JPH06160013A - 干渉測長器 - Google Patents
干渉測長器Info
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- JPH06160013A JPH06160013A JP4315300A JP31530092A JPH06160013A JP H06160013 A JPH06160013 A JP H06160013A JP 4315300 A JP4315300 A JP 4315300A JP 31530092 A JP31530092 A JP 31530092A JP H06160013 A JPH06160013 A JP H06160013A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】光源の強度変調成分の影響を受けることなく対
象物体までの距離を精度よく測定することができる干渉
測長器を提供する。 【構成】レーザ光源１への変調電流を周期的に変化させ
て出力波長を掃引する。ビームスプリッタ２は、レーザ
光源１からの光線を参照光と物体光とに分割する。参照
光は参照鏡３により反射され、物体光は対象物体４によ
り反射されて、反射光同士がビームスプリッタ２の上で
干渉する。この干渉による光ビートの強度を受光素子５
で検出する。参照鏡３は、圧電素子６によってレーザ光
源１の発振波長の掃引周期に同期して規定量だけ変位さ
せることができる。参照鏡３を、複数段階に変位させた
ときの受光素子５の出力を用いれば強度変調成分を除去
することができる。
象物体までの距離を精度よく測定することができる干渉
測長器を提供する。 【構成】レーザ光源１への変調電流を周期的に変化させ
て出力波長を掃引する。ビームスプリッタ２は、レーザ
光源１からの光線を参照光と物体光とに分割する。参照
光は参照鏡３により反射され、物体光は対象物体４によ
り反射されて、反射光同士がビームスプリッタ２の上で
干渉する。この干渉による光ビートの強度を受光素子５
で検出する。参照鏡３は、圧電素子６によってレーザ光
源１の発振波長の掃引周期に同期して規定量だけ変位さ
せることができる。参照鏡３を、複数段階に変位させた
ときの受光素子５の出力を用いれば強度変調成分を除去
することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光の干渉を利用して対
象物体までの距離を測定する干渉測長器に関するもので
ある。
象物体までの距離を測定する干渉測長器に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来より、工場のラインなどにおいて対
象物体までの距離を精密に測定するために光の干渉を利
用して距離を求める干渉測長器が用いられている。たと
えば、図３に示す干渉測長器（応用物理学会ＷＯＦＳ４
−８）では、半導体レーザよりなるレーザ光源１から出
射した光線を、アイソレータ７を通して半透鏡よりなる
ビームスプリッタ２に入射させ、互いに直交する方向の
参照光と物体光とに分割し、参照光を参照物体である参
照鏡３に照射するとともに、物体光を距離を測定する対
象となる対象物体４に照射するようになっている。参照
鏡３と対象物体４とにそれぞれ照射された光の反射光
は、ビームスプリッタ２に戻って互いに干渉し、ビーム
スプリッタ２に干渉パターンを形成する。このようにし
て形成された干渉パターンの強度をフォトダイオードの
ような受光素子５によって検出し、受光素子５から出力
された干渉パターンの強度に対応する電気信号によって
対象物体４までの距離を求めるように構成されている。
すなわち、受光素子５の出力信号は、増幅器１２により
増幅された後に、アナログ−ディジタル変換器１３に入
力されてディジタル信号に変換され、このディジタル信
号をマイクロコンピュータよりなる演算手段としての演
算処理部１４に入力することによって、対象物体４まで
の距離を求めるのである。
象物体までの距離を精密に測定するために光の干渉を利
用して距離を求める干渉測長器が用いられている。たと
えば、図３に示す干渉測長器（応用物理学会ＷＯＦＳ４
−８）では、半導体レーザよりなるレーザ光源１から出
射した光線を、アイソレータ７を通して半透鏡よりなる
ビームスプリッタ２に入射させ、互いに直交する方向の
参照光と物体光とに分割し、参照光を参照物体である参
照鏡３に照射するとともに、物体光を距離を測定する対
象となる対象物体４に照射するようになっている。参照
鏡３と対象物体４とにそれぞれ照射された光の反射光
は、ビームスプリッタ２に戻って互いに干渉し、ビーム
