JPH076845B2 - 光周波数エンコーダ - Google Patents
光周波数エンコーダInfo
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- JPH076845B2 JPH076845B2 JP28040488A JP28040488A JPH076845B2 JP H076845 B2 JPH076845 B2 JP H076845B2 JP 28040488 A JP28040488 A JP 28040488A JP 28040488 A JP28040488 A JP 28040488A JP H076845 B2 JPH076845 B2 JP H076845B2
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- optical frequency
- quartz
- polarized
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、光計測分野に属し、光干渉を利用して光源光
の光周波数の変化量を検出する光周波数エンコーダに関
するものである。
の光周波数の変化量を検出する光周波数エンコーダに関
するものである。
（従来の技術） 第２図は、光干渉を利用して光周波数の変化量を検出す
る光周波数エンコーダの第１の従来例を示す構成図であ
る。第２図において、１は光源、２は対物レンズ、3a,3
bはくさび形ガラスブロックで、それぞれ片面の反射率
を高めてあり、その二つの面が平行に正対し、フィネス
の高いファブリ・ペロ干渉計３を構成している。なお、
くさび形ガラスブロック3aは、くさび形ガラスブロック
3bとの前記平行状態を保持しながら光軸方向に移動可能
となっている。また、４はファブリ・ペロ干渉計３の出
力光強度を電気信号に変換する光検出器である。
る光周波数エンコーダの第１の従来例を示す構成図であ
る。第２図において、１は光源、２は対物レンズ、3a,3
bはくさび形ガラスブロックで、それぞれ片面の反射率
を高めてあり、その二つの面が平行に正対し、フィネス
の高いファブリ・ペロ干渉計３を構成している。なお、
くさび形ガラスブロック3aは、くさび形ガラスブロック
3bとの前記平行状態を保持しながら光軸方向に移動可能
となっている。また、４はファブリ・ペロ干渉計３の出
力光強度を電気信号に変換する光検出器である。
このような構成を有する第１の従来例では、光源１から
の光を対物レンズ２で平行光にし、この平行光をくさび
形ガラスブロック3a,3bからなるファブリ・ペロ干渉計
３に入射させる。そして、くさび形ガラスブロック3aを
第３図（ａ）に示すように、光軸方向に対して鋸状に変
位させる。その結果、第３図（ｂ）に示すように、光周
波数およびくさび形ガラスブロック3aと3b間の距離に対
応して、ファブリ・ペロ干渉計３の出力光の極大値位置
が、理想的には破線，，で示すように時間変化す
る。この時間変化は、出力光強度を光検出器４で電気信
号に変換し、これを図示しない処理器等で検出してい
た。
の光を対物レンズ２で平行光にし、この平行光をくさび
形ガラスブロック3a,3bからなるファブリ・ペロ干渉計
３に入射させる。そして、くさび形ガラスブロック3aを
第３図（ａ）に示すように、光軸方向に対して鋸状に変
位させる。その結果、第３図（ｂ）に示すように、光周
波数およびくさび形ガラスブロック3aと3b間の距離に対
応して、ファブリ・ペロ干渉計３の出力光の極大値位置
が、理想的には破線，，で示すように時間変化す
る。この時間変化は、出力光強度を光検出器４で電気信
号に変換し、これを図示しない処理器等で検出してい
た。
第４図は、光干渉を利用して光周波数の変化量を検出す
る光周波数エンコーダの第２の従来例を示す構成図であ
る。この第２の従来例と前記第１の従来例と異なる点
は、二つのくさび形ガラスブロック3a,3bからなるファ
ブリ・ペロ干渉計３の代わりに、両端面が平行なガラス
ブロックからなるフィネスの低いファブリ・ペロ干渉計
５を用いた点にある。
る光周波数エンコーダの第２の従来例を示す構成図であ
る。この第２の従来例と前記第１の従来例と異なる点
は、二つのくさび形ガラスブロック3a,3bからなるファ
ブリ・ペロ干渉計３の代わりに、両端面が平行なガラス
ブロックからなるフィネスの低いファブリ・ペロ干渉計
５を用いた点にある。
このような構成を有する第２の従来例では、前記第１の
従来例と同様に、光源１からの光を対物レンズ２で平行
光にし、この平行光をファブリ・ペロ干渉計５に入射さ
せると、第５図（ａ）に示すような、光源１からの光周
波数の変化によるファブリ・ペロ干渉計５の出力光の強
度変化が検出される。
従来例と同様に、光源１からの光を対物レンズ２で平行
光にし、この平行光をファブリ・ペロ干渉計５に入射さ
せると、第５図（ａ）に示すような、光源１からの光周
波数の変化によるファブリ・ペロ干渉計５の出力光の強
度変化が検出される。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記第１の従来例によれば、第３図
（ｃ）の実線Ａで示すように、例えば光源１による光の
