DE69531647T2

DE69531647T2 - Optische Vorrichtung und diese verwendendes Verschiebungsinformationmessgerät

Info

Publication number: DE69531647T2
Application number: DE69531647T
Authority: DE
Inventors: Makoto Ohta-ku Takamiya; Hidejiro Ohta-ku Kadowaki
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-06-27
Filing date: 1995-06-26
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2015-06-27
Also published as: EP0690332A2; JPH0815435A; EP0690332B1; DE69531647D1; JP3491969B2; EP0690332A3; US5640239A

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verschiebungsinformations-Messgerät und eine optische Vorrichtung, und insbesondere auf ein Verschiebungsinformations-Messgerät zum optischen Messen der Verschiebungsinformationen eines sich bewegenden Objekts auf eine kontaktlose Weise und eine für das Gerät geeignete optische Vorrichtung.
Verwandter Stand der Technik
Herkömmlicherweise wird als ein Gerät zum präzisen Messen der Verschiebungsinformationen eines Objekts auf eine kontaktlose Weise ein Laser-Dopplergeschwindigkeitsmesser (LDV), eine Laser-Codiereinrichtung, oder dergleichen verwendet. Der Laser-Dopplergeschwindigkeitsmesser misst die Bewegungsgeschwindigkeit eines sich bewegenden Objekts oder einer Flüssigkeit, indem ein Effekt (Dopplereffekt) dahingehend Verwendung findet, dass wenn ein Laserbündel auf ein sich bewegendes Objekt oder eine sich bewegende Flüssigkeit abgestrahlt wird, sich die Frequenz des von dem sich bewegenden Objekt oder der sich bewegenden Flüssigkeit gestreuten Laserbündels im Verhältnis zu der Bewegungsgeschwindigkeit verschiebt.
1 zeigt ein Beispiel des herkömmlichen Laser-Dopplergeschwindigkeitsmessers. Der in 1 gezeigte Laser-Dopplergeschwindigkeitsmesser umfasst einen Laser 1, eine Kollimatorlinse 2 zum Erlangen eines kollimierten Lichtbündels 3, einen Bündel- bzw. Strahlteiler 4, Spiegel 6a, 6b, 6c und 6d, eine Fokussierlinse 8, und einen Photodetektor 9. Ein zu messendes Objekt 7 bewegt sich mit einer Geschwindigkeit V in der Richtung eines Pfeils.
Ein von dem Laser 1 emittiertes Laserbündel wird von der Kollimatorlinse 2 in das kollimierte Lichtbündel 3 umgewandelt, und das Bündel 3 wird von dem Bündelteiler 4 in zwei Lichtbündel 5a und 5b aufgeteilt. Diese Lichtbündel 5a und 5b werden jeweils von den Spiegeln 6a und 6c, und den Spiegeln 6b und 6d reflektiert, und werden mit einem Einfallswinkel θ auf das zu messende Objekt 7 abgestrahlt, welches sich mit der Geschwindigkeit V bewegt. von dem Objekt oder der Flüssigkeit gestreutes Licht wird von dem Photodetektor 9 über die Fokussierlinse 8 erfasst. Die Frequenzen der beiden gestreuten Lichtbündel werden proportional zu der Bewegungsgeschwindigkeit V Dopplerverschiebungen +f und –f unterzogen. Sei λ die Wellenlänge des Laserstrahls. Dann kann f durch die nachstehende Gleichung (1) ausgedrückt werden. F = V*sin(θ)/λ (1)
Die gestreuten Lichtbündel, welche den Dopplerverschiebungen +f und –f unterzogen worden sind, interferieren miteinander und verursachen eine Änderung des Dichtemusters an der Lichtempfangsfläche des Photodetektors 9. Die Frequenz F des Interferenzlichts ist durch die nachstehende Gleichung (2) gegeben: F = 2*f = 2*V*sin(θ)/λ (2)
Aus Gleichung (2) kann die zu messende Geschwindigkeit V des Objekts 7 erlangt werden, indem die (nachfolgend als die Dopplerfrequenz bezeichnete) Frequenz F des Photodetektors 9 gemessen wird.
Wie aus Gleichung (2) ersichtlich ist, ist bei dem zuvor erwähnten herkömmlichen Laser-Dopplergeschwindigkeitsmesser die Dopplerfrequenz F umgekehrt proportional zu der Wellenlänge λ des Laserstrahls, und daher muss der Laser-Dopplergeschwindigkeitsmesser eine Laserlichtquelle mit einer stabilen Wellenlänge verwenden. Als eine Laserlichtquelle, welche zu einer kontinuierlichen Laseroszillation imstande ist und eine stabile Wellenlänge aufweist, findet weit verbreitet ein Gaslaser wie beispielsweise ein He-Ne-Laser Verwendung. Jedoch erfordert ein derartiger Gaslaser einen großen Laseroszillator und eine hohe Spannung in einer Energieversorgungseinrichtung, was in einem großen, teuren Gerät resultiert. Andererseits weist eine Laserdiode (oder ein Halbleiterlaser), die bei Kompakt-Disk-Laufwerken, Video-Disk-Laufwerken, Kommunikationen über optische Fasern, oder dergleichen verwendet wird, eine Temperaturabhängigkeit auf, auch wenn sie sehr klein ist und einfach angesteuert werden kann.
2 zeigt ein Beispiel der typischen Temperaturabhängigkeit einer Laserdiode (zitiert im Mitsubishi Semiconductor Data Book von 87; Band der Optical Semiconductor Elements). Eine kontinuierliche Änderung der Wellenlänge wird hauptsächlich durch eine Änderung des Brechungsindexes der aktiven Schicht der Laserdiode aufgrund einer Temperaturänderung verursacht, und beträgt 0,05 bis 0,06 nm/°C. Andererseits wird eine diskontinuierliche Änderung der Wellenlänge ein longitudinales Modenspringen genannt, und beträgt 0,2 bis 0,3 nm/°C.
Um die Wellenlänge zu stabilisieren, wird im allgemeinen ein Verfahren zum Steuern der Laserdiode bei einer gegebenen Temperatur eingesetzt. Bei diesem Verfahren müssen Temperatursteuerbauteile wie beispielsweise eine Heizeinrichtung, eine Kühleinrichtung, ein Temperatursensor und dergleichen an der Laserdiode angefügt sein, damit ein kleiner Heizwiderstand vorliegt, und die Temperatursteuerung muss präzise durchgeführt werden. Als ein Ergebnis bekommt der Laser-Dopplergeschwindigkeitsmesser eine relativ große Größe und seine Kosten nehmen zu. Zusätzlich kann eine Instabilität aufgrund des zuvor erwähnten Modenspringens nicht perfekt bzw. vollständig beseitigt werden.