スプリッタ２に干渉パターンを形成する。このようにし
て形成された干渉パターンの強度をフォトダイオードの
ような受光素子５によって検出し、受光素子５から出力
された干渉パターンの強度に対応する電気信号によって
対象物体４までの距離を求めるように構成されている。
すなわち、受光素子５の出力信号は、増幅器１２により
増幅された後に、アナログ−ディジタル変換器１３に入
力されてディジタル信号に変換され、このディジタル信
号をマイクロコンピュータよりなる演算手段としての演
算処理部１４に入力することによって、対象物体４まで
の距離を求めるのである。
【０００３】ところで、干渉パターンに基づいて対象物
体４までの距離を正確かつ簡単に演算するために、ヘテ
ロダイン干渉法と称する手法が知られている。ここに、
レーザ光源１は注入電流を変化させると発振波長が変化
することが知られているから、図３に示した装置では、
レーザ光源１への注入電流を発振器１１を用いて図４の
ように三角波状に変調することによってレーザ光源１の
出力波長を掃引し、ヘテロダイン干渉法を適用すること
によって対象物体４までの距離を求めるようになってい
る。すなわち、図４のような周期Ｔm の三角波状の変調
電流をレーザ光源１に与えると、図５のように発振波長
が変化し、このとき発光強度も図６のように変動する。
体４までの距離を正確かつ簡単に演算するために、ヘテ
ロダイン干渉法と称する手法が知られている。ここに、
レーザ光源１は注入電流を変化させると発振波長が変化
することが知られているから、図３に示した装置では、
レーザ光源１への注入電流を発振器１１を用いて図４の
ように三角波状に変調することによってレーザ光源１の
出力波長を掃引し、ヘテロダイン干渉法を適用すること
によって対象物体４までの距離を求めるようになってい
る。すなわち、図４のような周期Ｔm の三角波状の変調
電流をレーザ光源１に与えると、図５のように発振波長
が変化し、このとき発光強度も図６のように変動する。
【０００４】レーザ光源１の発振波長をλ0 、時刻ｔ1
と時刻ｔ2 とでの波長の変化をΔλとし、参照光と物体
光との光路差をＬとすると、参照光と物体光との干渉に
より生じる光ビートに対して受光素子５で受光する光の
強度Ｉは（１）式のように表すことができる。 Ｉ＝Ａ＋Ｂ・cos ２π（ΔλＬ／λ0 2 ＋Ｌ／λ0 ） …（１） レーザ光源１の波長がΔλだけ変化すると、強度Ｉの位
相項である２πＬΔλ／λ0 2 が変化することになる。
２πＬΔλ／λ0 2 ＝Δφ0 とおけば、光路差Ｌは、
（２）式で表される。 Ｌ＝（λ0 2 ／Δλ）×（Δφ0 ／２π） …（２） 発振波長λ0 と波長の変化Δλとが既知であるときΔφ
0 がわかれば、光路差Ｌを求めることができ、対象物体
４までの距離を知ることができるのである。
と時刻ｔ2 とでの波長の変化をΔλとし、参照光と物体
光との光路差をＬとすると、参照光と物体光との干渉に
より生じる光ビートに対して受光素子５で受光する光の
強度Ｉは（１）式のように表すことができる。 Ｉ＝Ａ＋Ｂ・cos ２π（ΔλＬ／λ0 2 ＋Ｌ／λ0 ） …（１） レーザ光源１の波長がΔλだけ変化すると、強度Ｉの位
相項である２πＬΔλ／λ0 2 が変化することになる。
２πＬΔλ／λ0 2 ＝Δφ0 とおけば、光路差Ｌは、
（２）式で表される。 Ｌ＝（λ0 2 ／Δλ）×（Δφ0 ／２π） …（２） 発振波長λ0 と波長の変化Δλとが既知であるときΔφ
0 がわかれば、光路差Ｌを求めることができ、対象物体
４までの距離を知ることができるのである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述した方法によって
対象物体４までの距離を求める場合、位相Δφ0 の測定
精度が対象物体４までの距離の測定精度を左右する。位
相Δφ0 を求める方法として、受光素子５の出力に含ま
れているレーザ光源１の強度変調成分をバンドパスフィ
ルタによって除去する方法が提案されている（光学vol.
17, No. 6）。しかしながら、上述したように、レーザ
光源１の発振強度が三角波状に変化する場合には、種々
の周波数成分が含まれるから、バンドバスフィルタを用
いたとしても強度変調成分を完全に除去することはでき
ず、距離の測定精度を十分に高めることができないとい
う問題がある。
対象物体４までの距離を求める場合、位相Δφ0 の測定
精度が対象物体４までの距離の測定精度を左右する。位
相Δφ0 を求める方法として、受光素子５の出力に含ま
れているレーザ光源１の強度変調成分をバンドパスフィ
ルタによって除去する方法が提案されている（光学vol.
