JPH0595167A - 微小隙間測定装置 - Google Patents

微小隙間測定装置

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JPH0595167A
JPH0595167A JP3253816A JP25381691A JPH0595167A JP H0595167 A JPH0595167 A JP H0595167A JP 3253816 A JP3253816 A JP 3253816A JP 25381691 A JP25381691 A JP 25381691A JP H0595167 A JPH0595167 A JP H0595167A
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JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor laser
output end
measuring device
optical lens
face
Prior art date
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Pending
Application number
JP3253816A
Other languages
English (en)
Inventor
Shinji Hara
臣司 原
Reizo Kaneko
礼三 金子
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 微小隙間測定装置を、効率を高めても半導体
レーザを容易に取付けられるようにする。 【構成】 微小隙間測定装置10は、半導体レーザ11
の第1の出力端面111と被測定体20との間に設けら
れた光学レンズ13を含む点で従来のものと異なる。こ
こで、半導体レーザ11と光検出器12とはベース14
の図示右側の上面に載置されている。また、光学レンズ
13は、半導体レーザ11の活性層113とほぼ同じ高
さに中心がくるように、ベース14の図示左側の上面に
接着剤などで固着されている。なお、光学レンズ13の
中心と半導体レーザ11の第1の出力端面111 との間
の距離Lは、半導体レーザ11の第1の出力端面111
から出射された第1の出射光L1 が光学レンズ13を透
過することによりほぼ平行光となるように、光学レンズ
13の焦点距離の2倍以内にされている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、微小隙間測定装置に関
し、特に、半導体レーザの複合共振作用を利用して微小
隙間量を測定する微小隙間測定装置に関する。
【0002】
【従来技術】図5は、この種の微小隙間測定装置の一従
来例を示す概略構成図である。
【0003】微小隙間測定装置50は、互いに対向する
第1の出力端面511 および第2の出力端面512 を有
する半導体レーザ51と、半導体レーザ51の第2の出
力端面512 側に設けられた光検出器52とからなり、
半導体レーザ51の第1の出力端面511 から出射した
第1の出射光L1 を被測定体60の表面で反射させて第
1の出力端面511 に帰還させたときの半導体レーザ5
1の第2の出力端面512 から出射される第2の出射光
2 の光量を光検出器52で検出して、半導体レーザ5
1と被測定体60との間の隙間量hを測定するものであ
る。
【0004】すなわち、微小隙間測定装置50は、半導
体レーザ51の第1の出力端面51 1 から被測定体60
の表面に向けて第1の出射光L1 を出射させて、被測定
体60の表面から反射してくる反射光Rを半導体レーザ
51の第1の出力端面511に帰還させ、このとき半導
体レーザ51の第2の出力端面512 から出射される第
2の出射光L2 の光量を光検出器52で検出して、半導
体レーザ51と被測定体60との間の隙間量hを測定す
るものである。
【0005】なお、この種の微小隙間測定装置は、被測
定体の表面を非接触に走査して被測定体の表面形状を計
測するために用いられている。
【0006】次に、微小隙間測定装置50を用いること
により、半導体レーザ51と被測定体60との間の隙間
量hを測定することができる原理について説明する。
【0007】半導体レーザ51の第1および第2の出力
端面511,512と被測定体60とは上述したように複
合共振系を構成しているため、半導体レーザ51のIL
特性は、半導体レーザ51と被測定体60との間の隙間
量hにより図6に示すように変化する。ここで、IL特
性とは、第2の出射光L2 の光量(以下、「光出力V」
と称する。)対電流I特性をいう。
【0008】すなわち、半導体レーザ51の第1の出力
端面511 の反射率をr1 ,被測定体60の表面の反射
率をr2 ,空間での光伝播定数をk(=2π/λ)およ
び光結合係数(反射光Rの第1の出力端面511 への帰
還率)をηとすると、レーザ発振しきい値Ithは、 Ith=Ith(0)・〔1−(1−r1)η{r2・cos(2kh)}1/2〕 (1) ここで、Ith(0)は、被測定体60がないときのレーザ
発振しきい値で表される(たとえば、末松安晴,「半導
体レーザと光集積回路」,オーム社,p.255,昭和
59)。なお、第1の出射光L1 は拡散して広がるの
で、隙間量hが大きいほど光結合係数ηは小さくなる。
【0009】また、(1)式の余弦項は、現在市販され
ている通常の半導体レーザを使用した場合に生じる被測
定体からの反射光と半導体レーザの内部光との干渉によ
り、光出力Vが周期的に変化することを意味する。すな
わち、この場合には、光出力Vは、図7に示すように、
発振波長λの1/2周期で隙間量hの変化に対応して大
きく変化する。その結果、微小隙間測定装置50では、
オングストロームまたはそれ以下の分解能が得られる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の微小隙間測定装置50は、半導体レーザ51を
被測定体60から遠ざけるにつれて、被測定体60の表
面からの反射光Rの光量が減少して隙間量hの増大とと
もに光結合係数ηが低下するため、高い効率を得るため
には隙間量hを発振波長λの数倍以内に抑えなければな
らず、半導体レーザ51の取付けが非常に困難になると
いう問題がある。
【0011】本発明は、効率を高めても半導体レーザを
容易に取付けられる微小隙間測定装置を提供することに
ある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の微小隙間測定装
置は、互いに対向する第1の出力端面および第2の出力
端面を有する半導体レーザと、該半導体レーザの前記第
2の出力端面側に設けられた光検出器とを含み、前記半
導体レーザの前記第1の出力端面から出射した第1の出
射光を被測定体の表面で反射させて該第1の出力端面に
帰還させたときの前記半導体レーザの前記第2の出力端
面から出射される第2の出射光の光量を前記光検出器で
検出して、前記半導体レーザと前記被測定体との間の隙
間量を測定する微小隙間測定装置において、前記半導体
レーザの前記第1の出力端面と前記被測定体との間に設
けられた光学レンズを含む。
【0013】ここで、前記光学レンズが、前記第1の出
