JP2655647B2 - 光集積回路型干渉計 - Google Patents
光集積回路型干渉計Info
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Description
【発明の詳細な説明】 発明の目的 （産業上の利用分野） 本発明は、測定光の光学距離の変化に対応して変化す
る干渉光によって得られた干渉信号に基づいて、測定光
の位相変化の方向（測定光の光学距離の増減方向）を検
出することができると共に、高分解能化を図ることので
きる光集積回路型干渉計に関する。
る干渉光によって得られた干渉信号に基づいて、測定光
の位相変化の方向（測定光の光学距離の増減方向）を検
出することができると共に、高分解能化を図ることので
きる光集積回路型干渉計に関する。
（従来の技術） 従来から、第９図に示すようなバルク型位相変調干渉
計が知られている。このバルク型位相変調干渉計は、レ
ーザー光源１から出射されたコヒーレント光Ｐとしての
レーザー光の出射光路途中に光路分割用のハーフミラー
２を設けて、そのレーザー光を参照光P1と測定光P2とに
分割し、参照光P1は参照用プリズム３により反射させ、
測定光P2は対象物としての測定用プリズム４により反射
させ、その参照用プリズム３により反射されて戻ってく
る参照光P1とその測定用プリズム４から反射されて戻っ
てくる測定光P2とを干渉させて干渉光をホトディテクタ
５に導き、かつ、測定用プリズム４を矢印方向あるいは
その反対方向に移動させると共にその参照用プリズム３
を矢印で示すように一定振幅、一定周期で周期的に振動
させ、測定光P2の光学距離に対する参照光P1の光学距離
の差を相対的に一定振幅で周期的に変化させて測定光P2
の光学距離の変化に対応して変化する干渉光に基づく干
渉信号をホトディテクタ５から取り出す構成である。こ
のバルク型位相変調干渉計において、その参照用プリズ
ム３の振動周波数をf1とし、その干渉信号の周波数成分
のうち振動周波数f1に相当する交流的変化成分と、その
振動周波数f1の２倍の周波数に相当する交流的変化成分
とをそれぞれ抽出すると、その抽出された交流的変化成
分の振幅はsin波、cos波を含むので、その抽出された異
なる２種の交流的変化成分に基づき位相差がπ/2だけ異
なる２種の電気信号を得ることができ、この位相差がπ
/2だけ異なる２種の電気信号を信号処理することによ
り、測定光の位相変化の方向（測定用プリズム４の移動
方向）を求めることができると共に、光量変化等に基づ
く直流バイアス成分の影響を受けずにその測定用プリズ
ム４の移動量の測定を行なうことができることになる。
よって、これを測長機に用いれば、波長の単位の数分の
一以下の測定精度で被測定物の長さを求めることができ
ると共に、その被測定物の移動方向を求めることができ
る。
計が知られている。このバルク型位相変調干渉計は、レ
ーザー光源１から出射されたコヒーレント光Ｐとしての
レーザー光の出射光路途中に光路分割用のハーフミラー
２を設けて、そのレーザー光を参照光P1と測定光P2とに
分割し、参照光P1は参照用プリズム３により反射させ、
測定光P2は対象物としての測定用プリズム４により反射
させ、その参照用プリズム３により反射されて戻ってく
る参照光P1とその測定用プリズム４から反射されて戻っ
てくる測定光P2とを干渉させて干渉光をホトディテクタ
５に導き、かつ、測定用プリズム４を矢印方向あるいは
その反対方向に移動させると共にその参照用プリズム３
を矢印で示すように一定振幅、一定周期で周期的に振動
させ、測定光P2の光学距離に対する参照光P1の光学距離
の差を相対的に一定振幅で周期的に変化させて測定光P2
の光学距離の変化に対応して変化する干渉光に基づく干
渉信号をホトディテクタ５から取り出す構成である。こ
のバルク型位相変調干渉計において、その参照用プリズ
ム３の振動周波数をf1とし、その干渉信号の周波数成分
のうち振動周波数f1に相当する交流的変化成分と、その
振動周波数f1の２倍の周波数に相当する交流的変化成分
とをそれぞれ抽出すると、その抽出された交流的変化成
分の振幅はsin波、cos波を含むので、その抽出された異
なる２種の交流的変化成分に基づき位相差がπ/2だけ異
なる２種の電気信号を得ることができ、この位相差がπ
/2だけ異なる２種の電気信号を信号処理することによ
り、測定光の位相変化の方向（測定用プリズム４の移動
方向）を求めることができると共に、光量変化等に基づ
く直流バイアス成分の影響を受けずにその測定用プリズ
ム４の移動量の測定を行なうことができることになる。
よって、これを測長機に用いれば、波長の単位の数分の
一以下の測定精度で被測定物の長さを求めることができ
ると共に、その被測定物の移動方向を求めることができ
る。
また、第10図、第11図に示すような再帰光学系形式の
光集積回路型干渉計（実公昭56−15522号公報参照）も
知られている。この第10図、第11図において、６は二次
元型の光導波路が形成された薄膜基板で、この薄膜基板
６は３層の薄膜７、８、９からなり、中間の薄膜７は少
なくとも光透過性を有する薄膜とされ、その屈折率がそ
の両側の薄膜８、９の屈折率よりも大きく設定されてい
る。この薄膜基板６には光源10から出射されるコヒーレ
ント光Ｐが入射されるもので、そのコヒーレント光Ｐは
薄膜７と薄膜８、９との両境界面で反射されて薄膜７内
を伝搬される。薄膜基板６には入射側にコリメーターレ
ンズ系11が設けられ、その中間の薄膜７に入射するコヒ
ーレント光Ｐはコリメーターレンズ系11により平行光束
とされて、ハーフミラー系12により参照光P1と測定光P2
とに分割される。参照光P1は薄膜基板６に形成された参
照ミラー13により反射されて再びハーフミラー系12に戻
り、測定光P2は対象物としての測定用ミラー14により反
射されてハーフミラー系12に戻り、その戻ってきた測定
光P2と参照光P1とはハーフミラー系12で合成されて干渉
光として測定レンズ15に導かれ、射出用のプリズム16か
ら膜外へ出射される。このプリズム16から射出する干渉
光は、コヒーレント光Ｐの波長をλとして、測定光P2の
光学距離に対する参照光P1の光学距離の差がλ/2の奇数
倍のときに暗となり、その差がλ/2の整数倍のとき明と
なる。したがって、測定用ミラー14を矢印Ｇ方向に移動
させていくと、第12図に示すように、干渉光に基づく干
渉信号は、その移動量がλ/2増加する毎に明部Ａと暗部
Ｂとを交互に有することになる。そこで、その明暗部
Ａ、Ｂの個数をカウントすれば測定用ミラー14の移動量
を求めることができることになり、その原点からの移動
量をカウントすれば、被測定物の長さを測定できる。
光集積回路型干渉計（実公昭56−15522号公報参照）も
知られている。この第10図、第11図において、６は二次
元型の光導波路が形成された薄膜基板で、この薄膜基板
６は３層の薄膜７、８、９からなり、中間の薄膜７は少
なくとも光透過性を有する薄膜とされ、その屈折率がそ
の両側の薄膜８、９の屈折率よりも大きく設定されてい
る。この薄膜基板６には光源10から出射されるコヒーレ
ント光Ｐが入射されるもので、そのコヒーレント光Ｐは
薄膜７と薄膜８、９との両境界面で反射されて薄膜７内
を伝搬される。薄膜基板６には入射側にコリメーターレ
ンズ系11が設けられ、その中間の薄膜７に入射するコヒ
ーレント光Ｐはコリメーターレンズ系11により平行光束
とされて、ハーフミラー系12により参照光P1と測定光P2
とに分割される。参照光P1は薄膜基板６に形成された参
照ミラー13により反射されて再びハーフミラー系12に戻
り、測定光P2は対象物としての測定用ミラー14により反
射されてハーフミラー系12に戻り、その戻ってきた測定
光P2と参照光P1とはハーフミラー系12で合成されて干渉
光として測定レンズ15に導かれ、射出用のプリズム16か
ら膜外へ出射される。このプリズム16から射出する干渉
光は、コヒーレント光Ｐの波長をλとして、測定光P2の
光学距離に対する参照光P1の光学距離の差がλ/2の奇数
倍のときに暗となり、その差がλ/2の整数倍のとき明と
なる。したがって、測定用ミラー14を矢印Ｇ方向に移動
させていくと、第12図に示すように、干渉光に基づく干
渉信号は、その移動量がλ/2増加する毎に明部Ａと暗部
Ｂとを交互に有することになる。そこで、その明暗部
Ａ、Ｂの個数をカウントすれば測定用ミラー14の移動量
を求めることができることになり、その原点からの移動
量をカウントすれば、被測定物の長さを測定できる。
（発明が解決しようとする問題点） ところが、上記のバルク型位相変調干渉計では、参照
用プリズム３それ自体を一定振幅かつ一定周期で安定に
振動させることは、参照用プリズム３それ自体が大きい
ので困難である。一方上記光集積回路型干渉計では、測
定用ミラー14が逆方向Ｈに移動しても明暗部Ａ、Ｂが同
様に生じ、測定光の位相変化の方向を検出することがで
きないという不具合がある。またこの光集積回路型干渉
計ではλ/2の精度以上の測定精度を得難いという問題点
もある。
用プリズム３それ自体を一定振幅かつ一定周期で安定に
振動させることは、参照用プリズム３それ自体が大きい
ので困難である。一方上記光集積回路型干渉計では、測
定用ミラー14が逆方向Ｈに移動しても明暗部Ａ、Ｂが同
様に生じ、測定光の位相変化の方向を検出することがで
きないという不具合がある。またこの光集積回路型干渉
計ではλ/2の精度以上の測定精度を得難いという問題点
もある。
（発明の目的） 本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、その
目的とするところは、対象物の移動に基づく測定光の位
相変化の方向を安定容易に検出することができると共に
直流バイアス成分を除去して高分解能化を図ることので
きる光集積回路型干渉計を提供するところにある。
目的とするところは、対象物の移動に基づく測定光の位
相変化の方向を安定容易に検出することができると共に
直流バイアス成分を除去して高分解能化を図ることので
きる光集積回路型干渉計を提供するところにある。
（問題点を解決するための手段） 本発明に係わる光集積回路型干渉計は、コヒーレント
光を発生する光源と、前記光源から射出されたコヒーレ
ント光を参照光と測定光とに分割し、該測定光を測定対
象物に向かわせ、かつ該測定対象物により反射された測
定光と参照光路を経由した参照光とを干渉させて受光部
に導く光導波路が形成された基板と、測定光と参照光と
を干渉させた干渉光を受光する受光部とを有し、ブラッ
グ回折を生じさせることなく、前記測定光に対する前記
参照光の光学距離の差を相対的に一定振幅で周期的に変
化させ、測定対象物の変位に応じて振幅変化が生じる少
なくとも２つの信号成分が含まれる干渉光を生じさせる
ようにする光学距離周期変化手段とを設けたことを特徴
とする。
光を発生する光源と、前記光源から射出されたコヒーレ
ント光を参照光と測定光とに分割し、該測定光を測定対
象物に向かわせ、かつ該測定対象物により反射された測
定光と参照光路を経由した参照光とを干渉させて受光部
に導く光導波路が形成された基板と、測定光と参照光と
を干渉させた干渉光を受光する受光部とを有し、ブラッ
グ回折を生じさせることなく、前記測定光に対する前記
参照光の光学距離の差を相対的に一定振幅で周期的に変
化させ、測定対象物の変位に応じて振幅変化が生じる少
なくとも２つの信号成分が含まれる干渉光を生じさせる
ようにする光学距離周期変化手段とを設けたことを特徴
とする。