17, No. 6）。しかしながら、上述したように、レーザ
光源１の発振強度が三角波状に変化する場合には、種々
の周波数成分が含まれるから、バンドバスフィルタを用
いたとしても強度変調成分を完全に除去することはでき
ず、距離の測定精度を十分に高めることができないとい
う問題がある。
【０００６】これに対して、フィルタを用いることなく
ディジタル処理によって受光素子５の出力信号から強度
変調成分を除去する方法が提案されている（精密工学会
誌vol. 58, No. 6）。しかしながら、ディジタル処理を
行ったとしてもフィルタを用いる場合と同様に強度変調
成分を完全には除去することはできないという問題があ
る。
ディジタル処理によって受光素子５の出力信号から強度
変調成分を除去する方法が提案されている（精密工学会
誌vol. 58, No. 6）。しかしながら、ディジタル処理を
行ったとしてもフィルタを用いる場合と同様に強度変調
成分を完全には除去することはできないという問題があ
る。
【０００７】本発明は上記問題点の解決を目的とするも
のであり、光源の強度変調成分の影響を受けることなく
対象物体までの距離を精度よく測定することができるよ
うにした干渉測長器を提供しようとするものである。
のであり、光源の強度変調成分の影響を受けることなく
対象物体までの距離を精度よく測定することができるよ
うにした干渉測長器を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明では、上記目的を
達成するために、出力波長が繰り返し掃引されるレーザ
光源と、レーザ光源から出射した光線を２方向に分割し
て対象物体に照射する物体光と参照物体に照射する参照
光とに分割するビームスプリッタと、対象物体および参
照物体からの反射光の干渉により生じる光ビートの強度
を検出する受光手段と、受光素子の出力に基づいて対象
物体までの距離を計測する演算手段と、対象物体および
参照物体とビームスプリッタとの光路差を規定量だけ変
化させる光路差設定手段と、レーザ光源の出力波長の副
数回の掃引に対して同波長となる時点でそれぞれ異なる
光路差が設定されるように光路差設定手段を制御する制
御手段とを具備しているのである。
達成するために、出力波長が繰り返し掃引されるレーザ
光源と、レーザ光源から出射した光線を２方向に分割し
て対象物体に照射する物体光と参照物体に照射する参照
光とに分割するビームスプリッタと、対象物体および参
照物体からの反射光の干渉により生じる光ビートの強度
を検出する受光手段と、受光素子の出力に基づいて対象
物体までの距離を計測する演算手段と、対象物体および
参照物体とビームスプリッタとの光路差を規定量だけ変
化させる光路差設定手段と、レーザ光源の出力波長の副
数回の掃引に対して同波長となる時点でそれぞれ異なる
光路差が設定されるように光路差設定手段を制御する制
御手段とを具備しているのである。
【０００９】
【作用】上記構成によれば、参照光と物体光との光路差
を規定量だけ変化させる光路差設定手段と、レーザ光源
の出力波長の副数回の掃引に対して同波長となる時点で
それぞれ異なる光路差が設定されるように光路差設定手
段を制御する制御手段とを設けたことによって、レーザ
光源の出力波長の掃引とともに変化する強度変調成分が
含まれている場合に、各回の掃引のたびに強度が同じに
なる時点で光路差のみを変化させて複数回の測定を行え
ば、強度変調成分を除去して位相を求めることができる
のであって、強度変調成分を考慮することなく高精度に
距離の測定が行えるのである。
を規定量だけ変化させる光路差設定手段と、レーザ光源
の出力波長の副数回の掃引に対して同波長となる時点で
それぞれ異なる光路差が設定されるように光路差設定手
段を制御する制御手段とを設けたことによって、レーザ
光源の出力波長の掃引とともに変化する強度変調成分が
含まれている場合に、各回の掃引のたびに強度が同じに
なる時点で光路差のみを変化させて複数回の測定を行え
ば、強度変調成分を除去して位相を求めることができる
のであって、強度変調成分を考慮することなく高精度に
距離の測定が行えるのである。
【００１０】
【実施例】本実施例では、図１に示すように、参照鏡３
をＰＺＴのような圧電素子６を光路差設定手段として用
いて変位させることができるようにし、参照鏡３および
対象物体４とビームスプリッタ２との間の光路差を可変
とした点が従来構成と相違している。圧電素子６は、図