Für ein Laser-Dopplergeschwindigkeitsmesser, welches die zuvor erwähnten Probleme lösen kann, wurde das folgende System vorgeschlagen. Das heißt, es fällt ein Laserbündel als eine Lichtquelle auf ein Beugungsgitter ein, zwei gebeugte Lichtbündel der +n-ten und der –n-ten Ordnung, die von der 0-ten Ordnung verschieden sind, des von dem Beugungsgitter erlangten gebeugten Lichts werden mit dem selben Kreuzungswinkel, wie der durch diese beiden Lichtbündel definierte Winkel, auf ein sich bewegendes Objekt oder eine sich bewegende Flüssigkeit abgestrahlt, und von einem Photodetektor wird von dem sich bewegenden Objekt oder der sich bewegenden Flüssigkeit gestreutes Licht erfasst.
3 zeigt ein Beispiel einer Beugung, wenn ein Laserbündel I auf ein Beugungsgitter 10 des Transmissionstyps bzw. Durchlasstyps mit einem Gitterabstand d in einer zu der Ausrichtrichtung, t, von Gitterlinien senkrechten Richtung einfällt. Der Beugungswinkel θ0 ist durch: sinθ0 = mλ/dgegeben, wobei m die Ordnung (0, 1, 2, ...) der Beugung, und λ die Wellenlänge des Lichts ist.
Von diesen Lichtbündeln werden Lichtbündel ±n-ter Ordnung, die von Licht 0-ter Ordnung verschieden sind, ausgedrückt durch: sinθ0 = ±nλ/d (3)für n = 1, 2, ...
4 zeigt einen Fall, bei dem die beiden Lichtbündel, d. h. die Lichtbündel ±n-ter Ordnung, über die parallelen Spiegel 6a und 6b auf das zu messende Objekt 7 abgestrahlt werden, so dass sie einen Einfallswinkel von θ0 aufweisen. Von den Gleichungen (2) und (3) ist die Dopplerfrequenz F des Photodetektors 9 gegeben durch: F = 2Vsinθ0/λ = 2nV/d (4)
Die Frequenz F ist nicht von der Wellenlänge λ des Laserbündels I abhängig, ist umgekehrt proportional zu dem Gitterabstand d eines Beugungsgitters 20, und ist proportional zu der Geschwindigkeit des zu messenden Objekts 7. Da der Gitterabstand d ausreichend stabilisiert werden kann, ist die Dopplerfrequenz F nur zu der Geschwindigkeit des zu messenden Objekts 7 proportional. Dasselbe gilt für einen Fall, bei dem das Beugungsgitter 20 ein Beugungsgitter des Reflektionstyps aufweist.
Im Allgemeinen wird hoch kohärentes Licht wie beispielsweise ein Laserbündel auf ein Objekt abgestrahlt, wird gestreutes Licht durch eine winzige Oberflächenstruktur an dem Objekt zufällig phasenmoduliert, und bildet an der Beobachtungsfläche ein Punktmuster, ein sogenanntes Sprenkelmuster. Bei dem Laser-Dopplergeschwindigkeitsmesser wird, wenn sich ein Objekt oder eine Flüssigkeit bewegt, eine Änderung des Dichtemusters aufgrund der Dopplerverschiebung auf der Erfassungsfläche des Photodetektors durch eine unregelmäßige Änderung des Dichtemusters aufgrund des Flusses des Sprenkelmusters moduliert, und das Ausgangssignal von dem Photodetektor wird auch durch eine Änderung des Durchlassens (oder Reflektierens) eines zu messenden Objekts moduliert.
Bei dem zuvor erwähnten Laser-Dopplergeschwindigkeitsmesser wird, da die Frequenz der Änderung des Dichtemusters aufgrund des Flusses des Sprenkelmusters und die Frequenz der Änderung des Durchlassgrads (oder Reflexionsgrads) des zu messenden Objekts niedriger als die durch Gleichung (2) gegebene Dopplerfrequenz sind, die Ausgabe der Photodiode einem Hochpassfilter zugeführt, um die Niederfrequenzkomponenten zu beseitigen, wodurch nur ein Dopplersignal extrahiert wird. Jedoch wird, wenn die Geschwindigkeit des zu messenden Objekts niedrig ist und daher die Dopplerfrequenz niedrig ist, die Frequenzdifferenz von den Niederfrequenz-Variationskomponenten klein, und es kann kein Hochpassfilter verwendet werden. Als Ergebnis davon kann eine Messung der Geschwindigkeit des zu messenden Objekts unmöglich gemacht werden. Zusätzlich kann die Geschwindigkeitsrichtung grundsätzlich nicht erfasst werden.
Als eine Technik zum Erzielen einer Messung einschließlich der der Geschwindigkeitsrichtung aus einem unbewegten Zustand, ist ein Verfahren (Frequenzverschiebung) zum Setzen einer Frequenzdifferenz zwischen zwei Lichtbündeln, bevor die beiden Lichtbündel auf ein zu messendes Objekt abgestrahlt werden, bekannt.
Im Allgemeinen wird ein optoakustisches Element als die Frequenzverschiebungseinrichtung verwendet. Wie in 4 gezeigt, kann in diesem Fall, da der Einfallswinkel von Lichtbündeln auf das optoakustische Element auf den Bragg-Beugungswinkel gesetzt werden muss, das optoakustische Element nicht in ein optisches System eingesetzt werden, bei welchem sich der optische Pfad abhängig von der Wellenlänge ändert.
5 zeigt ein Beispiel eines Laser-Dopplergeschwindigkeitsmessers, welches eine aus einem elektrooptischen Kristall anstelle des optoakustischen Elements bestehende Frequenzverschiebungseinrichtung verwendet.
Bei dem elektrooptischen Kristall ändert sich der Brechungsindex des Mediums abhängig von dem anzulegenden elektrischen Feld. Beispielsweise sind trigonale Systeme 3m wie beispielsweise LiNbO₃, LiTaO₃ und dergleichen und tetragonale Systeme 42m wie beispielsweise (NH₄)HP₂O₄(ADP), KHP₂O₄(KDP) und dergleichen bekannt. Die folgende Beschreibung wird mit LiNbO₃ als ein Beispiel vorgenommen.
