JPH02236102A - レーザ干渉測長器 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は直交する直線偏光の干渉を利用したレーザ測長
器に関する。

［従来の技術］ 従来、この種の測長器においては干渉計を構成する偏光
ビームスプリッタにレーザからの直線偏光を入射させて
，参照光と測定対象に向うべき副定光とに分けるように
なっており、ヘテロダイン方式のもの（例えば日経マイ
クロデバイス，　１９８５年１０月号，頁６７〜７７参
照）やホモダイン方式のものがある。

近年では，レーザ発振器から干渉計へ到る光を光ファイ
バで導くことが行われるようになった。

［発明が解決しようとする課題］ 前記従来技術は，干渉計への入射直ＩｉＡ偏光の偏光面
の角度は固定されており、測定対象物の移動に伴なう測
定光と参照光の強度比変動に起因して発生する測定誤差
に関しては考慮されていなかった。

例えば、光源であるレーザ発振器のビーム拡がり角が小
さい場合には，′ｌｌｓ定対象物が変位して測定光の光
路長が長くなっても，受光器の位置において測定光のビ
ーム径はさほど拡がらず、また強度が落ちることもなく
高いビジビリテイーの干渉縞が得られるが，しかしビー
ム拡がり角の大きいレーザ発振器の場合や，又は最近盛
んに行われているように、レーザ発振器から光ファイバ
によって干渉計までレーザ光を導く方式のものにおいて
そのファイバ出口のコリメーションレンズの性能に起因
してビーム拡がりが大きい場合には、測定対象物が干渉
計にある程度近いときは特に問題はないが、対象物が変
位して干渉計からの距離が遠くなり測定光路長が長くな
ると，干渉光を検出する受光器の位置での測定光ビーム
径が大きくなり，ビームのパワー密度減少が起こるとと
もに干渉効率の低下をきたし、干渉光のビジビリテイー
の悪化を招く。この場合、受光器で光電変換したあとの
干渉信号のＳ／Ｎが悪くなり，８１！定誤差を招くおそ
れがある。

本発明の目的は、入射ビームに拡がりがあって、受光器
での測定光ビーム径が変化する場合においても、干渉光
のビジビリティーを良好に保ち、干渉信号のＳ／Ｎ比の
悪化を防止し得るレーザ干渉測長器を提供するにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明のレーザ干渉測長器は特許請求の範囲の各謂求項
記載の構成を有する。

［作　　　用］ 請求項１，２，３又は４記載のレーザ干渉測長器におい
ては干渉計への入射光の偏光面の角度を回転させること
により、干渉計で分割される参照光と測定光の強度比を
、また、請求項５記載のレーザ干渉測長器においては，
干渉手段の角度を回転させることにより干渉手段での干
渉生起時の参照光と測定光の強度比を、制御する。この
制御は夫々の請求項記載のようにモニタ光の検出結果に
基づいて行われ，それにより，両先の強度比は干渉を良
好にするように保たれる。

［実　施　例］ 第１図は本発明の１実施例を示す。１は直線偏光を発振
する波長安定化レーザ発振器，３は偏波面保存ファイバ
，５は偏光面の角度を制御するフアラデー素子であり、
磁界制御用のコイルｌ８が巻きつけてある。６は測定対
象７の変位を測定する干渉計、８はビームスプリッタ（
ＢＳと略記する）、９はＢＳ８から取り出されたモニタ
用ビームを参照光成分とａｌｌ定光成分とに分離する偏
光ビームスプリッタ（ＰＢＳと略記する）、１０．１１
は該両光成分を夫々検出する光検出器、１２は両光成分
の強度差を出力する差動アンプ、１３はファラデー素子
５に巻いたコイル１８への電洸を制御する電流制御回路
である。１７は偏光板、１４は光検出器，１５は位相差
測定装置である。

以下に動作を説明する。レーザ発振器１からのレーザ光
は、コリメータ２で偏波面保存ファイバ３の入射側端面
に絞り込まれて同ファイバに入射し、出射側コリメータ
４でコリメートされて、その偏光状態（直線偏光）を保
ったままほぼ平行光として出射する。但し，一般にはコ
リメートレンズの特性とそのファイバに対するアライメ
ントの不完全さから，この出射ビームはレーザ発振器自
体のそれよりもいくらか大きい拡がり角を持ち，光路長
が長くなるほどそのビーム径は大きくなる．このレーザ
光は、ファラデー素子５を経て干渉計６に入射する。干
渉計６は偏光ビームスプリッタ（１３Ｂ　Ｓ）　６’　
，　１／，４波長板６＃，６“を添着した橘成のもので
あり、この′ｆ渉計６に入射する上記レーザ光の偏光面
は，紙面に対して約４５゜程度に設定されており、干渉
計６を４１ｆｆ成しているＰｎ　Ｓ　６’でほぼ等強度
のビームに２分割され，それぞれ測定光と参照光になる
。測定光は測定対象７で反射されて再び干渉計６に戻り
，ビームスブリッタ（ＢＳ）８を介して偏光板１７に至
る。

一方、参照光は干渉計６の一方の１７４波長板６“端面
に設けた参照面１６で反射し同じ＜Ｂｓ８を介して偏光
板１７に至る。偏光板１７入射時点では，これら参照光
と測定光は偏光面が互いに直交しているので干渉しない
が、偏光板１７においてそれらの共通成分同士が取り出
されて干渉し、この干渉光を光検出器１４で受けて光電
変換し，その信号の変化を位相差測定装置１５に取り込
んで処理して測定対象変位測定出力Ｘを得るものである
。

ここで、参照光と測定光の光路長は、干渉計６と測定対
象７との間の距離デッドパスの２倍だけ差があり．測定
対象７が変位してデッドパスが長くなると、先にも述べ
たようにビーム拡がりのために光検出器１４の位置での
測定光のビーム径だけが大きくなり、従って、当然この
位置での測定光のビーム内のパワー密度も小さくなり，
結果として干渉光の干渉効率が悪化し、ビジビリティー
が低下する。この状態では、位相差測定装置１５への入
力である干渉信号のＳ／Ｎ比が悪くなり，変位測定出力
Ｘの誤差要因となる。

そこで本発明では，干渉計６への入射光の偏光面の角度
をコントロールすることにより、参照光と測定光の分割
強度比を適宜調整し、常にビジビリティーの高い干渉縞
が得られるようにしている。

これを次に説明する。第１図の場合、干渉計６への入射
光の偏光面が紙面となす角をθとすると、干渉計６のＰ
Ｂ９６’で分けられる参照光と測定光の強度比はｓｉｎ
θ：　ｃｏｓ　Ｏである．Ｏ＝４５″のとき該両イは等
しくなるが、偏光板１７の前に置いたＢＳ８によって強
度比モニタ用のビームを取り出し、ｒ’ｎｓ９によって
このモニタ用ビームの参照光成分と』り定光成分を再分
離し、それぞれを光検出器１０及び１１で検出すると、
そこでは前記デッドパスの分のビーム拡がりのため、測
定光成分の強度が参照光成分の強度よりも低下する。

よってこの強度の差を差動アンプ１２で検出して、この
差が零，つまり上記光検出器１０およびＩ１で検出され
る２１＋’ｌ定光成分と参照光成分の強度が等しくなる
ように０を変化させて干渉計６で分けられる参照光と測
定光の強度比を調整する。このようにすることにより、
光検出器１４での参照光と測定光の強度を等しくするよ
うにすることができ、その結果，得られる干渉光の干渉
効率が良くなり，ビジビリティが向上する。θを変化さ
せる手段としては、この実施例の場合は例えばファラデ
ー索子５を用いている。これは印加される磁界の強度に
よって、その内部を伝わる直線偏光の偏光面の角度を変
化させることができる素子であり、この実施例の場合に
は、電流制御回路１３によってコイル１８に流れる電流
を制御し，結果的にファラデー素子内部の磁界を制御す
る閉ループ系を組むことにより、上記の強度比調整を行
わせる楕成としている。

第２図は本発明の別の実施例を示す。この図において第
１図と同一部分には同一符号を用いている。本実施例の
構成は先の実施例とほぼ同様であり，異なるのはｆ渉計
６への入射直線偏光の偏光面角度０を変化させる手段だ
けである。本実施例ではθを変化させる手段として２／
１波長板２０を用いており，これを例えばステンピング
モータなどのモータ２１でその設置角度を調整するよう
になっている。その制御は第１図の場合とほぼ同様に光
検出信号１０．１１で受ける測定光成分と参照光成分の
強度差を差動アンプ１２で検出しこの差信号が零になる
ようにモータ制御回路１９により閉ループ制御系を構成
している。

次に第３図より本発明の更に別の実施例を説明する。こ
の図においても前出の図と同一部分には同一符号を用い
ている。本実施例が前記実施例と異なるのは、干渉計６
の入射側にはその入射光の偏光面角度を変化させる手段
を設けず，偏光板１７で干渉したあとの干渉光の一部を
モニタ用として分割し，この干渉信号の振幅が最大にな
るように偏光板１７を回動させてその透過軸の角度を制
御する点である。すなわち、偏光板１７において干渉し
た干渉光は，ビームスプリッタ８で２分割される。この
一方をモニタ用ビームとし、これを光検出器１０で光電
変換し、その振幅が最大になる点を干渉信号最大振幅検
出回路２４で検出し、常に該振幅が最大となるようにモ
ータ制御回路１９及びモータ２１で偏光板１７の透過軸
の角度を制御することにより、先の実施例と同様の効果
が得られる。

また，第４図に第１図の変形実施例として示すように、
干渉信号最大振幅検出回路２４へ第３図と同様に干渉信
号を取り込んで，その振幅が常に最大になるようにファ
ラデー素子５に巻いたコイル１８への印加電流を電流制
御回路１３により制御し、干渉計６へ入射する直線偏光
の回転角度を調整してもよい。

またこの場合、偏光面回転手段はファラデー素子の代り
に第２図の如くｌ／２波長板を用いてもよい。

以上、いずれの実施例による方法も、先に本出願人の出
願している特願昭６３−０２７０２５及び同昭６３−１
４４１８３に示したような，測定光および参照光が各々
２ビームより成るレーザ干渉測長器にも適用可能であっ
て，これにおいても前記効果と同様の効果を期待できる
。

また、前記の各実施例はホモダイン方式の干渉ｄｉ！Ｉ
長器について開示したが，ヘテロダイン方式の干渉測長
器にも適用し得る。

［発明の効果］ 本発明によれば、Ｔ−渉計への入射ビームの拡がり角が
大きい場合でも，干渉光の検出位置における測定光と参
照光の強度が常に等しくなり，最大のビジビリティーが
得られるので、干渉光強度から位相差，つまり変位を測
定する装置においてＳ／Ｎが向上し、誤差要因が低減で
きる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図、第４図は、夫々本発明の異な
る実施例の構成図である。 １・・・レーザ発振器　　３・・・光ファイバ５・・・
ファラデー素子　６・・・干渉計７・・・測定対象　　
　　８・・・ＢＳ９・・・ＰＢＳ　　　　　　１０，１
１・・・光検出器１２・・・差動アンプ　　１３・・・
電流制御回路１４・・・光検出器　　　１５・・・位相
差ｆｌｌ’ｌ定装置１７・・・偏光板　　　　１９・・
・モータ制御回路２０・・・ｌ／２波長板　　　２１・
・・モータ２４・・・干渉信号最大振幅検出回路 第 図 第 図 変位測定出力Ｘ 第 図 変イぶ（屓リＷ二出力Ｘ 第 図 変位測定出力Ｘ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　レーザ発振器からの直線偏光を偏光ビームスプリッ
   タ機能を有する干渉計に入射させて測定光および参照光
   に分割し、測定光用光路および参照光用光路を経た両光
   の干渉計からの出力光を干渉手段に導入し、干渉手段を
   経た干渉光を受光する受光測定手段から測長出力を得る
   様に構成したレーザ干渉測長器において、干渉計からの
   出力光の一部を前記干渉手段よりも前段においてモニタ
   光として取り出す手段と、この取り出されたモニタ光を
   測定光成分と参照光成分とに分離してそれらの強度関係
   を検出するモニタ手段と、このモニタ手段で検出した該
   強度関係を所定に保つ様に前記干渉計への入射直線偏光
   の偏光面の角度を回転させる制御手段とを備えたことを
   特徴とするレーザ干渉測長器。 ２　レーザ発振器からの直線偏光を偏光ビームスプリッ
   タ機能を有する干渉計に入射させて測定光および参照光
   に分割し、測定光用光路および参照光用光路を経た両光
   の干渉計からの出力光を干渉手段に導入し、干渉手段を
   経た干渉光を受光する受光測定手段から測長出力を得る
   様に構成したレーザ干渉測長器において、前記干渉手段
   を経た干渉光の一部をモニタ光として取り出す手段と、
   この取り出されたモニタ光としての干渉光を受光してそ
   の干渉信号の振幅を検知するモニタ手段と、このモニタ
   手段で検知した干渉信号の振幅が最大になる様に前記干
   渉計への入射直線偏光の偏光面の角度を回転させる制御
   手段とを備えたことを特徴とするレーザ干渉測長器。 ３　干渉計への入射直線偏光の偏光面の角度を回転させ
   るための光学的手段としてファラデー素子を用いた請求
   項１又は２記載のレーザ干渉測長器。 ４　干渉計への入射直線偏光の偏光面の角度を回転させ
   るための光学的手段として、回転可能に支持された１／
   ２波長板を用いた請求項１又は２記載のレーザ干渉測長
   器。 ５　レーザ発振器からの直線偏光を偏光ビームスプリッ
   タ機能を有する干渉計に入射させて測定光および参照光
   に分割し、測定光用光路および参照光用光路を経た両光
   の干渉計からの出力光を干渉手段に導入し、干渉手段を
   経た干渉光を受光する受光測定手段から測定出力を得る
   様に構成したレーザ干渉測長器において、前記干渉手段
   を経た干渉光の一部をモニタ光として取り出す手段と、
   この取り出されたモニタ光としての干渉光を受光してそ
   の干渉信号の振幅を検知するモニタ手段と、このモニタ
   手段で検知した干渉信号の振幅が最大になる様に前記干
   渉手段の角度を回転させる制御手段とを備えたことを特
   徴とするレーザ干渉測長器。