示していない制御手段によって制御され、発振器１１の
出力の周期に同期して後述するように参照鏡３を変位さ
せる。また、本実施例では、レーザ光源１とアイソレー
タ７との間にレンズ８を介装している。他の構成は従来
構成と同様である。
をＰＺＴのような圧電素子６を光路差設定手段として用
いて変位させることができるようにし、参照鏡３および
対象物体４とビームスプリッタ２との間の光路差を可変
とした点が従来構成と相違している。圧電素子６は、図
示していない制御手段によって制御され、発振器１１の
出力の周期に同期して後述するように参照鏡３を変位さ
せる。また、本実施例では、レーザ光源１とアイソレー
タ７との間にレンズ８を介装している。他の構成は従来
構成と同様である。
【００１１】まず、本実施例の原理を説明する。 い
ま、光路差がＬであるときに、圧電素子６を用いて光路
差をΔＬだけ変位させたとすると、干渉により生じる光
ビートの強度Ｉは（３）式のようになる。 Ｉ＝Ａ＋Ｂ・cos ２π｛（Ｌ＋ΔＬ）Δλ／λ0 2 ＋（Ｌ＋ΔＬ）／λ0 ｝ …（３） （３）式の位相項のうちΔＬ（Δλ／λ0 2 ）は他の位
相項よりも十分に小さいから、この項は無視してもよ
く、（３）式に代えて次の（４）式を用いることができ
る。 Ｉ＝Ａ＋Ｂ・cos ２π｛ΔλＬ／λ0 2 ＋（Ｌ＋ΔＬ）／λ0 ｝ …（４） ここで、圧電素子６を制御手段により制御して、参照鏡
３の位置を、０、λ0 ／８、λ0 ／４、３λ0 ／８とな
るように変位させると、光路差の変化ΔＬは、０、λ0
／４、λ0 ／２、３λ0 ／４となる。このとき、位相の
変化Δφは、０、π／２、π、３π／２になる。すなわ
ち、（４）式で２π｛ΔλＬ／λ0 2 ＋（Ｌ＋ΔＬ）／
λ0 ｝＝φとおけば、光路差の変化ΔＬが０、λ0 ／
４、λ0 ／２、３λ0 ／４に対して、（４）式は次のよ
うに表される。 Ｉ1 ＝Ａ＋Ｂ・cos φ …（５） Ｉ2 ＝Ａ＋Ｂ・cos （φ＋π／２） …（６） Ｉ3 ＝Ａ＋Ｂ・cos （φ＋π） …（７） Ｉ4 ＝Ａ＋Ｂ・cos （φ＋３π／２） …（８） 上のＩ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 ，Ｉ4 からＡ，Ｂを消去してφを
求めると、 φ＝tan -1（Ｉ4 −Ｉ2 ）／（Ｉ1 −Ｉ3 ） …（９） が得られる。（９）式から明らかなように、位相φには
レーザ光源１の強度変調成分が含まれていないから、高
精度に位相φを決定することができる。なお、一般に
は、ΔＬj ＝ｊλ／Ｎ（ｊ＝１，２，…，Ｎ）とすれ
ば、位相φは数１のように表すことができる。
ま、光路差がＬであるときに、圧電素子６を用いて光路
差をΔＬだけ変位させたとすると、干渉により生じる光
ビートの強度Ｉは（３）式のようになる。 Ｉ＝Ａ＋Ｂ・cos ２π｛（Ｌ＋ΔＬ）Δλ／λ0 2 ＋（Ｌ＋ΔＬ）／λ0 ｝ …（３） （３）式の位相項のうちΔＬ（Δλ／λ0 2 ）は他の位
相項よりも十分に小さいから、この項は無視してもよ
く、（３）式に代えて次の（４）式を用いることができ
る。 Ｉ＝Ａ＋Ｂ・cos ２π｛ΔλＬ／λ0 2 ＋（Ｌ＋ΔＬ）／λ0 ｝ …（４） ここで、圧電素子６を制御手段により制御して、参照鏡
３の位置を、０、λ0 ／８、λ0 ／４、３λ0 ／８とな
るように変位させると、光路差の変化ΔＬは、０、λ0
／４、λ0 ／２、３λ0 ／４となる。このとき、位相の
変化Δφは、０、π／２、π、３π／２になる。すなわ
ち、（４）式で２π｛ΔλＬ／λ0 2 ＋（Ｌ＋ΔＬ）／
λ0 ｝＝φとおけば、光路差の変化ΔＬが０、λ0 ／
４、λ0 ／２、３λ0 ／４に対して、（４）式は次のよ
うに表される。 Ｉ1 ＝Ａ＋Ｂ・cos φ …（５） Ｉ2 ＝Ａ＋Ｂ・cos （φ＋π／２） …（６） Ｉ3 ＝Ａ＋Ｂ・cos （φ＋π） …（７） Ｉ4 ＝Ａ＋Ｂ・cos （φ＋３π／２） …（８） 上のＩ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 ，Ｉ4 からＡ，Ｂを消去してφを
求めると、 φ＝tan -1（Ｉ4 −Ｉ2 ）／（Ｉ1 −Ｉ3 ） …（９） が得られる。（９）式から明らかなように、位相φには
レーザ光源１の強度変調成分が含まれていないから、高
精度に位相φを決定することができる。なお、一般に
は、ΔＬj ＝ｊλ／Ｎ（ｊ＝１，２，…，Ｎ）とすれ
ば、位相φは数１のように表すことができる。
【００１２】
【数１】