光周波数が増加している場合には、第３図（ｂ）に示す
破線，，の位置から同図の実線a,b,cで示す位置
にずれることになるが、実線ａを例にとると、これが破
線による位置の波形がずれたものなのか、破線によ
る位置の波形がずれたものなのか判断できず、同様に実
線ｂで示す波形も破線による位置の波形がずれたもの
なのか、破線による位置の波形がずれたものなのか、
判断できず、結局、実線ｃによって漸く光源１による光
の光周波数が増加していると判断できる、といったよう
に、光周波数の増減方向の判断が困難であるという問題
点があった。
（ｃ）の実線Ａで示すように、例えば光源１による光の
光周波数が増加している場合には、第３図（ｂ）に示す
破線，，の位置から同図の実線a,b,cで示す位置
にずれることになるが、実線ａを例にとると、これが破
線による位置の波形がずれたものなのか、破線によ
る位置の波形がずれたものなのか判断できず、同様に実
線ｂで示す波形も破線による位置の波形がずれたもの
なのか、破線による位置の波形がずれたものなのか、
判断できず、結局、実線ｃによって漸く光源１による光
の光周波数が増加していると判断できる、といったよう
に、光周波数の増減方向の判断が困難であるという問題
点があった。
また、くさび形ガラスブロック3aの変位速度と光周波数
の変化速度との関係で、第３図（ｄ）に示すように、破
線，，による位置の波形が、実線d,eのように、
破線，，間のほぼ中央にずれた場合等は、第３図
（ｅ）の実線Ｂに示すように、光周波数が増加している
のか、あるいは同図中、実線Ｃに示すように、光周波数
が減少しているのかを判断することは極めて困難である
という問題点があった。
の変化速度との関係で、第３図（ｄ）に示すように、破
線，，による位置の波形が、実線d,eのように、
破線，，間のほぼ中央にずれた場合等は、第３図
（ｅ）の実線Ｂに示すように、光周波数が増加している
のか、あるいは同図中、実線Ｃに示すように、光周波数
が減少しているのかを判断することは極めて困難である
という問題点があった。
同様に、第２の従来例の場合も、第５図（ａ）に示す検
出波形からは、光源１による光の光周波数が、第５図
（ｂ）に示す実線Ｄのように変化しているのか、あるい
は実線Ｅのように変化しているのか判断できず、光周波
数の増減方向の判断が極めて困難であるという問題点が
あった。
出波形からは、光源１による光の光周波数が、第５図
（ｂ）に示す実線Ｄのように変化しているのか、あるい
は実線Ｅのように変化しているのか判断できず、光周波
数の増減方向の判断が極めて困難であるという問題点が
あった。
また、この光周波数の増減方向が判断できないという問
題点を解決するために、二つのファブリ・ペロ干渉計を
独立して用い、これらの二つの出力光の強度変化に位相
差をもたせ、光周波数変化を検出する場合、その構成が
複雑となり、温度による影響を独立に受けるため、不安
定となる問題点がある。
題点を解決するために、二つのファブリ・ペロ干渉計を
独立して用い、これらの二つの出力光の強度変化に位相
差をもたせ、光周波数変化を検出する場合、その構成が
複雑となり、温度による影響を独立に受けるため、不安
定となる問題点がある。
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、簡易な構成で、光
周波数の変化量並びにその増減方向を検出することので
きる光周波数エンコーダを提供することにある。
周波数の変化量並びにその増減方向を検出することので
きる光周波数エンコーダを提供することにある。
（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、請求項（１）では、光源によ
る光の光周波数の変化量を検出する光周波数エンコーダ
において、光源光を測定光と参照光に分割する光分割手
段と、測定光を所定の偏波状態に設定する偏波状態設定
手段と、反射面を形成する二つの互いに平行な端面を有
し、前記所定の偏波状態に設定された測定光の前記端面
への入射に基づいて二つの偏波光を発生し、かつ、これ
ら二つの偏波光間の位相差が所定値となるように前記二
つの端面間の長さを設定した複屈折物質と、該複屈折物
質から出射する二つの偏波光を分割する偏波分割手段
と、該分割された二つの偏波光をそれぞれ受光し、その
光強度に対応した二つの電気信号に変換する第１および
第２の光検出器と、前記参照光を受光し、その光強度に
対応した電気信号に変換する第３の光検出器と、該第３
の光検出器による電気信号に基づいて前記第１および第
２の光検出器による二つの電気信号から光源光の光強度
の変化成分を取り除く演算処理部と、該演算処理部によ
り処理された二つの電気信号の位相差に対応したパルス
を発生するパルス発生部とを備えた。
る光の光周波数の変化量を検出する光周波数エンコーダ
において、光源光を測定光と参照光に分割する光分割手
段と、測定光を所定の偏波状態に設定する偏波状態設定
手段と、反射面を形成する二つの互いに平行な端面を有
し、前記所定の偏波状態に設定された測定光の前記端面
への入射に基づいて二つの偏波光を発生し、かつ、これ
ら二つの偏波光間の位相差が所定値となるように前記二
