CN101430190B - 干涉仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种干涉仪。该干涉仪包括：激光束源；光波分割和合成部，用于对从激光束源照射来的激光束进行2路分波，并将其照射在测量对象上，并且合成分别具有位移信息的光；多相位干涉光生成部，用于根据合成的激光束，生成具有第一相位的第一干涉光、具有与第一相位相差180°的第二相位的第二干涉光、具有与第一相位相差90°的第三相位的第三干涉光和具有与第一相位相差270°的第四相位的第四干涉光；三相信号生成部，用于根据基于第一至第四干涉光的第一至第四干涉信号来生成相位差为90°的三相信号；以及两相信号生成部，用于对相位差为90°的三相信号执行矢量合成，从而生成相位差为90°的两相信号。

Description

干涉仪 
技术领域
本发明涉及一种用于基于光的干涉来测量待测量对象的位移信息(相对位移)的干涉仪。 
背景技术
在相关技术中，已经广泛普及了一种在用于测量长度的测量装置中通过相位差为90°的两相正弦波来获得长度测量的位置和方向的方法。为了获得相位差为90°的精确的长度测量信号，例如，对这种类型的测量装置采用如下对策：适当地设计检测部的结构和配置，以及在内部设置用于执行各种相位调整的结构(光学相位调整部)(例如，参见专利文献1)。 
[专利文献1]日本特开2003-149003 
然而，相关技术的干涉仪具有如下问题：即使执行了适当的设计，由于附加调整中所产生的相位误差或由于未完成的相位调整而产生的相位误差，长度测量精度(小范围精度)也会劣化。此外，尽管相关技术的干涉仪具有在后续阶段中设置校正信号处理电路的结构，但在高速移动或某些情况下的静止状态下所执行的测量中不能获得校正效果。 
发明内容
本发明的示例性实施例提供这样的干涉仪：该干涉仪能够通过消除光学相位调整误差来抑制接收到的干涉信号的DC分量的波动，从而降低测量精度的劣化。 
根据本发明的干涉仪包括：光源；光波分割和合成部，用于将从所述光源所发射的光分割成要照射在第一反射面上的第 一光和要照射在第二反射面上的第二光，所述光波分割和合成部对被所述第一反射面反射后的所述第一光和被所述第二反射面反射后的所述第二光进行合成，以形成合成光；多相位干涉光生成部，用于根据所述合成光，生成具有第一相位的第一干涉光、具有与所述第一相位相差180°的第二相位的第二干涉光、具有与所述第一相位相差90°的第三相位的第三干涉光以及具有与所述第一相位相差270°的第四相位的第四干涉光；光接收部，用于接收所述第一干涉光到所述第四干涉光；干涉信号生成部，用于基于所接收到的所述第一干涉光到所述第四干涉光，生成第一干涉信号、第二干涉信号、第三干涉信号和第四干涉信号；三相信号生成部，用于基于所述第一干涉信号到所述第四干涉信号之间的差，生成相位差为90°的三相信号；以及两相信号生成部，用于对相位差为90°的所述三相信号执行矢量合成，从而生成相位差为90°的两相信号。 
在根据本发明的干涉仪中，从光接收部获取彼此的相位差为180°的检测信号之间的差分信号，以获取相位差为90°的信号。因此，可以消除光学相位调整误差，从而抑制DC分量的波动，以降低精度的劣化。 
在本发明中，优选为三相信号生成部应当包括：第一差分信号生成部，用于生成作为所述第一干涉信号和所述第二干涉信号之间的差的第一差分信号；第二差分信号生成部，用于生成作为所述第三干涉信号和所述第四干涉信号之间的差的第二差分信号；以及反转差分信号生成部，用于生成通过反转所述第二差分信号而获得的反转差分信号。 
此外，在本发明中，理想地，干涉仪应当包括：增益控制部，用于控制所述第一干涉信号到所述第四干涉信号的增益。 
根据本发明，对检测到的信号执行矢量合成处理。因此， 可以消除所接收到的干涉信号的相位误差，从而抑制DC分量的波动。因此，可以提供能够降低测量精度的劣化的干涉仪。 
通过下面的详细说明、附图以及所附的权利要求书，本发明的其它特征和优势将变得明显。 
附图说明
图1是示出根据本发明实施例的干涉仪的结构的示意图； 
图2是示出根据本发明实施例的干涉仪中的光接收部和信号处理电路的结构的示意图； 
图3是示出图1和2中的简化结构的图； 
图4A-4C是示出通过根据本发明实施例的干涉仪的信号处理的例子的矢量图； 
图5A-5D是示出通过根据本发明实施例的干涉仪的信号处理的另一例子的矢量图； 
图6A-6D是示出通过根据本发明实施例的干涉仪的信号处理的又一例子的矢量图； 
图7是示出基于通过根据本发明实施例的干涉仪的信号处理的又一例子的利萨如波形(Lissajou’s waveform)的图； 
图8A-8D是示出通过根据本发明实施例的干涉仪的信号处理的又一例子的矢量图；以及 
图9是示出基于通过根据本发明实施例的干涉仪的信号处理的又一例子的利萨如波形的图。 
具体实施方式
下面将参考附图来说明根据本发明的干涉仪的实施例。 
根据实施例的干涉仪的结构
首先，将参考图1和图2来说明根据本发明实施例的干涉仪 的结构。图1是示出根据本发明实施例的干涉仪的结构的示意图，图2是示出根据本发明实施例的干涉仪中的光接收部和信号处理电路的结构的示意图。 
如图1所示，根据实施例的干涉仪包括激光束源10、光波分割和合成部20、多相位干涉光生成部30和信号处理部40。 
激光束源10发出具有相同相位的激光束。 
光波分割和合成部20具有分割和合成激光束的功能。光波分割和合成部20包括第一偏振分束器(PBS)21、第一λ/4波片22、第二λ/4波片23、测量镜24和参考镜25。 
在光波分割和合成部20中，第一偏振分束器21位于从激光束源10所发射的激光束直接照射的位置处。第一λ/4波片22位于从激光束源10发出并透射通过偏振分束器21的p波激光束所照射的位置处。第二λ/4波片23位于从激光束源10发出并被偏振分束器21所反射的s波激光束所照射的位置处。测量镜24位于透射通过第一λ/4波片22的光所照射的位置处。参考镜25位于透射通过第二λ/4波片23的光所照射的位置处。 
多相位干涉光生成部30具有用于生成具有不同相位差的四种干涉光的功能。多相位干涉光生成部30包括λ/2波片31、第一反射镜32、非偏振分束器(NPBS)33、第二偏振分束器34、第二反射镜35、第三反射镜36、第三λ/4波片37、第三偏振分束器38和第四反射镜39。 
在多相位干涉光生成部30中，λ/2波片31位于被测量镜24所反射并透射通过第一λ/4波片22的光与被参考镜25所反射并透射通过第二λ/4波片23的光合成并照射的位置处。第一反射镜32位于透射通过λ/2波片31的光所照射的位置处。非偏振分束器(NPBS)33位于被第一反射镜32所反射的光所入射的位置处。第二偏振分束器34位于透射通过非偏振分束器(NPBS)33的光所 照射的位置处。第二反射镜35位于被第二偏振分束器34所反射的光所照射的位置处。第三反射镜36位于被非偏振分束器33所反射的光所照射的位置处。第三λ/4波片37位于被第三反射镜36所反射的光所照射的位置处。第三偏振分束器38位于透射通过第三λ/4波片37的光所照射的位置处。第四反射镜39位于被第三偏振分束器38所反射的光所照射的位置处。作为例子在图1中示出作为多相位干涉光生成部30的组件的λ/2波片31到第四反射镜39的布置。多相位干涉光生成部30可以具有这样的结构：例如，省略第一反射镜32，并且非偏振分束器33位于透射通过λ/2波片31的光所照射的位置处。 
信号处理电路40包括光接收部41、电流/电压转换部42、增益控制部43、三相信号生成部44和两相信号生成部45。 
光接收部41具有第一光接收单元41a到第四光接收单元41d。光接收单元41a～41d是例如光电二极管或光电放大器。第一光接收单元41a设置在接收被第二偏振分束器34反射并被第二反射镜35反射的第一干涉光(L11)的位置处。第二光接收单元41b设置在接收透射通过第二偏振分束器34的第二干涉光(L10)的位置处。第三光接收单元41c设置在接收透射通过第三偏振分束器38的第三干涉光(L13)的位置处。第四光接收单元41d设置在接收被第三偏振分束器38反射并被第四反射镜39反射的第四干涉光(L14)的位置处。 
第一光接收单元41a到第四光接收单元41d基于第一干涉光到第四干涉光，输出第一干涉信号Sa到第四干涉信号Sd。第一干涉光具有预定相位，第二干涉光相对于第一干涉光具有180°的相位差。此外，第三干涉光相对于第一干涉光具有90°(沿顺时针方向为270°)的相位差，第四干涉光相对于第一干涉光具有270°(沿顺时针方向为90°)的相位差。相应地，第一干涉信号Sa 到第四干涉信号Sd具有与第一干涉光到第四干涉光的相位差相同的相位差。 
电流/电压转换部42包括第一电流/电压转换电路42a到第四电流/电压转换电路42d。第一光接收单元41a到第四光接收单元41d分别连接到第一电流/电压转换电路42a到第四电流/电压转换电路42d。来自第一光接收单元41a到第四光接收单元41d的第一干涉信号Sa到第四干涉信号Sd被输入第一电流/电压转换电路42a到第四电流/电压转换电路42d。 
增益控制部43包括第一增益控制电路43a到第四增益控制电路43d。第一电流/电压转换电路42a到第四电流/电压转换电路42d分别连接到第一增益控制电路43a到第四增益控制电路43d。增益控制部43将通过第一电流/电压转换电路42a到第四电流/电压转换电路42d而输入的第一干涉信号Sa到第四干涉信号Sd的信号效率(signal efficiency)调节成预定值，并将它们输出。 
三相信号生成部44包括第一差分放大电路44a到第三差分放大电路44c。第一增益控制电路43a的输出端连接到第一差分放大电路44a的正(+)侧输入端。此外，第二增益控制电路43b的输出端连接到第一差分放大电路44a的负(-)侧输入端。第三增益控制电路43c的输出端连接到第二差分放大电路44b的正(+)侧输入端。此外，第四增益控制电路43d的输出端连接到第二差分放大电路44b的负(-)侧输入端。第四增益控制电路43d的输出端连接到第三差分放大电路44c的正(+)侧输入端。另外，第三增益控制电路43c的输出端连接到第三差分放大电路44c的负(-)侧输入端。换而言之，在第二差分放大电路44b和第三差分放大电路44c中，到第三增益控制电路43c和第四增益控制电路43d的输出端的连接是相反的。 
两相信号生成部45具有第四差分放大电路451a和第五差分 放大放大电路451b以及第五增益控制电路452a和第六增益控制电路452b。第一差分放大电路44a的输出端连接到第四差分放大电路451a的正(+)输入端。此外，第二差分放大电路44b的输出端连接到第四差分放大电路451a的负(-)输入端。第一差分放大电路44a的输出端连接到第五差分放大电路451b的正(+)输入端。此外，第三差分放大电路44c的输出端连接到第五差分放大电路451b的负(-)输入端。第四差分放大电路451a和第五差分放大电路451b的输出端连接到第五增益控制电路452a和第六增益控制电路452b的输入端。
接着，将参考图1来说明干涉仪中的相位差干涉信号生成操作。如图1所示，激光束源10发出激光束L1。通过偏振分束器21将这样发出的激光束L1分成p波激光束L2(p)和s波激光束L3(s)。 
通过第一λ/4波片22将p波激光束L2(p)偏移λ/4相位，然后由测量镜24将其反射，并再次通过第一λ/4波片22将其偏移λ/4相位。换而言之，p波激光束L2(p)被偏移了λ/2相位，从而变成了将被偏振分束器21反射的s波激光束L4(s)。 
另一方面，通过第二λ/4波片23将s波激光束L3(s)偏移λ/4相位，然后由参考镜25将其反射，并再次通过第二λ/4波片23将其偏移λ/4相位。换而言之，s波激光束L3(s)被偏移了λ/2相位，从而变成了将透射通过偏振分束器21的p波激光束L5(p)。 
因此，s波激光束L4(s)和p波激光束L5(p)作为合成激光束L6从偏振分束器21发射到λ/2波片31。 
随后，合成激光束L6透射通过λ/2波片31，使得偏振面旋转了45°。因此，通过合成45°的偏振光和135°的偏振光而获得合成激光束L7。 
接着，合成激光束L7被第一反射镜32反射，然后通过非偏振分束器33被分成透射的合成激光束L8和反射的合成激光束L9。 
通过第二偏振分束器34将合成激光束L8分成透射干涉光L10和反射干涉光L11。干涉光L10被第二光接收单元41b所接收。干涉光L11被第二反射镜35反射，并被第一光接收单元41a所接收。 
换而言之，第一光接收单元41a所接收的干涉光L11是具有带有期望位移信息的相位的第一干涉光。此外，第二光接收单元41b所接收的干涉光L10是具有与第一干涉光L11相差180°的不同相位的第二干涉光。 
另一方面，非偏振分束器33所反射的合成激光束L9被第三反射镜36反射，然后变成合成光L12，该合成光L12是通过第三λ/4波片37将构成合成激光束L9的光(45°偏振光和135°偏振光)其中之一偏移λ/4相位而获得的。 
接着，通过第三偏振分束器38将这样相位偏移后的合成光L12分成透射的干涉光L13和反射的干涉光L14。由第三光接收单元41c接收该干涉光L13。干涉光L14被第三反射镜39反射，并被第四光接收单元41d所接收。 
换而言之，第三光接收单元41c所接收的干涉光L13是具有与第一干涉光L11相差90°的不同相位的第三干涉光。此外，第四光接收单元41d所接收的干涉光L14是具有与第一干涉光L11相差270°的不同相位的第四干涉光。 
将概述其结构。如在图3中所示，光波分割和合成部20对测量对象执行2路分波照射，以合成各自具有位移信息的返回光。具体地，光波分割和合成部20将从激光束源10所发射的激光束分成要照射在测量镜(第一反射面)24上的测量光(第一光)和要 照射在参考镜(第二反射面)25上的参考光(第二光)。此外，光波分割和合成部20将被测量镜24反射的测量光和被参考镜25反射的参考光进行合成，以形成合成光。 
此外，将概述该结构。如在图3中所示，多相位干涉光生成部30根据合成光生成具有第一相位的第一干涉光、具有与第一相位相差180°的第二相位的第二干涉光、具有与第一相位相差90°的第三相位的第三干涉光以及具有与第一相位相差270°的第四相位的第四干涉光。根据基于第一干涉光到第四干涉光的第一干涉信号Sa到第四干涉信号Sd之间的差，在三相信号生成部44中生成相位差为90°的三相信号，在下面将对此进行详细说明。此外，对相位差为90°的三相信号进行矢量合成，使得在两相信号生成部45中生成相位差为90°的两相信号，在下面将对此进行详细说明。 
根据实施例的干涉仪中的信号处理操作
接着，将参考图2到图9来说明干涉仪中的信号处理操作。图4A是示出由第一光接收单元41a到第四光接收单元41d所生成的第一干涉信号Sa到第四干涉信号Sd之间的相位和强度的关系的矢量图。此外，图4B示出三相信号生成部44中所生成的信号的相位和强度的关系。图4C示出两相信号生成部45中所生成的信号的相位和强度的关系。将在假设第一干涉信号Sa到第四干涉信号Sd没有产生相位偏移的基础上来进行说明和图解。 
如上所述，第一光接收单元41a到第四光接收单元41d生成第一干涉信号Sa到第四干涉信号Sd。将第一干涉信号Sa和第二干涉信号Sb通过图2中的第一电流/电压转换电路42a和第二电流/电压转换电路42b以及第一增益控制电路43a和第二增益控制电路43b输入至三相信号生成部44的第一差分放大电路44a。通过第一增益控制电路43a和第二增益控制电路43b将第一干涉 信号Sa和第二干涉信号Sb调节为具有预定的分波效率(demultiplexing efficiency)，从而将它们输出。第一差分放大电路44a对第一干涉信号Sa和第二干涉信号Sb进行差分放大，并输出第一差分信号DSa。通过采用相位为0°的第一干涉信号Sa和相位为180°的第二干涉信号Sb之间的差来获得第一差分信号DSa，并且如果在干涉信号Sa和Sb之间不存在相位偏移，则该第一差分信号DSa具有与基准相位相同的0°的相位。 
类似地，将第三干涉信号Sc和第四干涉信号Sd通过第三电流/电压转换电路42c和第四电流/电压转换电路42d以及第三增益控制电路43c和第四增益控制电路43d输入至三相信号生成部44的第二差分放大电路44b。通过第三增益控制电路43c和第四增益控制电路43d将第三干涉信号Sc和第四干涉信号Sd调节为具有预定的分波效率，从而将它们输出。第二差分放大电路44b对第三干涉信号Sc和第四干涉信号Sd进行差分放大，并输出第二差分信号DSb。第二差分信号DSb采用相位为90°的第三干涉信号Sc和相位为270°的第四干涉信号Sd之间的差，并且如果第三干涉信号Sc和第四干涉信号Sd之间不存在相位偏移，则第二差分信号DSb具有相对于基准相位的90°的相位差。 
此外，还将第三干涉信号Sc和第四干涉信号Sd通过第三电流/电压转换电路42c和第四电流/电压转换电路42d以及第三增益控制电路43c和第四增益控制电路43d输入至三相信号生成部44的第三差分放大电路44c。第三差分放大电路44c以与第二差分放大电路44b相同的方式对第三干涉信号Sc和第四干涉信号Sd进行差分放大，并且获得作为其输出信号的第三差分信号DSc，第三差分信号DSc是具有与第二差分信号DSb的相位相差180°的相位的反转差分信号(inverted differential signal)。更具体地，第三差分信号DSc相对于基准相位的相位差为270°(即， -90°)。如在图4B中所示，通过三相信号生成部44而获得的具有三个相位的第一差分信号DSa、第二差分信号DSb和第三差分信号DSc的相位差分别为90°。 
然后，将第一差分信号DSa和第二差分信号DSb输入至设置在两相信号生成部45中的第四差分放大电路451a。第四差分放大电路451a对两个输入信号，即第一差分信号DSa和第二差分信号DSb，执行差分矢量合成，从而生成A相位信号。对相位为0°的第一差分信号DSa和相位为90°的第二差分信号DSb进行矢量合成。因此，A相位信号相对于基准相位的相位差为-45°。 
类似地，将第一差分信号DSa和第三差分信号DSc输入至设置在两相信号生成部45中的第五差分放大电路451b。第五差分放大电路451b对两个输入信号，即第一差分信号DSa和第三差分信号DSc执行差分矢量合成，从而生成B相位信号。以与A相位信号类似的方式，对相位为0°的第一差分信号DSa和相位为270°(-90°)的第三差分信号DSc进行差分矢量合成。因此，B相位信号相对于基准相位的相位差为45°。因此，如此获得的A相位信号和B相位信号具有90°的相位差，并且具有彼此相等的强度(参见图4C)。 
接着，将参考图5对第三干涉信号Sc和第四干涉信号Sd相对于第一干涉信号Sa和第二干涉信号Sb产生初始相位误差δ的情况进行说明。例如，在干涉仪中，无法执行严格的相移片调节，从而使得干涉信号产生初始相位误差δ。图5A是示出如下情况的矢量图：第三干涉信号Sc和第四干涉信号Sd相对于第一干涉信号Sa和第二干涉信号Sb理想地具有90°的相位差，并且相对于90°还具有初始相位误差δ的偏移。图5B示出在三相信号生成部40中生成的具有三个相位的第一差分信号DSa到第三差分信号DSc之间的相位和强度的关系。图5C示出在两相信号生成 部45中生成的A相位信号与B相位信号之间的相位和强度的关系。 
如上所述，将第一干涉信号Sa到第四干涉信号Sd输入至三相信号生成部44的第一差分放大电路44a到第三差分放大电路44c，并输出第一差分信号DSa到第三差分信号DSc。由于第二差分信号DSb相对于第一差分信号DSa具有相位偏移δ，因此其相对于第一差分信号DSa的相位差不是90°，而是(90-δ)°。由于第三差分放大电路44c所生成的第三差分信号DSc是通过反转第二差分信号DSb而获得的，因此，第三差分信号DSc相对于第二差分信号DSb的相位差为180°，并且其以与第二差分信号DSb相同的方式相对于第一差分信号DSa具有相位偏移δ。因此，第三差分信号DSc相对于第一差分信号DSa的相位差为(270-δ)°。 
如在图5B中所示，由三相信号生成部44获得的具有三个相位的第一差分信号DSa到第三差分信号DSc中的第三干涉信号Sc和第四干涉信号Sd具有初始相位误差δ。因此，这三个差分信号相互之间的相位差不是90°，而是包括初始相位误差δ。 
然后，将具有带有初始相位误差δ的三个相位的第一差分信号DSa到第三差分信号DSc中的第一差分信号DSa和第二差分信号DSb输入至两相信号生成部45的第四差分放大电路451a，并对它们进行矢量合成。因此，如在图5C中所示，获得A相位信号。两相信号生成部45中的处理是差分矢量合成。因此，A相位信号具有(-45-δ/2)°的相位。 
此外，还将第一差分信号DSa和第三差分信号DSc输入至两相信号生成部45的第五差分放大电路451b，并对它们进行差分矢量合成，从而获得B相位信号。B相位信号具有(45-δ/2)°的相位。 
因此，即使原始的第一干涉信号Sa到第四干涉信号Sd产生 相位偏移，这样获得的两相信号A和B也具有90°的相位差。更具体地，在第一干涉信号Sa到第四干涉信号Sd具有相位偏移的情况下，也可以获得相位差为90°的A相位信号和B相位信号，而无需执行相位控制操作(参见图5C)。 
两相信号生成部45中用于生成相位差为90°的两相信号A和B的处理是矢量合成。因此，如在图5C中所示，两相信号A和B具有互不相同的信号强度。在这种情况下，在两相信号生成部45中，生成两相信号A和B，然后通过设置在两相信号生成部45中的增益控制电路452a和452b来控制各信号A和B的增益。因此，如在图5D中所示，可以生成相位差为90°且具有相等强度的A相位信号和B相位信号。 
接着，将参考图6A至图7对第三干涉信号Sc和第四干涉信号Sd相对于初始相位误差δ产生相位误差波动的情况进行说明。例如，在λ/4波片的固定热波动和机械波动的情况下，以及在波片具有温度特性使得干涉仪中的相位差发生偏移的情况下，产生相位误差波动
Figure G200810172680XD00132
图6A示出随着相对于第三干涉信号Sc和第四干涉信号Sd的初始相位误差δ的相位误差波动
Figure G200810172680XD00133
而波动的信号矢量Sc′和Sd′之间的相位和强度的关系。图6B示出基于第一干涉信号Sa、第二干涉信号Sb、第三干涉信号Sc′和第四干涉信号Sd′而生成的第一差分信号DSa、第二差分信号DSb′和第三差分信号DSc′之间的相位和强度的关系。图6C示出基于第一差分信号DSa、第二差分信号DSb′和第三差分信号DSc′而生成的A′相位信号和B′相位信号之间的相位和强度的关系。 
由于第二差分信号DSb′相对于第一差分信号DSa具有
Figure G200810172680XD00134
的相位偏移，因此第二差分信号DSb′相对于第一差分信号DSa的相位差不是90°，而是
Figure G200810172680XD00135
由于第三差分信号DSc′是通过反转第二差分信号DSb′而获得，因此，第三差分信号DSc′相 对于第二差分信号DSb′的相位差为180°，并且以与第二差分信号DSb′相同的方式相对于第一差分信号DSa具有
Figure G200810172680XD00141
的相位偏移。因此，第三差分信号DSc′相对于第一差分信号DSa的相位差为
如在图6B中所示，由于第三干涉信号Sc′和第四干涉信号Sd′具有初始相位误差δ和相位差分波动
Figure G200810172680XD0014173252QIETU
，因此具有三个相位的第一差分信号DSa、第二差分信号DSb′和第三差分信号DSc′相互之间的相位差不是90°，而是包括初始相位误差δ和相位差分波动。 
如在图6C中所示，当对第一差分信号DSa和第二差分信号DSb′进行差分矢量合成时，A′相位信号被设置成具有 的相位。 
如在图6C中所示，当对第一差分信号DSa和第三差分信号DSc′进行差分矢量合成时，B′相位信号被设置成具有 
Figure G200810172680XD0014174127QIETU
的相位。 
通过利用设置在两相信号生成部45中的增益控制电路452a和452b来控制A′相位信号和B′相位信号的增益，如在图6D中所示，可以生成相位差为90°且具有相等强度的A′相位信号和B′相位信号。 
图7示出基于在相对于初始相位误差δ产生相位误差波动的情况下而生成的相位差为90°的A′相位信号和B′相位信号的利萨如信号L1，以及通过相关技术方法而生成的利萨如信号L2。在波片上产生动态相位误差波动的情况下，如在通过相关技术方法的利萨如信号L2中所示，两相矢量信号具有相位误差。另一方面，根据依照实施例的干涉仪，如在利萨如信号L1中所示，A′相位信号和B′相位信号不产生相位误差，而仅产生增益波动。因此，可以降低对小范围精度的影响。
接着，将参考图8A至图9对第三干涉信号Sc和第四干涉信号Sd的信号强度以及第一干涉信号Sa和第二干涉信号Sb的信号强度动态地具有差异的情况进行说明。例如，在干涉仪的多相位干涉光生成部30中出现分束器分支比(branching ratio)的波动或镜和λ/4波片的透射率的波动的情况下，产生信号强度之间的差异。图8A示出在信号强度互不相同的情况下在第一光接收单元41a到第四光接收单元41d中所产生的第一干涉信号Sa到第四干涉信号Sd的各干涉信号的相位和强度。图8B示出根据第一干涉信号Sa到第四干涉信号Sd而生成的第一差分信号DSa到第三差分信号DSc的各差分信号的相位和强度。图8C示出两相信号生成部45中所生成的信号的相位和强度的关系。将在假设第三干涉信号Sc和第四干涉信号Sd相对于第一干涉信号Sa和第二干涉信号Sb具有初始相位误差δ的偏移的基础上，进行说明和图解。 
在实施例中，由于上述理由，第一干涉信号Sa和第二干涉信号Sb在第一光接收单元41a和第二光接收单元41b中劣化(参见图8A)。根据第一干涉信号Sa和第二干涉信号Sb在三相信号生成部44中所生成的第一差分信号DSa也劣化。另一方面，从第三光接收单元41c和第四光接收单元41d输出的第三干涉信号Sc和第四干涉信号Sd不劣化。根据第三干涉信号Sc和第四干涉信号Sd在三相信号生成部44中所生成的第二差分信号DSb和第三差分信号DSc不劣化(参见图8B)。 
由于从三相信号生成部44输出的并具有三个相位的第一差分信号DSa到第三差分信号DSc中的第一差分信号DSa劣化，因此其信号强度发生变化(参见图8B)。当将具有三个相位的第一差分信号DSa到第三差分信号DSc输入至两相信号生成部45以执行矢量合成时，如在图8C中所示，输出相位差不是90°的A相 位信号和B相位信号。然后，在增益控制电路452a和452b中控制A相位信号和B相位信号的增益，从而使它们具有相等的强度(参见图8D)。 
图9示出根据实施例的基于相位差为90°的两个信号A和B的利萨如信号，这两个信号A和B是在第三干涉信号Sc和第四干涉信号Sd的信号强度与第一干涉信号Sa和第二干涉信号Sb的信号强度动态地具有差异的情况下而生成的。由于所生成的A相位信号和B相位信号的相位差不为90°，因此图9中示出的利萨如图形为椭圆形形状，并且具有未偏移的中心。 
在多相位干涉光生成部30中的合成光的2分波强度发生波动的情况下，由根据实施例的干涉仪所生成的两相信号的相位差不是精确的90°。然而，在光源附近对角地布置用于执行相关技术的差分处理的一组光接收部。因此，与由此所产生的DC波动相比，通过从根据实施例的干涉仪获得的具有相位差的两相信号的检测的小范围精度的劣化(误差)等于或小于其一半。由于这个原因，根据实施例的干涉仪在多相位干涉光生成部30的一部分产生缺陷的情况下也有效。 
因此，根据实施例的干涉仪在信号处理中使用矢量合成，从而调整信号。在处理过程中，具有相位偏移的三相信号的相位差为精确的90°。因而，在具有相位偏移的三相信号中，可以获得相位差为90°的期望的两相信号，而无需使用可变电阻器来执行相位调整操作。此外，根据实施例的干涉仪在周期信号劣化的情况下也有效。 
如上所述，由于在两相信号生成部45中对具有三个相位的第一差分信号DSa到第三差分信号DSc进行矢量合成，因此在根据实施例的干涉仪中获得的相位差为90°的A相位信号和B相位信号具有近似
Figure G200810172680XD00161
倍高的信号强度。因此，信噪比提高了3dB。
此外，在两相信号生成部45中，通过控制信号的增益，在矢量合成之后可以获得具有相等强度的相位差为90°的两相信号。 
尽管上面已经说明了根据本发明的实施例，但本发明不限于此，并且在不背离本发明的范围的情况下可以进行各种改变和增加。

Claims (3)

1.一种干涉仪，包括：
光源；
光波分割和合成部，用于将从所述光源所发射的光分割成要照射在第一反射面上的第一光和要照射在第二反射面上的第二光，所述光波分割和合成部对被所述第一反射面反射后的所述第一光和被所述第二反射面反射后的所述第二光进行合成，以形成合成光；
多相位干涉光生成部，用于根据所述合成光，生成具有第一相位的第一干涉光、具有与所述第一相位相差180°的第二相位的第二干涉光、具有与所述第一相位相差90°的第三相位的第三干涉光以及具有与所述第一相位相差270°的第四相位的第四干涉光；
光接收部，用于接收所述第一干涉光到所述第四干涉光；
干涉信号生成部，用于基于所接收到的所述第一干涉光到所述第四干涉光，生成第一干涉信号、第二干涉信号、第三干涉信号和第四干涉信号；
三相信号生成部，用于基于所述第一干涉信号到所述第四干涉信号之间的差，生成相位差为90°的三相信号；以及
两相信号生成部，用于对相位差为90°的所述三相信号执行矢量合成，从而生成相位差为90°的两相信号。
2.根据权利要求1所述的干涉仪，其特征在于，所述三相信号生成部包括：
第一差分信号生成部，用于生成作为所述第一干涉信号和所述第二干涉信号之间的差的第一差分信号；
第二差分信号生成部，用于生成作为所述第三干涉信号和所述第四干涉信号之间的差的第二差分信号；以及
反转差分信号生成部，用于生成通过反转所述第二差分信号而获得的反转差分信号。
3.根据权利要求1或2所述的干涉仪，其特征在于，还包括：
增益控制部，用于控制所述第一干涉信号到所述第四干涉信号的增益。
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