JPH07190713A - 高精度レーザ干渉計測法 - Google Patents
高精度レーザ干渉計測法Info
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- JPH07190713A JPH07190713A JP35349593A JP35349593A JPH07190713A JP H07190713 A JPH07190713 A JP H07190713A JP 35349593 A JP35349593 A JP 35349593A JP 35349593 A JP35349593 A JP 35349593A JP H07190713 A JPH07190713 A JP H07190713A
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- Japan
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- laser
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 レーザー・ビームの波長を可変とし、干渉縞
の明あるいは暗のピークを維持するようにその波長を制
御することにより、干渉縞分割に伴う非線形性が存在し
ないようにし、それによって従来の方法と比較して測定
確度を著しく向上させる。 【構成】 トラッキング・レーザーの波長を可変とし、
そのレーザー・ビームを干渉計に投射し、その干渉計に
おける干渉縞の明あるいは暗のピークを検出して、上記
トラッキング・レーザーの波長をその干渉縞の明あるい
は暗のピークを維持するように制御する。このときの周
波数波長安定化レーザーと上記トラッキング・レーザー
の周波数差をビート周波数として測定し、そのビート周
波数に基づいて干渉計における光路差の変化を求める。
の明あるいは暗のピークを維持するようにその波長を制
御することにより、干渉縞分割に伴う非線形性が存在し
ないようにし、それによって従来の方法と比較して測定
確度を著しく向上させる。 【構成】 トラッキング・レーザーの波長を可変とし、
そのレーザー・ビームを干渉計に投射し、その干渉計に
おける干渉縞の明あるいは暗のピークを検出して、上記
トラッキング・レーザーの波長をその干渉縞の明あるい
は暗のピークを維持するように制御する。このときの周
波数波長安定化レーザーと上記トラッキング・レーザー
の周波数差をビート周波数として測定し、そのビート周
波数に基づいて干渉計における光路差の変化を求める。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光路差が０でない２光
束干渉計（マイケルソン干渉計等）、フィゾー干渉計
（ファブリ・ペロー干渉計）あるいは光共振器（定在波
型、リング型）に適用して高精度な測定分解能が得られ
る高精度レーザ干渉計測法に関するものである。
束干渉計（マイケルソン干渉計等）、フィゾー干渉計
（ファブリ・ペロー干渉計）あるいは光共振器（定在波
型、リング型）に適用して高精度な測定分解能が得られ
る高精度レーザ干渉計測法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から知られている高分解能干渉測定
技術においては、干渉光源（周波数安定化レーザー）と
干渉計は独立し、光源の波長を固定した状態で光路差変
化による干渉縞の変化を測定するのが一般的であり、波
長以下の高分解能測定を行うためには、干渉縞の分割を
行わなければならない。このような問題に対処し、高い
分解能を得るための干渉縞分割方法としては、フリンジ
スキャン法や光ヘテロダイン法などがあり、分解能は１
干渉縞の１００〜１００００分の１程度である。しかし
ながら、いずれの方法においても、干渉縞の分割に非線
形性が存在し、この非線形性が測定確度を１干渉縞の１
０００分の１程度に制限するという問題がある。
技術においては、干渉光源（周波数安定化レーザー）と
干渉計は独立し、光源の波長を固定した状態で光路差変
化による干渉縞の変化を測定するのが一般的であり、波
長以下の高分解能測定を行うためには、干渉縞の分割を
行わなければならない。このような問題に対処し、高い
分解能を得るための干渉縞分割方法としては、フリンジ
スキャン法や光ヘテロダイン法などがあり、分解能は１
干渉縞の１００〜１００００分の１程度である。しかし
ながら、いずれの方法においても、干渉縞の分割に非線
形性が存在し、この非線形性が測定確度を１干渉縞の１
０００分の１程度に制限するという問題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の技術的課題
