JPH06265304A - ヘテロダイン干渉計 - Google Patents
ヘテロダイン干渉計Info
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- JPH06265304A JPH06265304A JP8013693A JP8013693A JPH06265304A JP H06265304 A JPH06265304 A JP H06265304A JP 8013693 A JP8013693 A JP 8013693A JP 8013693 A JP8013693 A JP 8013693A JP H06265304 A JPH06265304 A JP H06265304A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- frequency
- interference signal
- photodetector
- phase
- laser
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ヘテロダイン干渉計において、測定対象のビ
ーム照射点の表面構造によらず、所要レベルの干渉信号
を得て、計測精度を向上する。 【構成】 周波数のわずかに異なる二つのビームの一方
を測定対象２３に照射しその反射ビームと他方のビーム
とを重ね合わせてわずかに異なる位置に設置された２個
の光検出器Ａ２６、同Ｂ２７により干渉信号Ａ２８、同
Ｂ２９を得るヘテロダイン検出手段と、２つの干渉信号
の位相差を検出する位相差検出器３２と、位相を一致さ
せる移相器３３と、一致させた干渉信号を加算する加算
器３４と、加算された干渉信号の周波数を分析する周波
数分析器３５とを備える。
ーム照射点の表面構造によらず、所要レベルの干渉信号
を得て、計測精度を向上する。 【構成】 周波数のわずかに異なる二つのビームの一方
を測定対象２３に照射しその反射ビームと他方のビーム
とを重ね合わせてわずかに異なる位置に設置された２個
の光検出器Ａ２６、同Ｂ２７により干渉信号Ａ２８、同
Ｂ２９を得るヘテロダイン検出手段と、２つの干渉信号
の位相差を検出する位相差検出器３２と、位相を一致さ
せる移相器３３と、一致させた干渉信号を加算する加算
器３４と、加算された干渉信号の周波数を分析する周波
数分析器３５とを備える。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、光の干渉現象を利用
して、測定対象の速度や振動を非接触に測定するヘテロ
ダイン干渉計に関するものである。
して、測定対象の速度や振動を非接触に測定するヘテロ
ダイン干渉計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図９は、例えば「オプティクス アンド
レーザ テクノロジイ」“Optics and Laser Tecnolo
gy”vol.7,No.1,P.1１〜16に示されたヘテロダイン干渉
計の構成図であり、図９において、１はレーザ、２はレ
ーザ１からのビームを二分するビームスプリッタ、３は
ビームＡ、４はレンズＡ、５はビームＢ、６はミラー、
７は上記二分した一方のビームＢ５の周波数をシフトさ
せて周波数がわずかに異なるビームを得る周波数シフ
タ、８はレンズＢ、９は光検出器、１０は干渉信号であ
り、主として光検出器９、ビームスプリッタ２、周波数
シフタ７によりヘテロダイン検出手段が構成されてい
る。
レーザ テクノロジイ」“Optics and Laser Tecnolo
gy”vol.7,No.1,P.1１〜16に示されたヘテロダイン干渉
計の構成図であり、図９において、１はレーザ、２はレ
ーザ１からのビームを二分するビームスプリッタ、３は
ビームＡ、４はレンズＡ、５はビームＢ、６はミラー、
７は上記二分した一方のビームＢ５の周波数をシフトさ
せて周波数がわずかに異なるビームを得る周波数シフ
タ、８はレンズＢ、９は光検出器、１０は干渉信号であ
り、主として光検出器９、ビームスプリッタ２、周波数
シフタ７によりヘテロダイン検出手段が構成されてい
る。
【０００３】次に動作について説明する。図９に示すよ
うに、レーザ１から出たビームは、ビームスプリッタ２
により二分され、一方のビームＡ３はレンズＡ４で集光
される。上記の二分された他方のビームＢ５は、ミラー
６によって反射された後、周波数シフタ７により周波数
シフト（ｆ0 ）を受け、レンズＡ４によりビームＡ３と
交差する点に集光される。例えば、液体のような透過型
の測定対象の場合は上記２本のビームの交差する点に測
定対象が置かれ、測定対象を透過した散乱光がレンズＢ
８により光検出器９に集光される。上記光検出器９から
出力される干渉信号１０の周波数（ドップラー周波数）
ｆは次式で表される。
うに、レーザ１から出たビームは、ビームスプリッタ２
により二分され、一方のビームＡ３はレンズＡ４で集光
される。上記の二分された他方のビームＢ５は、ミラー
