JPH04213005A - 二光束干渉計の位相検出方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、二光束干渉計の位相検
出方法に関し、とくにレーザダイオードの発光波を二光
路に分けた二光束間の干渉における位相角φをそのレー
ザダイオード発光波に波長変調を加えて検出する方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】図１（Ａ）に二光束干渉計の構成の一例
を示す。レーザダイオード１の発光波をビームスプリッ
タ７によって第１ミラーＭ１への光路と第２ミラーＭ２
への光路との二光路に分け、両ミラーＭ１、Ｍ２からの
反射光間の干渉光Ｉにおける位相角φを測定する。図示
例では干渉光Ｉをフォトダイオード９の出力電気信号と
して示す。 一般に、干渉光Ｉは次のように書くことができる。

【０００３】 　　　　Ｉ＝Ｉｏ（１＋γｃｏｓφ）　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　・・・（１）ここに、Ｉｏは干
渉光Ｉの平均強度、γはコントラスト、φは干渉し合う
二つの光波の間の位相差又は位相角である。レーザダイ
オード１の発光波の波長をλとし、ビームスプリッタ７
による二分から干渉に至るまでの二光路間の光路差をＬ
とすれば、上記位相角φは次式で与えられる。

【０００４】 　　　　φ＝２π（Ｌ／λ）　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　・・・（２）（２）式から明らかな
ように、波長λが既知の場合に位相角φを測定すれば光
路差Ｌを測定することができるので、　二光束干渉計の
位相検出は変位の測定等に利用される。レーザダイオー
ド１を光源とする場合の位相角φの測定方法として、い
わゆる５段階法が提案されている。（Ｐ．　Ｈａｒｉｈ
ａｒａｎ：　”Ｐｈａｓｅ−ｓｔｅｐｐｉｎｇ　ｉｎｔ
ｅｒーｆｅｒｏｍｅｔｒｙ　ｗｉｔｈ　ｌａｓｅｒ　ｄ
ｉｏｄｅｓ”．　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｏｐｔｉｃｓ，　Ｖ
ｏｌ．２８，　Ｎｏ．１　（１９８９）　ｐｐ．２７−
２９）

【０００５】５段階法は、上記位相角φがレーザダイオ
ードの注入電流によって調整出来ることに基づいている
。まずこの点を説明するに、図４に示すようにレーザダ
イオードをしきい値電流ｉｔｈ以上の大きさの直流の注
入電流で駆動している時に、その注入電流の大きさを変
化させると、注入電流変化量に比例して発光波の波長λ
及び出力強度Ｐが同時に変化する。　注入電流変化に対
する発光波の波長λ及び出力強度Ｐの変化の感度を（ｄ
λ／ｄｉ）、（ｄＰ／ｄｉ）とすると、注入電流ｉが変
化分（δｉ）だけ変化した時の波長λ及び出力強度Ｐは
次式で表される。

【０００６】 λ＋（ｄλ／ｄｉ）（δｉ） Ｐ＋（ｄＰ／ｄｉ）（δｉ） なお、発光波の波長λ及び出力強度Ｐの変化の感度（ｄ
λ／ｄｉ）、（ｄＰ／ｄｉ）は使用するレーザダイオー
ドによって定まる定数である。レーザダイオード１を光
源とする図１の干渉計において注入電流を変化させた場
合の干渉信号Ｉの変化を考察する。　位相に関しては、
発光波の波長λの変化量（ｄλ／ｄｉ）（δｉ）が通常
は小さいので、（ｄλ／ｄｉ）（δｉ）《λが成立ち、
位相角φの変化は近似的に次のようになる。

【０００７】 φ→φ−（２πＬ／λ２）（ｄλ／ｄｉ）（δｉ）平均
強度Ｉｏはレーザダイオードの出力強度Ｐに比例するの
で、Ｉｏ＝ｋＰ（ｋは定数）が成立ち、平均強度Ｉｏの
変化は近似的に次のようになる。 Ｉｏ→Ｉｏ＋Ｉｏ（１／Ｐ）（ｄＰ／ｄｉ）（δｉ）よ
って、光路差ＬがＬ≠０の場合には注入電流ｉの変化分
（δｉ）に対する干渉光Ｉの変化は次のように与えられ
る。

【０００８】 　　　　Ｉ＝Ｉｏ｛１＋Ａ（δｉ）｝［１＋γｃｏｓ｛
φ＋Ｂ（δｉ）｝］　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　・・・（３）　　　　　　Ａ＝（
１／Ｐ）（ｄＰ／ｄｉ）　　　　　　Ｂ＝−（２πＬ／
λ２）（ｄλ／ｄｉ）　　上式のＡ及びＢは、レーザダ
イオードの出力強度Ｐと干渉計の光路差Ｌが一定ならば
定数となる。この場合における（３）式は、レーザダイ
オードの注入電流ｉのみを変化分（δｉ）だけ変化させ
ることにより、発光波の波長λの変化分（ｄλ／ｄｉ）
（δｉ）を介し干渉計の位相角をＢ（δｉ）だけ変化さ
せ得ることを示す。この変化分を（π／２）ラジアンと
するための注入電流ｉの変化分Δｉは次のようになる。

【０００９】 　　　　ＢΔｉ＝π／２　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　・・・（４）　　　図５を
参照するに、５段階法では注入電流の変化分を零及び上
下にΔｉづつ増減させ、位相角φの変化分Ｂ（δｉ）を
　−π、−π／２、０、π／２、πラジアンと５段階に
変化させて、各段階における干渉光Ｉの値をＩ１、Ｉ２
、Ｉ３、Ｉ４、Ｉ５として測定する。即ちこれらの干渉
光の値は、位相角を検出すべき値φの前後にπ／２ラジ
アン間隔で変化させた時の干渉光の大きさであり、次の
（５）式を満足する。

【００１０】 　　　　Ｉ１＝Ｉｏ（１−２ＡΔｉ）｛１＋γｃｏｓ（
φ−π）｝　　　　Ｉ２＝Ｉｏ（１−ＡΔｉ）｛１＋γ
ｃｏｓ（φ−π／２）｝　　　　Ｉ３＝Ｉｏ（１＋０）
｛１＋γｃｏｓ（φ＋０）｝　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・
（５）　　　　Ｉ４＝Ｉｏ（１＋ＡΔｉ）｛１＋γｃｏ
ｓ（φ＋π／２）｝　　　　Ｉ５＝Ｉｏ（１＋２ＡΔｉ
）｛１＋γｃｏｓ（φ＋π）｝　　（５）式は、レーザ
ダイオードの出力強度に関する項±ＡΔｉ及び±２ＡΔ
ｉを含む。光路差Ｌが十分大きい場合には、　（４）式
を満足する注入電流の変化量Δｉが十分小さいので、そ
れらの注入電流変化に対応するレーザダイオード出力強
度の変化量±２ＡΔｉ及び±ＡΔｉも小さい。よって、
｜２ＡΔｉ｜、｜ＡΔｉ｜《１と見なすことができ、近
似的に次式が成立する。

【００１１】 　　　　１±２ＡΔｉ≒１±ＡΔｉ≒１　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　・・・（６）　　従って、位相角φは
次の（７）式の演算によって求められる。 　　　　φ＝ｔａｎ−１｛２（Ｉ２−Ｉ４）／（２Ｉ３
−Ｉ５−Ｉ１）｝　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　・・・（７）

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】以上の説明から明らか
なように、いわゆる５段階法は光路差Ｌが大きい場合に
は正確である。　しかし、光路差Ｌが小さくなると、位
相変化量π／２を得るための注入電流変化分Δｉが大き
くなり、　所要位相変化に伴うレーザダイオード出力強
度も増大し、｜２ＡΔｉ｜、｜ＡΔｉ｜《１が成立しな
くなる。 よって（６）式も成立しなくなる。

【００１３】この場合、（７）式の右辺に（５）式をそ
のまま代入して得られる位相をψとするとその値は次の
ようになる。 　　　　ψ＝ｔａｎ−１｛ｔａｎφ−ＡΔｉ／γｃｏｓ
φ｝　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　・・・（８）　（８）式はレーザダ
イオードの出力強度の変化ＡΔｉが小さいほど計算上の
位相ψが求めるべき位相角φに近付くことを示している
。逆に云えば、位相変化若しくは位相シフトにともなう
レーザダイオード出力強度の変化ＡΔｉが大ききほど、
（８）式で演算される位相ψの真値φからの誤差｜ψ−
φ｜が大きくなる。さらに悪いことには、（８）式の位
相ψは干渉信号Ｉのコントラストγにも依存し、これが
小さくなるほど誤差｜ψ−φ｜が大きくなる。

【００１４】従って、本発明の目的は、レーザダイオー
ドの発光波の波長変調を利用する干渉計の位相検出方法
において、レーザダイオードへの注入電流による前記発
光波の強度の変化による誤差を除去した位相検出方法の
提供にある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
、本発明による二光束干渉計の位相検出方法は、レーザ
ダイオードの発光波を二光路に分けた二光束による干渉
光Ｉの位相角φを検出する方法において、所定三角波形
の交流変調電流によりレーザダイオードの注入電流を変
調し、前記発光波の変調により干渉光Ｉの位相角を変化
させ、前記交流変調電流の振幅ｉｍを十分大きくして前
記三角波形の正負分岐点前後における前記干渉光Ｉの位
相角にそれぞれ２πラジアン以上に変化を生じさせ、前
記三角波形極性の正負分岐点および正負分岐点両側にお
ける前記干渉光の位相幅間隔（π／２）ごとの４点から
なる９点の前記干渉光の交流分Ｉａの大きさＩａ１、Ｉ
ａ２、Ｉａ３、Ｉａ４、Ｉａ５（前記正負分岐点の大き
さ）、Ｉａ６、Ｉａ７、Ｉａ８及びＩａ９を測定し、位
相角φを式φ＝ｔａｎ−１［｛（ｂ＋９ｄ）−１．５（
ａ＋２ｃ）｝／１６Ｉａ５］、又は φ＝ｔａｎ−１［｛（ｂ＋９ｄ）−１．５（ａ＋２ｃ）
｝／｛−８（ｅ＋４ｇ）／３｝］ａ＝Ｉａ１−Ｉａ９ ｂ＝Ｉａ２−Ｉａ８ ｃ＝Ｉａ３−Ｉａ７ ｄ＝Ｉａ４−Ｉａ６ ｅ＝Ｉａ１＋Ｉａ９ ｇ＝Ｉａ３＋Ｉａ７ により算出してなる構成を用いる

【００１６】

【作用】本発明の原理を説明する。図１（Ｂ）に示す直
線状に周期的変化をする三角波形又は鋸歯状波形の交流
変調信号ｉ（ｔ）でレーザダイオード１の注入電流を変
調することにより発振波長を変調する。変調後の干渉光
Ｉは、ｔを時間とすれば次のように表される。

【００１７】 　　　　　　　　Ｉ（ｔ）＝Ｉｏ｛１＋Ａｉ（ｔ）｝［
１＋γｃｏｓ｛φ＋Ｂｉ（ｔ）｝］　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　・・・（９）上記変調信号の周
期をＴとすれば、 　　　　　　　　ｉ（ｔ）＝ｉ（ｔ＋Ｔ）　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　・・・（１０）の関係があ
る。さらに変調信号ｉ（ｔ）の振幅をｉｍとすれば、一
周期内の変調信号の値は次のように書ける。

【００１８】 　　　　　　　　ｉ（ｔ）＝−ｉｍ｛２ｔ／（ｎＴ）−
１｝　　　　　　　　　　　　　　（０≦ｔ≦ｎＴのと
き）　　　　　・・・（１０ａ）　　　　　　　　　　
　　＝＋ｉｍ［２（ｔ−ｎＴ）／｛（１−ｎ）Ｔ｝−１
］　　　　　（ｎＴ≦ｔ≦Ｔのとき）　　　　　・・・
（１０ｂ）ただし、Ｔ≠０、ｎは０≦ｎ≦１　（ただし
、ｎ＝０の場合には（１０ａ）式を使用せず、ｎ＝１の
場合には（１０ｂ）式を使用しない。）の範囲で任意の
値をとる定数である。また、変調信号ｉ（ｔ）の振幅を
ｉｍ、それによる干渉信号Ｉ（ｔ）の位相変調分Ｂｉ（
ｔ）が２πラジアン以上となるように選ぶ　　　　　　
　　｜Ｂｉｍ｜≧２π　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　・・・（１１）こうして変調された干渉信号Ｉ（ｔ
）から直流分を除いた交流分Ｉａ（ｔ）は次式で与えら
れる。

【００１９】 　　　　　　　　Ｉａ（ｔ）＝Ｉｏ［Ａｉ（ｔ）＋｛１
＋Ａｉ（ｔ）｝γｃｏｓ｛φ＋Ｂｉ（ｔ）｝］　　　　
　　　　　　　　　　・・・（１２）　　次に、上記変
調信号ｉ（ｔ）の各直線部分ごとに、即ち０≦ｔ≦ｎＴ
　又は　　ｎＴ≦ｔ≦Ｔ の時間帯ごとに、上記干渉信号交流分Ｉａ（ｔ）の値を
時間的若しくは位相的に等間隔であって次の条件を満足
する９点でサンプリングする。即ち、これら９点の時刻
をｔ１、、ｔ２、ｔ３、ｔ４、、ｔ５、ｔ６、ｔ７、ｔ
８及びｔ９とすれば、Δｔ＝ｔ２−ｔ１＝ｔ３−ｔ２＝
ｔ４−ｔ３＝ｔ５−ｔ４＝・・・＝ｔ９−ｔ８とし、各
時間間隔における変調信号ｉ（ｔ）の変化分Δｉａをと
し、上記変調信号ｉ（ｔ）の変化分Δｉａによる干渉信
号Ｉの位相変化分がπ／２となるように、即ち　　　　
　　　　ＢΔｉａ＝π／２　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　・・・（１３）となるようにし、さらに
中央の時刻ｔ５が変調信号ｉ（ｔ）の正負分岐点であっ
て 　　　　　　　　ｉ（ｔ５）＝０　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　・・・（１４）であるよう
に選択する。（１１）式の条件を満たす変調電流ｉ（ｔ
）であれば、この選択が可能であり、０≦ｔ≦ｎＴの時
間帯に対してΔｔ＝−πｎＴ／（４Ｂｉｍ）となり、ｎ
Ｔ≦ｔ≦Ｔの時間帯に対してΔｔ＝＋π（１−ｎ）ｎＴ
／（４Ｂｉｍ）となる。

【００２０】ところで、０≦ｔ≦ｎＴの時間帯では時間
間隔Δｔ＝−πｎＴ／（４Ｂｉｍ）が正であり（（３）
式に示されるようにＢは負）、ｎＴ≦ｔ≦Ｔの時間帯で
は時間間隔Δｔ＝＋π（１−ｎ）ｎＴ／（４Ｂｉｍ）が
負となる。これは、変調電流ｉ（ｔ）の時間的変化の向
き又は符号が反転しているためである。このため、０≦
ｔ≦ｎＴの時間帯とｎＴ≦ｔ≦Ｔの時間帯とでは連続的
にサンプリングするデータの時間的順序を図１（Ｂ）の
Ｉａ（ｔ）のカーブに示すように反転させる。

【００２１】こうしてサンプリングした９個のデータＩ
ａ１、Ｉａ２、Ｉａ３、Ｉａ４、Ｉａ５、Ｉａ６、Ｉａ
７、Ｉａ８及びＩａ９は、　上記干渉光交流分Ｉａ（ｔ
）の位相変調分Ｂｉ（ｔ）をＢｉ（ｔ）＝０の前後に間
隔π／２ラジアンおきに９段階に変化させたものであり
、従って上記干渉光交流分Ｉａ（ｔ）も被検出位相角φ
の前後にπ／２ラジアンおきに９段階に変化している。 　よって次の関係が成立する。

【００２２】 　　　　Ｉａ１＝Ｉｏ［−４ＡΔｉａ＋（１−４ＡΔｉ
ａ）γｃｏｓ｛φ−（２π）｝］　　　　Ｉａ２＝Ｉｏ
［−３ＡΔｉａ＋（１−３ＡΔｉａ）γｃｏｓ｛φ−（
３π／２）｝］　　　　Ｉａ３＝Ｉｏ［−２ＡΔｉａ＋
（１−２ＡΔｉａ）γｃｏｓ｛φ−（π）｝］　　　　
Ｉａ４＝Ｉｏ［−ＡΔｉａ＋（１−ＡΔｉａ）γｃｏｓ
｛φ−（π／２）｝］　　　　Ｉａ５＝Ｉｏ［０＋（１
＋０）γｃｏｓ｛φ＋（０）｝］　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（１
５）　　　　Ｉａ６＝Ｉｏ［＋ＡΔｉａ＋（１＋ＡΔｉ
ａ）γｃｏｓ｛φ＋（π／２）｝］　　　　Ｉａ７＝Ｉ
ｏ［＋２ＡΔｉａ＋（１＋２ＡΔｉａ）γｃｏｓ｛φ＋
（π）｝］　　　　Ｉａ８＝Ｉｏ［＋３ＡΔｉａ＋（１
＋３ＡΔｉａ）γｃｏｓ｛φ＋（３π／２）｝］　　　
　Ｉａ９＝Ｉｏ［＋４ＡΔｉａ＋（１＋４ＡΔｉａ）γ
ｃｏｓ｛φ＋（２π）｝］この関係から求める干渉光Ｉ
の位相角φは、干渉光交流分Ｉａ（ｔ）の位相角φとし
て次の（１６）又は（１７）式で与えられる。

【００２３】 　　　　　　φ＝ｔａｎ−１［｛（ｂ＋９ｄ）−１．５
（ａ＋２ｃ）｝／１６Ｉａ５］　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　・・・（１６）　　　　　　
φ＝ｔａｎ−１［｛（ｂ＋９ｄ）−１．５（ａ＋２ｃ）
｝／｛−８（ｅ＋４ｇ）／３｝］　　　　　　　　　　
　　　　　　・・・（１７）　　　ここに、 　　　　　　　ａ＝Ｉａ１−Ｉａ９ 　　　　　　　ｂ＝Ｉａ２−Ｉａ８ 　　　　　　　ｃ＝Ｉａ３−Ｉａ７ 　　　　　　　ｄ＝Ｉａ４−Ｉａ６　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　・・・（１８）　　　　　　
　ｅ＝Ｉａ１＋Ｉａ９ 　　　　　　　ｇ＝Ｉａ３＋Ｉａ７　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　・・・（１８）本発明の注目
すべき特徴は、従来の５段階法がレーザダイオード出力
強度に関する（６）式の近似を必要としているのに対し
、　本発明の上記（１６）及び（１７）が上記出力強度
に関する近似を全く必要としない点にある。即ち、従来
の５段階法も本発明方法も共に干渉光Ｉの位相角φをレ
ーザダイオードへの注入電流の変調によって変化させる
が、従来法はこの際のレーザダイオード出力強度の影響
を受けるが本発明方法はその出力強度の影響を全く受け
ないので高精度の測定をすることが出来る。

【００２４】図３はこのレーザダイオード出力強度の影
響を数値例によって示す。レーザダイオードの発振波長
λ、発振波長の電流感度ｄλ／ｄｉ、出力強度Ｐ、出力
強度の電流感度ｄＰ／ｄｉ及び光路差Ｌを次のように仮
定する。 （Ｐ．　Ｈａｒｉｈａｒａｎ：上掲） 　　　この場合、（４）式及び（１３）式のＢΔｉ＝π
／２、ＢΔｉａ＝π／２を満足するΔｉ及びΔｉａは Δｉ、Δｉａ＝０．７３　ｍＡ となり、電流変化分Δｉ、Δｉａによって生ずる出力強
度の変化分ＡΔｉ、ＡΔｉａは、 ＡΔｉ、ＡΔｉａ＝０．０２５ となる。

【００２５】従来法で求める位相は、ＡΔｉの値を（５
）式に代入し（７）式右辺の演算によって得られる。こ
れを位相ψとする。　本発明法で求める位相は、ＡΔｉ
ａの値を（１５）式に代入し、（１８）の諸量を用いて
（１６）又は（１７）式右辺の演算によって得られる。 これを位相ψａとする。ただし、簡単のため干渉光Ｉの
コントラストγはγ＝１と仮定する。図３はこうして求
めた計算値ψ、ψａの真値φに対する誤差（ψ−φ）又
は（ψａ−φ）を縦軸に示し、真値φを横軸に示す。

【００２６】この図から明らかなように、上記条件下に
おける従来法の誤差は最大で略１．４度になる。この際
干渉光Ｉのコントラストγを１としたが、現実にはγ＜
１であり（８）式から理解されるように誤差はさらに大
きくなる。　他方、本発明方法によれば、　レーザダイ
オード出力強度の影響を除外できるので干渉光Ｉのコン
トラストγからも影響されず、上記誤差（ψａ−φ）は
真値φの如何に拘らず常に零である。

【００２７】こうして本発明の目的である「レーザダイ
オードへの注入電流による発光波の強度の変化による誤
差を除去した位相検出方法」の提供が達成される。

【００２８】

【実施例】図１及び図２は本発明方法の一実施例として
トワイマン・グリーン型干渉計による干渉光Ｉの位相角
φ検出方法を示す。しきい値電流以上の注入電流を直流
電源３から加えて発生させたレーザダイオード１の発光
波をコリメータレンズ５で平行光線とした後、ビームス
プリッタ７によって第１ミラーＭ１への反射光路と第２
ミラーＭ２への透過光路との二光路に分ける。両ミラー
Ｍ１、Ｍ２からの反射光を再びビームスプリッタ７で重
ね合わせ干渉させる。その干渉波の光強度をフォトダイ
オード９で検出し、干渉信号Ｉ（ｔ）に光電変換する。 　この場合の光路差Ｌは、ビームスプリッタ７から第１
ミラーＭ１までの距離と第２ミラーＭ２間までの距離と
の差の２倍である。

【００２９】干渉信号Ｉ（ｔ）の処理系をブロック図と
して示す図２において、電流変調部１１は（１０）、（
１０ａ）、（１０ｂ）及び（１１）式の条件を満す交流
の変調電流ｉ（ｔ）を発生し、これを図１のレーザダイ
オード１に加えて注入電流を変調すると共に図２のサン
プリング部１３に与えサンプリングの同期を図る。交流
分検出部１２は、図１のフォトダイオード９からの干渉
信号Ｉ（ｔ）中の直流分を除去し（１２）式のＩａ（ｔ
）を発生する。　このような交流分検出部１２は例えば
比較的大容量のコンデンサによって構成することができ
る。サンプリング部１３は変調電流ｉ（ｔ）に同期して
（１３）、（１４）式を満足する９個のデータＩａ１、
Ｉａ２、Ｉａ３、Ｉａ４、Ｉａ５、Ｉａ６、Ｉａ７、Ｉ
ａ８及びＩａ９をサンプリングする。これらのデータを
Ａ／Ｄ変換部１４でデイジタル信号に変換した後、演算
部１５において（１６）又は（１７）式により所要の干
渉信号Ｉ（ｔ）の位相角φを算出する。

【００３０】微少変位の検出はこの種干渉計の重要な用
途の一つであるが、例えば第１ミラーＭ１を固定し第２
ミラーＭ２の微少変位を検出する。　第２ミラーＭ２が
ΔＬだけ変位すると、（２）式により干渉光Ｉの位相角
φが変化する。位相角φが２πラジアン変化することは
上記変位ΔＬがレーザダイオード１からの発光波の波長
λに等しいことを示す。位相角φを２πラジアン以下で
精密に測定するならば、上記発振波長λの１／１０００
程度の微少変位の検出が可能になる。

【００３１】本発明方法を微少変位検出に適用する場合
には、レーザダイオードに対する直流の注入電流を上記
（１０）、（１０ａ）、（１０ｂ）及び（１１）式の交
流の変調電流ｉ（ｔ）によって変調し、変調された光波
による上記干渉信号Ｉ（ｔ）を上記手順で処理し測定を
行なう。第２ミラーＭ２の微少変位ΔＬは光路長をＬか
ら（Ｌ＋ΔＬ）に変え、（９）式の干渉信号Ｉに位相変
化を生じさせる。ここで次の条件をおくならば、この位
相変化を光路長の変化のみの関数とし、　位相変化の検
出のみにより上記微少変位ΔＬを検出することができる
。即ち、光路長Ｌを微少変位ΔＬに比して十分長くし、 　　　　　　　　　　ΔＬ《Ｌ　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　・・・（１９）且つ位相変調Ｂ
ｉ（ｔ）の振幅値について　　　　　　　　　　２π＜
｜Ｂｉｍ｜＜数π　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（２０）
となるように選定しておけば、位相変調Ｂｉ（ｔ）は光
路長の微少変化の前後で殆ど変化しないと見なすことが
できる。

【００３２】Ｂｉ（ｔ）（１＋ΔＬ／Ｌ）≒Ｂｉ（ｔ）
従って微少変位ΔＬに伴って変化するのは位相角φの項
だけとなる。 φ→φ＋２πΔＬ／λ 即ち、本発明方法を用いて微少変位ΔＬの前後の位相角
φを検出しその差を求めることにより既知波長λの関数
としてその微少変位ΔＬを精密に検出することができる
。

【００３３】なお、本発明の方法を適用できる干渉計は
、トワイマン・グリーン型に限定されず、任意形式の二
光束干渉計に適用できるものである。例えば、マイケル
ソン型、フィゾー型、マハ・ツエンダー型にも容易に適
用できる。また、空間伝搬型について説明したが、光フ
ァイバー等の他の伝搬媒質を用いた干渉計にも適用でき
る。

【００３４】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明による
二光束干渉計の位相検出方法は、レーザダイオードの注
入電流の変調により発振波長を変調して測定を行なうの
で次の顕著な効果を奏する。 （イ）レーザダイオードの出力強度の変化による誤差を
除去することができる。 （ロ）比較的短い光路差であってもレーザダイオード発
光波の変調による測定をすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成及び信号波形を示す説
明図である。

【図２】上記実施例の動作のブロック図である。

【図３】測定誤差のグラフである。

【図４】レーザダイオード特性の説明図である。

【図５】従来技術の説明図である。

【符号の説明】

１　　レーザダイオード ３　　直流電源 ５　　コリメータレンズ ７　　ビームスプリッタ ９　　フォトダイオード １１　　電流変調部 １２　　交流分検出部 １３　　サンプリング部 １４　　Ａ／Ｄ変換部 １５　　演算部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　レーザダイオードの発光波を二光路に
   分けた二光束による干渉光Ｉの位相角φを検出する方法
   において、所定三角波形の交流変調電流によりレーザダ
   イオードの注入電流を変調し、前記発光波の変調により
   干渉光Ｉの位相角を変化させ、前記交流変調電流の振幅
   ｉｍを十分大きくして前記三角波形の正負分岐点前後に
   おける前記干渉光Ｉの位相角にそれぞれ２πラジアン以
   上に変化を生じさせ、前記三角波形極性の正負分岐点及
   び正負分岐点両側における前記干渉光の位相幅間隔（π
   ／２）ごとの４点からなる９点の前記干渉光の交流分Ｉ
   ａの大きさＩａ１、Ｉａ２、Ｉａ３、Ｉａ４、Ｉａ５（
   前記正負分岐点の大きさ）、Ｉａ６、Ｉａ７、Ｉａ８及
   びＩａ９を測定し、位相角φを式φ＝ｔａｎ−１［｛（
   ｂ＋９ｄ）−１．５（ａ＋２ｃ）｝／１６Ｉａ５］ａ＝
   Ｉａ１−Ｉａ９ ｂ＝Ｉａ２−Ｉａ８ ｃ＝Ｉａ３−Ｉａ７ ｄ＝Ｉａ４−Ｉａ６ により算出してなる二光束干渉計の位相検出方法。
2. 【請求項２】　　請求項１記載の位相検出方法において
   、前記位相角φを式 φ＝ｔａｎ−１［｛（ｂ＋９ｄ）−１．５（ａ＋２ｃ）
   ｝／｛−８（ｅ＋４ｇ）／３｝］ａ＝Ｉａ１−Ｉａ９ ｂ＝Ｉａ２−Ｉａ８ ｃ＝Ｉａ３−Ｉａ７ ｄ＝Ｉａ４−Ｉａ６ ｅ＝Ｉａ１＋Ｉａ９ ｇ＝Ｉａ３＋Ｉａ７ により算出してなる二光束干渉計の位相検出方法。