JPH02259407A - ２周波偏光ヘテロダイン干渉測定における信号光ビート検出装置 - Google Patents
２周波偏光ヘテロダイン干渉測定における信号光ビート検出装置Info
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- JPH02259407A JPH02259407A JP1078600A JP7860089A JPH02259407A JP H02259407 A JPH02259407 A JP H02259407A JP 1078600 A JP1078600 A JP 1078600A JP 7860089 A JP7860089 A JP 7860089A JP H02259407 A JPH02259407 A JP H02259407A
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- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 6
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- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
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- 238000000034 method 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］
本発明は、２周波偏光ヘテロダイン干渉測定に於ける信
号光ビートを検出する新規な装置に関するものである。
号光ビートを検出する新規な装置に関するものである。
［従来の技術］
２周波偏光ヘテロダイン干渉測定に於いては、第４図に
示すように異なる２つの周波数（ｆ＋、 ｂ）を使用す
るが、これらの異なる周波数を持つ光を直交する２つの
偏光状態（横偏光： ｈ、縦偏光：Ｅｓ）に対応させて
、干渉計の異なる光路へ導入してい曇、 Ｅｐ、 Ｅｓ
はその振幅をＡ、Ｂとして、 Ｅｐ 冨Ａｅｘｐｉ （ω、ｔ −ｋ、ｘ、 ）Ｅｓ
ｗ Ｂｅｘｐｉ （ＣＩ） ａｔ −ｋ２Ｘｔ ）とあ
られされる。但し、ω１ヨ２πｆ３、ＩＪ ２１Ｂ ２
πｆ２、ｋ＋−（１）、／Ｃ、ｋ、−（１）、／Ｃ（
Ｃは光速度） ＋ Ｘｌ＋ Ｘ２は干渉計の光路分離素
子からの距離を示す。
示すように異なる２つの周波数（ｆ＋、 ｂ）を使用す
るが、これらの異なる周波数を持つ光を直交する２つの
偏光状態（横偏光： ｈ、縦偏光：Ｅｓ）に対応させて
、干渉計の異なる光路へ導入してい曇、 Ｅｐ、 Ｅｓ
はその振幅をＡ、Ｂとして、 Ｅｐ 冨Ａｅｘｐｉ （ω、ｔ −ｋ、ｘ、 ）Ｅｓ
ｗ Ｂｅｘｐｉ （ＣＩ） ａｔ −ｋ２Ｘｔ ）とあ
られされる。但し、ω１ヨ２πｆ３、ＩＪ ２１Ｂ ２
πｆ２、ｋ＋−（１）、／Ｃ、ｋ、−（１）、／Ｃ（
Ｃは光速度） ＋ Ｘｌ＋ Ｘ２は干渉計の光路分離素
子からの距離を示す。
これら２つの光は再び同一の光路上に合成された後、そ
の軸を入射光の偏光方向よりπ／４ラジアン付近に傾け
られた検光子により干渉し光検出器に入る。検出信号Ｉ
は ｌ ＝ ｌ ｔ／ｒｚ （Ｅｐ ＋ Ｅｓ ）となる
、この式を展開すると、 １＝１１／２ （ＩＥＩ）Ｉ”＋ ＩＥｓＩ”）＋
ＩＡＣとなる。一般には興味のない直流成分となる第１
項は通常、低周波除去電気回路によって、取り除かれ、
ＩＡＣが測定信号として用いられる。
の軸を入射光の偏光方向よりπ／４ラジアン付近に傾け
られた検光子により干渉し光検出器に入る。検出信号Ｉ
は ｌ ＝ ｌ ｔ／ｒｚ （Ｅｐ ＋ Ｅｓ ）となる
、この式を展開すると、 １＝１１／２ （ＩＥＩ）Ｉ”＋ ＩＥｓＩ”）＋
ＩＡＣとなる。一般には興味のない直流成分となる第１
項は通常、低周波除去電気回路によって、取り除かれ、
ＩＡＣが測定信号として用いられる。
このとき、第５図に示すように、第２検光子の代わりに
、その基準軸をπ／４ラジアン付近に固定的に傾けられ
た偏光分離素子１を用いて、２つの信号光を作り出し、
異なる光検出器により検出された信号を差動的に増幅す
ることによって、上式第１項の直流成分を低減する方法
も用いられている。
、その基準軸をπ／４ラジアン付近に固定的に傾けられ
た偏光分離素子１を用いて、２つの信号光を作り出し、
異なる光検出器により検出された信号を差動的に増幅す
ることによって、上式第１項の直流成分を低減する方法
も用いられている。
測定対象となる周波数成分ＩＡＣは
ＩＡＣ−Ｒｅ、 （Ｅｐ” Ｅｓ）
−２八Ｂｃｏｓ （（ｉ）ｔ２Ｌ ” Δｋｘ＋
＋ ｋ２ΔＸ ）倶し ω Ｉ！＝ ω １− ω２ Δｋｋ！−ｋ。
