JPS6263802A - 物理量の光学式測定方法 - Google Patents
物理量の光学式測定方法Info
- Publication number
- JPS6263802A JPS6263802A JP60202984A JP20298485A JPS6263802A JP S6263802 A JPS6263802 A JP S6263802A JP 60202984 A JP60202984 A JP 60202984A JP 20298485 A JP20298485 A JP 20298485A JP S6263802 A JPS6263802 A JP S6263802A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- mirror
- reflected
- physical quantity
- array sensor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Landscapes
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Optical Transform (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
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。
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）
本発明は物理量の変化量を光学的に測定する方法に関す
る。
る。
（従来の技術）
電子線および光リソグラフィー法を用いた半導体製造装
置をはじめ、最近の多（の超精密機械においては、精密
位置検出ならびに位置決め技術が必要不可欠な技術とな
っている。
置をはじめ、最近の多（の超精密機械においては、精密
位置検出ならびに位置決め技術が必要不可欠な技術とな
っている。
現在それらの装置で使われている方法は、周波数のわず
かに異なる光を発生し、参照光と物体光との干渉によっ
てできるビート信号の位相を検出する、光ヘテロゲイン
干渉法である。、−れらの装置では、レーザーや信号処
理系などを含め装置が大掛りになる欠点がある。
かに異なる光を発生し、参照光と物体光との干渉によっ
てできるビート信号の位相を検出する、光ヘテロゲイン
干渉法である。、−れらの装置では、レーザーや信号処
理系などを含め装置が大掛りになる欠点がある。
一方、現在光ファイバーや微小光学素子を用いた光セン
サーの研究が盛んに行なわれており、電磁界、変位、圧
力やジャイロなどが実用化されて来ている。
サーの研究が盛んに行なわれており、電磁界、変位、圧
力やジャイロなどが実用化されて来ている。
（発明が解決しようとする問題点）
現在考えられているそれらの光センサーの基本原理は、
種々の物理量が引き起こすその位相差を干渉縞の１点で
の強度変化として検出するものであり、光の波長の１／
１００程度といった高感度、高精度センサーは期待でき
ない。
種々の物理量が引き起こすその位相差を干渉縞の１点で
の強度変化として検出するものであり、光の波長の１／
１００程度といった高感度、高精度センサーは期待でき
ない。
そこで本発明では、従来の光センサーの構造をあまり変
えることなく、簡単な光センサ一部と、信号処理装置に
より、高安定、高感度に物理量の変化量を検出すること
のできる光学式測定方法を提出することを目的とする。
えることなく、簡単な光センサ一部と、信号処理装置に
より、高安定、高感度に物理量の変化量を検出すること
のできる光学式測定方法を提出することを目的とする。
（問題点を解決するための手段）
上記目的は、以下本発明によって達成される。
即ち、本発明は、参照光と、被測定対象の物理量の変化
に応じて、前記参照光との間の位相差が変化する物体光
とを干渉して干渉縞を形成し、この干渉縞を複数の受光
素子から構成されるアレイセンサで受け、位置Ｘに設置
される受光素子の出力Ｉ （ｘ）に対して、次の積分を
行い（但し、Ｌはアレイセンサの測定範囲の長さ、ｆは
この受光範囲に含まれる縞の本数である。）、 このＣ１Ｓに対して次の演算を行い、 ψ’ −ｔａｎ−’ （Ｓ／Ｃ） このψ′の値に基づいて前記物理量の変化量を検出する
ものである。
に応じて、前記参照光との間の位相差が変化する物体光
とを干渉して干渉縞を形成し、この干渉縞を複数の受光
素子から構成されるアレイセンサで受け、位置Ｘに設置
される受光素子の出力Ｉ （ｘ）に対して、次の積分を
行い（但し、Ｌはアレイセンサの測定範囲の長さ、ｆは
この受光範囲に含まれる縞の本数である。）、 このＣ１Ｓに対して次の演算を行い、 ψ’ −ｔａｎ−’ （Ｓ／Ｃ） このψ′の値に基づいて前記物理量の変化量を検出する
ものである。
このような測定を行うことによって、光の波長以下の光
路長の変化も高精度に測定することができる。
路長の変化も高精度に測定することができる。
（作 用）
本発明を図面を用いて更に説明する。第１図は本発明を
説明するための基本的干渉計としてのマイケルソン干渉
計の平面図である。Ｈｅ−Ｎｅレーザー光源１から放出
された光２は半透鏡３によって２つの光２ａと２ｂとに
分けられる。一方の光２ａは、電歪素子ＰＺＴ４によっ
て移動される物体ミラー５に入射され物体光２Ｃとして
反射される。他方の光２ｄは、わずかに傾けた参照ミラ
ー６に入射され参照光２ｄとして反射される。これら物
体光２ｃおよび参照光２ｄは半透鏡３を透過あるいは反
射し、更に対物レンズ７を通して複数の受光素子を所定
ピッチで配することにより構成されるアレイセンサ８上
に投影される。アレイセンサ８上には物体光２ｃと参照
光２ｄとの干渉によって等間隔直線状の干渉縞９が形成
されるので、アレイセンサ８からの出力は第２図に示さ
れるようなものになる。この第２図において、横軸Ｘは
アレイセンサ８を構成する受光素子の設置位置を表わし
、縦軸Ｉ （ｘ）は位置Ｘに設置された受光素子からの
出力信号を表わしている。アレイセンサ８からの出力は
信号処理回路１０へ送られ、以下の処理が施される。こ
こで、アレイセンサ８における測定範囲を０〜Ｌとし、
この範囲内に含まれる縞の本数をｆとする。
説明するための基本的干渉計としてのマイケルソン干渉
計の平面図である。Ｈｅ−Ｎｅレーザー光源１から放出
された光２は半透鏡３によって２つの光２ａと２ｂとに
分けられる。一方の光２ａは、電歪素子ＰＺＴ４によっ
て移動される物体ミラー５に入射され物体光２Ｃとして
反射される。他方の光２ｄは、わずかに傾けた参照ミラ
ー６に入射され参照光２ｄとして反射される。これら物
体光２ｃおよび参照光２ｄは半透鏡３を透過あるいは反
射し、更に対物レンズ７を通して複数の受光素子を所定
ピッチで配することにより構成されるアレイセンサ８上
に投影される。アレイセンサ８上には物体光２ｃと参照
光２ｄとの干渉によって等間隔直線状の干渉縞９が形成
されるので、アレイセンサ８からの出力は第２図に示さ
れるようなものになる。この第２図において、横軸Ｘは
アレイセンサ８を構成する受光素子の設置位置を表わし
、縦軸Ｉ （ｘ）は位置Ｘに設置された受光素子からの
出力信号を表わしている。アレイセンサ８からの出力は
信号処理回路１０へ送られ、以下の処理が施される。こ
こで、アレイセンサ８における測定範囲を０〜Ｌとし、
この範囲内に含まれる縞の本数をｆとする。
まず、干渉縞を表わす信号１ （ｘ）に対して、次の積
分が行われ、 更に、このＣ９Ｓに対して次の演算が行われ、ψ′が求
められる。
分が行われ、 更に、このＣ９Ｓに対して次の演算が行われ、ψ′が求
められる。
ψ’ ＝ ｔａｎ−’ （Ｓ／Ｃ）
（３）ここで求めたψ′は、実際の光の位相変化ψに
対して誤差を含んでいるが、ｆが１０以上であれば、３
６０″′変化した時のＩ（ｘ）かもとの強度にもどる場
合のψを測定していた。したがって、本発明では約９０
倍精度が向上したことになる。（１）〜（３）式の計算
は、実際はアレイセンサ８の電気信号をＡ／Ｄ変換し、
これによって得られたデジタル値を、（１）および（２
）式に従って数値積分し、その後（３）式に従ってψ′
を求めることによって行われる。
（３）ここで求めたψ′は、実際の光の位相変化ψに
対して誤差を含んでいるが、ｆが１０以上であれば、３
６０″′変化した時のＩ（ｘ）かもとの強度にもどる場
合のψを測定していた。したがって、本発明では約９０
倍精度が向上したことになる。（１）〜（３）式の計算
は、実際はアレイセンサ８の電気信号をＡ／Ｄ変換し、
これによって得られたデジタル値を、（１）および（２
）式に従って数値積分し、その後（３）式に従ってψ′
を求めることによって行われる。
第３図に被測定対象としてのＰＺＴの変位量の測定結果
を示す。横軸は、ＰＺＴの印加電圧を制御する制御電圧
を示しており、縦軸は、ＰＺＴの変位量を示している。
を示す。横軸は、ＰＺＴの印加電圧を制御する制御電圧
を示しており、縦軸は、ＰＺＴの変位量を示している。
実際にＰＺＴに印加される電圧は、制御電圧を高圧アン
プで約７０倍したものとなっている。曲線ＡがＰＺＴへ
の印加電圧を徐々に上げていった時に対応し、曲線Ｂが
ＰＺＴへの印加電圧を徐々に下げていった時に対応する
。
プで約７０倍したものとなっている。曲線ＡがＰＺＴへ
の印加電圧を徐々に上げていった時に対応し、曲線Ｂが
ＰＺＴへの印加電圧を徐々に下げていった時に対応する
。
ＰＺＴの電圧変化によるヒステリシスがあるのが良くわ
かる。この光学系では、０．３μｍの物体変位により光
の位相は２π［ｒａｄ ］変化するので、第３図から、
波長以下の変位が測定されているのが良くわかる。
かる。この光学系では、０．３μｍの物体変位により光
の位相は２π［ｒａｄ ］変化するので、第３図から、
波長以下の変位が測定されているのが良くわかる。
（実施例）
このような測定方法は次に示すような物理量の高安定、
高精度センサーに応用できる。第４図には圧力センサー
のだめのマイクロ干渉計を示した。
高精度センサーに応用できる。第４図には圧力センサー
のだめのマイクロ干渉計を示した。
光源（レーザーダイオード等）１１から出た光を単一モ
ードファイバー１２で圧力センサ一部であるダイヤフラ
ム１３に導き、光結合器１４により、参照光１５と物体
光１６とに分ける。圧力が変化するとダイヤフラム１３
の形が変化し、それにより物体光１６の位相が変化する
。この位相変化を受けた物体光１６と、参照光１５とを
光ファイバーのコアが近接して接着しである二重コア単
一モードファイバー１７により導き、イメージセンサ−
１８上に投影すると干渉縞１９が形成される。
ードファイバー１２で圧力センサ一部であるダイヤフラ
ム１３に導き、光結合器１４により、参照光１５と物体
光１６とに分ける。圧力が変化するとダイヤフラム１３
の形が変化し、それにより物体光１６の位相が変化する
。この位相変化を受けた物体光１６と、参照光１５とを
光ファイバーのコアが近接して接着しである二重コア単
一モードファイバー１７により導き、イメージセンサ−
１８上に投影すると干渉縞１９が形成される。
この干渉縞１９は参照光１５と物体光１６との位相変化
によって横移動するので、イメージセンサ−１８の出力
を信号処理回路２０に送り、上述と同様の方法により処
理すると、高精度で位相差が検出できる。したがって圧
力も高精度で検出できる。
によって横移動するので、イメージセンサ−１８の出力
を信号処理回路２０に送り、上述と同様の方法により処
理すると、高精度で位相差が検出できる。したがって圧
力も高精度で検出できる。
第４図に示された干渉計では光ファイバー１２および１
７を用いているが、微小光学技術、リソグラフィー技術
により、光源１１、イメージセンサ−１８などを一基板
上に構成することもでき、小型、高安定、高精度センサ
ーとすることができる。
７を用いているが、微小光学技術、リソグラフィー技術
により、光源１１、イメージセンサ−１８などを一基板
上に構成することもでき、小型、高安定、高精度センサ
ーとすることができる。
さらに、圧力センサ一部を光フアイバージャイロ、温度
センサー、電磁界センサーなどの干渉計とすれば、被測
定物の回転角、温度、電界、磁界などを高感度で求める
ことができる。
センサー、電磁界センサーなどの干渉計とすれば、被測
定物の回転角、温度、電界、磁界などを高感度で求める
ことができる。
（発明の効果）
以上詳細に説明したように、本発明の方法によると、光
の波長以下の光路長の変化も高精度、高安定に測定する
ことができる。
の波長以下の光路長の変化も高精度、高安定に測定する
ことができる。
第１図は本発明を説明するための基本的干渉計としての
マイケルソン干渉計の平面図、第２図はアレイセンサか
らの出力を示す図、第３図は被測定対象としてのＰＺＴ
の変位量の測定結果を示すグラフ、 第４図は本発明の方法を使用する圧力センサーのだめの
マイクロ干渉計の概略図である。 １・・・・・・Ｈｅ−Ｎｅレーザー光源、２ｃ・・・・
・・物体光、 ２ｄ・・・・・・参照光、４・・・・
・・電歪素子ＰＺＴ。 ５・・・・・・物体ミラー、 ６・・・・・・参照ミラー、 ７・・・・・・対物レンズ、 ８・・・・・・アレイセンサ、 ９・・・・・・干渉縞、 １０・・・・・・信号処理回路、 １１・・・・・・光源、１２・・・・・・単一モードフ
ァイバー、１３・・・・・・ダイヤフラム、 １４・
・・・・・光結合器、１５・・・・・・参照光、
１６・・・・・・プローブ光、１７・・・・・・二
重コア単一モードファイバー、１８・・・・・・イメー
ジセンサ、 １９・・・・・・干渉縞、 ２０・・・・・・信号処理回路。 第１図 第２図 ニー−− 電圧（Ｖ）
マイケルソン干渉計の平面図、第２図はアレイセンサか
らの出力を示す図、第３図は被測定対象としてのＰＺＴ
の変位量の測定結果を示すグラフ、 第４図は本発明の方法を使用する圧力センサーのだめの
マイクロ干渉計の概略図である。 １・・・・・・Ｈｅ−Ｎｅレーザー光源、２ｃ・・・・
・・物体光、 ２ｄ・・・・・・参照光、４・・・・
・・電歪素子ＰＺＴ。 ５・・・・・・物体ミラー、 ６・・・・・・参照ミラー、 ７・・・・・・対物レンズ、 ８・・・・・・アレイセンサ、 ９・・・・・・干渉縞、 １０・・・・・・信号処理回路、 １１・・・・・・光源、１２・・・・・・単一モードフ
ァイバー、１３・・・・・・ダイヤフラム、 １４・
・・・・・光結合器、１５・・・・・・参照光、
１６・・・・・・プローブ光、１７・・・・・・二
重コア単一モードファイバー、１８・・・・・・イメー
ジセンサ、 １９・・・・・・干渉縞、 ２０・・・・・・信号処理回路。 第１図 第２図 ニー−− 電圧（Ｖ）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 参照光と、被測定対象の物理量の変化に応じて、前記参
照光との間の位相差が変化する物体光とを干渉して干渉
縞を形成し、この干渉縞を複数の受光素子から構成され
るアレイセンサで受け、位置ｘに設置される受光素子の
出力Ｉ（ｘ）に対して、次の積分を行い（但し、Ｌはア
レイセンサの測定範囲の長さ、ｆはこの受光範囲に含ま
れる縞の本数である。）、 ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ このＣ、Ｓに対して次の演算を行い、 ψ′＝ｔａｎ＾−＾１（Ｓ／Ｃ） このψ′の値に基づいて前記物理量の変化量を検出する
物理量の光学式測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60202984A JPS6263802A (ja) | 1985-09-13 | 1985-09-13 | 物理量の光学式測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60202984A JPS6263802A (ja) | 1985-09-13 | 1985-09-13 | 物理量の光学式測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6263802A true JPS6263802A (ja) | 1987-03-20 |
Family
ID=16466404
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60202984A Pending JPS6263802A (ja) | 1985-09-13 | 1985-09-13 | 物理量の光学式測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6263802A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH045524A (ja) * | 1990-04-23 | 1992-01-09 | Nippon Steel Corp | 交流磁歪測定方法 |
-
1985
- 1985-09-13 JP JP60202984A patent/JPS6263802A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH045524A (ja) * | 1990-04-23 | 1992-01-09 | Nippon Steel Corp | 交流磁歪測定方法 |
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