(57)【要約】【課題】熱膨張による測定誤差の発生を効果的に抑制する。【解決手段】位置関係が変動すると測定精度に対して比較的大きな悪影響を与えることになる光学部品を、インバーやスーパーインバーなどの低熱膨張合金を用いて製作した定盤１００に搭載し、光学部品を搭載した定盤１００を、他の各部を収容、搭載した基体２００に組み付ける。ここで、定盤１００は、基体２００の上面に設けられた窪み２０１に収めた形態で、-ｙ方向の端部の二カ所を二つの定盤固定ネジ１０１で基体２００にネジ止めし、ｙ方向の端部を、二つの押さえ板固定ネジ１０３で基体２００に取り付けた基体押さえ板１０２で、当該押さえ板１０２と基体２００の間に上下から挟み込むことにより基体２００に組み付ける。窪み２０１は、定盤１００の大きさよりも少し大きく形成し、定盤１００の端部側面が基体２００と接しないようにする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を用いて測定を行うレーザ測定装置であって、
当該レーザ測定装置の各構成部材が組み付けられた基体と、
前記レーザ光の光路を形成する光学部品を搭載した、前記基体に固定された、低熱膨張合金で形成された基盤とを有することを特徴とするレーザ測定装置。
【請求項２】
請求項１記載のレーザ測定装置であって、
前記低熱膨張合金は、インバーまたはスーパーインバーであることを特徴とするレーザ測定装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のレーザ測定装置であって、
前記基盤は、前記基体の熱膨張による変形が発生した際に、当該基体の変形に追従して変形せずに、前記基体に対して摺動するように前記基体に固定されていることを特徴とするレーザ測定装置。
【請求項４】
請求項１、２または３記載のレーザ測定装置であって、
当該レーザ測定装置は、レーザ光源と、レーザ光源で生成されたレーザ光を第１のビーム光と第２のビーム光に分岐する第１ビームスプリッタと、光結合器と、測定対象物で反射された前記第１のビーム光の反射光を前記光結合器に導く観測光光学系と、前記第２のビーム光を所定の参照信号で変調し、参照光として前記光結合器に導く参照光光学系と、前記光結合器で結合された前記反射光と参照光の干渉を計測する計測系とを備えたレーザドップラ振動計であって、
前記基盤に搭載される光学部品は、前記ビームスプリッタと、光結合器と、前記観測光光学系を構成する光学部品と、前記参照光光学系を構成する光学部品であり、前記レーザ光源と前記計測系は前記基盤に搭載されていない形態で、前記基体に固定されていることを特徴とするレーザ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザドップラ振動計などの、レーザ光を用いて測定を行うレーザ測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光を用いて測定を行うレーザ測定装置としては、測定対象物の振動や変位を、測定対象物で反射したレーザ光にドップラ効果によって生じるドップラシフトを利用して測定するレーザドップラ振動計などが知られている（たとえば、特許文献１）。
【特許文献１】特開平７-１２０３０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
レーザ光を用いて測定を行うレーザ測定装置は、通常、基体上に複数の光学部品を搭載して構成されるため、温度変化に従った基体の熱膨張に伴う光路変化による測定誤差の発生が避けられない。
そこで、本発明は、温度変化に伴う測定誤差の発生を、合理的な構成において効果的に抑制することのできるレーザ測定装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記課題達成のために、本発明は、レーザ光を用いて測定を行うレーザ測定装置を、当該レーザ測定装置の各構成部材が組み付けられた基体と、前記レーザ光の光路を形成する光学部品を搭載した、前記基体に固定された、低熱膨張合金で形成された基盤とを含めて構成したものである。ここで、この基盤に用いる低熱膨張合金としては、インバーまたはスーパーインバーなどを用いることができる。
【０００５】
このようなレーザ測定装置によれば、測定精度に影響を与える光学部品のみを、低熱膨張合金を用いた基盤に搭載して実装するので、熱膨張合金を用いることによる機械的特性や加工特性やコスト面における不利益を抑制しつつ、温度変化に伴う測定誤差の発生を効果的に抑制することができるようになる。
【０００６】
