JPH01210850A - 屈折率変動測定装置 - Google Patents
屈折率変動測定装置Info
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- JPH01210850A JPH01210850A JP3602888A JP3602888A JPH01210850A JP H01210850 A JPH01210850 A JP H01210850A JP 3602888 A JP3602888 A JP 3602888A JP 3602888 A JP3602888 A JP 3602888A JP H01210850 A JPH01210850 A JP H01210850A
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- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 12
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- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
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- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
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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】
〈産業上の利用分野〉
この発明は、例えば空気の屈折率変化を測定する装置に
関し、特に光を用いた測長器の屈折率補正に用いて好適
な屈折率変動測定装置に関するものである。
関し、特に光を用いた測長器の屈折率補正に用いて好適
な屈折率変動測定装置に関するものである。
〈従来技術〉
光の干渉により長さを測定する光測兵器は非接触測定で
かつ精度が高いために特に高精度が必要な分野で広く用
いられている。このような光測兵器は光の波長を測定単
位としているが、空気中等では温度、湿度、圧力、分子
組成等により屈折率が微少変化する為に波長が変化して
正確な測定が出来なくなると言う欠点がある。その為、
空気中の屈折率変化を測定して補正するようにしている
。
かつ精度が高いために特に高精度が必要な分野で広く用
いられている。このような光測兵器は光の波長を測定単
位としているが、空気中等では温度、湿度、圧力、分子
組成等により屈折率が微少変化する為に波長が変化して
正確な測定が出来なくなると言う欠点がある。その為、
空気中の屈折率変化を測定して補正するようにしている
。
第５図にこの様な補正に用いる屈折率変動測定装置を示
す、第５図において、１は石英管であり、透明なガラス
板２．３により封が為され、その内部は真空にされてい
る１石英管１の外側は空気中に露出されている。ガラス
板３にはミラー４が配置されている。５は干渉計であり
、石英管１の内部及び外部に光ビーム６．７が出射され
る。この光ビームはミラー４によって反射され、干渉計
５に戻される。
す、第５図において、１は石英管であり、透明なガラス
板２．３により封が為され、その内部は真空にされてい
る１石英管１の外側は空気中に露出されている。ガラス
板３にはミラー４が配置されている。５は干渉計であり
、石英管１の内部及び外部に光ビーム６．７が出射され
る。この光ビームはミラー４によって反射され、干渉計
５に戻される。
この様な構成において、石英管１の長さをし、その外部
の屈折率をｎ、その初期値をｎ。とすると、石英管１の
内部の屈折率は常に１なので屈折率変化による光路差の
変化ΔＬは ΔＬ＝４１ （ｎ ｎｏ ） ”・・・・・” ＜
１ ）になる、干渉計５は光路差ΔＬの変化を積算カ
ウントしている。この積算カウント値をＭ、１波長に相
当するカウント値をＮとすると、 ΔＬ＝Ｍλ／（ｎＮ） ・・・・・・・・・（２）λ
：光ビーム６．７の真空中における波長となる。従って
、前記（１）、（２）式からｎ 二ｎ ６±（Ｍλ）
／ （４ｎ ｏ Ｌ Ｎ ）になり、屈折率の変動が求
められる。
の屈折率をｎ、その初期値をｎ。とすると、石英管１の
内部の屈折率は常に１なので屈折率変化による光路差の
変化ΔＬは ΔＬ＝４１ （ｎ ｎｏ ） ”・・・・・” ＜
１ ）になる、干渉計５は光路差ΔＬの変化を積算カ
