JP2000231065A - 光位相変調方法及び光位相変調装置 - Google Patents
光位相変調方法及び光位相変調装置Info
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- JP2000231065A JP2000231065A JP3239399A JP3239399A JP2000231065A JP 2000231065 A JP2000231065 A JP 2000231065A JP 3239399 A JP3239399 A JP 3239399A JP 3239399 A JP3239399 A JP 3239399A JP 2000231065 A JP2000231065 A JP 2000231065A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ヘテロダイン検波に最適な変調周波数を得る
ことが可能で、変調周波数の最適化や変調装置および駆
動系が簡単に構成することができるとともに、光学系全
体の安定性に優れた光位相変調方法及び光位相変調装置
を提供することを目的とする。 【解決手段】 所定の周波数で反復的な角度変位が与え
られた透明板１に光線２を透過させることにより透明板
１を透過した光線２を位相変調する構成より成る。
ことが可能で、変調周波数の最適化や変調装置および駆
動系が簡単に構成することができるとともに、光学系全
体の安定性に優れた光位相変調方法及び光位相変調装置
を提供することを目的とする。 【解決手段】 所定の周波数で反復的な角度変位が与え
られた透明板１に光線２を透過させることにより透明板
１を透過した光線２を位相変調する構成より成る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は主に光計測用に用い
る簡便でかつ光学的に安定な光位相変調方法、及び安定
した光の位相変調を行うことができる光位相変調装置に
関する。
る簡便でかつ光学的に安定な光位相変調方法、及び安定
した光の位相変調を行うことができる光位相変調装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、各種光計測の方法として、光波の
有する情報を十分に引き出し、Ｓ／Ｎ比を向上させるた
め、光ヘテロダイン検波による方法が広く用いられてい
る。
有する情報を十分に引き出し、Ｓ／Ｎ比を向上させるた
め、光ヘテロダイン検波による方法が広く用いられてい
る。
【０００３】光ヘテロダイン検波では、情報を持ったあ
る周波数の信号光にそれと周波数が僅かに異なる局部発
振光を重ね合わせ、二つの周波数の差周波数の干渉光を
得る。従って、光ヘテロダイン検波を行うためには、検
出すべき信号波に周波数の異なる局部発振波を重ね合わ
せる必要があり、この局部発振波は光位相変調装置によ
り作り出される。
る周波数の信号光にそれと周波数が僅かに異なる局部発
振光を重ね合わせ、二つの周波数の差周波数の干渉光を
得る。従って、光ヘテロダイン検波を行うためには、検
出すべき信号波に周波数の異なる局部発振波を重ね合わ
せる必要があり、この局部発振波は光位相変調装置によ
り作り出される。
【０００４】一般に、光位相変調装置では、音響光学効
果を用いたアコーストオプティック変調器（以降ＡＯ
Ｍ）による方法、電気光学効果を用いたエレクトロオプ
ティック変調器（以降ＥＯＭ）による方法、若しくはピ
エゾ振動子等の振動子に全反射ミラーを固定し所定振幅
で振動させることにより光路長変化を与える方法等が用
いられている。
果を用いたアコーストオプティック変調器（以降ＡＯ
Ｍ）による方法、電気光学効果を用いたエレクトロオプ
ティック変調器（以降ＥＯＭ）による方法、若しくはピ
エゾ振動子等の振動子に全反射ミラーを固定し所定振幅
で振動させることにより光路長変化を与える方法等が用
いられている。
【０００５】ＡＯＭでは、超音波振動を加えた音響光学
結晶に光線を入射し、結晶の屈折率の変化を利用して変
調を行うものであり、その変調周波数帯域は数ＭＨｚ〜
数百ＭＨｚ程度である。この帯域は、先のヘテロダイン
検波では変調周波数帯域が高すぎ、信号処理が困難であ
る。そのため、変調周波数の僅かに異なる２個のＡＯＭ
を使用することにより、変調周波数を１００ｋＨｚ程度
まで低くすることがなされている。
結晶に光線を入射し、結晶の屈折率の変化を利用して変
調を行うものであり、その変調周波数帯域は数ＭＨｚ〜
数百ＭＨｚ程度である。この帯域は、先のヘテロダイン
検波では変調周波数帯域が高すぎ、信号処理が困難であ
る。そのため、変調周波数の僅かに異なる２個のＡＯＭ
を使用することにより、変調周波数を１００ｋＨｚ程度
まで低くすることがなされている。
【０００６】図７は音響光学効果を用いた光位相変調の
模式図である。
模式図である。
【０００７】図７において、２は周波数変調を行われる
光線、６１は周波数ｆ１（＝８０．１ＭＨｚ）の変調を
行うＡＯＭ、６２は周波数ｆ２（＝８０．０ＭＨｚ）の
変調を行うＡＯＭである。ＡＯＭ６１，６２はモリブデ
ン酸鉛等が用いられる。
光線、６１は周波数ｆ１（＝８０．１ＭＨｚ）の変調を
行うＡＯＭ、６２は周波数ｆ２（＝８０．０ＭＨｚ）の
変調を行うＡＯＭである。ＡＯＭ６１，６２はモリブデ
ン酸鉛等が用いられる。
【０００８】ＡＯＭ６１では＋１次の回折光を取り出
し、ＡＯＭ６２ではＡＯＭ６１からの＋１次の回折光を
−１次の回折光として取り出すことにより、周波数ｆ＝
ｆ１−ｆ２（＝１００ｋＨｚ）の変調周波数を得る。
し、ＡＯＭ６２ではＡＯＭ６１からの＋１次の回折光を
−１次の回折光として取り出すことにより、周波数ｆ＝
ｆ１−ｆ２（＝１００ｋＨｚ）の変調周波数を得る。
【０００９】また、ＥＯＭでは、所望の屈折率変化が得
られる電界を周期的に印加したニオブ酸リチウムやタン
タル酸リチウム等の電気光学結晶に光を透過させること
により、光の位相を変化させ変調を行う。
られる電界を周期的に印加したニオブ酸リチウムやタン
タル酸リチウム等の電気光学結晶に光を透過させること
により、光の位相を変化させ変調を行う。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＡＯＭ
を用いた上記従来の光位相変調方法及び光位相変調装置
では、以下のような課題を有していた。
を用いた上記従来の光位相変調方法及び光位相変調装置
では、以下のような課題を有していた。
【００１１】（１）変調周波数を１００ｋＨｚオーダー
まで下げるためには、ＡＯＭを直列に２個使用する必要
がある。このため、２個のＡＯＭ間での光軸調整が煩雑
になる。
まで下げるためには、ＡＯＭを直列に２個使用する必要
がある。このため、２個のＡＯＭ間での光軸調整が煩雑
になる。
【００１２】（２）ＡＯＭを２個使用するため、ＡＯＭ
を制御する装置が２台となり、装置全体の構成が複雑化
される。
を制御する装置が２台となり、装置全体の構成が複雑化
される。
【００１３】（３）ＡＯＭを２個使用することによりそ
の差周波を用いて変調を行っても、変調周波数は１００
ｋＨｚオーダーであり、ヘテロダイン検波における信号
処理を考慮すると変調周波数が高すぎる。
の差周波を用いて変調を行っても、変調周波数は１００
ｋＨｚオーダーであり、ヘテロダイン検波における信号
処理を考慮すると変調周波数が高すぎる。
【００１４】また、ＥＯＭを用いた上記従来の光位相変
調方法及び光位相変調装置では、以下のような課題を有
していた。
調方法及び光位相変調装置では、以下のような課題を有
していた。
【００１５】（１）ＥＯＭは構成された光学系の光路中
に電気光学結晶を挿入して使用されるため、電気光学結
晶端面の平滑性および平行度が要求される。
に電気光学結晶を挿入して使用されるため、電気光学結
晶端面の平滑性および平行度が要求される。
【００１６】（２）最大の電気光学効果が得られる結晶
方向、結晶の長さおよび印加電圧を、使用光波長および
位相変化量に応じて最適化する必要があるため、操作性
に欠ける。
方向、結晶の長さおよび印加電圧を、使用光波長および
位相変化量に応じて最適化する必要があるため、操作性
に欠ける。
【００１７】また、全反射ミラーを振動子に固定し所定
振幅で振動させる光位相変調方法及び光位相変調装置に
おいては、以下のような課題を有していた。
振幅で振動させる光位相変調方法及び光位相変調装置に
おいては、以下のような課題を有していた。
【００１８】（１）光学系に組み込まれたミラーそのも
のを振動させるため、長時間駆動させることによるミラ
ーの角度ズレ等、光学系の安定性に欠ける。
のを振動させるため、長時間駆動させることによるミラ
ーの角度ズレ等、光学系の安定性に欠ける。
【００１９】本発明は上記従来の課題を解決するもの
で、ヘテロダイン検波における変調周波数に最適な変調
周波数を得ることが可能であり、変調周波数の最適化や
変調装置および駆動系が簡単に構成することができると
ともに、光学系全体の安定性に優れた光位相変調方法を
提供することを目的とする。
で、ヘテロダイン検波における変調周波数に最適な変調
周波数を得ることが可能であり、変調周波数の最適化や
変調装置および駆動系が簡単に構成することができると
ともに、光学系全体の安定性に優れた光位相変調方法を
提供することを目的とする。
【００２０】また、本発明は、ヘテロダイン検波におけ
る変調周波数に最適な変調周波数を得ることが可能であ
り、変調周波数の最適化や変調機構および駆動系が簡単
で、コンパクト化できるとともに測定精度にも優れた光
位相変調装置を提供することを目的とする。
る変調周波数に最適な変調周波数を得ることが可能であ
り、変調周波数の最適化や変調機構および駆動系が簡単
で、コンパクト化できるとともに測定精度にも優れた光
位相変調装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の光位相変調方法は、所定の周波数で反復的な
角度変位が与えられる透明板に光線を透過させることに
より透明板を透過した光線を位相変調する構成より成
る。
に本発明の光位相変調方法は、所定の周波数で反復的な
角度変位が与えられる透明板に光線を透過させることに
より透明板を透過した光線を位相変調する構成より成
る。
【００２２】この構成により、ヘテロダイン検波におけ
る変調周波数に最適な変調周波数を得ることが可能であ
り、変調周波数の最適化や変調装置および駆動系が簡単
に構成することができるとともに、光学系全体の安定性
に優れた光位相変調方法を提供することができる。
る変調周波数に最適な変調周波数を得ることが可能であ
り、変調周波数の最適化や変調装置および駆動系が簡単
に構成することができるとともに、光学系全体の安定性
に優れた光位相変調方法を提供することができる。
【００２３】また、本発明の光位相変調装置は、光線を
透過させる透明板と、透明板に所定の周波数で反復的な
角度変位を与える駆動手段と、を備え、駆動手段により
駆動され反復的な角度変位が与えられた透明板に光線を
透過させることにより光線を位相変調するを備えた構成
より成る。
透過させる透明板と、透明板に所定の周波数で反復的な
角度変位を与える駆動手段と、を備え、駆動手段により
駆動され反復的な角度変位が与えられた透明板に光線を
透過させることにより光線を位相変調するを備えた構成
より成る。
【００２４】この構成により、ヘテロダイン検波におけ
る変調周波数に最適な変調周波数を得ることが可能であ
り、変調周波数の最適化や変調機構および駆動系が簡単
で、コンパクト化できるとともに測定精度にも優れた光
位相変調装置を提供することができる。
る変調周波数に最適な変調周波数を得ることが可能であ
り、変調周波数の最適化や変調機構および駆動系が簡単
で、コンパクト化できるとともに測定精度にも優れた光
位相変調装置を提供することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】この目的を達成するために本発明
