JPH08338707A

JPH08338707A - 変位計

Info

Publication number: JPH08338707A
Application number: JP17144495A
Authority: JP
Inventors: Masaharu Okabe; 正治岡部
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-06-14
Filing date: 1995-06-14
Publication date: 1996-12-24

Abstract

(57)【要約】【目的】高速から低速まで広範囲に対応できる安価な
変位計を実現する。【構成】レーザ光Ｌ₁ は偏光板２を経てビームスプリ
ッタ３に導入されて測定光と参照光に分割され、これら
は、被測定物Ｍ₁ 、参照ミラーＲ₁ によって反射された
うえでビームスプリッタ３に戻る。測定光は１／８波長
板４、参照光は１／４波長板５をそれぞれ２回ずつ通っ
てビームスプリッタ３に戻り、干渉光Ｃ₁を発生する。
測定光は円偏光で戻るため、干渉光Ｃ₁ を２つの偏光成
分に分割してそれぞれの光量を検出し、干渉光Ｃ₁ のエ
ネルギーベクトルの位相を調べてその回転数から被測定
物Ｍ₁ の変位量を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、微小な物体の変位を光
の干渉を利用して測定する極めて高精度の変位計に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、微小な物体の変位を高精度で測定
する方法としてヘテロダイン干渉法が知られている。ヘ
テロダイン干渉法は、わずかに異なる周波数をもつ２つ
の光を作り、被測定物体の測定面と参照面にそれぞれ入
射させ、両者の反射光を干渉させて光電変換することで
前記周波数の差に等しい周波数をもつ電気的なビート信
号を得たうえで、これと参照用のビート信号との位相差
を求めるもので、光の位相差を基準とした高精度な変位
測定が可能である。

【０００３】図９はヘテロダイン干渉法を用いた一従来
例による変位計を説明するもので、ＨｅＮｅレーザ等の
レーザ１０１から出たレーザ光は第１のビームスプリッ
タ１３０で二つの偏光成分に分割され、そのうちの一方
は周波数シフタ１３１でわずかに周波数の異なる光に変
換される。周波数シフタ１３１が例えば光音響偏向器で
あれば数十ＭＨｚの周波数シフトを与えることができ
る。周波数シフトを与えられた光を第２のビームスプリ
ッタ１３２へ導入し、第１のビームスプリッタ１３０を
透過した光と重ね合わせ、検光子１４１を経て光検出素
子１４２で光電変換すると、周波数シフタ１３１に与え
た周波数と同じ周波数のビート信号が得られる。これを
参照信号Ａ₀ として用いる。

【０００４】他方、第２のビームスプリッタ１３２で重
ね合わされて別の方向へ向かう光は第３のビームスプリ
ッタ１３３で再び分割される。該第３のビームスプリッ
タ１３３を透過して直進する光は偏波面と４５度に置か
れた１／４波長板１３４を通して被測定物体Ｍ₀ に照射
され、被測定物体Ｍ₀ で反射されて再び第３のビームス
プリッタ１３３に戻る。このとき、１／４波長板１３４
の働きで偏光方向が９０度回転するため、戻った光は第
３のビームスプリッタ１３３で反射されて光検出素子１
３９へ導入される。

【０００５】また、第３のビームスプリッタ１３３を直
進せず反射された偏光成分は、同じく１／４波長板１３
６を通して参照ミラー１３７に照射され、反射されて再
び第３のビームスプリッタ１３３に戻る。この光も１／
４波長板１３６の働きで偏光方向が９０度回転され、戻
った光は第３のビームスプリッタ１３３を透過して直進
し、検光子１３８を経て光検出素子１３９へ導入され
る。

【０００６】このように検光子１３８を経て光検出素子
１３９へ導入され、ここで光電変換されて得られたビー
ト信号が測定信号Ｂ₀ であり、測定信号Ｂ₀ と参照信号
Ａ₀の位相差を測定することで被測定物体Ｍ₀ の変位を
検出する。

