JP2603956B2 - 光ｉｃ干渉計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、物体の長さを測定するのに使用される光
IC干渉計に関する。

（従来の技術） 従来、第5,第６図に示す光IC干渉装置（実公昭56−15
522号公報）が知られている。図示において、２は薄膜
光導波路で、これは３層の薄膜3,4,5からなり、中間薄
膜３は少なくとも光透過性のある薄膜とされ、その屈折
率が両側の薄膜の屈折率よりも大きくとられている。し
たがって、中間薄膜３中に入射した光束は中間薄膜３と
両側薄膜4,5との両境界面で反射して中間薄膜３中を伝
搬する。７はコリメーターレンズで、これはレンズとす
べき位置において、その部分の薄膜の厚みを厚くするか
またはイオンの注入によって局部的に屈折率を変えるこ
とによって構成される。11の観測レンズも同様にして構
成される。10はミラーで、これは等価屈折率の異なる２
種の層を交互に配置して多層コーティングと同じ作用を
持たせることによって構成される。８の半透明鏡も同様
にして構成される。

そして、光源20から出射される光束を、薄膜端面また
は薄膜上に接して設けたプリズム（図示せず）等で中間
薄膜３内へ入射させる。薄膜内３へ入射した光束６はコ
リメーターレンズ７で平行光束となり、この平行光束は
半透明鏡で振幅分割され互いに直角な２方向の光束に分
かれる。その一方の光束（参照光束）９はミラー10で反
射され、再び同じ光路を辿り、半透明鏡８で反射さ観測
用レンズ11にいたる。他方、半透明鏡８で分割された他
方の光束（測定光束）12は薄膜端面または薄膜上に接し
て設けた図示しないプリズム等を介して薄膜３から射出
され、外部に設けたミラー13で反射され、再び同じ光路
を辿り薄膜３内へ入射し、半透明鏡８を透過して観測レ
ンズ11にいたる。ここで参照光束９と測定光束12は干渉
を起こし、射出用プリズム14から膜外へ射出する。この
プリズム14から射出した光束を観測する。すなわち、参
照光束の光路長と測定光束の光路長との差がλ/2の奇数
倍のとき暗部が観測され、その差がλの整数倍のとき明
部が観察される。したがって、ミラー13を矢印Ｐ方向に
移動させていくと、第10図に示すように、その移動量が
λ/2増加する毎に明部Ａと暗部Ｂとが交互に生じる。そ
の明暗部A,Bの数からミラー13の移動距離を求めること
ができ、そのミラー13を物体の一端から他端に移動させ
ればその物体の長さを測定することができる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記光IC干渉計にあっては、ミラー13
で反射した測定光束の一部が光透明鏡８で再度反射して
光源20に戻ってしまい、また、ミラー10で反射した参照
光束の一部も半透明鏡８を透過して光源20に戻ってしま
う。このような光源への戻り光の影響は、光源の波長出
力に変動を与え精密な干渉計測ができなくなるという問
題があった。

（発明の目的） そこで、この発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
ので、対象物で反射した光束が光源に戻らないようにし
て測定光束と参照光束とによる干渉が常に起きるように
した光IC干渉計を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） この発明は、上記目的を達成するために、光源からの
光束を対象物に導くための光導波路と、この光導波路を
伝搬する光束の一部を前記光導波路外に導く参照光導波
路と、前記対象物で反射される反射光束と前記参照光導
波路で導かれる光束とを干渉させて受光素子に導く干渉
導波路とを備えている光IC干渉計において、前記光導波
路から射出される光束の光路上に設置される偏光ビーム
スプリッタと、この偏光ビームスプリッタと前記対象物
との間の光路上に設けられる1/4波長板と、前記干渉導
波路に導入される反射光束のモードを前記光導波路を伝
搬する光束のモードと同一モードに変換するモード変換
器とを備え、前記偏光ビームスプリッタは、前記光導波
路から射出される光束を1/4波長板を介して対象物に照
射させるとともに、その対象物で反射してその1/4波長
板を介して入射する反射光束を前記干渉導波路に導くよ
うにしたものである。

（作用） 上記構成により、光導波路から射出される光束は偏光
ビームスプリッタおよび1/4波長板を介して対象物に照
射され、さらにその対象物で反射した反射光束（測定光
束）は再度1/4波長板を通過して偏光ビームスプリッタ
に入射するので、この入射する反射光束は光源に戻らな
い。

（実施例） 以下、この発明に係わる光IC干渉計の実施例を図面に
基づいて説明する。

第１図は光IC干渉計の平面図を示している。図におい
て、21は数mm角の基板で、この基板21の上に光導波路22
が形成されている。23は基板21の端面に設置されたレー
ザ光源で、このレーザ光源23は直線偏光のレーザ光束を
射出し、この射出される光束は光導波路22にTEモードで
導入されるようになっている。24は平面鏡Ｍで反射され
る反射光束を導入する干渉導波路、26は方向性結合器2
7,28で光導波路22,干渉導波路24にそれぞれ結合された
参照光導波路で、これは光導波路22を伝搬する光束の一
部を干渉導波路24に移行させてこの移行する光束（参照
光束）と干渉導波路24に導入される反射光束（測定光
束）とを干渉させるものである。干渉した干渉光は干渉
導波路24により受光器25に導かれる。

30は光導波路22から射出される光束を平行光束にする
屈折率分布型ロッドレンズ、31は屈折率分布型ロッドレ
ンズ30の光軸上30aに設置された二つのプリズム31a,31b
からなる偏光ビームスプリッタで、これは入射してくる
光束がＰ偏光であるときその光束を透過させ、Ｓ偏光で
あるときその光束をプリズム31a,31bの斜面31cで反射さ
せるようになっている。32は屈折率分布型ロッドレンズ
30の光軸上30aの偏光ビームスプリッタ31の右側面（図
示において）に設置された1/4波長板、33は二つのプリ
ズム33a,33bからなる全反射プリズムで、これは入射し
てくる光束を斜面33cで反射させるようになっている。3
4は全反射プリズム33の斜面33cで反射する光束を基板21
の干渉導波路24に導入させる屈折率分布型ロッドレン
ズ、35はその屈折率分布型ロッドレンズ34と全反射プリ
ズム33との間に設置された1/2波長板（モード変換器）
である。

次に、上記から構成される光IC干渉計の作用を説明す
る。

レーザ光源23から直線偏光のレーザ光束が射出される
と、その光束が基板21の光導波路22にTEモードで導入さ
れ、この光束が光導波路22を伝搬し屈折率分布型ロッド
レンズ30を介して偏光ビームスプリッタ31に入射する。
この入射した光束は直線偏光であるから偏光ビームスプ
リッタ31および1/4波長板32を通過して平面鏡Ｍで反射
される。この反射光束は再度1/4波長板32を通過して偏
光ビームスプリッタ31に入射する。この偏光ビームスプ
リッタ31に入射する反射光束は1/4波長板32を二度通過
するのでＳ偏光になり、したがって、その反射光束は偏
光ビームスプリッタ31の斜面31cで反射されて全反射プ
リズム33に入射する。この入射光束は全反射プリズム33
の斜面33cで反射される。そして、この斜面33cで反射さ
れた反射光束は1/2波長板35を通過した後屈折率分布型
ロッドレンズ34により基板21の干渉導波路24に導入され
る。

この導入される光束は1/2波長板35によりＳ偏光から
Ｐ偏光に変換されるのでTEモードとなる。ところで、光
導波路22を伝搬するTEモードの光束の一部が参照光導波
路26によって干渉導波路24に移行されるので、この移行
されるTEモードの光束と導入されるTEモードの光束とが
干渉して受光器25に導かれる。

このように、平面鏡Ｍで反射された反射光束は偏光ビ
ームスプリッタ31と全反射プリズム33の斜面31c,33cで
反射されるので、その反射光束の全てが反射して干渉導
波路24に導入される。このため、反射光束の一部がレー
ザ光源23に戻ってしまうということがないので、光源の
波長出力に変動を与えない。したがって、常に正確な長
さの測定を行なうことができる。

第２図は第２実施例を示したもので、これは1/2波長
板35の代りに干渉導波路24にモード変換器40を設け、1/
4波長板132を屈折率分布型ロッドレンズ34の光軸34a上
の偏光ビームスプリッタ133に取付け、レーザ光源23′
から直線偏光のレーザ光束を射出させて測定するように
したものである。

これは、レーザ光源23′から射出される直線偏光のレ
ーザ光束がTEモードで光導波路22および屈折率分布型ロ
ッドレンズ30を介してＳ偏光で全反射プリズム131,偏光
ビームスプリッタ133の斜面131c,133cで反射し、さらに
平面鏡Ｍで反射して1/4波長板132を介して偏光ビームス
プリッタ133に入射する。この入射した光束は、1/4波長
板132を二度通過してＰ偏光になっているので斜面133c
で反射されることなくその全てが偏光ビームスプリッタ
133を通過して屈折率分布型ロッドレンズ34により干渉
導波路24に導入される。

ところで、モード変換器40は例えば干渉導波路24に磁
界を加えて行なうもので、これは磁界による磁気光学効
果によって干渉導波路24を伝搬する光束の偏波面を回転
させてモード変換を行なうものである。

なお、上記実施例では平面鏡Ｍを使用しているが、第
３図に示すように粗面Ｍ′と凸レンズ41とを使用して行
なうこともできる。この場合、凸レンズ41の焦点距離に
粗面Ｍ′が位置している。

第４図は、第３実施例を示したもので、これは平面鏡
Ｍで光束を２回反射させるように構成したものである。

ここで、屈折率分布型ロッドレンズ30からの光束は二
つのプリズム231a,231bからなる偏光ビームスプリッタ2
31に入射し、この入射光束はＰ偏光であるため、これを
通過し1/4波長板232を介して平面鏡Ｍに向い、ここで反
射する。平面鏡Ｍで反射された光束は、再び1/4波長板2
32を介しＳ偏光となって偏光ビームスプリッタ231に入
射する。このＳ偏光の光束は斜面231cで反射され偏光ビ
ームスプリータ233に入射する。この偏光ビームスプリ
ッタ233は二つのプリズム233a,233bで構成されており、
上記入射光は、Ｓ偏光ゆえ斜面233cで反射され、1/4波
長板235を介して平面鏡Ｍに向いここで再び反射する。

平面鏡Ｍで反射された光束は、再び1/4波長板235を通
過し、Ｐ偏光となって偏光ビームスプリッタ233に入射
する。偏光ビームスプリッタ233に入射した光束は、Ｐ
偏光ゆえ斜面233cを通過し、屈折率分布型ロッドレンズ
34に入射することとなる。

上述のように平面鏡Ｍで２回反射させることにより紙
面内のあおりの影響を除去できる。

（発明の効果） 以上のように、この発明は、上記のように構成したも
のであるから、対象物で反射する反射光束は光源に戻る
ことがなく、このため、平面鏡を使用しても光源の波長
出力が不安定とならず、したがって物体の長さ等の測定
を正確に行なうことができるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による光IC干渉計の実施例を示す平面
図、第２図ないし第４図は他の実施例の説明図、第５図
は従来の光IC干渉計の概略構成図、第６図は従来の光IC
干渉計の断面図である。 22……光導波路 23……レーザ光源 24……干渉導波路 26……参照光導波路 31……偏光ビームスプリッタ 32……1/4波長板 33……全反射プリズム 35……1/2波長板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新村 悟 東京都板橋区蓮沼町75番１号 東京光学 機械株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−5105（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−12006（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源からの光束を対象物に導くための光導
   波路と、この光導波路を伝搬する光束の一部を前記光導
   波路外に導く参照光導波路と、前記対象物で反射される
   反射光束と前記参照光導波路で導かれる光束とを干渉さ
   せて受光素子に導く干渉導波路とを備えている光IC干渉
   計において、前記光導波路から射出される光束の光路上
   に設置される偏光ビームスプリッタと、この偏光ビーム
   スプリッタと前記対象物との間の光路上に設けられる1/
   4波長板と、前記干渉導波路に導入される反射光束のモ
   ードを前記光導波路を伝搬する光束のモードと同一モー
   ドに変換するモード変換器とを備え、前記偏光ビームス
   プリッタは、前記光導波路から射出される光束を1/4波
   長板を介して対象物に照射させるとともに、その対象物
   で反射してその1/4波長板を介して入射する反射光束を
   前記干渉導波路に導くようになっていることを特徴とす
   る光IC干渉計。
2. 【請求項２】前記モード変換器は1/2波長板で形成され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光
   IC干渉計。