JPS6227603A - 変位の光学的測定装置 - Google Patents
変位の光学的測定装置Info
- Publication number
- JPS6227603A JPS6227603A JP60167287A JP16728785A JPS6227603A JP S6227603 A JPS6227603 A JP S6227603A JP 60167287 A JP60167287 A JP 60167287A JP 16728785 A JP16728785 A JP 16728785A JP S6227603 A JPS6227603 A JP S6227603A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- measured
- optical fiber
- polarization
- displacement
- Prior art date
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- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
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。
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〕
本発明は測定対象物に光を当ててその測定対象物の移動
質イ仏量を光学的に測定する装置に係り。
質イ仏量を光学的に測定する装置に係り。
特に光ファイバによって光を被測定物まで導くようにし
た光学的測定装置疋関する。
た光学的測定装置疋関する。
この種の従来の技術は、第４図に示されており、レーザ
発振器１から出射したレーザ光すをビームスプリッタ２
によって２つの光ｂ１とす、とに分け、光ｂ１は反射面
３で反射されて光検出器４に入射し、一方ビームスブリ
ツタ２を透過した光ｂ２はレンズ５、光ファイバ６、レ
ンズ７を経て被測定物８０表面で反射して再びレンズ７
、光ファイバ６、レンズ５を経てビームスプリッタ２に
よって光検出器４に入射されるようになっている。光検
出器４では光す、とｂ２とが干渉し、干渉光の明るさは
被測定物８の変位量によって変化するので、この干渉光
の明るさを光検出器４によって電気信号に変換したのち
、測定回路９で測定し、これによって被測定物８の変位
量を知ることができるようになっている。なお符号１０
はディスプレーで、第５図に示されるような信号が表示
され、この信号の波の数ｎから被測定物８の変位量δ（
δ＝ｎλ）が測定されるようになっている。
発振器１から出射したレーザ光すをビームスプリッタ２
によって２つの光ｂ１とす、とに分け、光ｂ１は反射面
３で反射されて光検出器４に入射し、一方ビームスブリ
ツタ２を透過した光ｂ２はレンズ５、光ファイバ６、レ
ンズ７を経て被測定物８０表面で反射して再びレンズ７
、光ファイバ６、レンズ５を経てビームスプリッタ２に
よって光検出器４に入射されるようになっている。光検
出器４では光す、とｂ２とが干渉し、干渉光の明るさは
被測定物８の変位量によって変化するので、この干渉光
の明るさを光検出器４によって電気信号に変換したのち
、測定回路９で測定し、これによって被測定物８の変位
量を知ることができるようになっている。なお符号１０
はディスプレーで、第５図に示されるような信号が表示
され、この信号の波の数ｎから被測定物８の変位量δ（
δ＝ｎλ）が測定されるようになっている。
また特開昭５８−１５１５０９＄号公報に示されるよう
に１表面粗さの光学的測定方法であって。
に１表面粗さの光学的測定方法であって。
光路途中に１／４波長板を複数備えた技術も知られてい
る。
る。
前記した２つの従来の技術では、光路を異にする二つの
光の一方の光だけが光フアイバ内を通るようになってい
る。そのため光ファイバの周囲の温度変化、気圧変化あ
るいは光ファイバに与えられる振動などによって光ファ
イバの屈折率が変化し、このため測定回路９によって検
出される被測定物８の変位量に測定誤差として表われる
という問題点があった。
光の一方の光だけが光フアイバ内を通るようになってい
る。そのため光ファイバの周囲の温度変化、気圧変化あ
るいは光ファイバに与えられる振動などによって光ファ
イバの屈折率が変化し、このため測定回路９によって検
出される被測定物８の変位量に測定誤差として表われる
という問題点があった。
また第４図に示す従来の技術では、被測定物８の変位に
応じて第５図に示すような信号が表われるが、被測定物
８の変位方向までも判別できるようにはなっておらず、
これがため変位量は知れてもどちらの方向に変位したか
を検出することはできなかった。
応じて第５図に示すような信号が表われるが、被測定物
８の変位方向までも判別できるようにはなっておらず、
これがため変位量は知れてもどちらの方向に変位したか
を検出することはできなかった。
本発明は前記従来技術の問題点に鑑みなされたもので、
光ファイバの屈折率が各種外乱によって変化したとして
もその影響を受けることのない変位の光学的測定装置を
提供することにある。
光ファイバの屈折率が各種外乱によって変化したとして
もその影響を受けることのない変位の光学的測定装置を
提供することにある。
本発明に係る構成の最も大きな特徴点は、測定媒体であ
る干渉光の全てが光ファイバを通るようにするとともに
、変位測定の基準面を光ファイバの被測定物側出射端と
被測定物との間に設置したことであり、本発明に係る変
位の光学的測定装置は、直線偏光を発するレーザ発振器
と、電源によって駆動され前記レーザ発振器から出た光
の位相を変調する電気光学結晶と、前記電気光学結晶か
ら出射された光が入射され、被測定物側に出射するとと
もに、被測定物側からの反射光を導き他端側から出射す
る、入射光の偏光面を保持する作用のある偏光面保存光
ファイバと、前記光ファイバの被測定物側端部と被測定
物との間に位置し、測定基準面となる入射表面上で透過
光と反射光に分離し、透過光が偏光方向を変えずに逆方
向から入射すると光の偏光方向を入射した時点と９０°
変わるようになした１／４波長板と、前記光ファイバの
電気光学結晶側端部から出射された反射光を偏光面によ
って２分割する偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビー
ムスプリッタで分割されたそれぞれの光の明るさが最大
または最小となるときの前記電気光学結晶への印加電圧
を検出し、この印加電圧差から被測定物の変位量を算出
する測定部と、を備えたことを特徴とするものである。
る干渉光の全てが光ファイバを通るようにするとともに
、変位測定の基準面を光ファイバの被測定物側出射端と
被測定物との間に設置したことであり、本発明に係る変
位の光学的測定装置は、直線偏光を発するレーザ発振器
と、電源によって駆動され前記レーザ発振器から出た光
の位相を変調する電気光学結晶と、前記電気光学結晶か
ら出射された光が入射され、被測定物側に出射するとと
もに、被測定物側からの反射光を導き他端側から出射す
る、入射光の偏光面を保持する作用のある偏光面保存光
ファイバと、前記光ファイバの被測定物側端部と被測定
物との間に位置し、測定基準面となる入射表面上で透過
光と反射光に分離し、透過光が偏光方向を変えずに逆方
向から入射すると光の偏光方向を入射した時点と９０°
変わるようになした１／４波長板と、前記光ファイバの
電気光学結晶側端部から出射された反射光を偏光面によ
って２分割する偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビー
ムスプリッタで分割されたそれぞれの光の明るさが最大
または最小となるときの前記電気光学結晶への印加電圧
を検出し、この印加電圧差から被測定物の変位量を算出
する測定部と、を備えたことを特徴とするものである。
次に本発明の作用を本発明の実施例の全体概要図である
第１図を参照して説明する。
第１図を参照して説明する。
偏光面保存光ファイバ１６の出射端であるファイバ端部
１６Ｂ前方に測定基準面２２を設け、この基準面２２で
の反射光も被測定物１８の表面での反射光と同様に光フ
アイバ１６内を通るので、偏光ビームスプリッタ２６で
分離された二つの光Ｉ、、Ｉ、の光路差に光ファイバ１
６の存在が影響を与えなくなり、その結果光ファイバ１
６の屈折率の変化によって測定誤差が生ずることがなく
なる。
１６Ｂ前方に測定基準面２２を設け、この基準面２２で
の反射光も被測定物１８の表面での反射光と同様に光フ
アイバ１６内を通るので、偏光ビームスプリッタ２６で
分離された二つの光Ｉ、、Ｉ、の光路差に光ファイバ１
６の存在が影響を与えなくなり、その結果光ファイバ１
６の屈折率の変化によって測定誤差が生ずることがなく
なる。
次に本発明の詳細な説明する。
第１図は本発明の実施例の全体概要図であり、この図に
おいて、符号１１はレーザ発振器で、このレーザ発振器
１１によって出射されるレーザ光の光軸上には、高周波
電源１３によって駆動され、入射光の位相を変調するた
めの電気光学結晶１２が設置されている。電気光学結晶
１２を経た光の光軸上寥は光の一部を反射し、一部を透
過させるビームスプリッタ１４が配置されている。ビー
ムスプリッタ１４の透過光Ｂの光軸上には、入射光の偏
光面をそのままの状態で光を導く偏光面保存光ファイバ
１６の一端１６Ａが配置され、透過光Ｂはこの光ファイ
バ１６に導かれてファイバ他端部１６Ｂから被測定物１
８に向って出射されるようになっている。偏光面保存光
ファイバ１６は、第３図に示されるように、中央のコア
１６Ａ、その外周にあるクラッド１６Ｂ、その外周の楕
円ジャケラ）１６Ｃ１最外周にあるサポート管１６Ｄか
ら構成されており、コア１６Ａに集光された光はクラッ
ド１６Ｂとの境界面で全反射をくり返しながらコア１６
Ａの中を進行するようになっている。
おいて、符号１１はレーザ発振器で、このレーザ発振器
１１によって出射されるレーザ光の光軸上には、高周波
電源１３によって駆動され、入射光の位相を変調するた
めの電気光学結晶１２が設置されている。電気光学結晶
１２を経た光の光軸上寥は光の一部を反射し、一部を透
過させるビームスプリッタ１４が配置されている。ビー
ムスプリッタ１４の透過光Ｂの光軸上には、入射光の偏
光面をそのままの状態で光を導く偏光面保存光ファイバ
１６の一端１６Ａが配置され、透過光Ｂはこの光ファイ
バ１６に導かれてファイバ他端部１６Ｂから被測定物１
８に向って出射されるようになっている。偏光面保存光
ファイバ１６は、第３図に示されるように、中央のコア
１６Ａ、その外周にあるクラッド１６Ｂ、その外周の楕
円ジャケラ）１６Ｃ１最外周にあるサポート管１６Ｄか
ら構成されており、コア１６Ａに集光された光はクラッ
ド１６Ｂとの境界面で全反射をくり返しながらコア１６
Ａの中を進行するようになっている。
光ファイバ１６０両端部１６Ａ、１６Ｂ近傍にはレンズ
２０（２０Ａ、２０Ｂ）が配置されており、光ファイバ
１６の入射端への集光および光７アイパ１６からの出射
光の平行化をおこなうようになっている。レンズ２０Ｂ
の前方には測定基憔面２２となる表面上で入射光Ｂを反
射光Ｂ１と透過光Ｂ２とに分離し、透過光Ｂ２が偏光方
向を変えずに逆方向から入射すると光の偏波面を入射し
た時点と９０°変える作用のある１／４波長板２４が設
置されており、この１／４波長板２４表面の測定基準面
２２で反射した光Ｂｌおよび１／４波長板２４を透過し
て被測定物１８表面で反射し、１／４波長板を透過した
光Ｂ、は光ファイバ１６を通って再びビームスプリッタ
１４に入射されるようになっている。
２０（２０Ａ、２０Ｂ）が配置されており、光ファイバ
１６の入射端への集光および光７アイパ１６からの出射
光の平行化をおこなうようになっている。レンズ２０Ｂ
の前方には測定基憔面２２となる表面上で入射光Ｂを反
射光Ｂ１と透過光Ｂ２とに分離し、透過光Ｂ２が偏光方
向を変えずに逆方向から入射すると光の偏波面を入射し
た時点と９０°変える作用のある１／４波長板２４が設
置されており、この１／４波長板２４表面の測定基準面
２２で反射した光Ｂｌおよび１／４波長板２４を透過し
て被測定物１８表面で反射し、１／４波長板を透過した
光Ｂ、は光ファイバ１６を通って再びビームスプリッタ
１４に入射されるようになっている。
ビームスプリッタ１４によって分離される反射光Ｉの光
軸上には偏光面の違いによって二つの光Ｉｌ、Ｉ２に分
離する偏光ビームスプリッタ２６が設けられており、こ
の偏光ビームスプリッタ２６で分離された光１１．Ｉ、
のそれぞれの光軸上には光電変換によって光を電気信号
に変換する光検出器２８，２９、これらの光検出器２８
．２９によって検出される電気信号の最大値（又は最小
値）を検出する極大（又は極小）検出回路３０，３１、
これらの検出回路３０．３１によって検出されたンプル
ホールド回路３２．３３が順次設けられており、サンプ
ルホールド回路３２．３３は引算回路３４に接続されて
、サンプルホールド回路３２゜３３でそれぞれ記憶され
た電圧ｖ１．ｖ２の差を算出するようになっている。す
なわち光検出器２８゜２９、極大（又は極小）検出回路
３０，３１、サンプルホールド回路３２．３３、引算回
路３４によって偏光ビームスプリッタ２６で分離された
２つの光Ｉｌ、Ｉ２の明るさの最大（又は最小）値の差
から被測定物１８の変位量を測定する測定部４０が構成
されている。
軸上には偏光面の違いによって二つの光Ｉｌ、Ｉ２に分
離する偏光ビームスプリッタ２６が設けられており、こ
の偏光ビームスプリッタ２６で分離された光１１．Ｉ、
のそれぞれの光軸上には光電変換によって光を電気信号
に変換する光検出器２８，２９、これらの光検出器２８
．２９によって検出される電気信号の最大値（又は最小
値）を検出する極大（又は極小）検出回路３０，３１、
これらの検出回路３０．３１によって検出されたンプル
ホールド回路３２．３３が順次設けられており、サンプ
ルホールド回路３２．３３は引算回路３４に接続されて
、サンプルホールド回路３２゜３３でそれぞれ記憶され
た電圧ｖ１．ｖ２の差を算出するようになっている。す
なわち光検出器２８゜２９、極大（又は極小）検出回路
３０，３１、サンプルホールド回路３２．３３、引算回
路３４によって偏光ビームスプリッタ２６で分離された
２つの光Ｉｌ、Ｉ２の明るさの最大（又は最小）値の差
から被測定物１８の変位量を測定する測定部４０が構成
されている。
さらに、本実施例による被測定物１８の変位測定につい
て説明する。
て説明する。
電気光学結晶１２は第２図に示すような直交３軸Ｘ、Ｙ
、Ｚを有し、光重の入射方向にｌｅなる長さを有してい
る。いまＸｚ平面に平行な面を偏光面とする直線偏光Ｉ
ｘｉＯＪ″−Ｚ方向に進行するときの結晶の屈折率をｎ
ｘ、同様にＹＺ面に平行な面を偏光面とする直線偏光エ
アが２方向に進行するときの結晶の屈折率をエアとする
と、 ｎｘ、 ｎｙは次式で示される。
、Ｚを有し、光重の入射方向にｌｅなる長さを有してい
る。いまＸｚ平面に平行な面を偏光面とする直線偏光Ｉ
ｘｉＯＪ″−Ｚ方向に進行するときの結晶の屈折率をｎ
ｘ、同様にＹＺ面に平行な面を偏光面とする直線偏光エ
アが２方向に進行するときの結晶の屈折率をエアとする
と、 ｎｘ、 ｎｙは次式で示される。
ｎｘ＝ｎＫｏ＋Ｋｘｖ ・・・（
１）ｎｙ ＝＝ｊｌｙ０＋に、Ｖ
・（２１但し、■は電気光学結晶１２への印加電圧
。
１）ｎｙ ＝＝ｊｌｙ０＋に、Ｖ
・（２１但し、■は電気光学結晶１２への印加電圧
。
Ｋｘ、にアは電気光学結晶の種類によって定まる定数、
”！Ｏｓ ”７０は結晶への印加電圧がＯのときの屈折
率である。
”！Ｏｓ ”７０は結晶への印加電圧がＯのときの屈折
率である。
屈折率ｎｘとエアとの差をΔｎとすると、Δｎ ＝ ｎ
、 −ｎ ｘ ＝ｎ、０−ｎｘ０＋（Ｋ、−Ｋｘ）Ｖ ・（３）レ
ーザ光の偏光面は電気光学結晶１２のＸ軸に対して４５
°傾斜したＸ ２面に平行となるように電気光学結晶が
設置されており、レーザ光は電気光学結晶のＸ２面に平
行な偏光面を持つ光Ｉ工とＹＺ面に平行な偏光面を持つ
光■２とに分解される。ここで■Ｘ、■Ｙがそれぞれ電
気光学結晶１２を出射するときの位相をφＸｃ、φｙｃ
とすると次式が得られる。
、 −ｎ ｘ ＝ｎ、０−ｎｘ０＋（Ｋ、−Ｋｘ）Ｖ ・（３）レ
ーザ光の偏光面は電気光学結晶１２のＸ軸に対して４５
°傾斜したＸ ２面に平行となるように電気光学結晶が
設置されており、レーザ光は電気光学結晶のＸ２面に平
行な偏光面を持つ光Ｉ工とＹＺ面に平行な偏光面を持つ
光■２とに分解される。ここで■Ｘ、■Ｙがそれぞれ電
気光学結晶１２を出射するときの位相をφＸｃ、φｙｃ
とすると次式が得られる。
２π
φｘｃ”” ｎ・ｌ・ ・・・（４
）λ 但し、ｌｃは電気光学結晶の長さ、λはレーザ発振器１
１から発せられるレーザ光の波長である。
）λ 但し、ｌｃは電気光学結晶の長さ、λはレーザ発振器１
１から発せられるレーザ光の波長である。
ビームスプリッタ１２を通過した光ＩＸ、ＩＹは偏光面
保存光ファイバ１６に集光（符号Ｂで示す）されるが、
光ファイバ１６は、第３図に示されるように、第２図に
示す電気光学結晶１２のＹ軸と光ファイバ１６のＹ軸と
が一致するように配置されており、光ファイバ１６に入
射される光重Ｘの偏光面は第３図ＸＺ面、光■Ｙの偏、
Ｌ面は第３図ＹＺ面にそれぞれ平行な面となっている。
保存光ファイバ１６に集光（符号Ｂで示す）されるが、
光ファイバ１６は、第３図に示されるように、第２図に
示す電気光学結晶１２のＹ軸と光ファイバ１６のＹ軸と
が一致するように配置されており、光ファイバ１６に入
射される光重Ｘの偏光面は第３図ＸＺ面、光■Ｙの偏、
Ｌ面は第３図ＹＺ面にそれぞれ平行な面となっている。
このとき、光’Ｘ＋”Ｙが光フアイバ１６中を進行する
ことＫよる位相の変化φｘＦ、φア、は次式で示される
。
ことＫよる位相の変化φｘＦ、φア、は次式で示される
。
ここでφ工Ｆ、φアＦはそれぞれ光ＩＸ＊ ＩＹが受け
る位相の変化である。
る位相の変化である。
但し、ｎｚｐは光ファイバ１６の光ＩＹに対する屈折率
、ｎｘｙは光ファイバ１６の光ＩＸに対する屈折率、ｌ
）−は光ファイバの長さである。
、ｎｘｙは光ファイバ１６の光ＩＸに対する屈折率、ｌ
）−は光ファイバの長さである。
光ファイバ１６を出射した光はレンズ２０Ｂを経て１／
４波長板２４表面に形成されている測定基準面２２に入
射する。１／４波長板２４と光ファイバ１６の出射端１
６Ａとの配置関係は、光ファイバ１６０Ｘ−Ｙ軸と１７
４波長板２４の結晶軸Ｘ−Ｙ軸とが相対的に４５°傾斜
した状態となるように配置されている。すなわち、光フ
ァイバ１６からの出射光ＩＸの偏光面が１／４波長板の
結晶軸Ｘと４５°傾斜した状態となるように光ファイバ
１６と１／４波長板２４とが配置されている。レンズ２
０Ｂを出た光Ｂの一部は、第１図符号Ｂｌで示されるよ
うに、基準面２４で反射され、残りは符号Ｂ、で示され
るように１／４波長板２４を透過して被測定物１８の表
面で反射する。
４波長板２４表面に形成されている測定基準面２２に入
射する。１／４波長板２４と光ファイバ１６の出射端１
６Ａとの配置関係は、光ファイバ１６０Ｘ−Ｙ軸と１７
４波長板２４の結晶軸Ｘ−Ｙ軸とが相対的に４５°傾斜
した状態となるように配置されている。すなわち、光フ
ァイバ１６からの出射光ＩＸの偏光面が１／４波長板の
結晶軸Ｘと４５°傾斜した状態となるように光ファイバ
１６と１／４波長板２４とが配置されている。レンズ２
０Ｂを出た光Ｂの一部は、第１図符号Ｂｌで示されるよ
うに、基準面２４で反射され、残りは符号Ｂ、で示され
るように１／４波長板２４を透過して被測定物１８の表
面で反射する。
すなわち基準面２２への２種類の入射光重ｘとＩＹがそ
れぞれ基準面２２と被測定物１８の表面で反射し、基準
面２２からレンズ２０Ｂに向つ光は４種類の反射光とな
っている。この４種類の反射光の偏光面を考えると、 （１）光ＩＸの一部は基準面２２で反射するが、この反
射光の偏光面は変化せず、光ＩＸの偏光面と同じである
。この光をＩ（Ｘ−λ／４）Ｘトおき、その位相変化を
φｌとする。
れぞれ基準面２２と被測定物１８の表面で反射し、基準
面２２からレンズ２０Ｂに向つ光は４種類の反射光とな
っている。この４種類の反射光の偏光面を考えると、 （１）光ＩＸの一部は基準面２２で反射するが、この反
射光の偏光面は変化せず、光ＩＸの偏光面と同じである
。この光をＩ（Ｘ−λ／４）Ｘトおき、その位相変化を
φｌとする。
（２）光ＩＹの一部は基準面２２で反射するが、この反
射は光の偏光面も変化せず、光ＩＹの偏光面と同じであ
るＯこの光をＩ（ｙ・λ／４）Ｙとおき、その位相変化
は前記光Ｉ（Ｘ−λ／４）Ｘの位相変化と同様にφ！で
ある。
射は光の偏光面も変化せず、光ＩＹの偏光面と同じであ
るＯこの光をＩ（ｙ・λ／４）Ｙとおき、その位相変化
は前記光Ｉ（Ｘ−λ／４）Ｘの位相変化と同様にφ！で
ある。
（３）光ＩＸは１／４波長板２４を通過し、被測定物１
８の表面で反射し、再び１／４波長板２４を通過すると
偏光面が９０°変化する。すなわち、光重Ｙと同じ偏光
面となる。この光をＩ （Ｘ−Ｍ）Ｙとおき、その位相
変化をφ。とすると、次式が得られる。
８の表面で反射し、再び１／４波長板２４を通過すると
偏光面が９０°変化する。すなわち、光重Ｙと同じ偏光
面となる。この光をＩ （Ｘ−Ｍ）Ｙとおき、その位相
変化をφ。とすると、次式が得られる。
但し、１．は１／４波長板２２の出射側の面から被測定
物１８の表面までの距離、ｎｌは空気の屈折率、φ２は
光ＩＸが１／４波長板２４を通過するときに受ける位相
変化と被測定物１８の表面で反射するときに受ける位相
変化の和である。
物１８の表面までの距離、ｎｌは空気の屈折率、φ２は
光ＩＸが１／４波長板２４を通過するときに受ける位相
変化と被測定物１８の表面で反射するときに受ける位相
変化の和である。
（４）光ＩＹは１／４波長板２２を通過し、被測定物１
８の表面で反射し、再び１／４波長板２４を通過すると
偏光面が９０°変化する。すなわち、光重Ｙは光重Ｘと
同じ偏光面となる。この光を工（Ｙ−Ｍ）Ｘとおき、そ
の位相変化は前記（８）式と同じφ、となる。
８の表面で反射し、再び１／４波長板２４を通過すると
偏光面が９０°変化する。すなわち、光重Ｙは光重Ｘと
同じ偏光面となる。この光を工（Ｙ−Ｍ）Ｘとおき、そ
の位相変化は前記（８）式と同じφ、となる。
以上４種類の反射光Ｉ（Ｘ・λ／４）Ｘｓ Ｉ（Ｙ・λ
／４）ｙｔ工（Ｘ−Ｍ）Ｙ ｔ Ｉ（Ｙ−Ｍ）Ｘは再び
レンズ２０Ｂ、光ファイバ１６、レンズ２０Ａを通過し
、ビームスプリッタ１４で一部反射し、偏光ビームスプ
リッタ２６に入射する。偏光ビームスプリッタ２６にお
いて、光重Ｘと同じ偏光面をもつ光は透過し、光ＩＹと
同じ偏光面をもつ光は反射するようになっており、偏光
ビームスプリッタ２６を透過した光をＩ８、ここで反射
した光をＩ２とすると、光Ｌｅ ＩＹは次式で示される
。
／４）ｙｔ工（Ｘ−Ｍ）Ｙ ｔ Ｉ（Ｙ−Ｍ）Ｘは再び
レンズ２０Ｂ、光ファイバ１６、レンズ２０Ａを通過し
、ビームスプリッタ１４で一部反射し、偏光ビームスプ
リッタ２６に入射する。偏光ビームスプリッタ２６にお
いて、光重Ｘと同じ偏光面をもつ光は透過し、光ＩＹと
同じ偏光面をもつ光は反射するようになっており、偏光
ビームスプリッタ２６を透過した光をＩ８、ここで反射
した光をＩ２とすると、光Ｌｅ ＩＹは次式で示される
。
■ Ｉ＋＝Ｉ’（ｘ−λ／４）ｘ＋Ｉ（ｙ−ｍ）ｘ＋２
１′（ｘ・λ／４）Ｘ−ＩＩＣＹ−Ｍ）Ｘ−ＣＯ５φＸ
・・・（９） 但し、Ｉ’（Ｘ−λ／４）ｘは反射光Ｉ（Ｘ−２／４）
Ｘが偏光ビームスプリッタ２６を透過したときの明るさ
で、Ｉ（ｘ−λ／４）Ｘよりわずかに減光したものとな
っているｏ工′（Ｙ−Ｍ）Ｘは反射光Ｉ （Ｙ−Ｍ）Ｘ
が偏光ビームスズ１１ツタ２６を透過したときの明るさ
で、 Ｉ（Ｙ−Ｍ）Ｘよりわずかに減光したものとなっ
ている。φＸはＩ’（Ｘ・λ／４）ＸとＩ′（Ｙ−Ｍ）
Ｘ の位相差である・ ここでφＸについて検討する。
１′（ｘ・λ／４）Ｘ−ＩＩＣＹ−Ｍ）Ｘ−ＣＯ５φＸ
・・・（９） 但し、Ｉ’（Ｘ−λ／４）ｘは反射光Ｉ（Ｘ−２／４）
Ｘが偏光ビームスプリッタ２６を透過したときの明るさ
で、Ｉ（ｘ−λ／４）Ｘよりわずかに減光したものとな
っているｏ工′（Ｙ−Ｍ）Ｘは反射光Ｉ （Ｙ−Ｍ）Ｘ
が偏光ビームスズ１１ツタ２６を透過したときの明るさ
で、 Ｉ（Ｙ−Ｍ）Ｘよりわずかに減光したものとなっ
ている。φＸはＩ’（Ｘ・λ／４）ＸとＩ′（Ｙ−Ｍ）
Ｘ の位相差である・ ここでφＸについて検討する。
まず、Ｉ ’（Ｘ−λ／４）Ｘの位相を電気光学結晶１
２０入射端における位相を基準としてφ（Ｘ−λ／４］
ｘ とおくと、次式が得られる。
２０入射端における位相を基準としてφ（Ｘ−λ／４］
ｘ とおくと、次式が得られる。
φ（Ｘ−λ／４）Ｘ”φｘｃ＋２φＸＦ＋φｇ ”
（１０）但し、Ｉ３は光■Ｘが電気光学結晶１２の出射
端から光ファイバ】６の入射端まで進行するときの位相
変化と光ファイバ１６の出射端から１／４波長板２４０
基準面２２までの間を往復するときの位相変化と、光フ
ァイバ１６の入射端から偏光ビームスプリッタ２６の出
射端まで進行するときの位相変化の和である。
（１０）但し、Ｉ３は光■Ｘが電気光学結晶１２の出射
端から光ファイバ】６の入射端まで進行するときの位相
変化と光ファイバ１６の出射端から１／４波長板２４０
基準面２２までの間を往復するときの位相変化と、光フ
ァイバ１６の入射端から偏光ビームスプリッタ２６の出
射端まで進行するときの位相変化の和である。
つぎにＩ ’（Ｙ −Ｍ ） Ｘの位相をφ（Ｙ−Ｍ）
Ｘとおくと一次式が得られる。
Ｘとおくと一次式が得られる。
φ（Ｙ−Ｍ）Ｘ ：φＦＦ＋φｘｌ＋φ３＋φｙｃ＋φ
ｍ・・・（１１） この（１１）式と前記（１０）式から次式−が得られる
。
ｍ・・・（１１） この（１１）式と前記（１０）式から次式−が得られる
。
φＸ：φＣＸ−２７４）Ｘ−φ（Ｙ＠Ｍ）！＝φｘＦ−
φ、２＋φｘｃ−φＹＣ−φｍ ”” （１２）■ 同
様にして光重２は次式で示される。
φ、２＋φｘｃ−φＹＣ−φｍ ”” （１２）■ 同
様にして光重２は次式で示される。
・・・（１３）
但し、ｌ１ｙ−λ／４）Ｙは反射光Ｉ（Ｙ、λハ）Ｙが
偏光ビームスプリッタ２６を透過したときの明るさで、
Ｉ（Ｙ−λ／４）Ｙよりわずかに減光したものとなっ
ているｔｓ Ｉ ’（Ｘ 、Ｍ ）Ｙは反射光Ｉ （
Ｘ−Ｍ）Ｙが偏光ビームスプリッタ２６を透過したとき
の明るさで、Ｉ（Ｘ−Ｍ）Ｙよりわずかに減光したもの
となっている。ＩＹは工′（Ｙ、λ／４）Ｙ と１′（
Ｘ−Ｍ）Ｙ の位相差である〇 ここでＩＹについて検討すると、前記のと同様に−”（
Ｙ・λ／４）Ｙ＊ ”（Ｘ＊Ｍ）Ｙの位相を、電気光学
結晶１２の入射端における位相を基準にしてそれぞれφ
（Ｙ・λ／４）Ｙ＋φ（Ｉ４）ｙとおくと次式が得られ
る〇φ（Ｙ−２／４）ｙ＝２φｙＦ＋φ３＋φＹＣ・・
・（１４）φ（Ｘ−Ｍ）Ｙ ＝φＸＦ＋φＦＰ＋φ３＋
φｘｃ十φ□・・・（１５） 但し、（１４） （１５）式におけるＩ３はＩＹが電気
光学結晶１２の出射端から光ファイバ１６の入射端まで
進行するときの位相変化と、光ファイバ１６の出射端か
ら１／４波長板２４の基準面２２までの間を往復すると
きの位相変化と、光フアイバ１６０入射端から偏光ビー
ムスプリッタ２６の出射端まで進行するときの位相変化
の和であり、前記（１０） （１１）式におけるＩ３と
同一値となる。
偏光ビームスプリッタ２６を透過したときの明るさで、
Ｉ（Ｙ−λ／４）Ｙよりわずかに減光したものとなっ
ているｔｓ Ｉ ’（Ｘ 、Ｍ ）Ｙは反射光Ｉ （
Ｘ−Ｍ）Ｙが偏光ビームスプリッタ２６を透過したとき
の明るさで、Ｉ（Ｘ−Ｍ）Ｙよりわずかに減光したもの
となっている。ＩＹは工′（Ｙ、λ／４）Ｙ と１′（
Ｘ−Ｍ）Ｙ の位相差である〇 ここでＩＹについて検討すると、前記のと同様に−”（
Ｙ・λ／４）Ｙ＊ ”（Ｘ＊Ｍ）Ｙの位相を、電気光学
結晶１２の入射端における位相を基準にしてそれぞれφ
（Ｙ・λ／４）Ｙ＋φ（Ｉ４）ｙとおくと次式が得られ
る〇φ（Ｙ−２／４）ｙ＝２φｙＦ＋φ３＋φＹＣ・・
・（１４）φ（Ｘ−Ｍ）Ｙ ＝φＸＦ＋φＦＰ＋φ３＋
φｘｃ十φ□・・・（１５） 但し、（１４） （１５）式におけるＩ３はＩＹが電気
光学結晶１２の出射端から光ファイバ１６の入射端まで
進行するときの位相変化と、光ファイバ１６の出射端か
ら１／４波長板２４の基準面２２までの間を往復すると
きの位相変化と、光フアイバ１６０入射端から偏光ビー
ムスプリッタ２６の出射端まで進行するときの位相変化
の和であり、前記（１０） （１１）式におけるＩ３と
同一値となる。
また（１４） （１５）式からは次式が得られる。
φＹ：φ（ｙ−λ／４）Ｙ−φ（Ｘ−Ｍ）Ｙ＝φア、−
φＸＦ＋φｙｃ−φｘｃ−φｍ ”’（１６）また、
（３１＜４１式からは次式が得られる。
φＸＦ＋φｙｃ−φｘｃ−φｍ ”’（１６）また、
（３１＜４１式からは次式が得られる。
・・・（１７）
ここで、
とおくと、（１７）式は（１９）式になる。
φｘｃ−φＹｃ＝φＫｌ＋φに２Ｖ −（１９
）この（１９）式を（１２）式（１６）式にそれぞれ代
入すると。
）この（１９）式を（１２）式（１６）式にそれぞれ代
入すると。
φＸ＝φ８Ｆ−φＦＦ＋φに１＋φに２Ｖ−＜６
＝ （２０）φＹ＝φＦＦ−φ８Ｆ−φＫｌ ’ｆｉ
ＫｚＶ （Ｉ’ｍ ＝ （２１）この（２０）、
（２１）式において、φ工、−φｙＦ＝Δφ、とおく
と、（２０） （２１）式はそれぞれφＸ＝ΔφＦ＋φ
Ｋｌ＋φに２Ｖ−φ、 ・・・（２２）９Ｓｙ＝−
Δ＜６Ｆ−＜Ｉ’に１−φに２Ｖ−４ｍ ・” （
２３）となる。
＝ （２０）φＹ＝φＦＦ−φ８Ｆ−φＫｌ ’ｆｉ
ＫｚＶ （Ｉ’ｍ ＝ （２１）この（２０）、
（２１）式において、φ工、−φｙＦ＝Δφ、とおく
と、（２０） （２１）式はそれぞれφＸ＝ΔφＦ＋φ
Ｋｌ＋φに２Ｖ−φ、 ・・・（２２）９Ｓｙ＝−
Δ＜６Ｆ−＜Ｉ’に１−φに２Ｖ−４ｍ ・” （
２３）となる。
電気光学結晶２は高周波電源１３によって高周波電圧が
印加されているが、（２２） （２３）式かられかるよ
うに、電気光学結晶１２を高周波電源１３で駆動すると
、φＸ、φＹが変化する。φＸφＹが変化すると、（９
）・（１３）式から明らかなように、光１１゜Ｉ、の明
るさが変化する。光Ｉｌ、Ｉ、の明るさの変化を光検出
器２８．２９によって電気信号に交換すると、φＸ、φ
Ｙが φＸ＝２πＮ 、 φＹ＝２πＮ′ （但し、Ｎ、Ｎ’は整数である） ・・・（２４）と
なった瞬間に光１１．Ｉ、の明るさが極大となり、また
、φＸ＝π（１＋２Ｎ）、 φＹ＝π（１＋２Ｎ’）
（但し、Ｎ、Ｎ’は整数である） ・・・（２５）
となった瞬間に光１１ｍＩ２の明るさが極小となる。
印加されているが、（２２） （２３）式かられかるよ
うに、電気光学結晶１２を高周波電源１３で駆動すると
、φＸ、φＹが変化する。φＸφＹが変化すると、（９
）・（１３）式から明らかなように、光１１゜Ｉ、の明
るさが変化する。光Ｉｌ、Ｉ、の明るさの変化を光検出
器２８．２９によって電気信号に交換すると、φＸ、φ
Ｙが φＸ＝２πＮ 、 φＹ＝２πＮ′ （但し、Ｎ、Ｎ’は整数である） ・・・（２４）と
なった瞬間に光１１．Ｉ、の明るさが極大となり、また
、φＸ＝π（１＋２Ｎ）、 φＹ＝π（１＋２Ｎ’）
（但し、Ｎ、Ｎ’は整数である） ・・・（２５）
となった瞬間に光１１ｍＩ２の明るさが極小となる。
極大（又は極小）検出回路３０によってφｘ＝２πＮ又
はπ（２Ｎ＋１）、 どなる瞬間を検出し、このとき
電気光学結晶１２に印加されている電圧をｖｘｌとする
と、（２２）式から次式が得られる。
はπ（２Ｎ＋１）、 どなる瞬間を検出し、このとき
電気光学結晶１２に印加されている電圧をｖｘｌとする
と、（２２）式から次式が得られる。
同様にして極大（又は極小）検出回路３１によってφＹ
＝２πＮ′又はπ（２Ｎ’＋１）となる瞬間の電圧をｖ
Ｙｌとすると、（２３）式から次式が得られる。
＝２πＮ′又はπ（２Ｎ’＋１）となる瞬間の電圧をｖ
Ｙｌとすると、（２３）式から次式が得られる。
Ｎ＝Ｎ’ ト１． テ（２６） （２７） 式テ示すｆ
Ｌ；ｂ ＶＸＩ 、 Ｖｙｔヲ引算回路３４で引算した
結果をｖｒｎとすると。
Ｌ；ｂ ＶＸＩ 、 Ｖｙｔヲ引算回路３４で引算した
結果をｖｒｎとすると。
Ｖｎｌ＝ｖｘｔ−ｖｙｌ＝ −φｍ ”・（
２８）φに２ ・°・φｍ：二ｖｍφに２ ＝ （２９）す
なわち、電気光学結晶１２に印加されている電圧Ｖ□を
測定することによってφ□が求まる。この結果を（８）
式に代入すると。
２８）φに２ ・°・φｍ：二ｖｍφに２ ＝ （２９）す
なわち、電気光学結晶１２に印加されている電圧Ｖ□を
測定することによってφ□が求まる。この結果を（８）
式に代入すると。
となる。この（３０）式において、λ、ｎ□φ２はいず
れも一定であるから、１／４波長板２４の裏面からの距
離１ｍ、すなわち被測定物１８の変位量は、φ１の値、
すなわち電気光学結晶への印加電圧差ｖ０によって求め
られることとなる。
れも一定であるから、１／４波長板２４の裏面からの距
離１ｍ、すなわち被測定物１８の変位量は、φ１の値、
すなわち電気光学結晶への印加電圧差ｖ０によって求め
られることとなる。
このように本発明によれば、光ファイバを用いているの
で光路をわん曲させることができ、従来測定できなかっ
た位置での測定が可能となるとともに、光ファイバの特
性が周囲温度の変化、振動等の影響を受けて変化しても
測定精度には無関係であるので、高精度の測定が可能で
ある。さらに被測定物の変位方向も判別することができ
る。
で光路をわん曲させることができ、従来測定できなかっ
た位置での測定が可能となるとともに、光ファイバの特
性が周囲温度の変化、振動等の影響を受けて変化しても
測定精度には無関係であるので、高精度の測定が可能で
ある。さらに被測定物の変位方向も判別することができ
る。
また、本発明の実施例では、被測定物１８の近傍に測定
基準面２２を設けているので、測定媒体となる干渉光の
光路差の空気領域は被測定物１８と１７４波長板２４と
の間の距離１．ｌｆｌだけとなって、空気の屈折率の影
響をほとんど受けずに高精度の測定が可能である。
基準面２２を設けているので、測定媒体となる干渉光の
光路差の空気領域は被測定物１８と１７４波長板２４と
の間の距離１．ｌｆｌだけとなって、空気の屈折率の影
響をほとんど受けずに高精度の測定が可能である。
第１図は本発明の１実施例の全体概要図、第２図は本発
明の実施例に使用する電気光学結晶の斜視図、第３図は
本発明の実施例に使用する佃光面保存光ファイバの横断
面図、第４図は従来の変位測定装置の全体概要図、第５
図は従来の変位測定装置のディスプレイに表示される被
測定物の変位量と干渉光の明るさとの関係を示す図であ
る。 １１・・・レーザ発振器、１２・・・電気光学結晶、１
４・・・ビームスプリッタ、１６・・・偏光面保存光フ
ァイバ、１８・・・被測定物、２２・・・測定基準面、
２４・・・１／４波長板、２６・・・偏光ビームスプリ
ッタ、２８．２９・・・光検出器、３０．３１・・・極
太（又は極小）検出回路、３２．３３・・・サンプルホ
−ルド回路、３４・・・引算回路、４０・・・被測定物
変位量測定部。
明の実施例に使用する電気光学結晶の斜視図、第３図は
本発明の実施例に使用する佃光面保存光ファイバの横断
面図、第４図は従来の変位測定装置の全体概要図、第５
図は従来の変位測定装置のディスプレイに表示される被
測定物の変位量と干渉光の明るさとの関係を示す図であ
る。 １１・・・レーザ発振器、１２・・・電気光学結晶、１
４・・・ビームスプリッタ、１６・・・偏光面保存光フ
ァイバ、１８・・・被測定物、２２・・・測定基準面、
２４・・・１／４波長板、２６・・・偏光ビームスプリ
ッタ、２８．２９・・・光検出器、３０．３１・・・極
太（又は極小）検出回路、３２．３３・・・サンプルホ
−ルド回路、３４・・・引算回路、４０・・・被測定物
変位量測定部。
Claims (1)
- （１）直線偏光を発するレーザ発振器と、電源によつて
駆動され前記レーザ発振器から出た光の位相を変調する
電気光学結晶と、前記電気光学結晶から出射された光が
入射され、被測定物側に出射するとともに、被測定物側
からの反射光を導き他端側から出射する、入射光の偏光
面を保持する作用のある偏光面保存光ファイバと、前記
光ファイバの被測定物側端部と被測定物との間に位置し
、測定基準面となる入射表面上で透過光と反射光に分離
し、透過光が偏光方向を変えずに逆方向から入射すると
光の偏光方向を入射した時点と９０°変わるようになし
た１／４波長板と、前記光ファイバの前記電気光学結晶
側端部から出射された反射光を偏光面によつて２分割す
る偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタ
で分割されたそれぞれの光の明るさが最大又は最小とな
るときの前記電気光学結晶への印加電圧を検出し、この
印加電圧差から被測定物の変位量を算出する測定部と、
を備えたことを特徴とする変位の光学的測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60167287A JPS6227603A (ja) | 1985-07-29 | 1985-07-29 | 変位の光学的測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60167287A JPS6227603A (ja) | 1985-07-29 | 1985-07-29 | 変位の光学的測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6227603A true JPS6227603A (ja) | 1987-02-05 |
| JPH0376845B2 JPH0376845B2 (ja) | 1991-12-06 |
Family
ID=15846955
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60167287A Granted JPS6227603A (ja) | 1985-07-29 | 1985-07-29 | 変位の光学的測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6227603A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02171712A (ja) * | 1988-12-26 | 1990-07-03 | Hamamatsu Photonics Kk | 走査型光学顕微鏡 |
| US5428274A (en) * | 1991-11-22 | 1995-06-27 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Drive control apparatus of series hybrid vehicle |
| US5675415A (en) * | 1994-07-12 | 1997-10-07 | Hitachi, Ltd. | Physical quantity measurement apparatus and instrument therefor |
| JP2010096767A (ja) * | 2009-12-28 | 2010-04-30 | Hitachi Ltd | 変位計測方法とその装置 |
| US8659761B2 (en) | 2005-03-28 | 2014-02-25 | Hitachi, Ltd. | Method and apparatus for measuring displacement of a sample using a wire grid polarizer to generate interference light |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5972005A (ja) * | 1982-10-18 | 1984-04-23 | Nec Corp | 光干渉型光フアイバセンサ |
| JPS59116007A (ja) * | 1982-12-20 | 1984-07-04 | インタ−ナシヨナル ビジネス マシ−ンズ コ−ポレ−シヨン | 表面の測定方法 |
| JPS60100002A (ja) * | 1983-11-04 | 1985-06-03 | Hitachi Cable Ltd | 偏波面保存光フアイバを用いた光干渉計 |
-
1985
- 1985-07-29 JP JP60167287A patent/JPS6227603A/ja active Granted
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5972005A (ja) * | 1982-10-18 | 1984-04-23 | Nec Corp | 光干渉型光フアイバセンサ |
| JPS59116007A (ja) * | 1982-12-20 | 1984-07-04 | インタ−ナシヨナル ビジネス マシ−ンズ コ−ポレ−シヨン | 表面の測定方法 |
| JPS60100002A (ja) * | 1983-11-04 | 1985-06-03 | Hitachi Cable Ltd | 偏波面保存光フアイバを用いた光干渉計 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02171712A (ja) * | 1988-12-26 | 1990-07-03 | Hamamatsu Photonics Kk | 走査型光学顕微鏡 |
| US5428274A (en) * | 1991-11-22 | 1995-06-27 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Drive control apparatus of series hybrid vehicle |
| US5675415A (en) * | 1994-07-12 | 1997-10-07 | Hitachi, Ltd. | Physical quantity measurement apparatus and instrument therefor |
| US8659761B2 (en) | 2005-03-28 | 2014-02-25 | Hitachi, Ltd. | Method and apparatus for measuring displacement of a sample using a wire grid polarizer to generate interference light |
| JP2010096767A (ja) * | 2009-12-28 | 2010-04-30 | Hitachi Ltd | 変位計測方法とその装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0376845B2 (ja) | 1991-12-06 |
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