【０００７】数十ＭＨｚの測定信号Ｂ₀ と参照信号Ａ₀
との位相差は位相計１４４で求める。すなわち、位相計
１４４の位相出力が被測定物体Ｍ₀ の変位を表す出力信
号となる。被測定物体Ｍ₀ が、図９の矢印Ｐ₀ で示す方
向に、レーザ１０１のレーザ光の波長の１／２だけ変位
すると、位相計１４４の位相出力は３６０度変化する。
従って、ＨｅＮｅレーザを用いた場合は、位相計１４４
の分解能が１度まであれば約２ｎｍの分解能が得られる
ことになる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の技術によれば、前述のように、２つのビート信号間の
位相差を位相計で測定することで変位を検出するヘテロ
ダイン干渉法によるものであり、微小な変位を極めて高
精度に測定できるという利点を有するが、一般的に、位
相計は応答周波数の帯域が狭く、高速度で移動する被測
定物体には追随できない。

【０００９】例えば、光源に波長６３２．８ｎｍのＨｅ
Ｎｅレーザを使い１００ＭＨｚで周波数シフトすると
き、被測定物の移動速度が０〜１０ｍ／ｓｅｃの範囲で
変化すると、１０（ｍ／sec)÷（６３２．８×１０^-9（ｍ）／２）≒
３２×１０⁶ （Ｈｚ）であるから、位相計に入力される測定信号（ビート信
号）の周波数は１００ＭＨｚを中心に、±３２ＭＨｚも
の範囲で変化する。すなわち、位相計に入力される測定
信号は、６８ＭＨｚ〜１３２ＭＨｚの周波数となり、応
答周波数帯域の狭い位相計による測定は極めて困難であ
る。

【００１０】また、ヘテロダイン干渉法に不可欠である
周波数シフタや位相計はいずれも高価であるため、装置
の高価格化を避けることができない。

【００１１】本発明は、上記従来の技術の有する問題点
に鑑みてなされたものであり、微小な物体の変位を、極
低速状態から高速状態まで広い速度範囲で高精度に検出
できるうえに、高価な計測部品を必要とせず従って安価
である変位計を提供することを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の変位計は、光源から発生された可干渉光を
偏光光束に変換する偏光手段と、前記偏光光束を参照光
と測定光に分割し、参照面と被測定物の表面によってそ
れぞれ反射させたうえで重ね合わせて干渉光を得る干渉
手段と、前記参照光の光路に配設された１／４波長移相
子と、前記測定光の光路に配設された１／８波長移相子
と、前記干渉光を２つの偏光成分に分割して両者の光量
を個別に検出する光量検出手段と、該光量検出手段の出
力に基づいて前記被測定物の変位量を演算する演算手段
を有することを特徴とする。

【００１３】測定光と参照光をそれぞれ被測定物の表面
と参照面に集光させる集光手段が設けられているとよ
い。

【００１４】また、光量検出手段の受光面が集光手段の
デ・フォーカス位置に配設されているとよい。

【００１５】また、干渉光の光路に１／２波長移相子が
配設されているとよい。

【００１６】また、演算手段が、干渉光の２つの偏光成
分のそれぞれの光量変化から前記干渉光のエネルギーベ
クトルの回転を検知する演算テーブルを有するとよい。

【００１７】

【作用】被測定物の表面で反射されて干渉手段に戻る測
定光は、１／８波長移相子を２回通ることによって特定
の偏光成分に９０度の位相遅れを生じる。このために干
渉手段に戻ったときの測定光は被測定物の移動とともに
エネルギーベクトルが回転する円偏光となる。

【００１８】そこで、測定光と参照光を合わせて得られ
る干渉光を、偏光方向が互いに異なる２つの偏光成分に
分割してそれぞれの光量を検出し、その組み合わせを検
討することで干渉光のエネルギーベクトルの正逆回転数
を求め、これを被測定物の変位量に換算する。

【００１９】この変位計は、光源の光の波長の１／２を
測定単位とする極めて高精度な変位計であり、周波数シ
フタや位相計等の高価な計測部品を必要としないために
安価であり、また、広い応答周波数帯域に対応して被測
定物が高速で移動する場合から極低速状態まで広範囲に
適用できるという長所を有する。