【００１３】上述したように、光路差を４段階に設定す
れば、強度変調成分の影響を受けることなく位相φを求
めることができる。そこで、レーザ光源１を、図４に示
すような周期Ｔm の三角波状に変調し、周期Ｔm 毎に圧
電素子６を制御手段で制御して参照鏡３を０、λ0 ／
８、λ0 ／４、３λ0 ／８と変位させ、光路差の変化Δ
Ｌが０、λ0 ／４、λ0 ／２、３λ0 ／４となるように
設定する。
れば、強度変調成分の影響を受けることなく位相φを求
めることができる。そこで、レーザ光源１を、図４に示
すような周期Ｔm の三角波状に変調し、周期Ｔm 毎に圧
電素子６を制御手段で制御して参照鏡３を０、λ0 ／
８、λ0 ／４、３λ0 ／８と変位させ、光路差の変化Δ
Ｌが０、λ0 ／４、λ0 ／２、３λ0 ／４となるように
設定する。
【００１４】ここで、光路差の変化ΔＬが０の時の半周
期において、図２（ａ）に示すように、測定点ｔ11，ｔ
21をとり、各測定点ｔ11，ｔ21での受光素子５の出力信
号をＩ11，Ｉ21とする。さらに、図２（ｂ）に示すよう
に、各測定点ｔ11，ｔ21に対して周期Ｔm だけ遅れた測
定点ｔ12，ｔ22についても受光素子５の出力信号Ｉ12，
Ｉ22を求める。この出力信号Ｉ12，Ｉ22は、ΔＬ＝λ0
／８の測定値になる。以後、同様にして各測定点から周
期Ｔm ごとに受光素子５の出力信号を求める（図２
（ｃ）（ｄ）参照）。このようにして４周期分について
出力信号Ｉ11，Ｉ21，Ｉ12，Ｉ22，Ｉ13，Ｉ23，Ｉ14，
Ｉ24を求め、（９）式に適用すれば、測定点ｔ11，ｔ12
に関する位相φ1 ，φ2 を求めることができる。
期において、図２（ａ）に示すように、測定点ｔ11，ｔ
21をとり、各測定点ｔ11，ｔ21での受光素子５の出力信
号をＩ11，Ｉ21とする。さらに、図２（ｂ）に示すよう
に、各測定点ｔ11，ｔ21に対して周期Ｔm だけ遅れた測
定点ｔ12，ｔ22についても受光素子５の出力信号Ｉ12，
Ｉ22を求める。この出力信号Ｉ12，Ｉ22は、ΔＬ＝λ0
／８の測定値になる。以後、同様にして各測定点から周
期Ｔm ごとに受光素子５の出力信号を求める（図２
（ｃ）（ｄ）参照）。このようにして４周期分について
出力信号Ｉ11，Ｉ21，Ｉ12，Ｉ22，Ｉ13，Ｉ23，Ｉ14，
Ｉ24を求め、（９）式に適用すれば、測定点ｔ11，ｔ12
に関する位相φ1 ，φ2 を求めることができる。
【００１５】測定点ｔ11から測定点ｔ21までの位相の変
化Δφ0 は、（１０）式で表すことができる。 Δφ0 ＝（２π−φ1 ）＋φ2 ＋２πＮ …（１０） ただし、Ｎは整数である。また、位相の変化Δφ0 は、
整数部Ｎと小数部ε（０≦ε＜１）とを用いて表すと、
（１１）式のように表すこともできる。 Δφ0 ＝２π（Ｎ＋ε） …（１１） （１０）式と（１１）式とを比較すれば、小数部ε（端
数）は、位相φ1 ，φ2を用いて、（１２）式で表すこ
とができる。 ε＝｛（２π−φ1 ）＋φ2 ｝／２π …（１２） したがって、光ビートの波の個数であるＮを適当に求め
ることによって、（１１）式から位相の変化Δφ0 を求
めることができ、位相の変化Δφ0 が求まれば（２）式
を適用して光路差Ｌを求めることができるのである。こ
のようにして光路差Ｌが求まれば、対象物体４までの距
離は容易に求めることができる。
化Δφ0 は、（１０）式で表すことができる。 Δφ0 ＝（２π−φ1 ）＋φ2 ＋２πＮ …（１０） ただし、Ｎは整数である。また、位相の変化Δφ0 は、
整数部Ｎと小数部ε（０≦ε＜１）とを用いて表すと、
（１１）式のように表すこともできる。 Δφ0 ＝２π（Ｎ＋ε） …（１１） （１０）式と（１１）式とを比較すれば、小数部ε（端
数）は、位相φ1 ，φ2を用いて、（１２）式で表すこ
とができる。 ε＝｛（２π−φ1 ）＋φ2 ｝／２π …（１２） したがって、光ビートの波の個数であるＮを適当に求め
ることによって、（１１）式から位相の変化Δφ0 を求
めることができ、位相の変化Δφ0 が求まれば（２）式
を適用して光路差Ｌを求めることができるのである。こ
のようにして光路差Ｌが求まれば、対象物体４までの距
離は容易に求めることができる。
【００１６】
【発明の効果】本発明は上述のように、出力波長が繰り
返し掃引されるレーザ光源と、レーザ光源から出射した
光線を２方向に分割して対象物体に照射する物体光と参
照物体に照射する参照光とに分割するビームスプリッタ
と、対象物体および参照物体からの反射光の干渉により