射光をほぼ平行光に変換する位置に設けられていてもよ
いし、前記光学レンズが、前記被測定体側の干渉が生じ
る位置に焦点を結ぶよう配置されていてもよいし、前記
半導体レーザが、GaInP系の長波長半導体レーザで
あってもよい。
【0014】
【作用】本発明の微小隙間測定装置は、半導体レーザの
第1の出力端面と被測定体との間に設けられた光学レン
ズを含むことにより、第1の出力端面から出射される第
1の出射光を光学レンズで平行光または集光光に変換し
て被測定体にあてられるため、隙間量を大きくしても被
測定体から第1の出力端面に戻ってくる反射光の光量を
増大することができる。
【0015】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
【0016】図1は、本発明の微小隙間測定装置の第1
の実施例を示す概略構成図である。微小隙間測定装置1
0が図5に示した従来の微小隙間測定装置50と異なる
点は、半導体レーザ11の第1の出力端面111 と被測
定体20との間に設けられた光学レンズ13を含むこと
である。ここで、半導体レーザ11と光検出器12とは
ベース14の図示右側の上面に載置されている。また、
光学レンズ13は、半導体レーザ11の活性層113
ほぼ同じ高さに中心がくるように、ベース14の図示左
側の上面に接着剤などで固着されている。なお、光学レ
ンズ13の中心と半導体レーザ11の第1の出力端面1
1 との間の距離Lは、半導体レーザ11の第1の出力
端面111 から出射された第1の出射光L1 が光学レン
ズ13を透過することによりほぼ平行光となるように、
光学レンズ13の焦点距離の2倍以内にされている。
【0017】微小隙間測定装置10では、半導体レーザ
11の第1の出力端面111 から出射された第1の出射
光L1 は、光学レンズ13によりほぼ平行光に変換され
たのち、被測定体20の表面にほぼ垂直にあたる。被測
定体20の表面からの反射光Rは光学レンズ13により
集光されて、ほぼ全光量が半導体レーザ11の第1の出
力端面111 に戻る。その結果、半導体レーザ11の第
1の出力端面111 から被測定体20までの隙間量hに
ほとんど依存することなく、図7に示したような共振現
象が生じる。
【0018】図2は、微小隙間測定装置10における共
振現象の発生を確認するために行った一実験結果を示す
グラフである。
【0019】この実験においては、半導体レーザ11と
してGaInP系の1.3μm帯の長波長半導体レーザ
を使用し、光学レンズ13として直径0.6mmの球レ
ンズを使用して、半導体レーザ11の第2の出射面11
2 から出射される第2の出射光L2 の干渉による光量変
動を隙間量hを徐々に変えて測定した。なお、図2の縦
軸であるモジュレーションPは、光検出器12の出力電
圧のピーク電圧をa,谷電圧をbとしたとき、 P=(b/a)×100 (2) より求めたものである。この実験より、隙間量hを1m
m以上としたときも、約1mmおきに、半導体レーザ1
1の発振波長の半分である0.65μmごとの従来とほ
ぼ同等の光量変動が得られることが確認できた。共振
は、半導体レーザ11のキャビティ長をTmm,導波路
(空間)の屈折率をnおよび任意の整数をNとするとN
×T×n(mm)ごとに生じる。また、隙間量hが10
μm程度になると結合係数ηの低下により光量変動が著
しく小さくなってSN比の劣化が問題となる従来の微小
隙間測定装置50(図5参照)に比べて、本実施例の微
小隙間測定装置10では、隙間量hを1mm以上として
も光量変動がほとんど低下しないため十分なSN比を得
ることができることが確認できた。
【0020】図3は、本発明の微小隙間測定装置の第2
の実施例を示す概略構成図である。
【0021】本実施例の微小隙間測定装置30が図1に
示した微小隙間測定装置10と異なる点は、光学レンズ
13が被測定体20側の干渉が生じる位置に焦点を結ぶ
よう配置されていることである。
【0022】すなわち、本実施例の微小隙間測定装置3
0では、被測定体20側のN×T×n(mm)の距離に
応じた位置に焦点を結ぶように光学レンズ13を配置す
ることにより、光学レンズ13を図1に示したように配
置する場合に比べて、反射光Rの光量を確実に増加させ
ることができる。その結果、SN比のよい干渉効果が得
られる。
【0023】図4は、微小隙間測定装置30における共
振現象の発生を確認するために行った一実験結果を示す
グラフである。
【0024】この実験においては、半導体レーザ11と
してGaInP系の1.3μm帯の長波長半導体レーザ
を使用し、光学レンズ13として直径0.6mmの球レ
ンズを使用するとともに、被測定体20側の約2mmの
位置に焦点を結ぶように光学レンズ13を配置して、半
導体レーザ11の第2の出射面112 から出射される第
2の出射光L2 の干渉による光量変動を隙間量hを徐々
に変えて測定した。なお、図4の縦軸の一つであるモジ
ュレーションPは、上記(2)式と同様に、光検出器1
2の出力電圧のピーク電圧をa,谷電圧をbとしたと
き、 P=(b/a)×100 (3) より求めたものである。
【0025】図4の結果より、本実施例の微小隙間測定
装置30では、50〜80μmの広い範囲にわって干渉
現象が生じるため、取付け精度として数μmオーダの精
度が要求された従来の微小隙間測定装置50(図5参
照)に比べて、取付け精度が10倍程度緩和できること
が確認できた。
【0026】
【発明の効果】本発明は、上述のとおり構成されている
ので、次に記載する効果を奏する。
【0027】半導体レーザの第1の出力端面と被測定体
との間に設けられた光学レンズを含むことにより、隙間
量を大きくしても被測定体から第1の出力端面に戻って
くる反射光の光量を増大することができるため効率を高
めることができるとともに、広い範囲にわたって干渉現
象を生じさせることができるため半導体レーザの取付け
精度を緩和することができる。また、破損しやすい半導
体レーザの端面と被測定体との間に光学レンズがあるの
で、誤って被測定体に装置を接触させても、装置(半導
体レーザ)が破損することはない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の微小隙間測定装置の第1の実施例を示
す概略構成図である。
【図2】図1に示した微小隙間測定装置における共振現
象の発生を確認するために行った一実験結果を示すグラ
フである。
【図3】本発明の微小隙間測定装置の第2の実施例を示
す概略構成図である。
【図4】図3に示した微小隙間測定装置における共振現
象の発生を確認するために行った一実験結果を示すグラ
フである。
【図5】この種の微小隙間測定装置の一従来例を示す概
略構成図である。
【図6】図5に示した半導体レーザのIL特性を示すグ
ラフである。
【図7】現在市販されている通常の半導体レーザにおけ
る反射光と内部光との干渉の結果生じる光出力の周期的
変化を示すグラフである。
【符号の説明】
10,30 微小隙間測定装置 11 半導体レーザ 111 第1の出力端面 112 第2の出力端面 113 活性層 12 光検出器 13 光学レンズ 14 ベース 20 被測定体 L1 第1の出射光 L2 第2の出射光 R 反射光 h 隙間量 P モジュレーション a ピーク電圧 b 谷電圧 L 距離

