JPH0425705A - 光干渉計 - Google Patents

光干渉計

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Publication number
JPH0425705A
JPH0425705A JP13183990A JP13183990A JPH0425705A JP H0425705 A JPH0425705 A JP H0425705A JP 13183990 A JP13183990 A JP 13183990A JP 13183990 A JP13183990 A JP 13183990A JP H0425705 A JPH0425705 A JP H0425705A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
total reflection
mirror
reflection mirror
beam splitter
half mirror
Prior art date
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Pending
Application number
JP13183990A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Akatsuka
赤塚 洋
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
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Publication of JPH0425705A publication Critical patent/JPH0425705A/ja
Pending legal-status Critical Current

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光干渉計に関し、特に2つの光路が位相差をも
って変化する際の変移を検出するための長光路長干渉計
に関する。
〔従来の技術〕
従来、この種の干渉計はマイケルソン型の干渉計として
知られており、ハーフミラ−と2枚の全反射鏡を用いて
ハーフミラ−と全反射鏡間の距離を正確に測定するため
に使用されてきたもので、たとえば第3図に構成図とし
て示した干渉計が用いられてきた。
入射光Aはハーフミラ−9により一部は反射されてハー
フミラ−3を通過し、全反射ミラー1とハーフミラ−3
の間で多重回反射された後、一部がハーフミラ−9を透
過し、図中の下方に干渉光Bの第1の成分として出力さ
れる。
入射光Aの内ハーフミラ−9を透過したものはハーフミ
ラ−4を通り全反射ミラー2とハーフミラ−4の間で多
重回反射された後、ハーフミラ−9で反射されたものが
図中の下方に干渉光Bの第2の成分として出力される。
上述した干渉光Bの第1と第2の成分の合成されたもの
が干渉光Bとなる。
全反射ミラー1とハーフミラ−9間の光学的距離と全反
射ミラー2とハーフミラ−9間の光学的距離の間の差が
測定しようとする光の波長の整数倍であれば上述した2
つの成分は強めあい、また光の1./2波長の奇数倍で
あれば互いに弱めあう、すなわち上述した第1と第2の
両成分は互いに干渉する。
マイケルソン型の干渉計はこの干渉を利用してハーフミ
ラ−9と全反射ミラー1間の距離と、ハーフミラ−9と
全反射ミラー2の間の距離との間の距離差の正確な測定
に使用されている。
ハーフミラ−9と全反射ミラー1の間、およびハーフミ
ラ−9と全反射ミラー2の間の距離を大とすれば、これ
らの2つの距離の差をより微細に検出することができる
なお、ハーフミラ−3と4はハーフミラ−9と全反射ミ
ラー1または2との間の光学的距離を増大するために必
要に応じて使用されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述した従来の光干渉計ではハーフミラ−3と9間の距
離とハーフミラ−4と9間の距離とが等しいとして、全
反射ミラー1と3間の光学的往復距離、すなわち光路長
をLl、全反射ミラー2と4間の光学的往復距離、すな
わち光路長をL2、このり、とL2との差すなわち距離
差をΔLとし、この距離ΔLを光が通過するのに要する
時間をΔtとすれば、Δt=ΔL/Cとなる。
ただしCは光の速度である。
ここで全反射ミラー1または2の内の一方が反射面と垂
直な方向に角周波数ωで振動しているとすると、干渉光
Bの振幅qは以下の伝達関数G(ω)に比例して変化す
る。
G (ω) =G−stn(ω−Δt/2 ) /(ω
−Δt/2)×eづ0社に ただし、Gは比例定数である。
第4図は横軸に角周波数ωをとったときの、G(ω)の
変化を示す図である。
この図よりわかるように、角周波数ωがO付近ではG(
ω)は大きいが角周波数ωの増加につれてG(ω)は1
/ωに比例して小さくなる。
すなわち、従来のこの種の光干渉計で光路長の差が高い
周波数で変化している場合、この干渉計の検出感度が低
下するという欠点があつる。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の光干渉計はハーフミラ−1個と第1および第2
の全反射ミラーより成るマイケルソン型光干渉計におい
て、前記ハーフミラ−と前記第1の全反射ミラーで構成
される光路上の前記ハーフミラ−寄りにp偏光を透過し
5(lit光を前記第2の全反射ミラー寄りに反射する
ように第1の偏光ビームスプリッタを配置し、前記第1
の偏光ビームスプリッタと前記第1の全反射ミラーとの
間に第1の1/4波長板を配置し、前記ハーフミラ−と
前記第2の全反射ミラーとで構成される光路上の前記ハ
ーフミラ−寄りにpm光を透過しS偏光を前記第1の全
反射ミラー寄りに反射するように第2の偏光ビームスプ
リッタを配置し、前記第1の全反射ミラーで反射され前
記第1の偏光ビームスプリッタに入射し前記第1の偏光
ビームスプリッタで反射されるS偏光を反射し前記第2
の偏光ビームスプリッタに入射するように第3の全反射
ミラーを配置し、前記第2の偏光ビームスプリッタと前
記第2の全反射ミラーとの間で前記第2の偏光ビームス
プリッタ寄りに第2の1/4波長板を配置し、前記第1
の全反射ミラーと前記第1の1/4波長板の間かまたは
前記第2の全反射ミラーと前記第2の1/4波長板との
間の少なくともいずれか一方にハーフミラ−配置し、前
記第1と第2の全反射ミラーの少なくとも一方を光路方
向に機械的に振動可能な構造としたことを特徴とする。
〔実施例〕
次に本発明について図面を参照して説明する。
第1図は本発明の実施例のブロック図である。
ハーフミラ−9の反射平面は紙面に垂直で、この反射平
面に垂直な方向と入射光Aの進行方向とのなす角度は4
5度である。
この入射光Aの進行方向とハーフミラ−9の反射面に垂
直な方向との双方を含む面すなわち紙面と平行な面に平
行に電気力線を持つ光波すなわちp偏光が入射光Aとし
てハーフミラ−9に入射するとする。
この入射光Aの一部はハーフミラ−って反射され上方に
向い偏光ビームスプリッタフに入射する。
この偏光ビームスプリッタ7はp偏光に対しては透過し
、p偏光とは直交する、すなわち紙面に垂直な電気力線
を持つ光波、すなわちS偏光に対してはこれを反射する
ように配置されているので、ハーフミラ−9で反射され
てこの偏光ビームスプリッタ7に達した前述のp偏光は
このビームスプリッタ7を透過し、続いて1/4波長板
5を透過し、ハーフミラ−3を透過してから全反射ミラ
ー1で反射され、再びハーフミラ−3に向う。
p偏光の電気力線はベクトル的に直交する振幅と位相の
等しい2成分の合成と考えることができる。
前述の1/4波長板5は内部を透過するp偏光の上述し
た電気力線の2成分の内の1成分の位相を他の1成分に
対して相対的に90度異ならせて透過させるように配置
される。
したがって、1/4波長板5に入射したp’J4光はこ
の1/4波長板5を出たときには円偏波となり、ハーフ
ミラ−3に向い、全反射ミラー1で反射され、ハーフミ
ラ−3を再度透過してから1/4波長板5に再入射する
この再入射した円偏光はこの1/4波長板5を透過する
とS偏光となって、偏光ビームスプリッタフに再入射す
る。
この再入射したS偏光は今度は偏光ビームスプリッタ7
で90度方向を変えられて反射され、全反射ミラー10
へ向う。
このS偏光は全反射ミラー10で90度方向を変えられ
反射され、偏光ビームスプリッタ8に入射する。
この偏光ビームスプリッタ8はS偏光に対して90度方
向を変えて反射し、p偏光に対してはそのまま透過させ
るように配置されているので、偏光ビームスプリッタ8
に入射した前述のS偏光は進行方向を90度変えられて
全反射ミラー2の方向へ反射される。
偏光ビームスプリッタ8で反射された上述のS偏光は1
 、、/ 4波長板6を透過するにの1/4波長板6は
すでに説明した1/4波長板5と同様に直線偏波である
光波、すなわち、S偏光とp偏光を円偏光に変換するよ
うに配置されている。
したがって、偏光ビームスプリッタ8に全反射ミラー1
0から入射し、この偏光ビームスプリッタ8で反射され
た前述のS偏光は1/4波長板6を透過すると円偏光と
なりハーフミラ−4を透過し、全反射ミラー2で反射さ
れ、ハーフミラ−4と1/4波長板6を再度透過する。
この円偏光は1/4波長板6を透過したとき、p偏光に
変換されて偏光ビームスプリッタ8に入射することにな
る。
したがって、このp偏光はそのまま偏光ビームスプリッ
タ8を透過し、ハーフミラ−9で一部反射され、干渉光
Bの第1の成分として出力される。
p偏光の入射光Aの内でハーフミラ−9を透過した成分
は、まず、偏光ビームスプリッタ8を透過し1/4波長
板6を透過するとき、円偏光となりハーフミラ−4を透
過し、全反射ミラー2で反射されハーフミラ−4を通り
1/4波長板6を通過するとS偏光となり偏光ビームス
プリッタ8で反射され、全反射ミラー10に向う。
続いて、このslj光は全反射ミラー10で反射されて
、偏光ビームスブリッタフに入射し、この偏光ビームス
プリッタ7で反射され、1/4波長板5で円偏光に変換
され、ハーフミラ−3を透過し、全反射ミラー1で反射
され、ハーフミラ−3を通り、1/4波長板5を透過す
るどきp偏光となり、偏光ビームスプリッタ7を透過し
ハーフミラ−9を透過したものが干渉光Bの第2の成分
となる。
ここで、ハーフミラ−9と3間の光学的距離とハーフミ
ラ−9と4間の光学的距離が等しいとする。
全反射ミラー1は固定しておき、全反射ミラー2をこの
ミラーの反射鏡面と垂直な方向に機械的に角周波数ωで
振動させる。
ただし、この全反射ミラー2を振動させる前に、すでに
説明した全反射ミラー1とハーフミラ−3間の往復の光
路長L1に対して全反射ミラー2とハーフミラ−4間の
往復の光路長L2を等しくしておく。
また、この全反射ミラー2の機械的な振動によりハーフ
ミラ−4に対して全反射ミラー2が最接近する位置から
最も遠ざかる位置までの間を光波が往復するのに要する
時閉を2π/′ωの整数倍となるように全反射ミラー2
の機械的振動の角周波数ωを設定すれば、入射光Aの内
で最初にハーフミラ−9で反射され、全反射ミラー1で
反射されてから全反射ミラー2に達し、ハーフミラ−9
で反射されて出力する干渉光Bの第1成分と、入射光A
の内で、ハーフミラ−9を透過し最初に全反射ミラー2
で反射され、次に全反射ミラー1で反射され、ハーフミ
ラ−9を透過して出力する干渉光Bの第2の成分との間
の光路長の差はすでに説明した第3図の従来のこの種の
光干渉計で出力される干渉光Bの第1の成分と第2の成
分との間の光路長の差の2倍となる。
すなわち、機械的に振動をしている測定対象に対しても
、上述したようにこの振動の角周波数とその振動幅の間
の関係を適切に設定することにより、光干渉計の測定感
度を向上させることができる。
今迄の説明では、全反射ミラーlは固定されているが、
この全反射ミラー1もこの全反射ミラー1の反射面と垂
直な方向に、全反射ミラー2と同時に同一の角周波数で
振動してしていても上述したと同様な効果がある。
ただし、全反射ミラー1がハーフミラ−3に接近すると
きには全反射ミラー2はハーフミラ−4より遠ざかるよ
うに、すなわち、これらの全反射ミラーlと2の機械的
振動の位相関係を設定しておく必要がある。
全反射ミラー2が角周波数ωで前述したように機械的に
振動をしているとき、干渉光Bの光の振幅qは以下の伝
達関数GA(ω)に比例する。
QA(ω) =Gp・2・e ””/ j ωΔt(e
J2ω”+1)/jωΔt ただし、GPは比例定数とする。
第2図はωの変化に対する伝達関数GA(ω)の変化の
様子を示した図である。
ωがOであるとき、すなわち、全反射ミラー1と2の両
方とも機械的に固定されているときには、GA(ω)は
0である。
全反射ミラー1丈たは全反射ミラー2の内の少なくとも
1つが角速度ωで振動しているときにはω=π/Δtで
GA(ω)は最大となる。
すなわち、上述のミラーの機械的変化量に応じて、この
機械的変化の角周波数ωを選択すれば上述の干渉光Bの
振幅を最大とすることができる。
光に対する透過率の異なるハーフミラ−を複数個用意し
ておき、これらの中からハーフミラ−3または4として
適当なものを選択して使用することによって、光が全反
射ミラー1とハーフミラ−3の間埜たは全反射ミラー2
とハーフミラ−4の間を往復する時間を変化させ、光が
光路長L1を往復するのに要する時間と光路長L2を往
復するのに要する時間の差、すなわちΔtを所望の値に
設定することにより角周波数ωの選択を行うことができ
る。
今迄の説明ではハーフミラ−3と4を用いたがこれらの
ハーフミラ−の代りに小孔付ミラーを使用することもで
きる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、従来のマイケルソ
ン型の光干渉計の光路上に偏光ビームスプリッタと1/
4波長板を挿入することによって測定対象物が機械的に
振動している場合の干渉の検出感度を向上させることが
でき、測定対象物が振動しているときでも、従来の干渉
計よりも正確に光路長の差を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例の構成図、第2図は第1図の干
渉光の特性を示す図、第3図は従来のこの種の光干渉計
の構成図、第4図は第3図の構成の干渉計の干渉光の振
幅の特性を示す図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、ハーフミラー1個と第1および第2の全反射ミラー
    より成るマイケルソン型光干渉計において、前記ハーフ
    ミラーと前記第1の全反射ミラーで構成される光路上の
    前記ハーフミラー寄りにp偏光を透過しs偏光を前記第
    2の全反射ミラー寄りに反射するように第1の偏光ビー
    ムスプリッタを配置し、前記第1の偏光ビームスプリッ
    タと前記第1の全反射ミラーとの間に第1の1/4波長
    板を配置し、前記ハーフミラーと前記第2の全反射ミラ
    ーとで構成される光路上の前記ハーフミラー寄りにp偏
    光を透過しs偏光を前記第1の全反射ミラー寄りに反射
    するように第2の偏光ビームスプリッタを配置し、前記
    第1の全反射ミラーで反射され前記第1の偏光ビームス
    プリッタに入射し前記第1の偏光ビームスプリッタで反
    射されるs偏光を反射し前記第2の偏光ビームスプリッ
    タに入射するように第3の全反射ミラーを配置し、前記
    第2の偏光ビームスプリッタと前記第2の全反射ミラー
    との間で前記第2の偏光ビームスプリッタ寄りに第2の
    1/4波長板を配置し、前記第1の全反射ミラーと前記
    第1の1/4波長板の間かまたは前記第2の全反射ミラ
    ーと前記第2の1/4波長板との間の少なくともいずれ
    か一方にハーフミラー配置し、前記第1と第2の全反射
    ミラーの少なくとも一方を光路方向に機械的に振動可能
    な構造としたことを特徴とする光干渉計。 2、請求項1記載の光干渉計において、前記第1の全反
    射ミラーと前記第1の1/4波長板との間または前記第
    2の全反射ミラーと前記第2の1/4波長板の間の少な
    くとも一方に配置されるハーフミラーの代りに小孔付ミ
    ラーを配置したことを特徴とする光干渉計。
JP13183990A 1990-05-22 1990-05-22 光干渉計 Pending JPH0425705A (ja)

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JP (1) JPH0425705A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009162539A (ja) * 2007-12-28 2009-07-23 Fujinon Corp 光波干渉測定装置
JP2009244227A (ja) * 2008-03-31 2009-10-22 Fujinon Corp 光波干渉測定装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009162539A (ja) * 2007-12-28 2009-07-23 Fujinon Corp 光波干渉測定装置
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