JPS63135809A - 測長器用レ−ザ光源 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レーザ光の干渉を利用して、波長を単位とし
た高精度、高分解能の測長を行なうようにした測長器に
使泪されるレーザ光源に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、光の干渉を利用した高精度の測長器としては、干
渉縞の変位に応じて得られるパルス信号を積算カウント
して、１！ｌ定対象面の移動量を求めるようにしたイン
クリメンタル形のものが実眉化されている。また、１！
Ｉ定光路内を往復するレーザ光の波長と位相遅れ量との
関係から測定対象面までの距離を内挿して求めるように
したアブソリュート形のものなども提案されている。

１１５図は従来のレーザ光源を使眉した測長器の一例を
示す構成図である。図に示す測長器は、上記のインクリ
メンタル形に属するものである１図において、１は一定
周波数のレーザ光を発生するレーザ光源、　Ｈ＆ｌＲＩ
はハーフミラ−１ＣＣｌ　、　ＣＣ２はキューブコーナ
、ＦＤ＋はフォトディテクタ、２はフォトディテクタＰ
ＤＩ　における出力の変動をカウントするカウンタ、３
はカウンタ２の計数値と測定に使用した光の波長との関
係から、キューブコーナＣＣ＋までの距離を求める演算
回路、４は測定光路中における空気の温度や気圧等を検
出するエアセンサである。ここで、キューブコーナＣＣ
＋は測長動作に応じて移動する測長側のキューブコーナ
、キューブコーナＣＣ２は一定の距離に固定された基準
側のキューブコーナであり、これらのキューブコーナＣ
Ｃ＋　、　ＣＣ！およびハーフミラ−ＨＭＲｌはマイケ
ルソンの干渉光学系を構成している。

このように構成された測長器においては、フォトディテ
クタＰＤＩの位置に干渉縞が形成されており、レーザ光
の波長λに対して、キューブコーナＣＣＩ　がλ／２だ
け移動する毎に、フォトディテクタＰＤＩ上の干渉縞が
明暗を繰り返す、したがって、フォトディテクタＰｉｌ
ｌ　における出力の変化をカウントすれば、キューブコ
ーナＣＣ＋の移動距離を知ることができる。

さて、マイケルソンの干渉光学系を使用すると、上記の
ようにして、キューブコーナＣＣ＋の移動距離を高い分
解能で測定することができるが、この時の測定精度は、
レーザ光の波長の精度および安定度に大きく左右される
。一般に、波長λはレーザ光源１の発振周波数によって
決まるものであるが、レーザ光を伝達する媒体（空気）
の屈折率が変化すると１発振周波数が一定であっても、
波長λが変化してしまう、そこで、図の測長器において
は、測定光路中の空気の温度および気圧等をエアセンサ
４を使用して検出し、そこから求められる空気の屈折率
に応じて測長データを補正して。

高精度の測長出力を得ている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記のような測長器では、一定周波数の
レーザ光を発生するレーザ光源１を使用しているので、
測定光路中の媒体の屈折率が変化した場合には、波長が
変化してしまい、この屈折率の変化に応じて測長データ
を補正するためには、多数のセンサと複雑な補正回路と
を必要としてしまう。

本発明は、上記のような従来装置の欠点をなくし、測定
光路中の媒体の屈折率が変化した場合にも、常に一定波
長のレーザ光を発生して、測長データの補正を不要とす
ることのできる測長器用レーザ光源を簡単な構成により
実現することを目的としたものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の測長器用レーザ光源は、半導体レーザの如きレ
ーザ発振素子と、帰還信号に応じてこのレーザ発振素子
を任意の発振周波数で発振させる駆動回路と、測長器に
おける測定光路の近傍に配置され所定の波長成分のレー
ザ光を選択的に出力する波長選択素子と、この波長選択
素子に前記レーザ発振素子の出力レーザ光の一部を導く
光学系と、前記波長選択素子を介して出力されたレーザ
光の強度を検出するフォトディテクタと、このフォトデ
ィテクタの出力を帰還信号として前記駆動回路に帰還す
る帰還回路とを具備するようにしたものである。

〔作　用〕

このように、レーザ発振素子から出力されたレーザ光の
一部を波長選択素子を介して帰還すると。

レーザ光の波長が波長選択素子の特性により定まる一定
値となるように、レーザ発振素子の発振周波数が制御さ
れることになる。また、この時、波長選択素子を測長器
における測定光路の近傍に配置すると、波長選択素子に
より選択された波長はすでに測定光路中の媒体の屈折率
の影響を受けたものとなるので、測定に使用されるレー
ザ光の波長は媒体の屈折率にかかわらず、常に一定の値
となる。したがって、１１定光路中の媒体の屈折率が変
化した場合にも、レーザ光の波長は一定に保たれるので
、従来装置の如き複雑な補正手段を使用することなく、
高精度、高分解能の測長器を実現することができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の測長器用レーザ光源の−実施例を示す
構成図である０図において、前記第５図と同様のものは
同一符号を付して示す。ＬＤは例えば半導体レーザなど
よりなるレーザ発振素子、ＨＭＨ２，）１ＭＲ３はハー
フミラ−、ＦＤ！　、　ＰＯ２はフォトディテクタ、５
はレーザ発振素子ＬＤを任意の発振周波数で発振させる
駆動回路、６は例えばエタロンよりなり、所定の波長成
分のレーザ光を選択的に出力する波長選択素子、７は割
算器、８は差動増幅器である。ハーフミラ−ＨＭＨ，Ｈ
ＭＨ３はレーザ発振素子ＬＤから出射されたレーザ光の
一部をフォトディテクタＦＤ！および波長選択素子６に
導く光学系を構成している。また、波長選択素子６を介
して出力されたレーザ光はフォトディテクタＰＤ３に入
射している。そして、フォトディテクタＰＤ２　。

ＰＯ２の出力は割算器７に入力され、差動増幅器８で基
準電圧Ｅｃと比較された後、駆動回路５に帰還される。

さらに、波長選択素子６は測長器における測定光路の近
傍に配置されている。

このように構成された測長器用レーザ光源においては、
レーザ発振素子ＬＤから出射されたレーザ光のうちの特
定波長成分のみが波長選択素子６を介してフォトディテ
クタＰＤ３に入射し、駆動回路５に帰還されているので
、駆動回路５は波長選択素子６に入射するレーザ光の波
長が波長選択素子６の特性により定まる一定波長となる
ように、レーザ発振素子ＬＤの発振周波数を制御するこ
とになる。なお、発振周波数の制御はレーザ発振素子Ｌ
Ｄの注入電流のコントロールで行なっているので、発振
周波数とともに光出力も同時に変動してしまうことにな
る。そこで、光出力と無関係に波長選択素子６の特性曲
線上の同一位置に常に波長を安定化するために、フォト
ディテクタＰＤ３の出力をフォトディテクタＰＤ２の出
力で割算している。

また、波長選択素子６は測長器における測定光路の近傍
に配置されているので、波長選択素子６に入射するレー
ザ光の波長は媒体（空気）の屈折率の影響をすでに受け
たものとなり、この波長を所定の値に制御すれば、実際
に測長に使用する波長もこれと等しくなる。したがって
、測定光路中の媒体の屈折率が変化した場合にも、これ
に応じてレーザ光の波長が一定に保たれるので、複雑な
補正手段を使用することなく、高精度、高分解能の測長
器を実現することができる。

第２図は本発明の測長器用レーザ光源に使用される波長
選択素子６の具体例を示す構成図である。

図に示す波長選択素子６はエタロンにより構成されたも
のである。図において、Ｇ１は対向して配置されたミラ
ー、６２はこのミラー１１を一定の間隔に保持するスペ
ーサ、Ｇ３はこのスペーサ６２の一部に設けられた窓部
である。一般に、エタロンはｊＩａ図の如き透過特性を
有しており、ミラー６１の間隔ｄを基にして、その整数
分の−の波長に対して大きな透過率を示している。図に
おいて、ｄはミラー６１の間隔、ｎはミラーｓ１間を満
たしている媒体の屈折率１ｍは整数である。このように
、エタロンにおいては、ミラー１１の間隔ｄが透過波長
の安定性を大きく左右している。このため、スペーサ！
２には溶融石英の如き熱膨脹係数の小さい材料が使用さ
れ、温度変化に対する安定性が高く保たれている。また
、スペーサ６２の内部には窓部６３を介して測長器にお
ける測定光路中の媒体が自由に出入りすることができ、
屈折率の状態が測定光路中と等しく保たれている。

したがって、このようなエタロン（波長選択素子６）を
透過したレーザ光の光強度なレーザ発振素子ＬＤの駆動
回路５に帰還すると、レーザ光の波長をエタロンの特性
により定まる一定値に維持するように、レーザ発振素子
ＬＤの発振周波数を制御することができ、測定光路中の
媒体の屈折率が変化した場合にも、レーザ光の波長を常
に一定に維持することができる。