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 互いに対向する第1の出力端面および第
    2の出力端面を有する半導体レーザと、該半導体レーザ
    の前記第2の出力端面側に設けられた光検出器とを含
    み、 前記半導体レーザの前記第1の出力端面から出射した第
    1の出射光を被測定体の表面で反射させて該第1の出力
    端面に帰還させたときの前記半導体レーザの前記第2の
    出力端面から出射される第2の出射光の光量を前記光検
    出器で検出して、前記半導体レーザと前記被測定体との
    間の隙間量を測定する微小隙間測定装置において、 前記半導体レーザの前記第1の出力端面と前記被測定体
    との間に設けられた光学レンズを含むことを特徴とする
    微小隙間測定装置。
  2. 【請求項2】 前記光学レンズが、前記第1の出射光を
    ほぼ平行光に変換する位置に設けられている請求項1記
    載の微小隙間測定装置。
  3. 【請求項3】 前記光学レンズが、前記被測定体側の干
    渉が生じる位置に焦点を結ぶよう配置されている請求項
    1記載の微小隙間測定装置。
  4. 【請求項4】 前記半導体レーザが、GaInP系の長
    波長半導体レーザである請求項1乃至請求項3いずれか
    1項記載の微小隙間測定装置。
JP3253816A 1991-10-01 1991-10-01 微小隙間測定装置 Pending JPH0595167A (ja)

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63108202A (ja) * 1986-10-27 1988-05-13 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 微少隙間の測定方法及びその測定装置
JPH0294489A (ja) * 1988-09-29 1990-04-05 Nec Corp 光機能素子
JPH02130985A (ja) * 1988-11-11 1990-05-18 Nec Corp 半導体レーザモジュール

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