つの端面間の長さを設定した複屈折物質と、該複屈折物
質から出射する二つの偏波光を分割する偏波分割手段
と、該分割された二つの偏波光をそれぞれ受光し、その
光強度に対応した二つの電気信号に変換する第１および
第２の光検出器と、前記参照光を受光し、その光強度に
対応した電気信号に変換する第３の光検出器と、該第３
の光検出器による電気信号に基づいて前記第１および第
２の光検出器による二つの電気信号から光源光の光強度
の変化成分を取り除く演算処理部と、該演算処理部によ
り処理された二つの電気信号の位相差に対応したパルス
を発生するパルス発生部とを備えた。
また、請求項（２）では、前記複屈折物質を石英をスペ
ーサとして接合した石英スペーサ付水晶八分の一波長板
から構成した。
ーサとして接合した石英スペーサ付水晶八分の一波長板
から構成した。
また、請求項（３）では、前記複屈折物質を応力付与型
複屈折光ファイバから構成した。
複屈折光ファイバから構成した。
（作用） 請求項（１）または請求項（２）または請求項（３）に
よれば、光源による光は光分割手段により測定光と参照
光とに分割され、参照光は第３の光検出器にて受光さ
れ、その光強度に対応した電気信号に変換され、演算処
理部に入力する。
よれば、光源による光は光分割手段により測定光と参照
光とに分割され、参照光は第３の光検出器にて受光さ
れ、その光強度に対応した電気信号に変換され、演算処
理部に入力する。
一方、測定光は、偏波状態設定手段によって所定の偏波
状態に設定された後、複屈折物質の端面に入射する。所
定の偏波状態の測定光が入射された複屈折物質は二つの
偏波光を発生し、これら二つの偏光波は反射面を形成す
る二つの互いに平行な端面間でそれぞれ多重反射して干
渉する。複屈折物質の反射面を形成する二つの互いに平
行な端面間の長さは、この二つの偏波光の位相差が所定
値となるように設定してあるので、この二つの偏波光の
光強度は所定の位相差をもって変化する。
状態に設定された後、複屈折物質の端面に入射する。所
定の偏波状態の測定光が入射された複屈折物質は二つの
偏波光を発生し、これら二つの偏光波は反射面を形成す
る二つの互いに平行な端面間でそれぞれ多重反射して干
渉する。複屈折物質の反射面を形成する二つの互いに平
行な端面間の長さは、この二つの偏波光の位相差が所定
値となるように設定してあるので、この二つの偏波光の
光強度は所定の位相差をもって変化する。
このような、複屈折物質から出射する二つの偏波光は偏
波分割手段によって分割され、一方の偏波光は第１の光
検出器に受光されてその光強度に対応した電気信号に変
換され、演算処理部に入力する。同様に、分割された他
方の偏波光は第２の光検出器に受光されてその光強度に
対応した電気信号に変換され、演算処理部に入力する。
波分割手段によって分割され、一方の偏波光は第１の光
検出器に受光されてその光強度に対応した電気信号に変
換され、演算処理部に入力する。同様に、分割された他
方の偏波光は第２の光検出器に受光されてその光強度に
対応した電気信号に変換され、演算処理部に入力する。
演算処理部は、前記第３の光検出器による電気信号に基
づいて前記第１および第２の光検出器による二つの電気
信号から光源光の光強度の変化成分を取り除き、パルス
発生部に入力する。
づいて前記第１および第２の光検出器による二つの電気
信号から光源光の光強度の変化成分を取り除き、パルス
発生部に入力する。
パルス発生部は入力された二つの電気信号の位相差から
光源光の光周波数の増減方向並びにその光周波数の変化
量に対応したパルスを発生する。
光源光の光周波数の増減方向並びにその光周波数の変化
量に対応したパルスを発生する。
（実施例） 第１図は、本発明による光周波数エンコーダの第１の実
施例を示す構成図である。
施例を示す構成図である。
第１図において、11は波長1.3μｍの半導体レーザから
なる光源、12は光源11による光を平行光束とする対物レ
ンズ、13は光源11による光を測定光PBと参照光RBに分割
するビームスプリッタ（光分割手段）、14は測定光PBを
直線偏波とする偏光子（偏波状態設定手段）である。
なる光源、12は光源11による光を平行光束とする対物レ
ンズ、13は光源11による光を測定光PBと参照光RBに分割
するビームスプリッタ（光分割手段）、14は測定光PBを
直線偏波とする偏光子（偏波状態設定手段）である。
15はファブリ・ペロ干渉計を構成する石英15a、水晶15b
を備えた石英スペーサ付き水晶八分の一波長板で、偏光
子14による直線偏波光からｘおよびｙの二つの偏波光を
発生し、かつ、これら二つの偏波光間の位相差が所定値
となるように反射面を形成する二つの端面間の長さを、
例えば20mm設定しており、端面の反射率Ｒは、例えば0.
04としている。16は偏光ビームスプリッタ（偏波分割手
段）で、石英スペーサ付き水晶八分の一波長板15の出力
光をｘ偏波光PBxとｙ偏波光PByに分割する。
を備えた石英スペーサ付き水晶八分の一波長板で、偏光
子14による直線偏波光からｘおよびｙの二つの偏波光を
発生し、かつ、これら二つの偏波光間の位相差が所定値
となるように反射面を形成する二つの端面間の長さを、
例えば20mm設定しており、端面の反射率Ｒは、例えば0.
04としている。16は偏光ビームスプリッタ（偏波分割手
段）で、石英スペーサ付き水晶八分の一波長板15の出力
光をｘ偏波光PBxとｙ偏波光PByに分割する。
17aはｘ偏波光PBxを受光してその光強度に対応した電気
信号のｘ偏波信号PExに変換する第１の光検出器、17bは
ｙ偏波光PByを受光してその光強度に対応した電気信号
のｙ偏波信号PEyに変換する第２の光検出器、17cは参照
光RBを受光してその光強度に対応した電気信号の参照信
号REに変換する第３の光検出器で、これら第１乃至第３
の光検出器17a,17b,17cは、例えばInGaAs−PINにより構
成している。
信号のｘ偏波信号PExに変換する第１の光検出器、17bは
ｙ偏波光PByを受光してその光強度に対応した電気信号
のｙ偏波信号PEyに変換する第２の光検出器、17cは参照
光RBを受光してその光強度に対応した電気信号の参照信
号REに変換する第３の光検出器で、これら第１乃至第３
の光検出器17a,17b,17cは、例えばInGaAs−PINにより構
成している。
18は演算処理部で、第１および第２の光検出器17a,17b
によるｘ偏波信号PExおよびｙ偏波信号PEyを光検出器17
cによる参照信号REで除算して、光源11の光強度変化成
分を取り除き、交流成分の信号Ex,Eyを取り出す。
によるｘ偏波信号PExおよびｙ偏波信号PEyを光検出器17
cによる参照信号REで除算して、光源11の光強度変化成
分を取り除き、交流成分の信号Ex,Eyを取り出す。
19はパルス発生部で、演算処理部18の出力信号Ex,Eyの
入力により、光源11からの光周波数の変化により生じる
強度変化の二つの偏波光、即ち、ｘ偏波光PBxとｙ偏波
光PByの間の位相差から光周波数が増加している場合に
は、前進パルスを、減少している場合には、後進パルス
をその変化量に応じて発生し、出力する。
入力により、光源11からの光周波数の変化により生じる
強度変化の二つの偏波光、即ち、ｘ偏波光PBxとｙ偏波
光PByの間の位相差から光周波数が増加している場合に
は、前進パルスを、減少している場合には、後進パルス
をその変化量に応じて発生し、出力する。
次に、上記構成による動作を、第６図を参照しながら順
を追って説明する。
を追って説明する。
まず、波長1.3μｍの半導体レーザである光源11への注
入電流を変化させることで、光源11による光の光周波数
を第６図（ａ）に示すように、Δｆ〜30GHz（波長換算
で、1.7オングストローム）変化させる。この光源11に
よる光は、対物レンズ12により平行ビーム光となり、ビ
ームスプリッタ13で測定光PBと参照光RBに分割され、測
定光PBは偏光子14に入射し、参照光RBは、光検出器17c
に受光されて、参照信号REに変換される。
入電流を変化させることで、光源11による光の光周波数
を第６図（ａ）に示すように、Δｆ〜30GHz（波長換算
で、1.7オングストローム）変化させる。この光源11に
よる光は、対物レンズ12により平行ビーム光となり、ビ
ームスプリッタ13で測定光PBと参照光RBに分割され、測
定光PBは偏光子14に入射し、参照光RBは、光検出器17c
に受光されて、参照信号REに変換される。
一方、偏光子14に入射した測定光PBは、石英スペーサ付
き水晶八分の一波長板15の水晶15bの複屈折軸に対して4
5゜にその偏波面が設定された直線偏波となって、石英
スペーサ付き水晶八分の一波長板15に石英スペーサ15a
側から入射する。これにより、二つの偏波光、即ちｘ偏
波光PBxおよびｙ偏波光PByが発生し、これらがそれぞれ
多重反射し干渉する。
き水晶八分の一波長板15の水晶15bの複屈折軸に対して4
5゜にその偏波面が設定された直線偏波となって、石英
スペーサ付き水晶八分の一波長板15に石英スペーサ15a
側から入射する。これにより、二つの偏波光、即ちｘ偏
波光PBxおよびｙ偏波光PByが発生し、これらがそれぞれ
多重反射し干渉する。
ここで、石英スペーサ付き水晶八分の一波長板15の石英
15aの長さをLg、石英15aの屈折率をｎ、水晶15bの長さ
をLc、水晶15bの２軸の屈折率をそれぞれnx,nyとし、レ
ーザ光の光周波数をｆとすると、多重反射光の、ある光
とその１つ前の光との位相差Φx,Φｙは、ｃを光速度と
して、 Φｘ＝２π・２（nLg＋nxLc）／λ ＝４π（nLg＋nxLc）f/c ……（１） Φｙ＝２π・２（nLg＋nyLc）／λ ＝４π（nLg＋nyLc）f/c ……（２） となり、光周波数ｆに比例する。干渉の結果、石英スペ
ーサ付き水晶八分の一波長板15の出力光強度Ioutx,Iout
yは、Φx,Φｙを位相として Ioutx/Iin ＝1/（1+Fsin2（Φx/2）） ……（３） Iouty/Iin ＝1/（1+Fsin2（Φy/2）） ……（４） （但し、Ｆ＝4R/(1-R)2） となり、光周波数ｆの変化に対応して変化する。なお、
Ｒは石英スペーサ付き八分の一波長板15の端面の反射率
である。本第１の実施例では反射率Ｒ＝0.04と小さくと
ったので、出力光強度は、 Ioutx/Iin〜１−Fsin2（Φx/2） ＝１−F/2（１−cosΦｘ） ……（６） Iouty/Iin〜１−Fsin2（Φy/2） ＝１−F/2（１−cosΦｙ） ……（７） と近似できる。ここで、石英スペーサ付水晶八分の一波
長板15は、 （nx−ny）Lc＝1/8・λ ＝1/8・c/f ……（８） 従って、上記（１）および（２）式から Φｘ−Φｙ ＝４π・（nx−ny）Lc・f/c ＝π/2 ……（９） となり、ｘ偏波光PBxおよびｙ偏波光PByの光強度がπ/2
の位相差をもって変化する。
15aの長さをLg、石英15aの屈折率をｎ、水晶15bの長さ
をLc、水晶15bの２軸の屈折率をそれぞれnx,nyとし、レ
ーザ光の光周波数をｆとすると、多重反射光の、ある光
とその１つ前の光との位相差Φx,Φｙは、ｃを光速度と
して、 Φｘ＝２π・２（nLg＋nxLc）／λ ＝４π（nLg＋nxLc）f/c ……（１） Φｙ＝２π・２（nLg＋nyLc）／λ ＝４π（nLg＋nyLc）f/c ……（２） となり、光周波数ｆに比例する。干渉の結果、石英スペ
ーサ付き水晶八分の一波長板15の出力光強度Ioutx,Iout
yは、Φx,Φｙを位相として Ioutx/Iin ＝1/（1+Fsin2（Φx/2）） ……（３） Iouty/Iin ＝1/（1+Fsin2（Φy/2）） ……（４） （但し、Ｆ＝4R/(1-R)2） となり、光周波数ｆの変化に対応して変化する。なお、
Ｒは石英スペーサ付き八分の一波長板15の端面の反射率
である。本第１の実施例では反射率Ｒ＝0.04と小さくと
ったので、出力光強度は、 Ioutx/Iin〜１−Fsin2（Φx/2） ＝１−F/2（１−cosΦｘ） ……（６） Iouty/Iin〜１−Fsin2（Φy/2） ＝１−F/2（１−cosΦｙ） ……（７） と近似できる。ここで、石英スペーサ付水晶八分の一波
長板15は、 （nx−ny）Lc＝1/8・λ ＝1/8・c/f ……（８） 従って、上記（１）および（２）式から Φｘ−Φｙ ＝４π・（nx−ny）Lc・f/c ＝π/2 ……（９） となり、ｘ偏波光PBxおよびｙ偏波光PByの光強度がπ/2
の位相差をもって変化する。
次に、この石英スペーサ付水晶八分の一波長板15より出
力されるｘ偏波光PBxおよびｙ偏波光PByは偏光ビームス
プリッタ16により分割され、光検出器17a,17bによりそ
れぞれ受光され、その光強度に対応した電気信号の偏波
信号PEx,PEyに変換される。
力されるｘ偏波光PBxおよびｙ偏波光PByは偏光ビームス
プリッタ16により分割され、光検出器17a,17bによりそ
れぞれ受光され、その光強度に対応した電気信号の偏波
信号PEx,PEyに変換される。
次に、演算処理部18において、光検出器17a,17bによる
ｘおよびｙ偏波信号PEx,PEyをそれぞれ参照信号REで割
り算し、光源11による光、即ちレーザ光の光強度の変化
成分を取り除き、交流成分を取り出す。ここで、 ｎ〜nx〜ny1.5 ……（10） Ｌ＝Lg＋Lc＝20mm ……（11） ｃ＝3.0×108m/s ……（12） として、位相Φを概算すると、Δｆ＝30GHzで、 Φｆ＋Δｆ−Φｆ ＝４πnLΔf/c ＝４π×1.5×20×10-3×30 ×109/3.0×108 ＝12π ……（13） となり、第６図（ｂ）および（ｃ）に示すような、二つ
の信号Ex,Eyが得られる。ここで、光源11による光の光
周波数が増加してる場合、ｘ偏波光PBxの光強度変化の
位相がｙ偏波光PByに比べてπ/2進み、逆に光周波数が
減少している場合、ｙ偏波光PByがｘ偏波光PBxに比べて
π/2進んでいる。
ｘおよびｙ偏波信号PEx,PEyをそれぞれ参照信号REで割
り算し、光源11による光、即ちレーザ光の光強度の変化
成分を取り除き、交流成分を取り出す。ここで、 ｎ〜nx〜ny1.5 ……（10） Ｌ＝Lg＋Lc＝20mm ……（11） ｃ＝3.0×108m/s ……（12） として、位相Φを概算すると、Δｆ＝30GHzで、 Φｆ＋Δｆ−Φｆ ＝４πnLΔf/c ＝４π×1.5×20×10-3×30 ×109/3.0×108 ＝12π ……（13） となり、第６図（ｂ）および（ｃ）に示すような、二つ
の信号Ex,Eyが得られる。ここで、光源11による光の光
周波数が増加してる場合、ｘ偏波光PBxの光強度変化の
位相がｙ偏波光PByに比べてπ/2進み、逆に光周波数が
減少している場合、ｙ偏波光PByがｘ偏波光PBxに比べて
π/2進んでいる。
次に、これら位相がπ/2互いに進退する２つの信号Ex,E
yから前進および後進パルスを発生させることのできる
パルス発生部19に、第６図（ｂ）および（ｃ）に示す二
つの信号Ex,Eyが入力し、これが例えば４逓倍されて、
第６図（ｄ）に示すように、レーザ光の光周波数が増加
している場合には前進パルスが、また、減少している場
合には後進パルスが、光周波数の変化量に対応して発生
される。
yから前進および後進パルスを発生させることのできる
パルス発生部19に、第６図（ｂ）および（ｃ）に示す二
つの信号Ex,Eyが入力し、これが例えば４逓倍されて、
第６図（ｄ）に示すように、レーザ光の光周波数が増加
している場合には前進パルスが、また、減少している場
合には後進パルスが、光周波数の変化量に対応して発生
される。
なお、前述したパルス発生部19は、信号Ex,Eyのいずれ
かが「０」を横切った時、該「０」を横切った一方の信
号の傾きの正負（マイナスからプラスへの変化かまたは
プラスからマイナスへの変化か）と、その際の他方の信
号の正負とから、前進パルスまたは後進パルスを発生さ
せる如くなっている（なぜなら、第６図（ｂ）（ｃ）か
ら分かるように、信号Exが信号Eyより進んでいる場合
（前進パルス発生）、信号Exがマイナスからプラスへ変
化して「０」を横切る時は信号Eyは必ず負の値をとり、
信号Exがプラスからマイナスへ変化して「０」を横切る
時は信号Eyは必ず正の値をとり、また、信号Eyがマイナ
スからプラスへ変化して「０」を横切る時は信号Exは必
ず正の値をとり、信号Eyがプラスからマイナスへ変化し
て「０」を横切る時は信号Exは必ず負の値をとり、逆
に、信号Exが信号Eyより遅れている場合（後進パルス発
生）、信号Exがマイナスからプラスへ変化して「０」を
横切る時は信号Eyは必ず正の値をとり、信号Exがプラス
からマイナスへ変化して「０」を横切る時は信号Eyは必
ず負の値をとり、また、信号Eyがマイナスからプラスへ
変化して「０」を横切る時は信号Exは必ず負の値をと
り、信号Eyがプラスからマイナスへ変化して「０」を横
切る時は信号Exは必ず正の値をとる、というように両信
号の関係は一義的に定められるから）。
かが「０」を横切った時、該「０」を横切った一方の信
号の傾きの正負（マイナスからプラスへの変化かまたは
プラスからマイナスへの変化か）と、その際の他方の信
号の正負とから、前進パルスまたは後進パルスを発生さ
せる如くなっている（なぜなら、第６図（ｂ）（ｃ）か
ら分かるように、信号Exが信号Eyより進んでいる場合
（前進パルス発生）、信号Exがマイナスからプラスへ変
化して「０」を横切る時は信号Eyは必ず負の値をとり、
信号Exがプラスからマイナスへ変化して「０」を横切る
時は信号Eyは必ず正の値をとり、また、信号Eyがマイナ
スからプラスへ変化して「０」を横切る時は信号Exは必
ず正の値をとり、信号Eyがプラスからマイナスへ変化し
て「０」を横切る時は信号Exは必ず負の値をとり、逆
に、信号Exが信号Eyより遅れている場合（後進パルス発
生）、信号Exがマイナスからプラスへ変化して「０」を
横切る時は信号Eyは必ず正の値をとり、信号Exがプラス
からマイナスへ変化して「０」を横切る時は信号Eyは必
ず負の値をとり、また、信号Eyがマイナスからプラスへ
変化して「０」を横切る時は信号Exは必ず負の値をと
り、信号Eyがプラスからマイナスへ変化して「０」を横
切る時は信号Exは必ず正の値をとる、というように両信
号の関係は一義的に定められるから）。
本第１の実施例によれば、屈折率差が小さく反射率の小
さい接合が可能な石英15aと水晶15bとからなる石英スペ
ーサ付き水晶八分の一波長板15を、その屈折率の違う２
軸の二つの独立したファブリ・ペロ干渉計として用いる
ことにより、構成が簡易となり、水晶15b部分を薄くし
熱膨張係数の低い石英15aで長さを確保することによ
り、温度変化による長さ変化を小さく抑えることがで
き、かつ、上記（１）および（２）式から分かるように
位相Φが長さＬに比例するので、分解能の高い光周波数
の変化量検出を実現できる。
さい接合が可能な石英15aと水晶15bとからなる石英スペ
ーサ付き水晶八分の一波長板15を、その屈折率の違う２
軸の二つの独立したファブリ・ペロ干渉計として用いる
ことにより、構成が簡易となり、水晶15b部分を薄くし
熱膨張係数の低い石英15aで長さを確保することによ
り、温度変化による長さ変化を小さく抑えることがで
き、かつ、上記（１）および（２）式から分かるように
位相Φが長さＬに比例するので、分解能の高い光周波数
の変化量検出を実現できる。
第７図は、本発明による光周波数エンコーダの第２の実
施例を示す構成図である。
施例を示す構成図である。
本第２の実施例と前記第１の実施例の異なる点は、スペ
ーサ付き八分の一波長板15の代わりに、応力付与型複屈
折光ファイバ20、例えば複屈折率Ｂが、 Ｂ＝nx−ny＝４×10-4 ……（14） であるPANDAファイバを採用している。また、対物レン
ズ21により、偏光子14による直線偏波光を複屈折光ファ
イバ20に導入し、偏波面をこの複屈折光ファイバ20の偏
波軸に対して45゜になるように設定し、複屈折光ファイ
バ20よりｘおよびｙの二つの偏波光を発生し、対物レン
ズ22により複屈折光ファイバ20からの出力光を平行ビー
ムとする。さらに、この複屈折光ファイバ20の出射端は
回転し、偏光ビームスプリッタ16と軸合わせ可能で、偏
光ビームスプリッタ16でｘおよびｙの偏波光を分割する
構成となっている。
ーサ付き八分の一波長板15の代わりに、応力付与型複屈
折光ファイバ20、例えば複屈折率Ｂが、 Ｂ＝nx−ny＝４×10-4 ……（14） であるPANDAファイバを採用している。また、対物レン
ズ21により、偏光子14による直線偏波光を複屈折光ファ
イバ20に導入し、偏波面をこの複屈折光ファイバ20の偏
波軸に対して45゜になるように設定し、複屈折光ファイ
バ20よりｘおよびｙの二つの偏波光を発生し、対物レン
ズ22により複屈折光ファイバ20からの出力光を平行ビー
ムとする。さらに、この複屈折光ファイバ20の出射端は
回転し、偏光ビームスプリッタ16と軸合わせ可能で、偏
光ビームスプリッタ16でｘおよびｙの偏波光を分割する
構成となっている。
本第２の実施例において、複屈折光ファイバ20の長さＬ
を Ｌ＝130.4063mm ……（15） とし、サブミクロンオーダの調節を行うことにより、Δ
ｆ〜30GHzで、 Φｆ＋Δｆ−Φｆ〜78π ……（16） Φｘ−Φｙ＝π/2 ……（17） とすることができた。
を Ｌ＝130.4063mm ……（15） とし、サブミクロンオーダの調節を行うことにより、Δ
ｆ〜30GHzで、 Φｆ＋Δｆ−Φｆ〜78π ……（16） Φｘ−Φｙ＝π/2 ……（17） とすることができた。
本第２の実施例によれば、応力付与型複屈折光ファイバ
20を用いることにより、長さおよび端面の調節が容易に
できるようになり、構成面、そして、コアが同質のも
の、例えば石英でできていることから、温度の影響面、
さらに、長さを比較的長くしても干渉性が落ちないこと
から、分解能面において、第１の実施例を上回る性能を
有する利点がある。
20を用いることにより、長さおよび端面の調節が容易に
できるようになり、構成面、そして、コアが同質のも
の、例えば石英でできていることから、温度の影響面、
さらに、長さを比較的長くしても干渉性が落ちないこと
から、分解能面において、第１の実施例を上回る性能を
有する利点がある。
（発明の効果） 以上説明したように、請求項（１）によれば、その構成
要素の一つに複屈折物質を用いることにより、位相差を
もった二つのファブリ・ペロ干渉計が一つの材料内に同
時に構成されることになるので、この二つのファブリ・
ペロ干渉計が独立に温度の影響を受けることはなく、し
かも軸合わせが極めて容易であり、容易に光周波数の変
化量並びにその増減方向を検出することができ、光源か
らの出射光の周波数変化を利用する光計測に極めて有効
な光周波数エンコーダを実現できる。
要素の一つに複屈折物質を用いることにより、位相差を
もった二つのファブリ・ペロ干渉計が一つの材料内に同
時に構成されることになるので、この二つのファブリ・
ペロ干渉計が独立に温度の影響を受けることはなく、し
かも軸合わせが極めて容易であり、容易に光周波数の変
化量並びにその増減方向を検出することができ、光源か
らの出射光の周波数変化を利用する光計測に極めて有効
な光周波数エンコーダを実現できる。
また、請求項（２）によれば、請求項（１）の効果に加
えて、水晶部分を薄くし熱膨張係数の低い石英で長さを
確保することにより、温度変化による長さ変化を小さく
抑えることができ、かつ、位相差は石英スペーサ付き八
分の一波長板の長さに比例するので、分解能の高い光周
波数の変化量検出を実現できる。
えて、水晶部分を薄くし熱膨張係数の低い石英で長さを
確保することにより、温度変化による長さ変化を小さく
抑えることができ、かつ、位相差は石英スペーサ付き八
分の一波長板の長さに比例するので、分解能の高い光周
波数の変化量検出を実現できる。
また、請求項（３）によれば、応力付与型複屈折光ファ
イバを用いることにより、長さおよび端面の調節が容易
にできるようになり、構成面、そして、コアが同質の材
料でできていることから、温度の影響面、さらに、長さ
を比較的長くしても干渉性が落ちることがないので、分
解能面において、請求項（２）の場合を上回る性能を得
られる利点がある。
イバを用いることにより、長さおよび端面の調節が容易
にできるようになり、構成面、そして、コアが同質の材
料でできていることから、温度の影響面、さらに、長さ
を比較的長くしても干渉性が落ちることがないので、分
解能面において、請求項（２）の場合を上回る性能を得
られる利点がある。
第１図は本発明による光周波数エンコーダの第１の実施
例を示す構成図、第２図は第１の従来例の構成図、第３
図は第１の従来例の動作並びに問題点の説明図、第４図
は第２の従来例の構成図、第５図は第２の従来例の動作
並びに問題点の説明図、第６図は本発明に係る第１の実
施例の動作説明図、第７図は本発明による光周波数エン
コーダの第２の実施例を示す構成図である。 図中、11……光源、12,21,22……対物レンズ、13……ビ
ームスプリッタ（光分割手段）、14……偏光子（偏波状
態設定手段）、15……石英スペーサ付水晶八分の一波長
板（複屈折物質）、16……偏光ビームスプリッタ（偏波
分割手段）、17a,17b,17c……第１乃至第３の光検出
器、18……演算処理部、19……パルス発生器、20……応
力付与型複屈折光ファイバ（複屈折物質）。
例を示す構成図、第２図は第１の従来例の構成図、第３
図は第１の従来例の動作並びに問題点の説明図、第４図
は第２の従来例の構成図、第５図は第２の従来例の動作
並びに問題点の説明図、第６図は本発明に係る第１の実
施例の動作説明図、第７図は本発明による光周波数エン
コーダの第２の実施例を示す構成図である。 図中、11……光源、12,21,22……対物レンズ、13……ビ
ームスプリッタ（光分割手段）、14……偏光子（偏波状
態設定手段）、15……石英スペーサ付水晶八分の一波長
板（複屈折物質）、16……偏光ビームスプリッタ（偏波
分割手段）、17a,17b,17c……第１乃至第３の光検出
器、18……演算処理部、19……パルス発生器、20……応
力付与型複屈折光ファイバ（複屈折物質）。
Claims (3)
- 【請求項１】光源による光の光周波数の変化量を検出す
る光周波数エンコーダにおいて、光源光を測定光と参照
光に分割する光分割手段と、 測定光を所定の偏波状態に設定する偏波状態設定手段
と、 反射面を形成する二つの互いに平行な端面を有し、前記
所定の偏波状態に設定された測定光の前記端面への入射
に基づいて二つの偏波光を発生し、かつ、これら二つの
偏波光間の位相差が所定値となるように前記二つの端面
間の長さを設定した複屈折物質と、 該複屈折物質から出射する二つの偏波光を分割する偏波
分割手段と、 該分割された二つの偏波光をそれぞれ受光し、その光強
度に対応した二つの電気信号に変換する第１および第２
の光検出器と、 前記参照光を受光し、その光強度に対応した電気信号に
変換する第３の光検出器と、 該第３の光検出器による電気信号に基づいて前記第１お
よび第２の光検出器による二つの電気信号から光源光の
光強度の変化成分を取り除く演算処理部と、 該演算処理部により処理された二つの電気信号の位相差
に対応したパルスを発生するパルス発生部とを備えた ことを特徴とする光周波数エンコーダ。 - 【請求項２】前記複屈折物質を石英をスペーサとして接
合した石英スペーサ付水晶八分の一波長板から構成した
請求項（１）記載の光周波数エンコーダ。 - 【請求項３】前記複屈折物質を応力付与型複屈折光ファ
イバから構成した請求項（１）記載の光周波数エンコー
ダ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28040488A JPH076845B2 (ja) | 1988-11-08 | 1988-11-08 | 光周波数エンコーダ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28040488A JPH076845B2 (ja) | 1988-11-08 | 1988-11-08 | 光周波数エンコーダ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02128126A JPH02128126A (ja) | 1990-05-16 |
| JPH076845B2 true JPH076845B2 (ja) | 1995-01-30 |
Family
ID=17624562
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28040488A Expired - Fee Related JPH076845B2 (ja) | 1988-11-08 | 1988-11-08 | 光周波数エンコーダ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH076845B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6570894B2 (en) * | 2001-01-30 | 2003-05-27 | Tektronix, Inc. | Real-time wavelength calibration for swept lasers |
| US6985234B2 (en) * | 2001-01-30 | 2006-01-10 | Thorlabs, Inc. | Swept wavelength meter |
-
1988
- 1988-11-08 JP JP28040488A patent/JPH076845B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02128126A (ja) | 1990-05-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |