JPH01221602A - 二光束干渉型リニアエンコーダ - 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］ 本発明は二光束干渉の原理、特にマイケルソン干渉計を
利用して物体の長さ、厚さ、穴の深さ、直線変位、位置
・等を測定したり、光源の分光スペクトルを広い波数域
にわたってフーリエ変換分光するのに晶いちれるリニア
エンコーダに関する。

［従来の技術］ マイケルソン干渉計は第３図に示すように、単一光源（
不図示）から放射された光をビームスプリッタ１１を通
して互いに直角なＸ方向およびＸ方向に進む二光束に分
割し、分割された各々の光束を固定反射器１２および可
動反射器１４により元の方向に逆進反射し、ビームスプ
リッタ１１上で両方の光束を合波干渉し、凹面鏡１６に
より検出器１８上で結像させ両光束の光路差による干渉
図形の光強度を検出できるように構成したものである。

したがって、マイケルソン干渉計のビームスプリッタで
分割された二光束路のうち−の光束路中に測定対象の反
射物体を挿入したときに両光束路の光路差によって生じ
る干渉図形の変化を検出すれば、挿入物体の長さや、厚
さ、あるいは穴の深さを波長程度の精度で測定できる。

また、上述したマイケルソン干渉計の可動反射器１４を
測定対象の移動に合わせて変位させたときの、可動反射
器１４の移動前後の光路差による干渉図形の変化を測定
し移動距離を求めることができる。

さらに、試料透過光のフーリエ変換分光を行うために、
従来は第４図に示す構成の、マイケルソン干渉計を利用
したフーリエ変換分光計が用いられていた。

このマイケルソン干渉計は、可動反射器１４を共通にし
た、主干渉計■０と、リニアエンコーダ２０とから構成
されている。

主干渉計１０は、上述した第３図のマイケルソン干渉計
と同じ構成であって、単一光源（不図示）から放射され
る光をビームスプリッタｌ！を通して互いに直角なＸ方
向およびＸ方向に進む二光束に分割し、各々の分割光束
を固定反射器１２、および駆動系（不図示）によで定速
走査される可動側反射系！４により元の方向へ逆進反射
した上、ビームスプリッタ１！により合波し、凹面ｍ１
６により検出器１８上に結像させ、両光束の光路差によ
る干渉図形（インターフェログラム）を測定できるよう
に構成したものである。

一方、リニアエンコーダ２０は、この可動反射器１４の
主干渉計側と反対面を反射面にしており、波長安定化レ
ーザ光源２２、例えばＨｅ−Ｎ　ｅレーザ、および白色
光源、例えばＸｅランプ３０から放射された平行光束を
互いに直角なＸ方向およびＸ方向に分割するビームスプ
リッタ１１と、ビームスプリッタ１１により分割された
Ｘ方向に進む光束を元の方向に逆進反射させる固定反射
器２４と、両光束をビームスプリッタ！■で合波したレ
ーザ光束および白色光束をそれぞれ検出する干渉光強度
検出器２８および３２とから構成されている。

そして、検出３２８からの干渉図形は正弦波であり、光
路差を正確に測定できるので、サンプル点を指示するク
シ形信号に変換してサンプル信号として利用できる。ま
た、検出器３２により得られる干渉図形の光強度は、リ
ニアエンコーダ中の光路差が零のときに強いピークを生
ずるから、可動反射器１４の基準点を定めるのに利用で
きる。

したがって１、主干渉計１０により、測定対象光のスペ
クトル全域についての、二分割光束の光路差による干渉
図形を、上述したエンコーダ２０の検出器２８のサンプ
ル信号に同期して測定し、検出′ａ３０で検出される基
準点をサンプル信号の基準点としてデータ処理すること
により、干渉計への入射光をフーリエ変換分光すること
ができる。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、エンコーダ２０はただ１個の可動反射器１４に
よって一回逆進反射されるだけであるから、可動反射器
１４側へ進む光束の光路差は可動反射器１４の移動距離
の２倍しかなく、直線変位の測定精度はレーザ光の半波
長程度でしかなく、限度がある。

したがって、第３図に示すリニアエンコーダにより物体
の長さ、厚さ、穴の深さ、移動距離等を測定しても分解
能の高い測定はできない。

したがって、物体の長さ、厚さ、移動距離を高精度で測
定することは要求できない。

また、第４図に示すリニアエンコーダ２０を用いたフー
リエ変換分光計の場合も、上述の理由に基づいて、対象
光の分光スペクトルを広い波数域にわたって測定するこ
とができない。

本発明の目的は、上記問題点に鑑み、二光束干渉計の原
理を利用して物体の長さ、厚さ、穴の深さ、移動距離等
を高い精度で測定したり、測定対象光を広い波数域にわ
たってフーリエ変換分光することを可能にするリニアエ
ンコーダを提供することにある。

［課題を解決するための手段］ この目的を達成するために、本発明に係る二光束干渉型
リニアエンコーダでは、レーザ光源と、該レーザ光源か
ら放射されたレーザ光束を互いに直角な二方向に進む二
光束に分割するビームスプリッタと、該ビームスプリッ
タによって分割された二光束のうち、第！の光束の光路
中に設けられ、入射した第１の光束を該ビームスプリッ
タ方向へ逆進反射せしめる固定反射器と、該ビームスプ
リッタにより分割された二光束のうち、第２の光束の光
路中に該第２の光束の進行方向に沿って可動自在に配置
され、入射光束を入射方向と反対方向へ逆進反射せしめ
る可動逆進反射器と、該可動逆進反射器と反射面を向い
合わせるようにして配置され、入射光束を入射方向と反
対方向へ逆進反射せしめる固定逆進反射器とからなり、
該可動逆進反射器へ入射した第２の光束を、該可動逆進
反射器から該固定逆進反射器を通って該可動逆進反射器
へ折り返し逆進反射させる可動側反射系と、該固定反射
器および該可動側反射系からそれぞれ該ビームスプリッ
タ方向へ逆進反射された第１および第２の光束を該ビー
ムスプリッタにより合波干渉し、得られる干渉図形の光
強度を測定する検出器とを有し、レーザ光の干渉図形の
光強度変化から該可動逆進反射器の直線変位を測定する
ことを特徴とする。

ここで、反射器には、鏡面のみならずプリズムを用いた
反射器も含まれる。

［実施例］ （１）一実施例 図面に基づいて本発明の一実施例を説明する。

第１図はマイケルソン干渉計構造の二光束干渉型リニア
エンコーダの一実施例構成図である。

この二光束干渉型リニアエンコーダ２０Ａは第４図に示
すフーリエ変換分光計用リニアエンコーダ２０の構成と
対応している。第１図中、第４図のリニアエンコーダ２
０と同一の構成部品については同一符号をもって示し詳
細な説明を省略する。

第１図中、１４’は可動側反射系であり、逆進反射器、
例えばコーナキューブ（反射鏡またはプリズム）１４Ｂ
Ｓ　１４Ｇ、１４Ｄ及び平面鏡１４Ｅからなる。

逆進反射器１４Ｂと１４Ｄは、駆動機構（不図示）によ
りＸ方向に直線移動可能の架台１４Ａ上に、ビームスプ
リッタ１１により分割された白色光束およびレーザ光東
側に反射面を向けてＹ方向に配置されている。

固定コーナキューブ１４Ｇおよび固定平面鏡１４Ｅは、
移動架台１４Ａ外に、Ｙ方向に沿って配置されており、
これらはコーナキューブ１４８および１４Ｄにより反射
された第２の光束を受光し、コーナキューブ１４Ｄ側へ
反射させる。

本実施例では可動側反射系１４を構成する逆進反射器１
４Ｂ、１４Ｃ，１４Ｄとしてコーナキューブを使用して
いるので、架台１４ＡをＸ方向へ直線移動させたときに
多少の揺動が生じても入射光束をビームスプリッタ１１
方向へ正確に逆進反射させることができる。

検出器２８および３２により、それぞれ第２図に示すよ
うな干渉図形ａ、ｂが得られる。＆°は第４図に示す従
来装置の検出器２８により得られる干渉図形である。レ
ーザ光の干渉図形ａは正弦波状であるので、サンプル点
を指定するくし影信号ｊこ変換することができ、移動距
離等を測る正確な物差しとして利用し得る。また、白色
光の干渉図形はリニアエンコーダ２ＯＡ中の光路差が０
のときに強いピークを生ずるから、可動側反射系１４Ａ
の基準点を定めるのに利用することができる。

本実施例では、移動架台１４のＸ方向移動距離Ｘと、固
定モ面鏡１４Ｅとビームスプリッタ１１間の光路差りと
はＬ＝８ｘの関係になり、光路差を移動距離の８倍にす
ることができる。リニアエンコーダの分解能は移動距離
に対する光路差に比例するから、本実施例のような構成
とすることにより、リニアエンコーダの分解能を高め、
物体の長さや、厚さ移動距離を精密に測定できる。この
ようなリニアエンコーダをフーリエ変換分光計に使用す
ることにより、従来のフーリエ変換分光計の最大測定波
数域がＯ〜７９５０ｃ＠−’でしかなかったのに比べて
、３２．０００ｃｍ−’まで高めることができた。

（２）拡張 なお、本発明には他にも種々の変形例が含まれる。

例えば、本実施例においては、レーザ光のみならず白色
光をも、同一光学系に通した場合を示したが、白色光に
ついては、レーザ光源２２と白色光源３０との相互間を
図示状態よりも離間させ、架台１４Ａ上に別の平面鏡を
配置し、白色光束についてはこれで反射させてビームス
プリッタｌｉ側へ逆進させるようにしてもよい。

また、本実施例においては、光源としてレーザ光および
白色光を使用した例について示したが、白色光を使用せ
ず、レーザ光のみを使用して、移動物体の移動距離等を
測定してもよい。

さらに、本実施例においては、可動側反射系を構成する
逆進反射器としてコーナキューブを使用する例について
説明したが、代わりに直角三面鏡、複合型リトロ反射鏡
などを使用してもよい。

さらに、固定平面＊１４Ｂの代わりにコーナキューブを
用い、その頂点に光束を入射させてもよい。

また、可動側反射系は固定側と可動側に同数の逆進反射
器を設けておればよく、４個の反射器に限定されない。

［発明の効果］ 本発明に係る二光束干渉型リニアエンコーダでは、可動
側反射系を、入射光束を入射方向と反対方向へ逆進反射
せしめる可動逆進反射器と、該可動逆進反射器と反射面
を向かい合わせるようにして配置され、入射光束を入射
方向と反射方向へ逆進反射せしめる固定反射器とにより
構成し、可動逆進反射器へ入射した光束を、可動逆進反
射器から固定逆進反射器を通って可動逆進反射器へ折り
返し反射させるので、被測定物の移動距離に対する光路
差は、従来のリニアエンコーダに比べて２倍以上増大し
、分解能が飛躍的に高まり、物体の長さや、厚さ、穴の
深さ、移動距離を高精度で測定できるという優れた効果
を奏する。

また、本発明のリニアエンコーダをフーリエ変換分光計
に使用すれば、最大測定波数域を従来よりも２倍以上広
くすることができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る二光束干渉型リニアエン
コーダのブロック構成図、第２図は二光束干渉型リニア
エンコーダで測定されるレーザ光および白色光の干渉図
形を従来例と対比して示す線図、第３図は従来のリニア
エンコーダのブロック構成図、第４図はフーリエ変換分
光計に用いられる従来のリニアエンコーダのブロック構
成図である。 ｌＯ：フーリエ変換分光計の主干渉計 １１：ビームスプリツタ １２：固定反射器 １４：可動反射器 １４°：可動側反射系 １４Ａ：移動架台 １４Ｅ％　１４Ｅ：固定逆進反射器 １４Ｂ、１４０：可動逆進反射器 ２２：レーザ光源 ２８：レーザ光干渉光強度検出器 ３０：白色光源 ３２：白色光干渉光強度検出器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 レーザ光源（２２）と、 該レーザ光源（２２）から放射されたレーザ光束を互い
   に直角な二方向に進む二光束に分割するビームスプリッ
   タ（１１）と、 該ビームスプリッタ（１１）によって分割された二光束
   のうち、第１の光束の光路中に設けられ、入射した第１
   の光束を該ビームスプリッタ（１１）方向へ逆進反射せ
   しめる固定反射器（１２）と、該ビームスプリッタ（１
   １）により分割された二光束のうち、第２の光束の光路
   中に該第２の光束の進行方向に沿って可動自在に配置さ
   れ、入射光束を入射方向と反対方向へ逆進反射せしめる
   可動逆進反射器（１４Ｂ、１４Ｄ）と、該可動逆進反射
   器（１４Ｂ、１４Ｄ）と反射面を向い合わせるようにし
   て配置され、入射光束を入射方向と反対方向へ逆進反射
   せしめる固定逆進反射器（１４Ｃ、１４Ｅ）とからなり
   、該可動逆進反射器（１４Ｂ、１４Ｄ）へ入射した第２
   の光束を、該可動逆進反射器（１４Ｂ、１４Ｄ）から該
   固定逆進反射器（１４Ｃ、１４Ｅ）を通って該可動逆進
   反射器（１４Ｂ、１４Ｄ）へ折り返し逆進反射させる可
   動側反射系（１４′）と、 該固定反射器（１２）および該可動側反射系（１４′）
   からそれぞれ該ビームスプリッタ（１１）方向へ逆進反
   射された第１および第２の光束を該ビームスプリッタ（
   １１）により合波干渉し、得られる干渉図形の光強度を
   測定する検出器（２８）とを有し、 レーザ光の干渉図形の光強度変化から該可動逆進反射器
   （１４Ｂ、１４Ｄ）の直線変位を測定することを特徴と
   する二光束干渉型リニアエンコーダ。