JPH03279828A - 光波長測定装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は光の波長をマイケルソン干渉計を用いて高精度
に測定する光波長測定装置に関する。

［従来の技術］ 回折格子等の光学的機材を用いなくて電気的に被測定光
の波長を高精度に測定する装置として、第３図に示すマ
イケルソン干渉計１を用いた光波長測定装置が実用化さ
れている。すなわち、基準光源２から出力された既知の
基準波長λ。を有するコヒーレントな基準光ｒはビーム
スプリッタ−３内のハーフミラ−４へ入射される。この
ハーフミラ−４は基準光ｒの光路に対して４５＠傾斜し
て配設されている。基準光ｒの一部は傾斜したハーフミ
ラ−４のＡ点にて直角に反射され、固定ミラー５にて進
行方向が１８０ｍ反転されて、同一ハーフミラ−４のＢ
点を透過して基準光用受光器６へ入射される。また基準
光源２から出力された基準光ｒの一部はハーフミラ−４
のＡ点を透過して、移動ミラー７で進行方向が１８０°
反転されて、ハーフミラ−４のＢ点で反射されて前記基
準光用受光器６へ入射される。

一方、未知の波長λを有する被測定光ａはハーフミラ−
４のＢ点を透過して、移動ミラー７で進行方向が１８０
”反転されて、ハーフミラ−４のＡ点で反射されて被測
定光用受光器８へ入射される。また、被測定光ａの一部
はハーフミラ−４のＢ点で直角に反射され、固定ミラー
５にて進行方向が１８０＠反転されて、ハーフミラ−４
のＡ点を透過して被測定光用受光器８へ入射される。そ
して、前記移動ミラー７は図示するように光路に平行に
移動可能に設けられている。

各受光器６，８に入射される基準光ｒおよび被測定光ａ
はそれぞれ固定ミラー５を経由した光と移動ミラー７を
経由した光とで干渉現象が生じる。

よって、移動ミラー７を矢印方向へ移動すると各受光器
６，８から出力される各干渉光の゛光強度に対応した各
光強度信号ｒｌｒａｌには、第４図に示すように、干渉
によって生じる繰返し波形が周期的に生じる。この繰返
し波形のピッチ長Ｐはその光の波長に対応した値である
ので、移動ミラー７を予め定められた規定距離Ｄｓだけ
移動させた場合の各繰返し波形の数Ｎｒ、Ｎａを計数す
れば、求める被測定光ａの波長λは（１）式で求まる。

λ−（Ｎ　ａ　／　Ｎ　ｒ　）　λ。　　　　　　・・
・（１）［発明が解決しようとする課題］ しかし、第３図に示すマイケルソン干渉計１を使用した
光波長測定装置において、被測定光ａの波長λを正確に
測定するためには、前述した各繰返し波形数Ｎｒ、Ｎａ
を精度よく求める必要がある。すなわち、各繰返し波形
数Ｎｒ、Ｎａは一般にカウンタで計数されるが、カウン
タの計数開始タイミングと計数終了タイミングとが、第
４図に示すように、各光強度信号ｒｌｒ”ｌの繰返し波
形の最高位置又は最低位置、又は正負のピーク値を含む
波の数に一致しておれば、この繰返し波形数Ｎｒ、Ｎａ
を（１）式に代入すれば、正しい波長λが求まる。

しかし、一般に各光強度信号ｒｌｎａｌとカウンタの計
数開始タイミングと計数終了タイミングとは非同期であ
るので、第５図に示すように移動ミラー７を規定路Ｍ　
Ｄ　ｓ移動させた場合には、カウンタで得られた各繰返
し波形数Ｎｒ、Ｎａが真に正しい繰返し波形数Ｎ、、Ｎ
Ａとはならない。

すなわち、カウンタにて得られる繰返し波形数Ｎｒ、Ｎ
ａは整数値のみしか取り得ないが、正しい繰返し波形数
Ｎア、ＮＡは小数点以下の数値も存在する。したがって
、整数値のみしか取り得ない繰返し波形数Ｎｒ、Ｎａを
用いて（１）式で算出される波長λの測定精度には一定
の限界が存在する。

なお、従来方法で測定精度を向上させるには、カウント
される各繰返し波形数Ｎｒ、Ｎａの桁数を多く求めれば
よい。すなわち、前述した規定距離り、を大きく設定す
る必要がある。しかし、規定距離Ｄ５を大きくすると測
定装置全体が大型化する問題があり、また、移動距離が
長くなると光学系機器の据付は精度等の問題が生じ、干
渉波形に乱れが生じる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、
光強度信号の繰返し波形数をカウントする場合における
両端の繰返し波形の端数値を別のカウンタで計測するこ
とによって、小数点以下を含む正しい繰返し波形数を算
出でき、装置を大型化することなく、波長の測定精度を
大幅に向上できる光波長測定装置を提供することを目的
とする。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解消するために本発明は、入力された被測定
光を二つの光路に分割して、その後再度合成して干渉光
を作成し、一方の光路長を規定距離変化させることによ
って生じる干渉光の光強度信号からなる波形信号を受け
て、この波形の波の数から被測定光の波長を算出する光
波長測定装置において、 規定距離の変化によって生じる光強度信号の波形の変化
を波の数として計数する波数カウンタと、この波数カウ
ンタの計数開始点から規定距離の初点位置までの差およ
び波数カウンタにおける計数終了点から規定距離の終点
位置までの差をクロックパルス数として計数する端数カ
ウンタと、波形の周期をクロックパルス数として計時す
る周期カウンタとを用いて、被測定光の波長を算ａする
手段を備えている。

また、別の発明においては、別々に入力された被測定光
及び基準光をそれぞれ二つの光路に分割して、その後各
々を再度合成してそれぞれ２つの干渉光を作成し、二つ
の光路のうちの一方の光路長を所定距離変化させること
によって生じる２つの干渉光の各々の光強度信号からな
る波形信号をそれぞれ受けて、これらの２つの波形の波
の数の比と基準光の波長とがら被測定光の波長を算出す
る光波長測定装置において、 所定距離の変化によって生じる各光強度信号の波形の変
化を波の数として各々計数する波数カウンタと、この２
つの波数カウンタのカウント開始及び終了時点の差であ
る端数部分を補正するための端数カウンタと、いずれか
一方の波形の周期を計時する周期カウンタと、端数カウ
ンタの値及び周期カウンタの値を用いて波数カウンタに
て計数された各々のカウント数を補正する波数補正手段
とを備えている。

［作用］ このように構成された光波長測定装置によれば、波数カ
ウンタにて移動ミラーが規定距離移動した場合における
光強度信号における繰返し波形数が得られる。また、端
数カウンタによって、波数カウンタが計数開始時刻から
実際に繰返し波形における最初の計数位置到来までの開
始端数時間および終了時刻から次の計数位置到来までの
終了端数時間が得られる。また、周期カウンタにて繰返
し波形の周期が求まる。したがって、各端数時間の周期
に対する比、すなわち先に得られた繰返し波形数に加減
算する小数点以下の数が求まる。

また、別の発明においては、前記被測定光と同時に既知
波長を有した基準光の繰返し波形数がカウントされる。

そして、前述した手法で被測定光および基準光の小数点
以下の精度を有した各繰返し波形波数が得られる。よっ
て、被測定光の正しい波長は基準光の波長と各繰返し波
形数の比でもって算出される。

［実施例］ 以下本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第１図は実施例の光波長測定装置の概略構成を示すブロ
ッン図である。なお、第３図と同一部分には同一符号を
付して重複する部分の説明を省略する。

外部から入力された未知波長λを有する被測定光ａは第
３図に示したマイケルソン干渉計１へ入射される。この
マイケルソン干渉計１がら出力される被測定光ａに対応
する干渉光は被測定光用受光器８へ入射される。この被
測定用受光器８がら出力される光強度信号ａ、は増幅器
９で増幅され、波形整形回路１０で矩形波信号ａ２に波
形整形され、タイミング回路１２を経由して被測定光用
の波数カウンタ１３へ入力される。

一方、基準光源２がら出力された既知波長λ。

を有する基準光ｒはマイケルソン干渉計１へ入射される
。このマイケルソン干渉計１から出力される基準光ｒに
対応する干渉光は基準光用受光器６へ入射される。この
基準光用受光器６から出力される光強度信号ｒ、は増幅
器１１で増幅され、波形整形回路１４で矩形波信号ｒ２
に波形整形され、タイミング回路１２を経由して規準電
光用の波数カウンタ１５へ入力される。

また、前記マイケルソン干渉計１の移動ミラー７は、モ
ータ駆動回路１６にて駆動される駆動モータ１７にて移
動制御される。そして、移動ミラー７には位置検出器１
８が取付けられており、この位置検出器１８は、移動ミ
ラー７が予め定められた規定距離Ｄ５の移動範囲に入る
とノ＼イ（Ｈ）レベルとなる位置検出信号ｅを出力する
。この位置検出信号ｅは増幅器１９で増幅された後、前
記タイミング回路１２へ入力される。さらに、位置検出
器１８は、移動ミラー７が移動範囲を外れて、この移動
範囲の外側に設定された停止位置に達すると、増幅器２
０を介してモータ駆動回路１６へ停止信号を送出する。

また、タイミング回路１２にはクロ・ツク発振器２１か
ら５０ＭＨｚのクロック信号ｆが入力されている。さら
に、タイミング回路１２には前記クロック信号ｆのクロ
ック数を計数する、それぞれ被測定光ａおよび基準光ｒ
に対応する各端数カウンタ２２ａ、２２ｒおよび各周期
カウンタ２３ａ。

２３ｒが接続されている。

そして、このタイミング回路１２は、位置検出信号ｅの
立上り／立下り、および各矩形波信号ａ２＋’２の立下
りを検出して各カウンタ１３゜１５．２２ａ、２２ｒ、
２３ａ、２３ｒに対する計数開始信号および計数終了信
号を第２図に示すタイミングで送出する。すなわち、位
置検出信号ｅが立上ると各波数カウンタ１Ｂ、１５を計
数開始させ、位置検出信号ｅが立下ると計数終了させる
。また、位置検出信号ｅの立上り、立下りに同期して端
数カウンタ２２ａ、２２ｒを同時に計数開始させ、位置
検出信号ｅの立上り、立下時刻から最初に各矩形波信号
ａ２＋ｒ２がそれぞれ立下がったタイミングで該当する
各端数カウンタ２２ａ、２２ｒを計数終了させる。また
、各端数カウンタ２２ａ、２２ｒの計数終了に同期して
、該当する各周期カウンタ２３ａ、２３ｒをそれぞれ計
数開始させる。さらに、各矩形波信号ａ２　＋ｒ２にお
けるさらに次の立下りタイミングで各周期カウンタ２３
ａ、２３ｒをそれぞれ計数終了させる。

各カウンタ１Ｂ、１５．２２ａ〜２３ｒにて計数された
計数値はパスライン２４を介してＲＡＭ２５に一旦格納
される。このパスライン２４には、各種演算処理を実行
するＣＰＵ２６、制御プログラムを記憶するＲＯＭ２７
、各種可変データを記憶する前記ＲＡＭ２５、測定した
波長λを例えば外部のホストコンピュータへ送出するた
めのインタフェース２８、操作者が各種指令をキー人力
するためのキーボード２９からキー信号が入力されるキ
ー入力回路３０、および前記モータ駆動回路１６等が接
続されている。

次にこのように構成された光波長測定装置の動作を第２
図のタイムチャートを用いて説明する。

モータ駆動回路１６へ駆動信号を送出して移動モータ１
７を起動してマイケルソン干渉計１内の移動ミラー７を
移動中において、マイケルソン干渉計１から出力された
被測定光ａの干渉光は被測定光用受光器８で周期的な繰
返し波形を含む光強度信号ａ１に変換される。そして、
この光強度信号ａ、は波形整形回路１０でもって矩形波
信号ａ２に変換される。

そして、移動ミラー７が時刻ｔ。にて規定距離り、の範
囲に入ると、位置検出信号ｅが立上り、被測定光用の波
数カウンタ１３が矩形波信号ａ２の図中矢印で示す立下
りタイミングの計数を開始する。同時に、端数カウンタ
２２ａがクロック信号ｆのクロックの計数を開始する。

次に、時刻ｔ、にて矩形波信号ａ２が立下がると、端数
カウンタ２２ａはタロツク信号ｆの計数を終了して、計
数値を開始端数時間Ｎ５としてパスライン２４へ送出す
る。パスライン２４へ出力された開始端数時間Ｎ５はＲ
ＡＭ２５へ一旦格納される。そして、端数カウンタ２２
ａはクリアされる。また、時刻ｔ、にて周期カウンタ２
３ａが前記クロック信号ｆの計数を開始する。そして、
時刻ｔ２にて矩形波信号ａ２が再度立下がるとこの周期
カウンタ２３ａは計数動作を終了する。そして、計数値
は周期Ｎ。とじて前記ＲＡＭ２５へ格納される。

また、周期カウンタ２３ａはクリアされる。

しかして、移動ミラー７が時刻ｔ４にて規定距離ＤＳの
範囲を外れると位置検出信号ｅが立下り、波数カウンタ
１３は計数動作を終了する。そして、計数値はｉ、返し
波形数Ｎａとして前記ＲＡＭ２５へ格納される。また、
位置検出信号ｅの立下りに同期して、端数カウンタ２２
ａが起動され、クロック信号ｆの計数を開始する。そし
て、矩形波信号ａ２の次の立下り時刻ｔ５にて端数カウ
ンタ２２ａは計時動作を終了する。そして、計数値は終
了端数時間ＮＥとしてけＲＡＭ２５に格納され、端数カ
ウンタ２２ａはクリアされる。また、時刻ｔ５にて周期
カウンタ２３ａが前記クロック信号ｆの計数を開始する
。そして、時刻ｔ６にて矩形波信号ａ２が再度立下がる
とこの周期カウンタ２３ｇは計数動作を終了する。そし
て、計数値は周期Ｎ、として前記ＲＡＭ２５へ格納され
る。また、周期カウンタ２３ａはクリアされる。

以上で、被測定光ａに対する一連の測定処理は終了する
。なお、各カウンタ１３．２２ａ。

２３ａにて得られた各計数値のＲＡＭ２５への実際の書
込処理は、タイミング［Ｌ、　ｌ（３１２からの各タイ
ミング信号を受領したＣＰＵ２６が実行する。

そして、前記ＣＰＵ２６はＲＡＭ２５に格納された開始
端数時間Ｎｓ、終了端数時間Ｎ１！を用いて繰返し波形
数Ｎａを（２）式に従って補正して前記規定距離ＤＳ内
に含まれる正しい繰返し波形数ＮＡを算出する。

Ｎｐ、−Ｎａ＋Ｎｓ　／Ｎｏ　＋　（ＮＩ　−ＮＥ　）
／Ｎｒ・・・（２） なお、（ＮＩ　　ＮＥ）は矩形波信号ａ２が最後に立下
がった時刻ｔ３　（繰返し波形数−Ｎａ）から位置検出
信号ｅが立下がる間での時間に相当する。

以上で被測定光ａに対する補正後の小数点以下の数値も
含むより正確な繰返し波形数ＮＡが算出された。

同様の手法にて基準光ｒに対する補正後の小数点以下の
数値も含むより正確な繰返し波形数ＮＲも算出される。

なお、この基準光ｒに対する測定および算出過程は被測
定光ａと同様であるので説明を省略する。

しかして、算出された各繰返し波形数ＮＡ。

ＮＲを用いて（３）式に従って、被測定光ａの波長λを
算出する。

λ−（ＮＡ／ＮＲ）λｏ　　　　　　　”・（３）なお
、基準光ｒの波長λ。が正確に求められている場合は、
距離り、を用いずに、（３）式からその比戸けで波長λ
を求めることかできる。この場合、２つの干渉光のいず
れか一方の周期を計測する同期カウンタ２２ｒ及び端数
カウンタ２３ｒを用い、この２つの干渉光の端数カウン
タの値を考慮した繰返し波形数が完全に一致したときの
それぞれの比を前記（３）式の（Ｎ＾／ＮＲ）の値とし
て利用する。

このように構成された光波長測定装置よれば、（３）式
における被測定光ａおよび基準光ｒに対応する各繰返し
波形数ＮＡ、Ｎ、が小数点以下の数値も含み、より精度
良く算出されるので、各繰返し波形数Ｎａ、Ｎｒが整数
値しか取り得ない従来装置に比較して波長測定制度を大
幅に向上できる。

また、各カウンタ２２ａ、２２ｒ、２３ａ。

２３ｒを設けることによる製造費の上昇分は、マイケル
ソン干渉計１におけ移動ミラー７の移動距離を延ばす場
合に比較して格段に少ないので、高い測定精度を得るた
めに製造費が大幅に上昇することはない。また、装置全
体が大型化することもない。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明の光波長測定装置によれば、
光強度信号の繰返し波形数を波数カウンタで計数する場
合における計数開始時および計数終了時に基準光と被測
定光とが重なる各繰返し波形の各端数値を別の端数カウ
ンタで計測するようにしている。又は、計数開始点及び
計数終了点に規定距離が一致する各端数値を別の端数カ
ウンタで計測するようにしている。したがって、小数点
以下を含む正しい繰返し波形数を算出できるので、装置
を大型化することなく、波長の測定精度を大幅に向上で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる光波長測定装置の概
略構成を示すブロック図、′Ｍ２図は動作を示すタイム
チャート、第３図は一般的なマイケルソン干渉計を示す
模式図、第４図は波長測定原理を示す波形図、第５図は
従来装置の問題点を説明するための波形図である。 １・・・マイケルソン干渉計、２・・・基準光源、３・
・・ビームスプリッタ−４・・・ハーフミラ−５・・・
固定ミラー　６・・・基準光用受光器、７・・・移動ミ
ラー８・・・被測定光用受光器、１０．１４・・・波形
整形回路、１２・・・タイミング回路、１３．１５・・
・波数カウンタ、１８・・・位置検出器、２２ａ、２２
ｒ・・・端数カウンタ、２３ａ、２３ｒ・・・周期カウ
ンタ、２６・・・ＣＰ　Ｕ　％　ａ・・・被測定光、ａ
ｌｅｒｌ・・・光強度信号、ｒ・・・基準光、Ｎａ、Ｎ
ｒ・・・繰返し波形数、Ｎｓ・・・開始端数時間１．Ｎ
Ｅ・・・終了端数時間、Ｎ　ｏ　、　Ｎ　＋・・・周期
。 第 図 ｃ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ［１］入力された被測定光（ａ）を二つの光路に分割し
   て、その後再度合成して干渉光を作成し、前記一方の光
   路長を規定距離変化させることによって生じる前記干渉
   光の光強度信号（ａ＿１）からなる波形信号を受けて、
   この波形の波の数から前記被測定光の波長（λ）を算出
   する光波長測定装置において、 前記規定距離の変化によって生じる前記光強度信号の波
   形の変化を波の数として計数する波数カウンタ（１３）
   と、この波数カウンタの計数開始点から前記規定距離の
   初点位置までの差および前記波数カウンタにおける計数
   終了点から前記規定距離の終点位置までの差をクロック
   パルス数として計数する端数カウンタ（２２ａ）と、前
   記波形の周期をクロックパルス数として計時する周期カ
   ウンタ（２３ａ）とを用いて、前記被測定光の波長（λ
   ）を算出する手段（２６）を備えた光波長測定装置。 ［２］別々に入力された被測定光（ａ）及び基準光（ｒ
   ）をそれぞれ二つの光路に分割して、その後各々を再度
   合成してそれぞれ２つの干渉光を作成し、前記二つの光
   路のうちの一方の光路長を所定距離変化させることによ
   って生じる前記２つの干渉光の各々の光強度信号（ａ＿
   １、ｒ＿１）からなる波形信号をそれぞれ受けて、これ
   らの２つの波形の波の数の比と前記基準光の波長（λ＿
   ０）とから前記被測定光の波長（λ）を算出する光波長
   測定装置において、 前記所定距離の変化によって生じる前記各光強度信号の
   波形の変化を波の数として各々計数する波数カウンタ（
   １３、１５）と、この２つの波数カウンタのカウント開
   始及び終了時点の差である端数部分を補正するための端
   数カウンタ（２２ａ、２２ｒ）と、前記いずれか一方の
   波形の周期を計時する周期カウンタ（２３ａ）と、前記
   端数カウンタの値及び前記周期カウンタの値を用いて前
   記波数カウンタにて計数された各々のカウント数を補正
   する波数補正手段（２６）とを備えた光波長測定装置。