＋ ｋ２ΔＸ ）倶し ω Ｉ！＝ ω １− ω２ Δｋｋ！−ｋ。
ΔＸ Ｘ５−Ｘ＋
とあられされる。通常の干渉条件ではΔｋｘ、の変化は
無視できるのでΔＸの変化に対して、ＩＡＣの位相変化
Δφは Δφ雪にΔＸ となり、ΔＸに対し線形的に変化する。しかしながら、
一般に光学部品やレーザー光の偏光の不完全性のために
偏光の乱れがあり、各々の偏光状態の光は、１つの周波
数成分の光と対応していない、すなわち、 Ｅｐ ｗａ Ａｅｘｐｉ （ω、ｔ ＋ ｋｔｘ、 ）
＋ ａｅｘｐｉ （ω２ｔ ＊ ｋ２ｘ、 ）Ｅｓ ｗ
ａ Ｂｃｘｐｉ （ω２ｔ ＋ ｋ２Ｘｚ ）＋βｅｘ
ｐｉ（（１）、ｔ＋に＋ｘ２）とあられされる、ここで
、α、βはＡ、Ｂの１次の微小量である。すなわち周波
数０１の光に対応するＥｐの光には、微小ながら（−α
／Ａ）周波数ω２の光が含まれる。この結果、通常の検
波出力ＩＡＣは ｌＡｃｍ ＡＢｃｏｓ （ωｔｚｔ ＋ Δｋｘ＋
＋ ｋｇΔ× ）＋Ａαｃｏｓ （ω＋２ｔ ÷
Δに×１）＋ Ｂβｃｏｓ （ω、、ｔ ＋ Δｋｘ
、 ）αβ （ω１２ｔ −Δｋｘｔ −ＫｇΔＸ
）となる、２次の微小量を省略する七ＩＡｃは、ＩＡ
Ｃ” ＡＢｃｏｓ （（Ｊ ｚ２ｔ ”Δｋｘ、 ＊
ｋ、ΔＸ）＋ Ａ（ＸＣＯ５（ω ！、ｔ ＋
Δｋｘ ｌ ）十 Ｂβ ｃｏｓ （ω 、、ｔ
＋ Δｋｘ、 ）とあられされる。ここで実際に
測定される信号の振幅因子ρ及び位相因子Δφを知るた
めに。
無視できるのでΔＸの変化に対して、ＩＡＣの位相変化
Δφは Δφ雪にΔＸ となり、ΔＸに対し線形的に変化する。しかしながら、
一般に光学部品やレーザー光の偏光の不完全性のために
偏光の乱れがあり、各々の偏光状態の光は、１つの周波
数成分の光と対応していない、すなわち、 Ｅｐ ｗａ Ａｅｘｐｉ （ω、ｔ ＋ ｋｔｘ、 ）
＋ ａｅｘｐｉ （ω２ｔ ＊ ｋ２ｘ、 ）Ｅｓ ｗ
ａ Ｂｃｘｐｉ （ω２ｔ ＋ ｋ２Ｘｚ ）＋βｅｘ
ｐｉ（（１）、ｔ＋に＋ｘ２）とあられされる、ここで
、α、βはＡ、Ｂの１次の微小量である。すなわち周波
数０１の光に対応するＥｐの光には、微小ながら（−α
／Ａ）周波数ω２の光が含まれる。この結果、通常の検
波出力ＩＡＣは ｌＡｃｍ ＡＢｃｏｓ （ωｔｚｔ ＋ Δｋｘ＋
＋ ｋｇΔ× ）＋Ａαｃｏｓ （ω＋２ｔ ÷
Δに×１）＋ Ｂβｃｏｓ （ω、、ｔ ＋ Δｋｘ
、 ）αβ （ω１２ｔ −Δｋｘｔ −ＫｇΔＸ
）となる、２次の微小量を省略する七ＩＡｃは、ＩＡ
Ｃ” ＡＢｃｏｓ （（Ｊ ｚ２ｔ ”Δｋｘ、 ＊
ｋ、ΔＸ）＋ Ａ（ＸＣＯ５（ω ！、ｔ ＋
Δｋｘ ｌ ）十 Ｂβ ｃｏｓ （ω 、、ｔ
＋ Δｋｘ、 ）とあられされる。ここで実際に
測定される信号の振幅因子ρ及び位相因子Δφを知るた
めに。
ｌＡｃ１１ρＣ０５（ω１□ｔ＋Δｋｘ、 ＋Δφ〉と
おくと １”” （ＡＢ）”＋ （＾ａ＋Ｂβ）２÷２靜α
βｃｏｓ （Δｋｘ 、 ＋に、ΔＸ）但し、通常の
干渉条件で成立する Δｋｘ、−Δｋｘ、を用いた（この条件は、式の表現の
煩雑さを軽減するために用いるが、この条件がなくても
以下の議論は成立する）、すなわちビート信号の包絡線
ρはΔ×の変化に対して２π／ｋｇの周期で変動する。
おくと １”” （ＡＢ）”＋ （＾ａ＋Ｂβ）２÷２靜α
βｃｏｓ （Δｋｘ 、 ＋に、ΔＸ）但し、通常の
干渉条件で成立する Δｋｘ、−Δｋｘ、を用いた（この条件は、式の表現の
煩雑さを軽減するために用いるが、この条件がなくても
以下の議論は成立する）、すなわちビート信号の包絡線
ρはΔ×の変化に対して２π／ｋｇの周期で変動する。
また測定位相Δφは、α、β→０の下てはΔφｍｋ２Δ
にとなり、ΔＸの変化を線形的に表すか、α、βが無視
し得ない値を持つ場合、２π／ｋｇの周期の非線形な関
係となる。この場合の干渉信号の位相は、本来測定しよ
うとする光路差とは単純な線形関係になく、干渉測定の
大きな誤差となる。
にとなり、ΔＸの変化を線形的に表すか、α、βが無視
し得ない値を持つ場合、２π／ｋｇの周期の非線形な関
係となる。この場合の干渉信号の位相は、本来測定しよ
うとする光路差とは単純な線形関係になく、干渉測定の
大きな誤差となる。
一方、上記差動検出法に於いては、互いに直交する偏光
状態（Ｅｐ、 Ｅｓ）をもつ２つの信号光の和成分（Ｅ
＋１ ＋ Ｅｓ ）と差成分（Ｅｐ −Ｅｓ ）を作り
出し、各々の成分の光を異なる光検出器により検出した
後、その２つの検出信号の差の交流成分を出力する。２
つの信号には各々本来検出したい線形な成分を異符号で
、非線形の原因となる成分を同符号で含むため、これら
の差をとることにより、前者成分は２倍になり、後者成
分は低減される。
状態（Ｅｐ、 Ｅｓ）をもつ２つの信号光の和成分（Ｅ
＋１ ＋ Ｅｓ ）と差成分（Ｅｐ −Ｅｓ ）を作り
出し、各々の成分の光を異なる光検出器により検出した
