
公昭５７−８１５１０号又は待開昭５８−１９１９０７
号に示されるようにプラスとマイナスの同次回折光どう
しの干渉を利用して移動検出を行なうようにしたものや
、特願陥詔−２０５９５６号に示されるように１次回折
元どうしの干渉７＋ＩＪ用して移動検出ケ行なうように
したものか知られている。
これらの従来の光学式変位測定装置はいずれもが、その
光学系は元首の許容範囲内の波長変化に対して＋ぴ計が
（ずれる等の影響を受けないように工夫されているため
に、光源としては牛導体レーザ等のように波長な定性に
は欠けるがコンパクトで安価なものを使用することがで
さる利点を有している。
光学系は元首の許容範囲内の波長変化に対して＋ぴ計が
（ずれる等の影響を受けないように工夫されているため
に、光源としては牛導体レーザ等のように波長な定性に
は欠けるがコンパクトで安価なものを使用することがで
さる利点を有している。
しかしながらその反面この光学系においては所望の特性
を発揮させるためには、その干渉計のビームスグリツタ
もしくは回折格子によって分岐され再び回折されて干渉
されるまでの２つのビームの光路長は、必ず等しく変化
するように調整される必要がある。この理由は、光路長
に差が生じたとすると弦長変化によって測定子ぺさ回折
格子の移動による位相変化と同様に干渉信号にも位相変
化が生じ、これにより測定誤差を引さ起こ丁ためである
。
を発揮させるためには、その干渉計のビームスグリツタ
もしくは回折格子によって分岐され再び回折されて干渉
されるまでの２つのビームの光路長は、必ず等しく変化
するように調整される必要がある。この理由は、光路長
に差が生じたとすると弦長変化によって測定子ぺさ回折
格子の移動による位相変化と同様に干渉信号にも位相変
化が生じ、これにより測定誤差を引さ起こ丁ためである
。
このような弊害を避けるための上記２つのビームの光ｋ
”６長のＷ・り整の梢度は、許容丁ぺぎ波長変化と必要
とされる積度および一干渉伯号の周期が対応する回折格
子の移動量によって決定され、−概には占えないが、牛
導体レーザに温度補償を施こさずに使用する場合におい
ては例えば数１０μｍ〜数１００μｍ以内に収めなけれ
ばならない。
”６長のＷ・り整の梢度は、許容丁ぺぎ波長変化と必要
とされる積度および一干渉伯号の周期が対応する回折格
子の移動量によって決定され、−概には占えないが、牛
導体レーザに温度補償を施こさずに使用する場合におい
ては例えば数１０μｍ〜数１００μｍ以内に収めなけれ
ばならない。
そのためには非常に精確な光学系支持体あるいは位置決
め治具が必要とされていたか、前者は高価となりまた後
者においては調整作業に積重さか較氷されネジ等のゆる
みによって光学系に支障か生じて測定誤差の原因となる
間趙が生じていた。
め治具が必要とされていたか、前者は高価となりまた後
者においては調整作業に積重さか較氷されネジ等のゆる
みによって光学系に支障か生じて測定誤差の原因となる
間趙が生じていた。
さらに従来のように単一モードなどの干渉性の良い光源
を使用している場合には光学部品の端面等からの不必要
な反射光の１畳によって干渉信号に６ｚ相ずれが生じる
おそれがあるため、光学部品に１（６１［１１１な無反
射コーティングを施こ丁必要があった。
を使用している場合には光学部品の端面等からの不必要
な反射光の１畳によって干渉信号に６ｚ相ずれが生じる
おそれがあるため、光学部品に１（６１［１１１な無反
射コーティングを施こ丁必要があった。
またこれらの対策にも拘わらず両整偕度を一定ｉ１＋＋
＞、囲に収めるのは困難であった。
＞、囲に収めるのは困難であった。
本発明は上記問題点に対処してなされたもので、２つの
ビームの光路長の差を検出することにより特別に（ｈ密
な部材や作業を要することな（光路長の調整を行なうよ
うにして従来欠点を除去するようにし又必要な元ビーム
の間の干渉を選択的に行わせしめた光学式変位測定装置
を提供することを目的とするものである。
ビームの光路長の差を検出することにより特別に（ｈ密
な部材や作業を要することな（光路長の調整を行なうよ
うにして従来欠点を除去するようにし又必要な元ビーム
の間の干渉を選択的に行わせしめた光学式変位測定装置
を提供することを目的とするものである。
このような目的を達成するために本発明は、適当な干渉
性？有するマルチモード半佛体レーザを元源として夏用
する。
性？有するマルチモード半佛体レーザを元源として夏用
する。
以下図面を参照して本発明実施例を説明する。
第１図は本発明実施例による光学式変位測定装置を示す
４７４成図で、■はマルチモード半轡体レーザから成る
光源、２は元ビームを２分するためのビームスグリツタ
、３はスケールとして使用されλ る回折格子、４．７．１３は ７４仮、５．６は一対の
ミラー、８はハーフミラ−１９，１２は偏向板、１０、
ＩＪはフォトディテクタである。
４７４成図で、■はマルチモード半轡体レーザから成る
光源、２は元ビームを２分するためのビームスグリツタ
、３はスケールとして使用されλ る回折格子、４．７．１３は ７４仮、５．６は一対の
ミラー、８はハーフミラ−１９，１２は偏向板、１０、
ＩＪはフォトディテクタである。
以上のｌ＋４）戎にオ６（・て、上記マルチモード牛導
体レーザ１から出射された元はビームスグリツタ２に入
射されＡで回折格子３のＢ、 Ｃに向かう元に２分さ
れる。回折格子３に入射された各党ビームをよ回折され
て、λ１４仮４，７を介してミラー５゜６に入射され、
各々はり、Ｅで反射されて再び回（〕［格子３に入射さ
れる。貴び回折格子３で回折された各ビームはビームス
グリツタ２に戻り、ここで干渉されり後ハーフミラ−８
を介してフォトディテクタ１０． ＩＩに入射されて、
その干渉強度か検出されてスケールとして用いられてい
る回折格子３の変位１１１１雉が行わ′れる。
体レーザ１から出射された元はビームスグリツタ２に入
射されＡで回折格子３のＢ、 Ｃに向かう元に２分さ
れる。回折格子３に入射された各党ビームをよ回折され
て、λ１４仮４，７を介してミラー５゜６に入射され、
各々はり、Ｅで反射されて再び回（〕［格子３に入射さ
れる。貴び回折格子３で回折された各ビームはビームス
グリツタ２に戻り、ここで干渉されり後ハーフミラ−８
を介してフォトディテクタ１０． ＩＩに入射されて、
その干渉強度か検出されてスケールとして用いられてい
る回折格子３の変位１１１１雉が行わ′れる。
一般に干渉計における干渉縞のビジビリティは元凶の干
渉性と、干渉する２つのビームの光路長の九とによって
決定され、ンングルモード発伽を行なっているレーザ等
の干渉性の良い元凶においては光路長の差が大ぎくとも
ビジビリティが失われることはない。これに対して干渉
性の悪い元凶ｖＣｉ６いては光路長の差の変化によって
干渉縞のビジビリティは変化することか知られている。
渉性と、干渉する２つのビームの光路長の九とによって
決定され、ンングルモード発伽を行なっているレーザ等
の干渉性の良い元凶においては光路長の差が大ぎくとも
ビジビリティが失われることはない。これに対して干渉
性の悪い元凶ｖＣｉ６いては光路長の差の変化によって
干渉縞のビジビリティは変化することか知られている。
本発明においてはこの原理を光学式変位Ｑｔｌｌ ５ｚ
装飯に適用してなされたものである。
装飯に適用してなされたものである。
第１図において、ヤルチモード半尋体レーザｌの改長の
変動に因る誤差を生じさせないためにをま、ビームスプ
リッタ２で２分された元ビームの経路Ａ→Ｂ→Ｄと経路
Ａ→Ｃ→Ｅとは等しく調整されねばならない。ここでそ
の調整の精度はこの光学系が用いられる環境の温度条件
に依存するカー、市販の半導体レーザに列をとると温度
変化に対して０．３ｎｍ／Ｃ程度の欧長変劫府性を有し
、一応温度幅ケ±１０Ｃ，波長Ｙ７８０ｎｍとするとこ
の光学系の賜金回折格子の格子ピッチはおよそ０．５５
μｍとなる。
変動に因る誤差を生じさせないためにをま、ビームスプ
リッタ２で２分された元ビームの経路Ａ→Ｂ→Ｄと経路
Ａ→Ｃ→Ｅとは等しく調整されねばならない。ここでそ
の調整の精度はこの光学系が用いられる環境の温度条件
に依存するカー、市販の半導体レーザに列をとると温度
変化に対して０．３ｎｍ／Ｃ程度の欧長変劫府性を有し
、一応温度幅ケ±１０Ｃ，波長Ｙ７８０ｎｍとするとこ
の光学系の賜金回折格子の格子ピッチはおよそ０．５５
μｍとなる。
また心安な精度ンＱ、 １μｍとすると、光路長のｈΔ
ｌは、 を肩足するような値に収められる心安がある。なおここ
で λ：ｉ諒の波長 Ｐ：格子ピッチ である。
ｌは、 を肩足するような値に収められる心安がある。なおここ
で λ：ｉ諒の波長 Ｐ：格子ピッチ である。
この場合Δｌの許容値は７０μｍ程度となる。
これをモニタするためには、この程度のΔｌのずれケ棟
出できしかもあまりにΔ１（ｒ）値に対し敏感でも扱い
にくいので、この値以下のΔノに対してはビジビリティ
のあまり変化しない適当な干渉ｔ′Ｉ：を・１する光源
を使用する必賛がある。
出できしかもあまりにΔ１（ｒ）値に対し敏感でも扱い
にくいので、この値以下のΔノに対してはビジビリティ
のあまり変化しない適当な干渉ｔ′Ｉ：を・１する光源
を使用する必賛がある。
本発明のように適当なマルチモードの半導体レーザな用
℃・た場合はこの条ｌＩ！Ｉ：を満足し、過当なΔｌの
変化に対する変調率の変化χ得ることかできる。１なわ
ち光路長の々の変化を干渉ｇ号の変ａｌ？ｄ率の変化と
して検出することができる。
℃・た場合はこの条ｌＩ！Ｉ：を満足し、過当なΔｌの
変化に対する変調率の変化χ得ることかできる。１なわ
ち光路長の々の変化を干渉ｇ号の変ａｌ？ｄ率の変化と
して検出することができる。
第２図は第１図の栴成において、実験的に求められた光
路長の差Δｌと干渉信号の４ｂ幅の変化との関係馨示す
ものである。
路長の差Δｌと干渉信号の４ｂ幅の変化との関係馨示す
ものである。
第２図から明らかなようにかなり精度良く光路長の調整
を行なうことができることか接解される。
を行なうことができることか接解される。
積置の低い光学系においてを了上記マルチモード牛専体
レーザに比較して発振モード数の少ないマルチモードを
便用丁れは良く、第２図のヅ」に比べてゆるやかな特性
が得られる。またシングルモードのレーザを便用する場
合においても、光学系の調整を行なう際のみマルチモー
ドレーザを取り付け、調整後レーザｙａ装置き換えるよ
うにしても良い。
レーザに比較して発振モード数の少ないマルチモードを
便用丁れは良く、第２図のヅ」に比べてゆるやかな特性
が得られる。またシングルモードのレーザを便用する場
合においても、光学系の調整を行なう際のみマルチモー
ドレーザを取り付け、調整後レーザｙａ装置き換えるよ
うにしても良い。
しかしなからマルチモード半導体レーザ乞使用している
場合にはｖ４整後何らかの理由で光路長の光か釦生じた
場合に、出力信号の低下として表れ検出するごとができ
ろので、波長変動に因る誤差か発生しているのに気すか
ずに使用してしまう事ケ避けることかできる。またΔｌ
の小さなビーム曲の干渉のみが迅択的に検出される事か
ら、各光字部品の９．−面から反射されろ不要光の干渉
によつ、て干渉１ｄ号か変動する事がＪ１！けられるの
で精度を同上させることかできる。さらに光学部品に対
する燕反射コーティングを省略することか可能なので、
安価な光学部品の提供も可能となる。さらにまＴこンン
グルモード牛専体レーザ使用時に比べＳ／Ｎ比を改善す
ることも可能となる。
場合にはｖ４整後何らかの理由で光路長の光か釦生じた
場合に、出力信号の低下として表れ検出するごとができ
ろので、波長変動に因る誤差か発生しているのに気すか
ずに使用してしまう事ケ避けることかできる。またΔｌ
の小さなビーム曲の干渉のみが迅択的に検出される事か
ら、各光字部品の９．−面から反射されろ不要光の干渉
によつ、て干渉１ｄ号か変動する事がＪ１！けられるの
で精度を同上させることかできる。さらに光学部品に対
する燕反射コーティングを省略することか可能なので、
安価な光学部品の提供も可能となる。さらにまＴこンン
グルモード牛専体レーザ使用時に比べＳ／Ｎ比を改善す
ることも可能となる。
以上説明して明らかなように本発明によれば、移動する
回折格子をスケールとし回折光の干渉信号により回折格
子の移動量を求める光学式変位測定装置において、光源
としてマルチモードの半導体レーザを用いるように構成
したものであるから次のような効果が得られる。
回折格子をスケールとし回折光の干渉信号により回折格
子の移動量を求める光学式変位測定装置において、光源
としてマルチモードの半導体レーザを用いるように構成
したものであるから次のような効果が得られる。
■、 光路長の差が検出できるので光路長のＪ４瞥かｈ
７ Ｌ’ＪＩ良く容易に行なうことかできる。
７ Ｌ’ＪＩ良く容易に行なうことかできる。
２、 調整状態のモニタかでざるので波長変動に基づく
誤差が出ている事を知らずに測定を行なうようなａ ＆
１ ｍけられる。
誤差が出ている事を知らずに測定を行なうようなａ ＆
１ ｍけられる。
３、不快光によって干渉信号か変動するの？防止するこ
とかでさる。
とかでさる。
第１図は本〉ら明実施り１］を示す結成図、第２図は不
発！ｉｌｌゲを況明するだめの特性図である。 ■・・・１ルチモ一ド牛→体レーザ、２・・・ビームス
プリッタ、３・・・回折格子、 １０．１１・・・フォ
トディテクタ。 代坤人 弁坤士 永 １）武 三 部 ′第１図 第２図 を路灸のＭ Ｉ！１１（戸）− 手続補正書 昭和一年１１ 月１２日 昭和５９年符許ＩＩＭ 第２０５８５３号２ 発明の
名称 光字式変位測定装置 ３、 補正をする者 事件との関係 籍軒出−人 住所 名 称 ソニー１グネスケール株式会社４、代理人〒１
０５ 住 所 東京都港区芝３丁目２番１４号芝三丁目ビル
本矧明細壱第７頁第１５行ン下記の通り補正する。
発！ｉｌｌゲを況明するだめの特性図である。 ■・・・１ルチモ一ド牛→体レーザ、２・・・ビームス
プリッタ、３・・・回折格子、 １０．１１・・・フォ
トディテクタ。 代坤人 弁坤士 永 １）武 三 部 ′第１図 第２図 を路灸のＭ Ｉ！１１（戸）− 手続補正書 昭和一年１１ 月１２日 昭和５９年符許ＩＩＭ 第２０５８５３号２ 発明の
名称 光字式変位測定装置 ３、 補正をする者 事件との関係 籍軒出−人 住所 名 称 ソニー１グネスケール株式会社４、代理人〒１
０５ 住 所 東京都港区芝３丁目２番１４号芝三丁目ビル
本矧明細壱第７頁第１５行ン下記の通り補正する。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、スケールとして使用される移動する回折格子と光源
及び光検出器を有し、回折格子によつて回折された２つ
の回折光を干渉させる手段を持ち干渉信号の変化より回
折格子の変位量を検出する光学式変位測定装置において
光路長の等しい必要とする２つの光ビームの干渉を選択
的に行なわせるため光源として適当な干渉性を有するマ
ルチモードの半導体レーザを用いる事を特徴とした光学
式変位測定装置。 ２、干渉させる２つのビームの光路長の差を干渉縞の変
調率の変化として検出する事を特徴とした特許請求の範
囲第１項記載の光学式変位測定装置。 ３、第２項の干渉縞の変調率の変化をもとにして光路長
の調整を行う事を特徴とした特許請求の範囲第１項記載
の光学式変位測定装置。 ４、第２項の変調率の変化を監視する事により干渉すべ
き２つのビームの光路長の差の変化を監視する事を特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の光学式変位測定装置
。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59205853A JPH0781884B2 (ja) | 1984-10-01 | 1984-10-01 | 光学式変位測定装置 |
| DE8484307484T DE3484649D1 (de) | 1983-11-04 | 1984-10-31 | Optisches instrument zur messung einer verschiebung. |
| EP88117622A EP0311144B1 (en) | 1983-11-04 | 1984-10-31 | Optical instrument for measuring displacement |
| EP84307484A EP0146244B2 (en) | 1983-11-04 | 1984-10-31 | Optical instrument for measuring displacement |
| DE88117622T DE3486178T2 (de) | 1983-11-04 | 1984-10-31 | Optisches Instrument zur Messung einer Verschiebung. |
| US06/668,097 US4676645A (en) | 1983-11-04 | 1984-11-05 | Optical instrument for measuring displacement |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59205853A JPH0781884B2 (ja) | 1984-10-01 | 1984-10-01 | 光学式変位測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6183911A true JPS6183911A (ja) | 1986-04-28 |
| JPH0781884B2 JPH0781884B2 (ja) | 1995-09-06 |
Family
ID=16513791
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59205853A Expired - Lifetime JPH0781884B2 (ja) | 1983-11-04 | 1984-10-01 | 光学式変位測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0781884B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02110319A (ja) * | 1988-10-19 | 1990-04-23 | Canon Inc | マルチモード半導体レーザを使用する干渉計測装置 |
| US5157621A (en) * | 1989-11-02 | 1992-10-20 | Sony Magnescale Inc. | Circuit and method for forming pulse train output in response to carry/borrow output of count pulse train |
| JPH0552540A (ja) * | 1991-02-08 | 1993-03-02 | Hughes Aircraft Co | 干渉計レーザ表面粗さ計 |
| EP1359389A2 (en) | 2002-04-26 | 2003-11-05 | Sony Precision Technology Inc. | Light-receiving/emitting composite unit, method for manufacturing the same, and displacement detection device |
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