Das Indexellipsoid von LiNbO₃ (3m) ist gegeben durch: (1/N0 2 – γ22E2 + γ13E3)X2 + (1/N0 2 + γ22E2 + γ13E3)γ2 + (1/Ne 2 + Y33E3)Z2 – 2γ22E1XY + 2γ51E2YZ + 2γ51E2ZX = 1 (5)wobei γ (mit einem Zusatz bzw. Index) eine Pockelskonstante ist und N₀ und N_e jeweils die Brechungsindizes von gewöhnlichen und außergewöhnlichen Strahlen sind.
Dieses Gerät nimmt eine Anordnung zum Anlegen einer Spannung an diesen elektrooptischen Kristall an. Wird die Änderungsrate der Spannung V pro Zeiteinheit als konstant gesetzt, weist durch LiNbO₃ hindurchgelassenes Licht eine konstante Änderungsrate des Phasenbetrags pro Zeiteinheit auf. Mit anderen Worten, der Kristall dient als eine Frequenzverschiebungseinrichtung. Jedoch nimmt die Spannung unendlich zu, wenn die Spannung mit einer konstanten Rate geändert wird. Aus diesem Grund wird in der Praxis eine Sägezahnsignal-Ansteueroperation (Serrodyne-Ansteueroperation) durchgeführt, wie in 6 gezeigt. Die Ansteueroperation wird mit einem Wert durchgeführt, mit welchem die Spannungsamplitude einer optischen Phase von 2π entspricht, so dass die optische Phase in einem Rückkehr- bzw. Umkehrabschnitt nicht diskontinuierlich wird. Wird die Serrodyne-Frequenz durch fR repräsentiert, wird das Lichtbündel I um fR frequenzverschoben.
Das in 5 gezeigte Gerät verwendet das zuvor erwähnte Prinzip und wurde von Foord et al. (Appl. Phys., Band 7, 1974, L36–L39) beschrieben. Ein Laserbündel wird von dem Bündelteiler 4 in zwei Lichtbündel aufgeteilt, und diese Lichtbündel werden durch einen elektrooptischen Kristall 10 hindurchgelassen. Die beiden Lichtbündel, welche von der Serrodyne-Ansteueroperation frequenzverschoben wurden, werden von einer Linse 15 abgelenkt, und kreuzen sich in einem konvergenten Zustand. Diese Anordnung wird normalerweise als ein Stromzähler bzw. -messer verwendet und erzielt Messungen einschließlich der der Geschwindigkeitsrichtung aus einem unbewegten Zustand. Die Dopplerfrequenz ist unter Verwendung der Frequenzdifferenz fR zwischen den beiden Lichtbündeln durch die folgende Gleichung gegeben: F = 2*V*sin(θ)/λ + fR (6)
Daher kann, auch wenn die Geschwindigkeit V des zu messenden Objekts 7 niedrig ist, falls fR auf einen geeigneten Wert gesetzt ist, eine ausreichende Frequenzdifferenz von der Niederfrequenzkomponente sichergestellt werden, welche von dem Fluss des Sprenkelmusters oder der Änderung des Durchlassgrads (oder des Reflexionsgrads) des zu messenden Objekts hervorgerufen wird, und durch elektrisches Beseitigen der Niederfrequenzkomponenten wird nur ein Dopplersignal extrahiert, was folglich eine Geschwindigkeitserfassung ermöglicht.
Herkömmlicherweise fällt das Laserbündel senkrecht auf den elektrooptischen Kristall ein, wie in 5 gezeigt, und, um einen elektrooptischen Kristall in ein optisches System einzufügen, ist es eine allgemeine Praxis eine Struktur einzusetzen, bei welcher ein kollimiertes Lichtbündel senkrecht einfällt und der optische Pfad unbeweglich ist. Variiert bei der herkömmlichen Anordnung der Einfallswinkel der Lichtbündel, dann ändert sich auch eine Beziehung zwischen dem elektrischen Feld zu dem elektrooptischen Kristall und der Änderung des Brechungsindexes. Als Folge davon weicht die Änderung der optischen Phase von 2π ab, auch wenn die Spannungsamplitude der Serrodyne-Ansteueroperation als konstant gesetzt ist.
Ist der optische Pfad jedoch unbeweglich, wie aus Gleichung (6) ersichtlich ist, variiert das zu erfassende Dopplersignal, wenn die Laserwellenlänge variiert, was folglich eine Messung hoher Präzision stört.
JP-A-61 032 032 und US-A-4 229 073 offenbaren weitere Beispiele von optischen Phasenmodulationseinrichtungen des Standes der Technik.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung wurde unter Berücksichtigung des zuvor erwähnten Standes der Technik vorgenommen, und hat als ihre erste Aufgabe, ein Verschiebungsinformations-Messgerät zur Verfügung zu stellen, welches eine einfache Anordnung aufweist, Messungen eines zu messenden Objekts durchführen kann, auch wenn seine Geschwindigkeit niedrig ist, und Messungen erzielen kann, die von dem Einfluss einer Variation der Wellenlänge eines Lichtbündels frei sind und auch von dem Einfluss einer temporären oder räumlichen Variation des Winkels von Lichtstrahlen nach Variation der Wellenlänge frei sind.
Es ist die zweite Aufgabe der Erfindung, eine optische Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche eine optische Phasenänderung unter Verwendung eines elektrooptischen Kristalls in einem optischen System präzise erzeugen kann, in welchem sich der Winkel von Lichtstrahlen eines Lichtbündels temporär oder räumlich ändert.
Die Erfindung ist durch die in Anspruch 1 dargelegten Merkmale definiert.
