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レーザ干渉変位測定方法およびレーザ干渉変位測定装置

国内特許コード P06A009539
掲載日 2007年1月9日
出願番号 特願2004-290013
公開番号 特開2006-105669
登録番号 特許第4501000号
出願日 平成16年10月1日(2004.10.1)
公開日 平成18年4月20日(2006.4.20)
登録日 平成22年4月30日(2010.4.30)
発明者
  • 佐々木 修己
出願人
  • 学校法人新潟大学
発明の名称 レーザ干渉変位測定方法およびレーザ干渉変位測定装置
発明の概要

【課題】 従来よりも高速に、被対象物の変位を正確に測定することができるレーザ干渉変位測定方法およびレーザ干渉変位測定装置を提供する。
【解決手段】 正弦波状に変調した注入電流i(t)をレーザ光源10に入力する。レーザ光源10からの光は、被対象物Oの表面とファイバ32の出射端面に各々反射して干渉し、この干渉光がフォトダイオード41によって電気的な干渉信号S(t)に変換される。レーザ光源10に入力する注入電流i(t)は、急激な立上がりや立下りのない正弦波状の変化を繰り返すため、干渉信号S(t)を正しくサンプリング取得できる。そのため、当該サンプリング取得した複数の干渉信号S(t)の演算処理によって、被対象物Oの変位を正しく測定できる。
【選択図】 図1

従来技術、競合技術の概要


一般に、この種の干渉計は、光源からの光を分割させて被対象物の表面と参照面に各々反射させた後、被対象物表面からの物体光と参照面からの参照光を合成して干渉させる干渉光学系と、この干渉光学系の検出面で得られる干渉光を電気信号に変換する光電変換手段とを備え、2つの光波の位相差または光路長の差を光の強度に変換することで、光の波長を単位とした超精密測定を実現している。特に、被対象物に対しては非接触での測定が可能になることから、精密加工機や精密測定器などを扱う加工現場では、有効な測定手段として利用されている。



こうした干渉計による変位測定装置として、例えば特許文献1には、単一波長を有する光源として半導体レーザを用いた干渉光学系を用意し、被対象物の表面がλ/2(λは半導体レーザの発振波長)だけ変位する毎に、光電変換手段で得られる干渉信号の強弱が1周期変化するのを利用して、被対象物の変位を微細に測定するものが開示されている。

【特許文献1】特開平4-169817号公報

産業上の利用分野


本発明は、例えば精密加工機や精密測定器において、工作物,切削器具,測定対象物などの変位位置を精密に設定するのに用いられるレーザ干渉変位測定方法およびレーザ干渉変位測定装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
正弦波状に変調した注入電流をレーザ光源に入力し、波長を時間的に変化させながら当該レーザ光源から光を発生させる第1の工程と、
前記光を分割して被対象物の表面と参照面に各々反射させた後、前記被対象物表面からの物体光と前記参照面からの参照光を合成して干渉光を得る第2の工程と、
前記干渉光を電気的な干渉信号に変換する第3の工程と、
前記正弦波状の変調周波数を基準として、当該変調周波数の1周期に対し一定間隔で前記干渉信号をサンプリング取得し、このサンプリング取得した信号を演算処理して前記被対象物の変位を測定する第4の工程と、を含むことを特徴とするレーザ干渉変位測定方法。

【請求項2】
前記レーザ光源の光強度変化を電気的な検出信号に変換する第5の工程と、
前記第3の工程における干渉信号を前記検出信号で除算し、時間的な光強度変化を除去した干渉信号を得る第6の工程と、をさらに含み、
前記第4の工程は、前記第6の工程で得た時間的な光強度変化を除去した干渉信号をサンプリング取得することを特徴とするレーザ干渉変位測定方法。

【請求項3】
記第4の工程で、前記干渉信号に含まれる変調周波数の1周期に対し8分の1の間隔で、当該干渉信号の値をそれぞれサンプリング取得し、これらの各値から、前記干渉信号に含まれる変調振幅が一定となるように、前記注入電流の振幅を可変制御するフィードバック信号を生成すると共に、前記サンプリング取得した各信号から前記干渉信号の相を求め、前記被対象物の変位を測定することを特徴とする請求項2記載のレーザ干渉変位測定方法。

【請求項4】
前記第4の工程で、前記変調振幅の値がπとなるようにフィードバック制御を行なう第7の工程をさらに含むことを特徴とする請求項3記載のレーザ干渉変位測定方法。

【請求項5】
レーザ光源からの光を分割して被対象物の表面と参照面に各々反射させた後、前記被対象物表面からの物体光と前記参照面からの参照光を合成して干渉光を得る干渉光学系と、
前記干渉光学系により得られる干渉光を電気的な干渉信号に変換する第1の光電変換手段と、
前記レーザ光源に正弦波状に変調した注入電流を与え、波長が時間的に変化する光を前記レーザ光源から発生させる変調電流生成手段と、
前記正弦波状の変調周波数を基準として、当該変調周波数の1周期に対し一定間隔で前記干渉信号をサンプリング取得し、このサンプリング取得した信号を演算処理して前記被対象物の変位を測定する信号処理手段と、を備えたことを特徴とするレーザ干渉変位測定装置。

【請求項6】
前記レーザ光源の光強度変化を電気的な検出信号に変換する第2の光電変換手段と、
前記第1の光電変換手段で得た干渉信号を前記第2の光電変換手段で得た検出信号で除算し、時間的な光強度変化を除去した干渉信号を得る割算手段と、をさらに備えたことを特徴とする請求項5記載のレーザ干渉変位測定装置。

【請求項7】
前記信号処理手段は、前記干渉信号に含まれる変調周波数の1周期に対し8分の1の間隔で、当該干渉信号の値をそれぞれサンプリング取得し、これらの各値から、前記干渉信号に含まれる変調振幅が一定となるように、前記注入電流の振幅を可変制御するフィードバック信号を生成すると共に、前記サンプリング取得した各信号から前記干渉信号の相を求め、前記被対象物の変位を測定するものであることを特徴とする請求項6記載のレーザ干渉変位測定装置。

【請求項8】
前記信号処理手段は、前記変調振幅の値がπとなるようにフィードバック制御を行なうものであることを特徴とする請求項7記載のレーザ干渉変位測定装置。
産業区分
  • 測定
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2004290013thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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