ここで、このようなレーザ測定装置は、前記基盤を、前記基体の熱膨張による変形が発生した際に、当該基体の変形に追従して変形せずに、前記基体に対して摺動するように前記基体に固定することが好ましい。
このようにすることにより、基体を低熱膨張合金で構成しない場合において、当該基体の熱膨張の影響が低熱膨張合金で構成した基盤に及ぶことを抑制することができる。
ここで、以上のレーザ測定装置は、レーザ光源と、レーザ光源で生成されたレーザ光を第１のビーム光と第２のビーム光に分岐する第１ビームスプリッタと、光結合器と、測定対象物で反射された前記第１のビーム光の反射光を前記光結合器に導く観測光光学系と、前記第２のビーム光を所定の参照信号で変調し、参照光として前記光結合器に導く参照光光学系と、前記光結合器で結合された前記反射光と参照光の干渉を計測する計測系とを備えたレーザドップラ振動計であって良く、この場合には、前記基盤に搭載される光学部品は、前記ビームスプリッタと、光結合器と、前記観測光光学系を構成する光学部品と、前記参照光光学系を構成する光学部品とすることが好ましい。
【０００７】
このようにすることにより、反射光の系統と参照光の系統とのレーザドップラ振動計内部の光路長の差の温度変動を効果的に抑制することができるようになる。
【発明の効果】
【０００８】
以上のように、本発明によれば、温度変化に伴う測定誤差の発生を、合理的な構成において効果的に抑制することのできるレーザ測定装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態をレーザドップラ振動計への適用を例にとり説明する。
まず、図１に、本実施形態に係るレーザドップラ振動計の基本構成を示す。
図示するように、レーザドップラ振動計は、レーザ光源１、第１ビームスプリッタ２、第２ビームスプリッタ３、参照信号生成部４、音響光学素子５、ミラー６、第３ビームスプリッタ７、光電変換器８、信号処理部９とを備えている。
ここで、このようなレーザドップラ振動計は、たとえば、測定対象物１００の表面の振動や変移の測定を、測定対象物１００を回転させながら行うものである。
さて、このような構成において、レーザ光源１から射出された周波数f0のレーザービームは、第１ビームスプリッタ２で二分され、二分された一方のビームは、音響光学素子５で、参照信号生成部４が生成する周波数fMの参照信号を用いて周波数fM分周波数がシフトされ、周波数f0＋fMの参照ビームとして、ミラー６を介して第３ビームスプリッタ７に入射する。
【００１０】
一方、第１ビームスプリッタ２で二分された他方のビームは、第２ビームスプリッタ３を介して、測定対象物１００に照射され、測定対象物１００の表面で反射された反射光が第２ビームスプリッタ３を介して第３ビームスプリッタ７に入射する。
第３ビームスプリッタ７は、このようにして入射する参照ビームと反射光を結合し光電変換器８に出力する。
ここで、測定対象物１００による反射光の周波数には、測定対象物１００の表面の振動速度に応じたドップラシフトfDが生じており、反射光の周波数はf0＋fDとなる。したがって、光電変換器８において、第３ビームスプリッタ７からの入射光を光電変換した電気信号中には、参照ビームと反射光との干渉によるfM±fDのビート信号が観測される。そこで、信号処理部９において、入力するビート信号を参照信号の周波数fMでFM復調することにより、測定対象物１００の振動に応じた速度信号Vが得られ、この速度信号Vを解析することにより測定対象物１００の表面の変位が求められる。または、信号処理装置において、反射光と参照ビームの光路長の差によって生じる参照信号とビート信号との位相差より測定対象物１００の表面の変位を求めるようにすることもできる。
【００１１】
さて、このようなレーザドップラ振動計の構成において、図１中に点線で囲んだ、第１ビームスプリッタ２、第２ビームスプリッタ３、音響光学素子５、ミラー６、第３ビームスプリッタ７は、その位置関係が変動すると、第３ビームスプリッタ７で結合される二つの系統の光線のレーザドップラ振動計内部の光路長の差が変化し、信号処理部９の測定精度に対して比較的大きな悪影響を与えることになる。なお、第３ビームスプリッタ７で結合される二つの系統の光線とは、第１ビームスプリッタ２、音響光学素子５、ミラー６、第３ビームスプリッタ７と辿る参照ビームの系統の光線と、第１ビームスプリッタ２、第２ビームスプリッタ３、第３ビームスプリッタ７と辿る反射光の系統の光線とを指している。
【００１２】
さて、次に、図２に、本実施形態に係るレーザドップラ振動計の実装構造を示す。
図２ａに外観図を、図２ｂに分解図を示すように、本実施形態では、第１ビームスプリッタ２、第２ビームスプリッタ３、音響光学素子５、ミラー６、第３ビームスプリッタ７の５つの光学部品を、インバーやスーパーインバーなどの低熱膨張合金を用いて製作した定盤１００に搭載する。そして、これら５つの光学部品を搭載した定盤１００を、他の各部を収容、搭載した基体２００に、二つの定盤固定ネジ１０１と、押さえ板１０２と、二つの押さえ板固定ネジ１０３を用いて組み付ける。なお、定盤１００を組み付けた基体２００は、図示を省略した筐体中に収容されることになる。
【００１３】
さて、このような定盤１００の基体２００への組み付けの構造は以下の通りである。
すなわち、図２ａ、ｂ中に示したｘｙｚの各方向を用いて説明すると、定盤１００は、基体２００の上面に設けた窪み２０１に収めた形態で、-ｙ方向の端部の二カ所を二つの定盤固定ネジ１０１で基体２００にネジ止めすると共に、ｙ方向の端部を、二つの押さえ板固定ネジ１０３で基体２００に取り付けた押さえ板１０２で当該押さえ板１０２と基体２００の間に上下から挟み込むことにより基体２００に組み付けられる。
【００１４】
ここで、図３ａに図２ａの切断面ＹＺによる断面を、図３ｂに図２ａの切断面ＸＺによる断面を模式的に示すように、基体２００の上面に設けられた窪み２０１は、二段底となっており、定盤１００の下面は、窪み２０１の一段目の底で支持されている。すなわち、定盤１００の下面は、-ｙ方向の端部とｙ方向の端部においてのみ基体２００に接している。また、窪み２０１は、ｘ方向、ｙ方向について定盤１００の大きさよりも少し大きく形成されており、定盤１００の-ｘ方向端及びｘ方向端の側面とｙ方向端の側面は基体２００と接しないように、定盤１００は二つの定盤固定ネジ１０１で基体２００に組み付けられる。また、図２ｂに示すように、二つの定盤固定ネジ１０１の貫通用に定盤１００に設けられた二つの孔のうちの一方の孔はｘ方向に長い長孔１０５として形成されている。
【００１５】
そして、これらのような構成によって、基体２００の熱膨張による変形に追従して、定盤１００が変形してしまうことが抑制されるようになっている。すなわち、基体２００がｙ方向に膨張した場合でも、定盤１００のｙ方向端部が基体２００と押さえ板１０２の間で摺動するだけで、定盤１００が基体２００に追従して変形することはない。また、同様に、基体２００がｘ方向に膨張した場合でも、定盤１００のｙ方向端部が基体２００と押さえ板１０２の間で摺動し、定盤１００に設けた長穴の周辺部分が長孔１０５に挿入された定盤固定ネジ１０１の頭部と基体２００の間で摺動するだけで、定盤１００が基体２００に追従して変形することはない。
【００１６】
以上、本発明の実施形態について説明した。
さて、インバー、スーパーインバーなどの低熱膨張合金は温度変化に伴う変形の度合いが小さいという利点があるが、その他の機械的特性や加工特性やコスト面において、鉄、銅、ステンレス、アルミニウム合金などの、より機械材料として一般的な金属や合金に比べ不利な点もあり、低熱膨張合金を用いて装置全体を構成することは不利益も大きい。
【００１７】
一方、本実施形態のように、測定精度に大きな影響を与える光学部品のみを、低熱膨張合金を用いた定盤１００に搭載して、他部の熱変形の影響を極力受けないように実装すれば、以上のような低熱膨張合金を用いることにより不利益を最小に押さえつつ、温度変化に伴う測定誤差の発生を効果的に抑制することができることになる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係るレーザドップラ振動計の基本構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係るレーザドップラ振動計の実装構造を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係るレーザドップラ振動計の定盤の基体への組み付けの構造を模式的に示した断面図である。
【符号の説明】
【００１９】
１…レーザ光源、２…第１ビームスプリッタ、３…第２ビームスプリッタ、４…参照信号生成部、５…音響光学素子、６…ミラー、７…第３ビームスプリッタ、８…光電変換器、９…信号処理部、１００…測定対象物、１００…定盤、１０１…定盤固定ネジ、１０２…板、１０３…板固定ネジ、１０５…長孔、２００…基体。
【図１】
2008096277.tif 000003
【図２】
2008096277.tif 000004
【図３】
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