JPH0781884B2 - 光学式変位測定装置 - Google Patents
光学式変位測定装置Info
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- JPH0781884B2 JPH0781884B2 JP59205853A JP20585384A JPH0781884B2 JP H0781884 B2 JPH0781884 B2 JP H0781884B2 JP 59205853 A JP59205853 A JP 59205853A JP 20585384 A JP20585384 A JP 20585384A JP H0781884 B2 JPH0781884 B2 JP H0781884B2
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 45
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 title claims description 15
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 15
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 claims 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
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- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/36—Forming the light into pulses
- G01D5/38—Forming the light into pulses by diffraction gratings
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光の干渉を利用してスケールの移動を検出す
るようにした光学式変位測定装置に関し時に光源として
マルチモード半導体レーザを用いた測定装置に関するも
のである。
るようにした光学式変位測定装置に関し時に光源として
マルチモード半導体レーザを用いた測定装置に関するも
のである。
移動する回折格子をスケールとして用い回折光を干渉さ
せて回折格子の位置変化（移動距離）を検出するように
した光学式変位測定装置において、本質的に光源の波長
変化を許容して使用し得るタイプのものとして実開昭57
−81510号又は特開昭58−191907号に示されるようにプ
ラスとマイナスの同次回折光どうしの干渉を利用して移
動検出を行なうようにしたものや、特開昭60−98302号
に示されるように１次回折光どうしの干渉を利用して移
動検出を行なうようにしたものが知られている。
せて回折格子の位置変化（移動距離）を検出するように
した光学式変位測定装置において、本質的に光源の波長
変化を許容して使用し得るタイプのものとして実開昭57
−81510号又は特開昭58−191907号に示されるようにプ
ラスとマイナスの同次回折光どうしの干渉を利用して移
動検出を行なうようにしたものや、特開昭60−98302号
に示されるように１次回折光どうしの干渉を利用して移
動検出を行なうようにしたものが知られている。
これらの従来の光学式変位測定装置はいずれもが、その
光学系は光源の許容範囲内の波長変化に対して干渉計が
すぐれる等の影響を受けないように工夫されているため
に、光源としては半導体レーザ等のように波長安定性に
は欠けるがコンパクトで安価なものを使用することがで
きる利点を有している。
光学系は光源の許容範囲内の波長変化に対して干渉計が
すぐれる等の影響を受けないように工夫されているため
に、光源としては半導体レーザ等のように波長安定性に
は欠けるがコンパクトで安価なものを使用することがで
きる利点を有している。
しかしながらその反面この光学系においては所望の特性
を発揮させるためには、その干渉計のビームスプリツタ
もしくは回折格子によつて分岐され再び回折されて干渉
されるまでの２つのビームの光路長は、必ず等しく変化
するように調整される必要がある。この理由は、光路長
に差が生じたとすると波長変化によつて測定すべき回折
格子の移動による位相変化と同様に干渉信号にも位相変
化が生じ、これにより測定誤差を引き起こすためであ
る。
を発揮させるためには、その干渉計のビームスプリツタ
もしくは回折格子によつて分岐され再び回折されて干渉
されるまでの２つのビームの光路長は、必ず等しく変化
するように調整される必要がある。この理由は、光路長
に差が生じたとすると波長変化によつて測定すべき回折
格子の移動による位相変化と同様に干渉信号にも位相変
化が生じ、これにより測定誤差を引き起こすためであ
る。
このような弊害を避けるための上記２つのビームの光路
長の調整の精度は、許容すべき波長変化と必要とされる
精度および一干渉信号の周期が対応する回折格子の移動
量によつて決定され、一概には言えないが、半導体レー
ザに温度補償を施こさずに使用する場合においては例え
ば数10μｍ〜数100μｍ以内に収めなければならない。
長の調整の精度は、許容すべき波長変化と必要とされる
精度および一干渉信号の周期が対応する回折格子の移動
量によつて決定され、一概には言えないが、半導体レー
ザに温度補償を施こさずに使用する場合においては例え
ば数10μｍ〜数100μｍ以内に収めなければならない。
そのためには非常に精確な光学系支持体あるいは位置決
め治具が必要とされていたが、前者は高価となりまた後
者においては調整作業に精密さが要求されネジ等のゆる
みによつて光学系に支障が生じて測定誤差の原因となる
問題が生じていた。さらに従来のように単一モードなど
の干渉性の良い光源を使用している場合には光学部品の
端面等からの不必要な反射光の重畳によつて干渉信号に
位相ずれが生じるおそれがあるため、光学部品に高価な
無反射コーテイングを施こす必要があつた。
め治具が必要とされていたが、前者は高価となりまた後
者においては調整作業に精密さが要求されネジ等のゆる
みによつて光学系に支障が生じて測定誤差の原因となる
問題が生じていた。さらに従来のように単一モードなど
の干渉性の良い光源を使用している場合には光学部品の
端面等からの不必要な反射光の重畳によつて干渉信号に
位相ずれが生じるおそれがあるため、光学部品に高価な
無反射コーテイングを施こす必要があつた。
またこれらの対策にも拘わらず調整精度を一定範囲に収
めるのは困難であつた。
めるのは困難であつた。
本発明は上記問題点に対処してなされたもので、２つの
ビームの光路長の差を検出することにより特別に精密な
部材や作業を要することなく光路長の調整を行なうよう
にして従来欠点を除去するようにし又必要な光ビームの
間の干渉を選択的に行わせしめた光学式変位測定装置を
提供することを目的とするものである。
ビームの光路長の差を検出することにより特別に精密な
部材や作業を要することなく光路長の調整を行なうよう
にして従来欠点を除去するようにし又必要な光ビームの
間の干渉を選択的に行わせしめた光学式変位測定装置を
提供することを目的とするものである。
このような目的を達成するために本発明は、適当な干渉
性を有するマルチモード半導体レーザを光源として使用
する。
性を有するマルチモード半導体レーザを光源として使用
する。
以下図面を参照して本発明実施例を説明する。
第１図は本発明実施例による光学式変位測定装置を示す
構成図で、１はマルチモード半導体レーザから成る光
源、２は光ビームを２分するためのビームスプリツタ、
３はスケールとして使用される回折格子、4,7,13はλ/4
板、5,6は一対のミラー、８はハーフミラー、9,12は偏
向板、11,10はフオトデイテクタである。
構成図で、１はマルチモード半導体レーザから成る光
源、２は光ビームを２分するためのビームスプリツタ、
３はスケールとして使用される回折格子、4,7,13はλ/4
板、5,6は一対のミラー、８はハーフミラー、9,12は偏
向板、11,10はフオトデイテクタである。
以上の構成において、上記マルチモード半導体レーザ１
から出射された光はビームスプリツタ２に入射されＡで
回折格子３のB,Cに向かう光に２分される。回折格子３
に入射された各光ビームは回折され、λ/4板4,7を介し
てミラー5,6に入射され、各々はD,Eで反射されて再び回
折格子３に入射される。再び回折格子３で回折された各
ビームはビームスプリツタ２に戻り、ここで干渉された
後ハーフミラー８を介してフオトデイテクタ10,11に入
射されて、その干渉強度が検出されてスケールとして用
いられている回折格子３の変位測定が行われる。
から出射された光はビームスプリツタ２に入射されＡで
回折格子３のB,Cに向かう光に２分される。回折格子３
に入射された各光ビームは回折され、λ/4板4,7を介し
てミラー5,6に入射され、各々はD,Eで反射されて再び回
折格子３に入射される。再び回折格子３で回折された各
ビームはビームスプリツタ２に戻り、ここで干渉された
後ハーフミラー８を介してフオトデイテクタ10,11に入
射されて、その干渉強度が検出されてスケールとして用
いられている回折格子３の変位測定が行われる。
一般に干渉計における干渉縞のビジビリテイは光源の干
渉性と、干渉する２つのビームの光路長の差とによつて
決定され、シングルモード発振を行なつているレーザ等
の干渉性の良い光源においては光路長の差が大きくとも
ビジビリテイが失われることはない。これに対して干渉
性の悪い光源においては光路長の差の変化によつて干渉
縞のビジビリテイは変化することが知られている。
渉性と、干渉する２つのビームの光路長の差とによつて
決定され、シングルモード発振を行なつているレーザ等
の干渉性の良い光源においては光路長の差が大きくとも
ビジビリテイが失われることはない。これに対して干渉
性の悪い光源においては光路長の差の変化によつて干渉
縞のビジビリテイは変化することが知られている。
本発明においてはこの原理を光学式変位測定装置に適用
してなされたものである。
してなされたものである。
第１図において、マルチモード半導体レーザ１の波長の
変動に因る誤差を生じさせないためには、ビームスプリ
ツタ２で２分された光ビームの経路Ａ→Ｂ→Ｄと経路Ａ
→Ｃ→Ｅとは等しく調整されねばならない。ここでその
調整の精度はこの光学系が用いられる環境の温度条件に
依存するが、市販の半導体レーザに例をとると温度変化
に対して0.3nm/℃程度の波長変動特性を有し、一応温度
幅を±10℃、波長を780nmとするとこの光学系の場合回
折格子の格子ピツチはおよそ0.55μｍとなる。
変動に因る誤差を生じさせないためには、ビームスプリ
ツタ２で２分された光ビームの経路Ａ→Ｂ→Ｄと経路Ａ
→Ｃ→Ｅとは等しく調整されねばならない。ここでその
調整の精度はこの光学系が用いられる環境の温度条件に
依存するが、市販の半導体レーザに例をとると温度変化
に対して0.3nm/℃程度の波長変動特性を有し、一応温度
幅を±10℃、波長を780nmとするとこの光学系の場合回
折格子の格子ピツチはおよそ0.55μｍとなる。
また必要な精度を0.1μｍとすると、光路長の差Δｌ
は、 を満足するような値に収められる必要がある。なおここ
でλ：光源の波長 P:格子ピツチ である。
は、 を満足するような値に収められる必要がある。なおここ
でλ：光源の波長 P:格子ピツチ である。
この場合Δｌの許容値は70μｍ程度となる。
これをモニタするためには、この程度のΔｌのずれを検
出できるしかもあまりにΔｌの値に対し敏感でも扱いに
くいので、この値以下のΔｌに対してはビジビリテイの
あまり変化しない適当な干渉性を有する光源を使用する
必要がある。
出できるしかもあまりにΔｌの値に対し敏感でも扱いに
くいので、この値以下のΔｌに対してはビジビリテイの
あまり変化しない適当な干渉性を有する光源を使用する
必要がある。
本発明のように適当なマルチモードの半導体レーザを用
いた場合はこの条件を満足し、適当なΔｌの変化に対す
る変調率の変化を得ることができる。すなわち光路長の
差の変化を干渉信号の変調率の変化として検出すること
ができる。
いた場合はこの条件を満足し、適当なΔｌの変化に対す
る変調率の変化を得ることができる。すなわち光路長の
差の変化を干渉信号の変調率の変化として検出すること
ができる。
第２図は第１図の構成において、実験的に求められた光
路長の差Δｌと干渉信号の振幅の変化との関係を示すも
のである。
路長の差Δｌと干渉信号の振幅の変化との関係を示すも
のである。
第２図から有らかなようにかなり精度良く光路長の調整
を行なうことができることが理解される。
を行なうことができることが理解される。
精度の低い光学系においては上記マルチモード半導体レ
ーザに比較して発振モード数の少ないマルチモードを使
用すれば良く、第２図の例に比べてゆるやかな特性が得
られる。またシングルモードのレーザを使用する場合に
おいても、光学系の調整を行なう際のみマルチモードレ
ーザを取り付け、調整後レーザを置き換えるようにして
も良い。
ーザに比較して発振モード数の少ないマルチモードを使
用すれば良く、第２図の例に比べてゆるやかな特性が得
られる。またシングルモードのレーザを使用する場合に
おいても、光学系の調整を行なう際のみマルチモードレ
ーザを取り付け、調整後レーザを置き換えるようにして
も良い。
しかしながらマルチモード半導体レーザを使用している
場合には調整後何らかの理由で光路長の差が発生した場
合に、出力信号の低下として表れ検出することができる
ので、波長変動に因る誤差が発生しているのに気ずかず
に使用してしまう事を避けることができる。またΔｌの
小さなビーム間の干渉のみが選択的に検出される事か
ら、各光学部品の端面から反射される不要光の干渉によ
つて干渉信号が変動する事が避けられるので精度を向上
させることができる。さらに光学部品に対する無反射コ
ーテイングを省略することが可能なので、安価な光学部
品の提供も可能となる。さらにまたシングルモード半導
体レーザ使用時に比べS/N比を改善することも可能とな
る。
場合には調整後何らかの理由で光路長の差が発生した場
合に、出力信号の低下として表れ検出することができる
ので、波長変動に因る誤差が発生しているのに気ずかず
に使用してしまう事を避けることができる。またΔｌの
小さなビーム間の干渉のみが選択的に検出される事か
ら、各光学部品の端面から反射される不要光の干渉によ
つて干渉信号が変動する事が避けられるので精度を向上
させることができる。さらに光学部品に対する無反射コ
ーテイングを省略することが可能なので、安価な光学部
品の提供も可能となる。さらにまたシングルモード半導
体レーザ使用時に比べS/N比を改善することも可能とな
る。
以上説明してから明らかなように本発明によれば、移動
する回折格子をスケールとし回折光の干渉信号により回
折格子の移動量を求める光学式変位測定装置において、
光源としてマルチモードの半導体レーザを要いるように
構成したものであるから次のような効果が得られる。
する回折格子をスケールとし回折光の干渉信号により回
折格子の移動量を求める光学式変位測定装置において、
光源としてマルチモードの半導体レーザを要いるように
構成したものであるから次のような効果が得られる。
1. 光路長の差が検出できるので光路長の調整が精度良
く容易に行なうことができる。
く容易に行なうことができる。
2. 調整状態のモニタができるので波長変動に基づく誤
差が出ている事を知らずに測定を行なうような事は避け
られる。
差が出ている事を知らずに測定を行なうような事は避け
られる。
3. 不要光によつて干渉信号が変動するのを防止するこ
とができる。
とができる。
第１図は本発明実施例を示す構成図、第２図は本発明を
説明するための特性図である。 １……マルチモード半導体レーザ、２……ビームスプリ
ツタ、３……回折格子、10,11……フオトデイテクタ。
説明するための特性図である。 １……マルチモード半導体レーザ、２……ビームスプリ
ツタ、３……回折格子、10,11……フオトデイテクタ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 外山 正明 東京都品川区西五反田３丁目９番17号 東 洋ビル ソニーマグネスケール株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−98302（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−191907（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−81510（ＪＰ，Ｕ)
Claims (3)
- 【請求項１】スケールとして使用される移動可能な回折
格子、光源及び光検出器を有し、光源から発せられて回
折格子によって回折された２つの回折光を干渉させる手
段を持ち、干渉させられた回折光の強度に応じた干渉信
号の上記回折格子の変位による周期的変化を検知して回
折格子の変位量を検出する光学式変位測定装置におい
て、光路長の等しい２つの光ビームの干渉を選択的に行
わせるため前記光源として適当な干渉性を有するマルチ
モードの半導体レーザを用い、かつ干渉させる上記２つ
の光ビームの光路長の差に基づく上記干渉信号のピーク
対ピーク間振幅の差を認識する認識手段を備えたことを
特徴とする光学式変位測定装置。 - 【請求項２】前記認識手段により前記振幅の差をなくす
ように前記光路長の調整を行うことを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の光学式変位測定装置。 - 【請求項３】前記認識手段により前記振幅の差から前記
