JPH05203412A - 光の屈折率変化が生じる位置を測定する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来例に比較してより高い分解能で、測定対
象物の物体において光の屈折率変化が生じる位置を測定
することができる装置を提供する。 【構成】 互いに異なる複数の周波数を有する光を発生
し、発生された光の複数の周波数を測定し、発生された
光を２分配し、２分配した一方の光の周波数を所定の局
部発振信号を用いて局部発振周波数だけシフトして、局
部発振周波数の周波数差を有する２つの光を周波数シフ
ト手段によって発生する。発生した２つの光のうち一方
の光を物体に照射し、物体から反射してくる反射光と散
乱光とを含む信号光と、周波数シフト手段から出力され
る他方の光とを混合してヘテロダイン検波して検波信号
を出力する。さらに、検波信号と局部発振信号との位相
差を検出した後、検出された上記複数の周波数の光に対
する各位相差と、測定された複数の周波数とに基づいて
上記照射した光の光路上で上記物体において屈折率変化
が生じる位置を演算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光を用いて互いに屈折
率が異なる物質の境界位置、すなわち光の屈折率変化が
生じる位置を測定する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば光ファイバケーブルの欠陥
位置の測定など、測定対象物の物体においてレーザ光の
屈折率変化が生じる位置を、周波数変調されたレーザ光
を物体に照射して測定する方法として、光周波数領域の
反射光測定（ＯｐｔｉｃａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｏ
ｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）の方法（以
下、ＯＦＤＲの方法という。）が提案されている。この
ＯＦＤＲの方法は、例えば、米国物理学会アプライド・
フィジックス・レター（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃ
ｓ Ｌｅｔｔｅｒ）３９巻、６９３−６９５頁、１９８
１年に記載されている。図２に、ＯＦＤＲの方法を用い
た従来例の装置を示す。

【０００３】図２において、高周波発振器６は、例えば
ＰＬＬ回路を備えて構成され、所定の初期周波数から所
定の周波数変化量のステップでステップ状に変化するよ
うに周波数変調される高周波信号を発生してレーザ発振
器１に出力するとともに、上記高周波信号の周波数のデ
ータを演算回路８に出力する。レーザ発振器１はレーザ
ダイオードを備え、所定の逆バイアスの直流電圧に高周
波発振器６から入力される高周波信号が重畳された逆バ
イアス電圧がレーザダイオードに印加され、これによっ
て、レーザ発振器１は、当該高周波信号に従って初期周
波数ｆ₀から周波数変化量Δｆのステップでステップ状
に変化するように周波数変調され次の数１によって表さ
れる周波数ｆ_nを有しかつ所定のレベルを有するレーザ
光を部分反射鏡２に出力する。

【数１】 ｆ_n＝ｆ₀＋ｎΔｆ，（ｎ＝０，１，…，Ｎ−１）

【０００４】部分反射鏡２は、入射するレーザ光を通過
させ集光レンズ３を介して測定対象物の物体４に照射光
として照射するとともに、入射するレーザ光の一部を分
岐し、分岐したレーザ光を反射鏡５に出力する。物体４
に照射されたレーザ光は、当該物体４においてレーザ光
の屈折率変化が生じる各位置で反射及び散乱し、それら
の反射光と散乱光が再び集光レンズ３と部分反射鏡２と
を介して、信号光として受光素子７に入射する。反射鏡
５に入射したレーザ光は、反射鏡５によって入射方向と
逆の方向で反射した後、再び部分反射鏡２を介して、参
照光として受光素子７に入射する。

【０００５】受光素子７は、例えばフォトダイオードを
備え、非線形の入出力特性を有し、入射する参照光と信
号光とを混合して直流成分の信号（以下、直流信号とい
う。）に変換して演算回路８に出力する。これに応答し
て、演算回路８は、Ａ／Ｄ変換回路を備え、入力された
直流信号を直流信号のデータＨ’（ｆ_n）にＡ／Ｄ変換
するとともに、予め測定された高周波信号の周波数とレ
ーザ光の周波数との関係のデータに基づいて、上記高周
波発振器６から入力される高周波信号の周波数のデータ
をレーザ発振器１から出力されるレーザ光の周波数のデ
ータｆ_nに変換する。次いで、演算回路８は、直流信号
のデータＨ’（ｆ_n）と上記変換されたレーザ光の周波
数のデータｆ_nに基づいて、次のように演算を行う。

【０００６】いま、上記測定対象物の物体４内でレーザ
光の光路の１本の検出ラインＬ上において測定する各位
置を示す、例えば集光レンズ３からの距離Ｘ_kを、基準
距離Ｘ₀と離散間隔ΔＸとを用いて次の数２によって表
す。

【数２】 Ｘ_k＝Ｘ₀＋ｋΔＸ，（ｋ＝０，１，…，Ｎ−１）

【０００７】このとき、上記複数の周波数ｆ_nに対する
受光素子７に入射する信号光のデータＨ（ｆ_n）は次の
数３によって表すことができる。

【数３】 ここで、ｖはレーザ光の光速であり、また、ｓ_kは距離
Ｘ_kの位置において発生する反射光及び散乱光の強度で
あり、ｈ（ｓ_k）は強度ｓ_kに比例する係数（以下、強度
係数という。）である。

【０００８】次いで、数３に数１と数２とを入力するこ
とによって、受光素子７によって変換して得られる直流
信号のデータＨ’（ｆ_n）は参照光と信号光との位相差
の情報を含み、次の数４で表すことができる。

【数４】 ここで、ｈ’（ｓ_k）は、ｈ（ｓ_k）と同様に距離Ｘ_kの
位置で発生する反射光と散乱光の強度ｓ_kに比例する強
度係数である。

【０００９】一方、公知のサンプリング定理から次の数
５が成立する。

【数５】２ＮΔｆΔＸ／ｖ＝１

【００１０】さらに、数４に数５を代入することによっ
て、次の数６を得ることができる。

【数６】

【００１１】上記数６は、離散逆フーリエ変換の形式を
しており、数６で表される直流信号のデータＨ’
（ｆ_n）を離散フーリエ変換することによって、次の数
７によって表される強度係数ｈ’（ｓ_k）を得ることが
できる。

【数７】

【００１２】すなわち、演算回路８は、上記変換された
レーザ光の周波数のデータｆ_nに基づいて、直流信号の
データＨ’（ｆ_n）に対して離散フリーエ変換の処理を
行って、数７で表される強度係数ｈ’（ｓ_k）を演算し
た後、演算された各距離Ｘ_kの位置に対する強度係数
ｈ’（ｓ_k）のデータをディスプレイ９に出力して表示
する。この表示されたデータにおいて、強度係数ｈ’
（ｓ_k）がピークとなる位置が、レーザ光の光路上の検
出ラインにおいてレーザ光の屈折率変化が生じる位置で
あり、これらの情報から異なる物質の境界面の位置を特
定することができ、測定対象物の物体４の厚さ、幅など
の寸法を測定して当該物体４の内部構造を測定すること
ができる。

【００１３】この従来例のＯＦＤＲの方法で分解できる
分解能の距離ΔＸは、上記数２から次の数８で表すこと
ができる。

【数８】ΔＸ＝ｖ／（２ＮΔｆ）

【００１４】上記数８は、レーザ光の周波数変化幅ＮΔ
ｆが大きくなれば分解能が高くなることを示している。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来例の装置において、一般に、レーザ発振器１で発振
するレーザ光を、周波数変調された高周波信号を用いて
周波数変調を行ったときに得られる周波数変化幅は高々
１００ＧＨｚであり、物質の屈折率を１とした場合、分
解能は１．５ｍｍ以下であり、分解能が比較的低いとい
う問題点があった。

【００１６】また、反射光や散乱光が発生する位置は、
例えば参照光と、反射光と散乱光とを含む信号光との位
相差から当該信号光の光路長を０とした距離として求め
ることができるが、従来例の方法を用いた装置において
は、参照光と上記信号光との周波数が同一であるため、
位相の遅れと進みの判断をすることができないため、上
記信号光の距離差でしか求めることができないという問
題点があった。

【００１７】本発明の目的は以上の問題点を解決し、従
来例に比較してより高い分解能で、測定対象物の物体に
おいて光の屈折率変化が生じる位置を測定することがで
きる装置を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る光の屈折率
変化が生じる位置を測定する装置は、互いに異なる複数
の周波数を有する光を発生する光発生手段と、上記光発
生手段によって発生された光の複数の周波数を測定する
測定手段と、上記光発生手段によって発生された光の各
周波数よりも低い所定の局部発振周波数を有する局部発
振信号を発生する信号発生手段と、上記光発生手段によ
って発生された光を２分配し、上記２分配した一方の光
の周波数を上記信号発生手段によって発生された局部発
振信号を用いて上記局部発振信号の局部発振周波数だけ
シフトして、互いに上記局部発振周波数の周波数差を有
する２つの光を発生し、上記発生した２つの光のうち一
方の光を上記物体に照射する周波数シフト手段と、上記
周波数シフト手段から出力される一方の光が上記物体に
照射されたときに上記物体から反射してくる反射光と散
乱光とを含む信号光と、上記周波数シフト手段から出力
される他方の光とを混合してヘテロダイン検波して検波
信号を出力する検波手段と、上記検波信号と上記局部発
振信号との位相差を検出する位相検出手段と、上記位相
検出手段によって検出された上記複数の周波数の光に対
する各位相差と、上記測定手段によって測定された複数
の周波数とに基づいて上記照射した光の光路上で上記物
体において屈折率変化が生じる位置を演算する演算手段
とを備えたことを特徴とする。

【００１９】

【作用】以上のように構成された装置においては、上記
光発生手段は、互いに異なる複数の周波数を有する光を
発生し、上記測定手段は、上記光発生手段によって発生
された光の複数の周波数を測定する。次いで、上記周波
数シフト手段は、上記光発生手段によって発生された光
を２分配し、上記２分配した一方の光の周波数を上記信
号発生手段によって発生された局部発振信号を用いて上
記局部発振信号の局部発振周波数だけシフトして、互い
に上記局部発振周波数の周波数差を有する２つの光を発
生し、上記発生した２つの光のうち一方の光を上記物体
に照射する。さらに、検波手段は、上記周波数シフト手
段から出力される一方の光が上記物体に照射されたとき
に上記物体から反射してくる反射光と散乱光とを含む信
号光と、上記周波数シフト手段から出力される他方の光
とを混合してヘテロダイン検波して検波信号を出力し、
上記位相検出手段は、上記検波信号と上記局部発振信号
との位相差を検出し、上記演算手段は、上記位相検出手
段によって検出された上記複数の周波数の光に対する各
位相差と、上記測定手段によって測定された複数の周波
数とに基づいて上記照射した光の光路上で上記物体にお
いて屈折率変化が生じる位置を演算する。

【００２０】従って、本発明に係る装置においては、上
記光発生手段を用いて従来例に比較してより大きい周波
数変化幅を有する複数の周波数の光を発生することがで
きるので、上記数８を参照して説明したように、従来例
に比較して分解能を向上させることができ、しかも、互
いに上記局部発振周波数の周波数差を有する２つの光を
発生し、上記発生した２つの光のうちの一方の光を上記
物体に照射したときに上記物体から反射してくる光と、
上記発生した２つの光のうちの他方の光とを混合してヘ
テロダイン検波し、そのヘテロダイン検波信号と上記局
部発振信号との位相差を検出し、検出された位相差と、
上記測定されたレーザ光の複数の周波数とに基づいて上
記照射した光の光路上において屈折率変化が生じる位置
を測定するので、反射光と散乱光が発生する位置のある
基準位置からの距離にかかわらず、屈折率変化が生じる
位置を測定することができる。

【００２１】

【実施例】以下、図面を参照して本発明に係る実施例に
ついて説明する。図１に、本発明に係る一実施例であ
る、レーザ光を用いて物体においてレーザ光の屈折率変
化が生じる位置を測定する装置を示す。なお、図１にお
いて図２と同様のものについては同一の符号を付してい
る。

【００２２】本実施例の装置は、互いに異なる複数のレ
ーザ光を選択的に切り換えて発生し、発生されたレーザ
光の周波数を測定し、音響光学変調器（以下、ＡＯＭと
いう。）１４によって上記発生されたレーザ光の一部を
取り出して測定対象物の物体４に照射するとともに、高
周波発振器１５によって発生される局部発振信号の局部
発振周波数ｆｄだけ上記発生されたレーザ光の周波数を
シフトし、周波数がシフトされたレーザ光である参照光
と、上記物体４において反射及び散乱して生じる反射光
と散乱光とを含む信号光とを受光素子７によって混合し
てヘテロダイン検波し、そのヘテロダイン検波信号と上
記局部発振信号との位相差を検出し、検出された位相差
と、上記測定されたレーザ光の複数の周波数とに基づい
て上記照射したレーザ光の光路上において屈折率変化が
生じる位置を測定することを特徴としている。

【００２３】図１において、レーザ発振器１は、それぞ
れレーザダイオードを備え発振周波数が互いに異なる複
数のレーザ発振器を備え、当該複数のレーザ発振器を選
択的に切り換えて、互いに異なる周波数ｆ_nを有する複
数のレーザ光を発生してビームスプリッタ１２に出力す
る。ビームスプリッタ１２は、入射するレーザ光を通過
させてＡＯＭ１４に出力するとともに、上記レーザ光の
一部を分岐して光周波数計１３に出力する。光周波数計
１３は、入射したレーザ光の周波数を測定し、測定した
周波数のデータｆ_nを演算回路１８に出力する。

【００２４】高周波発生器１５は、例えば４０ＭＨｚ乃
至１００ＭＨｚなどの所定の局部発振周波数ｆｄを有し
かつ所定のレベルを有する局部発振信号を発生してＡＯ
Ｍ１４及び位相検出器１７に出力する。ＡＯＭ１４は、
ビームスプリッタ１２から入射するレーザ光をそのまま
０次光の照射光として部分反射鏡２と集光レンズ３とを
介して測定対象物の物体４に照射するとともに、入射す
るレーザ光の周波数を、高周波発生器１５から入力され
る局部発振信号を用いて上記局部発振周波数ｆｄだけシ
フトし、シフトした周波数を有するレーザ光を１次光の
参照光として反射鏡１６及び部分反射鏡２とを介して受
光素子７に出力する。上記物体４に照射されたレーザ光
は、当該物体４においてレーザ光の屈折率変化が生じる
各位置で反射及び散乱し、それらの反射光と散乱光が再
び集光レンズ３と部分反射鏡２とを介して、信号光とし
て受光素子７に入射する。

【００２５】受光素子７は、例えばアバラシェ・フォト
ダイオードを備え、非線形の入出力特性を有し、入射す
る参照光と信号光とを混合してヘテロダイン検波して、
局部発振周波数ｆｄと同一の周波数を有しかつ上記信号
光と上記参照光との間の位相差を示す検波信号（以下、
ヘテロダイン検波信号という。）を位相検出器１７に出
力する。位相検出器１７は、上記ヘテロダイン検波信号
と高周波発振器１５から入力される局部発振信号との位
相差を検出し、検出した位相差を示す信号（以下、位相
差信号という。）を演算回路１８に出力する。

【００２６】これに応答して、演算回路１８は、Ａ／Ｄ
変換回路を備え、入力された位相差信号を位相差信号の
データにＡ／Ｄ変換し、ここで、位相差信号のデータ
は、従来例における直流信号のデータＨ’（ｆ_n）に対
応し、以下、データＨ’（ｆ_n）という。次いで、演算
回路１８は、従来例と同様に、光周波数計１３によって
測定されたレーザ光の周波数のデータｆ_nに基づいて、
位相差信号のデータＨ’（ｆ_n）に対して離散フリーエ
変換の処理を行って、数７で表される強度係数ｈ’（ｓ
_k）を演算した後、演算された距離Ｘ_kの各位置に対する
強度係数ｈ’（ｓ_k）のデータをディスプレイ９に出力
して表示する。この表示されたデータにおいて、強度係
数ｈ’（ｓ_k）がピークとなる位置が、レーザ光の光路
上の検出ラインにおいてレーザ光の屈折率変化が生じる
位置であり、これらの情報から異なる物質の境界面の位
置を特定することができ、測定対象物の物体４の厚さ、
幅などの寸法を測定して当該物体４の内部構造を測定す
ることができる。

【００２７】さらに、以上のように構成された本実施例
の装置を用いて実験を行った結果について説明する。

【００２８】図３は、図１の実施例の装置を用いて実験
を行った測定対象物である光ファイバケーブルの断面を
示す正面図と、その実験結果である、検出ラインＬ上の
距離に対する反射光と散乱光の正規化強度を示すグラフ
である。ここで、正規化強度は、最大の当該強度を１と
して正規化したものであり、図４のグラフについても同
様である。なお、上記検出ラインＬは、集光レンズ３の
光軸、及び物体４に照射されるレーザ光の光路の中心軸
に一致している。

【００２９】図３に示すように、当該実験で用いた光フ
ァイバケーブルは、外径２００μｍのコア部２０と、コ
ア部２０を取り巻く外径２５０μｍのクラッド部２１と
から構成され、集光レンズ３からのレーザ光が、当該光
ファイバケーブルの側面から矢印２２の方向で検出ライ
ンＬに沿ってケーブル断面の中心を通過するように、光
ファイバケーブルに照射される。当該装置を用いて得ら
れた図３の実験結果のグラフから明らかなように、検出
ラインＬ上において、クラッド部２１の外表面の位置Ｐ
１’，Ｐ４’がそれぞれ正規化強度のピークＰ１，Ｐ４
に対応しており、コア部２０とクラッド部２１との境界
面の位置Ｐ２’，Ｐ３’はそれぞれ正規化強度のピーク
Ｐ２，Ｐ３に対応している。従って、レーザ光の屈折率
変化が生じる上記各位置Ｐ１’，Ｐ２’，Ｐ３’，Ｐ
４’を測定することができ、これによって、コア部２０
の外径やクラッド部２１の外径などの寸法を測定するこ
とができる。

【００３０】図４は、図１の実施例の装置を用いて実験
を行った測定対象物である矩形の空隙３１を有する矩形
のガラス板３０を示す正面図と、その実験結果である、
検出ラインＬ上の距離に対する反射光と散乱光の正規化
強度を示すグラフである。

【００３１】図４に示すように、当該実験で用いたガラ
ス板３０は、３２１μｍの厚さを有し、厚さ方向と垂直
なガラス板３０の幅方向で、当該ガラス板３０の幅を貫
通しガラス板３０の厚さ方向の２７μｍの長さ（以下、
間隙の深さという。）を有する間隙３１が形成されてい
る。集光レンズ３からのレーザ光が、図上左側のガラス
板３０の外表面の側から、その表面に対して垂直な矢印
３２で示されるガラス板３０の厚さ方向で、検出ライン
Ｌに沿って間隙３１を通過しかつガラス板３０の厚さを
貫通するように照射される。当該装置を用いて得られた
図４の実験結果のグラフから明らかなように、検出ライ
ンＬ上において、ガラス板３０の外表面の位置Ｐ１
１’，Ｐ１４’がそれぞれ正規化強度のピークＰ１１，
Ｐ１４に対応しており、ガラス板３０と間隙３１との境
界面の位置Ｐ１２’，Ｐ１３’がそれぞれ正規化強度の
ピークＰ１２，Ｐ１３に対応している。従って、レーザ
光の屈折率変化が生じる上記各位置Ｐ１１’，Ｐ１
２’，Ｐ１３’，Ｐ１４’を測定することができ、これ
によって、ガラス板３０の厚さや間隙３１の深さなどの
寸法を測定することができる。

【００３２】以上説明した実験例から明らかなように、
本実施例の装置を用いることにより、物体の厚さ、長さ
などの寸法の測定、光ファイバケーブル、半導体基板や
光導波路基板などの屈折率の異なる複数の物質で構成さ
れた物体の内部の構造の測定、並びに、物体内部に生じ
る欠陥の位置及び大きさなどの測定を行うことができ
る。

【００３３】なお、以上の実験においては、中心波長
１．５５μｍのレーザ光を用い、レーザ光の周波数変化
幅を１２．５ＴＨｚｐ−ｐに設定した。この本実験にお
いて得られる分解能は、測定対象物の物体４の屈折率を
１とした場合、１２μｍとなる。一方、従来例の分解能
は上述のように最大１．５ｍｍであるので、本実施例の
装置は、従来例に比較して１００倍以上の分解能を有す
る。

【００３４】すなわち、本実施例の装置においては、図
１に示すように、互いに異なる複数のレーザ光を選択的
に切り換えて従来例に比較してより大きい周波数変化幅
を有する複数のレーザ光を発生し、発生されたレーザ光
の周波数を測定し、ＡＯＭ１４によって上記発生された
レーザ光の一部を取り出して測定対象物の物体４に照射
するとともに、高周波発振器１５によって発生される局
部発振信号の局部発振周波数ｆｄだけ上記発生されたレ
ーザ光の周波数をシフトし、周波数がシフトされたレー
ザ光である参照光と、上記物体４において反射及び散乱
して生じる反射光と散乱光とを含む信号光とを受光素子
７によって混合してヘテロダイン検波し、そのヘテロダ
イン検波信号と上記局部発振信号との位相差を検出し、
検出された位相差と、上記測定されたレーザ光の複数の
周波数とに基づいて上記照射したレーザ光の光路上にお
いて屈折率変化が生じる位置を測定するので、反射光と
散乱光が発生する位置の例えば集光レンズ３からの距離
にかかわらず、従来例に比較して高い分解能で屈折率変
化が生じる位置を測定することができ、これによって、
より精密に物体４の内部構造を測定することができる。

【００３５】以上の実施例においては、測定対象物の物
体４の１点に対してレーザ光を照射しているが、本発明
はこれに限らず、測定対象物を回転させ、もしくは１次
元又は２次元で走査させ、もしくはレーザ光を１次元又
は２次元で走査することによって、測定対象物の物体の
より複雑な形状及び構造を、２次元又は３次元で測定す
るようにしてもよい。

【００３６】以上の実施例において、周波数可変レーザ
発振器１０として、発振周波数が互いに異なる複数のレ
ーザ発振器を備え、当該複数のレーザ発振器を選択的に
切り換えて互いに異なる周波数を有する複数のレーザ光
を発生している。しかしながら、本発明はこれに限ら
ず、周波数可変レーザ発振器１０を、空洞共振器内に１
つのレーザダイオードが載置されて構成されたレーザ発
振器において、空洞共振器の空洞長をステップ状に変化
することによって、互いに異なる複数の周波数を有する
レーザ光を選択的に発生させるようにしてもよい。ま
た、周波数可変レーザ発振器１０において、例えば複数
のレーザ発振器を備えて、上記複数のレーザ光を同時に
発生させ、受光素子７において互いに周波数が異なる複
数の信号光を波長選択することができる帯域通過光学フ
ィルタを備え、位相検出器１７及び演算回路１８におい
て複数の周波数のレーザ光に対して上記の位相検出及び
演算を行うようにしてもよい。

【００３７】以上の実施例において、ＡＯＭ１４は、ビ
ームスプリッタ１２から入射するレーザ光をそのまま０
次光の照射光として部分反射鏡２と集光レンズ３とを介
して測定対象物の物体４に照射するとともに、入射する
レーザ光の周波数を、高周波発生器１５から入力される
局部発振信号を用いて上記局部発振周波数ｆｄだけシフ
トし、シフトした周波数を有するレーザ光を１次光の参
照光として反射鏡１６及び部分反射鏡２とを介して受光
素子７に出力している。本発明はこれに限らず、ＡＯＭ
１４の０次光を参照光として用いて受光素子７に出力
し、一方、ＡＯＭ１４の１次光を照射光として物体４に
照射してもよい。

【００３８】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、互
いに異なる複数の周波数を有する光を発生し、上記発生
された光の複数の周波数を測定し、上記発生された光を
２分配し、上記２分配した一方の光の周波数を所定の局
部発振信号を用いて上記局部発振信号の局部発振周波数
だけシフトして、互いに上記局部発振周波数の周波数差
を有する２つの光を周波数シフト手段によって発生し、
上記発生した２つの光のうち一方の光を上記物体に照射
し、上記周波数シフト手段から出力される一方の光が上
記物体に照射されたときに上記物体から反射してくる反
射光と散乱光とを含む信号光と、上記周波数シフト手段
から出力される他方の光とを混合してヘテロダイン検波
して検波信号を出力し、上記検波信号と上記局部発振信
号との位相差を検出した後、上記検出された上記複数の
周波数の光に対する各位相差と、上記測定された複数の
周波数とに基づいて上記照射した光の光路上で上記物体
において屈折率変化が生じる位置を演算する。

【００３９】従って、光発生手段を用いて従来例に比較
してより大きい周波数変化幅を有する複数の周波数の光
を発生することができるので、上記数８を参照して説明
したように、従来例に比較して分解能を向上させること
ができ、しかも、互いに上記局部発振周波数の周波数差
を有する２つの光を発生し、上記発生した２つの光のう
ちの一方の光を上記物体に照射したときに上記物体から
反射してくる光と、上記発生した２つの光のうちの他方
の光とを混合してヘテロダイン検波し、そのヘテロダイ
ン検波信号と上記局部発振信号との位相差を検出し、検
出された位相差と、上記測定されたレーザ光の複数の周
波数とに基づいて上記照射した光の光路上において屈折
率変化が生じる位置を測定するので、反射光と散乱光が
発生する位置のある基準位置からの距離にかかわらず、
屈折率変化が生じる位置を測定することができる。これ
によって、例えば、より精密に上記物体の内部構造を測
定することができるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る一実施例である、レーザ光を用
いて物体においてレーザ光の屈折率変化が生じる位置を
測定する装置のブロック図である。

【図２】 ＯＦＤＲの方法を用いた従来例の装置のブロ
ック図である。

【図３】 図１の実施例の装置を用いて実験を行った測
定対象物である光ファイバケーブルの断面を示す正面図
と、その実験結果である、検出ラインＬ上の距離に対す
る反射光と散乱光の正規化強度を示すグラフである。

【図４】 図１の実施例の装置を用いて実験を行った測
定対象物である矩形の空隙を有する矩形のガラス板を示
す正面図と、その実験結果である、検出ラインＬ上の距
離に対する反射光と散乱光の正規化強度を示すグラフで
ある。

【符号の説明】

２…部分反射鏡、 ３…レンズ、 ４…測定対象物の物体、 ７…受光素子、 ９…ディスプレイ、 １０…周波数可変レーザ発振器、 １２…ビームスプリッタ、 １３…光周波数計、 １４…音響光学変調器（ＡＯＭ）、 １５…高周波発振器、 １６…反射鏡、 １７…位相検出器、 １８…演算回路、 Ｌ…検出ライン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに異なる複数の周波数を有する光を
   発生する光発生手段と、 上記光発生手段によって発生された光の複数の周波数を
   測定する測定手段と、 上記光発生手段によって発生された光の各周波数よりも
   低い所定の局部発振周波数を有する局部発振信号を発生
   する信号発生手段と、 上記光発生手段によって発生された光を２分配し、上記
   ２分配した一方の光の周波数を上記信号発生手段によっ
   て発生された局部発振信号を用いて上記局部発振信号の
   局部発振周波数だけシフトして、互いに上記局部発振周
   波数の周波数差を有する２つの光を発生し、上記発生し
   た２つの光のうち一方の光を上記物体に照射する周波数
   シフト手段と、 上記周波数シフト手段から出力される一方の光が上記物
   体に照射されたときに上記物体から反射してくる反射光
   と散乱光とを含む信号光と、上記周波数シフト手段から
   出力される他方の光とを混合してヘテロダイン検波して
   検波信号を出力する検波手段と、 上記検波信号と上記局部発振信号との位相差を検出する
   位相検出手段と、 上記位相検出手段によって検出された上記複数の周波数
   の光に対する各位相差と、上記測定手段によって測定さ
   れた複数の周波数とに基づいて上記照射した光の光路上
   で上記物体において屈折率変化が生じる位置を演算する
   演算手段とを備えたことを特徴とする光の屈折率変化が
   生じる位置を測定する装置。