生じる光ビートの強度を検出する受光手段と、受光素子
の出力に基づいて対象物体までの距離を計測する演算手
段と、対象物体および参照物体とビームスプリッタとの
光路差を規定量だけ変化させる光路差設定手段と、レー
ザ光源の出力波長の副数回の掃引に対して同波長となる
時点でそれぞれ異なる光路差が設定されるように光路差
設定手段を制御する制御手段とを具備しているものであ
り、参照光と物体光との光路差を規定量だけ変化させる
光路差設定手段と、レーザ光源の出力波長の副数回の掃
引に対して同波長となる時点でそれぞれ異なる光路差が
設定されるように光路差設定手段を制御する制御手段と
を設けているので、レーザ光源の出力波長の掃引ととも
に変化する強度変調成分が含まれていても、各回の掃引
のたびに強度が同じになる時点で光路差のみを変化させ
て複数回の測定を行えば、強度変調成分を除去して位相
を求めることができるのであって、強度変調成分を考慮
することなく高精度に距離の測定が行えるという利点を
有する。
返し掃引されるレーザ光源と、レーザ光源から出射した
光線を２方向に分割して対象物体に照射する物体光と参
照物体に照射する参照光とに分割するビームスプリッタ
と、対象物体および参照物体からの反射光の干渉により
生じる光ビートの強度を検出する受光手段と、受光素子
の出力に基づいて対象物体までの距離を計測する演算手
段と、対象物体および参照物体とビームスプリッタとの
光路差を規定量だけ変化させる光路差設定手段と、レー
ザ光源の出力波長の副数回の掃引に対して同波長となる
時点でそれぞれ異なる光路差が設定されるように光路差
設定手段を制御する制御手段とを具備しているものであ
り、参照光と物体光との光路差を規定量だけ変化させる
光路差設定手段と、レーザ光源の出力波長の副数回の掃
引に対して同波長となる時点でそれぞれ異なる光路差が
設定されるように光路差設定手段を制御する制御手段と
を設けているので、レーザ光源の出力波長の掃引ととも
に変化する強度変調成分が含まれていても、各回の掃引
のたびに強度が同じになる時点で光路差のみを変化させ
て複数回の測定を行えば、強度変調成分を除去して位相
を求めることができるのであって、強度変調成分を考慮
することなく高精度に距離の測定が行えるという利点を
有する。
【図１】実施例を示す概略構成図である。
【図２】実施例の動作説明図である。
【図３】従来例を示す概略構成図である。
【図４】従来例における半導体レーザの変調電流を示す
説明図である。
説明図である。
【図５】従来例における半導体レーザの発振波長を示す
説明図である。
説明図である。
【図６】従来例における半導体レーザの出力強度を示す
説明図である。
説明図である。
１ レーザ光源 ２ ビームスプリッタ ３ 参照鏡 ４ 対象物体 ５ 受光素子 ６ 圧電素子
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年７月５日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明では、上記目的を
達成するために、出力波長が繰り返し掃引されるレーザ
光源と、レーザ光源から出射した光線を２方向に分割し
て対象物体に照射する物体光と参照物体に照射する参照
光とに分割するビームスプリッタと、対象物体および参
照物体からの反射光の干渉により生じる光ビートの強度
を検出する受光手段と、受光素子の出力に基づいて対象
物体までの距離を計測する演算手段と、対象物体および
参照物体とビームスプリッタとの光路差を規定量だけ変
化させる光路差設定手段と、レーザ光源の出力波長の複
数回の掃引に対して同波長となる時点でそれぞれ異なる
光路差が設定されるように光路差設定手段を制御する制
御手段とを具備しているのである。
達成するために、出力波長が繰り返し掃引されるレーザ
光源と、レーザ光源から出射した光線を２方向に分割し
て対象物体に照射する物体光と参照物体に照射する参照
光とに分割するビームスプリッタと、対象物体および参
照物体からの反射光の干渉により生じる光ビートの強度
を検出する受光手段と、受光素子の出力に基づいて対象
物体までの距離を計測する演算手段と、対象物体および
参照物体とビームスプリッタとの光路差を規定量だけ変
化させる光路差設定手段と、レーザ光源の出力波長の複
数回の掃引に対して同波長となる時点でそれぞれ異なる
光路差が設定されるように光路差設定手段を制御する制