光路長の差の変化を監視することを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の光学式変位測定装置。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59205853A JPH0781884B2 (ja) | 1984-10-01 | 1984-10-01 | 光学式変位測定装置 |
| EP88117622A EP0311144B1 (en) | 1983-11-04 | 1984-10-31 | Optical instrument for measuring displacement |
| EP84307484A EP0146244B2 (en) | 1983-11-04 | 1984-10-31 | Optical instrument for measuring displacement |
| DE88117622T DE3486178T2 (de) | 1983-11-04 | 1984-10-31 | Optisches Instrument zur Messung einer Verschiebung. |
| DE8484307484T DE3484649D1 (de) | 1983-11-04 | 1984-10-31 | Optisches instrument zur messung einer verschiebung. |
| US06/668,097 US4676645A (en) | 1983-11-04 | 1984-11-05 | Optical instrument for measuring displacement |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59205853A JPH0781884B2 (ja) | 1984-10-01 | 1984-10-01 | 光学式変位測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6183911A JPS6183911A (ja) | 1986-04-28 |
| JPH0781884B2 true JPH0781884B2 (ja) | 1995-09-06 |
Family
ID=16513791
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59205853A Expired - Lifetime JPH0781884B2 (ja) | 1983-11-04 | 1984-10-01 | 光学式変位測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0781884B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2547826B2 (ja) * | 1988-10-19 | 1996-10-23 | キヤノン株式会社 | マルチモード半導体レーザを使用する干渉計測装置 |
| JP2617361B2 (ja) * | 1989-11-02 | 1997-06-04 | ソニー・プレシジョン・テクノロジー株式会社 | パルス列変換回路 |
| IL100655A (en) * | 1991-02-08 | 1994-11-28 | Hughes Aircraft Co | Profile gauge for interferometric laser |
| KR100531458B1 (ko) * | 1998-08-20 | 2005-11-25 | 소니 매뉴펙츄어링 시스템즈 코포레이션 | 광학식 변위측정장치 |
| US7187449B2 (en) | 2002-04-26 | 2007-03-06 | Sony Precision Technology Inc. | Light-receiving/emitting composite unit, method for manufacturing the same, and displacement detection device |
| JP4969057B2 (ja) * | 2004-12-13 | 2012-07-04 | 株式会社森精機製作所 | 変位検出装置及び変位計測装置並びに定点検出装置 |
| US20060145066A1 (en) * | 2004-12-13 | 2006-07-06 | Hideaki Tamiya | Displacement detection apparatus, displacement gauging apparatus and fixed point detection apparatus |
| JP5695478B2 (ja) * | 2011-04-15 | 2015-04-08 | Dmg森精機株式会社 | 光学式変位測定装置 |
| NL2018737A (en) * | 2016-05-09 | 2017-11-15 | Asml Netherlands Bv | Position measurement system, calibration method, lithographic apparatus and device manufacturing method |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5957487A (ja) * | 1982-09-27 | 1984-04-03 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レ−ザ装置 |
-
1984
- 1984-10-01 JP JP59205853A patent/JPH0781884B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6183911A (ja) | 1986-04-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |