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白色干渉法による振動測定装置及び振動測定方法 コモンズ

国内特許コード P110002302
整理番号 344JP
掲載日 2011年4月12日
出願番号 特願2010-231050
公開番号 特開2012-083274
登録番号 特許第5669182号
出願日 平成22年10月14日(2010.10.14)
公開日 平成24年4月26日(2012.4.26)
登録日 平成26年12月26日(2014.12.26)
発明者
  • 青戸 智浩
出願人
  • 大学共同利用機関法人 高エネルギー加速器研究機構
発明の名称 白色干渉法による振動測定装置及び振動測定方法 コモンズ
発明の概要 【課題】白色干渉法を用いて、μメートルオーダの高精度で測定対象物の位置を決定し、さらに測定対象物の振動周波数をkHzオーダの高速で検出でき、かつナノメートルオーダの振動変位量を測定できる振動測定装置及び振動測定方法を提供する。
【解決手段】白色光を参照光と測定光に分割する光カプラと、参照光の進行方向を変える光学素子、参照光の進行方向を反転する反射素子、光学素子を往復移動させる直動ステージ及び光学素子の位置を取得するスケールヘッドからなる参照光路長スキャナ部と、測定光を発散又は収束させる集光レンズと集光レンズを移動させるレンズ移動機構からなるセンサ部と、反射して返った参照光と測定光を合成して干渉信号を出力する光検出器と、所定時間取得した干渉信号の強度を高速フーリエ変換処理で解析して、測定対象物の振動周波数及び振動変位量を求める処理装置とからなる振動測定装置の構成とした。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


干渉法は、複数の波を干渉させるとき、波長の整数倍に近付くと強め合い、その中間に近付くにつれ弱め合うことを利用して、波長や位相差を測定する技術である。



尚、白色干渉法(低コヒーレンス干渉法)は、コヒーレンス長(干渉縞を得ることの出来る最大の光路差)の短い白色光源を用いる手法で、微小距離の測定や、物体の微細な構造や形状を計測することができる。



図4は、本発明である白色干渉測長技術の原理を示す図である。図4(A)は白色干渉法13の装置構成であり、図4(B)は白色干渉法13で得られる干渉波形を示すインターフェログラム14である。



白色光源13aからハーフミラー13cに向け、白色光13bを照射し、白色光13bをハーフミラー13cで参照光13dと測定光13eに分割する。尚、ハーフミラー13cは、反射光と透過光の強さがほぼ1:1のビームスプリッタである。



ハーフミラー13cで反射した参照光13dは位置移動可能(図中両矢印)な参照鏡13gに照射され、ハーフミラー13cを透過した測定光13eはレンズ13fを介して対象物13hに照射される。



参照鏡13gで反射しハーフミラー13cを透過した参照光13dと、対象物13hから返りハーフミラー13cで反射した測定光13eとを、検出器13iに取り込み、干渉させる。



白色光源13aによる干渉縞14a(図4(B))は、測定光13eと参照光13dの光路差がないとき、即ち各光路長がほぼ等しいときに見られ、各光路長が一致したとき干渉縞14aの振幅が最大となる。そのときの干渉縞14aのコントラスト最大位置14bが対象物13hの表面高さとなる。そして、干渉縞14aの最大振幅を示す参照鏡の位置の決定精度が対象物13hの位置、構造を測定する際の測定精度となる。



参照光13dの光路長を精度良く走査し白色干渉縞14aの位相情報を得ることで、対象物の位置、形状をナノメートル精度で計測することも可能となる。



特許文献1等には、レーザーを用いた非接触で対象物の振動を計測する技術が公開されている。また、特許文献2~4には、白色干渉法を用いた技術が公開されている。

産業上の利用分野


本発明は、白色干渉法(低コヒーレンス干渉法)測長器を用いた非接触寸法測定装置において、測定対象物の微小振動を測定する技術、即ち測定対象物の振動周波数及び振動変位量の測定技術に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
白色光源から照射される白色光を参照光と測定光に分割する光カプラと、
前記光カプラから光ファイバを介して照射された参照光の進行方向を変える光学素子、前記光学素子から出た参照光の進行方向を反転する反射素子、前記光学素子を往復移動させる直動ステージ、及び前記光学素子の位置を取得するスケールヘッドからなる参照光路長スキャナ部と、
前記光カプラから光ファイバを介して照射された測定光を発散又は収束させる集光レンズと、前記参照光路長スキャナ部と同期して前記集光レンズを移動させ測定光のスポットサイズを調整するレンズ移動機構からなるセンサ部と、
前記参照光路長スキャナ部から返った参照光と前記センサ部から返った測定光を合成させ、合成結果を電気信号である干渉信号として出力する光検出器と、
干渉信号を所定時間取得し、得られた干渉信号の強度を高速フーリエ変換処理で干渉信号の強度の周波数と振幅を解析して、測定対象物の振動周波数及び振動変位量を同時に求める処理装置と、
からなり、
前記所定時間取得する干渉信号は、
前記処理装置が、
前記光検出器で得られた干渉信号から最大振幅を示す干渉縞の振幅の中心を通るゼロベース直線を求めるとともに前記直動ステージを移動させることにより、前記干渉縞と前記ゼロベース直線の交差点位置に対応する位置に前記光学素子を位置させたときの所定時間の干渉信号の強度であることを特徴とする
白色干渉法による振動測定装置。

【請求項2】
白色光源から出射された白色光を測定対象物に向かう照射光と、移動可能な光学素子に向かう参照光に分割し、測定対象物及び光学素子で反射した測定光及び参照光を干渉させて干渉縞を得る白色干渉法を利用した測定対象物の振動を測定する方法であって、
干渉縞の振幅の中心を通るゼロベース直線を求め、前記干渉縞と前記ゼロベース直線の交差点に対応する位置へ前記光学素子を移動させ、干渉信号を所定時間取得し、取得した干渉信号の強度を高速フーリエ変換処理で干渉信号の強度の周波数と振幅を解析して、測定対象物の振動周波数及び振動変位量を同時に求めることを特徴とする白色干渉法による振動測定方法。
産業区分
  • 測定
  • 試験、検査
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2010231050thum.jpg
出願権利状態 登録
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