後、その２つの検出信号の差の交流成分を出力する。２
つの信号には各々本来検出したい線形な成分を異符号で
、非線形の原因となる成分を同符号で含むため、これら
の差をとることにより、前者成分は２倍になり、後者成
分は低減される。
しかしなから、偏光に関する光源及び光学部品の不完全
性とアライメントの不完全性のために、偏光面の方向は
一般に同定が困難であり、上記差動検出法によっても非
線形成分を完全には除去できない。
性とアライメントの不完全性のために、偏光面の方向は
一般に同定が困難であり、上記差動検出法によっても非
線形成分を完全には除去できない。
［発明が解決しようとする問題点〕
本発明の目的は、２つの直交する偏光状態が２つの周波
数成分をもつ場合に生じる光路差−位相の関係の非線形
性を大きく低減させる検出装置を提供することにある。
数成分をもつ場合に生じる光路差−位相の関係の非線形
性を大きく低減させる検出装置を提供することにある。
［問題点を解決するための千尋］
上記目的を達成するため、２周波偏光ヘテロダイン干渉
測定に於いて、異なる光路を通過した２つの光を同一の
光路に合成した後、偏光分離素子とその入射光軸回りの
角度を調整する角度調整機構により、２つの干渉光を作
り出し。
測定に於いて、異なる光路を通過した２つの光を同一の
光路に合成した後、偏光分離素子とその入射光軸回りの
角度を調整する角度調整機構により、２つの干渉光を作
り出し。
各々の干渉光を異なる光検出器により検出した後、その
２つの検出信号の差の交流成分を出力することによって
、上記非線形成分を打ち消すことを特徴とする検出装置
を発明した。
２つの検出信号の差の交流成分を出力することによって
、上記非線形成分を打ち消すことを特徴とする検出装置
を発明した。
［作用］
本発明に於ける角度調整機構は、最も原始的には■手動
により偏光分離素子の入射光軸の回りの角度を調整でき
る機構でもよいし〈実施例１参照）、■偏光分離素子の
前に置くｌ／２波長板でも良いしく実施例２参照）、■
ファラデー回転素子の如き磁気光学回転素子でもよい。
により偏光分離素子の入射光軸の回りの角度を調整でき
る機構でもよいし〈実施例１参照）、■偏光分離素子の
前に置くｌ／２波長板でも良いしく実施例２参照）、■
ファラデー回転素子の如き磁気光学回転素子でもよい。
［実施例１］
第１図は本実施例の装置の１部切り欠き斜視概念図であ
る。
る。
ここては、偏光分離素子ｌ及び光検出器４．５を迷光の
侵入を防止するため、光シールドケース１２内に納め、
このケース１２を角度調整できるように角度調整機構１
１を設けである。
侵入を防止するため、光シールドケース１２内に納め、
このケース１２を角度調整できるように角度調整機構１
１を設けである。
角度調整機構が、本発明でいう偏光分離素子の入射光軸
の回りの角度を調整できる機構である。
の回りの角度を調整できる機構である。
角度調整機構１１に外部モータを取付け、電気制御によ
り角度を調整してもよい。
り角度を調整してもよい。
［実施例２］
本実施例の装置をＰ１４２図（斜視概念図）に示す。こ
こては１ノ２波長板１３か角度調整機構に相当する。
こては１ノ２波長板１３か角度調整機構に相当する。
１／２波長板１３の軸を入射光の偏光面に対して、角度
β傾けて設定すると出射光の偏光面は入射光の偏光面に
対して、２部回転する。
β傾けて設定すると出射光の偏光面は入射光の偏光面に
対して、２部回転する。
そこで１／２波長板１３の角度調整によって実施例１と
同様な効果か得られる。
同様な効果か得られる。
［実施例３］
本実施例の装置を第３図（斜視概念図）に示す、ここで
は磁気光学回転素子１４が角度調整機構に相当する。
は磁気光学回転素子１４が角度調整機構に相当する。
素子１４に入力する電気信号調整することにより入射光
の偏光面を任意に傾けて出射することかでき、その結果
実施例１と同様な効果が得られる。
の偏光面を任意に傾けて出射することかでき、その結果
実施例１と同様な効果が得られる。
［発明の効果］
以上の通り、実際の２周波偏光ヘテロダイン干渉測定で
は■光学部品や光源光（レーザ光）の偏光の不完全性に
よる偏光の乱れ、■光源から光検出器までのアライメン
トの不完全性による偏光の乱れなどに起因して、変位−
位相の線形関係が得られないところ、本発明によれば、
線形関係が得られ、その結果測定精度かさらに向上する
。
は■光学部品や光源光（レーザ光）の偏光の不完全性に
よる偏光の乱れ、■光源から光検出器までのアライメン
トの不完全性による偏光の乱れなどに起因して、変位−
位相の線形関係が得られないところ、本発明によれば、
線形関係が得られ、その結果測定精度かさらに向上する
。
第１図は、本発明の実施例１にかかる装置の一部切り欠
き斜視概念図である。 第２図は、本発明の実施例２にかかる装置の一部切り欠
き斜視概念図である。 第３図は、本発明の実施例３にかかる装置の一部切り欠
き斜視概念図である。 第４図は、従来の２周波偏光ヘテロダイン干渉計の構成
の一例を示す概念図である。 第５図は、従来差動法の２周波偏光ヘテロダイン干渉計
の構成の一例を示す概念図である。 第６図は、合成光を偏光分離素子に通すことにより、互
いに直交する偏光状態をもつ２つの反射光の和成分２と
差成分３を作り出すことを説明するベクトル図である。 第７図は、変位−位相の線形関係からの誤差を示す図で
ある。 ［主要部分の符号の説明］ ｌ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・偏光分
離素子２・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
和成分３・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
差成分４．５．９・・・・・・・・・光検出器６・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・差動増幅器７・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・位相検出器
８・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・第１検
光子ｌＯ・・・・・・・・・・・・・・・・・・増幅器
１１・・・・・・・・・・・・・・・・・・角度調整機
構１２・・・・・・・・・・・・・・・・・・光シール
ドケース１３−・・・・・・・・・・・・−−−−−１
／２波長板１４・・・・・・・・・・・・・・・・・・
磁気光学回転素子第７図
き斜視概念図である。 第２図は、本発明の実施例２にかかる装置の一部切り欠
き斜視概念図である。 第３図は、本発明の実施例３にかかる装置の一部切り欠
き斜視概念図である。 第４図は、従来の２周波偏光ヘテロダイン干渉計の構成
の一例を示す概念図である。 第５図は、従来差動法の２周波偏光ヘテロダイン干渉計
の構成の一例を示す概念図である。 第６図は、合成光を偏光分離素子に通すことにより、互
いに直交する偏光状態をもつ２つの反射光の和成分２と
差成分３を作り出すことを説明するベクトル図である。 第７図は、変位−位相の線形関係からの誤差を示す図で
ある。 ［主要部分の符号の説明］ ｌ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・偏光分
離素子２・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
和成分３・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
差成分４．５．９・・・・・・・・・光検出器６・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・差動増幅器７・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・位相検出器
８・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・第１検
光子ｌＯ・・・・・・・・・・・・・・・・・・増幅器
１１・・・・・・・・・・・・・・・・・・角度調整機
構１２・・・・・・・・・・・・・・・・・・光シール
ドケース１３−・・・・・・・・・・・・−−−−−１
／２波長板１４・・・・・・・・・・・・・・・・・・
磁気光学回転素子第７図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 ２周波偏光ヘテロダイン干渉測定に於いて、異なる光路
を通過した２つの光を同一の光路に合成した後、偏光分
離素子とその入射光軸の回りの角度を変化させる角度調
整機構により、２つの干渉光を作り出し、各々の干渉光
を異なる光検出器により検出した後、その２つの検出信
号の差の「非線形成分を完全に含まない 交流成分」を出力することを特徴とする検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1078600A JPH0674964B2 (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | ２周波偏光ヘテロダイン干渉測定における信号光ビート検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1078600A JPH0674964B2 (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | ２周波偏光ヘテロダイン干渉測定における信号光ビート検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02259407A true JPH02259407A (ja) | 1990-10-22 |
| JPH0674964B2 JPH0674964B2 (ja) | 1994-09-21 |
Family
ID=13666395
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1078600A Expired - Lifetime JPH0674964B2 (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | ２周波偏光ヘテロダイン干渉測定における信号光ビート検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0674964B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0689030A2 (en) | 1994-06-20 | 1995-12-27 | Canon Kabushiki Kaisha | Displacement measuring method and apparatus |
| JP2007232667A (ja) * | 2006-03-03 | 2007-09-13 | Hitachi High-Technologies Corp | 光ヘテロダイン干渉測定方法およびその測定装置 |
| CN101893448A (zh) * | 2010-07-16 | 2010-11-24 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种消除或减小激光外差干涉法中非线性误差的方法 |
| CN101936747A (zh) * | 2010-07-28 | 2011-01-05 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 波动探测方法中非线性误差的基波和奇次谐波消除法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60209103A (ja) * | 1984-03-16 | 1985-10-21 | Yokogawa Hewlett Packard Ltd | 距離測定装置および距離測定方法 |
-
1989
- 1989-03-31 JP JP1078600A patent/JPH0674964B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60209103A (ja) * | 1984-03-16 | 1985-10-21 | Yokogawa Hewlett Packard Ltd | 距離測定装置および距離測定方法 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0689030A2 (en) | 1994-06-20 | 1995-12-27 | Canon Kabushiki Kaisha | Displacement measuring method and apparatus |
| JP2007232667A (ja) * | 2006-03-03 | 2007-09-13 | Hitachi High-Technologies Corp | 光ヘテロダイン干渉測定方法およびその測定装置 |
| JP4673770B2 (ja) * | 2006-03-03 | 2011-04-20 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 光ヘテロダイン干渉測定方法およびその測定装置 |
| CN101893448A (zh) * | 2010-07-16 | 2010-11-24 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种消除或减小激光外差干涉法中非线性误差的方法 |
| CN101936747A (zh) * | 2010-07-28 | 2011-01-05 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 波动探测方法中非线性误差的基波和奇次谐波消除法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0674964B2 (ja) | 1994-09-21 |
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