【００２０】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

【００２１】図１は一実施例による変位計を説明するも
のでこれは、光源であるＨｅＮｅレーザ１と、これから
発せられた可干渉光であるレーザ光Ｌ₁ を単一の偏光方
向をもつ偏光光束に変える偏光手段である偏光板２と、
偏光板２を透過したレーザ光を測定光と参照光に分割す
る干渉手段であるビームスプリッタ３と、測定光の特定
の方向の偏光成分を１／８波長だけ遅らせる１／８波長
移相子である１／８波長板４と、参照光の特定の方向の
偏光成分を１／４波長だけ遅らせる１／４波長移相子で
ある１／４波長板５と、１／８波長板４と被測定物Ｍ₁
の間に設けられた集光手段である対物レンズ６と、１／
４波長板５と参照面である参照ミラーＲ₁ の間に設けら
れた集光手段である対物レンズ７を有し、偏光板２の偏
光面は紙面に対して９０度の角度に設定される。

【００２２】また、１／８波長板４は入射光の偏波方向
に対して４５度の角度に設定されており、ビームスプリ
ッタ３の透過光である測定光は１／８波長板４を経て対
物レンズ６によって被測定物Ｍ₁ の表面に集光され、該
表面で反射されて再び１／８波長板４を通過してビーム
スプリッタ３に戻る。このように、測定光は１／８波長
板４を２回通過するため、ビームスプリッタ３に戻ると
きには特定の方向の偏光成分に１／４波長の遅れが得ら
れる。また、１／８波長板４は、前述のように、入射光
の偏波方向に対して４５度に設定されており、従って、
ビームスプリッタ３に戻る測定光は円偏光となる。

【００２３】他方、ビームスプリッタ３の反射光である
参照光は１／４波長板５を経て対物レンズ７によって参
照ミラーＲ₁ の表面に集光され、該表面で反射されて再
び１／４波長板５を通過してビームスプリッタ３に戻
る。このように参照光は１／４波長板５を往復で２回通
過するため、ビームスプリッタ３に戻ったときには特定
の方向の偏光成分に１／２波長の遅れが得られる。１／
４波長板５の設定角度を入射光の偏光方向に対し４５度
とすれば、参照光の偏波面は９０度回転する。

【００２４】ビームスプリッタ３に偏光特性がある場合
には、このように偏光方向が変わることでビームスプリ
ッタ３での参照光の反射特性が変わり、光の利用効率が
良くなる。すなわち、１／４波長板５を設けることで光
の利用効率が上がり、検出信号の強度が向上する。

【００２５】ビームスプリッタ３は被測定物Ｍ₁ と参照
ミラーＲ₁ から戻ってきた測定光と参照光を再び重ね合
わせ、干渉光Ｃ₁ として光量検出手段である光検出部８
へ導入する。測定光が円偏光で戻るために、重ね合わさ
れた直後の干渉光Ｃ₁ は、被測定物Ｍ₁ が１／２波長だ
け移動（変位）するごとにそのエネルギーベクトルが１
回転するものとなり、回転方向は被測定物の移動方向に
よって時計回りあるいは反時計回りとなる。

【００２６】すなわち、参照光と測定光をそれぞれ紙面
に対し４５度の偏光成分と１３５度の偏光成分に分けて
考えると、参照光は紙面に平行な直線偏光であるから、
４５度成分と１３５度成分に位相差はないが、測定光は
円偏光であるため、４５度成分と１３５度成分に９０度
の位相差が存在する。従って、これらが重ね合わされて
得られる干渉光Ｃ₁ の４５度成分の光量と１３５度成分
の光量は、それぞれ被測定物Ｍ₁ の変位によって９０度
の位相差で変化するものとなり、これらの光量変化をそ
れぞれ測定して干渉光Ｃ₁ のエネルギーベクトルの正逆
回転数を求めることで、被測定物Ｍ₁ の変位量を知るこ
とができる。

【００２７】光検出部８は１／２波長移相子である１／
２波長板８１を有し、これを紙面に対して２２．５度の
角度に設定することで干渉光Ｃ₁ の偏波面を４５度回転
させる。その結果、干渉光Ｃ₁ の４５度の偏光成分と１
３５度の偏光成分の偏波面は０度と９０度とになり、後
述する光検出部ビームスプリッタ８３や光検出素子８
４，８５を含む光学系の配置が複雑になるのを防ぐこと
ができる。１／２波長板８１を省略すると、光検出部ビ
ームスプリッタ８３を紙面に対し４５度の角度に設定
し、光検出素子８５を光検出部ビームスプリッタ８３の
反射光の光軸上に設定しなければならない。

