JPH01158788A - レーザービーム制御装置 - 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］ この発明は、光計測などに用いられるレーザービームの
光量、波長の変動を防止するレーザービーム制御装置に
関する。

〔従来の技術〕

従来、非接触、高感度の測定を行なうため、レーザービ
ームを利用した光１ト測が種々の分野で行なわれている
。

ところで、レーザービーム全用いた光計前ｊは、原理」
二、その計側梢度も非常に高くなるはずであるが、実際
には、レーザービームを出力ｆるレーサー光源装置の環
境温度などの変化にもとつき、レーザービームの光量、
波長が容易に変動して計温時の干渉コントラストの変動
、ホログラフィ−のほけなどが生じ、計測８度があまり
高くならない。

そこで、従来は、レーザー光源装置の各部を熱膨張率の
小さな材料で形成したり、水冷、空冷によって光源装置
全体の環境温度全一定に保持することにより、レーザー
ビームの光量、波長の変動を防止することが行なわれて
いる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、前記従来のように熱膨張率の小さな材料を使
用してレーザー光源装置全形成する場合は、使用材料が
限定されるため、設計の自由度が制限されて軽量化、低
価格化などを図ることが困難になる問題点がある。

また、水冷、空冷によって光源装置全体の環境もに、軽
量化語よび低価格化が図れない問題点がある。

しかも、熱膨張率の小さな材料を使用して光源装置ｆ６
ｔｋ形成する場合、３よび水冷、空冷を行なう場合のい
ずれｖＣｓいても、槙境温反の大きな変化および急な変
化に対しては対応することができす、レーザービームの
光量、波長の安定化の精度’に４められない問題点があ
る。

この発明は、前記の各問題点に留意してなされたもので
ある。

［問題点全解決するための手段］ 前記各問題点を解決するための手段を、つぎに説明する
。

この発明は、レーザー光源装置からのレーザービームの
光路に格子■′に前記光路に直角にして設けられた回折
格子と、 前記回折格子の近傍に受光面を前記格子面に平行にして
設けられ、前記受光用」に前記回折格子の２次回折光が
入射され、入射光量に応じてレベル変化し受光位置を示
す検出信号を出力する光センサと、 前記検出信号のレベルが一定になるように前記光源装置
の光源電力全制動し、前記レーザービームの光量を一定
に制御する光量制御平膜と、前記検出信号から前記受光
位置全検出するとともに、前記受光位置が所定位置にな
るように前記光源装置のミラー間隔なとの共振条件を制
御し。

前記レーザービームの波長を制御する波長制御手段と、 前記回折格子および前記光センサが設けられた局部範囲
の温度を測定するとともに、測定結果にもとづく電子温
度制御によって前記局部範囲の温度を一定に制御する温
度制御手段と 全備えるという技術的手段を講じている。

［作用］ したがって、この発明によると、回折格子の２次回折光
が光センサで受光され、このとき、光センサの検出信号
のレベルがレーザービームの光量に比例して変化すると
ともに、回折格子、光センサの温度制御にもとづき、温
度による回折格子。

光センサの機械的変化の影響を受けることなく、前記検
出信号から検出される受光位置がレーザービームの波長
に比例して変化する。

そして、光センサの検出信号のレベルが一定になるよう
に光源装置の光源電力がフィードバック制御されてレー
ザービームの光量が一定に制御され、かつ、前記検出信
号から検出された受光位置が所定位置になるように光源
装置のミラー間隔などがフィードバック制御されてレー
ザービームの波長が制御」されるため、光源装置の各部
を熱膨張率の小さな材料で形成することなく、レーザー
ビームの光量、波長が一定に制御される。

また、回折格子２工び光センサが設けられた狭い範囲の
温友全′電子的に制御してレーザービームの光量、波長
が高精度に検出され、しかも、前述のフィードバック制
御により、レーザービームの光量、波長の広い範囲の変
動が迅速に補償される。

そのため、従来より小型、軽量かつ安価にレーザービー
ムの光量、波長が高い精度で安定化され、技術的課題が
解決される。

〔実施例〕

つき゛に、この発明を、その１実施例を示した第１図と
ともに詳細に説明する。

第１図において、（１）はレーザー光源装置であり、励
起用光源（２１，対向するハーフミラ−（３）１反射ミ
ラー＋４１．ｇよびミラー（４）の位置を可変してミラ
ー＋３１．１４１の間隔を゛制御する匡′亀素子（５）
ケ有し、ミラー（３）を通過したレーザービーム（６）
ヲ出射口（７）から放出する。

（８）は格子面がレーザービーム（６）の光路に直角に
なるようにレーザービーム（６）の光路に設けられた（
口）折格子であり、直進通過する１次回折光（９１，Ｅ
よび１次回折光（９１に対して角度θだけ異なる方向に
進む２次回光αｑを出力する。

（１１１は回折格子（８）の近傍に設けられた光センサ
であり、ＰＳＤと呼ばれる半導体装置検出素子または分
割型フォトダイオードセンサからなり、１次回折光（９
）の光軸方向に回折格子（８）の後側の格子面から距離
ノだけ離れた２次回折光（１０の光路に、受光面を回折
格子（８）の格子面に平行にして設置され、２次回指光
αＯが受光■にスポット状に入射され、後述の受光位置
の検出信号を出力する。

（１２）はセンサ（１１）の検出信号が入力される光量
制御回路であり、入力される検出信号のレベルが一定に
なるように、光源用電源（１３）から光源＋２１への供
給電力（′電流または電圧）全制御し、レーザービーム
（６）の光量ヲ一定に制御する。

（１３１はセンサ（１１）の検出信号が入力される波長
制御回路であり、入力さカーる検出信号から２次回折光
α０の受光位置を検出し、受光位置が一定位置になるよ
うに、圧電素子ドライブ回路（１５）から圧電素子（５
）への印加′電圧を制御してミラー＋３１　、　＋４１
の間隔全調整し、レーザービーム（６）の波長λ奮一定
に制御する。

（１６）は回折格子（８）、センサ（１１１が設けられ
た局部範囲の温度を測定する温度センサ、ｆ１７］はセ
ンサ（１６）の検出信号が入力される温度制御回路であ
り、センサ（１６１の検出信号のレベルが一定になるよ
うにペルチェ素子などからなる電子冷却素子（１８］へ
の供給電流を制御し、前記局部範囲の温度を一定に制御
する。

な８、回折格子（８）、センサＩ１１　、　（ｌ［ｉｌ
　、冷却素子（１８）などが非常に小型の素子からなる
とともに、距離ノＳよび１次回折光（９）の光軸からセ
ンサ（１１）の受光位置の中心までの距離ｙが非常に短
いため、実際には、回折格子（８）、センサｆｌ１１．
１１６１．冷却素子（１８）などがモジュール化されて
コンパクトにまとめられている。

また、制御回路ｔ１２１　、電源（１３１旧よび光源（
２１によって光量制御手段が形成され、制御回路（１４
１、ドライブ回路＋＋５＋、Ｅ電素子（５）によって波
長制御手段が形成され、かつ、センサ１１６）、制御回
路ｔ１７１．冷却素子ｆ１８１によって温度制御手段が
形成されている。

そして、光源（２１の光ヲミラー＋３１．　＋４１の光
共振器で増幅して光源装置（１）から出射されレーザー
ビーム（６）は、その波長λがミラー＋３１．　＋４１
の間隔などの共振条件によって定”ばるとともに、光量
が光源１２１の光量に応じて変化する。

さらに、光源装置（１）から出射されたレーザービーム
（６）が回折格子（８）に入力され、このとき、計測な
どに用いられる１次回折光（９）はそのまま直進すると
ともに、２次回路折光（１Ｇは１次回折光（９）の進行
方向に対して角度θたけ異なる方向に進み、このとき、
回折格子（８）の格子間隔ｉｄとすると、角度θはつぎ
の（１１式で示される。

０　＝　ｓｉｎ　’（２λ／ｄ）−−−＝ｆｎ式そして
、２次回指光αＯがセンサ（１１）の受光面にスポット
状に入射され、このとき、受光面上の受光位置ｙ、すな
わち、１次回折光（９）の光軸に直角方向の受光中心の
位置ｙは、つぎの（２）式で示される。

ｙユ２人ル４石［扉口ｒ　・・叫・・（２；式また、２
次回指光αＯの受光にもとづき、センサ山）は、たとえ
ば受光面全四分割した領域それぞれの受光量に比例した
信号を受光位置の検出信号として制御回路＋１２１　、
　＋１４１に出力する。

そして、２次回折光００の受光量に比例したセンサ（１
１）の検出信号の総合レベルが予め設定した一定レベル
になるように、制御回路（１２１は電源（１２）から光
源１２１への供給電力を制御する。

また、センサ（１１）の検出信号が入力される制御回路
（１４）は、たとえば前記４分割した領域の検出信号の
レベルが等しくなり、受光位置ｙが一定位置になるよう
に、ドライブ回路（１５＋　ｆ介して圧電素子（１５）
の変位量を制御し、ミラー＋３１　、　＋４１の間隔を
調整する。

一方、回折格子（８）、センサ（１１）が設けられた非
常に狭い局部範囲の温度が、センサ（１６）によって測
定されるとともに、センサ（１６）の測定温度に比例し
た検出信号にもとづき、制御回路（１ηによって冷却素
子（１８］への電流が制御され、このとき、冷却素子（
１８）がたとえば回折格子（８）に接合され、冷却素子
（１８）の冷却にもとづき、前記局部範囲の温度が予め
設定された一定温度に制御される。

そして、前記温度の制御にもとづき、回折格子（８）、
センサ（１１）は、材質によらす、熱膨張がほとんど生
じなく、このとき、前述の距離ノ、ｄが常にほぼ一定と
なる。

そのため、（１）式の角度θ３よび（２（式の受光位置
ｙが、はぼ波長大のみに依存して変化することになり、
検出信号のレベルを一定にする光源１２）の光量のフィ
ーババック制御により、レーザービーム（６］の光量が
一定に制御されるとともに、受光位置ｙを所定位置に制
御するミラーｔ３）　、　＋４）の間隔のフィードバッ
ク制御により、レーザービーム（６）の波長λが一定に
市１征ｊされる。

そして、レーザービーム（６）の光量、波長をいわゆる
フィードバック市；１州］によってそれぞ゛れ一定に制
御するため、電源装置（１）の各部を従来のような熱膨
張率の小さな林料で形成しなくても、レーザービーム（
６）の光量、波長の温良変化などにもとづく変動を防止
し、レーザービーム（６）の光量、波長全安定化するこ
とができ、設計の自由度が狭くならす、安価にすること
ができる。

しかも、制御回路（１２］を用いた電源電力の供給。

制御ど工び匍］御回路１１４１　、　　ドライブ回路（
１５１、圧電素子（５）を用いたミラー＋３１　、　＋
４１の間隔調整により、レーザービーム（６）の光量、
波長を制御し、かつ、冷却素子（１８）を用いた小規模
の電子温度制御により、回折格子（８）、センサｆｌｌ
ｌが設けら、ｆ′Ｌだ狭い局部範囲の温度を一定に制御
するため、従来の水冷、空冷によって電源装置（１）の
使用環境全体の広範囲の幅Ｋｋ一定に１６１１　？ｍｉ
ｌする場合に比し、構成を小型化するとともｌ／Ｃ軽量
化し、安価にすることができる。

さらに、回折格子（８）、センサ（１１１が設けられた
狭い範囲の温度のみを一定に制御するため、電源装置ｆ
ｌ＋の使用環境全体の温度を一定に制御する場合より、
非常に高精度の湯度制御を行なってセンサ（１１）の検
出信号からレーザービーム（６１の光量、波長を正確に
検出することができ、従来より高精度にレーサー　ビー
ム（６１の光量、波長を安定化することができ、かつ、
温度などの大きな変化、急変化が生じても、前述のフィ
ードバック制御によって従来より迅速に広い変動範囲の
補償を行なうことができる。

そのため、計測装置として用いたときは、たとえは、光
量の安定化にもとづき、レーザー干渉のコントラストが
安定化されて位相検出まで行なえ、波長の安定化にもと
づき、ホログラフィの鮮明化が図れ、高精度の計測が行
なえる。

じたがって、小型、軽量かつ安価にレーザービーム（６
）の光量、波長を高い、消夏で安定化することができ、
低価格で肝油１稍度の高い肝油１装りなどを提供するこ
とができる。

な３、前記実施例では、ミラー＋３１．　＋４１の間隔
ヲ制征ｊしてレーザービーム（６）の波長を調整したが
、磁界、電界、Ｅ力？加えて共振条件を制御し、レーザ
ービーム（６）の波長を調整してもよい。

また、光源装置（２）が種々の固体、半導体などの棟々
のレーザ光源装置であってよいのも勿論である。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明のレーザービーム制御装置によ
ると、回折格子の２次回折光全受光する光センサの検出
イｇ号のレベルにもとづくレーザー光源装置の光源電力
のフィードバック制御と、前記検出信号から検出きれた
受光位置にもとづく前記電源装置の共振条件のフィード
バック制御とにより、レーザービームの光量、波長が一
定に制御されるとともに、回折格子δ工び光センサが設
けられた狭い範囲の温度が電子的に制御されるため、電
源装置の各部を熱膨張率の小さな材料音用いることなく
形成し、しかも、電源装置全体の環境温Ｉｊｌ−一定に
制御Ｊすることなく、レーザービームの光量、波長を一
定に制御することができ、小型。

軽量かつ安価にレーザービームの光量、波長を高い精度
で安定化することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のレーザービーム制飢装置の１実施例
のブロック図である。 （１）・・・レーザー光源装置、（２１励起用電源、（
３）ハーフミラ−２（４）　　反射ミラー、（５）　　
圧電素子、（８）　　回折格子、（１１）光センサ、１
１２）・・−光量制御回路、（１３）光源用電源、（１
４１・波長制御回路、（１５）　　圧電素子ドライブ回
路、（１６）・温度センサ、ｆ１７１　　温度制御回路
、（１８）　　電子冷却素子。 代理人　弁理士　藤　１）龍太部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザー光源装置からのレーザービームの光路に
   格子面を前記光路に直角にして設けられた回折格子と、 前記回折格子の近傍に受光面を前記格子面に平行にして
   設けられ、前記受光面に前記回折格子の２次回折光が入
   射され、入射光量に応じてレベル変化し受光位置を示す
   検出信号を出力する光センサと、 前記検出信号のレベルが一定になるように前記光源装置
   の光源電力を制御し、前記レーザービームの光量を一定
   に制御する光量制御手段と、前記検出信号から前記受光
   位置を検出するとともに、前記受光位置が所定位置にな
   るように前記光源装置のミラー間隔などの共振条件を制
   御し、前記レーザービームの波長を制御する波長制御手
   段と、 前記回折格子および前記光センサが設けられた局部範囲
   の温度を測定するとともに、測定結果にもとづく電子温
   度制御によつて前記局部範囲の温度を一定に制御する温
   度制御手段と を備えたことを特徴とするレーザービーム制御装置。