JPH01206283A - 光ヘテロダイン測定装置 - Google Patents
光ヘテロダイン測定装置Info
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- JPH01206283A JPH01206283A JP63031152A JP3115288A JPH01206283A JP H01206283 A JPH01206283 A JP H01206283A JP 63031152 A JP63031152 A JP 63031152A JP 3115288 A JP3115288 A JP 3115288A JP H01206283 A JPH01206283 A JP H01206283A
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/12—Reflex reflectors
- G02B5/122—Reflex reflectors cube corner, trihedral or triple reflector type
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- G—PHYSICS
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- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/02001—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties
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-
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- G01B9/02067—Active error reduction, i.e. varying with time by electronic control systems, i.e. using feedback acting on optics or light
- G01B9/02069—Synchronization of light source or manipulator and detector
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J9/00—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength
- G01J9/04—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength by beating two waves of a same source but of different frequency and measuring the phase shift of the lower frequency obtained
-
- G—PHYSICS
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- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B2290/00—Aspects of interferometers not specifically covered by any group under G01B9/02
- G01B2290/45—Multiple detectors for detecting interferometer signals
-
- G—PHYSICS
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- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、基準ビート信号と計測ビート信号との位相差
および周波数差に基づいて測定を行う形式の光ヘテロダ
イン測定装置に関するものである。
および周波数差に基づいて測定を行う形式の光ヘテロダ
イン測定装置に関するものである。
従来技術
互いに異なる周波数の２種類のレーザ光が合波された基
準ビート光と、その基準ビート光が計測部から戻される
ことにより形成される計測ビート光との周波数差または
位相差に基づいて、測定を行う形式の光ヘテロダイン測
定装置が知られている０通常、このような形式の光ヘテ
ロダイン測定装置においては、単一の基準ビート光が用
いられており、その基準ビート光のビート周波数は、そ
の基準ビート光を構成する２種類のレーザ光間の周波数
差であるから、それら２種類のレーザ光を出力するレー
ザ光出力装置における各発振周波数により定まる一定の
周波数であった。
準ビート光と、その基準ビート光が計測部から戻される
ことにより形成される計測ビート光との周波数差または
位相差に基づいて、測定を行う形式の光ヘテロダイン測
定装置が知られている０通常、このような形式の光ヘテ
ロダイン測定装置においては、単一の基準ビート光が用
いられており、その基準ビート光のビート周波数は、そ
の基準ビート光を構成する２種類のレーザ光間の周波数
差であるから、それら２種類のレーザ光を出力するレー
ザ光出力装置における各発振周波数により定まる一定の
周波数であった。
発明が解決すべき問題点
しかし、斯る従来の光ヘテロダイン測定装置においては
、基準ビート光の周波数に関連して測定対象物の測定精
度が充分得られなかったり或いは測定速度範囲が限定さ
れたりする不都合があった。
