JPH0196503A - 光干渉装置 - 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、光源から射出される光束を参照光束と測定
光束に分割し、この分割した各光束を反射手段で反射さ
せ、さらに、反射手段で反射した参照光束と測定光束と
を干渉させて受光゛手段に受光させ、この受光手段から
出力される干渉信号の波の数をカウンタ手段でカウント
する光干渉装置に関する。

（従来の技術） 従来、光干渉装置として、第４図に示すものが知られて
いる。図示において、１は光源、２は光源から射出され
た光束を平行光束にするレンズ、３は前記平行光束を参
照光束と測定光束とに分割するハーフミラ−１４，５は
ハーフミラ−で分割された参照光束、測定光束を反射さ
せて再度ハーフミラ−３に戻す参照ミラー、測定ミラー
である。

各ミラー４，５で反射した参照光束と測定光束とがハー
フミラ−３で干渉し、この干渉した干渉光がレンズ６を
介して受光素子７に入射される。そして、測定ミラー５
を移動させていくと、参照光路長２Ｑと測定光路長２Ｌ
との差が波長の整数倍になる毎に（測定ミラー５がλ／
、２移動する毎に）干渉による明暗が生じ、この明暗に
応じて受光素子７から正弦波状の信号が出力される。こ
の信号は図示しないシュミット回路によって基準レベル
Ｆ以上のときＨレベルとなるパルス信号（第５図参照）
に変換され、このパルスの数をカウントすることによっ
て測定ミラー５の移動距離が測定される。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、測定ミラー５の移動距離が増加していくと、
受光素子７の受光量が徐々に減少していく傾向にある。

特にレンズ系とミラー系のアライメントが不十分のとき
受光量の減少が大きくなり、受光素子７から出力される
信号値が移動距離の増加により減少していき、第５図に
示すように、パルス信号の発生点が、′Ｉｌ！Ｕ定ミラ
ー５の移動距離がλ／２づつ増加していく点Ｑから少し
づつずれていく、このため、測定ミラーの移動距離の増
加につれて測定誤差が大きくなってしまうどういう問題
があった。

（発明の目的） そこで、この発明は、上記問題点に鑑みてなされたもの
で、被測定物の移動距離に拘りなく、つねに正確に被測
定物の移動距離を測定することのできる光干渉装置を提
供することを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） この発明は、上記問題点を解決するために、光源から射
出される光束を参照光束と測定光束に分割し、この分割
した参照光束、測定光束を参照反射手段、ｍ定反射手段
で反射させ、これら反射手段で反射した参照光束と測定
光束とを干渉させて受光手段に受光させ、前記測定反射
手段を移動させた際に受光手段から出力される干渉信号
の波の数をカウンタ手段でカウントする光干渉装置にお
いて、前記受光手段から出力される干渉信号のトップと
ボトムとで状態が変化する２値信号を出力する２値信号
出力手段を設け、前記カウンタ手段で２値信号の状態変
化の数をカウントさせるものである。

（作　用） 上記の構成であるから、２値信号出力手段が干渉信号の
トップとボトムとで状態が変化する２値信号を出力する
ので、その干渉信号の信号値の減少によって、２値信号
の状態変化点がずれてしまうということがない。

（実施例） 以下、この発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、この発明に係る光干渉装置の光学系の配置を
示した概念図であり、図示において、１１は直線偏光の
レーザ光を射出する半導体レーザ、Ｒは半導体レーザか
ら射出されるレーザ光を平行光束にするレンズ、１２は
直線偏光のレーザ光を円偏光にしてこの円偏光のＰ偏光
成分とＳ偏光成分とにλ／４の位相差を生じさせるλ／
４板、１３はその円偏光の光束を参照光束と測定光束に
分割するハーフミラ−１１４，１５はハーフミラ−１３
で分割された参照光束、測定光束を反射させてハーフミ
ラ−１３に戻す参照コーナキューブ（参照反射手段）。

移動コーナキューブ（測定反射手段）である、１６は各
コーナキューブ１４．１５で反射した参照光束と測定光
束とによる干渉光を入射する偏光ビームスプリッタで、
これはその干渉光のうちＳ偏光成分を斜面１６ａで反射
させ、Ｐ偏光成分を通過させるものである。、１７は偏
光ビームスプリッタ１６を通過したＰ偏光成分の干渉光
束を受光する第１受光センサ（受光手段）、１８は偏光
ビームスプリッタ１６の斜面１６ａで反射したＳ偏光成
分の干渉光束を受光する第２受光センサ（受光手段）で
ある。

第２図は、光干渉装置の信号処理系の構成を示したブロ
ック図であり、図示において、２１．２２は受光センサ
１７．１８から出力される受光信号（干渉信号）のトッ
プとボトムとで状態が変化する２値信号を第３図に示す
ように出力する第１．第２二値化回路（二値信号出力手
段）、２３は第１．第２二値化回路２１．２２から出力
される信号の立上りおよび立ち下がりをカウントしてい
くカウンタ部で、これは例えば信号の立上り時および立
ち下がり時にパルスを発生するパルス発生回路（図示せ
ず）とそのパルスをカウントするカウント回路（図示せ
ず）とから構成される。２４は移動コーナキューブの移
動方向を判別する方向弁別回路で、これは矢印Ａ方向に
移動しているときカウンタ部２３を加算動作させ、矢印
Ｂ方向に移動しているとき前記カウンタ部２３を減算動
作させるものであり、これは第１．第２二値化回路２１
．２２から出力される二値信号の状態から移動方向を判
別するもので、例えば、移動コーナキューブ１５が矢印
Ａ方向に移動しているとき第１．第２二値化回路２１．
２２から第３図に示すように二値信号が出力されている
場合、第に値化回路２１の出力がＨレベルになってから
第２二値化回路２２の出力がＨレベルになり、Ｂ方向に
移動すると逆に第２二値化回路２１の出力がＨレベルに
なってから第に値化回路２２の出力がＨレベルになる。

これから移動コーナキューブ１５の移動方向を判断する
ものである。２５はカウンタ２３でカウントされたカウ
ント数から移動コーナキューブ１５が予め設定した原点
位置から移動した移動距離を演算する演算部、２６は演
算部で演算された移動距離を表示する表示部である６ 次に、上記から構成される光干渉装置の動作について説
明する。

先ず最初に、移動コーナキューブ１５を原点位置　゛に
設置し、カウンタ２３をリセットする。次に、半導体レ
ーザ１１から直線偏光のレーザ光？射出させる。半導体
レーザ１１から射出された直線偏光のレーザ光はレンズ
Ｒによって平行光束にされた後λ／４板１２によって円
偏光となってこの円偏光のＰ偏光成分とＳ偏光成分とで
π／２の位相差が生じる。

そして、この円偏光のレーザ光はハーフミラ−１３によ
って参照光束と測定光束に分割され、その参照光束が参
照光路Ｘを伝搬して参照コーナキューブ１４に到達し、
ここで、参照光束が反射されてハーフミラ−１３に戻る
。他方、測定光束は、測定光路Ｙを伝搬して移動コーナ
キューブ１５に到達し、ここで反射してハーフミラ−１
３に戻る。そして、測定光束のＰ偏光成分と参照光束の
Ｐ偏光成分が、測定光束のＳ偏光成分と参照光束のＳ偏
光成分とがそれぞれ干渉し、この干渉した干渉光束が偏
光ビームスプリッタ１６に入射する。この入射した干渉
光束のＰ偏光成分が偏光ビームスプリッタ１６を通過し
て第１受光センサ１７に受光され、Ｓ偏光成分が偏光ビ
ームスプリッタ１６の斜面１６ａで反射して第２受光セ
ンサ１８に受光される。第１．第２受光センサ１７，１
ｇはその受光量に応じて受光信号を出力する（第３図の
０点）。

そして、移動コーナキューブ１５を例えば矢印入方向に
移動させていくと、参照光路長２Ｌ１と測定光路長２Ｌ
、どの差が波長の整数倍になる毎に、すなわち移動コー
ナキューブ１５の移動距離がλ／２増加する毎にコーナ
キューブ１５．１６で反射した参照光束と測定光束との
干渉により明暗が生じるので、第１．第２受光センサ１
７，１８からその明暗に応じた正弦波状の受光信号が出
力される。ところで、偏光ビームスプリッタ１６に入射
する干渉光束のＰ偏光成分とＳ偏光成分はπ／２の位相
差があるので、第１．第２受光センサ１７，１８から出
力される受光信号にπ／２の位相差が生じる。

第１．第２二値化回路２１．２２は第１．第２受光セン
サ１７，１８から出力される受光信号のトップとボトム
間でＨレベルに１．ボトムとトップ間でＬレベルになる
二値信号を第３図に示すように出力する。この場合、受
光信号値が移動コーナキューブ１５の移動とともに第３
図に示すように直流成分が減少しても、二値信号は受光
信号のトップとボトムとで状態が変化する信号であるか
らその二値信号の立上り点および立下り点は、移動コー
ナキューブ１５の移動距離がλ／４づつ増加していく点
からずれていくということがない。

そして、カウンタ２３の図示しないパルス発生回路が第
１．第２二値化回路２１　、２２から出力される信号の
立上り時と立下り時にパルスを発生する。

すなおち、移動コーナキューブ１５がλ／８移動する毎
にパルスが発生することになり、このパルスを図示しな
いカウンタ回路がカウントしていき、演算部２５がその
カウント数から移動コーナキューブ１５の移動距離を演
算し、表示部２６がその演算した移動距離を表示する。

したがって、移動コーナキューブ１５の移動距離はλ／
８の精度で測定される。

ところで、移動コーナキューブ１５が途中で矢印Ｂ方向
に移動した場合、第２二値化回路２２から出力される二
値信号がＨレベルになってから第に値化回路２１から出
力される二値信号がＨレベルになるので、これから方向
弁別回路２４が移動コーナキューブ１５が矢印Ｂ方向に
移動したことを検出してカウンタ２３を減算動作させる
。したがって、カウンタ２３が矢印Ｂ方向に移動した距
離に応じて減算していくので、原点位置から移動コーナ
キューブ１５の現位置までの距離を正確に測定すること
ができる。

なお、上記実施例では、λ／４板１板製２ンズＲの後方
に配置しているが破線で示す何れかの位置に配置しても
よい、また、λ／４板１２．偏光ビームスプリッタ１６
．第２受光センサ１８．第２二値化回路２２．方向弁別
回路２４を省略しても移動コーナキューブ１５の移動距
離を測定することができることは勿論である。

（発明の効果） この発明は、上記のように構成したものであるから、受
光手段から出力される干渉信号値が減少しても、測定反
射手段の移動距離が所定距離ずつ増加していく点で２値
信号の状態変化点がずれることなく現れるので、その移
動距離を正確に測定することができるという効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る光干渉装置の光学系の配置を示
した概念図、第２図は光干渉装置の信号処理系の構成を
示したブロック図、第３図は主要回路のタイムチャート
、第４図は従来の光干渉装置の説明図、第５図は従来の
光干渉装置の不具合の説明図である。 １１・・・半導体レーザ １３・・・ハーフミラ− １４・・・参照コーナキューブ １５・・・測定コーナキューブ １７．１８・・・光学センサ ２１　、２２・・・二値化回路 ２３・・・カウンタ部 第３区

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源から射出される光束を参照光束と測定光束に
   分割し、この分割した参照光束、測定光束を参照反射手
   段、測定反射手段で反射させ、これら反射手段で反射し
   た参照光束と測定光束とを干渉させて受光手段に受光さ
   せ、前記測定反射手段を移動させた際に受光手段から出
   力される干渉信号の波の数をカウンタ手段でカウントす
   る光干渉装置において、前記受光手段から出力される干
   渉信号のトップとボトムとで状態が変化する２値信号を
   出力する２値信号出力手段を設け、前記カウンタ手段で
   ２値信号の状態変化の数をカウントさせることを特徴と
   する光干渉装置。
2. （２）前記受光手段は干渉光束をＰ成分とＳ成分とに分
   離する偏光ビームスプリッタと、この分離されたＰ成分
   とＳ成分の干渉光束をそれぞれ受光する第１、第２受光
   素子とを有し、前記偏光ビームスプリッタで分離される
   Ｐ成分とＳ成分とにπ／２の位相差を持たせるために上
   記光源からの光束中、上舵測定光束中または上記参照光
   束中に配置される位相差手段を有し、前記２値信号出力
   手段は第１受光素子から出力される干渉信号のトップと
   ボトムとで状態が変化する２値信号を出力する第１二値
   信号出力回路と、第２受光素子から出力される干渉信号
   のトップとボトムとで状態が変化する２値信号を出力す
   る第２二値信号出力回路とを有していることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の光干渉装置。