６によって反射された後、周波数シフタ７により周波数
シフト（ｆ0 ）を受け、レンズＡ４によりビームＡ３と
交差する点に集光される。例えば、液体のような透過型
の測定対象の場合は上記２本のビームの交差する点に測
定対象が置かれ、測定対象を透過した散乱光がレンズＢ
８により光検出器９に集光される。上記光検出器９から
出力される干渉信号１０の周波数（ドップラー周波数）
ｆは次式で表される。
【０００４】 ｆ＝｜ｆ0 −（２Ｖ／λ）ｓｉｎ（θ／２）｜
【０００５】ここで、Ｖは図９の矢印方向、すなわち光
軸に垂直方向の測定対象の速度、λは使用したレーザの
波長、θはビームＡ３とビームＢ５の交差する角度であ
る。上記干渉信号１０の周波数ｆを分析することによ
り、測定対象の速度Ｖが求められ、速度測定が実現され
る。
軸に垂直方向の測定対象の速度、λは使用したレーザの
波長、θはビームＡ３とビームＢ５の交差する角度であ
る。上記干渉信号１０の周波数ｆを分析することによ
り、測定対象の速度Ｖが求められ、速度測定が実現され
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来のヘテロダイン干
渉計は以上のように構成されているので、測定対象の表
面構造の影響により、光検出器の出力する干渉信号にレ
ベルが小さくなる点があり、後段の信号処理に必要な振
幅をもつ干渉信号が得られず、計測精度に影響が出ると
いう問題点があった。
渉計は以上のように構成されているので、測定対象の表
面構造の影響により、光検出器の出力する干渉信号にレ
ベルが小さくなる点があり、後段の信号処理に必要な振
幅をもつ干渉信号が得られず、計測精度に影響が出ると
いう問題点があった。
【０００７】請求項１の発明は上記のような問題点を解
消するためになされたもので、測定対象の表面構造の影
響を軽減し、所要レベルの干渉信号を得て、計測精度を
向上させるようにしたヘテロダイン干渉計を得ることを
目的とする。
消するためになされたもので、測定対象の表面構造の影
響を軽減し、所要レベルの干渉信号を得て、計測精度を
向上させるようにしたヘテロダイン干渉計を得ることを
目的とする。
【０００８】請求項２の発明は、別の構造により同様の
効果を奏するヘテロダイン干渉計を得ることを目的とす
る。
効果を奏するヘテロダイン干渉計を得ることを目的とす
る。
【０００９】請求項３の発明は、さらに別の構造により
同様の効果を奏するヘテロダイン干渉計を得ることを目
的とする。
同様の効果を奏するヘテロダイン干渉計を得ることを目
的とする。
【００１０】請求項４の発明は、さらに別の構造により
同様の効果を奏するヘテロダイン干渉計を得ることを目
的とする。
同様の効果を奏するヘテロダイン干渉計を得ることを目
的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係るヘ
テロダイン干渉計は、レーザと、レーザからのビームを
二分して一方のビームの周波数をシフトさせて周波数が
わずかに異なるビームを得る手段と、上記二つのビーム
の内の一方を測定対象に照射しその反射ビームと他方の
ビームとを重ね合わせて光検出器により干渉信号を得る
ヘテロダイン検出手段と、上記干渉信号の周波数を求め
る周波数分析手段とを備えており、上記光検出器がわず
かに異なる位置に２個設置されている。しかも、これら
２個の光検出器から出力される２つの干渉信号の位相差
を検出する位相差検出手段と、この位相差検出手段の検
出出力に応じて上記２つの干渉信号の位相を一致させる
移相手段と、位相を一致させられた２つの干渉信号を加
算する加算手段とを備えている。
テロダイン干渉計は、レーザと、レーザからのビームを
二分して一方のビームの周波数をシフトさせて周波数が
わずかに異なるビームを得る手段と、上記二つのビーム
の内の一方を測定対象に照射しその反射ビームと他方の
ビームとを重ね合わせて光検出器により干渉信号を得る
ヘテロダイン検出手段と、上記干渉信号の周波数を求め
る周波数分析手段とを備えており、上記光検出器がわず
かに異なる位置に２個設置されている。しかも、これら
２個の光検出器から出力される２つの干渉信号の位相差
を検出する位相差検出手段と、この位相差検出手段の検
出出力に応じて上記２つの干渉信号の位相を一致させる
移相手段と、位相を一致させられた２つの干渉信号を加
算する加算手段とを備えている。
【００１２】請求項２の発明に係るヘテロダイン干渉計
は、光検出器を１個にし、これを移動させる変位発生手
段を備えたものである。
は、光検出器を１個にし、これを移動させる変位発生手
段を備えたものである。
【００１３】請求項３の発明に係るヘテロダイン干渉計
は、上記変位発生手段に代えて、光検出器に入射するビ
ームを偏向させる偏向手段を備えたものである。
は、上記変位発生手段に代えて、光検出器に入射するビ
ームを偏向させる偏向手段を備えたものである。
【００１４】請求項４の発明に係るヘテロダイン干渉計
は、測定対象からの反射ビームの位相分布を変化させる
位相変調手段を備えたものである。
は、測定対象からの反射ビームの位相分布を変化させる
位相変調手段を備えたものである。
【００１５】
【作用】請求項１の発明におけるヘテロダイン干渉計
は、位相差検出手段により２個の光検出器の干渉信号の
位相差を検出し、移相手段により位相補正を行い、加算
手段により位相が一致した干渉信号を加算するので、所
要レベルの干渉信号を得ることができる。
は、位相差検出手段により２個の光検出器の干渉信号の
位相差を検出し、移相手段により位相補正を行い、加算
手段により位相が一致した干渉信号を加算するので、所
要レベルの干渉信号を得ることができる。
【００１６】請求項２の発明におけるヘテロダイン干渉
計は、変位発生手段によりヘテロダイン検出手段におけ
る光検出器を移動させることにより、測定対象の表面構
造の影響を軽減し、所要レベルの干渉信号を得ることが
できる。
計は、変位発生手段によりヘテロダイン検出手段におけ
る光検出器を移動させることにより、測定対象の表面構
造の影響を軽減し、所要レベルの干渉信号を得ることが
できる。
【００１７】請求項３の発明におけるヘテロダイン干渉
計は、ヘテロダイン検出手段における光検出器への入射
ビームを偏向手段で偏向させることにより、測定対象の
表面構造の影響を軽減し、所要レベルの干渉信号を得る
ことができる。
計は、ヘテロダイン検出手段における光検出器への入射
ビームを偏向手段で偏向させることにより、測定対象の
表面構造の影響を軽減し、所要レベルの干渉信号を得る
ことができる。
【００１８】請求項４の発明におけるヘテロダイン干渉
計は、ヘテロダイン検出手段において測定対象からの反
射ビームの位相分布を変調することにより、測定対象の
表面構造の影響を軽減し、所要レベルの干渉信号を得る
ことができる。
計は、ヘテロダイン検出手段において測定対象からの反
射ビームの位相分布を変調することにより、測定対象の
表面構造の影響を軽減し、所要レベルの干渉信号を得る
ことができる。
【００１９】
実施例１．以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１は請求項１の発明の一実施例によるヘテロダ
イン干渉計を示す構成図であり、図において、２０はレ
ーザ１からのビームを二分するビームスプリッタＡ、２
１はビームスプリッタＢ、２３は測定対象、２４はビー
ムスプリッタＣ、２５はビームスプリッタＤ、２６は光
検出器Ａ、２７は光検出器Ｂ、２８は干渉信号Ａ、２９
は干渉信号Ｂ、３２は位相差検出器（位相差検出手
段）、３３は移相器（移相手段）、３４は加算器（加算
手段）、３５は周波数分析器（周波数分析手段）であ
る。従来例と同一部分には同一符号を付して、重複説明
を省略する。
する。図１は請求項１の発明の一実施例によるヘテロダ
イン干渉計を示す構成図であり、図において、２０はレ
ーザ１からのビームを二分するビームスプリッタＡ、２
１はビームスプリッタＢ、２３は測定対象、２４はビー
ムスプリッタＣ、２５はビームスプリッタＤ、２６は光
検出器Ａ、２７は光検出器Ｂ、２８は干渉信号Ａ、２９
は干渉信号Ｂ、３２は位相差検出器（位相差検出手
段）、３３は移相器（移相手段）、３４は加算器（加算
手段）、３５は周波数分析器（周波数分析手段）であ
る。従来例と同一部分には同一符号を付して、重複説明
を省略する。
【００２０】図２は干渉信号の周波数を説明するための
図であり、図において、３０は速度ベクトル、３１は光
軸である。図３は２つの光検出器Ａ２６、同Ｂ２７で検
出される干渉信号の位相差を説明するための図である。
図であり、図において、３０は速度ベクトル、３１は光
軸である。図３は２つの光検出器Ａ２６、同Ｂ２７で検
出される干渉信号の位相差を説明するための図である。
【００２１】次に動作について説明する。図１に示され
たヘテロダイン干渉計では、レーザ１から出たレーザビ
ームは、ビームスプリッタＡ２０により二つのビームに
二分され、一方のビームＡ３はビームスプリッタＢ２１
を通り、レンズ２２により測定対象２３の表面に集光さ
れる。測定対象２３の表面より散乱された光は、レンズ
２２で集光され、ビームスプリッタＢ２１で反射され、
ビームスプリッタＣ２４を通り、ビームスプリッタＤ２
５で分割され、光検出器Ａ２６と光検出器Ｂ２７に入
る。ここで、光検出器Ａ２６と光検出器Ｂ２７はある間
隔（図中ｄ）だけ離して配置されている。
たヘテロダイン干渉計では、レーザ１から出たレーザビ
ームは、ビームスプリッタＡ２０により二つのビームに
二分され、一方のビームＡ３はビームスプリッタＢ２１
を通り、レンズ２２により測定対象２３の表面に集光さ
れる。測定対象２３の表面より散乱された光は、レンズ
２２で集光され、ビームスプリッタＢ２１で反射され、
ビームスプリッタＣ２４を通り、ビームスプリッタＤ２
５で分割され、光検出器Ａ２６と光検出器Ｂ２７に入
る。ここで、光検出器Ａ２６と光検出器Ｂ２７はある間
隔（図中ｄ）だけ離して配置されている。