、基準ビート光の周波数に関連して測定対象物の測定精
度が充分得られなかったり或いは測定速度範囲が限定さ
れたりする不都合があった。
たとえば、上記基準ビート光のビート周波数が比較的高
い場合には高速にて移動する被測定物の速度を測定する
場合には、追従性は得られるが、測定の分解能が充分に
得られなかった。反対に、基準ビート光のビート周波数
が比較的低い場合には低速にて移動する被測定物の速度
を測定する場合には、測定の分解能は得られるが、被測
定物が高速にて移動する場合の追従性が充分でないため
、被測定部材の速度または位置が測定できない場合があ
ったのである。
い場合には高速にて移動する被測定物の速度を測定する
場合には、追従性は得られるが、測定の分解能が充分に
得られなかった。反対に、基準ビート光のビート周波数
が比較的低い場合には低速にて移動する被測定物の速度
を測定する場合には、測定の分解能は得られるが、被測
定物が高速にて移動する場合の追従性が充分でないため
、被測定部材の速度または位置が測定できない場合があ
ったのである。
問題点を解決するための手段
本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、
その目的とするところは、高速追従性および高い分解能
を備えた光ヘテロダイン測定装置を提供することにある
。
その目的とするところは、高速追従性および高い分解能
を備えた光ヘテロダイン測定装置を提供することにある
。
斯る目的を達成するため、本発明の要旨とするところは
、互いに異なる周波数の２種類のレーザ光が合波された
基準ビート光と、その基準ビート光が計測部から戻され
ることにより形成される計測ビート光との周波数差およ
び位相差に基づいて、測定を行う形式の光ヘテロダイン
測定装置であって、（ａ）第１ビート周波数を有する第
１基準ビート光とその第１ビート周波数よりも低い第２
ビート周波数を有する第２基準ビート光とを発生する光
源装置と、（ｂ）前記第１基準ビート光と、その第１基
準ビート光に基づいて形成される第１計測ビート光との
差周波数計数装置と、（Ｃ）前記第２基準ビート光と、
その第２基準ビート光に基づいて形成される第２計測ビ
ート光との位相差を検出する位相差検出装置とを、含む
ことにある。
、互いに異なる周波数の２種類のレーザ光が合波された
基準ビート光と、その基準ビート光が計測部から戻され
ることにより形成される計測ビート光との周波数差およ
び位相差に基づいて、測定を行う形式の光ヘテロダイン
測定装置であって、（ａ）第１ビート周波数を有する第
１基準ビート光とその第１ビート周波数よりも低い第２
ビート周波数を有する第２基準ビート光とを発生する光
源装置と、（ｂ）前記第１基準ビート光と、その第１基
準ビート光に基づいて形成される第１計測ビート光との
差周波数計数装置と、（Ｃ）前記第２基準ビート光と、
その第２基準ビート光に基づいて形成される第２計測ビ
ート光との位相差を検出する位相差検出装置とを、含む
ことにある。
作用および発明の効果
このようにすれば、相対的に周波数が高い第１基準ビー
ト光とこの第１基準ビート光に基づいて形成される第１
計測ビート光との周波数差が差周波数計数装置により計
数され、これによりλ／２単位の被測定部材の移動量が
専ら検出される。また、これとは独立に、相対的に周波
数が低い第２基準ビート光とこの第２基準ビート光に基
づいて形成される第２計測ビート光との位相差が位相差
検出装置により計数され、これによりλ／２以下の被測
定部材の移動量が専ら検出される。したがって、高速追
従性および高い分解能を同時に備えた光ヘテロダイン測
定装置が得られるのである。
ト光とこの第１基準ビート光に基づいて形成される第１
計測ビート光との周波数差が差周波数計数装置により計
数され、これによりλ／２単位の被測定部材の移動量が
専ら検出される。また、これとは独立に、相対的に周波
数が低い第２基準ビート光とこの第２基準ビート光に基
づいて形成される第２計測ビート光との位相差が位相差
検出装置により計数され、これによりλ／２以下の被測
定部材の移動量が専ら検出される。したがって、高速追
従性および高い分解能を同時に備えた光ヘテロダイン測
定装置が得られるのである。
実施例
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。
る。
第１図は、光ヘテロダイン方式によりコーナキューブプ
リズム６２の変位速度或いは変位−を測定する装置であ
る。図において、低２周波直交ゼーマンレーザなどから
成るレーザ光源１０からは、互いに偏波面が直交し且つ
周波数が異なる２種類の直線偏光を含むレーザ光が出力
される。無偏光ビームスプリッタ１２によって反射され
たレーザ光は、偏光子１４を通過させられた後、λ／４
板１６を通過させられる。これにより、レーザ光を構成
する２種類の直線偏光は円偏光に変換されて１種類とな
り、ミラー１８により反射されて周波数シフタ２０へ入
射させられる。
リズム６２の変位速度或いは変位−を測定する装置であ
る。図において、低２周波直交ゼーマンレーザなどから
成るレーザ光源１０からは、互いに偏波面が直交し且つ
周波数が異なる２種類の直線偏光を含むレーザ光が出力
される。無偏光ビームスプリッタ１２によって反射され
たレーザ光は、偏光子１４を通過させられた後、λ／４
板１６を通過させられる。これにより、レーザ光を構成
する２種類の直線偏光は円偏光に変換されて１種類とな
り、ミラー１８により反射されて周波数シフタ２０へ入
射させられる。
この周波数シフタ２０は、たとえば図に示すように、レ
ーザ光を分割する偏光ビームスプリッタ２２と、たとえ
ば、二酸化テルルやモリブデン酸塩などの単結晶または
ガラスから成り、上記偏光ビームスプリッタ２２により
分割されたレーザ光をそれぞれ回折させると同時に周波
数シフトさせる一対の音響光学素子２４．２６と、それ
ら一対の音響光学素子２４．２６を通過したレーザ光を
合波する偏光ビームスプリンタ２８とから構成される。
ーザ光を分割する偏光ビームスプリッタ２２と、たとえ
ば、二酸化テルルやモリブデン酸塩などの単結晶または
ガラスから成り、上記偏光ビームスプリッタ２２により
分割されたレーザ光をそれぞれ回折させると同時に周波
数シフトさせる一対の音響光学素子２４．２６と、それ
ら一対の音響光学素子２４．２６を通過したレーザ光を
合波する偏光ビームスプリンタ２８とから構成される。
上記一対の音響光学素子２４．２６においては、圧電素
子３０および３２から加えられる超音波の周波数に対応
して形成される周期的な屈折率変化により回折させられ
るとともに、超音波による一種のドツプラ効果により超
音波の周波数だけレーザ光の周波数がそれぞれシフトさ
せられて、音響光学素子２４．・２６を通過したレーザ
光の周波数差が大きくされる。このため、上記偏光ビー
ムスプリンタ２８により合波されることにより、比較的
高い第１基準ビート周波数ｆ□を有する第１基準ビート
光Ｂ１が発生するのである。上記周波数シフタ２０では
、図示しない駆動制御回路から圧電素子３０および３２
へ供給される駆動信号の周波数が変化させらることによ
り、測定対象に適した所望の第１基準ビート周波数ｆ、
ｌｌｌを選択することができる。なお、この段階では、
ビート周波数ｒ□は第１基準ビート光Ｂｌ自体の周波数
として認められるものではなく、第１基準ビート光Ｂ１
を構成する２種類の直線偏光を同時に受ける後述の第１
基準ビート光センサ４０によって検出されるものである
。
子３０および３２から加えられる超音波の周波数に対応
して形成される周期的な屈折率変化により回折させられ
るとともに、超音波による一種のドツプラ効果により超
音波の周波数だけレーザ光の周波数がそれぞれシフトさ
せられて、音響光学素子２４．・２６を通過したレーザ
光の周波数差が大きくされる。このため、上記偏光ビー
ムスプリンタ２８により合波されることにより、比較的
高い第１基準ビート周波数ｆ□を有する第１基準ビート
光Ｂ１が発生するのである。上記周波数シフタ２０では
、図示しない駆動制御回路から圧電素子３０および３２
へ供給される駆動信号の周波数が変化させらることによ
り、測定対象に適した所望の第１基準ビート周波数ｆ、
ｌｌｌを選択することができる。なお、この段階では、
ビート周波数ｒ□は第１基準ビート光Ｂｌ自体の周波数
として認められるものではなく、第１基準ビート光Ｂ１
を構成する２種類の直線偏光を同時に受ける後述の第１
基準ビート光センサ４０によって検出されるものである
。
このようにして合成された第１基準ビート光Ｂ１は、第
１図の実線に示されるように、周波数シフタ２０から出
力され且つミラー３４により反射された後、無偏光ビー
ムスプリッタ３６により分割される。無偏光ビームスプ
リンタ３６を透過した第１基準ビート光Ｂ１は偏光子３
８を通して第１基準ビート光センサ４０により検出され
、比較的高い第１基準ビート周波数ｆｉｌｌを備えた第
１基準ビート信号ＢＳＩがその第１基準光センサ４０か
ら測定回路６４へ出力される。
１図の実線に示されるように、周波数シフタ２０から出
力され且つミラー３４により反射された後、無偏光ビー
ムスプリッタ３６により分割される。無偏光ビームスプ
リンタ３６を透過した第１基準ビート光Ｂ１は偏光子３
８を通して第１基準ビート光センサ４０により検出され
、比較的高い第１基準ビート周波数ｆｉｌｌを備えた第
１基準ビート信号ＢＳＩがその第１基準光センサ４０か
ら測定回路６４へ出力される。
前記無偏光ビームスプリッタ１２を通過したレーザ光Ｂ
２は、破線で示されているように、無偏光ビームスプリ
ッタ３６により分割される。この無偏光ビームスプリン
タ３６により反射されたレーザ光Ｂ２は偏光子４２を通
して第２基準ビート光センサ４４により受けられる。こ
のレーザ光Ｂ２は、前述のように、偏波面が互いに直交
し且つ周波数が異なる２種類の直線偏光から構成された
比較的低い第２基準ビート周波数ｆＬｌを有する第２基
準ビート光もあり、上記第２基準ビート光センサ４４か
らは第２基準ビート周波数ｆＬＩｌを有する第２基準ビ
ート信号ＢＳ２が測定回路６４へ出力される。
２は、破線で示されているように、無偏光ビームスプリ
ッタ３６により分割される。この無偏光ビームスプリン
タ３６により反射されたレーザ光Ｂ２は偏光子４２を通
して第２基準ビート光センサ４４により受けられる。こ
のレーザ光Ｂ２は、前述のように、偏波面が互いに直交
し且つ周波数が異なる２種類の直線偏光から構成された
比較的低い第２基準ビート周波数ｆＬｌを有する第２基
準ビート光もあり、上記第２基準ビート光センサ４４か
らは第２基準ビート周波数ｆＬＩｌを有する第２基準ビ
ート信号ＢＳ２が測定回路６４へ出力される。
上記偏光子３日および４２は、第１基準ビート光センサ
４０および第２基準ビート光センサ４４へそれぞれ入射
する第１基準ビート光Ｂｌおよび第２基準ビート光Ｂ２
を構成する直線偏光の割合を調節するためのものである
０本実施例では、レーザ光源ｌＯ１無偏光ビームスプリ
フタ１２、周波数シフタ２ｏなどが、比較的高い第１基
準ビート周波数ｆ□を備えた第１基準ビート光Ｂ１、お
よび比較的低い第２基準ビート周波数「、を備えた第２
基準ビート光Ｂ２を出力する光源装置に相当する。上記
第１基準ビート周波数ｆ、ｌ！、はたとえばＭ）ｌｚオ
ーダであり、上記第２基準ビート周波数ｆＬｌｌはたと
えば数百ｋＨｚオーダである。
４０および第２基準ビート光センサ４４へそれぞれ入射
する第１基準ビート光Ｂｌおよび第２基準ビート光Ｂ２
を構成する直線偏光の割合を調節するためのものである
０本実施例では、レーザ光源ｌＯ１無偏光ビームスプリ
フタ１２、周波数シフタ２ｏなどが、比較的高い第１基
準ビート周波数ｆ□を備えた第１基準ビート光Ｂ１、お
よび比較的低い第２基準ビート周波数「、を備えた第２
基準ビート光Ｂ２を出力する光源装置に相当する。上記
第１基準ビート周波数ｆ、ｌ！、はたとえばＭ）ｌｚオ
ーダであり、上記第２基準ビート周波数ｆＬｌｌはたと
えば数百ｋＨｚオーダである。
上記無偏光ビームスプリッタ３６により反射された第１
基準ビート光Ｂｌ、および無偏光ビームスプリッタ３６
を通過した第２基準ビート光Ｂ２は、偏光ビームスプリ
ッタ４６により、参照光（Ｓ偏光）および計測光（Ｐ偏
光）にそれぞれ分割される。参照光の光路に関して説明
すると、偏光ビームスプリンタ４６により反射された、
第１基準ビート光Ｂ１に含まれる２種類の直線偏光のう
ちの一方であるＳ偏光と、第２基準ビート光Ｂ２に含ま
れる２種類の直線偏光のうちの一方であるＳ偏光とは、
λ／４板４８を通過させられることにより円偏光に変換
された後、コーナキューブプリズム５０により反射され
て再びλ／４板４８を通過させられることにより偏波面
が９０°回転したＰ偏光にそれぞれ変換される。このた
め、それら参照光は偏光ビームスプリッタ４６を透過す
ることができるようになり、偏光子５２および５４にそ
れぞれ到達する。また、計測光の光路に関して説明する
と、偏光ビームスプリッタ４６を透過した、第１基準ビ
ート光Ｂ１に含まれる２種類の直線偏光のうちの他方で
あるＰ偏光と、第２基準ビート光Ｂ２に含まれる２種類
の直線偏光のうちの他方であるＰ偏光とは、λ／４板６
０を通過させられることにより円偏光に変換された後、
コーナキューブプリズム６２により反射されて再びλ／
４板６０を通過させられることにより偏波面が９０°回
転したＳ偏光にそれぞれ変換される。このため、それら
計測光は偏光ビームスプリンタ４６により反射されるこ
ととなり、偏光子５２および５４にそれぞれ到達する。
基準ビート光Ｂｌ、および無偏光ビームスプリッタ３６
を通過した第２基準ビート光Ｂ２は、偏光ビームスプリ
ッタ４６により、参照光（Ｓ偏光）および計測光（Ｐ偏
光）にそれぞれ分割される。参照光の光路に関して説明
すると、偏光ビームスプリンタ４６により反射された、
第１基準ビート光Ｂ１に含まれる２種類の直線偏光のう
ちの一方であるＳ偏光と、第２基準ビート光Ｂ２に含ま
れる２種類の直線偏光のうちの一方であるＳ偏光とは、
λ／４板４８を通過させられることにより円偏光に変換
された後、コーナキューブプリズム５０により反射され
て再びλ／４板４８を通過させられることにより偏波面
が９０°回転したＰ偏光にそれぞれ変換される。このた
め、それら参照光は偏光ビームスプリッタ４６を透過す
ることができるようになり、偏光子５２および５４にそ
れぞれ到達する。また、計測光の光路に関して説明する
と、偏光ビームスプリッタ４６を透過した、第１基準ビ
ート光Ｂ１に含まれる２種類の直線偏光のうちの他方で
あるＰ偏光と、第２基準ビート光Ｂ２に含まれる２種類
の直線偏光のうちの他方であるＰ偏光とは、λ／４板６
０を通過させられることにより円偏光に変換された後、
コーナキューブプリズム６２により反射されて再びλ／
４板６０を通過させられることにより偏波面が９０°回
転したＳ偏光にそれぞれ変換される。このため、それら
計測光は偏光ビームスプリンタ４６により反射されるこ
ととなり、偏光子５２および５４にそれぞれ到達する。
したがって、偏光子５２には、第１基準ビート光Ｂｌに
由来する参照光および計測光を合波した光が到達してい
ることとなるので、それら参照光および計測光を合波し
た第１計測ビート光Ｄ１が偏光子５２を通して第１計測
ビート光センサ５６により受けられる。同様に、偏光子
５４には、第２基準ビート光Ｂ２に由来する参照光およ
び計測光を合波した光が到達していることとなるので、
それら参照光および計測光を合波した第２計測ビート光
Ｄ２が偏光子５４を通して第２計測ビート光センサ５８
により受けられる。これにより、第１計測ビート光Ｄｉ
の第１計測ビート周波数ｆ０を表す第１計測ビート信号
ＤＳＩが第１計測ビート光センサ５６から出力されると
ともに、第２計測ビート光Ｄ２の第２計測ビート周波数
ｆＬＤを表す第２計測ビート信号ＤＳ２が第２計測ビー
ト光センサ５８から出力される。
由来する参照光および計測光を合波した光が到達してい
ることとなるので、それら参照光および計測光を合波し
た第１計測ビート光Ｄ１が偏光子５２を通して第１計測
ビート光センサ５６により受けられる。同様に、偏光子
５４には、第２基準ビート光Ｂ２に由来する参照光およ
び計測光を合波した光が到達していることとなるので、
それら参照光および計測光を合波した第２計測ビート光
Ｄ２が偏光子５４を通して第２計測ビート光センサ５８
により受けられる。これにより、第１計測ビート光Ｄｉ
の第１計測ビート周波数ｆ０を表す第１計測ビート信号
ＤＳＩが第１計測ビート光センサ５６から出力されると
ともに、第２計測ビート光Ｄ２の第２計測ビート周波数
ｆＬＤを表す第２計測ビート信号ＤＳ２が第２計測ビー
ト光センサ５８から出力される。
上記コーナキューブプリズム６２は、他の光学素子が図
示しないハウジングに固設されているのと異なり、図示
しない被測定部材とともに２方向へ移動させられるよう
に設けられている。このため、コーナキューブプリズム
６２が移動しなげれば、第し計測ビート光Ｄ１の第１計
測ビート周波数ｆＨＤおよび第２計測ビート光Ｄ２の第
２計測ビート周波数ｆＬＤは前記第１基準ビート周波数
ｆ□および第２基準ビート周波数ｆＬＩｌと同じとなる
が、コーナキューブプリズム６２が移動すると、第１計
測ビート光Ｄ１の一部を構成する計測光と第２計測ビー
ト光Ｄ２の一部を構成する計測光とがドツプラシフトを
受けて周波数が変化するので、第１計測ビート周波数ｆ
。および第２計測ビート周波数ｆＬＤが第１基準ビート
周波数ｆｉｌおよび第２基準ビート周波数ｆＬｌに比較
して変化する。したがって、第１計測ビート周波数ｆＨ
ｔｌと第１基準ビート周波数ｒ。との周波数差或いは位
相差、および第２計測ビート周波数ｆＬｏと第２基準ビ
ート周波数ｊ Ｌｌｌとの周波数差或いは位相差は、上
記計測光が受けるドツプラシフト、換言すれば被測定部
材の移動速度に対応する。
示しないハウジングに固設されているのと異なり、図示
しない被測定部材とともに２方向へ移動させられるよう
に設けられている。このため、コーナキューブプリズム
６２が移動しなげれば、第し計測ビート光Ｄ１の第１計
測ビート周波数ｆＨＤおよび第２計測ビート光Ｄ２の第
２計測ビート周波数ｆＬＤは前記第１基準ビート周波数
ｆ□および第２基準ビート周波数ｆＬＩｌと同じとなる
が、コーナキューブプリズム６２が移動すると、第１計
測ビート光Ｄ１の一部を構成する計測光と第２計測ビー
ト光Ｄ２の一部を構成する計測光とがドツプラシフトを
受けて周波数が変化するので、第１計測ビート周波数ｆ
。および第２計測ビート周波数ｆＬＤが第１基準ビート
周波数ｆｉｌおよび第２基準ビート周波数ｆＬｌに比較
して変化する。したがって、第１計測ビート周波数ｆＨ
ｔｌと第１基準ビート周波数ｒ。との周波数差或いは位
相差、および第２計測ビート周波数ｆＬｏと第２基準ビ
ート周波数ｊ Ｌｌｌとの周波数差或いは位相差は、上
記計測光が受けるドツプラシフト、換言すれば被測定部
材の移動速度に対応する。
前記測定回路６４はたとえば第２図に示すように構成さ
れている。図において、比較的高周波数の第１計測ビー
ト信号ＤＳＩおよび第１基準ビート信号ＢＳＩは、増幅
機能および波形整形機能を有する波形整形器６６および
６８により矩形のパルス波形に整えられた後、第１カウ
ンタ７０および第２カウンタ７２へ供給されてそれぞれ
計数される。すなわち、第１カウンタ７０では第１計測
ビート周波敗ｆ。を備えた第１計測ビート信号ＤＳ１が
計数されるとともに、第２カウンタ７２では第１基準ビ
ート周波数ｆ□を備えた基準ビート信号ＢＳＩが計数さ
れる。第１カウンタ７０の計数値ＣＤおよび第２カウン
タ７２の計数値Ｃ６は、所定の計数期間が終了すると同
時に第１ラツチ７４および第２ラツチ７６において一次
記憶されるとともに、符号反転回路７８において正負が
反転させられた第２ラツチ７６の記憶内容と第１ラツチ
７４の記憶内容とが加算器８０において加算される。す
なわち、第１ラツチ７４の記憶内容から第２ラツチ７６
の記憶内容が引算され、その引算の結果ＣＣｏ Ｃ８
）が第３ラツチ８２において一次記憶される。その第３
ラツ千８２の記憶内容（Ｃ，−Ｃ，）は、第１計測ビー
ト周波数ｆ。と第１基準ビート周波数ｆ□との差周波数
であり、前記コーナキューブプリズム６２の移動に対応
して発生した周波数シフトΔｆ、に対応する。また、こ
の第３ラツチ８２の記憶内容（Ｃｏ Ｃａ）は、レー
ザ波長λの１／２の単位で表されるコーナキューブプリ
ズム６２の移動速度或いは単位時間当たりの移動量を表
している。
れている。図において、比較的高周波数の第１計測ビー
ト信号ＤＳＩおよび第１基準ビート信号ＢＳＩは、増幅
機能および波形整形機能を有する波形整形器６６および
６８により矩形のパルス波形に整えられた後、第１カウ
ンタ７０および第２カウンタ７２へ供給されてそれぞれ
計数される。すなわち、第１カウンタ７０では第１計測
ビート周波敗ｆ。を備えた第１計測ビート信号ＤＳ１が
計数されるとともに、第２カウンタ７２では第１基準ビ
ート周波数ｆ□を備えた基準ビート信号ＢＳＩが計数さ
れる。第１カウンタ７０の計数値ＣＤおよび第２カウン
タ７２の計数値Ｃ６は、所定の計数期間が終了すると同
時に第１ラツチ７４および第２ラツチ７６において一次
記憶されるとともに、符号反転回路７８において正負が
反転させられた第２ラツチ７６の記憶内容と第１ラツチ
７４の記憶内容とが加算器８０において加算される。す
なわち、第１ラツチ７４の記憶内容から第２ラツチ７６
の記憶内容が引算され、その引算の結果ＣＣｏ Ｃ８
）が第３ラツチ８２において一次記憶される。その第３
ラツ千８２の記憶内容（Ｃ，−Ｃ，）は、第１計測ビー
ト周波数ｆ。と第１基準ビート周波数ｆ□との差周波数
であり、前記コーナキューブプリズム６２の移動に対応
して発生した周波数シフトΔｆ、に対応する。また、こ
の第３ラツチ８２の記憶内容（Ｃｏ Ｃａ）は、レー
ザ波長λの１／２の単位で表されるコーナキューブプリ
ズム６２の移動速度或いは単位時間当たりの移動量を表
している。
一方、比較的低周波数の第２計測ビート信号ＤＳ２およ
び第２基準ビート信号ＢＳ２は、増幅機能および波形整
形機能を有する波形整形器８４および８６により矩形の
パルス波形に整えられた後、ゲート回路８８へ供給され
る。このゲート回路８８は、第２計測ビート信号ＤＳ２
および第２基準ビート信号ＢＳ２が共に供給されている
期間だけ開かれて、基準信号発生器９０から出力される
一定のクロック周波数を備えた基準パルス信号ＫＳが位
相用カウンタ９２により計数される。この基準パルス信
号ＫＳの周波数はたとえば１００ Ｍｌｌｚであり、こ
の位相用カウンタ９２の計数値Ｃ４は、第２計測ビート
信号ＤＳ２と第２基準ビート信号ＢＳ２との位相差、す
なわちコーナキューブプリズム６２のＺ方向の速度或い
は単位時間当たりの距離であって、レーザ波長λの１／
２よりも小さいオーダの長さを表している。上記計数値
Ｃ９は、第４ラツチ９４により記憶される。
び第２基準ビート信号ＢＳ２は、増幅機能および波形整
形機能を有する波形整形器８４および８６により矩形の
パルス波形に整えられた後、ゲート回路８８へ供給され
る。このゲート回路８８は、第２計測ビート信号ＤＳ２
および第２基準ビート信号ＢＳ２が共に供給されている
期間だけ開かれて、基準信号発生器９０から出力される
一定のクロック周波数を備えた基準パルス信号ＫＳが位
相用カウンタ９２により計数される。この基準パルス信
号ＫＳの周波数はたとえば１００ Ｍｌｌｚであり、こ
の位相用カウンタ９２の計数値Ｃ４は、第２計測ビート
信号ＤＳ２と第２基準ビート信号ＢＳ２との位相差、す
なわちコーナキューブプリズム６２のＺ方向の速度或い
は単位時間当たりの距離であって、レーザ波長λの１／
２よりも小さいオーダの長さを表している。上記計数値
Ｃ９は、第４ラツチ９４により記憶される。
ＣＰＵ９６は、ＲＡＭ９８の一次記憶機能を利用しつつ
ＲＯＭ１００に予め記憶されたプログラムに従って第３
ラツチ８２および第４ラツチ９４からの入力信号を処理
し、コーナキューブプリズム６２のＺ方向の移動速度或
いは距離を連続的に算出し、表示器１０２へ表示させる
。
ＲＯＭ１００に予め記憶されたプログラムに従って第３
ラツチ８２および第４ラツチ９４からの入力信号を処理
し、コーナキューブプリズム６２のＺ方向の移動速度或
いは距離を連続的に算出し、表示器１０２へ表示させる
。
すなわち、コーナキューブプリズム６２のＺ方向の微小
変位量をΔＺ、とすると、前記周波数シフトΔｆｐはド
ツプラ効果の基本式から次式に示すよう表される Δｆｐ＝ （２／λ） ・ （ΔＺ、／Δｔ）そして、
その式を積分することによりコーナキューブプリズム６
２のＺ方向の変位ｆｉｔ ｚ ｐが次式のように表され
得る。
変位量をΔＺ、とすると、前記周波数シフトΔｆｐはド
ツプラ効果の基本式から次式に示すよう表される Δｆｐ＝ （２／λ） ・ （ΔＺ、／Δｔ）そして、
その式を積分することによりコーナキューブプリズム６
２のＺ方向の変位ｆｉｔ ｚ ｐが次式のように表され
得る。
したがって、上記変位量Ｚ、は次式により表される。Ｃ
ＰＵ９６は、次式から、第３ラツチ８２の計数内容（ｃ
ｏ −ＣＩ ）に基づいて上記変位量Ｚｐを算出するの
である。
ＰＵ９６は、次式から、第３ラツチ８２の計数内容（ｃ
ｏ −ＣＩ ）に基づいて上記変位量Ｚｐを算出するの
である。
Ｚ、＝（λ／２）・ （ＣＤ−Ｃ３）
他方、ＣＰＵ９６は、第４ラツチ９４から出力される値
ＣＩに基づいてλ／２単位よりも細かな変位を算出する
。すなわち、第４ラツチ９４からの出力値Ｃ１は、第２
計測ビート信号ＤＳ２と基準ビート信号ＢＳ２との位相
差（時間）を１００ＭＨｚの周波数の基準パルス信号Ｋ
Ｓにて計数した積算値であるから、第２基準ビート信号
ＢＳ２の第２基準ビート周波数ｆＬ、を１００ｋＨｚと
すれば、分解能がλ／２０００にて上記位相差、換言す
れば変位量が測定されるのである。
ＣＩに基づいてλ／２単位よりも細かな変位を算出する
。すなわち、第４ラツチ９４からの出力値Ｃ１は、第２
計測ビート信号ＤＳ２と基準ビート信号ＢＳ２との位相
差（時間）を１００ＭＨｚの周波数の基準パルス信号Ｋ
Ｓにて計数した積算値であるから、第２基準ビート信号
ＢＳ２の第２基準ビート周波数ｆＬ、を１００ｋＨｚと
すれば、分解能がλ／２０００にて上記位相差、換言す
れば変位量が測定されるのである。
以上のようにして算出された、λ／２単位の値と分解能
がλ／２０００である位相差に対応した値とが加算され
ることにより最終的にコーナキューブプリズム６２の変
位量或いは変位速度が算出され、その変位量或いは変位
速度が表示器１０２上に表示される。また、コーナキュ
ーブプリズム６２の変位が極めて高速であってゲート回
路８８の開時間が極めて僅かとなることに起因して位相
用カウンタ９２の計数が連軸できないときには、第１ラ
ツチ７４および第２ラツチ７６が好適に計数するので、
第３ラツチ８２の計数内容のみに基づいてコーナキュー
ブプリズム６２の変位量或いは変位速度が表示されるが
、コーナキューブプリズム６２の変位が極めて低速成い
は零であって第１ラツチ７４および第２ラフチア６の計
数ができない場合には、位相用カウンタ９２が好適に計
数するので、第４ラツチ９４の計数内容のみに基づいて
コーナキューブプリズム６２の変位量或いは変位速度が
表示される。
がλ／２０００である位相差に対応した値とが加算され
ることにより最終的にコーナキューブプリズム６２の変
位量或いは変位速度が算出され、その変位量或いは変位
速度が表示器１０２上に表示される。また、コーナキュ
ーブプリズム６２の変位が極めて高速であってゲート回
路８８の開時間が極めて僅かとなることに起因して位相
用カウンタ９２の計数が連軸できないときには、第１ラ
ツチ７４および第２ラツチ７６が好適に計数するので、
第３ラツチ８２の計数内容のみに基づいてコーナキュー
ブプリズム６２の変位量或いは変位速度が表示されるが
、コーナキューブプリズム６２の変位が極めて低速成い
は零であって第１ラツチ７４および第２ラフチア６の計
数ができない場合には、位相用カウンタ９２が好適に計
数するので、第４ラツチ９４の計数内容のみに基づいて
コーナキューブプリズム６２の変位量或いは変位速度が
表示される。
上述のように、本実施例においては、相対的に高い第１
基準ビート周波数ｆ□を備えた第１基準ビート光Ｂ１と
この第１基準ビート光Ｂ１に由来して形成される第１計
測ビート光Ｄ１との周波数差Δｆ、が、第１カウンタ７
０、第２カウンタ７２、符号反転回路７８、加算器８０
などから構成される差周波数計数装置により計数され、
これによりλ／２単位のコーナキューブプリズム６２の
移動速度若しくは移動量が専ら検出される。また、これ
とは独立に、相対的に周波数が低い第２基準ビート周波
数ｆＬｌを備えた第２基準ビート光Ｂ２とこの第２基準
ビート光Ｂ２に基づいて形成される第２計測ビート光Ｄ
２との位相差が、ゲート回路８８および位相用カウンタ
９２などから構成される位相差検出装置により計数され
、これによりλ／２以下のコーナキューブプリズム６２
の移動速度若しくは移動量が専ら検出される。したがっ
て、本実施例によれば、コーナキューブプリズム６２の
変位が極めて低速成いは零であるときは、上記位相差検
出装置が機能し、コーナキューププリズム６２の変位が
極めて高速であるときは、上記差周波数計数装置が機能
するので、高速追従性および高い分解能を同時に備えた
光ヘテロダイン測定装置が得られるのである。
基準ビート周波数ｆ□を備えた第１基準ビート光Ｂ１と
この第１基準ビート光Ｂ１に由来して形成される第１計
測ビート光Ｄ１との周波数差Δｆ、が、第１カウンタ７
０、第２カウンタ７２、符号反転回路７８、加算器８０
などから構成される差周波数計数装置により計数され、
これによりλ／２単位のコーナキューブプリズム６２の
移動速度若しくは移動量が専ら検出される。また、これ
とは独立に、相対的に周波数が低い第２基準ビート周波
数ｆＬｌを備えた第２基準ビート光Ｂ２とこの第２基準
ビート光Ｂ２に基づいて形成される第２計測ビート光Ｄ
２との位相差が、ゲート回路８８および位相用カウンタ
９２などから構成される位相差検出装置により計数され
、これによりλ／２以下のコーナキューブプリズム６２
の移動速度若しくは移動量が専ら検出される。したがっ
て、本実施例によれば、コーナキューブプリズム６２の
変位が極めて低速成いは零であるときは、上記位相差検
出装置が機能し、コーナキューププリズム６２の変位が
極めて高速であるときは、上記差周波数計数装置が機能
するので、高速追従性および高い分解能を同時に備えた
光ヘテロダイン測定装置が得られるのである。
また、本実施例によれば、周波数シフタ２０においては
、圧電素子３０および／または３２に供給する駆動信号
の周波数を変化させることにより、第１ビート光Ｂ１の
第１基準ビート周波数ｆｉｌを所望の値に設定すること
により、被測定部材のふるまいに適した周波数を選択で
きる利点がある。
、圧電素子３０および／または３２に供給する駆動信号
の周波数を変化させることにより、第１ビート光Ｂ１の
第１基準ビート周波数ｆｉｌを所望の値に設定すること
により、被測定部材のふるまいに適した周波数を選択で
きる利点がある。
次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の説
明において前述の実施例と共通する部分には同一の符号
を付して説明を省略する。
明において前述の実施例と共通する部分には同一の符号
を付して説明を省略する。
第３図においては、偏波面が互いに直交し且つ周波数が
異なる２種類の直線偏光をそれぞれ含むレーザ光を出力
する直交２周波ゼーマンレーザ１０６および１０８から
は、たとえば５ＭＨｚ程度の比較的高い第１基準ビート
周波数ｆｉｌを備えた第１基準ビート光Ｂ１と、たとえ
ば１００ｋＨｚ程度の比較的低い第２基準ビート周波数
ｆＬｌを備えた第２基準ビート光Ｂ２がそれぞれ出力さ
れるようになっている。本実施例では、上記直交２周波
ゼーマンレーザ１０６および１０８が光源装置を構成し
ている。
異なる２種類の直線偏光をそれぞれ含むレーザ光を出力
する直交２周波ゼーマンレーザ１０６および１０８から
は、たとえば５ＭＨｚ程度の比較的高い第１基準ビート
周波数ｆｉｌを備えた第１基準ビート光Ｂ１と、たとえ
ば１００ｋＨｚ程度の比較的低い第２基準ビート周波数
ｆＬｌを備えた第２基準ビート光Ｂ２がそれぞれ出力さ
れるようになっている。本実施例では、上記直交２周波
ゼーマンレーザ１０６および１０８が光源装置を構成し
ている。
また、第４図においては、第１図の実施例において、比
較的低い第２基準ビート周波数ｆ、を備えた第２基準ビ
ート光Ｂ２を発生させるための周波数シフタ１１０が更
に設けられている。この周波数シフタｌｌＯは前述の周
波数シフタ２０と同様に構成されており、第２基準ビー
ト光Ｂ２の第２基準ビート周波数ｆＬｌも所望の値に設
定できる利点がある０本実施例によれば、レーザ光源１
０、無偏光ビームスプリンタ１２、周波数シフタ２０、
および周波数シック１１０などが、光源装置を構成して
いる。
較的低い第２基準ビート周波数ｆ、を備えた第２基準ビ
ート光Ｂ２を発生させるための周波数シフタ１１０が更
に設けられている。この周波数シフタｌｌＯは前述の周
波数シフタ２０と同様に構成されており、第２基準ビー
ト光Ｂ２の第２基準ビート周波数ｆＬｌも所望の値に設
定できる利点がある０本実施例によれば、レーザ光源１
０、無偏光ビームスプリンタ１２、周波数シフタ２０、
および周波数シック１１０などが、光源装置を構成して
いる。
以上、本発明の一実施例を説明したが、本発明はその他
の態様においても適用される。
の態様においても適用される。
たとえば、前述の実施例においては、コーナキューブプ
リズム６２の変位量或いは速度を測定する装置について
説明されていたが、他の測定量を対象とする測定装置で
あってもよい。要するに、光ヘテロダインを利用する場
合に、光波干渉の範囲が広範な装置であれば、本発明が
好適に適用され得るのである。
リズム６２の変位量或いは速度を測定する装置について
説明されていたが、他の測定量を対象とする測定装置で
あってもよい。要するに、光ヘテロダインを利用する場
合に、光波干渉の範囲が広範な装置であれば、本発明が
好適に適用され得るのである。
また、前述の実施例の測定回路６４においては、符号反
転回路７８および加算器８０に替えて、第１ラツチ７４
の記憶内容から第２ラツチ７６の記憶内容を差し引く機
能を備えた減算器を設けてもよい。
転回路７８および加算器８０に替えて、第１ラツチ７４
の記憶内容から第２ラツチ７６の記憶内容を差し引く機
能を備えた減算器を設けてもよい。
なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であり
、本発明はその精神を逸脱しない範囲において種々変更
が加えられ得るものである。
、本発明はその精神を逸脱しない範囲において種々変更
が加えられ得るものである。
第１図は本発明の一実施例の構成を説明する図である。
第２図は、第１図の実施例の測定回路の構成を示す図で
ある。第３図および第４図は、本発明の他の実施例の要
部をそれぞれ説明する図である。 １０：レーザ光源 ２０：周波数シフタ ７０：第１カウンタ ７２：第２カウンタ ７８：符号反転回路 ８０：加算器 ８８：ゲート回路 ９２：位相用カウンタ 出願人 ブラザー工業株式会社 手続補正書 １．事件の表示 昭和６３年 特許側 第３１１５２号 ２、発明の名称 光ヘテロダイン測定装置 ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 名 称 （５２６） ブラザー工業株式会社（１）
明細書の特許請求の範囲の欄（２）明細書の発明の詳
細な説明の欄 ６、補正の内容 （１） 明細書の特許請求の範囲を別紙の通り補正す
る。 （２）明細書第４頁第１０行乃至第１１行の「第１計測
ビート光との差周波数計数装置」を「第１計測ビート光
との周波数差を計数する差周波数計数装置」に補正する
。 （３）明細書第１３頁第１２行および第１９行、第１５
頁第６行の「−次記憶」を「−時記憶」にそれぞれ補正
する。 （４）図面の第４図を別紙の通り補正する。 以 上 別 紙 特許請求の範囲 互いに異なる周波数の２種類のレーザ光が合成された基
準ビート光と、該基準ビート光が計測部から戻されるこ
とにより形成される計測ビート光との周波数差および位
相差に基づいて、測定を行う形式の光ヘテロダイン測定
装置であって、第１ビート周波数を有する第１基準ビー
ト光と該第１ビート周波数よりも低い第２ビート周波数
を有する第２基準ビート光とを発生する光源装置と、 前記第１基準ビート光と、該第１基準ビート光に基づい
て形成される第１計測ビート光とのｍ撤］ＥをｊｔＪＬ
ｔｊ−差周波数計数装置と、前記第２基準ビート光と、
該第２基準ビート光に基づいて形成される第２計測ビー
ト光との位相差を検出する位相差検出装置と、 を含むことを特徴とする光ヘテロダイン測定装置。
ある。第３図および第４図は、本発明の他の実施例の要
部をそれぞれ説明する図である。 １０：レーザ光源 ２０：周波数シフタ ７０：第１カウンタ ７２：第２カウンタ ７８：符号反転回路 ８０：加算器 ８８：ゲート回路 ９２：位相用カウンタ 出願人 ブラザー工業株式会社 手続補正書 １．事件の表示 昭和６３年 特許側 第３１１５２号 ２、発明の名称 光ヘテロダイン測定装置 ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 名 称 （５２６） ブラザー工業株式会社（１）
明細書の特許請求の範囲の欄（２）明細書の発明の詳
細な説明の欄 ６、補正の内容 （１） 明細書の特許請求の範囲を別紙の通り補正す
る。 （２）明細書第４頁第１０行乃至第１１行の「第１計測
ビート光との差周波数計数装置」を「第１計測ビート光
との周波数差を計数する差周波数計数装置」に補正する
。 （３）明細書第１３頁第１２行および第１９行、第１５
頁第６行の「−次記憶」を「−時記憶」にそれぞれ補正
する。 （４）図面の第４図を別紙の通り補正する。 以 上 別 紙 特許請求の範囲 互いに異なる周波数の２種類のレーザ光が合成された基
準ビート光と、該基準ビート光が計測部から戻されるこ
とにより形成される計測ビート光との周波数差および位
相差に基づいて、測定を行う形式の光ヘテロダイン測定
装置であって、第１ビート周波数を有する第１基準ビー
ト光と該第１ビート周波数よりも低い第２ビート周波数
を有する第２基準ビート光とを発生する光源装置と、 前記第１基準ビート光と、該第１基準ビート光に基づい
て形成される第１計測ビート光とのｍ撤］ＥをｊｔＪＬ
ｔｊ−差周波数計数装置と、前記第２基準ビート光と、
該第２基準ビート光に基づいて形成される第２計測ビー
ト光との位相差を検出する位相差検出装置と、 を含むことを特徴とする光ヘテロダイン測定装置。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 互いに異なる周波数の２種類のレーザ光が合波された
基準ビート光と、該基準ビート光が計測部から戻される
ことにより形成される計測ビート光との周波数差および
位相差に基づいて、測定を行う形式の光ヘテロダイン測
定装置であって、第１ビート周波数を有する第１基準ビ
ート光と該第１ビート周波数よりも低い第２ビート周波
数を有する第２基準ビート光とを発生する光源装置と、 前記第１基準ビート光と、該第１基準ビート光に基づい
て形成される第１計測ビート光との差周波数計数装置と
、 前記第２基準ビート光と、該第２基準ビート光に基づい
て形成される第２計測ビート光との位相差を検出する位
相差検出装置と、 を含むことを特徴とする光ヘテロダイン測定装置。
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