Andere Aufgaben der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele offensichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist eine schematische Ansicht, welche einen herkömmlichen Laser-Dopplergeschwindigkeitsmesser zeigt;
2 ist ein Graph, welcher die Abhängigkeit der Oszillationsfrequenz einer Laserdiode von der Temperatur darstellt;
3 ist eine erläuternde Ansicht eines Beugungsgitters;
4 ist eine erläuternde Ansicht eines Laser-Dopplergeschwindigkeitsmessers, der ein Beugungsgitter verwendet;
5 ist eine Ansicht zur Erläuterung des Standes der Technik von Foord et al.;
6 ist eine Ansicht zur Erläuterung der Sägezahn-Ansteuerung (Serrodyne-Ansteuerung);
7 ist eine Ansicht der Anordnung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
8 ist eine Ansicht, welche die Beziehung zwischen der C-Achse eines elektrooptischen Kristalls, der Richtung des elektrischen Feldes, und der Polarisationsrichtung darstellt;
9 ist eine Ansicht, welche die Beziehung zwischen der C-Achse eines elektrooptischen Kristalls, der Richtung des elektrischen Feldes, und der Polarisationsrichtung darstellt;
10 ist eine Ansicht, welche die Beziehung zwischen der C-Achse eines elektrooptischen Kristalls, der Richtung des elektrischen Feldes, und der Polarisationsrichtung darstellt;
11 ist eine Ansicht, welche die Beziehung zwischen der C-Achse eines elektrooptischen Kristalls, der Richtung des elektrischen Feldes, und der Polarisationsrichtung darstellt;
12 ist eine Ansicht, welche die Beziehung zwischen der C-Achse eines elektrooptischen Kristalls, der Richtung des elektrischen Feldes, und der Polarisationsrichtung darstellt;
13 ist eine Ansicht, welche die Beziehung zwischen der C-Achse eines elektrooptischen Kristalls, der Richtung des elektrischen Feldes, und der Polarisationsrichtung darstellt;
14 ist eine Ansicht, welche die Beziehung zwischen der C-Achse eines elektrooptischen Kristalls, der Richtung des elektrischen Feldes, und der Polarisationsrichtung darstellt;
15 ist eine Ansicht, welche die Beziehung zwischen der C-Achse eines elektrooptischen Kristalls, der Richtung des elektrischen Feldes, und der Polarisationsrichtung darstellt; und
16 ist eine Ansicht der Anordnung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
7 ist eine erläuternde Ansicht der Anordnung eines Laser-Dopplergeschwindigkeitsmessers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Ein von einer Laserdiode 1 emittiertes Laserbündel ist auf linear polarisiertes Licht entlang der Z-Achse gesetzt und wird von einer Kollimatorlinse 2 in ein kollimiertes Lichtbündel 3 umgewandelt. Das kollimierte Lichtbündel 3 wird durch ein Beugungsgitter 20, welches eine Gitterausrichtrichtung parallel zu der Y-Achse und einen Gitterabstand d aufweist, in zwei Lichtbündel 5a und 5b mit einem Beugungswinkel θ aufgeteilt.
Zu dieser Zeit ist der Beugungswinkel θ gegeben durch: dsinθ = λ (7)
Die beiden Lichtbündel 5a und 5b fallen mit dem Winkel θ auf rechteckige parallelepipede elektrooptische Kristalle (bei diesem Ausführungsbeispiel LiNbO₃) 10a und 10b mit einer C-Achse (optischer Achse) parallel zu der Z-Achse ein. Elektroden 11a und 11b legen nur an den mit dem Lichtbündel 5a in Zusammenhang stehenden elektrooptischen Kristall 10a ein elektrisches Feld an. Weist jeder der elektrooptischen Kristalle 10a und 10b eine Dicke von d = 1 mm und eine Länge von P = 20 mm auf, wird die Laserwellenlänge auf λ = 780 nm gesetzt, und der Gitterabstand d auf d = 1,6 μm gesetzt, dann ist die effektive Länge l' der elektrooptischen Kristalle 10a und 10b, durch welche die Lichtbündel 5a und 5b hindurchgelassen werden, gegeben durch: l' = l/cos(θ') (8)wobei θ' der Winkel des Lichtbündels innerhalb des elektrooptischen Kristalls ist und die folgende Beziehung erfüllt: sin(θ) = Ne*sin(θ') (9)
Von Gleichung (7), da θ ≒ 29.18°, l' = 20,54 mm. Beträgt der außergewöhnliche Strahlenbrechungsindex N_e = 2,2 und die Pockelskonstante γ = 32,2 × 10^–9 (mm/V), wird die Phasendifferenz zwischen den beiden Lichtbündeln 2π, wenn die Spannungsamplitude V ≒ 224 V beträgt. Wird die Serrodyne-Ansteueroperation mit dieser Spannungsamplitude und bei der Frequenz fR durchgeführt, werden zwei Lichtbündel 5c und 5d mit einer Frequenzdifferenz fR zwischen ihnen erlangt. Die beiden Lichtbündel 5c und 5d, die mit dem selben Winkel aus den elektrooptischen Kristall austreten wie der Einfallswinkel, werden von Spiegeln 21a und 21b abgelenkt und auf ein zu messendes Objekt 7 (in seiner Geschwindigkeitsmessrichtung), welches sich mit einer Geschwindigkeit V bewegt, mit dem selben Einfallswinkel θ wie der Beugungswinkel abgestrahlt. Mit dieser Anordnung wird sinθ/λ im Bezug auf den Einfallswinkel θ annähernd konstant. Von einem Photodetektor 9 wird über eine Fokussierlinse 8 von dem Objekt gestreutes Licht erfasst.
Die Dopplerfrequenz zu der Zeit ist unter Verwendung der Frequenzdifferenz fR zwischen den beiden Lichtbündeln wie in Gleichung (6) durch die folgende Gleichung gegeben: F = 2*V*sin(θ)/λ + fR (10)
Aus Gleichung (7) wird Gleichung (10) als nachfolgende Gleichung (11) umgeschrieben, und unter Verwendung dieser Gleichung wird die Geschwindigkeit V durch eine Signalverarbeitungseinheit 100, die eine Filterschaltung zur Beseitigung von Niederfrequenzkomponenten umfasst, aus der erfassten Frequenz F berechnet, die von dem Photodetektor 9 ausgegeben wird. F = 2*V/d + fR (11)
Wie aus Gleichung (11) entnommen werden kann, ermöglicht diese Anordnung eine Erfassung eines Signals frei von einer Abhängigkeit von der Wellenlänge des Lasers. Genauer ändert sich, wenn die Wellenlänge variiert, der Beugungswinkel gemäß Gleichung (7), jedoch kann dieses Gerät noch die Wellenlängenabhängigkeit des Dopplersignals beseitigen. Außerdem ändert sich der Winkel des auf den elektrooptischen Kristall 10a einfallenden Lichtbündels. Jedoch wird, da die Polarisationsrichtung des Lichtbündels mit der C-Achse (optische Achse) des elektrooptischen Kristalls 10a übereinstimmt, die Polarisationsrichtung aufrechterhalten, nachdem das Lichtbündel durch den elektrooptischen Kristall 10a hindurchgelassen wird. Aus Gleichung (8) ändert sich die effektive Länge l' aufgrund der Änderung des Einfallswinkels, und es ändert sich die Spannungsamplitude. In diesem Fall ist der Änderungsbetrag vernachlässigbar. Aus diesem Grund kann ein Signal mit einer hohen Präzision erfasst werden, auch wenn sich die Wellenlänge ändert.
Insbesondere ist bei diesem Gerät, auch wenn eine (temporäre) Variation des Einfallswinkels des Laserbündels (die Einfallswinkel von Lichtstrahlen in dem Lichtbündel sind räumlich gleich zueinander, d. h. ein kollimiertes Lichtbündel) an dem elektrooptischen Kristall 10a auftritt, die Beziehung zwischen der Änderung des elektrischen Feldes und der Änderung des Brechungsindexes konstant, so dass sinθ/λ annähernd konstant wird. Genauer kann die Änderung der optischen Phase durch konstante Serrodyne-Ansteuerung unabhängig von dem Einfallswinkel des Lichtbündels konstant gemacht werden. Dies wird nachstehend im Detail beschrieben. 8 bis 15 zeigen die Beziehung zwischen der C-Achse des elektrooptischen Kristalls, die Richtung des elektrischen Feldes (die entgegengesetzte Richtung der Elektroden 11a und 11b in 8 bis 15) und die Polarisationsrichtung der einfallenden Lichtstrahlen. Es ist nicht vorzuziehen, wenn die Richtung der C-Achse nicht senkrecht oder parallel zu der Polarisationsebene ist, da sich die Polarisationsrichtung des einfallenden/ austretenden Lichtbündels unerwünschterweise ändert. Zusätzlich werden in der Praxis nur diese acht Anordnungen angenommen, da der elektrooptische Kristall gewöhnlicherweise eine durch Seiten parallel zu und senkrecht zu der C-Achse definierte rechteckige parallelepipede Form aufweist, und es einfach ist, Elektroden an der Fläche dieses rechteckigen Parallelepipeds zu bilden.
8 zeigt die Disposition bzw. Einstellung des zuvor erwähnten, in 7 gezeigten Ausführungsbeispiels. Die (nachfolgend als C bezeichnete) C-Achsenrichtung ist parallel zu der (nachfolgend als E bezeichneten) Richtung des elektrischen Feldes (d. h. sie stimmt mit der longitudinalen Richtung der Gitterlinien des Beugungsgitters überein), und die (nachfolgend als P bezeichnete) Polarisationsrichtung des einfallenden Lichtbündels ist auch parallel dazu. Das heißt, es gilt C//E//P, und alle diese Richtungen sind parallel zu der Z-Achsenrichtung in 8.
In diesem Fall wird die vorangehende Gleichung (5) wie folgt umgeschrieben: Z2/Ne 2(1 – Ne 2γ33E3/2)2 = 1
In diesem Fall stehen mit X und Y keine Parameter in Zusammenhang. Aus diesem Grund bleibt, auch wenn sich die Wellenlänge ändert, sich der Beugungswinkel des Beugungsgitters 20 ändert, und sich der Einfallswinkel des Laserbündels auf den elektrooptischen Kristall 10a in der X-Y-Ebene ändert, die Beziehung zwischen der Änderung des Brechungsindexes und der Änderung der elektrischen Feldstärke die selbe. In diesem Fall beträgt der Pockelskoeffizient als der Änderungskoeffizient zwischen dem Brechungsindex und der elektrischen Feldstärke γ₃₃ = 32,2 × 10^–9 (mm/V).
Die Disposition in 9 unterscheidet sich von 9 dahingehend, dass die Polarisationsrichtung des Laserbündels senkrecht zu der Z-Achsenrichtung (parallel zu der X-Y-Ebene) ist. Das heißt, es gilt ((C//E)⊥P). In diesem Fall lautet die vorangehende Gleichung (5): (x2 + Y2)/N0 2(1 – N0 2γE3/2)2 = 1.
Wie aus dem Ausdruck X² + Y² entnommen werden kann, definiert die Formel des Brechungsindexes einen Kreis. Aus diesem Grund bleibt, auch wenn sich die Wellenlänge ändert, sich der Beugungswinkel des Beugungsgitters 20 ändert, und sich der Einfallswinkel des Laserbündels auf den elektrooptischen Kristall 10a in der X-Y-Ebene ändert, die Beziehung zwischen der Änderung des Brechungsindexes und der Änderung der elektrischen Feldstärke die selbe. In diesem Fall beträgt der Pockelskoeffizient als der Änderungskoeffizient zwischen dem Brechungsindex und der elektrischen Feldstärke γ₁₃ = 10 × 10^–9(mm/V).
Die Disposition in 10 unterscheidet sich von 8 dahingehend, dass die C-Achsenrichtung des elektrooptischen Kristalls 10a senkrecht zu der Richtung des elektrischen Feldes und der Polarisationsrichtung des Laserbündels ist (parallel zu der Gitterausrichtrichtung des Beugungsgitters) (da die C-Achsenrichtung normalerweise mit der Z-Achsenrichtung übereinstimmt, ist die Koordinatendisposition verschieden zu 8). Das heißt, ((E//P)⊥C). In diesem Fall wird die vorangehende Gleichung (5): Y2/N0 2(1 – N0 2γ22E2/2)2 = 1.
Folglich bleibt, auch wenn sich die Wellenlänge ändert, sich der Beugungswinkel des Beugungsgitters 20 ändert, und sich der Einfallswinkel des Laserbündels auf den elektrooptischen Kristall 10a in der X-Z-Ebene ändert, die Beziehung zwischen der Änderung des Brechungsindexes und der Änderung der elektrischen Feldstärke die selbe. In diesem Fall beträgt der Pockelskoeffizient als der Änderungskoeffizient zwischen dem Brechungsindex und der elektrischen Feldstärke γ₂₂ = 6,8 × 10^–9 (mm/V).
Die Disposition in 11 unterscheidet sich von der Disposition in 10 dahingehend, dass die Richtung des elektrischen Feldes parallel zu der C-Achsenrichtung ist. Das heißt, es gilt ((C//E)⊥P). In diesem Fall nimmt die vorangehende Gleichung (5) die Form an: Y2/N0 2(1 – N0 2γE3/2)2 = 1.
Folglich bleibt, auch wenn sich die Wellenlänge ändert, sich der Beugungswinkel des Beugungsgitters 20 ändert, und sich der Einfallswinkel des Laserbündels auf den elektrooptischen Kristall 10a in der X-Z-Ebene ändert, die Beziehung zwischen der Änderung des Brechungsindexes und der Änderung der elektrischen Feldstärke die selbe. In diesem Fall beträgt der Pockelskoeffizient als der Änderungskoeffizient zwischen dem Brechungsindex und der elektrischen Feldstärke γ₁₃ = 10 × 10^–9 (mm/V).
Bei den zuvor erwähnten Fällen bleibt die Beziehung zwischen der Änderung des Brechungsindexes und der elektrischen Feldintensität unabhängig von der Variation des Einfallswinkels des Laserbündels die selbe. Daher kann bei der Erfindung eine der in 8 bis 11 gezeigten Dispositionen in die in 7 gezeigte Anordnung übernommen werden. Genauer kann bei dem in 7 gezeigten Gerät die C-Achsenrichtung, die Richtung des elektrischen Feldes, und die Polarisationsrichtung des Laserbündels durch diejenigen in einer beliebigen von 9 bis 11 ersetzt werden. Insbesondere kann eine Änderung des Brechungsindexes durch eine niedrige Anlegespannung effektiv erzeugt werden, da die in 7 gezeigte Anordnung die in 8 gezeigte Disposition übernimmt, und der Pockelskoeffizient als der Änderungskoeffizient zwischen dem Brechungsindex und der elektrischen Feldstärke in dem in diesem Fall verwendeten LiNbO₃ maximiert ist.
In 12 ist die C-Achsenrichtung parallel zu der longitudinalen Richtung der Gitterlinien des Beugungsgitters gesetzt, die Richtung des elektrischen Feldes ist senkrecht zu der C-Achse, und auch die Polarisationsrichtung des Laserbündels ist senkrecht zu der C-Achse. In diesem Fall ist die Polarisationsrichtung eines schräg bzw. schiefwinklig einfallenden Laserbündels nicht parallel zu der Richtung des elektrischen Feldes. Auch wenn diese Richtungen parallel zueinander gesetzt werden, ändert sich die Einfallsrichtung des Lichtbündels, wenn sich die Wellenlänge ändert, und diese Richtungen sind im Wesentlichen nicht parallel zueinander. Das heißt, es gilt C⊥E, C⊥P und E/\/P. In diesem Fall reduziert sich die vorangehende Gleichung (5) auf (1/N0 2 – γ22E2)X2 + (1/N0 2 + γ22E2)Y2 = 1.
Daher wirkt γ₂₂ entlang der X-Achse in der negativen Richtung, und wirkt entlang der Y-Achse in der positiven Richtung. Als Folge davon ändert sich der Brechungsindex abhängig von dem Einfallswinkel.
In 13 ist die C-Achsenrichtung parallel zu der Ausrichtrichtung der Gitterlinien des Beugungsgitters gesetzt, die Richtung des elektrischen Feldes ist senkrecht zu der C-Achse, und die Polarisationsrichtung des Laserbündels ist senkrecht zu der Richtung des elektrischen Feldes. In diesem Fall ist die Polarisationsrichtung eines schräg einfallenden Laserbündels nicht parallel zu der C-Achsenrichtung. Auch wenn diese Richtungen parallel zueinander gesetzt werden, ändert sich die Einfallsrichtung des Lichtbündels, wenn sich die Wellenlänge ändert, und diese Richtungen sind im Wesentlichen nicht parallel zueinander. Das heißt, es gilt C⊥E⊥P und C/\/P. In diesem Fall wird die vorangehende Gleichung (5) umgeschrieben als: (1/N0 2 – γ22E2)X2 + Z2/Ne 2 = 1.
Daher ändert sich der Brechungsindex abhängig von dem Einfallswinkel, da N₀ entlang der X-Achse wirkt, und N_e entlang der Z-Achse wirkt.
In 14 ist die C-Achse parallel zu der Ausrichtrichtung der Gitterlinien des Beugungsgitters gesetzt, die Richtung des elektrischen Feldes ist parallel zu der C-Achse, und die Polarisationsrichtung des Laserbündels ist senkrecht zu der C-Achse. In diesem Fall ist die Polarisationsrichtung eines schräg einfallenden Laserbündels nicht parallel zu der C-Achsenrichtung und der Richtung des elektrischen Feldes. Auch wenn diese Richtungen parallel zueinander gesetzt werden, ändert sich die Einfallsrichtung des Lichtbündels, wenn sich die Wellenlänge ändert, und diese Richtungen sind im Wesentlichen nicht parallel zueinander. Das heißt, es gilt C//E/\/P/\/CC. In diesem Fall lautet die vorangehende Gleichung (5): (1/N0 2 + γ13E3)X2 + (1/Ne 2 + γ33E3)Z2 = 1.
Daher ändert sich der Brechungsindex abhängig von dem Einfallswinkel, da N₀ entlang der X-Achse wirkt, und N_e entlang der Z-Achse wirkt.
Wie zuvor beschrieben, ändert sich, wenn die Richtung des elektrischen Feldes oder die C-Achse im Wesentlichen nicht parallel zu der Polarisationsrichtung des Laserbündels ist, dessen Einfallswinkel (außer für den Fall des senkrecht Stehens) variiert, die Beziehung zwischen der Änderung des Brechungsindexes und der elektrische Feldstärken abhängig von der Variation des Einfallswinkels.
Andererseits ist die Disposition in 15 dahingehend von 8 verschieden, dass die Richtung des elektrischen Feldes senkrecht zu der C-Achse und der Polarisationsrichtung (der Ausrichtrichtung der Gitterlinien des Beugungsgitters) ist. Das heißt, es gilt C⊥E⊥P//C. In diesem Fall wird die vorangehende Gleichung (5) Z2/Ne 2 = 1.
Daher wird der Brechungsindex unabhängig von der Anlegespannung konstant, und die Funktion der Frequenzverschiebungseinrichtung ist verloren.
Wie aus der vorangehenden Beschreibung entnommen werden kann, kann, nur wenn sowohl C als auch E und P parallel zueinander sind, oder wenn eine von C und P parallel zu E ist und die verbleibende Richtung senkrecht zu E ist, eine konstante Beziehung zwischen der Änderung des Brechungsindexes und der elektrischen Feldstärke unabhängig von der Variation des Einfallswinkels erlangt werden, und die Änderung der optischen Phase durch konstante Serrodyne-Ansteuerung unabhängig von dem Einfallswinkel des Lichtbündels konstant gemacht werden.
Bei dem zuvor erwähnten in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel können die elektrooptischen Kristalle 10a und 10b, da sie jeweils in den optischen Pfaden der beiden Lichtbündel angeordnet sind, eingefügt werden, ohne dass irgendeine optischen Positionsbeziehung wie beispielsweise die optischen Pfadlängen der beiden Lichtbündel geändert wird.
Bei dem vorangehenden Ausführungsbeispiel wird der elektrooptische Kristall für ein Lichtbündel spannungsangesteuert. Alternativ können die elektrooptischen Kristalle für die beiden Lichtbündel durch Gegenspannungen angesteuert werden, um die Spannungswerte zu reduzieren. Zudem können für die beiden Lichtbündel verschiedene elektrooptische Kristalle Verwendung finden. Jedoch kann selbstverständlich auch nur ein elektrooptischer Kristall Verwendung finden.
16 zeigt das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Anordnung, bei welcher sinθ/λ in Bezug auf den Einfallswinkel annähernd konstant wird, in einem optischen System erzielt, welches durch die Linsen 16 und 17 anstelle der Spiegel 21a und 21b bei dem ersten Ausführungsbeispiel gebildet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel bezeichnen die selben Bezugszeichen die selben Teile wie in dem ersten Ausführungsbeispiel, und eine ausführliche Beschreibung davon wird ausgelassen.
Die Linsen 16 und 17 weisen beide eine Brennweite f auf, und das Linsenintervall bzw. die -entfernung entspricht 2f als einer effektiven optischen Pfadlänge, was folglich eine optisches System bildet, bei welchem der Beugungswinkel gleich dem Abstrahlungswinkel wird. Ein von einer Laserdiode 1 emittiertes Laserbündel ist als linear polarisiertes Licht entlang der Z-Achse gesetzt, und wird durch eine Kollimatorlinse 2 in ein kollimiertes Lichtbündel 3 umgewandelt. Das kollimierte Lichtbündel 3 wird von einem Beugungsgitter 20, welches eine Gitterausrichtrichtung parallel zu der Y-Achse und einen Gitterabstand d aufweist, in zwei Lichtbündel 5a und 5b mit einem Beugungswinkel Θ aufgeteilt.
Zu dieser Zeit ist, wie in Gleichung (7), der Beugungswinkel θ durch die folgende Gleichung gegeben: dsinθ = λ Die beiden Lichtbündel 5a und 5b werden von der Linse 16 temporär konvergiert, und werden durch elektrooptische Kristalle 10a und 10b hindurchgelassen. Die Lichtbündel divergieren erneut, und werden durch die Linse 17 in kollimierte Lichtbündel umgewandelt. Diese Lichtbündel werden dann auf ein zu messendes Objekt 7 (in seiner Geschwindigkeitsmessrichtung) mit dem Einfallswinkel θ abgestrahlt.
Weist jeder der elektrooptischen Kristalle 10a und 10b eine Dicke von d = 1 mm und eine Länge von P = 20 mm auf, wird die Laserwellenlänge auf λ = 780 nm gesetzt, und der Gitterabstand d auf d = 1,6 μm gesetzt, und weist die Entfernung zwischen dem Beugungsgitter 20 und der Linse 16 den Wert f auf, dann sind die optischen Achsen der durch die elektrooptischen Kristalle hindurchgelassenen Lichtbündel senkrecht zu den Einfallsoberflächen der elektrooptischen Kristalle. Die effektive Länge der elektrooptischen Kristalle 10a und 10b, durch welche die optischen Achsen der Lichtbündel 5a und 5b quer hindurchgehen, beträgt P = 20 mm. Zu dieser Zeit ist die effektive Länge l'' bei einer Position, die von den optischen Achsen der hindurchgelassenen Lichtbündel verschieden ist, gegeben durch: l'' = l/cos(θ'') (12) wobei θ'' die Winkeldifferenz von der optischen Achse des Lichtbündels innerhalb des elektrooptischen Kristalls ist und die folgende Beziehung erfüllt: sin(θ) = N_e*sin(θ'') Jedoch kann die Differenz zwischen l'' und l ignoriert werden, und der elektrooptische Kristall dient zufriedenstellend als eine Frequenzverschiebungseinrichtung.
Variiert die Wellenlänge, ändert sich der Beugungswinkel gemäß Gleichung (7), jedoch kann dieses Gerät noch die Wellenlängenanhängigkeit von dem Dopplersignal wie bei dem vorangehenden Ausführungsbeispiel beseitigen. Auch wenn sich die Einfallsposition des auf den elektrooptischen Kristall 10a einfallenden Lichtbündels ändert, bleibt der Winkel des Lichtbündels selbst der selbe. Aus diesem Grund kann die Wellenlängenabhängigkeit zufriedenstellender beseitigt werden, und es kann ein Signal mit hoher Präzision erfasst werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel haben die Lichtstrahlen in dem Lichtbündel verschiedene Winkelunterschiede von der optischen Achse, und fallen auf den elektrooptischen Kristall 10a mit unterschiedlichen Einfallswinkeln ein. Wie zuvor beschrieben, ist, auch wenn eine Variation (in diesem Fall eine räumliche Variation) des Einfallswinkels auftritt, die Beziehung zwischen der Änderung des elektrischen Feldes und der Änderung des Brechungsindexes konstant. Genauer, wenn eine der in 8 bis 11 dargestellten Dispositionen eingesetzt wird, kann eine konstante Beziehung zwischen der Änderung des Brechungsindexes und der elektrischen Feldstärke unabhängig von verschiedenen Einfallswinkeln der Lichtstrahlen erlangt werden, und die Änderung der optischen Phase durch konstante Serrodyne-Ansteuerung kann unabhängig von den Einfallswinkeln der Lichtstrahlen konstant gemacht werden. Daher tritt keine Wellenfront-Ungleichmäßigkeit in dem Lichtbündel auf, und die Funktion der Frequenzverschiebungseinrichtung kann zufriedenstellend erlangt werden. Insbesondere kann, da die in 16 gezeigte Anordnung die in 8 gezeigte Disposition einsetzt, und der Pockelskoeffizient als der Änderungskoeffizient zwischen dem Brechungsindex und der elektrischen Feldstärke in dem in diesem Fall verwendeten LiNbO₃ maximiert ist, eine Änderung des Brechungsindexes durch eine niedrige Anlegespannung effektiv erzeugt werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Entfernung zwischen dem Beugungsgitter 20 und der Linse 16 auf f gesetzt. Jedoch kann der selbe Effekt erwartet werden, wenn eine andere Entfernung als f ausgewählt ist. In diesem Fall unterliegen die Lichtstrahlen in dem Lichtbündel temporär und räumlich einer Änderung des Einfallswinkels, da sich der Einfallswinkel des Lichtbündels selbst nach einer Änderung der Wellenlänge ändert. Jedoch kann mit der zuvor erwähnten Disposition die Funktion der Frequenzverschiebungseinrichtung zufriedenstellend erlangt werden, ohne dass sie durch diese temporären und räumlichen Änderungen des Einfallswinkels beeinflusst wird.
Es wurden die besonderen Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Für ein optisches System zum Abstrahlen eines Laserbündels auf ein sich bewegendes Objekt, so dass sinθ/λ annähernd konstant wird, kann innerhalb des Geltungsbereichs der Erfindung eine Anordnung eingesetzt werden, die zwei Beugungsgitter, eine Kombination von einem Beugungsgitter und zwei Linsen und dergleichen umfasst.
Bei den Ausführungsbeispielen der Erfindung diente LiNbO₃ als Beispiel für einen elektrooptischen Kristall (einaxialen Kristall). Jedoch kann der selbe Effekt zur Verfügung gestellt werden, wenn er durch ADP oder LiTaO₃ ersetzt wird.
Bei der vorangehenden Beschreibung wird die Frequenzverschiebungseinrichtung auf den Laser-Dopplergeschwindigkeitsmesser angewendet. Jedoch kann sie auch auf eine Codiereinrichtung angewendet werden. Bei der Codiereinrichtung wird eine Skala (Beugungsgitter) an einem zu messenden Objekt angeordnet. Wird die Frequenzverschiebungseinrichtung auf die Codiereinrichtung angewendet, kann das Frequenzband eines Sensors sogar in einem unbewegten Zustand der Skala verengt werden, da die Signalausgabe ein Wechselspannungssignal ist, was folglich das Signal-S/N-Verhältnis verbessert. Auf diese Weise ist die Erfindung auch für die Codiereinrichtung als eine Werthinzufügetechnik wie in dem Laser-Dopplergeschwindigkeitsmesser effektiv.
Wie zuvor beschrieben, kann gemäß den vorangehenden Ausführungsbeispielen ein Verschiebungsinformations-Messgerät realisiert werden, welches eine einen elektrooptischen Kristall verwendende einfache Anordnung einsetzt, jedoch Messungen durch Anlegen einer periodischen Spannung an den elektrooptischen Kristall erzielen kann, auch wenn sich ein zu messendes Objekt mit einer niedrigen Geschwindigkeit bewegt, und auch präzise Messungen erzielen kann, die von dem Einfluss einer Variation der Laserwellenlänge auf das Erfassungsergebnis frei sind und von dem Einfluss einer temporären oder räumlichen Variation des Einfallswinkels von Lichtstrahlen nach Variation der Laserwellenlänge frei sind. Insbesondere kann das Gerät gemäß der dritten Erfindung mit einer einfacheren Anordnung realisiert werden.
Insbesondere kann eine Spannungsanlegung effektiver durchgeführt werden, wenn in LiNbO₃ sowohl die optische Achse, die Richtung des elektrischen Feldes und die Polarisationsrichtung parallel zueinander gesetzt sind.
Gemäß den vorangehenden Ausführungsbeispielen kann eine Vorrichtung realisiert werden, welche eine Änderung der optischen Phase unter Verwendung eines elektrooptischen Elements in einem optischen System präzise angeben kann, bei welchem sich die Winkel von Lichtstrahlen in einem Lichtbündel räumlich oder temporär ändern.
Es ist eine optische Vorrichtung mit einem elektrooptischen Kristall, auf welchen ein Lichtbündel einfallen soll, und Elektroden zum Anlegen einer vorbestimmten Spannung an den elektrooptischen Kristall offenbart.
Der elektrooptische Kristall ist in einem optischen System angeordnet, bei welchem sich die Winkel von Lichtstrahlen in dem Lichtbündel räumlich oder temporär ändern, und die Elektroden angeordnet sind, so dass ihre Spannungsanlegerichtung parallel zu sowohl der optischen Achse des elektrooptischen Kristalls und der Polarisationsrichtung des auf den elektrooptischen Kristall einfallenden Lichtbündels ist, oder parallel zu einer der Richtungen von der optischen Achse und der Polarisationsrichtung und senkrecht zu der anderen Richtung ist.

Claims

Optische Vorrichtung, mit: einem elektrooptischen Kristall (10a), auf den ein Lichtbündel (5a) einfallen soll; und Elektroden (11a, 11b) zum Anlegen einer vorbestimmten Spannung an den elektrooptischen Kristall (10a), gekennzeichnet durch ein Beugungsgitter (20), auf das das Lichtbündel (3) einfällt; wobei das Beugungsgitter (20) in einem optischen System angeordnet ist, bei dem sich die Wellenlänge des Lichtbündels zeitlich oder räumlich ändert, wodurch das Lichtbündel gebeugt wird, und der elektrooptische Kristall (10a) in einem optischen System angeordnet ist, in dem sich der Winkel der Lichtstrahlen in dem gebeugten Lichtbündel zeitlich oder räumlich ändert, und die Elektroden (11a, 11b) derart angeordnet sind, dass ihre Spannungsanlegerichtung parallel sowohl zu einer optischen Achse des elektrooptischen Kristalls (10a) als auch einer Polarisationsrichtung des auf den elektrooptischen Kristall (10a) einfallenden Lichtbündels ist, oder parallel zu einer der optischen Achse oder der Polarisationsrichtung ist, und senkrecht zu der anderen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei an den elektrooptischen Kristall über die Elektroden eine periodische Spannung angelegt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Laserbündel auf den elektrooptischen Kristall einfällt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der elektrooptische Kristall aus LiNbO₃ besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Elektroden derart angeordnet sind, dass ihre Spannungsanlegerichtung parallel zu sowohl der optischen Achse des elektrooptischen Kristalls als auch der Polarisationsrichtung des auf den elektrooptischen Kristall einfallenden Lichtbündels ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Elektroden eine Spannung mit einer Sägesignalform anlegen.
Verschiebungsinformations-Messgerät, das eine optische Vorrichtung nach Anspruch 1 verwendet, mit einem optischen System zur Bildung von Interferenzstreifen auf einem zu messenden Bereich unter Verwendung von zwei Lichtbündeln, und einer Erfassungseinrichtung zum Empfangen von Licht, das von dem zu messenden Bereich reflektiert wird, auf dem die Interferenzstreifen gebildet werden, und das Verschiebungsinformationen des zu messenden Bereichs auf der Grundlage einer Erfassung durch die Erfassungseinrichtung erlangt.
Verschiebungsinformations-Messgerät, das eine optische Vorrichtung nach Anspruch 1 verwendet, mit einem optischen System zur Abstrahlung eines Lichtbündels auf einen zu messenden Bereich, und einer Erfassungseinrichtung zum Empfangen von Licht, das von dem zu messenden Bereich reflektiert wird, der von dem Lichtbündel bestrahlt wird, und das Verschiebungsinformationen des zu messenden Bereichs auf der Grundlage einer Erfassung durch die Erfassungseinrichtung erlangt.