【００２２】一方、上記ビームスプリッタＡ２０により
二分された他方のビームＢ５は、ミラー６により反射さ
れた後、周波数シフタ７により周波数シフトを受け、ビ
ームスプリッタＣ２４で反射され、ビームスプリッタＤ
２５で分割され、光検出器Ａ２６と光検出器Ｂ２７に入
り、各々の光検出器Ａ２６、Ｂ２７により干渉信号Ａ２
８及び干渉信号Ｂ２９を得る。干渉信号の周波数ｆは次
式で表される。
二分された他方のビームＢ５は、ミラー６により反射さ
れた後、周波数シフタ７により周波数シフトを受け、ビ
ームスプリッタＣ２４で反射され、ビームスプリッタＤ
２５で分割され、光検出器Ａ２６と光検出器Ｂ２７に入
り、各々の光検出器Ａ２６、Ｂ２７により干渉信号Ａ２
８及び干渉信号Ｂ２９を得る。干渉信号の周波数ｆは次
式で表される。
【００２３】ｆ＝｜ｆ0 ＋（２Ｖｃｏｓθ）／λ｜
【００２４】ここで、Ｖは図２に示される測定対象２３
の速度ベクトル３０の大きさ、λは使用したレーザの波
長、θは測定対象２３の速度ベクトル３０と光軸３１と
のなす角度である。この干渉信号の周波数ｆを周波数分
析器３５で求めることで、速度成分Ｖｃｏｓθが求めら
れる。ある間隔で配置された光検出器Ａ２６、同Ｂ２７
からは、図３に示すような位相差をもつ干渉信号が得ら
れる。これは、測定対象２３からの散乱光の電界が異な
る位相をもつことに起因する。各光検出器Ａ２６、同Ｂ
２７から出力される干渉信号Ａ２８、同Ｂ２９は、それ
ぞれ位相差検出器３２で位相差を検出され、移相器３３
により干渉信号Ｂ２９に、干渉信号Ａ２８と干渉信号Ｂ
２９の位相差が０になる位相シフトを与える。次に、位
相の一致した干渉信号Ａ２８、同Ｂ２９は加算器３４に
より加算され、大きな振幅の干渉信号１０を得て、周波
数分析器３５で解析する。
の速度ベクトル３０の大きさ、λは使用したレーザの波
長、θは測定対象２３の速度ベクトル３０と光軸３１と
のなす角度である。この干渉信号の周波数ｆを周波数分
析器３５で求めることで、速度成分Ｖｃｏｓθが求めら
れる。ある間隔で配置された光検出器Ａ２６、同Ｂ２７
からは、図３に示すような位相差をもつ干渉信号が得ら
れる。これは、測定対象２３からの散乱光の電界が異な
る位相をもつことに起因する。各光検出器Ａ２６、同Ｂ
２７から出力される干渉信号Ａ２８、同Ｂ２９は、それ
ぞれ位相差検出器３２で位相差を検出され、移相器３３
により干渉信号Ｂ２９に、干渉信号Ａ２８と干渉信号Ｂ
２９の位相差が０になる位相シフトを与える。次に、位
相の一致した干渉信号Ａ２８、同Ｂ２９は加算器３４に
より加算され、大きな振幅の干渉信号１０を得て、周波
数分析器３５で解析する。
【００２５】上記の構成においては、２つの光検出器Ａ
２６、Ｂ２７がわずかに間隔を置いて配置されているこ
とにより、一方の光検出器から得られる干渉信号の振幅
が小さい場合でも、もう一方の光検出器から大きな干渉
信号が得られるようになる。この場合、単純に２個の光
検出器を切り換えても、干渉信号の位相差が異なるた
め、得られる信号は不連続な波形となり、後段で周波数
分析を行うことが困難になるが、本実施例のヘテロダイ
ン干渉計では、位相差検出器３２、移相器３３、加算器
３４を用いて干渉信号の位相検出、位相補正、信号加算
を行うので、連続的に大きな振幅の干渉信号が得られ
る。よって、測定対象の表面構造の影響を軽減して、精
度の良い測定が可能となる。
２６、Ｂ２７がわずかに間隔を置いて配置されているこ
とにより、一方の光検出器から得られる干渉信号の振幅
が小さい場合でも、もう一方の光検出器から大きな干渉
信号が得られるようになる。この場合、単純に２個の光
検出器を切り換えても、干渉信号の位相差が異なるた
め、得られる信号は不連続な波形となり、後段で周波数
分析を行うことが困難になるが、本実施例のヘテロダイ
ン干渉計では、位相差検出器３２、移相器３３、加算器
３４を用いて干渉信号の位相検出、位相補正、信号加算
を行うので、連続的に大きな振幅の干渉信号が得られ
る。よって、測定対象の表面構造の影響を軽減して、精
度の良い測定が可能となる。
【００２６】実施例２．上記実施例１では、干渉信号Ｂ
２９の信号経路に移相器３３を設けたが、反対に干渉信
号Ａ２８の信号経路側に移相器を設けても同様である。
２９の信号経路に移相器３３を設けたが、反対に干渉信
号Ａ２８の信号経路側に移相器を設けても同様である。
【００２７】実施例３．図４は請求項１の発明の他の実
施例によるヘテロダイン干渉計の干渉信号の処理系の構
成図である。この実施例３は、実施例１の信号処理系に
新たに振幅判定器Ａ４０と振幅判定器Ｂ４１とを設けた
ものである。上記実施例１では、位相差検出器３２が移
相器３３に指令を発する構成としたが、この実施例で
は、それぞれの干渉信号Ａ２８、同Ｂ２９の振幅を、振
幅判定器Ａ４０、同Ｂ４１で判定する。そして、どちら
かの干渉信号Ａ２８、同Ｂ２９の振幅があるレベルより
も小さい場合には、移相器３３に位相シフト指令を与え
ないように構成している。こうすることで、干渉信号Ａ
２８、同Ｂ２９の振幅変動が大きい場合でも、有効に所
要レベルの干渉信号が得られ、精度の良い測定が可能と
なる。
施例によるヘテロダイン干渉計の干渉信号の処理系の構
成図である。この実施例３は、実施例１の信号処理系に
新たに振幅判定器Ａ４０と振幅判定器Ｂ４１とを設けた
ものである。上記実施例１では、位相差検出器３２が移
相器３３に指令を発する構成としたが、この実施例で
は、それぞれの干渉信号Ａ２８、同Ｂ２９の振幅を、振
幅判定器Ａ４０、同Ｂ４１で判定する。そして、どちら
かの干渉信号Ａ２８、同Ｂ２９の振幅があるレベルより
も小さい場合には、移相器３３に位相シフト指令を与え
ないように構成している。こうすることで、干渉信号Ａ
２８、同Ｂ２９の振幅変動が大きい場合でも、有効に所
要レベルの干渉信号が得られ、精度の良い測定が可能と
なる。
【００２８】実施例４．図５は請求項２の発明の一実施
例によるヘテロダイン干渉計を示す構成図であり、図に
おいて、５０は変位発生器（変位発生手段）である。上
記実施例１では、光検出器を２個用いて、干渉信号を信
号処理するよう構成したが、この実施例では、光検出器
９を１個用い、変位発生器５０により光検出器９を移動
するように構成している。実施例１で述べたように、光
検出器９の位置（正確には光検出器と入射ビームとの相
対位置）が変わると、異なる振幅と位相をもつ干渉信号
１０が得られる。これと同様のことを１個の光検出器９
を移動することで行う。図６は光検出器９を固定した場
合と、変位発生器５０で光検出器９を移動した場合の干
渉信号の違いを示す図である。この図に示すように、光
検出器９が固定されていれば、小さい振幅の干渉信号１
０しか得られない場合（図６（ａ））でも、光検出器９
を移動させることにより、大きな振幅（図６（ｂ））の
干渉信号１０が得られる。
例によるヘテロダイン干渉計を示す構成図であり、図に
おいて、５０は変位発生器（変位発生手段）である。上
記実施例１では、光検出器を２個用いて、干渉信号を信
号処理するよう構成したが、この実施例では、光検出器
９を１個用い、変位発生器５０により光検出器９を移動
するように構成している。実施例１で述べたように、光
検出器９の位置（正確には光検出器と入射ビームとの相
対位置）が変わると、異なる振幅と位相をもつ干渉信号
１０が得られる。これと同様のことを１個の光検出器９
を移動することで行う。図６は光検出器９を固定した場
合と、変位発生器５０で光検出器９を移動した場合の干
渉信号の違いを示す図である。この図に示すように、光
検出器９が固定されていれば、小さい振幅の干渉信号１
０しか得られない場合（図６（ａ））でも、光検出器９
を移動させることにより、大きな振幅（図６（ｂ））の
干渉信号１０が得られる。
【００２９】実施例５．図７は請求項３の発明の一実施
例によるヘテロダイン干渉計を示す構成図であり、図に
おいて、５１は偏向器（偏向手段）である。上記実施例
４では、光検出器９を変位発生器５０で移動するように
構成した場合を示したが、この実施例では、変位発生器
５０の代わりに、光検出器９の前に偏向器５１を設け、
光検出器９に入射するビームＢ５と散乱光を偏向するよ
うに構成した。こうすることにより、入射光と光検出器
９の関係が実施例４と同様になり、実施例４と同様の効
果が得られる。
例によるヘテロダイン干渉計を示す構成図であり、図に
おいて、５１は偏向器（偏向手段）である。上記実施例
４では、光検出器９を変位発生器５０で移動するように
構成した場合を示したが、この実施例では、変位発生器
５０の代わりに、光検出器９の前に偏向器５１を設け、
光検出器９に入射するビームＢ５と散乱光を偏向するよ
うに構成した。こうすることにより、入射光と光検出器
９の関係が実施例４と同様になり、実施例４と同様の効
果が得られる。
【００３０】実施例６．図８は請求項４の発明の一実施
例によるヘテロダイン干渉計を示す構成図であり、６０
は位相変調器（位相変調手段）、６１はミラーＡ、６２
はミラーＢ、６３はミラーＣである。上記実施例１で
は、光検出器を２個用いて、干渉信号９を信号処理する
ように構成したが、この実施例では、測定対象２３から
の散乱光に位相変調器６０で位相変調を加えるように構
成し、それに伴い光学系の配置を変更した。
例によるヘテロダイン干渉計を示す構成図であり、６０
は位相変調器（位相変調手段）、６１はミラーＡ、６２
はミラーＢ、６３はミラーＣである。上記実施例１で
は、光検出器を２個用いて、干渉信号９を信号処理する
ように構成したが、この実施例では、測定対象２３から
の散乱光に位相変調器６０で位相変調を加えるように構
成し、それに伴い光学系の配置を変更した。
【００３１】次に動作について説明する。図８に示され
たヘテロダイン干渉計では、レーザ１から出たレーザビ
ームは、ビームスプリッタＡ２０により二分され、一方
のビームＡ３はビームスプリッタＢ２１を通り、レンズ
２２により測定対象２３の表面に集光される。測定対象
２３の表面より散乱された光は、レンズ２２で集光さ
れ、ビームスプリッタＢ２１で反射され、ミラーＡ６１
で反射され、位相変調器６０で位相変調を受け、ビーム
スプリッタＣ２４を通り、光検出器９に入る。
たヘテロダイン干渉計では、レーザ１から出たレーザビ
ームは、ビームスプリッタＡ２０により二分され、一方
のビームＡ３はビームスプリッタＢ２１を通り、レンズ
２２により測定対象２３の表面に集光される。測定対象
２３の表面より散乱された光は、レンズ２２で集光さ
れ、ビームスプリッタＢ２１で反射され、ミラーＡ６１
で反射され、位相変調器６０で位相変調を受け、ビーム
スプリッタＣ２４を通り、光検出器９に入る。
【００３２】一方、上記ビームスプリッタＡ２０により
二分された他方のビームＢ５は、ミラーＢ６２により反
射された後、周波数シフタ７により周波数シフトを受
け、ミラーＣ６３により反射され、さらにビームスプリ
ッタＣ２４で反射され、光検出器９に入る。これにより
光検出器９が干渉信号１０を出力して、周波数分析器３
５で解析する。
二分された他方のビームＢ５は、ミラーＢ６２により反
射された後、周波数シフタ７により周波数シフトを受
け、ミラーＣ６３により反射され、さらにビームスプリ
ッタＣ２４で反射され、光検出器９に入る。これにより
光検出器９が干渉信号１０を出力して、周波数分析器３
５で解析する。
【００３３】干渉信号１０が小さくなるのは、干渉信号
１０の振幅や位相が光検出器９の受光面内で異なる値を
もっており、検出する際に受光面積で積分するため、干
渉信号１０の相殺が起こることが原因である。さらに、
その振幅や位相が分布するのは、測定対象２３からの散
乱光が測定対象の表面粗さの影響でその電界の振幅や位
相が分布するためである。そこで、位相変調器６０によ
り散乱光の位相分布を変化させることで、実施例４の図
６と同様に、干渉信号１０の振幅が小さい場合でも、変
調により振幅を大きくできる。位相変調は、具体的には
散乱光を移動するすりガラスに通したり、面状の液晶パ
ネルに印加する電圧分布を変化させることで得られる。
１０の振幅や位相が光検出器９の受光面内で異なる値を
もっており、検出する際に受光面積で積分するため、干
渉信号１０の相殺が起こることが原因である。さらに、
その振幅や位相が分布するのは、測定対象２３からの散
乱光が測定対象の表面粗さの影響でその電界の振幅や位
相が分布するためである。そこで、位相変調器６０によ
り散乱光の位相分布を変化させることで、実施例４の図
６と同様に、干渉信号１０の振幅が小さい場合でも、変
調により振幅を大きくできる。位相変調は、具体的には
散乱光を移動するすりガラスに通したり、面状の液晶パ
ネルに印加する電圧分布を変化させることで得られる。
【００３４】実施例７．実施例６では、位相変調器６０
を測定対象２３からの散乱光の光路上に設けたが、ビー
ムＢ５の光路上に設け、ビームＢ５に位相変調をかけて
も、同様の効果が得られる。
を測定対象２３からの散乱光の光路上に設けたが、ビー
ムＢ５の光路上に設け、ビームＢ５に位相変調をかけて
も、同様の効果が得られる。
【００３５】実施例８．上記実施例１〜７では、図１、
図５、図７、図８に示すように周波数シフタ７をビーム
Ｂ５の光路上に設置した場合を示したが、ビームＡ３の
光路に設置しても同様である。
図５、図７、図８に示すように周波数シフタ７をビーム
Ｂ５の光路上に設置した場合を示したが、ビームＡ３の
光路に設置しても同様である。
【００３６】実施例９．上記実施例１〜７では、図１、
図５、図７、図８に示すように周波数シフタ７をビーム
Ｂ５の光路上のみに設けた場合を示したが、異なる周波
数シフトを与える周波数シフタをビームＡ３とビームＢ
５の両方の光路に設置して、その差の周波数シフトを得
るように構成しても同様である。
図５、図７、図８に示すように周波数シフタ７をビーム
Ｂ５の光路上のみに設けた場合を示したが、異なる周波
数シフトを与える周波数シフタをビームＡ３とビームＢ
５の両方の光路に設置して、その差の周波数シフトを得
るように構成しても同様である。
【００３７】実施例１０．上記実施例１〜７で示した光
学系以外でも、異なる周波数をもつ２本のビームの干渉
信号を検出するヘテロダイン光学系であれば、この発明
を適用することができる。
学系以外でも、異なる周波数をもつ２本のビームの干渉
信号を検出するヘテロダイン光学系であれば、この発明
を適用することができる。
【００３８】
【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれば
２本のビームの干渉信号を得る光検出器をわずかに間隔
をおいて２個設置し、これら２個の光検出器から出力さ
れる２つの干渉信号の位相差を検出する位相差検出手段
と、この位相差検出手段の検出出力に応じて上記２つの
干渉信号の位相を一致させる移相手段と、位相を一致さ
せられた２つの干渉信号を加算する加算手段とを備えた
構成としたので、所要レベルの干渉信号を得ることがで
きる。そして、その加算して得た所要レベルの干渉信号
の周波数を周波数分析器で解析するように構成したの
で、測定対象の表面構造の影響を軽減して計測精度を向
上させることができる効果がある。
２本のビームの干渉信号を得る光検出器をわずかに間隔
をおいて２個設置し、これら２個の光検出器から出力さ
れる２つの干渉信号の位相差を検出する位相差検出手段
と、この位相差検出手段の検出出力に応じて上記２つの
干渉信号の位相を一致させる移相手段と、位相を一致さ
せられた２つの干渉信号を加算する加算手段とを備えた
構成としたので、所要レベルの干渉信号を得ることがで
きる。そして、その加算して得た所要レベルの干渉信号
の周波数を周波数分析器で解析するように構成したの
で、測定対象の表面構造の影響を軽減して計測精度を向
上させることができる効果がある。
【００３９】請求項２の発明によれば光検出器を変位発
生手段により移動させる構成としたので、光検出器から
所要レベルの干渉信号を得ることができ、それにより測
定対象の表面構造の影響を軽減し、計測精度を向上させ
ることができる効果がある。
生手段により移動させる構成としたので、光検出器から
所要レベルの干渉信号を得ることができ、それにより測
定対象の表面構造の影響を軽減し、計測精度を向上させ
ることができる効果がある。
【００４０】請求項３の発明によれば光検出器に入射す
るビームを偏向手段で偏向させる構成としたので、光検
出器から所要レベルの干渉信号を得ることができ、それ
により測定対象の表面構造の影響を軽減し、計測精度を
向上させることができる効果がある。
るビームを偏向手段で偏向させる構成としたので、光検
出器から所要レベルの干渉信号を得ることができ、それ
により測定対象の表面構造の影響を軽減し、計測精度を
向上させることができる効果がある。
【００４１】請求項４の発明によれば測定対象からの反
射ビームの位相分布を位相変調手段で変調するように構
成したので、光検出器から所要レベルの干渉信号を得る
ことができ、それにより測定対象の表面構造の影響を軽
減し、計測精度を向上させることができる効果がある。
射ビームの位相分布を位相変調手段で変調するように構
成したので、光検出器から所要レベルの干渉信号を得る
ことができ、それにより測定対象の表面構造の影響を軽
減し、計測精度を向上させることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例１を示すヘテロダイン干渉計
の構成図である。
の構成図である。
【図２】図１に示すヘテロダイン干渉計の干渉信号の周
波数の説明に用いる図である。
波数の説明に用いる図である。
【図３】図１に示すヘテロダイン干渉計の２点で検出さ
れる干渉信号の位相差を説明する図である。
れる干渉信号の位相差を説明する図である。
【図４】この発明の実施例３を示すヘテロダイン干渉計
の干渉信号の処理系の構成図である。
の干渉信号の処理系の構成図である。
【図５】この発明の実施例４を示すヘテロダイン干渉計
の構成図である。
の構成図である。
【図６】図５に示すヘテロダイン干渉計の干渉信号を説
明する図である。
明する図である。
【図７】この発明の実施例５を示すヘテロダイン干渉計
の構成図である。
の構成図である。
【図８】この発明の実施例６を示すヘテロダイン干渉計
の構成図である。
の構成図である。
【図９】従来のヘテロダイン干渉計を示す構成図であ
る。
る。
１ レーザ ３ ビームＡ ５ ビームＢ ７ 周波数シフタ（周波数をシフトする手段） ２０ ビームスプリッタＡ（ビームを二分する手段） ２３ 測定対象 ２６ 光検出器Ａ ２７ 光検出器Ｂ ３２ 位相差検出器（位相差検出手段） ３３ 移相器（移相手段） ３４ 加算器（加算手段） ３５ 周波数分析器（周波数分析手段） ５０ 変位発生器（変位発生手段） ５１ 偏向器（偏向手段） ６０ 位相変調器（位相変調手段）
Claims (4)
- 【請求項１】 レーザと、レーザからのビームを二分し
て一方のビームの周波数をシフトさせて周波数がわずか
に異なるビームを得る手段と、上記二つのビームの内の
一方を測定対象に照射しその反射ビームと他方のビーム
とを重ね合わせて光検出器により干渉信号を得るヘテロ
ダイン検出手段と、上記干渉信号の周波数を求める周波
数分析手段とを備えたヘテロダイン干渉計であって、上
記光検出器がわずかに異なる位置に２個設置され、これ
ら２個の光検出器から出力される２つの干渉信号の位相
差を検出する位相差検出手段と、この位相差検出手段の
検出出力に応じて上記２つの干渉信号の位相を一致させ
る移相手段と、位相を一致させられた２つの干渉信号を
加算する加算手段とを備えたことを特徴とするヘテロダ
イン干渉計。 - 【請求項２】 レーザと、レーザからのビームを二分し
て一方のビームの周波数をシフトさせて周波数がわずか
に異なるビームを得る手段と、上記二つのビームの内の
一方を測定対象に照射しその反射ビームと他方のビーム
とを重ね合わせて光検出器により干渉信号を得るヘテロ
ダイン検出手段と、上記干渉信号の周波数を求める周波
数分析手段とを備えたヘテロダイン干渉計であって、上
記光検出器を移動させる変位発生手段を備えたことを特
徴とするヘテロダイン干渉計。 - 【請求項３】 請求項２記載のヘテロダイン干渉計であ
って、上記変位発生手段に代えて、上記光検出器に入射
するビームを偏向させる偏向手段を備えたことを特徴と
するヘテロダイン干渉計。 - 【請求項４】 レーザと、レーザからのビームを二分し
て一方のビームの周波数をシフトさせて周波数がわずか
に異なるビームを得る手段と、上記二つのビームの内の
一方を測定対象に照射しその反射ビームと他方のビーム
とを重ね合わせて光検出器により干渉信号を得るヘテロ
ダイン検出手段と、上記干渉信号の周波数を求める周波
数分析手段を備えたヘテロダイン干渉計であって、上記
反射ビームの位相分布を変化させる位相変調手段を備え
たことを特徴とするヘテロダイン干渉計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8013693A JPH06265304A (ja) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | ヘテロダイン干渉計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8013693A JPH06265304A (ja) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | ヘテロダイン干渉計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06265304A true JPH06265304A (ja) | 1994-09-20 |
Family
ID=13709842
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8013693A Pending JPH06265304A (ja) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | ヘテロダイン干渉計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06265304A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100431706B1 (ko) * | 2001-08-11 | 2004-05-17 | 한국표준과학연구원 | 2 주파수 레이저 간섭계에서의 길이 측정을 위한 위상각측정방법 및 비선형 오차 보상방법 그리고 이를 이용한길이 측정을 위한 위상각 측정방법 및 측정 시스템 |
| KR101028061B1 (ko) * | 2008-11-19 | 2011-04-08 | 한국표준과학연구원 | 결맞은 광섬유 테이퍼를 이용한 간섭무늬 안정화된 간섭계 |
| CN104359862A (zh) * | 2014-11-06 | 2015-02-18 | 佛山市南海区欧谱曼迪科技有限责任公司 | 一种基于光外差干涉术的共聚焦扫描显微成像方法及系统 |
| JP2021526631A (ja) * | 2018-05-18 | 2021-10-07 | ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ ミシガン | 周波数変調干渉計のための経路変動監視 |
-
1993
- 1993-03-15 JP JP8013693A patent/JPH06265304A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100431706B1 (ko) * | 2001-08-11 | 2004-05-17 | 한국표준과학연구원 | 2 주파수 레이저 간섭계에서의 길이 측정을 위한 위상각측정방법 및 비선형 오차 보상방법 그리고 이를 이용한길이 측정을 위한 위상각 측정방법 및 측정 시스템 |
| KR101028061B1 (ko) * | 2008-11-19 | 2011-04-08 | 한국표준과학연구원 | 결맞은 광섬유 테이퍼를 이용한 간섭무늬 안정화된 간섭계 |
| CN104359862A (zh) * | 2014-11-06 | 2015-02-18 | 佛山市南海区欧谱曼迪科技有限责任公司 | 一种基于光外差干涉术的共聚焦扫描显微成像方法及系统 |
| JP2021526631A (ja) * | 2018-05-18 | 2021-10-07 | ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ ミシガン | 周波数変調干渉計のための経路変動監視 |
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