【００２８】１／２波長板８１を通過した干渉光Ｃ₁
は、視野絞り８２を経て光検出部ビームスプリッタ８３
に入射する。視野絞り８２は各対物レンズ６，７の結像
面に配置され、従って干渉光Ｃ₁ は視野絞り８２の上に
結像する。視野絞り８２の絞り径は、例えば、直径５０
μｍであり、各対物レンズ６，７が１０倍の対物レンズ
であれば、被測定物Ｍ₁ の表面の直径５μｍの領域が測
定スポットである。この測定スポットサイズは、視野絞
り８２の大きさを変えることで変更できる。なお、この
ように測定スポットサイズが直径５μｍであれば、直径
約２０μｍの穴の中にある液体の液面昇降を高精度で測
定できる。

【００２９】光検出部ビームスプリッタ８３は干渉光Ｃ
₁ を紙面に対し０度の偏光成分Ａ₁と９０度の偏光成分
Ｂ₁ とに分割する。被測定物Ｍ₁ の移動に伴う両偏光成
分の光量変化は、前述のように、互いに９０度の位相差
を有し、これらをそれぞれ第１、第２の光検出素子８
４，８５によって測定する。

【００３０】なお、視野絞り８２を対物レンズ６，７の
結像面に配設し、両光検出素子８４，８５をデ・フォー
カス位置に配設することで、これらの精密な位置合わせ
が不必要になるという利点がある。

【００３１】両偏光成分Ａ₁ ，Ｂ₁ はそれぞれ光検出素
子８４，８５で電気信号に変えられ、増幅器８６，８７
で増幅され、それぞれ第１、第２の検出信号Ｓ₁ 、Ｔ₁
となる。被測定物Ｍ₁ が図１の矢印Ｐ₁ で示す方向に往
復移動した場合、両検出信号Ｓ₁ 、Ｔ₁ は図２の（ａ）
に示す被測定物Ｍ₁ の移動波形に対して同図（ｂ），
（ｃ）に示すように互いに９０度の位相差でほぼ周期的
に変化する。

【００３２】被測定物Ｍ₁ が１／２波長だけ移動する
と、干渉光Ｃ₁ のエネルギーベクトルは１回転し、両検
出信号Ｓ₁ ，Ｔ₁ はそれぞれ位相が３６０度変化する。
被測定物Ｍ₁ が１０ｍ／ｓｅｃの高速度で移動する状態
まで測定したい場合は、ＨｅＮｅレーザ１のレーザ光Ｌ
₁ の波長が６３２．８ｎｍであるから、検出信号Ｓ₁ ，
Ｔ₁ の周波数は１０（ｍ／sec)÷（６３２．８×１０^-9（ｍ）／２）≒
３２×１０⁶ （Ｈｚ）となる。従って、光検出素子８４，８５、増幅器８６，
８７にはこれ以上の周波数特性のあるものを用いる。ま
た、後述するアナログデジタル変換器８８にはこの周波
数の約４倍の１３０ＭＨｚ以上のサンプリング速度でデ
ジタル変換するものを用いる。

【００３３】両検出信号Ｓ₁ ，Ｔ₁ は２チャンネルのア
ナログデジタル変換器８８でデジタル信号に変換され、
演算手段である信号処理部８９に入力され、信号処理部
８９は、図３のフローチャートに示す手順によって被測
定物Ｍ₁ の変位量を算出し、その結果を表示部９に表示
する。

【００３４】信号処理部８９における演算の手順は以下
の通りである。まず、信号処理部８９のチャンネル１か
ら入力される第１の検出信号Ｓ₁ のデータをＸ₀(ｉ) 、
チャンネル２から入力される第２の検出信号Ｔ₁ のデー
タをＹ₀(ｉ) と呼ぶことにする。