は、光源の波長を固定した状態で光路差変化による干渉
縞の変化を測定する従来の方法に代えて、レーザー・ビ
ームの波長λ（周波数ν）を可変とし、干渉縞の明ある
いは暗のピークを維持するようにそのビームの波長（周
波数）を制御することにより、干渉縞分割に伴う非線形
性が存在しないようにし、それによって従来の方法と比
較して測定確度を著しく向上できるようにした高精度レ
ーザ干渉計測法を得ることにある。
は、光源の波長を固定した状態で光路差変化による干渉
縞の変化を測定する従来の方法に代えて、レーザー・ビ
ームの波長λ（周波数ν）を可変とし、干渉縞の明ある
いは暗のピークを維持するようにそのビームの波長（周
波数）を制御することにより、干渉縞分割に伴う非線形
性が存在しないようにし、それによって従来の方法と比
較して測定確度を著しく向上できるようにした高精度レ
ーザ干渉計測法を得ることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段、作用】上記課題を解決す
るための本発明の第１の高精度レーザ干渉計測法は、ト
ラッキング・レーザーの波長を可変とし、そのレーザー
・ビームを干渉計に投射し、その干渉計における干渉縞
の明あるいは暗のピークを検出して、上記トラッキング
・レーザーの波長をその干渉縞の明あるいは暗のピーク
を維持するように制御し、このときの周波数波長安定化
レーザーと上記トラッキング・レーザーの周波数差をビ
ート周波数として測定し、そのビート周波数に基づいて
干渉計における光路差の変化を求めることを特徴とする
ものである。
るための本発明の第１の高精度レーザ干渉計測法は、ト
ラッキング・レーザーの波長を可変とし、そのレーザー
・ビームを干渉計に投射し、その干渉計における干渉縞
の明あるいは暗のピークを検出して、上記トラッキング
・レーザーの波長をその干渉縞の明あるいは暗のピーク
を維持するように制御し、このときの周波数波長安定化
レーザーと上記トラッキング・レーザーの周波数差をビ
ート周波数として測定し、そのビート周波数に基づいて
干渉計における光路差の変化を求めることを特徴とする
ものである。
【０００５】また、本発明の第２の高精度レーザ干渉計
測法は、周波数安定化レーザーからのレーザー・ビーム
の周波数を光周波数変調器で変調して干渉計に投射し、
その干渉計における干渉縞の明あるいは暗のピークを検
出して、上記変調されたレーザー・ビームの波長（周波
数）をその干渉縞の明あるいは暗のピークを維持するよ
うに制御し、このときの変調周波数に基づいて干渉計に
おける光路差の変化を求めることを特徴とするものであ
る。上記第２の高精度レーザ干渉計測法は、その光周波
数変調器として、ｎ次の高調波成分を用い得る光コム生
成器を用いることもできる。
測法は、周波数安定化レーザーからのレーザー・ビーム
の周波数を光周波数変調器で変調して干渉計に投射し、
その干渉計における干渉縞の明あるいは暗のピークを検
出して、上記変調されたレーザー・ビームの波長（周波
数）をその干渉縞の明あるいは暗のピークを維持するよ
うに制御し、このときの変調周波数に基づいて干渉計に
おける光路差の変化を求めることを特徴とするものであ
る。上記第２の高精度レーザ干渉計測法は、その光周波
数変調器として、ｎ次の高調波成分を用い得る光コム生
成器を用いることもできる。
【０００６】更に具体的に説明すると、本発明の高精度
レーザ干渉計測法では、従来の高分解能干渉測定方法の
ように、レーザー・ビームの波長を固定した状態で光路
差変化による干渉縞の変化を測定するものではなく、レ
ーザー・ビームの波長λ（周波数ν）を可変とし、干渉
縞の明あるいは暗のピークを維持するようにその波長
（周波数）を制御する。
レーザ干渉計測法では、従来の高分解能干渉測定方法の
ように、レーザー・ビームの波長を固定した状態で光路
差変化による干渉縞の変化を測定するものではなく、レ
ーザー・ビームの波長λ（周波数ν）を可変とし、干渉
縞の明あるいは暗のピークを維持するようにその波長
（周波数）を制御する。
【０００７】このときの波長λは光路差Ｌに比例して変
化し、周波数νは光路差Ｌに反比例して変化する。すな
わち、 Ｌ／λ＝一定 あるいは Ｌν＝一定 となる。そのため、このときのレーザー波長λ（周波数
ν）の変化δλ（δν）を測定することにより、光路差
Ｌの変化δＬを求めることができる。
化し、周波数νは光路差Ｌに反比例して変化する。すな
わち、 Ｌ／λ＝一定 あるいは Ｌν＝一定 となる。そのため、このときのレーザー波長λ（周波数
ν）の変化δλ（δν）を測定することにより、光路差
Ｌの変化δＬを求めることができる。
【０００８】このような方法による測定時には、常に干
渉縞のピークが維持されるために、干渉縞分割に伴う非
線形性が存在しない。したがって、従来の方法と比較し
て、測定確度が著しく向上し、測定分解能は少なくとも
１干渉縞の１００００００分の１以上（光共振器の場
合）を得ることができる。また、将来より高い安定度の
周波数安定化レーザーが開発された場合には、その安定
度に応じた分解能が期待される。
渉縞のピークが維持されるために、干渉縞分割に伴う非
線形性が存在しない。したがって、従来の方法と比較し
て、測定確度が著しく向上し、測定分解能は少なくとも
１干渉縞の１００００００分の１以上（光共振器の場
合）を得ることができる。また、将来より高い安定度の
周波数安定化レーザーが開発された場合には、その安定
度に応じた分解能が期待される。
【０００９】
【実施例】図１は、本発明の方法の実施に用いるための
トラッキング・レーザーを用いた干渉縞ピークホールド
干渉計の構成例を示している。この装置は、波長λ（周
波数ν）が一定の周波数安定化レーザー（波長基準レー
ザー）を備えると共に、トラッキング・レーザーとし
て、波長（周波数）が可変のレーザーを備えている。そ
のトラッキング・レーザーからのレーザー・ビームは干
渉計（または光共振器）に投射され、その干渉計におい
て生じた干渉縞の明あるいは暗のピークを光検出器にお
いて検出し、それを干渉縞ロック制御装置を介してトラ
ッキング・レーザーにフィードバックすることにより、
トラッキング・レーザーの波長（周波数）を干渉縞の明
あるいは暗のピークを維持するように制御させる。
トラッキング・レーザーを用いた干渉縞ピークホールド
干渉計の構成例を示している。この装置は、波長λ（周
波数ν）が一定の周波数安定化レーザー（波長基準レー
ザー）を備えると共に、トラッキング・レーザーとし
て、波長（周波数）が可変のレーザーを備えている。そ
のトラッキング・レーザーからのレーザー・ビームは干
渉計（または光共振器）に投射され、その干渉計におい
て生じた干渉縞の明あるいは暗のピークを光検出器にお
いて検出し、それを干渉縞ロック制御装置を介してトラ
ッキング・レーザーにフィードバックすることにより、
トラッキング・レーザーの波長（周波数）を干渉縞の明
あるいは暗のピークを維持するように制御させる。
【００１０】このように制御すると、波長は干渉計にお
ける光路差Ｌに比例して変化し、周波数νはその光路差
Ｌに反比例して変化する。そのため、このときの周波数
安定化レーザーとトラッキング・レーザーの周波数差δ
ν（または波長λの変化δλ）を、ビート周波数として
高速光検出器において検出し、そのビート周波数δνを
カウンターで計数することにより、光路差Ｌの変化δＬ
を算出することが可能になる。
ける光路差Ｌに比例して変化し、周波数νはその光路差
Ｌに反比例して変化する。そのため、このときの周波数
安定化レーザーとトラッキング・レーザーの周波数差δ
ν（または波長λの変化δλ）を、ビート周波数として
高速光検出器において検出し、そのビート周波数δνを
カウンターで計数することにより、光路差Ｌの変化δＬ
を算出することが可能になる。
【００１１】なお、上記図１の構成を有する干渉計は、
光路差Ｌの長大な干渉計を用いることにより、実用的な
測定範囲が得られるという点で有利なものであるが、２
台のレーザーが必要であり、またビート周波数δνの測
定限界がレーザー・ビームの周波数νと比較して非常に
小さいために、光路差Ｌの変化δＬの測定範囲が非常に
狭くなるという問題点があるが、このような問題点は以
下に示すような他の構成例によって解消することができ
る。
光路差Ｌの長大な干渉計を用いることにより、実用的な
測定範囲が得られるという点で有利なものであるが、２
台のレーザーが必要であり、またビート周波数δνの測
定限界がレーザー・ビームの周波数νと比較して非常に
小さいために、光路差Ｌの変化δＬの測定範囲が非常に
狭くなるという問題点があるが、このような問題点は以
下に示すような他の構成例によって解消することができ
る。
【００１２】図２は、光周波数変調器を用いて本発明の
方法を実施する干渉縞ピークホールド干渉計の構成例を
示すもので、この装置では、周波数安定化レーザーから
のレーザー・ビームの周波数νを光周波数変調器（ＡＯ
ＭあるいはＥＯＭ）を用いて変調し、干渉計において生
じた干渉縞の明あるいは暗のピークを図１の場合と同様
にして光検出器において検出し、それを干渉縞ロック制
御装置を介して光周波数変調器にフィードバックするこ
とにより、変調されたレーザー・ビームの波長（周波
数）を干渉縞の明あるいは暗のピークを維持するように
制御させている。
方法を実施する干渉縞ピークホールド干渉計の構成例を
示すもので、この装置では、周波数安定化レーザーから
のレーザー・ビームの周波数νを光周波数変調器（ＡＯ
ＭあるいはＥＯＭ）を用いて変調し、干渉計において生
じた干渉縞の明あるいは暗のピークを図１の場合と同様
にして光検出器において検出し、それを干渉縞ロック制
御装置を介して光周波数変調器にフィードバックするこ
とにより、変調されたレーザー・ビームの波長（周波
数）を干渉縞の明あるいは暗のピークを維持するように
制御させている。
【００１３】このように構成すると、光周波数変調器を
駆動する周波数が、図１のトラッキング・レーザーと周
波数安定化レーザーのビート周波数δνに相当するもの
となる。そのため、この装置では、図１の場合に比して
レーザーが１台でよいが、光路差Ｌの変化δＬの測定範
囲は、図１のビート周波数を測定する場合と同程度とな
る。
駆動する周波数が、図１のトラッキング・レーザーと周
波数安定化レーザーのビート周波数δνに相当するもの
となる。そのため、この装置では、図１の場合に比して
レーザーが１台でよいが、光路差Ｌの変化δＬの測定範
囲は、図１のビート周波数を測定する場合と同程度とな
る。
【００１４】図３は、光周波数変調器を用いた干渉縞ピ
ークホールド干渉計の他の構成例を示すもので、この装
置は、基本的には図２の場合と同様であるが、その光周
波数変調器として、ｎ次の高調波成分を利用できる光コ
ム生成器を用いている。この場合、一般的な光周波数変
調器を用いた場合と異なり、非常に高次の変調成分（サ
イドバンド）が生じる。この高次の変調成分を用いて干
渉縞の明あるいは暗のピークを維持するように制御した
場合、光コム生成器における周波数変化は、駆動周波数
の次数倍ｎδνとなる。例えば、１０次の変調成分を利
用した場合には、光路差Ｌの変化δＬの測定は、同じδ
νの可変範囲に対して１０倍に拡大される。
ークホールド干渉計の他の構成例を示すもので、この装
置は、基本的には図２の場合と同様であるが、その光周
波数変調器として、ｎ次の高調波成分を利用できる光コ
ム生成器を用いている。この場合、一般的な光周波数変
調器を用いた場合と異なり、非常に高次の変調成分（サ
イドバンド）が生じる。この高次の変調成分を用いて干
渉縞の明あるいは暗のピークを維持するように制御した
場合、光コム生成器における周波数変化は、駆動周波数
の次数倍ｎδνとなる。例えば、１０次の変調成分を利
用した場合には、光路差Ｌの変化δＬの測定は、同じδ
νの可変範囲に対して１０倍に拡大される。
【００１５】なお、この装置による計測法では、図２の
場合と同様にレーザーが１台でよいという利点に加え
て、実質的な周波数可変範囲を広げることにより、ファ
ブリ・ペロー・エタロンのような光路差Ｌの短いものに
おいても、実用的な測定範囲が実現できる。
場合と同様にレーザーが１台でよいという利点に加え
て、実質的な周波数可変範囲を広げることにより、ファ
ブリ・ペロー・エタロンのような光路差Ｌの短いものに
おいても、実用的な測定範囲が実現できる。
【００１６】
【発明の効果】以上に詳述した本発明の方法によれば、
光源の波長を固定した状態で光路差変化による干渉縞の
変化を測定する従来の方法に代えて、光の波長（周波
数）を可変とし、干渉縞の明あるいは暗のピークを維持
するようにその波長（周波数）を制御することにより、
干渉縞分割に伴う非線形性が存在しないようにしている
ので、従来の方法と比較して測定確度を著しく向上させ
ることができる。
光源の波長を固定した状態で光路差変化による干渉縞の
変化を測定する従来の方法に代えて、光の波長（周波
数）を可変とし、干渉縞の明あるいは暗のピークを維持
するようにその波長（周波数）を制御することにより、
干渉縞分割に伴う非線形性が存在しないようにしている
ので、従来の方法と比較して測定確度を著しく向上させ
ることができる。
【図１】本発明の方法の実施に用いる干渉縞ピークホー
ルド干渉計の構成例を示すブロック構成図である。
ルド干渉計の構成例を示すブロック構成図である。
【図２】本発明の他の方法の実施に用いる干渉縞ピーク
ホールド干渉計の構成例を示すブロック構成図である。
ホールド干渉計の構成例を示すブロック構成図である。
【図３】本発明の更に他の方法の実施に用いる干渉縞ピ
ークホールド干渉計の構成例を示すブロック構成図であ
る。
ークホールド干渉計の構成例を示すブロック構成図であ
る。
Claims (3)
- 【請求項１】トラッキング・レーザーの波長を可変と
し、そのレーザー・ビームを干渉計に投射し、その干渉
計における干渉縞の明あるいは暗のピークを検出して、
上記トラッキング・レーザーの波長をその干渉縞の明あ
るいは暗のピークを維持するように制御し、 このときの周波数波長安定化レーザーと上記トラッキン
グ・レーザーの周波数差をビート周波数として測定し、
そのビート周波数に基づいて干渉計における光路差の変
化を求める、ことを特徴とする高精度レーザ干渉計測
法。 - 【請求項２】周波数安定化レーザーからのレーザー・ビ
ームの周波数を光周波数変調器で変調して干渉計に投射
し、その干渉計における干渉縞の明あるいは暗のピーク
を検出して、変調されたレーザー・ビームの波長をその
干渉縞の明あるいは暗のピークを維持するように制御
し、 このときの変調周波数に基づいて干渉計における光路差
の変化を求める、ことを特徴とする高精度レーザ干渉計
測法。 - 【請求項３】請求項２に記載の方法において、光周波数
変調器として、ｎ次の高調波成分を用い得る光コム生成
器を用いる、ことを特徴とする高精度レーザ干渉計測
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35349593A JPH07190713A (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 高精度レーザ干渉計測法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35349593A JPH07190713A (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 高精度レーザ干渉計測法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07190713A true JPH07190713A (ja) | 1995-07-28 |
Family
ID=18431232
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35349593A Pending JPH07190713A (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 高精度レーザ干渉計測法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07190713A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010164328A (ja) * | 2009-01-13 | 2010-07-29 | Mitsutoyo Corp | レーザ干渉計 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6118934A (ja) * | 1984-07-05 | 1986-01-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光波長変換装置 |
| JPH01210804A (ja) * | 1988-02-18 | 1989-08-24 | Yokogawa Electric Corp | 面間隔測定方法 |
| JPH04131710A (ja) * | 1990-09-25 | 1992-05-06 | Olympus Optical Co Ltd | 走査型プローブ顕微鏡 |
-
1993
- 1993-12-27 JP JP35349593A patent/JPH07190713A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6118934A (ja) * | 1984-07-05 | 1986-01-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光波長変換装置 |
| JPH01210804A (ja) * | 1988-02-18 | 1989-08-24 | Yokogawa Electric Corp | 面間隔測定方法 |
| JPH04131710A (ja) * | 1990-09-25 | 1992-05-06 | Olympus Optical Co Ltd | 走査型プローブ顕微鏡 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010164328A (ja) * | 2009-01-13 | 2010-07-29 | Mitsutoyo Corp | レーザ干渉計 |
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