御手段とを具備しているのである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００９】
【作用】上記構成によれば、参照光と物体光との光路差
を規定量だけ変化させる光路差設定手段と、レーザ光源
の出力波長の複数回の掃引に対して同波長となる時点で
それぞれ異なる光路差が設定されるように光路差設定手
段を制御する制御手段とを設けたことによって、レーザ
光源の出力波長の掃引とともに変化する強度変調成分が
含まれている場合に、各回の掃引のたびに強度が同じに
なる時点で光路差のみを変化させて複数回の測定を行え
ば、強度変調成分を除去して位相を求めることができる
のであって、強度変調成分を考慮することなく高精度に
距離の測定が行えるのである。
を規定量だけ変化させる光路差設定手段と、レーザ光源
の出力波長の複数回の掃引に対して同波長となる時点で
それぞれ異なる光路差が設定されるように光路差設定手
段を制御する制御手段とを設けたことによって、レーザ
光源の出力波長の掃引とともに変化する強度変調成分が
含まれている場合に、各回の掃引のたびに強度が同じに
なる時点で光路差のみを変化させて複数回の測定を行え
ば、強度変調成分を除去して位相を求めることができる
のであって、強度変調成分を考慮することなく高精度に
距離の測定が行えるのである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１２】
【数１】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１４】ここで、光路差の変化ΔＬが０の時の半周
期において、図２（ａ）に示すように、測定点ｔ11，ｔ
21をとり、各測定点ｔ11，ｔ21での受光素子５の出力信
号をＩ11，Ｉ21とする。さらに、図２（ｂ）に示すよう
に、各測定点ｔ11，ｔ21に対して周期Ｔm だけ遅れた測
定点ｔ12，ｔ22についても受光素子５の出力信号Ｉ12，
Ｉ22を求める。この出力信号Ｉ12，Ｉ22は、ΔＬ＝λ0
／４の測定値になる。以後、同様にして各測定点から周
期Ｔm ごとに受光素子５の出力信号を求める（図２
（ｃ）（ｄ）参照）。このようにして４周期分について
出力信号Ｉ11，Ｉ21，Ｉ12，Ｉ22，Ｉ13，Ｉ23，Ｉ14，
Ｉ24を求め、（９）式に適用すれば、測定点ｔ11，ｔ12
に関する位相φ1 ，φ2 を求めることができる。
期において、図２（ａ）に示すように、測定点ｔ11，ｔ
21をとり、各測定点ｔ11，ｔ21での受光素子５の出力信
号をＩ11，Ｉ21とする。さらに、図２（ｂ）に示すよう
に、各測定点ｔ11，ｔ21に対して周期Ｔm だけ遅れた測
定点ｔ12，ｔ22についても受光素子５の出力信号Ｉ12，
Ｉ22を求める。この出力信号Ｉ12，Ｉ22は、ΔＬ＝λ0
／４の測定値になる。以後、同様にして各測定点から周
期Ｔm ごとに受光素子５の出力信号を求める（図２
（ｃ）（ｄ）参照）。このようにして４周期分について
出力信号Ｉ11，Ｉ21，Ｉ12，Ｉ22，Ｉ13，Ｉ23，Ｉ14，
Ｉ24を求め、（９）式に適用すれば、測定点ｔ11，ｔ12
に関する位相φ1 ，φ2 を求めることができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１６】
【発明の効果】本発明は上述のように、出力波長が繰り
返し掃引されるレーザ光源と、レーザ光源から出射した
光線を２方向に分割して対象物体に照射する物体光と参
照物体に照射する参照光とに分割するビームスプリッタ
と、対象物体および参照物体からの反射光の干渉により
生じる光ビートの強度を検出する受光手段と、受光素子
の出力に基づいて対象物体までの距離を計測する演算手
段と、対象物体および参照物体とビームスプリッタとの
光路差を規定量だけ変化させる光路差設定手段と、レー
ザ光源の出力波長の複数回の掃引に対して同波長となる
時点でそれぞれ異なる光路差が設定されるように光路差
設定手段を制御する制御手段とを具備しているものであ
り、参照光と物体光との光路差を規定量だけ変化させる
光路差設定手段と、レーザ光源の出力波長の複数回の掃
引に対して同波長となる時点でそれぞれ異なる光路差が
設定されるように光路差設定手段を制御する制御手段と
を設けているので、レーザ光源の出力波長の掃引ととも
に変化する強度変調成分が含まれていても、各回の掃引
のたびに強度が同じになる時点で光路差のみを変化させ
て複数回の測定を行えば、強度変調成分を除去して位相
を求めることができるのであって、強度変調成分を考慮
することなく高精度に距離の測定が行えるという利点を
有する。
返し掃引されるレーザ光源と、レーザ光源から出射した
光線を２方向に分割して対象物体に照射する物体光と参
照物体に照射する参照光とに分割するビームスプリッタ
と、対象物体および参照物体からの反射光の干渉により
生じる光ビートの強度を検出する受光手段と、受光素子
の出力に基づいて対象物体までの距離を計測する演算手
段と、対象物体および参照物体とビームスプリッタとの
光路差を規定量だけ変化させる光路差設定手段と、レー
ザ光源の出力波長の複数回の掃引に対して同波長となる
時点でそれぞれ異なる光路差が設定されるように光路差
設定手段を制御する制御手段とを具備しているものであ
り、参照光と物体光との光路差を規定量だけ変化させる
光路差設定手段と、レーザ光源の出力波長の複数回の掃
引に対して同波長となる時点でそれぞれ異なる光路差が
設定されるように光路差設定手段を制御する制御手段と
を設けているので、レーザ光源の出力波長の掃引ととも
に変化する強度変調成分が含まれていても、各回の掃引
のたびに強度が同じになる時点で光路差のみを変化させ
て複数回の測定を行えば、強度変調成分を除去して位相
を求めることができるのであって、強度変調成分を考慮
することなく高精度に距離の測定が行えるという利点を
有する。
Claims (1)
- 【請求項１】 出力波長が繰り返し掃引されるレーザ光
源と、レーザ光源から出射した光線を２方向に分割して
対象物体に照射する物体光と参照物体に照射する参照光
とに分割するビームスプリッタと、対象物体および参照
物体からの反射光の干渉により生じる光ビートの強度を
検出する受光手段と、受光素子の出力に基づいて対象物
体までの距離を計測する演算手段と、対象物体および参
照物体とビームスプリッタとの光路差を規定量だけ変化
させる光路差設定手段と、レーザ光源の出力波長の副数
回の掃引に対して同波長となる時点でそれぞれ異なる光
路差が設定されるように光路差設定手段を制御する制御
手段とを具備して成ることを特徴とする干渉測長器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4315300A JPH06160013A (ja) | 1992-11-25 | 1992-11-25 | 干渉測長器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4315300A JPH06160013A (ja) | 1992-11-25 | 1992-11-25 | 干渉測長器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06160013A true JPH06160013A (ja) | 1994-06-07 |
Family
ID=18063738
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4315300A Withdrawn JPH06160013A (ja) | 1992-11-25 | 1992-11-25 | 干渉測長器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06160013A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002243420A (ja) * | 2001-02-19 | 2002-08-28 | Kansai Tlo Kk | 立体形状測定装置 |
| JP2012103080A (ja) * | 2010-11-09 | 2012-05-31 | Canon Inc | 計測装置 |
-
1992
- 1992-11-25 JP JP4315300A patent/JPH06160013A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002243420A (ja) * | 2001-02-19 | 2002-08-28 | Kansai Tlo Kk | 立体形状測定装置 |
| JP2012103080A (ja) * | 2010-11-09 | 2012-05-31 | Canon Inc | 計測装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000201 |