第４図は本発明の測長器用レーザ光源の他の応用例を示
す構成図で、３次元形状測定装置の光源部分に使用した
場合を例示したものである。図において、前記Ｗｉ２図
と同様のものは同一符号を付しテ示す、　）ＩＭＩ、　
ＩＭＩ５はハーフミラ−１ｌＩＰＳＩ、　ＨＰＳ２はビ
ームスプリッタ、Ｍｆｆｉはミラー、Ｐｌはλ／４板、
Ｐｌはλ／２板、Ｐ３は偏光板、９は被測定物体、１０
はレーザ光を収束させ、被測定物体９の表面に焦点を結
ばせるレンズ、１１はレンズ１０による合焦状態を検出
し、レンズ！Ｏの位置を制御するフォーカスサーボ回路
、１２は前記した第５図の測長器と同様の原理により被
測定物体９までの距離を測定する副長部である。このよ
うな３次元形状測定装置においては、被測定物体９を移
動させて測定点を走査するとともに、この時の被測定物
体９までの距離を求め、被測定物体９の表面形状を知る
ようにしたものである。このように、３次元形状測定装
置においても、レーザ光の波長の安定性が測定精度を大
きく左右している。

したがって、このような３次元形状測定装置の光源部に
本発明の測長器用レーザ光源を使用すれば、測定光路中
の媒体（空気）の屈折率が変化した場合にも、レーザ光
の波長は一定に保たれるので、複雑な補正手段を使用す
ることなく、高精度。

高分解能の３次元形状測定装置を実現することができる
。

なお、上記の説明においては、波長選択素子６の具体例
としてエタロンを示したが、波長選択素子６はこれに限
られるものではなく、レーザ光の波長に応じて透過率な
どが変化するものであれば、波長選択素子６として使用
することができる。例えば、波長に応じて回折角が変化
する回折格子を使用し、回折角に応じてフォトディテク
タへの入射光量が変化するようにすれば、波長に応じた
帰還量を得ることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の測長器用レーザ光源では
、半導体レーザの如きレーザ発振素子と、帰還信号に応
じてこのレーザ発振素子を任意の発振周波数で発振させ
る駆動回路と、測長器における測定光路の近傍に配置さ
れ所定の波長成分のレーザ光を選択的に出力する波長選
択素子と、この波長選択素子に前記レーザ発振素子の出
力レーザ光の一部を導く光学系と、前記波長選択素子を
介して出力されたレーザ光の強度を検出するフォトディ
テクタと、このフォトディテクタの出力を帰還信号とし
て前記駆動回路に帰還する帰還回路とを具備するように
しているので、測長器における測定光路中の媒体の屈折
率にかかわらず、レーザ光の波長が波長選択素子の特性
により定まる一定値となるように、レーザ発振素子の発
振周波数を制御することができ、測定光路中の媒体の屈
折率が変化した場合にも、常に一定波長のレーザ光を発
生して、測長データの補正を不要とすることのできる測
長器用レーザ光源を簡単な構成により実現することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の測長器用レーザ光源の一実施
例を示す構成図、第４図は本発明の測長器用レーザ光源
の他の応用例を示す構成図、第５図は従来のレーザ光源
を使用した測長器の一例を示す構成図である。 １・・・・・・レーザ光源、２・・・・・・カウンタ、
３・・・・・・演算回路、４・・・・・・エアセンサ、
５・・・・・・駆動回路、６・・・・・・波長選択素子
、７・・・・・・割算器、８・・・・・・差動増幅器、
ＬＤ・・・・・・レーザ発振素子、ＨＭＲＩ〜ＨＭ２ト
・・・・・ハーフミラ−１ＰＤｌ〜ＰＤ３・・・・・・
フォトディテクタ。 ＣＣＩ、　ＣＯ２・・・・・・キューブコーナ。 第　　１　図 第２図 第３図 透 第　４　図 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体レーザの如きレーザ発振素子と、帰還信号
   に応じてのレーザ発振素子を任意の発振周波数で発振さ
   せる駆動回路と、測長器における測定光路の近傍に配置
   され所定波長のレーザ光を選択的に出力する波長選択素
   子と、この波長選択素子に前記レーザ発振素子の出力レ
   ーザ光の一部を導く光学系と、前記波長選択素子を介し
   て出力されたレーザ光の強度を検出するフォトディテク
   タと、このフォトディテクタの出力を帰還信号として前
   記駆動回路に帰還する帰還回路とを具備してなる測長器
   用レーザ光源。
2. （２）前記波長選択素子は、熱膨脹係数の小さいスペー
   サを有するエタロンよりなり、このスペーサの一部に測
   長器の測定光路中の媒体が自由に出入りすることのでき
   る窓部を設けてなる前記特許請求の範囲第１項記載の測
   長器用レーザ光源。