【００３５】ステップＳ１で変数の初期化を行なう。す
なわち、データ番号ｉ、位相の初期値ｐｈ０、被測定物
位置の初期値Ｚ（０）をそれぞれ０にする。Ｘ₀(ｉ) ，
Ｙ₀(ｉ) は、光量や迷光などの影響で、図２の（ｂ）お
よび（ｃ）に示すように、あるオフセット値を中心に振
動する信号となっているため、ステップＳ２でチャンネ
ル１の信号Ｘ₀(ｉ) とチャンネル２の信号Ｙ₀(ｉ) から
それぞれのオフセット値Ｘｏｆｓ，Ｙｏｆｓを差し引い
て０を中心に振動するデータＸ，Ｙを得る。

【００３６】ステップＳ３でＸとＹの組み合わせが以下
の８種類の組み合わせのいずれであることを判別するこ
とで、干渉光Ｃ₁ のエネルギーベクトルの位相ｐｈが図
４に示す８つの領域ｐｈ＝０〜７のいずれにあるかを知
る。

【００３７】Ｘ≧０かつＹ≧０かつ｜Ｘ｜≧｜Ｙ｜のときｐｈ＝０Ｘ≧０かつＹ≧０かつ｜Ｘ｜＜｜Ｙ｜のときｐｈ＝１Ｘ＜０かつＹ≧０かつ｜Ｘ｜＜｜Ｙ｜のときｐｈ＝２Ｘ＜０かつＹ≧０かつ｜Ｘ｜≧｜Ｙ｜のときｐｈ＝３Ｘ＜０かつＹ＜０かつ｜Ｘ｜≧｜Ｙ｜のときｐｈ＝４Ｘ＜０かつＹ＜０かつ｜Ｘ｜＜｜Ｙ｜のときｐｈ＝５Ｘ≧０かつＹ＜０かつ｜Ｘ｜＜｜Ｙ｜のときｐｈ＝６Ｘ≧０かつＹ＜０かつ｜Ｘ｜≧｜Ｙ｜のときｐｈ＝７とする。この動作をする関数をｐｈａｓｅ（Ｘ，Ｙ）で
表す。

【００３８】ステップＳ４で被測定物Ｍ₁ の移動距離
（変位量）Ｚ（ｉ）を積算演算する。被測定物Ｍ₁ が近
づくときには干渉光Ｃ₁ のエネルギーベクトルの位相ｐ
ｈは正方向（反時計回り）に回転し、逆に遠ざかるとき
は負方向（時計回り）に回転する。そこで位相ｐｈが正
方向に１回転するごとにＺ（ｉ）を＋１、逆に被測定物
Ｍ₁ が遠ざかり、位相ｐｈが負方向に１回転するごとに
Ｚ（ｉ）を−１することで移動距離が求められる。本実
施例においてはこれを、一つ前の位相ｐｈ０から次の位
相ｐｈに変化する際に図４のＸ軸の正側を矢印Ｅで示す
ように正方向に横切るとき＋１、矢印Ｆ方向で示すよう
に負方向に横切るとき−１することで実現している。位
置ｐｈ０とｐｈの組み合わせによるＺ（ｉ）の増減を演
算テーブルである表にしたものを図５に示す。この表を
参照することでＺ（ｉ）に対する増減を即座に決定でき
る。

【００３９】ステップＳ５で信号の異常の検出を行な
う。異常原因は受光光量不足による異常と位相回転の異
常の二つの論理和で求める。受光光量は被測定物Ｍ₁ の
表面状態で変化し、受光光量が不足すると信号のノイズ
分が相対的に大きくなり、正しく測定できなくなる。ま
た、位相回転の異常は位相の回転方向が判断できない場
合である。この原因としては被測定物Ｍ₁ の移動速度が
速すぎて、１サンプル期間中に位相が１８０度以上回転
してしまう場合やノイズの混入によるものが考えられ
る。この場合も正しく測定できなくなる。

【００４０】まず受光光量不足は、オフセット分を差し
引いたＸ，Ｙの振動分を自乗平均した受光光量Ｐｏｗか
ら判断する。すなわち、Ｐｏｗ＞（Ｘ² ＋Ｙ² ）^1/2 が下限値ＰｏｗＬｉｍｉｔより小さい場合に異常と判断
する。この受光光量を算出する関数をＰｏｗｅｒ（Ｘ，
Ｙ）で表わす。

【００４１】一方、位相回転の異常は、正方向に位相が
回転したか、負方向に位相が回転したか判断がつかない
時に異常と判断する。すなわち一つ前の位相ｐｈ０から
次の位相ｐｈへの変化が、ｐｈ０＝０ → ｐｈ＝４ｐｈ０＝１ → ｐｈ＝５ｐｈ０＝２ → ｐｈ＝６ｐｈ０＝３ → ｐｈ＝７ｐｈ０＝４ → ｐｈ＝０ｐｈ０＝５ → ｐｈ＝１ｐｈ０＝６ → ｐｈ＝２ｐｈ０＝７ → ｐｈ＝３のいずれかの場合には回転方向が不明となる。回転方向
不明を１として第２の演算テーブルである表にしたもの
を図６に示す。この表を参照することで異常である組み
合わせを即座に求めることができる。この表を引く動作
をｅｒｒｏｒ（ｐｈ，ｐｈ０）と表わす。

【００４２】ステップＳ６で繰り返しの準備としてｐｈ
０の値の更新と、ｉの１増加を行なう。

【００４３】ステップＳ７で繰り返しの判断を行なう。
処理すべきデータがまだあるならＡ点まで戻ってステッ
プＳ２から繰り返し、処理すべきデータが終わりならこ
のルーチンを終了する。

【００４４】ルーチン終了時にはＺ（０）〜Ｚ（ｉ）に
被測定物Ｍ₁ の移動距離が格納され、ｅｒｒ（０）〜ｅ
ｒｒ（ｉ−１）には異常検出情報がそれぞれ格納されて
いる。移動距離の単位は使用するレーザ光の波長の１／
２が単位となっている。波長が６３２．８ｎｍのＨｅＮ
ｅレーザが使用されているならば、距離の単位をμｍで
表わすには、Ｚ（０）〜Ｚ（ｉ）を０．３１６４倍すれ
ばよい。

【００４５】この測定結果は表示部９の画面に表示され
る。

【００４６】本実施例によれば、被測定物によって反射
された測定光を円偏光にして直線偏光の参照光と重ね合
わせることで、被測定物の移動によってエネルギーベク
トルが回転する干渉光を作り、９０度の位相差を有する
２つの偏光成分の光量をそれぞれ検出して前記エネルギ
ーベクトルの回転方向と回転数を求めることで、被測定
物の移動方向と移動量を測定するものである。

【００４７】従って、被測定物が高速度で移動する場合
には、応答周波数の高い光検出素子や増幅器を用いるこ
とでこれに対応できる。従来例のように応答周波数の帯
域の狭い位相計を必要としないため、極低速で移動する
被測定物の変位の測定から例えば１０ｍ／ｓｅｃの高速
度で移動する被測定物の変位の測定まで、極めて広範囲
に高精度で測定できるという長所を有する。

【００４８】また、使用するレーザ光の波長の１／２の
単位まで測定可能であり、測定スポットサイズも極めて
小さくできるため、微小物体の微小な変位を測定するの
に好適である。

【００４９】さらに、被測定物に照射するだけで非接触
であるから、被測定物に与える影響が少ないという利点
もあり、加えて、従来例のように高価な周波数シフタや
位相計を必要としないために、変位計の低価格化に大き
く貢献できる。

【００５０】図７は本実施例の一変形例を示すもので、
これは、ＨｅＮｅレーザ１から発せられたレーザ光Ｌ₁
をビームスプリッタ１１によって２分し、一方をモニタ
用のテレビカメラ１２に導入し、被測定物Ｍ₁ に対する
測定光の位置すなわち測定スポットの位置を画面１３に
よってモニタするとともに、アナログデジタル変換器８
８の替わりに、第１、第２の検出信号Ｓ₁ ，Ｔ₁ を２値
にデジタル変換するための２値化回路１４，１５と、パ
ルス変換器１６と、１６ビットのアップダウンカウンタ
１７と、デジタルアナログ変換器１８を用いたものであ
る。

【００５１】被測定物Ｍ₁ が図８の（ａ）に示すように
移動すると、干渉光Ｃ₁ の２つの偏光成分に基づく第
１、第２の検出信号Ｓ₁ ，Ｔ₁ （図８の（ｂ），（ｃ）
に示す）がそれぞれ２値化回路１４，１５においてデジ
タル変換されて図８の（ｄ），（ｅ）に示すパルス波形
となる。２値化の閾値は可変抵抗器によって可変に設定
されており、これによって被測定物Ｍ₁ の反射光の光量
変化に起因するオフセット電圧の変化に対応する。

【００５２】また、極低速状態（ＤＣ）までの測定はで
きなくなるが、反射光の光量変化があってもＡＣ結合と
すれば閾値を０Ｖに固定したままで対応できる。

【００５３】２値化回路１４，１５の出力はアップダウ
ンカウンタ１７によってそれぞれ図８の（ｆ），（ｇ）
に示すアップパルスとダウンパルスに変換される。アッ
プダウンカウンタ１７には一般の２相式ロータリーエン
コーダ用の回路をそのまま使うことができる。

【００５４】アップダウンカウンタ１７の出力をデジタ
ルアナログ変換することで図８の（ｈ）に示すグラフが
得られる。本変形例は信号処理が簡略で測定結果を汎用
のペンレコーダやオシロスコープ等によってリアルタイ
ムで得ることができるという利点を有する。

【００５５】

【発明の効果】本発明は上述のとおり構成されているの
で、次に記載するような効果を奏する。

【００５６】微小な物体の変位を広い速度範囲で高精度
に検出できるうえに、高価な計測部品を必要とせず、従
って、安価である変位計を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例による変位計を説明する説明図であ
る。

【図２】被測定物の位置と２つの検出信号の変化をグラ
フで示すものである。

【図３】図１の変位計の演算手順を示すフローチャート
である。

【図４】光検出部の出力の位相を説明する図である。

【図５】光検出部の出力の位相に基づいて被測定物の変
位量を演算するための表を示す。

【図６】変位計の出力の位相に基づいてエラー信号を発
生するための表を示す。

【図７】一変形例による変位計を説明する説明図であ
る。

【図８】被測定物の位置と２つの検出信号の変化とこれ
らを２値化したものと、アップダウンカウンタの出力と
測定結果をグラフで示すものである。

【図９】従来例による変位計を説明する説明図である。

【符号の説明】

１ＨｅＮｅレーザ３ビームスプリッタ４１／８波長板５１／４波長板６，７対物レンズ８光検出部９表示部１２テレビカメラ８１１／２波長板８３光検出部ビームスプリッタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源から発生された可干渉光を偏光光束
に変換する偏光手段と、前記偏光光束を参照光と測定光
に分割し、参照面と被測定物の表面によってそれぞれ反
射させたうえで重ね合わせて干渉光を得る干渉手段と、
前記参照光の光路に配設された１／４波長移相子と、前
記測定光の光路に配設された１／８波長移相子と、前記
干渉光を２つの偏光成分に分割して両者の光量を個別に
検出する光量検出手段と、該光量検出手段の出力に基づ
いて前記被測定物の変位量を演算する演算手段を有する
変位計。
【請求項２】測定光と参照光をそれぞれ被測定物の表
面と参照面に集光させる集光手段が設けられていること
を特徴とする請求項１記載の変位計。
【請求項３】光量検出手段の受光面が集光手段のデ・
フォーカス位置に配設されていることを特徴とする請求
項２記載の変位計。
【請求項４】干渉光の光路に１／２波長移相子が配設
されていることを特徴とする請求項１ないし３いずれか
１項記載の変位計。
【請求項５】演算手段が、干渉光の２つの偏光成分の
それぞれの光量変化から前記干渉光のエネルギーベクト
ルの回転を検知する演算テーブルを有することを特徴と
する請求項１ないし４いずれか１項記載の変位計。
【請求項６】演算手段が、干渉光の２つの偏光成分の
それぞれの光量変化から干渉光の異常を検知する第２の
演算テーブルを有することを特徴とする請求項１ないし
５いずれか１項記載の変位計。