ウントしている。この積算カウント値をＭ、１波長に相
当するカウント値をＮとすると、 ΔＬ＝Ｍλ／（ｎＮ） ・・・・・・・・・（２）λ
：光ビーム６．７の真空中における波長となる。従って
、前記（１）、（２）式からｎ 二ｎ ６±（Ｍλ）
／ （４ｎ ｏ Ｌ Ｎ ）になり、屈折率の変動が求
められる。
〈発明が解決すべき問題点〉
しかしながら、この様な屈折率変動測定装置には次のよ
うな欠点があった。第１に、石英管１の部分である干渉
部分の感度が低いために感度を高める為には石英管の長
さを長くしなければならない。その為、全体の形状か大
きくなるために取扱が困難になり、また小範囲の屈折率
を求める事が出来なくなるという欠点があった。
うな欠点があった。第１に、石英管１の部分である干渉
部分の感度が低いために感度を高める為には石英管の長
さを長くしなければならない。その為、全体の形状か大
きくなるために取扱が困難になり、また小範囲の屈折率
を求める事が出来なくなるという欠点があった。
第２に、第５図において干渉計５とガラス板２との間の
長さ！はデッドパスになり、この部分の屈折率変化によ
り誤差が発生して正確な測定が出来なくなるという欠点
もあった。
長さ！はデッドパスになり、この部分の屈折率変化によ
り誤差が発生して正確な測定が出来なくなるという欠点
もあった。
〈発明の目的〉
この発明の目的は、簡単な構成で屈折率の変動が正確に
測定出来る屈折率変動測定装置を提供する事にある。
測定出来る屈折率変動測定装置を提供する事にある。
く問題点を解決する為の手段〉
この様な問題点を解決する為に本発明では、屈折率か一
定の光路と測定環境の光路とを有するファブリペロ−干
渉計の各々の光路に光導入部により光を導入し、このフ
ァブリペロ−干渉計の各々の光路の出力光の強度を光検
出器で検出して、この光検出器の出力により前記測定環
境における屈折率の変動を測定するようにしたものであ
る。
定の光路と測定環境の光路とを有するファブリペロ−干
渉計の各々の光路に光導入部により光を導入し、このフ
ァブリペロ−干渉計の各々の光路の出力光の強度を光検
出器で検出して、この光検出器の出力により前記測定環
境における屈折率の変動を測定するようにしたものであ
る。
〈実施例〉
第１図に本発明に係る屈折率変動測定装置の一実施例を
示す、第１図において、１０は適当な間隔で配置された
光透過板であり、その間に円筒形のスペーサ１１が配置
されている。光透過板１０には適当な反射膜がコーティ
ングされ、またスペーサ１１と光透過板１０とは光学接
着等で固定されている。スペーサ１１の内部空間１２は
真空に排気され、またその外部空間１３は空気中にさら
されている。これらは光透過板１０とスペーサ１１によ
って内部空間１２による光路と外部空間１３による光路
の２つの光路を有するファブリペロー干渉計として動作
し、それぞれ標準側及び測定側となる。すなわち、この
ファブリペロ−干渉計に入力された光はそれらの光路長
によって決まる特定の波長の光のみが透過される。１４
はその出力光の周波数が安定化された光源であり、この
光源１４からの光は光導入部であるビームスプリッタ１
５によって２つに分岐されて光透過板１０を介して内部
空間１２及び外部空間１３に導入される。１６．１７は
それぞれ透過板１０とスペーサ１１で構成されたファブ
リペロー干渉計によって特定された波長の光強度を検出
する光検出器であり、内部空間１２と外部空間１３で構
成される２つのファブリペロ−干渉計の透過光が入射さ
れる。
示す、第１図において、１０は適当な間隔で配置された
光透過板であり、その間に円筒形のスペーサ１１が配置
されている。光透過板１０には適当な反射膜がコーティ
ングされ、またスペーサ１１と光透過板１０とは光学接
着等で固定されている。スペーサ１１の内部空間１２は
真空に排気され、またその外部空間１３は空気中にさら
されている。これらは光透過板１０とスペーサ１１によ
って内部空間１２による光路と外部空間１３による光路
の２つの光路を有するファブリペロー干渉計として動作
し、それぞれ標準側及び測定側となる。すなわち、この
ファブリペロ−干渉計に入力された光はそれらの光路長
によって決まる特定の波長の光のみが透過される。１４
はその出力光の周波数が安定化された光源であり、この
光源１４からの光は光導入部であるビームスプリッタ１
５によって２つに分岐されて光透過板１０を介して内部
空間１２及び外部空間１３に導入される。１６．１７は
それぞれ透過板１０とスペーサ１１で構成されたファブ
リペロー干渉計によって特定された波長の光強度を検出
する光検出器であり、内部空間１２と外部空間１３で構
成される２つのファブリペロ−干渉計の透過光が入射さ
れる。
次にこの実施例の動作を第２図に基づいて説明する。第
２図（Ａ＞、（Ｂ）はそれぞれ初期状態における外部空
間１３と内部空間１２とを通過する光の透過特性を表わ
す、槽動は各空間における波長、縦軸は光強度であり、
λ０は光源１４から出射される光の真空中での波長、ｎ
、ｎ は空ａ■ 気及び真空の屈折率である。２つの光路は同じ長さを有
するので、その中心波長ｄ。は一致している。また、光
検出器１６．１７によって検出される光強度はそれぞれ
Ｐ 、Ｐ 、波長はλ。／■ａ ｎｖ 、＾ｏ／ｎａになる。（Ｃ）、（Ｄ）はそれぞれ
ある時間経過した時の（Ａ）、（Ｂ）に対応する光の透
過特性である。ここで、スペーサ１１は温度が変化する
と彫版または収縮し、間隔が変化する。この時の光の透
過特性の中心波長もｄ。
２図（Ａ＞、（Ｂ）はそれぞれ初期状態における外部空
間１３と内部空間１２とを通過する光の透過特性を表わ
す、槽動は各空間における波長、縦軸は光強度であり、
λ０は光源１４から出射される光の真空中での波長、ｎ
、ｎ は空ａ■ 気及び真空の屈折率である。２つの光路は同じ長さを有
するので、その中心波長ｄ。は一致している。また、光
検出器１６．１７によって検出される光強度はそれぞれ
Ｐ 、Ｐ 、波長はλ。／■ａ ｎｖ 、＾ｏ／ｎａになる。（Ｃ）、（Ｄ）はそれぞれ
ある時間経過した時の（Ａ）、（Ｂ）に対応する光の透
過特性である。ここで、スペーサ１１は温度が変化する
と彫版または収縮し、間隔が変化する。この時の光の透
過特性の中心波長もｄ。
かちｄＯＴに変化するが、透過特性の形そのものは変化
しない。従って、（Ｃ）における波長λ。／ｎ におけ
る光強度をＰ （Ｄ）における波長ａ
ａｌゝ λ ／ｎ における光強度をＰＶｌとし、スペクトｖ ルの肩部分か直線であるとすると、 ” ａｌ”Ｐｖ −Ｐｖｌ が成立する。しかしながら、空気中の屈折率はｎ から
ｎａｌに変化しているので、光検出器１７ａ か検出する光強度は波長λ ／ｎ８１に対応するＰａ２
になる。その為、屈折率変化に対応する光強度変化ΔＰ
は、 ΔＰ＝Ｐａ２−Ｐａ１＝Ｐａ２−（Ｐａ−（ＰＶ−ＰＶ
ｌ）ン・・・・・・・・・・・・（３）になり測定する
事が可能である。光スペクトルの肩部分の傾きすなわち
波長変化に対する光強度の比をα、屈折率変化による波
長変化をΔλとすると、 Δλ＝λ ／ｎ −λ ／ｎ、１−ΔＰ／αａＯ になる。従って、 ｎ −αλ ｎ／（αλＯ”ａΔＰ） ａｌ ０ ａ ・・・・・・・・・・・・（４） になり、屈折率がその初期値ｎ８の関数として求められ
る。なお、前記（３）、（４）式には光の透過特性の中
心波長ｄ、ｄｏ■が入っていないので、周囲環境が変化
して中心波長が変化しても誤差は発生しない。
しない。従って、（Ｃ）における波長λ。／ｎ におけ
る光強度をＰ （Ｄ）における波長ａ
ａｌゝ λ ／ｎ における光強度をＰＶｌとし、スペクトｖ ルの肩部分か直線であるとすると、 ” ａｌ”Ｐｖ −Ｐｖｌ が成立する。しかしながら、空気中の屈折率はｎ から
ｎａｌに変化しているので、光検出器１７ａ か検出する光強度は波長λ ／ｎ８１に対応するＰａ２
になる。その為、屈折率変化に対応する光強度変化ΔＰ
は、 ΔＰ＝Ｐａ２−Ｐａ１＝Ｐａ２−（Ｐａ−（ＰＶ−ＰＶ
ｌ）ン・・・・・・・・・・・・（３）になり測定する
事が可能である。光スペクトルの肩部分の傾きすなわち
波長変化に対する光強度の比をα、屈折率変化による波
長変化をΔλとすると、 Δλ＝λ ／ｎ −λ ／ｎ、１−ΔＰ／αａＯ になる。従って、 ｎ −αλ ｎ／（αλＯ”ａΔＰ） ａｌ ０ ａ ・・・・・・・・・・・・（４） になり、屈折率がその初期値ｎ８の関数として求められ
る。なお、前記（３）、（４）式には光の透過特性の中
心波長ｄ、ｄｏ■が入っていないので、周囲環境が変化
して中心波長が変化しても誤差は発生しない。
第３図に本発明の他の実施例を示す、この実施例は光路
を三角状にし〜かつ光源の出力光の一部を検出してその
変化を補正するようにしたものである。（Ａ）は上面図
、（Ｂ）は断面図である。
を三角状にし〜かつ光源の出力光の一部を検出してその
変化を補正するようにしたものである。（Ａ）は上面図
、（Ｂ）は断面図である。
１８は光路を構成する部材であり、その内部空間１９は
真空にされている４２０．２１は半透鏡、２２は鏡であ
り、部材１８の外側に光が空間１つ内を回るように配置
されている。また、半透鏡２０．２１及び鏡２２は部材
１８の幅より長くし、外部に突き出るように配置される
。この部材１８と半透鏡２０．２１及び鏡２２で空間１
９からなる真空の光路と空気中に暴露された光路２３か
らなる２つのファブリペロ−干渉計が構成されている。
真空にされている４２０．２１は半透鏡、２２は鏡であ
り、部材１８の外側に光が空間１つ内を回るように配置
されている。また、半透鏡２０．２１及び鏡２２は部材
１８の幅より長くし、外部に突き出るように配置される
。この部材１８と半透鏡２０．２１及び鏡２２で空間１
９からなる真空の光路と空気中に暴露された光路２３か
らなる２つのファブリペロ−干渉計が構成されている。
これらのファブリペロー干渉計のうち真空の光路を有す
る干渉計の透過光は光検出器２４で、空気中に暴露され
た光路を有する干渉計の透過光は光検出器２５で検出さ
れる。光源１４から光は光導入部２６によって２つに分
岐され、各々の干渉計に入射される。動作は第１図と同
じなので説明を省略する。またこの実施例では半透鏡２
０で反射した光を光検出器２７で検出するようにしてい
る。前記（３）、（４）式から判るように、光検出器１
６．１７（または２４．２５）で検出する光の強度その
ものが屈折率の変化に対応する。
る干渉計の透過光は光検出器２４で、空気中に暴露され
た光路を有する干渉計の透過光は光検出器２５で検出さ
れる。光源１４から光は光導入部２６によって２つに分
岐され、各々の干渉計に入射される。動作は第１図と同
じなので説明を省略する。またこの実施例では半透鏡２
０で反射した光を光検出器２７で検出するようにしてい
る。前記（３）、（４）式から判るように、光検出器１
６．１７（または２４．２５）で検出する光の強度その
ものが屈折率の変化に対応する。
従って、光源１４の出力光強度が変化すると誤差が発生
する。この実施例では光検出器２７によって光源１４の
出力光強度を測定して補正するようにする。このように
すると、より正確に屈折率の変化を求める事ができる。
する。この実施例では光検出器２７によって光源１４の
出力光強度を測定して補正するようにする。このように
すると、より正確に屈折率の変化を求める事ができる。
第４図にさらに他の実施例を示す、この実施例は真空と
空気中のファプリへロー干渉計の出力光を干渉させて検
出するようにしている。なお、第１図と同じ要素には同
一符号を付し、説明を省略する。第４図において、２８
はミラーであり、外部空間１３によるファブリペロ−干
渉計の出力光を反射する。２９は半透鏡であり、内部空
間１２と外部空間１３によるファブリペロ−干渉計の出
力光を干渉させる。この干渉光の強度は光検出器３０に
より検出される。
空気中のファプリへロー干渉計の出力光を干渉させて検
出するようにしている。なお、第１図と同じ要素には同
一符号を付し、説明を省略する。第４図において、２８
はミラーであり、外部空間１３によるファブリペロ−干
渉計の出力光を反射する。２９は半透鏡であり、内部空
間１２と外部空間１３によるファブリペロ−干渉計の出
力光を干渉させる。この干渉光の強度は光検出器３０に
より検出される。
なお、これらの実施例では標準側のファブリペロー干渉
計として真空を用いたが、屈折率の変化が小さい場合に
は真空の代わりに屈折率が一定の透明な部材を用いる事
も出来る、また、測定側も空気中に限らず、使用状況に
応じて任意に変える事が出来る。
計として真空を用いたが、屈折率の変化が小さい場合に
は真空の代わりに屈折率が一定の透明な部材を用いる事
も出来る、また、測定側も空気中に限らず、使用状況に
応じて任意に変える事が出来る。
〈発明の効果〉
以上具体例に基づいて詳細に説明したように、この発明
では屈折率が一定な光路と測定環境の２つの光路を有す
るファブリペロー干渉計に光を導入し、これらの干渉計
の出力光を光検出器でその強度を測定して、これら強度
変化から前記測定環境の屈折率変化を求めるようにした
。従って構造が簡単になり、かつ小型化出来るので、小
範囲の屈折率変化を測定する事ができる。
では屈折率が一定な光路と測定環境の２つの光路を有す
るファブリペロー干渉計に光を導入し、これらの干渉計
の出力光を光検出器でその強度を測定して、これら強度
変化から前記測定環境の屈折率変化を求めるようにした
。従って構造が簡単になり、かつ小型化出来るので、小
範囲の屈折率変化を測定する事ができる。
また、屈折率の変化はファブリペロー干渉計の寸法、す
なわち半透鏡の間隔にのみ影響され、入射光の光の位相
等の影響を受けないので、ファブリペロー干渉計に入射
する間での光路及びファブリペロー干渉計を出てから光
検出器に入射するまでの経路の屈折率の影響を受けない
ので、より正確な測定が可能である。
なわち半透鏡の間隔にのみ影響され、入射光の光の位相
等の影響を受けないので、ファブリペロー干渉計に入射
する間での光路及びファブリペロー干渉計を出てから光
検出器に入射するまでの経路の屈折率の影響を受けない
ので、より正確な測定が可能である。
第１図は本発明に係る屈折率変動測定装置の一実施例を
示す構成図、第２図は動作を説明する為の特性曲線図、
第３図、第４図は本発明の他の実施例を示す構成図、第
５図は従来の屈折率変動測定装置の構成を示す構成図で
ある。 １０・・・光透過板、１１・・・スペーサ、１２・・・
内部空間、１３・・・外部空間、１４・・・光源、１５
・・・ビームスプリッタ、１６．１７．２４〜２６・・
・光検出器、２０．２１・・・半透鏡、２２・・・鏡。 第３図 又 ４ 図
示す構成図、第２図は動作を説明する為の特性曲線図、
第３図、第４図は本発明の他の実施例を示す構成図、第
５図は従来の屈折率変動測定装置の構成を示す構成図で
ある。 １０・・・光透過板、１１・・・スペーサ、１２・・・
内部空間、１３・・・外部空間、１４・・・光源、１５
・・・ビームスプリッタ、１６．１７．２４〜２６・・
・光検出器、２０．２１・・・半透鏡、２２・・・鏡。 第３図 又 ４ 図
Claims (1)
- 屈折率が一定の光路と測定環境の光路とを有するファブ
リペロー干渉計と、このフアブリペロー干渉計の各々の
光路に光を入力する光導入部と、光検出器とを有し、こ
の光検出器により前記ファブリペロー干渉計の出力光強
度を測定して、この強度出力により前記測定環境におけ
る屈折率の変動を測定することを特徴とする屈折率変動
測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3602888A JPH01210850A (ja) | 1988-02-18 | 1988-02-18 | 屈折率変動測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3602888A JPH01210850A (ja) | 1988-02-18 | 1988-02-18 | 屈折率変動測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01210850A true JPH01210850A (ja) | 1989-08-24 |
Family
ID=12458263
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3602888A Pending JPH01210850A (ja) | 1988-02-18 | 1988-02-18 | 屈折率変動測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01210850A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03257353A (ja) * | 1990-03-08 | 1991-11-15 | Yokogawa Electric Corp | 空気の屈折率測定装置 |
| JPH0519950U (ja) * | 1991-08-28 | 1993-03-12 | 横河電機株式会社 | 空気の屈折率測定装置 |
| CN110389112A (zh) * | 2019-07-22 | 2019-10-29 | 浙江理工大学 | 一种高精度激光调制干涉空气折射率绝对测量装置及方法 |
-
1988
- 1988-02-18 JP JP3602888A patent/JPH01210850A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03257353A (ja) * | 1990-03-08 | 1991-11-15 | Yokogawa Electric Corp | 空気の屈折率測定装置 |
| JPH0519950U (ja) * | 1991-08-28 | 1993-03-12 | 横河電機株式会社 | 空気の屈折率測定装置 |
| CN110389112A (zh) * | 2019-07-22 | 2019-10-29 | 浙江理工大学 | 一种高精度激光调制干涉空气折射率绝对测量装置及方法 |
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