の請求項１に記載の光位相変調方法は、所定の周波数で
反復的な角度変位が与えられる透明板に光線を透過させ
ることにより透明板を透過した光線を位相変調する構成
としたものであり、この構成により、以下のような作用
が得られる。
の請求項１に記載の光位相変調方法は、所定の周波数で
反復的な角度変位が与えられる透明板に光線を透過させ
ることにより透明板を透過した光線を位相変調する構成
としたものであり、この構成により、以下のような作用
が得られる。
【００２６】（１）透明板に所定周波数で任意の角度変
位を与えるだけで、その透明板への光の入射角の周期的
な変化に伴って、透過光を位相変調できる。
位を与えるだけで、その透明板への光の入射角の周期的
な変化に伴って、透過光を位相変調できる。
【００２７】（２）光学系を構成する際、透明板は光路
中に挿入されるのみであり、光学系を構成する他の構成
要素への影響がないため光軸ずれ等が生じることがな
く、安定した光学系を構成することができる。
中に挿入されるのみであり、光学系を構成する他の構成
要素への影響がないため光軸ずれ等が生じることがな
く、安定した光学系を構成することができる。
【００２８】（３）光路中へ透明板を挿入する際、透明
板の初期角度は任意でよいため、透明板を挿入する際の
光軸の再調整を必要としない。
板の初期角度は任意でよいため、透明板を挿入する際の
光軸の再調整を必要としない。
【００２９】（４）光路中に透明板を挿入できるスペー
スさえあればよく、光学系全体を小型化することが可能
である。
スさえあればよく、光学系全体を小型化することが可能
である。
【００３０】ここで、透明板としては溶融石英板、パイ
レックスガラス板、ＢＫ−７板等の光学ガラス板や、サ
ファイヤ板、ニオブ酸リチウム板、タンタル酸リチウム
板等の光学結晶板、ポリカーボネート板、アクリル板等
の樹脂板が用いられる。また、機能を持った、偏光板や
λ／２板、λ／４板等の波長板を用いてもよい。
レックスガラス板、ＢＫ−７板等の光学ガラス板や、サ
ファイヤ板、ニオブ酸リチウム板、タンタル酸リチウム
板等の光学結晶板、ポリカーボネート板、アクリル板等
の樹脂板が用いられる。また、機能を持った、偏光板や
λ／２板、λ／４板等の波長板を用いてもよい。
【００３１】また、透明板は角度変位が所望の周波数で
調和（正弦波）振動、三角波振動、方形波振動等の周期
的な振動を行うように駆動される。
調和（正弦波）振動、三角波振動、方形波振動等の周期
的な振動を行うように駆動される。
【００３２】本発明の請求項２に記載の光位相変調装置
は、光線を透過させる透明板と、透明板に所定の周波数
で反復的な角度変位を与える駆動手段と、を備え、駆動
手段により駆動され反復的な角度変位が与えられた透明
板に光線を透過させることにより光線を位相変調する構
成としたものであり、この構成により、以下のような作
用が得られる。
は、光線を透過させる透明板と、透明板に所定の周波数
で反復的な角度変位を与える駆動手段と、を備え、駆動
手段により駆動され反復的な角度変位が与えられた透明
板に光線を透過させることにより光線を位相変調する構
成としたものであり、この構成により、以下のような作
用が得られる。
【００３３】（１）所定周波数で任意の角度変位を与え
ることができる駆動手段に透明板を固定し、周期的に駆
動させるだけで、透過光を位相変調できる。
ることができる駆動手段に透明板を固定し、周期的に駆
動させるだけで、透過光を位相変調できる。
【００３４】（２）光路中に透明板を挿入するため、光
学系を構成する他の構成要素への影響がないため光軸ず
れ等が生じることがなく、安定した光学系を構成するこ
とができる。
学系を構成する他の構成要素への影響がないため光軸ず
れ等が生じることがなく、安定した光学系を構成するこ
とができる。
【００３５】（３）光路中へ透明板を挿入する際、透明
板の初期角度は任意なため、透明板を挿入することによ
る光軸の再調整を必要としない。
板の初期角度は任意なため、透明板を挿入することによ
る光軸の再調整を必要としない。
【００３６】（４）光路中に透明板を挿入できるスペー
スさえあればよく、光学系全体を小型化することが可能
である。
スさえあればよく、光学系全体を小型化することが可能
である。
【００３７】（５）構成が極めて簡単であり、安価でコ
ンパクトに構成することが可能であり、組立性やメンテ
ナンス性に優れる。
ンパクトに構成することが可能であり、組立性やメンテ
ナンス性に優れる。
【００３８】ここで、駆動手段としては、任意の角度変
位を与えることが可能な駆動装置、例えばガルバノメー
タスキャナ等が使用され、透明板の角度変位が所望の周
波数の調和（正弦波）振動、三角波振動、方形波振動等
の周期的な振動を行うように駆動する。
位を与えることが可能な駆動装置、例えばガルバノメー
タスキャナ等が使用され、透明板の角度変位が所望の周
波数の調和（正弦波）振動、三角波振動、方形波振動等
の周期的な振動を行うように駆動する。
【００３９】以下に本発明の一実施の形態について、図
面を参照しながら説明する。
面を参照しながら説明する。
【００４０】（実施の形態１）図１は本発明の実施の形
態１における光位相変調装置の斜視図であり、図２
（ａ）は透明板に対し垂直に光線が入射され透過した場
合を表す模式図であり、図２（ｂ）は透明板を入射光に
対して角度変位θだけ傾け光線を透過させた場合を表す
模式図である。
態１における光位相変調装置の斜視図であり、図２
（ａ）は透明板に対し垂直に光線が入射され透過した場
合を表す模式図であり、図２（ｂ）は透明板を入射光に
対して角度変位θだけ傾け光線を透過させた場合を表す
模式図である。
【００４１】図１及び図２において、１は溶融石英板，
パイレックスガラス板，ＢＫ−７板等の光学ガラス板や
サファイヤ板，ニオブ酸リチウム板，タンタル酸リチウ
ム板等の光学結晶板やポリカーボネート板，アクリル板
等の樹脂板や偏光板やλ／２板，λ／４板等の波長板な
どの透明な平板からなる透明板、２は変調される光線、
３は透明板１の一端に連設され周期的な振動を与えるこ
との可能なガルバノメータスキャナ等により構成され透
明板１を回動させ所定周波数で反復的に角度変位を与え
る駆動手段である。
パイレックスガラス板，ＢＫ−７板等の光学ガラス板や
サファイヤ板，ニオブ酸リチウム板，タンタル酸リチウ
ム板等の光学結晶板やポリカーボネート板，アクリル板
等の樹脂板や偏光板やλ／２板，λ／４板等の波長板な
どの透明な平板からなる透明板、２は変調される光線、
３は透明板１の一端に連設され周期的な振動を与えるこ
との可能なガルバノメータスキャナ等により構成され透
明板１を回動させ所定周波数で反復的に角度変位を与え
る駆動手段である。
【００４２】光源から透明板１に入射された光線２は、
透明板１を透過し出射される。透明板１は厚さが均一な
平板からなり、その厚さはｄ、屈折率はｎである。
透明板１を透過し出射される。透明板１は厚さが均一な
平板からなり、その厚さはｄ、屈折率はｎである。
【００４３】透明板１に対して光線２が入射される（図
２参照）。透明板１に光線２が垂直に入射され透過した
場合（図２（ａ）参照）と、入射する光線２に対して角
度変位θだけ傾けた透明板１に光線２を透過させた場合
（図２（ｂ）参照）とでは光学距離に差が生じる。
２参照）。透明板１に光線２が垂直に入射され透過した
場合（図２（ａ）参照）と、入射する光線２に対して角
度変位θだけ傾けた透明板１に光線２を透過させた場合
（図２（ｂ）参照）とでは光学距離に差が生じる。
【００４４】透明板１に光線２が垂直に入射され透過し
た場合（図２（ａ）参照）、透明板１を透過する光線２
の光学距離はｎｄであり、入射する光線２に対して角度
変位θだけ傾けた透明板１に光線２を透過させた場合
（図２（ｂ）参照）、光線２の透明板１中の屈折角をα
とすると、透明板１を透過する光線２の光学距離はｎｄ
／ｃｏｓαとなる。ここで、透明板１に光線２が入射す
るときの入射角（透明板１の回動角）θと屈折角αの関
係は（数１）のように表される。また、透明板１を回動
角θだけ傾けることによる光学距離の変化Δｌは（数
２）のように表される。
た場合（図２（ａ）参照）、透明板１を透過する光線２
の光学距離はｎｄであり、入射する光線２に対して角度
変位θだけ傾けた透明板１に光線２を透過させた場合
（図２（ｂ）参照）、光線２の透明板１中の屈折角をα
とすると、透明板１を透過する光線２の光学距離はｎｄ
／ｃｏｓαとなる。ここで、透明板１に光線２が入射す
るときの入射角（透明板１の回動角）θと屈折角αの関
係は（数１）のように表される。また、透明板１を回動
角θだけ傾けることによる光学距離の変化Δｌは（数
２）のように表される。
【００４５】
【数１】
【００４６】
【数２】
【００４７】ここで、θ＜＜１，α＜＜１の場合、（数
１）は、（数３）のように近似される。また、このと
き、（数４）のような近似式が成り立つ。
１）は、（数３）のように近似される。また、このと
き、（数４）のような近似式が成り立つ。
【００４８】
【数３】
【００４９】
【数４】
【００５０】故に、光学距離の変化Δｌは、（数５）の
ように表すことができる。
ように表すことができる。
【００５１】
【数５】
【００５２】例えば、光線２として中心発振波長λ0＝
８４０ｎｍの光を使用し、透明板１として、厚さ１００
０μｍの溶融石英板（ｎ＝１．４５２５）を使用した場
合、Δｌ＝λ0／２となる回動角θ0は（数６）で表さ
れ、このときの回動角θ0は、２．４度である。
８４０ｎｍの光を使用し、透明板１として、厚さ１００
０μｍの溶融石英板（ｎ＝１．４５２５）を使用した場
合、Δｌ＝λ0／２となる回動角θ0は（数６）で表さ
れ、このときの回動角θ0は、２．４度である。
【００５３】
【数６】
【００５４】以上のように構成された本実施の形態の光
位相変調装置において、以下その光位相変調方法につい
て説明する。
位相変調装置において、以下その光位相変調方法につい
て説明する。
【００５５】駆動手段３は、透明板１を最大回動角
θ0、角周波数Ωの調和振動により回動運動するように
駆動することにより変調を行う。このとき、回動角θ
（以下、時間の関数であることを明確にするため、θ
（ｔ）と表す。）は、θ（ｔ）＝θ0ｃｏｓΩｔで表さ
れる。従って、光線２の光学距離の変化Δｌ（ｔ）は、
（数７）で表される。
θ0、角周波数Ωの調和振動により回動運動するように
駆動することにより変調を行う。このとき、回動角θ
（以下、時間の関数であることを明確にするため、θ
（ｔ）と表す。）は、θ（ｔ）＝θ0ｃｏｓΩｔで表さ
れる。従って、光線２の光学距離の変化Δｌ（ｔ）は、
（数７）で表される。
【００５６】
【数７】
【００５７】このΔｌ（ｔ）による光線２の電界Ｅ
（ｔ）の位相変調は、電界Ｅ（ｔ）の波数をｋ0とすれ
ば、（数８）のように表される。
（ｔ）の位相変調は、電界Ｅ（ｔ）の波数をｋ0とすれ
ば、（数８）のように表される。
【００５８】
【数８】
【００５９】ここで、ベッセル関数の母関数の関係式
（数９）を用いると、（数１０）となる。
（数９）を用いると、（数１０）となる。
【００６０】
【数９】
【００６１】
【数１０】
【００６２】従って、電界Ｅ（ｔ）は、（数１１）で表
される。
される。
【００６３】
【数１１】
【００６４】上記（数１１）において、ω＝２πｆよ
り、ｍ＝１のとき、周波数がｆ＋Ω／πで、振幅がＪ1
（（ｋ0θ0 2ｄ）／（２ｎ2））に比例する電界成分が現
れる。即ち、周波数がΩ／πだけシフトした変調波を得
ることができる。
り、ｍ＝１のとき、周波数がｆ＋Ω／πで、振幅がＪ1
（（ｋ0θ0 2ｄ）／（２ｎ2））に比例する電界成分が現
れる。即ち、周波数がΩ／πだけシフトした変調波を得
ることができる。
【００６５】尚、本実施の形態では、図２において、透
明板１に対し光線２を垂直に入射した場合と、透明板１
に対し光線２を垂直に入射した場合を基準とした回動角
θだけ透明板１を傾けた場合とを比較しているが、本発
明の位相変調方法は、これに限られるものではなく、光
路中に挿入される透明平行平板１の光線２に対する初期
の角度（調和振動の回動運動の中心における光線２の入
射角度）は任意でよい。
明板１に対し光線２を垂直に入射した場合と、透明板１
に対し光線２を垂直に入射した場合を基準とした回動角
θだけ透明板１を傾けた場合とを比較しているが、本発
明の位相変調方法は、これに限られるものではなく、光
路中に挿入される透明平行平板１の光線２に対する初期
の角度（調和振動の回動運動の中心における光線２の入
射角度）は任意でよい。
【００６６】（実施の形態２）図３は本発明の実施の形
態２における光位相変調装置の構成を表す図である。
態２における光位相変調装置の構成を表す図である。
【００６７】図３において、１は透明板であり、これは
実施の形態１で説明したものと同様のものであるため説
明は省略する。尚、本実施の形態においては、図１と同
様に、透明板１の一端部には駆動手段３が連設されてお
り、透明板１は駆動手段３により回動され、所定周波数
で反復的に角度変位を与えられる。
実施の形態１で説明したものと同様のものであるため説
明は省略する。尚、本実施の形態においては、図１と同
様に、透明板１の一端部には駆動手段３が連設されてお
り、透明板１は駆動手段３により回動され、所定周波数
で反復的に角度変位を与えられる。
【００６８】４はスーパルミネッセントダイオード（Ｓ
ＬＤ），レーザーダイオード（ＬＤ），発光ダイオード
（ＬＥＤ），Ｈｅ−Ｎｅレーザ等の固体・気体レーザや
キセノンランプ，ハロゲンランプ等の白色光源等からな
る光源、５ａは光源４から入射される光線Ｌ１を直進す
る光線Ｌ２とＬ１に直角な方向に向かう光線Ｌ３との二
方向に分岐するビームスプリッタ、５ｂは光線Ｌ２を直
進する光線Ｌ４とＬ２に直角で光線Ｌ３に平行な方向に
向かう光線Ｌ５とに分離するビームスプリッタ、６は光
線Ｌ３の入射角が４５度となるように配置され光線Ｌ３
の方向を光線Ｌ２の方向と平行になるように光線Ｌ３を
反射する平面鏡からなる全反射ミラーである。光線Ｌ３
は全反射ミラー６により反射され直角に曲げられた後、
透明板１に入射され変調される。透明板１において変調
された光線Ｌ３は光線Ｌ３’となり透明板１をより出射
される。
ＬＤ），レーザーダイオード（ＬＤ），発光ダイオード
（ＬＥＤ），Ｈｅ−Ｎｅレーザ等の固体・気体レーザや
キセノンランプ，ハロゲンランプ等の白色光源等からな
る光源、５ａは光源４から入射される光線Ｌ１を直進す
る光線Ｌ２とＬ１に直角な方向に向かう光線Ｌ３との二
方向に分岐するビームスプリッタ、５ｂは光線Ｌ２を直
進する光線Ｌ４とＬ２に直角で光線Ｌ３に平行な方向に
向かう光線Ｌ５とに分離するビームスプリッタ、６は光
線Ｌ３の入射角が４５度となるように配置され光線Ｌ３
の方向を光線Ｌ２の方向と平行になるように光線Ｌ３を
反射する平面鏡からなる全反射ミラーである。光線Ｌ３
は全反射ミラー６により反射され直角に曲げられた後、
透明板１に入射され変調される。透明板１において変調
された光線Ｌ３は光線Ｌ３’となり透明板１をより出射
される。
【００６９】７は光線Ｌ４に垂直となるように配置され
光線Ｌ４に平行な方向に往復動自在に配設された平面鏡
からなる全反射ミラー、８は全反射ミラー７を光線Ｌ４
と平行な方向に駆動する全反射ミラー駆動手段、５ｃは
光線Ｌ３’と光線Ｌ５とが入射され光線Ｌ５は直進させ
光線Ｌ３’は光線Ｌ５に平行な方向に曲げることにより
光線Ｌ３’と光線Ｌ５とを合成し光線Ｌ６として出射す
るビームスプリッタ、９は光線Ｌ６を受光しその強度に
応じた電気信号を出力する受光素子である。
光線Ｌ４に平行な方向に往復動自在に配設された平面鏡
からなる全反射ミラー、８は全反射ミラー７を光線Ｌ４
と平行な方向に駆動する全反射ミラー駆動手段、５ｃは
光線Ｌ３’と光線Ｌ５とが入射され光線Ｌ５は直進させ
光線Ｌ３’は光線Ｌ５に平行な方向に曲げることにより
光線Ｌ３’と光線Ｌ５とを合成し光線Ｌ６として出射す
るビームスプリッタ、９は光線Ｌ６を受光しその強度に
応じた電気信号を出力する受光素子である。
【００７０】本実施の形態においては、上記光学系によ
りマッハツェンダー型干渉計が構成されており、マッハ
ツェンダー型干渉計の参照光アーム（光線Ｌ３、Ｌ３’
の光路）に図１に示した透明板１が挿入された構成とな
っている。
りマッハツェンダー型干渉計が構成されており、マッハ
ツェンダー型干渉計の参照光アーム（光線Ｌ３、Ｌ３’
の光路）に図１に示した透明板１が挿入された構成とな
っている。
【００７１】尚、本実施の形態において、透明板１によ
る変調動作は実施の形態１で説明したものと同様である
ため説明は省略する。
る変調動作は実施の形態１で説明したものと同様である
ため説明は省略する。
【００７２】（実施の形態３）図４は本発明の実施の形
態３における光位相変調装置の構成を表す図である。
態３における光位相変調装置の構成を表す図である。
【００７３】図４において、１は透明板、４は光源、５
ａはビームスプリッタ、６は全反射ミラー、７は全反射
ミラー、８は全反射ミラー駆動手段、９は受光素子であ
り、これらは図３で説明したものと同様のものである。
ａはビームスプリッタ、６は全反射ミラー、７は全反射
ミラー、８は全反射ミラー駆動手段、９は受光素子であ
り、これらは図３で説明したものと同様のものである。
【００７４】ビームスプリッタ５ａには光源４により発
振される光線Ｌ１が入射され、ビームスプリッタ５ａは
光線Ｌ１をそのまま直進する光線Ｌ７と直角方向に曲げ
られた光線Ｌ８とに分離する。
振される光線Ｌ１が入射され、ビームスプリッタ５ａは
光線Ｌ１をそのまま直進する光線Ｌ７と直角方向に曲げ
られた光線Ｌ８とに分離する。
【００７５】全反射ミラー７は光線Ｌ７に垂直となるよ
うに配置され光線Ｌ７に平行な方向に往復動自在に配設
されており、全反射ミラー駆動手段８は全反射ミラー７
を光線Ｌ７と平行な方向に駆動する。全反射ミラー７で
反射された光線Ｌ７は、Ｌ７と同じ光路を辿り再びビー
ムスプリッタ５ａに入射され、ビームスプリッタ５ａに
おいて光線Ｌ８と逆方向に直角に曲げられ受光素子９に
入射される。
うに配置され光線Ｌ７に平行な方向に往復動自在に配設
されており、全反射ミラー駆動手段８は全反射ミラー７
を光線Ｌ７と平行な方向に駆動する。全反射ミラー７で
反射された光線Ｌ７は、Ｌ７と同じ光路を辿り再びビー
ムスプリッタ５ａに入射され、ビームスプリッタ５ａに
おいて光線Ｌ８と逆方向に直角に曲げられ受光素子９に
入射される。
【００７６】一方、光線Ｌ８は透明板１に入射され、透
明板１において変調された後、全反射ミラー６により反
射される。全反射ミラー６は光線Ｌ８に垂直に配設され
ており、光線Ｌ８は全反射ミラー６において反射され、
反射光は光線Ｌ８と同じ光路を逆方向に進み透明板１で
再び変調された後ビームスプリッタ５ａに入射され、全
反射ミラー７で反射された光線と合成され光線Ｌ９とし
て受光素子９に入射される。
明板１において変調された後、全反射ミラー６により反
射される。全反射ミラー６は光線Ｌ８に垂直に配設され
ており、光線Ｌ８は全反射ミラー６において反射され、
反射光は光線Ｌ８と同じ光路を逆方向に進み透明板１で
再び変調された後ビームスプリッタ５ａに入射され、全
反射ミラー７で反射された光線と合成され光線Ｌ９とし
て受光素子９に入射される。
【００７７】本実施の形態においては、上記光学系によ
りマイケルソン型干渉計が構成されており、マイケルソ
ン型干渉計の参照光アーム（光線Ｌ８の光路）に図１に
示した透明板１が挿入された構成となっている。
りマイケルソン型干渉計が構成されており、マイケルソ
ン型干渉計の参照光アーム（光線Ｌ８の光路）に図１に
示した透明板１が挿入された構成となっている。
【００７８】尚、本実施の形態において、透明板１によ
る変調動作は実施の形態１で説明したものと同様である
ため説明は省略する。
る変調動作は実施の形態１で説明したものと同様である
ため説明は省略する。
【００７９】以上、実施の形態２，３において説明し
た、光学系の構成、使用光源および使用光源の中心波
長、変調周波数、透明板の材質は一例であり、様々な光
学系において、実施の形態２，３と同様に光位相変調が
対応可能となる。
た、光学系の構成、使用光源および使用光源の中心波
長、変調周波数、透明板の材質は一例であり、様々な光
学系において、実施の形態２，３と同様に光位相変調が
対応可能となる。
【００８０】
【実施例】以下に本発明の実施例について説明する。
【００８１】（実施例１）実施例１では、実施の形態２
の光位相変調装置により光位相変調を行った例について
示す。
の光位相変調装置により光位相変調を行った例について
示す。
【００８２】本実施例においては、透明板１としては、
厚さ１０００μｍ、縦横の長さがそれぞれ１５ｍｍの溶
融石英板を使用した。光源としては、発振中心波長λｃ
＝８５０ｎｍのスーパルミネッセントダイオード（ＳＬ
Ｄ）を使用した。駆動手段３はガルバノメータスキャナ
を用い、正弦波により変調周波数５００Ｈｚ、駆動電圧
２．９Ｖにて、参照光の位相変調を行い、干渉信号のヘ
テロダイン検波を行った。
厚さ１０００μｍ、縦横の長さがそれぞれ１５ｍｍの溶
融石英板を使用した。光源としては、発振中心波長λｃ
＝８５０ｎｍのスーパルミネッセントダイオード（ＳＬ
Ｄ）を使用した。駆動手段３はガルバノメータスキャナ
を用い、正弦波により変調周波数５００Ｈｚ、駆動電圧
２．９Ｖにて、参照光の位相変調を行い、干渉信号のヘ
テロダイン検波を行った。
【００８３】図５（ａ）は図３の干渉光学系において参
照光アームと信号光アームの光路差を０としたときの受
光素子から出力されるヘテロダイン検波信号を示す図で
あり、図５（ｂ）は透明板を駆動する駆動手段（ガルバ
ノメータスキャナ）に印加した変調信号を示す図であ
る。
照光アームと信号光アームの光路差を０としたときの受
光素子から出力されるヘテロダイン検波信号を示す図で
あり、図５（ｂ）は透明板を駆動する駆動手段（ガルバ
ノメータスキャナ）に印加した変調信号を示す図であ
る。
【００８４】図３の光学系において、駆動手段３（ガル
バノメータスキャナを使用）に図５（ｂ）に示したよう
な変調信号を印加することにより透明板１を周波数Ω
（＝５００Ｈｚ）で振動させた状態で検波信号を入射し
た。全反射ミラー７の全反射ミラー駆動手段８を移動さ
せて信号光および参照光アームの光学距離の差を０にす
ることにより図５（ａ）に示したような干渉信号波形が
得られた。図５（ａ）から分かるように、受光素子９で
は変調周波数の２倍の周波数２Ω（＝１ｋＨｚ）（（数
１１）のｅｘｐ（ｊ２ｍΩｔ）の項）の干渉信号を検出
することができた。これにより、低周波であるため、非
常に容易に安定な信号処理が可能となった。
バノメータスキャナを使用）に図５（ｂ）に示したよう
な変調信号を印加することにより透明板１を周波数Ω
（＝５００Ｈｚ）で振動させた状態で検波信号を入射し
た。全反射ミラー７の全反射ミラー駆動手段８を移動さ
せて信号光および参照光アームの光学距離の差を０にす
ることにより図５（ａ）に示したような干渉信号波形が
得られた。図５（ａ）から分かるように、受光素子９で
は変調周波数の２倍の周波数２Ω（＝１ｋＨｚ）（（数
１１）のｅｘｐ（ｊ２ｍΩｔ）の項）の干渉信号を検出
することができた。これにより、低周波であるため、非
常に容易に安定な信号処理が可能となった。
【００８５】（実施例２）実施例２では、実施の形態３
の光位相変調装置により光位相変調を行った例について
示す。
の光位相変調装置により光位相変調を行った例について
示す。
【００８６】本実施例においては、透明板１としては、
厚さ９００μｍ、直径１０ｍｍのパイレックスガラス板
を使用した。光源４としては、発振中心波長λ0＝８５
０ｎｍのスーパルミネッセントダイオード（ＳＬＤ）を
使用した。駆動手段３はガルバノメータスキャナを用
い、正弦波により変調周波数２５０Ｈｚ、駆動電圧７３
０ｍＶにて、参照光の位相変調を行い、干渉信号のヘテ
ロダイン検波を行った。
厚さ９００μｍ、直径１０ｍｍのパイレックスガラス板
を使用した。光源４としては、発振中心波長λ0＝８５
０ｎｍのスーパルミネッセントダイオード（ＳＬＤ）を
使用した。駆動手段３はガルバノメータスキャナを用
い、正弦波により変調周波数２５０Ｈｚ、駆動電圧７３
０ｍＶにて、参照光の位相変調を行い、干渉信号のヘテ
ロダイン検波を行った。
【００８７】図６（ａ）は図４の干渉光学系において参
照光アームと信号光アームの光路差を０としたときの受
光素子から出力されるヘテロダイン検波信号を示す図で
あり、図６（ｂ）は透明板を駆動する駆動手段（ガルバ
ノメータスキャナ）に印加した変調信号を示す図であ
る。
照光アームと信号光アームの光路差を０としたときの受
光素子から出力されるヘテロダイン検波信号を示す図で
あり、図６（ｂ）は透明板を駆動する駆動手段（ガルバ
ノメータスキャナ）に印加した変調信号を示す図であ
る。
【００８８】図４の光学系において、駆動手段３（ガル
バノメータスキャナを使用）に図６（ｂ）に示したよう
な変調信号を印加することにより透明板１を周波数Ω
（＝２５０Ｈｚ）で振動させた状態で検波信号を入射し
た。全反射ミラー７の全反射ミラー駆動手段８を移動さ
せて信号光および参照光アームの光学距離の差を０にす
ることにより図６（ａ）に示したような干渉信号波形が
得られた。図５（ａ）から分かるように、受光素子９で
は変調周波数の２倍の周波数２Ω（＝５００Ｈｚ）
（（数１１）のｅｘｐ（ｊ２ｍΩｔ）の項）の干渉信号
を検出することができ、低周波であるため、非常に容易
に安定な信号処理が可能となった。
バノメータスキャナを使用）に図６（ｂ）に示したよう
な変調信号を印加することにより透明板１を周波数Ω
（＝２５０Ｈｚ）で振動させた状態で検波信号を入射し
た。全反射ミラー７の全反射ミラー駆動手段８を移動さ
せて信号光および参照光アームの光学距離の差を０にす
ることにより図６（ａ）に示したような干渉信号波形が
得られた。図５（ａ）から分かるように、受光素子９で
は変調周波数の２倍の周波数２Ω（＝５００Ｈｚ）
（（数１１）のｅｘｐ（ｊ２ｍΩｔ）の項）の干渉信号
を検出することができ、低周波であるため、非常に容易
に安定な信号処理が可能となった。
【００８９】
【発明の効果】以上のように本発明の請求項１に記載の
光位相変調方法によれば、以下のような有利な効果が得
られる。
光位相変調方法によれば、以下のような有利な効果が得
られる。
【００９０】（１）透明板に所定周波数で任意の角度変
位を与えるだけで、その透明板への光の入射角の周期的
な変化に伴って、透過光を位相変調することが可能な光
位相変調方法を提供することができる。
位を与えるだけで、その透明板への光の入射角の周期的
な変化に伴って、透過光を位相変調することが可能な光
位相変調方法を提供することができる。
【００９１】（２）光学系を構成する際、透明板は光路
中に挿入されるのみであり、光学系を構成する他の構成
要素への影響がないため光軸ずれ等が生じることがな
く、安定した光学系を構成することが可能な光位相変調
方法を提供することができる。
中に挿入されるのみであり、光学系を構成する他の構成
要素への影響がないため光軸ずれ等が生じることがな
く、安定した光学系を構成することが可能な光位相変調
方法を提供することができる。
【００９２】（３）光路中へ透明板を挿入する際、透明
板の初期角度は任意でよいため、透明板を挿入する際の
光軸の再調整を必要としない光位相変調方法を提供する
ことができる。
板の初期角度は任意でよいため、透明板を挿入する際の
光軸の再調整を必要としない光位相変調方法を提供する
ことができる。
【００９３】（４）光路中に透明板を挿入できるスペー
スさえあればよく、光学系全体を小型化することが可能
な光位相変調方法を提供することができる。
スさえあればよく、光学系全体を小型化することが可能
な光位相変調方法を提供することができる。
【００９４】また、本発明の請求項２に記載の光位相変
調装置によれば、以下のような有利な効果が得られる。
調装置によれば、以下のような有利な効果が得られる。
【００９５】（１）透明板を光学系の光路中に挿入し、
繰り返し角度変位を与えるだけで、非常に簡便かつ簡単
な構成で、ヘテロダイン検波に適した、安定した光の位
相変調を行うことが可能な光位相変調装置を提供するこ
とができる。
繰り返し角度変位を与えるだけで、非常に簡便かつ簡単
な構成で、ヘテロダイン検波に適した、安定した光の位
相変調を行うことが可能な光位相変調装置を提供するこ
とができる。
【００９６】（２）光路中に透明板を挿入するため、光
学系を構成する他の構成要素への影響がないため光軸ず
れ等が生じることがなく、安定した光学系を構成するこ
とが可能な光位相変調装置を提供することができる。
学系を構成する他の構成要素への影響がないため光軸ず
れ等が生じることがなく、安定した光学系を構成するこ
とが可能な光位相変調装置を提供することができる。
【００９７】（３）光路中へ透明板を挿入する際、透明
板の初期角度は任意なため、透明板を挿入することによ
る光軸の再調整を必要としない光位相変調装置を提供す
ることができる。
板の初期角度は任意なため、透明板を挿入することによ
る光軸の再調整を必要としない光位相変調装置を提供す
ることができる。
【００９８】（４）光路中に透明板を挿入できるスペー
スさえあればよく、光学系全体を小型化することが可能
な光位相変調装置を提供することができる。
スさえあればよく、光学系全体を小型化することが可能
な光位相変調装置を提供することができる。
【００９９】（５）構成が極めて簡単であり、安価でコ
ンパクトに構成することが可能であり、組立性やメンテ
ナンス性に優れた光位相変調装置を提供することができ
る。
ンパクトに構成することが可能であり、組立性やメンテ
ナンス性に優れた光位相変調装置を提供することができ
る。
【図１】本発明の実施の形態１における光位相変調装置
の斜視図
の斜視図
【図２】（ａ）透明板に対し垂直に光線が入射され透過
した場合を表す模式図 （ｂ）透明板を入射光に対して角度変位θだけ傾け光線
を透過させた場合を表す模式図
した場合を表す模式図 （ｂ）透明板を入射光に対して角度変位θだけ傾け光線
を透過させた場合を表す模式図
【図３】本発明の実施の形態２における光位相変調装置
の構成を表す図
の構成を表す図
【図４】本発明の実施の形態３における光位相変調装置
の構成を表す図
の構成を表す図
【図５】（ａ）図３の干渉光学系において参照光アーム
と信号光アームの光路差を０としたときの受光素子から
出力されるヘテロダイン検波信号を示す図 （ｂ）透明板を駆動する駆動手段（ガルバノメータスキ
ャナ）に印加した変調信号を示す図
と信号光アームの光路差を０としたときの受光素子から
出力されるヘテロダイン検波信号を示す図 （ｂ）透明板を駆動する駆動手段（ガルバノメータスキ
ャナ）に印加した変調信号を示す図
【図６】（ａ）図４の干渉光学系において参照光アーム
と信号光アームの光路差を０としたときの受光素子から
出力されるヘテロダイン検波信号を示す図 （ｂ）透明板を駆動する駆動手段（ガルバノメータスキ
ャナ）に印加した変調信号を示す図
と信号光アームの光路差を０としたときの受光素子から
出力されるヘテロダイン検波信号を示す図 （ｂ）透明板を駆動する駆動手段（ガルバノメータスキ
ャナ）に印加した変調信号を示す図
【図７】音響光学効果を用いた光位相変調の模式図
１ 透明板 ２ 光線 ３ 駆動手段 ４ 光源 ５ａ、５ｂ、５ｃ ビームスプリッタ ６ 全反射ミラー ７ 全反射ミラー ８ 全反射ミラー駆動手段 ９ 受光素子
Claims (2)
- 【請求項１】所定の周波数で反復的な角度変位が与えら
れる透明板に光線を透過させることにより前記透明板を
透過した前記光線を位相変調することを特徴とする光位
相変調方法。 - 【請求項２】光線を透過させる透明板と、前記透明板に
所定の周波数で反復的な角度変位を与える駆動手段と、
を備え、前記駆動手段により駆動され反復的な角度変位
が与えられた前記透明板に前記光線を透過させることに
より前記光線を位相変調することを特徴とする光位相変
調装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3239399A JP2000231065A (ja) | 1999-02-10 | 1999-02-10 | 光位相変調方法及び光位相変調装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3239399A JP2000231065A (ja) | 1999-02-10 | 1999-02-10 | 光位相変調方法及び光位相変調装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000231065A true JP2000231065A (ja) | 2000-08-22 |
Family
ID=12357721
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3239399A Pending JP2000231065A (ja) | 1999-02-10 | 1999-02-10 | 光位相変調方法及び光位相変調装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000231065A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004126590A (ja) * | 2002-10-02 | 2004-04-22 | Leica Microsystems Wetzler Gmbh | 顕微鏡で位相差観察または変調コントラスト観察を実現するための位相シフト方法および装置 |
| US7764414B2 (en) | 2006-12-19 | 2010-07-27 | Lasertec Corporation | Illumination apparatus and illumination method |
| JP2011257155A (ja) * | 2010-06-04 | 2011-12-22 | Canon Inc | 変形計測装置および変形計測方法 |
-
1999
- 1999-02-10 JP JP3239399A patent/JP2000231065A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004126590A (ja) * | 2002-10-02 | 2004-04-22 | Leica Microsystems Wetzler Gmbh | 顕微鏡で位相差観察または変調コントラスト観察を実現するための位相シフト方法および装置 |
| US7764414B2 (en) | 2006-12-19 | 2010-07-27 | Lasertec Corporation | Illumination apparatus and illumination method |
| JP2011257155A (ja) * | 2010-06-04 | 2011-12-22 | Canon Inc | 変形計測装置および変形計測方法 |
| US8797515B2 (en) | 2010-06-04 | 2014-08-05 | Canon Kabushiki Kaisha | Deformation measuring apparatus and deformation measuring method |
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