（作用） 本発明に係る光集積回路型干渉計によれば、この干渉
計によって得られた干渉信号を用いれば、測定光の位相
変化の方向を検出することができると共に、直流成分を
除去することができるので高分解能化を図ることができ
る。
計によって得られた干渉信号を用いれば、測定光の位相
変化の方向を検出することができると共に、直流成分を
除去することができるので高分解能化を図ることができ
る。
（実施例） 以下に、本発明に係る光集積回路型干渉計の実施例を
図面を参照しつつ説明する。
図面を参照しつつ説明する。
第１図において、20はコヒーレント光Ｐとしてのレー
ザー光を出射するレーザー光源、21は光集積回路型干渉
計、22は光集積回路型スペクトルアナライザーである。
光集積回路型干渉計21は基板に相当する薄膜基板23を有
する。その薄膜基板23は、数mm角の大きさであり、レー
ザー光を参照光P1と測定光P2とに分割して測定光P2を対
象物としてのコーナキューブ24に導きかつこのコーナキ
ューブ24により反射された測定光P2を参照光P1と干渉さ
せてホトディテクタ25に導く光導波路26を有する。
ザー光を出射するレーザー光源、21は光集積回路型干渉
計、22は光集積回路型スペクトルアナライザーである。
光集積回路型干渉計21は基板に相当する薄膜基板23を有
する。その薄膜基板23は、数mm角の大きさであり、レー
ザー光を参照光P1と測定光P2とに分割して測定光P2を対
象物としてのコーナキューブ24に導きかつこのコーナキ
ューブ24により反射された測定光P2を参照光P1と干渉さ
せてホトディテクタ25に導く光導波路26を有する。
この光導波路26は、ここでは、測定光P2をそのコーナ
キューブ24に向かって出射する出射導波路27と、そのコ
ーナキューブ24により反射された測定光P2を戻り光とし
てホトディテクタ25に導く入射導波路28と、参照光P1を
出射導波路27から分割して取り出しかつ入射導波路28に
導く参照光導波路29とからなっており、薄膜基板23上に
スパッタリングによって形成される。その出射導波路27
と入射導波路28とは平行であり、参照光導波路29はその
出射導波路27、入射導波路28とに緩やかな角度で接続さ
れている。出射導波路27には光ファイバ30を介してコヒ
ーレント光Ｐが入射され、ホトディテクタ25には光ファ
イバ31を介して干渉光が入射される。なお、測定光P2は
出射ロッドレンズ32から平行光束として出射され、戻り
光は入射ロッドレンズ33により集光される。
キューブ24に向かって出射する出射導波路27と、そのコ
ーナキューブ24により反射された測定光P2を戻り光とし
てホトディテクタ25に導く入射導波路28と、参照光P1を
出射導波路27から分割して取り出しかつ入射導波路28に
導く参照光導波路29とからなっており、薄膜基板23上に
スパッタリングによって形成される。その出射導波路27
と入射導波路28とは平行であり、参照光導波路29はその
出射導波路27、入射導波路28とに緩やかな角度で接続さ
れている。出射導波路27には光ファイバ30を介してコヒ
ーレント光Ｐが入射され、ホトディテクタ25には光ファ
イバ31を介して干渉光が入射される。なお、測定光P2は
出射ロッドレンズ32から平行光束として出射され、戻り
光は入射ロッドレンズ33により集光される。
薄膜基板23には、ここでは、電気光学効果を有する材
料（例えば、LiNbO3）が用いられ、その参照光導波路29
の近傍には参照光導波路29を狭んで一対の電極34が設け
られている。この電極34には所定周期２πf1tかつ振幅V
0の交流電圧Ｖが印加されるもので、ここでは、参照光
導波路29の屈折率ｎはその電圧Ｖの変化によって屈折率
n0を中心にして一定振幅Δｎの範囲で周期的に変化す
る。これによって、測定光P2の光学距離に対する参照光
P1の光学距離の差が一定振幅で周期的に変化する。すな
わち、電極34は測定光P2の光学距離に対する参照光P1の
光学距離の差を一定振幅で周期的に変化させる光学距離
周期変化手段として機能する。
料（例えば、LiNbO3）が用いられ、その参照光導波路29
の近傍には参照光導波路29を狭んで一対の電極34が設け
られている。この電極34には所定周期２πf1tかつ振幅V
0の交流電圧Ｖが印加されるもので、ここでは、参照光
導波路29の屈折率ｎはその電圧Ｖの変化によって屈折率
n0を中心にして一定振幅Δｎの範囲で周期的に変化す
る。これによって、測定光P2の光学距離に対する参照光
P1の光学距離の差が一定振幅で周期的に変化する。すな
わち、電極34は測定光P2の光学距離に対する参照光P1の
光学距離の差を一定振幅で周期的に変化させる光学距離
周期変化手段として機能する。
ここで、コーナキューブ24は測長機の移動ステージ2
4′に設置されており、測定光P2の光学距離に対する参
照光P1の光学距離の差をＬとする。ここでは、この差Ｌ
は出射導波路27と参照光導波路29との分岐部27′からコ
ーナキューブ24までの光学距離とコーナキューブ24内の
光学距離とコーナキューブ24から入射導波路28と参照光
導波路29との合流部29′までの光学距離とを加えた測定
光P2の光学距離から参照光導波路29を通る参照光P1の光
学距離を差し引いたものとし、光学距離の差Ｌが一定振
幅で周期的に変化すると、干渉光の強度Ｉ（ｔ）は以下
に示す式に従って変化する。
4′に設置されており、測定光P2の光学距離に対する参
照光P1の光学距離の差をＬとする。ここでは、この差Ｌ
は出射導波路27と参照光導波路29との分岐部27′からコ
ーナキューブ24までの光学距離とコーナキューブ24内の
光学距離とコーナキューブ24から入射導波路28と参照光
導波路29との合流部29′までの光学距離とを加えた測定
光P2の光学距離から参照光導波路29を通る参照光P1の光
学距離を差し引いたものとし、光学距離の差Ｌが一定振
幅で周期的に変化すると、干渉光の強度Ｉ（ｔ）は以下
に示す式に従って変化する。
ここで、I1、I2は参照光P1、測定光P2の強度振幅、Δ
（ｔ）は光学距離の差Ｌの周期的変化分であり、Φは位
相である。
（ｔ）は光学距離の差Ｌの周期的変化分であり、Φは位
相である。
今、Δ（ｔ）≡ξcosω1t … とする。ただし、ξは参照光導波路29の光学距離の振幅
である。
である。
上記式は以下に示す式に変形できる。
そこで、（４πL/λ＋Φ）≡θ、２π／λ≡ｋとし、
ベッセル関数による展開公式を利用すると、上記の式
は、 ここで、f1＝ω1/2π、f2＝2f1＝ω1/πの各周波数成
分のみを抽出することにすると、 この、式は周波数成分f1、f2の干渉光の光強度分
布を示している。ここで、cos（２πf1t）、cos（２π2
f1t）の振幅分に着目すると、 は定数であり、また、〔sin｛（４π／λ）・Ｌ＋
Φ｝〕、〔cos｛（４π／λ）・Ｌ＋Φ｝はコーナキュ
ーブ24を移動させると、sin波、cos波的に変化する。
ベッセル関数による展開公式を利用すると、上記の式
は、 ここで、f1＝ω1/2π、f2＝2f1＝ω1/πの各周波数成
分のみを抽出することにすると、 この、式は周波数成分f1、f2の干渉光の光強度分
布を示している。ここで、cos（２πf1t）、cos（２π2
f1t）の振幅分に着目すると、 は定数であり、また、〔sin｛（４π／λ）・Ｌ＋
Φ｝〕、〔cos｛（４π／λ）・Ｌ＋Φ｝はコーナキュ
ーブ24を移動させると、sin波、cos波的に変化する。
そこで、式に従って変化する干渉光によって得られ
た干渉信号に基づいて、周波数成分f1、f2の光強度をコ
ヒーレント光Ｐから抽出することにすると、その周波数
成分f1、f2の光強度の振幅は、干渉信号に基づいて変化
することになる。なお、光強度振幅J1（2kξ）、J2（2k
ξ）の大きさは略同じであることが信号処理の観点から
望ましく、この光強度振幅J1（2kξ）、J2（2kξ）の大
きさを同じに設定するためには、J1（2kξ）＝J2（2k
ξ）という方程式を解いて、ξとλとの関係を求めれば
良い。上記の方程式を解くと、ξ＝2.9λ/4πという関
係式が得られる。
た干渉信号に基づいて、周波数成分f1、f2の光強度をコ
ヒーレント光Ｐから抽出することにすると、その周波数
成分f1、f2の光強度の振幅は、干渉信号に基づいて変化
することになる。なお、光強度振幅J1（2kξ）、J2（2k
ξ）の大きさは略同じであることが信号処理の観点から
望ましく、この光強度振幅J1（2kξ）、J2（2kξ）の大
きさを同じに設定するためには、J1（2kξ）＝J2（2k
ξ）という方程式を解いて、ξとλとの関係を求めれば
良い。上記の方程式を解くと、ξ＝2.9λ/4πという関
係式が得られる。
光集積回路型スペクトルアナライザー22はそのコヒー
レント光Ｐから周波数成分f1、f2のスペクトルを抽出す
る機能を有し、この光集積回路型スペクトルアナライザ
ー22は、その薄膜薄膜基板35にジオデシックレンズ36、
37とSAWトランスジューサ38とが形成されている。そのS
AWトランスジューサ38は交差指電極39を有し、その交差
指電極39には干渉光に基づくホトディテクタ25の干渉信
号が印加される。その薄膜基板35には光ファイバー40を
介してレーザー光が入射されている。そのジオデシック
レンズ36はレーザ光のコリメート用であり、そのジオデ
シックレンズ37はフーリエ交換用であって、SAWトラン
スジューサ38の交差指電極39に干渉信号を印加すると、
光ファイバ40を介して薄膜基板35に入射されたレーザー
光はブラッグセルにより回折され、ジオデシックレンズ
37によりフーリエ変換されて、そのジオデシックレンズ
37の焦点面上に、干渉信号の周波数パワースペクトルに
比例する光強度分布が得られ、この焦点面上の周波数f1
に相当する箇所と周波数2f1に相当する箇所とにホトデ
ィテクタ41、42を設置し、そのホトディテクタ41、42に
より光電変換を行なえば、周波数f1と周波数2f1の電気
信号Q1、Q2を得ることができる。その光集積回路型スペ
クトルアナライザー22は後述する電気信号処理回路と共
に、受光部の出力信号から光学距離周期変化手段によっ
て周期的に変化された周波数と等しい周波数の信号の振
幅変化とこの周波数の２倍の周波数の信号の振幅変化に
基づいて、測定対象物の変位を求める変位測定部として
機能する。
レント光Ｐから周波数成分f1、f2のスペクトルを抽出す
る機能を有し、この光集積回路型スペクトルアナライザ
ー22は、その薄膜薄膜基板35にジオデシックレンズ36、
37とSAWトランスジューサ38とが形成されている。そのS
AWトランスジューサ38は交差指電極39を有し、その交差
指電極39には干渉光に基づくホトディテクタ25の干渉信
号が印加される。その薄膜基板35には光ファイバー40を
介してレーザー光が入射されている。そのジオデシック
レンズ36はレーザ光のコリメート用であり、そのジオデ
シックレンズ37はフーリエ交換用であって、SAWトラン
スジューサ38の交差指電極39に干渉信号を印加すると、
光ファイバ40を介して薄膜基板35に入射されたレーザー
光はブラッグセルにより回折され、ジオデシックレンズ
37によりフーリエ変換されて、そのジオデシックレンズ
37の焦点面上に、干渉信号の周波数パワースペクトルに
比例する光強度分布が得られ、この焦点面上の周波数f1
に相当する箇所と周波数2f1に相当する箇所とにホトデ
ィテクタ41、42を設置し、そのホトディテクタ41、42に
より光電変換を行なえば、周波数f1と周波数2f1の電気
信号Q1、Q2を得ることができる。その光集積回路型スペ
クトルアナライザー22は後述する電気信号処理回路と共
に、受光部の出力信号から光学距離周期変化手段によっ
て周期的に変化された周波数と等しい周波数の信号の振
幅変化とこの周波数の２倍の周波数の信号の振幅変化に
基づいて、測定対象物の変位を求める変位測定部として
機能する。
次に、電気信号処理回路について第２図〜第４図を参
照しつつ説明する。
照しつつ説明する。
第２図において、51、51′はホトディテクタ41、42か
ら出力される電気信号Q1、Q2を増幅する増幅器である。
その電気信号Q1、Q2は測定光P2の光学距離の差Ｌを横軸
にとるとsin波、cos波となる。52、53はその増幅器51、
51′から出力される電気信号を方形波Q1′、Q2′（第３
図、第４図参照）に整形するシュミット回路、54、55は
インバータ、56、57はシュミット回路52、53から出力さ
れる方形波Q1′、Q2′の立上り時にワンショットパルス
C1、C2を発生するワンショット回路、58、59はその方形
波Q1′、Q2′の立下り時にワンショットパルスC1′、
C2′を発生するワンショット回路、61はコーナキューブ
24がＸ方向に移動しているときに各ワンショット回路56
〜59で発生するワンショットパルスC1、C2、C1′、C2′
をアップカウントパルスとして出力するアップカウント
ゲート回路で、アンド回路62〜65とオア回路66とから構
成されている。71はコーナキューブ24がＸ方向と反対方
向に移動しているときに各ワンショット回路56〜59で発
生したワンショットパルスC1、C2、C1′、C2′をダウン
カウントパルスとして出力するダウンカウントゲート回
路で、アンド回路72〜75とオア回路76とから構成されて
いる。
ら出力される電気信号Q1、Q2を増幅する増幅器である。
その電気信号Q1、Q2は測定光P2の光学距離の差Ｌを横軸
にとるとsin波、cos波となる。52、53はその増幅器51、
51′から出力される電気信号を方形波Q1′、Q2′（第３
図、第４図参照）に整形するシュミット回路、54、55は
インバータ、56、57はシュミット回路52、53から出力さ
れる方形波Q1′、Q2′の立上り時にワンショットパルス
C1、C2を発生するワンショット回路、58、59はその方形
波Q1′、Q2′の立下り時にワンショットパルスC1′、
C2′を発生するワンショット回路、61はコーナキューブ
24がＸ方向に移動しているときに各ワンショット回路56
〜59で発生するワンショットパルスC1、C2、C1′、C2′
をアップカウントパルスとして出力するアップカウント
ゲート回路で、アンド回路62〜65とオア回路66とから構
成されている。71はコーナキューブ24がＸ方向と反対方
向に移動しているときに各ワンショット回路56〜59で発
生したワンショットパルスC1、C2、C1′、C2′をダウン
カウントパルスとして出力するダウンカウントゲート回
路で、アンド回路72〜75とオア回路76とから構成されて
いる。
コーナキューブ24が原点Ｏにあるとすると、ホトディ
テクタ41、42から出力される電気信号Q1、Q2は一定であ
り、変化していない。ここで、コーナキューブ24を原点
ＯからＸ方向に移動させる。すると、測定光P2の光学距
離の差Ｌが連続的に変化する。その際、測定光P2の光学
距離の差Ｌがλだけ増加する毎に電気信号Q1、Q2の振幅
が周期的に変化する。
テクタ41、42から出力される電気信号Q1、Q2は一定であ
り、変化していない。ここで、コーナキューブ24を原点
ＯからＸ方向に移動させる。すると、測定光P2の光学距
離の差Ｌが連続的に変化する。その際、測定光P2の光学
距離の差Ｌがλだけ増加する毎に電気信号Q1、Q2の振幅
が周期的に変化する。
その電気信号Q1、Q2はλ/4の位相がずれているので、
コーナキューブプリズム24がλ/4移動する毎にワンショ
ットパルスC1、C2、C1′、C2′が発生することになる。
このワンショットパルスC1、C2、C1′、C2′はアンド回
路62〜65、72〜75の入力端子ｂに入力されている。アン
ド回路62、75の入力端子ａにはインバータ55の出力
２′が入力され、アンド回路63、74の入力端子ａには
矩形波Q1′が入力され、アンド回路64、73の入力端子ａ
には矩形波Q2′が入力され、アンド回路65、72の入力端
子ａにはインバータ54の出力１′が入力されている。
コーナキューブプリズム24がλ/4移動する毎にワンショ
ットパルスC1、C2、C1′、C2′が発生することになる。
このワンショットパルスC1、C2、C1′、C2′はアンド回
路62〜65、72〜75の入力端子ｂに入力されている。アン
ド回路62、75の入力端子ａにはインバータ55の出力
２′が入力され、アンド回路63、74の入力端子ａには
矩形波Q1′が入力され、アンド回路64、73の入力端子ａ
には矩形波Q2′が入力され、アンド回路65、72の入力端
子ａにはインバータ54の出力１′が入力されている。
コーナキューブ24を矢印Ｘ方向に移動させたとき、ア
ンド回路62〜65の入力端子ｂにはその入力端子ａがＨレ
ベルのときにワンショットパルスC1、C2、C1′、C2′が
入力され、アンド回路72〜75の入力端子ｂにはその入力
端子ａがＬレベルのときにワンショットパルスC1、C2、
C1′、C2′が入力されるから、アンド回路62〜65はワン
ショットパルスC1、C2、C1′、C2′を通過させ、アンド
回路72〜75はそのワンショットパルスC1、C2、C1′、
C2′の通過を阻止する。よって、アップカウントゲート
回路61からアップカウントパルスが出力される。
ンド回路62〜65の入力端子ｂにはその入力端子ａがＨレ
ベルのときにワンショットパルスC1、C2、C1′、C2′が
入力され、アンド回路72〜75の入力端子ｂにはその入力
端子ａがＬレベルのときにワンショットパルスC1、C2、
C1′、C2′が入力されるから、アンド回路62〜65はワン
ショットパルスC1、C2、C1′、C2′を通過させ、アンド
回路72〜75はそのワンショットパルスC1、C2、C1′、
C2′の通過を阻止する。よって、アップカウントゲート
回路61からアップカウントパルスが出力される。
ここで、たとえば、第３図に示す点Ｚにおいて、コー
ナキューブ24を矢印Ｘ方向と反対方向に移動させたとす
る。すると、第４図に示すような電気信号Q1、Q2が得ら
れる。この電気信号Q1、Q2は第３図に示す電気信号Q1、
Q2の点Ｚを原点OZとして折り返した波形となっている。
すなわち、コーナキューブ24を矢印Ｘ方向と反対方向に
移動させると、第３図に示す矩形波Q1′、Q2′の立ち下
がりが立ち上がりとなり、矩形波Q1′、Q2′の立ち下が
りが立上りとなるような矩形波Q1′、Q2′が得られるこ
とになり、コーナキューブ24を矢印Ｘ方向と反対方向に
移動させたとき、アンド回路62〜65の入力端子ｂにはそ
の入力端子ａがＬレベルのときにワンショットパルス
C1、C2、C1′、C2′が入力され、アンド回路72〜75の入
力端子ｂにはその入力端子ａがＨレベルのときにワンシ
ョットパルスC1、C2、C1′、C2′が入力されるから、ア
ンド回路62〜65はワンショットパルスC1、C2、C1′、
C2′の通過を阻止し、アンド回路72〜75はそのワンショ
ットパルスC1、C2、C1′、C2′を通過させる。よって、
ダウンカウントゲート回路62からダウンカウントパルス
が出力される。
ナキューブ24を矢印Ｘ方向と反対方向に移動させたとす
る。すると、第４図に示すような電気信号Q1、Q2が得ら
れる。この電気信号Q1、Q2は第３図に示す電気信号Q1、
Q2の点Ｚを原点OZとして折り返した波形となっている。
すなわち、コーナキューブ24を矢印Ｘ方向と反対方向に
移動させると、第３図に示す矩形波Q1′、Q2′の立ち下
がりが立ち上がりとなり、矩形波Q1′、Q2′の立ち下が
りが立上りとなるような矩形波Q1′、Q2′が得られるこ
とになり、コーナキューブ24を矢印Ｘ方向と反対方向に
移動させたとき、アンド回路62〜65の入力端子ｂにはそ
の入力端子ａがＬレベルのときにワンショットパルス
C1、C2、C1′、C2′が入力され、アンド回路72〜75の入
力端子ｂにはその入力端子ａがＨレベルのときにワンシ
ョットパルスC1、C2、C1′、C2′が入力されるから、ア
ンド回路62〜65はワンショットパルスC1、C2、C1′、
C2′の通過を阻止し、アンド回路72〜75はそのワンショ
ットパルスC1、C2、C1′、C2′を通過させる。よって、
ダウンカウントゲート回路62からダウンカウントパルス
が出力される。
よって、このものを測長機に用い、移動ステージ24の
原点からの移動に応じて、たとえば、原点から離れる方
向にコーナキューブ24が移動しているときにはアップカ
ウントパルスの個数を加算して逐次表示器に表示させ、
コーナキューブ24の移動方向が途中で反対方向に転じた
ときにはダウンカウントパルスによって現在のカウント
値から減算することにすれば、コーナキューブ24の位置
を逐次知ることができることになる。
原点からの移動に応じて、たとえば、原点から離れる方
向にコーナキューブ24が移動しているときにはアップカ
ウントパルスの個数を加算して逐次表示器に表示させ、
コーナキューブ24の移動方向が途中で反対方向に転じた
ときにはダウンカウントパルスによって現在のカウント
値から減算することにすれば、コーナキューブ24の位置
を逐次知ることができることになる。
第５図は本発明に係る光集積回路型干渉計の第２実施
例を示し、参照光P1の光学距離を周期的に変化させて測
定光P2の光学距離に対する参照光P1の光学距離の差を相
対的に一定振幅で周期的に変化させる代りに、測定光P2
の光学距離を一定振幅で周期的に変化させるため、入射
導波路28の近傍であって参照光導波路29の合流部29′よ
りも入射側に所定周期の電圧が印加される電極34を設け
る構成としたものである。なお、この電極34は出射導波
路27の近傍であって、参照光導波路29の分岐部27′より
も出射側に設けることもできる。
例を示し、参照光P1の光学距離を周期的に変化させて測
定光P2の光学距離に対する参照光P1の光学距離の差を相
対的に一定振幅で周期的に変化させる代りに、測定光P2
の光学距離を一定振幅で周期的に変化させるため、入射
導波路28の近傍であって参照光導波路29の合流部29′よ
りも入射側に所定周期の電圧が印加される電極34を設け
る構成としたものである。なお、この電極34は出射導波
路27の近傍であって、参照光導波路29の分岐部27′より
も出射側に設けることもできる。
第６図は本発明に係る光集積回路型干渉計の第３実施
例を示し、薄膜基板21を測定光P2の出射方向に一定振幅
で周期的に振動させて測定光P2の光学距離を一定振幅で
周期的に変化させる構成としたものである。その薄膜基
板21を振動させるための手段としては、たとえばピエゾ
素子が用いられる。
例を示し、薄膜基板21を測定光P2の出射方向に一定振幅
で周期的に振動させて測定光P2の光学距離を一定振幅で
周期的に変化させる構成としたものである。その薄膜基
板21を振動させるための手段としては、たとえばピエゾ
素子が用いられる。
第７図は本発明に係る光集積回路型干渉計の第４実施
例を示し、参照光P1を外部に取り出す構成としたもので
あり、出射導波路27の途中から参照光出射導波路80を分
岐させて、その参照光P1を出射ロッドレンズ81、反射ミ
ラー82〜84を介して移動ステージ24′に設置したコーナ
キューブ85に導き、そのコーナキューブ85により参照光
P1を再び反射ミラー82〜84、入射ロッドレンズ86を介し
て入射導波路28に合流される参照光入射導波路87に導く
構成としたものである。このものでは、移動ステージ2
4′が測定光P2の出射方向、たとえば、矢印Ｘ方向に動
くと、測定光P2の光学距離が増大し、その測定光P2の光
学距離が増大した分だけ参照光P1の光学距離が減少する
ことになり、光学距離の差Ｌが移動量の２倍で変化する
ことになる。
例を示し、参照光P1を外部に取り出す構成としたもので
あり、出射導波路27の途中から参照光出射導波路80を分
岐させて、その参照光P1を出射ロッドレンズ81、反射ミ
ラー82〜84を介して移動ステージ24′に設置したコーナ
キューブ85に導き、そのコーナキューブ85により参照光
P1を再び反射ミラー82〜84、入射ロッドレンズ86を介し
て入射導波路28に合流される参照光入射導波路87に導く
構成としたものである。このものでは、移動ステージ2
4′が測定光P2の出射方向、たとえば、矢印Ｘ方向に動
くと、測定光P2の光学距離が増大し、その測定光P2の光
学距離が増大した分だけ参照光P1の光学距離が減少する
ことになり、光学距離の差Ｌが移動量の２倍で変化する
ことになる。
第８図は本発明に係る光集積回路型干渉計の第５実施
例を示し、薄膜基板23を二次元型の光導波路26とした構
成を示すものであり、電極34とホトディテクタ25とを薄
膜基板に取付けた以外は従来の光集積回路型干渉計と同
一であるので、従来例と同一構成要素については同一符
号を付してその詳細な説明を省略する。
例を示し、薄膜基板23を二次元型の光導波路26とした構
成を示すものであり、電極34とホトディテクタ25とを薄
膜基板に取付けた以外は従来の光集積回路型干渉計と同
一であるので、従来例と同一構成要素については同一符
号を付してその詳細な説明を省略する。
発明の効果 本発明に係る光集積回路型干渉計は、以上説明したよ
うに構成したので、対象物の移動に基づく測定光の位相
変化の方向を容易に検出することができると共に直流バ
イアス成分を除去して高分解能化を図ることができると
いう効果を奏する。
うに構成したので、対象物の移動に基づく測定光の位相
変化の方向を容易に検出することができると共に直流バ
イアス成分を除去して高分解能化を図ることができると
いう効果を奏する。
第１図は本発明に係る光集積回路型干渉計の第１実施例
の要部構成を示す図、第２図はその光集積回路型干渉計
によって得られた干渉信号に基づく電気信号の電気信号
処理回路図、第３図、第４図はその電気信号処理回路を
説明するための波形図、第５図は本発明に係る光集積回
路型干渉計の第２実施例の要部構成を示す図、第６図は
本発明に係る光集積回路型干渉計の第３実施例の要部構
成を示す図、第７図は本発明に係る光集積回路型干渉計
の第４実施例の要部構成を示す図、第８図は本発明に係
る光集積回路型干渉計の第５実施例の要部構成を示す
図、第９図は従来のバルク型位相変調干渉計の模式図、
第10図は従来の光集積回路型干渉計の構成図、第11図は
その第10図に示す光集積回路型干渉計の側面図、第12図
はその光集積回路型干渉計によって得られる干渉光の強
度変化を説明するための図である。 21……光集積回路型干渉計 22……光集積回路型スペクトルアナライザー 23……薄膜基板 24……コーナキューブ 25……ホトディテクタ 26……光導波路 27……出射導波路 28……入射導波路 29……参照光導波路 34……電極 Ｐ……コヒーレント光 P1……参照光 P2……測定光
の要部構成を示す図、第２図はその光集積回路型干渉計
によって得られた干渉信号に基づく電気信号の電気信号
処理回路図、第３図、第４図はその電気信号処理回路を
説明するための波形図、第５図は本発明に係る光集積回
路型干渉計の第２実施例の要部構成を示す図、第６図は
本発明に係る光集積回路型干渉計の第３実施例の要部構
成を示す図、第７図は本発明に係る光集積回路型干渉計
の第４実施例の要部構成を示す図、第８図は本発明に係
る光集積回路型干渉計の第５実施例の要部構成を示す
図、第９図は従来のバルク型位相変調干渉計の模式図、
第10図は従来の光集積回路型干渉計の構成図、第11図は
その第10図に示す光集積回路型干渉計の側面図、第12図
はその光集積回路型干渉計によって得られる干渉光の強
度変化を説明するための図である。 21……光集積回路型干渉計 22……光集積回路型スペクトルアナライザー 23……薄膜基板 24……コーナキューブ 25……ホトディテクタ 26……光導波路 27……出射導波路 28……入射導波路 29……参照光導波路 34……電極 Ｐ……コヒーレント光 P1……参照光 P2……測定光
───────────────────────────────────────────────────── 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) 特開 昭61−288102（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−85312（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−55042（ＪＰ，Ａ)
Claims (9)
- 【請求項１】コヒーレント光を発生する光源と、 前記光源から射出されたコヒーレント光を参照光と測定
光とに分割し、該測定光を測定対象物に向かわせ、かつ
該測定対象物により反射された測定光と参照光路を経由
した参照光とを干渉させて受光部に導く光導波路が形成
された基板と、 測定光と参照光とを干渉させた干渉光を受光する受光部
とを有し、 ブラッグ回折を生じさせることなく、前記測定光に対す
る前記参照光の光学距離の差を相対的に一定振幅で周期
的に変化させ、測定対象物の変位に応じて振幅変化が生
じる少なくとも２つの信号成分が含まれる干渉光を生じ
させるようにする光学距離周期変化手段とを設けたこと
を特徴とする光集積回路型干渉計。 - 【請求項２】前記受光部は、測定対象物の変位に応じて
振幅変化が生じる異なる周波数の信号を含む出力をする
ように構成されていることを特徴とする特許請求の範囲
第１項に記載の光集積回路型干渉計。 - 【請求項３】変位測定部をさらに有し、該変位測定部
は、前記受光部の出力信号から光学距離周期変化手段に
よって周期的に変化された周波数と等しい周波数の信号
の振幅変化とこの周波数の２倍の周波数の信号の振幅変
化に基づいて、測定対象物の変位を求めるように構成さ
れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
の光集積回路型干渉計。 - 【請求項４】前記基板は電気光学効果を有する材料を用
いて形成し、 前記光学距離周期変化手段は前記光導波路の近傍に設け
られて所定周期の電圧が印加される電極によって構成さ
れていることを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載
の光集積回路型干渉計。 - 【請求項５】前記基板は電気光学効果を有する材料を用
いて形成し、 前記光導波路は、測定光を前記測定対象物に向かった出
射する出射導波路と、 前記測定対象物によって反射された測定光を前記受光部
に導く入射導波路と、前記出射導波路から分岐されて出
射導波路から参照光を分割して取り出し入射導波路に合
流させる参照光導波路から分岐されて出射導波路から参
照光を分割して取り出し入射導波路に合流させる参照光
導波路とからなることを特徴とする特許請求の範囲第３
項に記載の光集積回路型干渉計。 - 【請求項６】前記光学距離周期変化手段は、前記参照光
導波路又は射出光導波路の近傍に設けられて所定周期の
電圧が引加される電極によって構成されていることを特
徴とする特許請求の範囲第５項記載の光集積回路型干渉
計。 - 【請求項７】前記光学距離周期変化手段は、前記射出光
導波路の近傍であって参照光導波路の分岐よりも出射側
か、前記入射光導波路の近傍であって参照光導波路の合
流部よりも入射側に設けられていることを特徴とする特
許請求の範囲第５項に記載の光集積回路型干渉計。 - 【請求項８】前記光学距離周期変化手段は、前記測定光
の光学距離に対する前記参照光の光学距離の差を一定振
幅で周期的に変化させるために、前記基板自体を、前記
測定光の出射方向に一定振幅で周期的に振動させる構成
であることを特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の
光集積回路型干渉計。 - 【請求項９】前記光学距離周期変化手段は、波長をλと
した場合に、光学距離の振幅ξが、2.9λ/4πの関係に
設定されていることを特徴とする特許請求の範囲第４項
又は第５項に記載の光集積回路型干渉計。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62167727A JP2655647B2 (ja) | 1987-07-07 | 1987-07-07 | 光集積回路型干渉計 |
| US07/215,856 US4909629A (en) | 1987-07-07 | 1988-07-06 | Light interferometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62167727A JP2655647B2 (ja) | 1987-07-07 | 1987-07-07 | 光集積回路型干渉計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6412205A JPS6412205A (en) | 1989-01-17 |
| JP2655647B2 true JP2655647B2 (ja) | 1997-09-24 |
Family
ID=15855040
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62167727A Expired - Fee Related JP2655647B2 (ja) | 1987-07-07 | 1987-07-07 | 光集積回路型干渉計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2655647B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11132718A (ja) | 1997-10-31 | 1999-05-21 | Topcon Corp | 干渉計測装置及び干渉計測装置用プローブ |
| JP5065230B2 (ja) * | 2008-11-05 | 2012-10-31 | 古河電気工業株式会社 | 光モジュール及び光モジュールの作製方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6085312A (ja) * | 1983-10-17 | 1985-05-14 | Hitachi Ltd | 固体化干渉計 |
-
1987
- 1987-07-07 JP JP62167727A patent/JP2655647B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6412205A (en) | 1989-01-17 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |