JP3382644B2 - 直交偏光ヘテロダイン干渉計 - Google Patents
直交偏光ヘテロダイン干渉計Info
- Publication number
- JP3382644B2 JP3382644B2 JP27381792A JP27381792A JP3382644B2 JP 3382644 B2 JP3382644 B2 JP 3382644B2 JP 27381792 A JP27381792 A JP 27381792A JP 27381792 A JP27381792 A JP 27381792A JP 3382644 B2 JP3382644 B2 JP 3382644B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- polarized light
- pbs
- polarized
- polarization
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光波の精密な位相差測
定手段である直交偏光ヘテロダイン干渉計に関する。と
りわけ、本発明は干渉計の光路中に生ずる光路長のゆら
ぎ等のノイズ発生要因をできるだけ除去した干渉計の構
造に関するものであるから、本発明を応用することで、
光波の位相変化に変換される温度、圧力等の様々な物理
量計測が可能となる。 【０００２】 【従来の技術】図５に従来の直交偏光ヘテロダイン干渉
計の構成を示す。偏光ビームスプリッタ（Ｐｏｌａｒｉ
ｚｅｄ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ、以後ＰＢＳとい
う）５１にはＰＢＳ５１での分波に対し、十分な両偏光
成分を持つもので一定の偏光状態を保持するコヒーレン
ト光が入射される。ここでは最も単純な例の一つである
４５°の直線偏光が入射されたとする。入射された４５
°の直線偏光の直交する二つの成分をそれぞれｘ偏光成
分、ｙ偏光成分とし、ｘ偏光成分はＰＢＳ５１で反射
し、ｙ偏光成分はＰＢＳ５１を透過するとする。 【０００３】ＰＢＳ５１で反射されたｘ偏光成分は音響
光学変調器（Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ Ｍｏｄｕｌ
ａｔｏｒ、以後ＡＯＭという）５２で変調され反射鏡５
３で反射されてＰＢＳ５５に達する。一方、ＰＢＳ５１
を透過したｙ偏光成分は反射鏡５４で反射されてＰＢＳ
５５に達する。ＰＢＳ５５で合波された光は無偏光ビー
ムスプリッタ（Ｎｏｎ−Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｂｅａｍ
Ｓｐｌｉｔｔｅｒ、以後ＢＳという）５６でｘ偏光成
分及びｙ偏光成分をそれぞれ含んで二方向に分岐され、
一方はｘ偏光成分及びｙ偏光成分それぞれの偏光子５７
を透過する成分のみが受光器５８で受光される。該受光
器５８で受光される光はｘ偏光成分とｙ偏光成分とのビ
ート信号を含んでいる。このビート信号を第１のビート
信号と呼ぶことにする。 【０００４】他方はＰＢＳ５９に達し、ｘ偏光成分はＰ
ＢＳ５９で反射し１／４波長板６０を透過して反射鏡６
１で反射し、再び１／４波長板６０を透過する。一方、
ｙ偏光成分はＰＢＳ５９を透過し１／４波長板６２を透
過して反射鏡６３で反射し、再び１／４波長板６２を透
過する。ｘ偏光成分、ｙ偏光成分は共に１／４波長板６
０、６２を二回ずつ透過することでそれぞれ偏光面が９
０°回転する。従って、再度ＰＢＳ５９に入射したとき
はｘ偏光成分は透過し、ｙ偏光成分は反射して、ｘ偏光
成分、ｙ偏光成分は合波される。そして、合波された光
のｘ偏光成分及びｙ偏光成分それぞれの偏光子６４を透
過する成分のみが受光器６５で受光される。該受光器６
５で受光される光はｘ偏光成分とｙ偏光成分とのビート
信号を含んでいる。このビート信号を第２のビート信号
と呼ぶことにする。第２のビート信号には第１のビート
信号と同じＡＯＭ５２による変調の情報の他ＰＢＳ５９
から反射鏡６１までとＰＢＳ５９から反射鏡６３までと
の往復の光路長差の情報が含まれている。受光器５８及
び受光器６５で光から電気に変換された信号は位相比較
器６６で前記光路長差の情報が位相差として取り出され
る。 【０００５】また、前述の従来の直交偏光ヘテロダイン
干渉計がＰＢＳによって計測ビームと参照ビームとを分
離し、再び同じＰＢＳによって合波して計測ビート信号
を取り出しているため、ＰＢＳの性能の不完全さによる
計測ビート信号へのノイズの混入が有り、十分な分解能
が得られないことを問題点として指摘し、該問題点を解
決したものとして、光ヘテロダイン干渉計を表面形状測
定に応用した「光ヘテロダイン干渉表面形状測定装置」
（特開平２−１７６５１２号）がある。前記ＰＢＳの性
能の不完全さとは、Ｓ偏光についてはその透過をほぼ完
全に遮断（０．００４％透過）して反射するが、Ｐ偏光
については１．０６％ものＰ偏光がＳ偏光と同じ方向へ
反射されるとともに、２回の反射により更に逆方向へ約
０．０２％のＰ偏光が反射されてしまうということであ
る。Ｓ偏光へのＰ偏光の混入及びＰ偏光へのＳ偏光の混
入によって計測ビート信号にノイズが含まれることにな
る。ＰＢＳの性能の不完全さによる計測ビート信号への
ノイズの混入を避けるために、前記光ヘテロダイン干渉
表面形状測定装置は、計測ビームと参照ビームとを分離
し、それぞれ別の光路を伝搬するようにしていると共
に、同じ光路をＳ偏光とＰ偏光とがペアで伝搬すること
がないようにしている。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】直交偏光ヘテロダイン
干渉計は、参照光とプローブ光を同一光路を直交２偏光
として伝搬させることで、光学系内の空気のゆらぎ、機
械的振動によって生じる出力位相差を著しく抑える特徴
を有している。そのため、精密変位測定等への利用が期
待されてきたが、構造が複雑である、応用上、参照
光とプローブ光とが同一光路を伝搬するため、各偏光へ
の個別の操作（変調、位相補償等）に対する自由度並び
に構造上の自由度が少ない、という理由から、利用分野
が大幅に限定されていた。また、ＰＢＳの性能の不完
全さによる計測ビート信号へのノイズの混入が有り、十
分な分解能が得られない、という問題もある。 【０００７】前記「光ヘテロダイン干渉表面形状測定装
置」（特開平２−１７６５１２号）はの問題を解決し
たが、計測ビームと参照ビームとを分離し、それぞれ別
の光路を伝搬するようにしていると共に、同じ光路をＳ
偏光とＰ偏光とがペアで伝搬することがないような構成
としたので、特開平２−１７６５１２号公報の第８頁左
下欄第１０行〜第１４行に「なお、上述したように計測
ビームＬM および参照ビームＬR を互いに異なる光路で
伝播させると、空気の乱れ等による影響を受け易くなる
ため、前述した各実施例では何れも装置自体が完全密封
されている。」とあるように、直交偏光ヘテロダイン干
渉計の、光学系内の空気のゆらぎ、機械的振動によって
生じる出力位相差を著しく抑えるという特長が損なわれ
てしまっている。 【０００８】この発明の目的は、前述の問題を解決し、
光学系内の空気のゆらぎ、機械的振動等によって生じる
出力位相差を従来のものと同程度に抑えながら、参照光
とプローブ光とがそれぞれ別の光路を伝搬する、ＰＢＳ
の性能の不完全さによる計測ビート信号へのノイズの混
入の少ない、構成の簡単な直交偏光ヘテロダイン干渉計
を提供することである。 【０００９】 【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めにこの発明の直交偏光ヘテロダイン干渉計は、従来の
直交偏光ヘテロダイン干渉計が周波数の異なる直交偏光
を同一光路に沿って伝搬させその偏光間の光路差を干渉
によって検出しているのに対して、同一周波数の直交偏
光間の光路差を周波数の異なる参照光との干渉を利用し
て検出する。そのために、この発明の直交偏光ヘテロダ
イン干渉計は、周波数が異なる、それぞれが単色でかつ
偏光状態が一定の、コヒーレントな第１及び第２の光ビ
ームを出射する二周波光発生手段と、前記第１の光ビー
ムを受けて互いに直交するＸ偏光及びＹ偏光に分離し、
両偏光の間に生じた位相差を有する第３の光ビームを出
射する位相差発生手段と、前記第２の光ビームと前記第
３の光ビームとを受け、それぞれを前記Ｘ偏光と同じ偏
光面を有する第４の光ビームと前記Ｙ偏光と同じ偏光面
を有する第５の光ビームとに分離してそれぞれを出射す
る偏波分離干渉手段と、前記第４及び第５の光ビームを
受けて前記位相差を検出する位相比較手段とを備えてい
る。 【００１０】 【作用】周波数が異なりかつコヒーレントな第１の光ビ
ームｘ1 ｙ1 （Ｘ偏光成分をｘ、Ｙ偏光成分をｙで表
す）及び第２の光ビームｘ2 ｙ2 を出射する二周波光発
生手段１から出射した第１の光ビームｘ1 ｙ1 は位相差
発生手段２で互いに直交するＸ偏光ｘ1 及びＹ偏光ｙ1
に分離されて、それぞれ別の条件の光路を伝搬すること
で両偏光の間に位相差を生じた後、合波して第３の光ビ
ームｘ3 ｙ3 として偏波分離干渉手段３から出射する。
なお、位相差発生手段２でいう「Ｘ偏光ｘ1 及びＹ偏光
ｙ1 に分離される」とは、それぞれの光路が別になるこ
とだけでなく、同じ光路を伝搬しながらもＸ偏光成分及
びＹ偏光成分への作用がそれぞれ異なるために一方の偏
光成分が他方の偏光成分と比べて遅延する状態を含む。
また、「別の条件の光路」とは、別々の光路だけでな
く、同じ光路でありながらＸ偏光成分及びＹ偏光成分へ
の作用がそれぞれ異なる光路（例えば、複屈折性を有す
る光路）を含む。 【００１１】前記二周波光発生手段１から出射した第２
の光ビームｘ2 ｙ2 と前記位相差発生手段２から出射し
た第３の光ビームｘ3 ｙ3 とは偏波分離干渉手段３にお
いてそれぞれ前記Ｘ偏光と同じ偏向面を有する第４の光
ビームｘ2 ｘ3 と前記Ｙ偏光と同じ偏向面を有する第５
の光ビームｙ2 ｙ3 とに分離される。前記第４の光ビー
ムｘ2 ｘ3 はその偏光成分ｘ2 及びｘ3 の偏光面が同じ
であり、周波数が異なるのでビートを生じている。ま
た、前記第５の光ビームｙ2 ｙ3 もその偏光成分ｙ2 及
びｙ3 の偏光面が同じであり、周波数が異なるのでビー
トを生じている。 【００１２】ここで、偏光成分ｘ2 及びｙ2 は周波数及
び位相が同じであり、偏光成分ｘ3及びｙ3 は周波数は
同じであるが位相は、前述のように別の条件の光路を伝
搬しているので、異なる。従って、第４の光ビームｘ2
ｘ3 と第５の光ビームｙ2 ｙ3 とから位相比較手段４に
おいて前記別々の光路を伝搬したことで生じた位相差が
検出される。 【００１３】 【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図２はこの発明の第１の実施例を示す概略構成図
である。第１の実施例の干渉計は、（イ）二周波光発生
手段１を入射する直交偏光を二方向に分岐するＢＳ１
１、該ＢＳ１１で分岐された一方の直交偏光を変調する
ＡＯＭ１２、及び、該ＢＳ１１で分岐された他方の直交
偏光の光路を変更する反射鏡１３で構成し、（ロ）位相
差発生手段２を前記１３からの直交偏光を受けて互いに
直交するＸ1 偏光及びＹ1 偏光に分離し後に合波するＰ
ＢＳ２１、該ＰＢＳ２１で反射されたＸ1 偏光を反射し
て前記ＰＢＳ２１に戻す反射鏡２２、該反射鏡２２と前
記ＰＢＳ２１との間の光路上に置かれた偏波面を回転さ
せるための１／４波長板２３、前記ＰＢＳ２１を透過し
たＹ1 偏光を反射して前記ＰＢＳ２１に戻す反射鏡２
４、及び、該反射鏡２４と前記ＰＢＳ２１との間の光路
上に置かれた偏波面を回転させるための１／４波長板２
５で構成し、（ハ）偏波分離干渉手段３を前記それぞれ
の反射鏡２２、２４によって前記ＰＢＳ２１に戻され合
波されたＸ1 偏光及びＹ1 偏光と前記ＡＯＭ１２で変調
された直交偏光とを合波するＢＳ３１、及び、該ＢＳ３
１で合波された光を互いに直交するＸ2 偏光及びＹ2 偏
光に分離するＰＢＳ３２で構成し、（ニ）位相比較手段
４を該ＰＢＳ３２で分離されたＸ2 偏光及びＹ2 偏光を
それぞれ受光する受光器４１、４２及び、該受光器４
１、４２からの二つの計測ビート信号をうけて位相を比
較し位相差を出力する位相比較器４３で構成している。 【００１４】第１の実施例の動作を説明する。入射光は
ＰＢＳでの分波に対して十分な両偏光成分を持つもので
一定の偏光状態を保持するコヒーレント光とする。ここ
では、入射光が最も単純な例の一つである４５°直線偏
光であるとして動作を説明する。また、ＰＢＳで反射す
る偏光成分をｘ、透過する偏光成分をｙとする。 【００１５】ＢＳ１１に入射した位相ωｔの光は分波さ
れ、一方の光はＡＯＭ１２で変調されてＢＳ３１に達す
る。該ＢＳ３１の位置での前記一方の光（参照光）の偏
光成分ｘ2 、ｙ2 の位相は、 ｘ2 ； （ω＋Δω）
ｔ−φ0 ｙ2 ； （ω＋Δω）ｔ−φ0 となる。ここで、ω；入射光の角周波数、Δω；ＡＯＭ
での周波数シフト、φ0 ；ＢＳ１１−ＢＳ３１間での位
相回転（空気のゆらぎ等の影響を含む）、ｔ；時間であ
る。 【００１６】他方の光は反射鏡１３で反射し、ＰＢＳ２
１で互いに直交するＸ1 偏光及びＹ1 偏光に分離する。
該Ｘ1 偏光はＰＢＳ２１で反射し、１／４波長板２３を
透過した後反射鏡２２で反射し、再び前記１／４波長板
２３を透過し前記ＰＢＳ２１に達するが、１／４波長板
２３を二回透過しているために偏波面が９０°回転して
おり、今度はＰＢＳ２１を透過して前記ＢＳ３１に達す
る。前記Ｙ1 偏光はＰＢＳ２１を透過し、１／４波長板
２５を透過した後反射鏡２４で反射し、再び前記１／４
波長板２５を透過し前記ＰＢＳ２１に達するが、１／４
波長板２５を二回透過しているために偏波面が９０°回
転しており、今度はＰＢＳ２１で反射して前記ＢＳ３１
に達する。ＢＳ３１に到った光（プローブ光）の偏光成
分ｘ3 、ｙ3 の位相は、 ｘ3 ； ωｔ−φ1 −２ｋｌ1 ｙ3 ； ωｔ−φ1 −２ｋｌ2 となる。ここで、ω；入射光の角周波数、ｔ；時間、φ
1 ；ＢＳ１１−ＰＢＳ２１−ＢＳ３１間（共通光路）で
の位相回転（空気のゆらぎ等の影響を含む）、ｋ；波
数、ｌ1 ；ＰＢＳ２１−反射鏡２４間の光路長、ｌ2 ；
ＰＢＳ２１−反射鏡２２間の光路長である。 【００１７】ＢＳ３１に達した前記参照光とプローブ光
はＢＳ３１で合波された後ＰＢＳ３２で互いに直交する
Ｘ2 偏光ｘ2 ｘ3 及びＹ2 偏光ｙ2 ｙ3 に分波され、そ
れぞれ受光器４１、４２で検出される。Ｘ2 偏光ｘ2 ｘ
3 及びＹ2 偏光ｙ2 ｙ3 はそれぞれビートを生じてお
り、受光器４１、４２から出力されるビート信号の位相
は、 受光器４１； Δωｔ＋φ1 −φ0 ＋２ｋｌ1 受光器４２； Δωｔ＋φ1 −φ0 ＋２ｋｌ2 となる。両ビート信号は位相比較器４３で位相が比較さ
れ、出力位相差 ２ｋ（ｌ2 −ｌ1 ） が得られる。ｋとｌ1 が既知であればｌ2 が求められ
る。以上、入射光を４５°直線偏光であるとして説明し
たが、他の偏光のときも同様である。 【００１８】前述のように、出力位相差には空気のゆら
ぎ等の影響を含む光路での位相回転φ0 、φ1 が含まれ
ない。つまり、参照光とプローブ光とは異なる光路を伝
搬するにも関わらず、ＰＢＳ２１での分波から合波まで
の間以外では、原理的には空気のゆらぎ等の影響を受け
ない。これは、受光器４１、４２の受光ビート信号は各
々ゆらぎの影響を受けるが、そのゆらぎが同相であるた
め、位相比較の段階で相殺されるためである。なお、第
１の実施例の装置に使用されている光学部品の中で、製
造上の問題あるいは価格の関係から、その性能の不完全
さにより、測定精度に大きな影響を及ぼすのはＰＢＳで
ある。第１の実施例の装置においては、ＰＢＳ３２と受
光器４１との間及びＰＢＳ３２と受光器４２との間に偏
光子等をそれぞれ配置すれば、ＰＢＳ３２の性能の不完
全さにより混入した不要な偏光成分をカットできる。 【００１９】図３はこの発明の第２の実施例を示す概略
構成図である。第２の実施例の干渉計は、第１の実施例
の干渉計の（ハ）偏波分離干渉手段３をＰＢＳ２１に戻
され合波された直交偏光及び前記ＡＯＭ１２で変調され
た直交偏光をそれぞれ互いに直交するＸ2 偏光及びＹ2
偏光に分離するＰＢＳ３３、該ＰＢＳ３３で二方向に出
射した光の光路上にそれぞれ置かれ、各光が含むそれぞ
れ互いに直交するＸ2 偏光及びＹ2 偏光から同偏波面の
成分を取り出す偏光子３４、３５で構成したものであ
り、（イ）二周波光発生手段１、（ロ）位相差発生手段
２、（ニ）位相比較手段４は第１の実施例の干渉計と同
じである。 【００２０】第２の実施例の動作を説明する。 （ハ）偏波分離干渉手段３に入射する参照光の偏光成分
ｘ2 、ｙ2 の位相は、第１の実施例と同じく、 ｘ2 ； （ω＋Δω）ｔ−φ0 ｙ2 ； （ω＋Δω）ｔ−φ0 であり、また、偏波分離干渉手段３に入射するプローブ
光の偏光成分ｘ3 、ｙ3 の位相は、第１の実施例と同じ
く、 ｘ3 ； ωｔ−φ1 −２ｋｌ1 ｙ3 ； ωｔ−φ1 −２ｋｌ2 である。偏波分離干渉手段３に入射した前記参照光とプ
ローブ光はＰＢＳ３３でそれぞれ互いに直交するＸ2 偏
光ｘ2 、ｘ3 及びＹ2 偏光ｙ2 、ｙ3 に分波されるが、
参照光とプローブ光とはＰＢＳ３３に入射する方向が異
なるので、ＰＢＳ３３から出射する二方向の光の偏光成
分は、一方がｘ2 ｙ3 、他方がｘ3 ｙ2 となる。 【００２１】偏光子３５は透過光の偏波面が偏光成分ｘ
2 、ｙ3 それぞれの偏波面に対して例えば４５°になる
ように配置されているので、偏光子３５からの出射光は
ｘ2及びｙ3 の同じ偏波面を持つ成分が合成されたもの
である。また、偏光子３４も透過光の偏波面が偏光成分
ｘ3 、ｙ2 それぞれの偏波面に対して例えば４５°にな
るように配置されているので、偏光子３４からの出射光
はｘ3 及びｙ2 の同じ偏波面を持つ成分が合成されたも
のである。偏光子３４、３５からの出射光はそれぞれ受
光器４１、４２で検出される。偏光ｘ2 ｙ3 及び偏光ｘ
3 ｙ2 はそれぞれビートを生じており、受光器４１、４
２から出力されるビート信号の位相は、第１の実施例と
同じく、 受光器４１； Δωｔ＋φ1 −φ0 ＋２ｋｌ1 受光器４２； Δωｔ＋φ1 −φ0 ＋２ｋｌ2 となる。両ビート信号は位相比較器４３で位相が比較さ
れ、出力位相差 ２ｋ（ｌ2 −ｌ1 ） が得られることも第１の実施例と同じである。 【００２２】図４はこの発明の第３の実施例を示す概略
構成図である。第３の実施例の干渉計は、この発明の干
渉計をマイケルソン型干渉計としたもので、（イ）二周
波光発生手段１を入射する直交偏光を二方向に分岐する
ＢＳ１４、該ＢＳ１４で分岐された一方の直交偏光を変
調するＡＯＭ１５、及び、該ＡＯＭ１５を通過した直交
偏光が再び前記ＡＯＭ１５を通過して前記ＢＳ１４に入
射するように光路を変更する反射鏡１６で構成し、
（ロ）位相差発生手段２を前記ＢＳ１４からの直交偏光
を受けて互いに直交するＸ1 偏光及びＹ1 偏光に分離し
後に合波するＰＢＳ２１、該ＰＢＳ２１で反射されたＸ
1 偏光を反射して前記ＰＢＳ２１に戻す反射鏡２２、及
び、前記ＰＢＳ２１を透過したＹ1 偏光を反射して前記
ＰＢＳ２１に戻す反射鏡２４で構成し、（ハ）偏波分離
干渉手段３を前記それぞれの反射鏡２２、２４によって
前記ＰＢＳ２１に戻され合波されたＸ1偏光及びＹ1 偏
光と前記ＡＯＭ１５で変調された直交偏光とを合波する
ＢＳ１４、及び、該ＢＳ１４で合波された光を互いに直
交するＸ2 偏光及びＹ2 偏光に分離するＰＢＳ３２で構
成し、（ニ）位相比較手段４を該ＰＢＳ３２で分離され
たＸ2 偏光及びＹ2 偏光をそれぞれ受光する受光器４
１、４２及び、該受光器４１、４２からの二つの計測ビ
ート信号をうけて位相を比較し位相差を出力する位相比
較器４３で構成している。 【００２３】第３の実施例の動作を説明する。ＢＳ１４
に入射した位相ωｔの光は分波され、一方の光はＡＯＭ
１５を通過した後反射鏡１６で反射され、再びＡＯＭ１
５を通過して前記ＢＳ１４に達する。該ＢＳ１４の位置
での前記一方の光（参照光）の偏光成分ｘ2 、ｙ2 の位
相は、 ｘ2 ； （ω＋２Δω）ｔ−φ0 ｙ2 ； （ω＋２Δω）ｔ−φ0 となる。ここで、ω；入射光の角周波数、Δω；ＡＯＭ
での周波数シフト、φ0 ；ＢＳ１４−反射鏡１６−ＢＳ
１４間での位相回転（空気のゆらぎ等の影響を含む）、
ｔ；時間である。 【００２４】他方の光はＰＢＳ２１で互いに直交するＸ
1 偏光及びＹ1 偏光に分離する。該Ｘ1 偏光はＰＢＳ２
１で反射した後反射鏡２２で反射し前記ＰＢＳ２１に達
し、再びＰＢＳ２１で反射して前記ＢＳ１４に達する。
前記Ｙ1 偏光はＰＢＳ２１を透過した後反射鏡２４で反
射前記ＰＢＳ２１に達し、再びＰＢＳ２１を透過して前
記ＢＳ１４に達する。ＢＳ１４に到った光（プローブ
光）の偏光成分ｘ3 、ｙ3 の位相は、 ｘ3 ； ωｔ−φ1 −２ｋｌ1 ｙ3 ； ωｔ−φ1 −２ｋｌ2 となる。ここで、ω；入射光の角周波数、ｔ；時間、φ
1 ；ＢＳ１４−ＰＢＳ２１−ＢＳ１４間（共通光路）で
の位相回転（空気のゆらぎ等の影響を含む）、ｋ；波
数、ｌ1 ；ＰＢＳ２１−反射鏡２２間の光路長、ｌ2 ；
ＰＢＳ２１−反射鏡２４間の光路長である。 【００２５】ＢＳ１４に達した前記参照光とプローブ光
はＢＳ１４で合波された後ＰＢＳ３２で互いに直交する
Ｘ2 偏光ｘ2 ｘ3 及びＹ2 偏光ｙ2 ｙ3 に分波され、そ
れぞれ受光器４１、４２で検出される。Ｘ2 偏光ｘ2 ｘ
3 及びＹ2 偏光ｙ2 ｙ3 はそれぞれビートを生じてお
り、受光器４１、４２から出力されるビート信号の位相
は、 受光器４１； ２Δωｔ＋φ1 −φ0 ＋２ｋｌ2 受光器４２； ２Δωｔ＋φ1 −φ0 ＋２ｋｌ1 となる。両ビート信号は位相比較器４３で位相が比較さ
れ、出力位相差 ２ｋ（ｌ2 −ｌ1 ） が得られる。 【００２６】第３の実施例のようにマイケルソン型干渉
計とすることで、構造は更に簡単になる。その上、第３
の実施例の装置において、ＰＢＳ２１と反射鏡２２との
間、ＰＢＳ２１と反射鏡２４との間、ＰＢＳ３２と受光
器４１との間及びＰＢＳ３２と受光器４２との間に偏光
子等をそれぞれ配置すれば、ＰＢＳの性能の不完全さに
よる不要な偏光成分の混入がカットできる。 【００２７】以上、実施例として三つの例を挙げた。い
ずれも、位相差発生手段２においてＸ偏光成分及びＹ偏
光成分は二方向に分離されて、別々の光路を伝搬する構
成のものである。しかし、本発明は、作用の項で触れた
ように、位相差発生手段２においてＸ偏光成分及びＹ偏
光成分が同じ光路を伝搬しながら位相差を生ずる構成と
することもできる。例えば、位相差発生手段２を周囲の
温度が変化するとＸ偏光成分及びＹ偏光成分の伝搬速度
の差が変化するような複屈折ファイバで構成すれば本発
明の直交偏光ヘテロダイン干渉計を用いた温度計とな
る。 【００２８】 【発明の効果】以上述べたように、この発明の直交偏光
ヘテロダイン干渉計は、従来の直交偏光ヘテロダイン干
渉計が周波数の異なる直交偏光を同一光路に沿って伝搬
させその偏光間の光路差を干渉によって検出しているの
に対して、同一周波数の直交偏光間の光路差を周波数の
異なる参照光との干渉を利用して検出することとした。
このことにより、光学系内の空気のゆらぎ、機械的振動
等によって生じる誤差を著しく抑えるという従来の直交
偏光ヘテロダイン干渉計の特長を損なうことなく、参照
光とプローブ光とがそれぞれ別の光路を伝搬する構成と
することができ、各光への個別の操作（変調、位相補償
等）に対する自由度及び構造上の自由度が高められた。
構造上の自由度の高さは第３の実施例に示したマイケル
ソン型干渉計への変形の容易さからも明らかである。ま
た、この発明による構造の簡単化は、干渉計の小型化、
光学系の調整の容易化、光学系の調整の不完全さと光学
部品の不完全さとによる測定誤差の減少をもたらし、よ
り実用的かつ安定な光波の位相差計測が可能となる。
定手段である直交偏光ヘテロダイン干渉計に関する。と
りわけ、本発明は干渉計の光路中に生ずる光路長のゆら
ぎ等のノイズ発生要因をできるだけ除去した干渉計の構
造に関するものであるから、本発明を応用することで、
光波の位相変化に変換される温度、圧力等の様々な物理
量計測が可能となる。 【０００２】 【従来の技術】図５に従来の直交偏光ヘテロダイン干渉
計の構成を示す。偏光ビームスプリッタ（Ｐｏｌａｒｉ
ｚｅｄ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ、以後ＰＢＳとい
う）５１にはＰＢＳ５１での分波に対し、十分な両偏光
成分を持つもので一定の偏光状態を保持するコヒーレン
ト光が入射される。ここでは最も単純な例の一つである
４５°の直線偏光が入射されたとする。入射された４５
°の直線偏光の直交する二つの成分をそれぞれｘ偏光成
分、ｙ偏光成分とし、ｘ偏光成分はＰＢＳ５１で反射
し、ｙ偏光成分はＰＢＳ５１を透過するとする。 【０００３】ＰＢＳ５１で反射されたｘ偏光成分は音響
光学変調器（Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ Ｍｏｄｕｌ
ａｔｏｒ、以後ＡＯＭという）５２で変調され反射鏡５
３で反射されてＰＢＳ５５に達する。一方、ＰＢＳ５１
を透過したｙ偏光成分は反射鏡５４で反射されてＰＢＳ
５５に達する。ＰＢＳ５５で合波された光は無偏光ビー
ムスプリッタ（Ｎｏｎ−Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｂｅａｍ
Ｓｐｌｉｔｔｅｒ、以後ＢＳという）５６でｘ偏光成
分及びｙ偏光成分をそれぞれ含んで二方向に分岐され、
一方はｘ偏光成分及びｙ偏光成分それぞれの偏光子５７
を透過する成分のみが受光器５８で受光される。該受光
器５８で受光される光はｘ偏光成分とｙ偏光成分とのビ
ート信号を含んでいる。このビート信号を第１のビート
信号と呼ぶことにする。 【０００４】他方はＰＢＳ５９に達し、ｘ偏光成分はＰ
ＢＳ５９で反射し１／４波長板６０を透過して反射鏡６
１で反射し、再び１／４波長板６０を透過する。一方、
ｙ偏光成分はＰＢＳ５９を透過し１／４波長板６２を透
過して反射鏡６３で反射し、再び１／４波長板６２を透
過する。ｘ偏光成分、ｙ偏光成分は共に１／４波長板６
０、６２を二回ずつ透過することでそれぞれ偏光面が９
０°回転する。従って、再度ＰＢＳ５９に入射したとき
はｘ偏光成分は透過し、ｙ偏光成分は反射して、ｘ偏光
成分、ｙ偏光成分は合波される。そして、合波された光
のｘ偏光成分及びｙ偏光成分それぞれの偏光子６４を透
過する成分のみが受光器６５で受光される。該受光器６
５で受光される光はｘ偏光成分とｙ偏光成分とのビート
信号を含んでいる。このビート信号を第２のビート信号
と呼ぶことにする。第２のビート信号には第１のビート
信号と同じＡＯＭ５２による変調の情報の他ＰＢＳ５９
から反射鏡６１までとＰＢＳ５９から反射鏡６３までと
の往復の光路長差の情報が含まれている。受光器５８及
び受光器６５で光から電気に変換された信号は位相比較
器６６で前記光路長差の情報が位相差として取り出され
る。 【０００５】また、前述の従来の直交偏光ヘテロダイン
干渉計がＰＢＳによって計測ビームと参照ビームとを分
離し、再び同じＰＢＳによって合波して計測ビート信号
を取り出しているため、ＰＢＳの性能の不完全さによる
計測ビート信号へのノイズの混入が有り、十分な分解能
が得られないことを問題点として指摘し、該問題点を解
決したものとして、光ヘテロダイン干渉計を表面形状測
定に応用した「光ヘテロダイン干渉表面形状測定装置」
（特開平２−１７６５１２号）がある。前記ＰＢＳの性
能の不完全さとは、Ｓ偏光についてはその透過をほぼ完
全に遮断（０．００４％透過）して反射するが、Ｐ偏光
については１．０６％ものＰ偏光がＳ偏光と同じ方向へ
反射されるとともに、２回の反射により更に逆方向へ約
０．０２％のＰ偏光が反射されてしまうということであ
る。Ｓ偏光へのＰ偏光の混入及びＰ偏光へのＳ偏光の混
入によって計測ビート信号にノイズが含まれることにな
る。ＰＢＳの性能の不完全さによる計測ビート信号への
ノイズの混入を避けるために、前記光ヘテロダイン干渉
表面形状測定装置は、計測ビームと参照ビームとを分離
し、それぞれ別の光路を伝搬するようにしていると共
に、同じ光路をＳ偏光とＰ偏光とがペアで伝搬すること
がないようにしている。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】直交偏光ヘテロダイン
干渉計は、参照光とプローブ光を同一光路を直交２偏光
として伝搬させることで、光学系内の空気のゆらぎ、機
械的振動によって生じる出力位相差を著しく抑える特徴
を有している。そのため、精密変位測定等への利用が期
待されてきたが、構造が複雑である、応用上、参照
光とプローブ光とが同一光路を伝搬するため、各偏光へ
の個別の操作（変調、位相補償等）に対する自由度並び
に構造上の自由度が少ない、という理由から、利用分野
が大幅に限定されていた。また、ＰＢＳの性能の不完
全さによる計測ビート信号へのノイズの混入が有り、十
分な分解能が得られない、という問題もある。 【０００７】前記「光ヘテロダイン干渉表面形状測定装
置」（特開平２−１７６５１２号）はの問題を解決し
たが、計測ビームと参照ビームとを分離し、それぞれ別
の光路を伝搬するようにしていると共に、同じ光路をＳ
偏光とＰ偏光とがペアで伝搬することがないような構成
としたので、特開平２−１７６５１２号公報の第８頁左
下欄第１０行〜第１４行に「なお、上述したように計測
ビームＬM および参照ビームＬR を互いに異なる光路で
伝播させると、空気の乱れ等による影響を受け易くなる
ため、前述した各実施例では何れも装置自体が完全密封
されている。」とあるように、直交偏光ヘテロダイン干
渉計の、光学系内の空気のゆらぎ、機械的振動によって
生じる出力位相差を著しく抑えるという特長が損なわれ
てしまっている。 【０００８】この発明の目的は、前述の問題を解決し、
光学系内の空気のゆらぎ、機械的振動等によって生じる
出力位相差を従来のものと同程度に抑えながら、参照光
とプローブ光とがそれぞれ別の光路を伝搬する、ＰＢＳ
の性能の不完全さによる計測ビート信号へのノイズの混
入の少ない、構成の簡単な直交偏光ヘテロダイン干渉計
を提供することである。 【０００９】 【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めにこの発明の直交偏光ヘテロダイン干渉計は、従来の
直交偏光ヘテロダイン干渉計が周波数の異なる直交偏光
を同一光路に沿って伝搬させその偏光間の光路差を干渉
によって検出しているのに対して、同一周波数の直交偏
光間の光路差を周波数の異なる参照光との干渉を利用し
て検出する。そのために、この発明の直交偏光ヘテロダ
イン干渉計は、周波数が異なる、それぞれが単色でかつ
偏光状態が一定の、コヒーレントな第１及び第２の光ビ
ームを出射する二周波光発生手段と、前記第１の光ビー
ムを受けて互いに直交するＸ偏光及びＹ偏光に分離し、
両偏光の間に生じた位相差を有する第３の光ビームを出
射する位相差発生手段と、前記第２の光ビームと前記第
３の光ビームとを受け、それぞれを前記Ｘ偏光と同じ偏
光面を有する第４の光ビームと前記Ｙ偏光と同じ偏光面
を有する第５の光ビームとに分離してそれぞれを出射す
る偏波分離干渉手段と、前記第４及び第５の光ビームを
受けて前記位相差を検出する位相比較手段とを備えてい
る。 【００１０】 【作用】周波数が異なりかつコヒーレントな第１の光ビ
ームｘ1 ｙ1 （Ｘ偏光成分をｘ、Ｙ偏光成分をｙで表
す）及び第２の光ビームｘ2 ｙ2 を出射する二周波光発
生手段１から出射した第１の光ビームｘ1 ｙ1 は位相差
発生手段２で互いに直交するＸ偏光ｘ1 及びＹ偏光ｙ1
に分離されて、それぞれ別の条件の光路を伝搬すること
で両偏光の間に位相差を生じた後、合波して第３の光ビ
ームｘ3 ｙ3 として偏波分離干渉手段３から出射する。
なお、位相差発生手段２でいう「Ｘ偏光ｘ1 及びＹ偏光
ｙ1 に分離される」とは、それぞれの光路が別になるこ
とだけでなく、同じ光路を伝搬しながらもＸ偏光成分及
びＹ偏光成分への作用がそれぞれ異なるために一方の偏
光成分が他方の偏光成分と比べて遅延する状態を含む。
また、「別の条件の光路」とは、別々の光路だけでな
く、同じ光路でありながらＸ偏光成分及びＹ偏光成分へ
の作用がそれぞれ異なる光路（例えば、複屈折性を有す
る光路）を含む。 【００１１】前記二周波光発生手段１から出射した第２
の光ビームｘ2 ｙ2 と前記位相差発生手段２から出射し
た第３の光ビームｘ3 ｙ3 とは偏波分離干渉手段３にお
いてそれぞれ前記Ｘ偏光と同じ偏向面を有する第４の光
ビームｘ2 ｘ3 と前記Ｙ偏光と同じ偏向面を有する第５
の光ビームｙ2 ｙ3 とに分離される。前記第４の光ビー
ムｘ2 ｘ3 はその偏光成分ｘ2 及びｘ3 の偏光面が同じ
であり、周波数が異なるのでビートを生じている。ま
た、前記第５の光ビームｙ2 ｙ3 もその偏光成分ｙ2 及
びｙ3 の偏光面が同じであり、周波数が異なるのでビー
トを生じている。 【００１２】ここで、偏光成分ｘ2 及びｙ2 は周波数及
び位相が同じであり、偏光成分ｘ3及びｙ3 は周波数は
同じであるが位相は、前述のように別の条件の光路を伝
搬しているので、異なる。従って、第４の光ビームｘ2
ｘ3 と第５の光ビームｙ2 ｙ3 とから位相比較手段４に
おいて前記別々の光路を伝搬したことで生じた位相差が
検出される。 【００１３】 【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図２はこの発明の第１の実施例を示す概略構成図
である。第１の実施例の干渉計は、（イ）二周波光発生
手段１を入射する直交偏光を二方向に分岐するＢＳ１
１、該ＢＳ１１で分岐された一方の直交偏光を変調する
ＡＯＭ１２、及び、該ＢＳ１１で分岐された他方の直交
偏光の光路を変更する反射鏡１３で構成し、（ロ）位相
差発生手段２を前記１３からの直交偏光を受けて互いに
直交するＸ1 偏光及びＹ1 偏光に分離し後に合波するＰ
ＢＳ２１、該ＰＢＳ２１で反射されたＸ1 偏光を反射し
て前記ＰＢＳ２１に戻す反射鏡２２、該反射鏡２２と前
記ＰＢＳ２１との間の光路上に置かれた偏波面を回転さ
せるための１／４波長板２３、前記ＰＢＳ２１を透過し
たＹ1 偏光を反射して前記ＰＢＳ２１に戻す反射鏡２
４、及び、該反射鏡２４と前記ＰＢＳ２１との間の光路
上に置かれた偏波面を回転させるための１／４波長板２
５で構成し、（ハ）偏波分離干渉手段３を前記それぞれ
の反射鏡２２、２４によって前記ＰＢＳ２１に戻され合
波されたＸ1 偏光及びＹ1 偏光と前記ＡＯＭ１２で変調
された直交偏光とを合波するＢＳ３１、及び、該ＢＳ３
１で合波された光を互いに直交するＸ2 偏光及びＹ2 偏
光に分離するＰＢＳ３２で構成し、（ニ）位相比較手段
４を該ＰＢＳ３２で分離されたＸ2 偏光及びＹ2 偏光を
それぞれ受光する受光器４１、４２及び、該受光器４
１、４２からの二つの計測ビート信号をうけて位相を比
較し位相差を出力する位相比較器４３で構成している。 【００１４】第１の実施例の動作を説明する。入射光は
ＰＢＳでの分波に対して十分な両偏光成分を持つもので
一定の偏光状態を保持するコヒーレント光とする。ここ
では、入射光が最も単純な例の一つである４５°直線偏
光であるとして動作を説明する。また、ＰＢＳで反射す
る偏光成分をｘ、透過する偏光成分をｙとする。 【００１５】ＢＳ１１に入射した位相ωｔの光は分波さ
れ、一方の光はＡＯＭ１２で変調されてＢＳ３１に達す
る。該ＢＳ３１の位置での前記一方の光（参照光）の偏
光成分ｘ2 、ｙ2 の位相は、 ｘ2 ； （ω＋Δω）
ｔ−φ0 ｙ2 ； （ω＋Δω）ｔ−φ0 となる。ここで、ω；入射光の角周波数、Δω；ＡＯＭ
での周波数シフト、φ0 ；ＢＳ１１−ＢＳ３１間での位
相回転（空気のゆらぎ等の影響を含む）、ｔ；時間であ
る。 【００１６】他方の光は反射鏡１３で反射し、ＰＢＳ２
１で互いに直交するＸ1 偏光及びＹ1 偏光に分離する。
該Ｘ1 偏光はＰＢＳ２１で反射し、１／４波長板２３を
透過した後反射鏡２２で反射し、再び前記１／４波長板
２３を透過し前記ＰＢＳ２１に達するが、１／４波長板
２３を二回透過しているために偏波面が９０°回転して
おり、今度はＰＢＳ２１を透過して前記ＢＳ３１に達す
る。前記Ｙ1 偏光はＰＢＳ２１を透過し、１／４波長板
２５を透過した後反射鏡２４で反射し、再び前記１／４
波長板２５を透過し前記ＰＢＳ２１に達するが、１／４
波長板２５を二回透過しているために偏波面が９０°回
転しており、今度はＰＢＳ２１で反射して前記ＢＳ３１
に達する。ＢＳ３１に到った光（プローブ光）の偏光成
分ｘ3 、ｙ3 の位相は、 ｘ3 ； ωｔ−φ1 −２ｋｌ1 ｙ3 ； ωｔ−φ1 −２ｋｌ2 となる。ここで、ω；入射光の角周波数、ｔ；時間、φ
1 ；ＢＳ１１−ＰＢＳ２１−ＢＳ３１間（共通光路）で
の位相回転（空気のゆらぎ等の影響を含む）、ｋ；波
数、ｌ1 ；ＰＢＳ２１−反射鏡２４間の光路長、ｌ2 ；
ＰＢＳ２１−反射鏡２２間の光路長である。 【００１７】ＢＳ３１に達した前記参照光とプローブ光
はＢＳ３１で合波された後ＰＢＳ３２で互いに直交する
Ｘ2 偏光ｘ2 ｘ3 及びＹ2 偏光ｙ2 ｙ3 に分波され、そ
れぞれ受光器４１、４２で検出される。Ｘ2 偏光ｘ2 ｘ
3 及びＹ2 偏光ｙ2 ｙ3 はそれぞれビートを生じてお
り、受光器４１、４２から出力されるビート信号の位相
は、 受光器４１； Δωｔ＋φ1 −φ0 ＋２ｋｌ1 受光器４２； Δωｔ＋φ1 −φ0 ＋２ｋｌ2 となる。両ビート信号は位相比較器４３で位相が比較さ
れ、出力位相差 ２ｋ（ｌ2 −ｌ1 ） が得られる。ｋとｌ1 が既知であればｌ2 が求められ
る。以上、入射光を４５°直線偏光であるとして説明し
たが、他の偏光のときも同様である。 【００１８】前述のように、出力位相差には空気のゆら
ぎ等の影響を含む光路での位相回転φ0 、φ1 が含まれ
ない。つまり、参照光とプローブ光とは異なる光路を伝
搬するにも関わらず、ＰＢＳ２１での分波から合波まで
の間以外では、原理的には空気のゆらぎ等の影響を受け
ない。これは、受光器４１、４２の受光ビート信号は各
々ゆらぎの影響を受けるが、そのゆらぎが同相であるた
め、位相比較の段階で相殺されるためである。なお、第
１の実施例の装置に使用されている光学部品の中で、製
造上の問題あるいは価格の関係から、その性能の不完全
さにより、測定精度に大きな影響を及ぼすのはＰＢＳで
ある。第１の実施例の装置においては、ＰＢＳ３２と受
光器４１との間及びＰＢＳ３２と受光器４２との間に偏
光子等をそれぞれ配置すれば、ＰＢＳ３２の性能の不完
全さにより混入した不要な偏光成分をカットできる。 【００１９】図３はこの発明の第２の実施例を示す概略
構成図である。第２の実施例の干渉計は、第１の実施例
の干渉計の（ハ）偏波分離干渉手段３をＰＢＳ２１に戻
され合波された直交偏光及び前記ＡＯＭ１２で変調され
た直交偏光をそれぞれ互いに直交するＸ2 偏光及びＹ2
偏光に分離するＰＢＳ３３、該ＰＢＳ３３で二方向に出
射した光の光路上にそれぞれ置かれ、各光が含むそれぞ
れ互いに直交するＸ2 偏光及びＹ2 偏光から同偏波面の
成分を取り出す偏光子３４、３５で構成したものであ
り、（イ）二周波光発生手段１、（ロ）位相差発生手段
２、（ニ）位相比較手段４は第１の実施例の干渉計と同
じである。 【００２０】第２の実施例の動作を説明する。 （ハ）偏波分離干渉手段３に入射する参照光の偏光成分
ｘ2 、ｙ2 の位相は、第１の実施例と同じく、 ｘ2 ； （ω＋Δω）ｔ−φ0 ｙ2 ； （ω＋Δω）ｔ−φ0 であり、また、偏波分離干渉手段３に入射するプローブ
光の偏光成分ｘ3 、ｙ3 の位相は、第１の実施例と同じ
く、 ｘ3 ； ωｔ−φ1 −２ｋｌ1 ｙ3 ； ωｔ−φ1 −２ｋｌ2 である。偏波分離干渉手段３に入射した前記参照光とプ
ローブ光はＰＢＳ３３でそれぞれ互いに直交するＸ2 偏
光ｘ2 、ｘ3 及びＹ2 偏光ｙ2 、ｙ3 に分波されるが、
参照光とプローブ光とはＰＢＳ３３に入射する方向が異
なるので、ＰＢＳ３３から出射する二方向の光の偏光成
分は、一方がｘ2 ｙ3 、他方がｘ3 ｙ2 となる。 【００２１】偏光子３５は透過光の偏波面が偏光成分ｘ
2 、ｙ3 それぞれの偏波面に対して例えば４５°になる
ように配置されているので、偏光子３５からの出射光は
ｘ2及びｙ3 の同じ偏波面を持つ成分が合成されたもの
である。また、偏光子３４も透過光の偏波面が偏光成分
ｘ3 、ｙ2 それぞれの偏波面に対して例えば４５°にな
るように配置されているので、偏光子３４からの出射光
はｘ3 及びｙ2 の同じ偏波面を持つ成分が合成されたも
のである。偏光子３４、３５からの出射光はそれぞれ受
光器４１、４２で検出される。偏光ｘ2 ｙ3 及び偏光ｘ
3 ｙ2 はそれぞれビートを生じており、受光器４１、４
２から出力されるビート信号の位相は、第１の実施例と
同じく、 受光器４１； Δωｔ＋φ1 −φ0 ＋２ｋｌ1 受光器４２； Δωｔ＋φ1 −φ0 ＋２ｋｌ2 となる。両ビート信号は位相比較器４３で位相が比較さ
れ、出力位相差 ２ｋ（ｌ2 −ｌ1 ） が得られることも第１の実施例と同じである。 【００２２】図４はこの発明の第３の実施例を示す概略
構成図である。第３の実施例の干渉計は、この発明の干
渉計をマイケルソン型干渉計としたもので、（イ）二周
波光発生手段１を入射する直交偏光を二方向に分岐する
ＢＳ１４、該ＢＳ１４で分岐された一方の直交偏光を変
調するＡＯＭ１５、及び、該ＡＯＭ１５を通過した直交
偏光が再び前記ＡＯＭ１５を通過して前記ＢＳ１４に入
射するように光路を変更する反射鏡１６で構成し、
（ロ）位相差発生手段２を前記ＢＳ１４からの直交偏光
を受けて互いに直交するＸ1 偏光及びＹ1 偏光に分離し
後に合波するＰＢＳ２１、該ＰＢＳ２１で反射されたＸ
1 偏光を反射して前記ＰＢＳ２１に戻す反射鏡２２、及
び、前記ＰＢＳ２１を透過したＹ1 偏光を反射して前記
ＰＢＳ２１に戻す反射鏡２４で構成し、（ハ）偏波分離
干渉手段３を前記それぞれの反射鏡２２、２４によって
前記ＰＢＳ２１に戻され合波されたＸ1偏光及びＹ1 偏
光と前記ＡＯＭ１５で変調された直交偏光とを合波する
ＢＳ１４、及び、該ＢＳ１４で合波された光を互いに直
交するＸ2 偏光及びＹ2 偏光に分離するＰＢＳ３２で構
成し、（ニ）位相比較手段４を該ＰＢＳ３２で分離され
たＸ2 偏光及びＹ2 偏光をそれぞれ受光する受光器４
１、４２及び、該受光器４１、４２からの二つの計測ビ
ート信号をうけて位相を比較し位相差を出力する位相比
較器４３で構成している。 【００２３】第３の実施例の動作を説明する。ＢＳ１４
に入射した位相ωｔの光は分波され、一方の光はＡＯＭ
１５を通過した後反射鏡１６で反射され、再びＡＯＭ１
５を通過して前記ＢＳ１４に達する。該ＢＳ１４の位置
での前記一方の光（参照光）の偏光成分ｘ2 、ｙ2 の位
相は、 ｘ2 ； （ω＋２Δω）ｔ−φ0 ｙ2 ； （ω＋２Δω）ｔ−φ0 となる。ここで、ω；入射光の角周波数、Δω；ＡＯＭ
での周波数シフト、φ0 ；ＢＳ１４−反射鏡１６−ＢＳ
１４間での位相回転（空気のゆらぎ等の影響を含む）、
ｔ；時間である。 【００２４】他方の光はＰＢＳ２１で互いに直交するＸ
1 偏光及びＹ1 偏光に分離する。該Ｘ1 偏光はＰＢＳ２
１で反射した後反射鏡２２で反射し前記ＰＢＳ２１に達
し、再びＰＢＳ２１で反射して前記ＢＳ１４に達する。
前記Ｙ1 偏光はＰＢＳ２１を透過した後反射鏡２４で反
射前記ＰＢＳ２１に達し、再びＰＢＳ２１を透過して前
記ＢＳ１４に達する。ＢＳ１４に到った光（プローブ
光）の偏光成分ｘ3 、ｙ3 の位相は、 ｘ3 ； ωｔ−φ1 −２ｋｌ1 ｙ3 ； ωｔ−φ1 −２ｋｌ2 となる。ここで、ω；入射光の角周波数、ｔ；時間、φ
1 ；ＢＳ１４−ＰＢＳ２１−ＢＳ１４間（共通光路）で
の位相回転（空気のゆらぎ等の影響を含む）、ｋ；波
数、ｌ1 ；ＰＢＳ２１−反射鏡２２間の光路長、ｌ2 ；
ＰＢＳ２１−反射鏡２４間の光路長である。 【００２５】ＢＳ１４に達した前記参照光とプローブ光
はＢＳ１４で合波された後ＰＢＳ３２で互いに直交する
Ｘ2 偏光ｘ2 ｘ3 及びＹ2 偏光ｙ2 ｙ3 に分波され、そ
れぞれ受光器４１、４２で検出される。Ｘ2 偏光ｘ2 ｘ
3 及びＹ2 偏光ｙ2 ｙ3 はそれぞれビートを生じてお
り、受光器４１、４２から出力されるビート信号の位相
は、 受光器４１； ２Δωｔ＋φ1 −φ0 ＋２ｋｌ2 受光器４２； ２Δωｔ＋φ1 −φ0 ＋２ｋｌ1 となる。両ビート信号は位相比較器４３で位相が比較さ
れ、出力位相差 ２ｋ（ｌ2 −ｌ1 ） が得られる。 【００２６】第３の実施例のようにマイケルソン型干渉
計とすることで、構造は更に簡単になる。その上、第３
の実施例の装置において、ＰＢＳ２１と反射鏡２２との
間、ＰＢＳ２１と反射鏡２４との間、ＰＢＳ３２と受光
器４１との間及びＰＢＳ３２と受光器４２との間に偏光
子等をそれぞれ配置すれば、ＰＢＳの性能の不完全さに
よる不要な偏光成分の混入がカットできる。 【００２７】以上、実施例として三つの例を挙げた。い
ずれも、位相差発生手段２においてＸ偏光成分及びＹ偏
光成分は二方向に分離されて、別々の光路を伝搬する構
成のものである。しかし、本発明は、作用の項で触れた
ように、位相差発生手段２においてＸ偏光成分及びＹ偏
光成分が同じ光路を伝搬しながら位相差を生ずる構成と
することもできる。例えば、位相差発生手段２を周囲の
温度が変化するとＸ偏光成分及びＹ偏光成分の伝搬速度
の差が変化するような複屈折ファイバで構成すれば本発
明の直交偏光ヘテロダイン干渉計を用いた温度計とな
る。 【００２８】 【発明の効果】以上述べたように、この発明の直交偏光
ヘテロダイン干渉計は、従来の直交偏光ヘテロダイン干
渉計が周波数の異なる直交偏光を同一光路に沿って伝搬
させその偏光間の光路差を干渉によって検出しているの
に対して、同一周波数の直交偏光間の光路差を周波数の
異なる参照光との干渉を利用して検出することとした。
このことにより、光学系内の空気のゆらぎ、機械的振動
等によって生じる誤差を著しく抑えるという従来の直交
偏光ヘテロダイン干渉計の特長を損なうことなく、参照
光とプローブ光とがそれぞれ別の光路を伝搬する構成と
することができ、各光への個別の操作（変調、位相補償
等）に対する自由度及び構造上の自由度が高められた。
構造上の自由度の高さは第３の実施例に示したマイケル
ソン型干渉計への変形の容易さからも明らかである。ま
た、この発明による構造の簡単化は、干渉計の小型化、
光学系の調整の容易化、光学系の調整の不完全さと光学
部品の不完全さとによる測定誤差の減少をもたらし、よ
り実用的かつ安定な光波の位相差計測が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の基本構成を示す図。
【図２】この発明の第１の実施例を示す概略構成図。
【図３】この発明の第２の実施例を示す概略構成図。
【図４】この発明の第３の実施例を示す概略構成図。
【図５】従来の直交偏光ヘテロダイン干渉計を示す図。
【符号の説明】
１ 二周波光発生手段
２ 位相差発生手段
３ 偏波分離干渉手段
４ 位相比較手段
１１ 無偏光ビームスプリッタ（ＢＳ）
１２ 音響光学変調器（ＡＯＭ）
１３ 反射鏡
１４ 無偏光ビームスプリッタ（ＢＳ）
１５ 音響光学変調器（ＡＯＭ）
１６ 反射鏡
２１ 偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
２２ 反射鏡
２３ １／４波長板
２４ 反射鏡
２５ １／４波長板
３１ 無偏光ビームスプリッタ（ＢＳ）
３２ 偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
３３ 偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
３４ 偏光子
３５ 偏光子
４１ 受光器
４２ 受光器
４３ 位相比較器
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 周波数が異なる、それぞれが単色でかつ
偏光状態が一定の、コヒーレントな第１及び第２の光ビ
ームを出射する二周波光発生手段（１）と、前記第１の
光ビームを受けて互いに直交するＸ偏光及びＹ偏光に分
離し、両偏光の間に生じた位相差を有する第３の光ビー
ムを出射する位相差発生手段（２）と、前記第２の光ビ
ームと前記第３の光ビームとを受け、それぞれを前記Ｘ
偏光と同じ偏光面を有する第４の光ビームと前記Ｙ偏光
と同じ偏光面を有する第５の光ビームとに分離してそれ
ぞれを出射する偏波分離干渉手段（３）と、前記第４及
び第５の光ビームを受けて前記位相差を検出する位相比
較手段（４）とを備えた直交偏光ヘテロダイン干渉計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27381792A JP3382644B2 (ja) | 1992-09-17 | 1992-09-17 | 直交偏光ヘテロダイン干渉計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27381792A JP3382644B2 (ja) | 1992-09-17 | 1992-09-17 | 直交偏光ヘテロダイン干渉計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06102009A JPH06102009A (ja) | 1994-04-12 |
| JP3382644B2 true JP3382644B2 (ja) | 2003-03-04 |
Family
ID=17532976
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27381792A Expired - Fee Related JP3382644B2 (ja) | 1992-09-17 | 1992-09-17 | 直交偏光ヘテロダイン干渉計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3382644B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7206069B2 (en) * | 2004-03-29 | 2007-04-17 | Lucent Technologies Inc. | Optical analyzers of polarization properties |
| JP4264667B2 (ja) * | 2007-02-16 | 2009-05-20 | ソニー株式会社 | 振動検出装置 |
-
1992
- 1992-09-17 JP JP27381792A patent/JP3382644B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06102009A (ja) | 1994-04-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7280221B2 (en) | High efficiency low coherence interferometry | |
| US6897962B2 (en) | Interferometer using beam re-tracing to eliminate beam walk-off | |
| US7355719B2 (en) | Interferometer for measuring perpendicular translations | |
| US5274436A (en) | Laser interferometer for measuring distance using a frequency difference between two laser beams | |
| US5767971A (en) | Apparatus for measuring refractive index of medium using light, displacement measuring system using the same apparatus, and direction-of-polarization rotating unit | |
| JP3382644B2 (ja) | 直交偏光ヘテロダイン干渉計 | |
| JPS61219803A (ja) | 物理量測定装置 | |
| JP3413945B2 (ja) | 縞計数変位干渉計 | |
| JPH11125503A (ja) | ヘテロダイン干渉計 | |
| JP3174985B2 (ja) | 光ファイバ・アレイを用いた差動型へテロダイン干渉計 | |
| JPH08278202A (ja) | 偏光解析用光学系装置及びこれを用いた偏光解析装置 | |
| JP3036951B2 (ja) | 光波干渉計測装置 | |
| JP2748198B2 (ja) | ヘテロダイン干渉計用高消光比直交２周波数光源 | |
| JPH05302809A (ja) | ２波長干渉測長装置 | |
| JPH07167606A (ja) | 干渉測定装置 | |
| JPH1144503A (ja) | 光波干渉測定装置 | |
| JPS61196103A (ja) | 変位計 | |
| JP2723977B2 (ja) | 回転速度測定方法 | |
| JPH02176512A (ja) | 光ヘテロダイン干渉表面形状測定装置 | |
| CN115560680A (zh) | 空间光学组件绝对距离和相对位移融合的测量系统 | |
| JPH04289401A (ja) | 二波動干渉計 | |
| JPH07110206A (ja) | 光ヘテロダイン干渉計 | |
| JPS6385302A (ja) | 光路長差測定装置 | |
| JPH0511881B2 (ja) | ||
| JPH01175099A (ja) | 光ファイバセンサ装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313532 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |