JPH07324909A - 光ヘテロダイン干渉計の検知システム - Google Patents
光ヘテロダイン干渉計の検知システムInfo
- Publication number
- JPH07324909A JPH07324909A JP6152551A JP15255194A JPH07324909A JP H07324909 A JPH07324909 A JP H07324909A JP 6152551 A JP6152551 A JP 6152551A JP 15255194 A JP15255194 A JP 15255194A JP H07324909 A JPH07324909 A JP H07324909A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- apd
- frequency
- intensity
- phase
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 縦モードの異なる２本のレーザ光と、極めて
高い周波数差を有するレーザを光源とし、ＡＰＤを検知
器としたヘテロダイン干渉計において、干渉光の強度が
変化してもＡＰＤの出力の位相が変化しないシステムを
提供する。 【構成】ＡＰＤにヘテロダイン干渉光など交流で変調さ
れた光を入射したとき、入射光の光量が変化するとＡＰ
Ｄの出力交流の位相が大幅に変化する。この現象はヘテ
ロダイン干渉計で半波長以下の感度で測定を行うとき致
命的な欠点となる。このときＡＰＤに信号である干渉光
の他にこの干渉光の周波数およびそれに関連した周波数
と全く無関係な周波数を有する光を重ねて入射し両者の
光の光量の和が常に一定になるようにすればヘテロダイ
ン干渉光の位相とＡＰＤの出力の位相関係が干渉光の光
量によって変わることはない。
高い周波数差を有するレーザを光源とし、ＡＰＤを検知
器としたヘテロダイン干渉計において、干渉光の強度が
変化してもＡＰＤの出力の位相が変化しないシステムを
提供する。 【構成】ＡＰＤにヘテロダイン干渉光など交流で変調さ
れた光を入射したとき、入射光の光量が変化するとＡＰ
Ｄの出力交流の位相が大幅に変化する。この現象はヘテ
ロダイン干渉計で半波長以下の感度で測定を行うとき致
命的な欠点となる。このときＡＰＤに信号である干渉光
の他にこの干渉光の周波数およびそれに関連した周波数
と全く無関係な周波数を有する光を重ねて入射し両者の
光の光量の和が常に一定になるようにすればヘテロダイ
ン干渉光の位相とＡＰＤの出力の位相関係が干渉光の光
量によって変わることはない。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高い周波数差を有する二
周波レーザを光源とした光ヘテロダイン干渉計に関す
る。
周波レーザを光源とした光ヘテロダイン干渉計に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】ＨｅＮｅレーザの二つの縦モード等高い
周波数差を有する二周波レーザを光源として光ヘテロダ
イン干渉計をつくると、標的の移動速度限界が高い干渉
測長器が得られる。このような光ヘテロダイン干渉計に
おいては干渉光は極めて高い周波数で強度変調された光
となるため光の検知器としてはアバランシェホトダイオ
ード、（以下ＡＰＤと記す）が専ら用いられる。しか
し、ＡＰＤには重大な欠点がある。
周波数差を有する二周波レーザを光源として光ヘテロダ
イン干渉計をつくると、標的の移動速度限界が高い干渉
測長器が得られる。このような光ヘテロダイン干渉計に
おいては干渉光は極めて高い周波数で強度変調された光
となるため光の検知器としてはアバランシェホトダイオ
ード、（以下ＡＰＤと記す）が専ら用いられる。しか
し、ＡＰＤには重大な欠点がある。
【０００３】その欠点とはＡＰＤに前記のような干渉光
を入射したとき、干渉光の交流の位相とＡＰＤの出力電
流の位相の関係が、ＡＰＤに入射する干渉光の強度が変
化するとそれに伴って大巾に変化するというもので、こ
の欠点はヘテロダイン干渉計では目盛りが半波長以下の
標的の位置の決定を干渉光の交流の位相を用いて行うの
で、それが干渉光の強度によつて変化すると標的の位置
決定が不可能となる。という結果につながる。
を入射したとき、干渉光の交流の位相とＡＰＤの出力電
流の位相の関係が、ＡＰＤに入射する干渉光の強度が変
化するとそれに伴って大巾に変化するというもので、こ
の欠点はヘテロダイン干渉計では目盛りが半波長以下の
標的の位置の決定を干渉光の交流の位相を用いて行うの
で、それが干渉光の強度によつて変化すると標的の位置
決定が不可能となる。という結果につながる。
【０００４】この欠点を補うには、従来技術の範囲にお
いてはＡＰＤへ入射する干渉光の強度の時間平均値が常
に一定になるよう光の透過度が可変であるような光強度
変調器を用いて制御しなければならない。
いてはＡＰＤへ入射する干渉光の強度の時間平均値が常
に一定になるよう光の透過度が可変であるような光強度
変調器を用いて制御しなければならない。
【０００５】光強度変調器にはいくつかの種類のものが
あるが、高速応答まで考慮すると電気光学効果を用いた
ものなど極めて大規模かつ高価な装置となる。
あるが、高速応答まで考慮すると電気光学効果を用いた
ものなど極めて大規模かつ高価な装置となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記のような
透過度をかえる形式の光強度変調器を用いることなしに
干渉光（強度変調された信号光）の時間的な急速な平均
強度変化が起こっても、干渉光の交流の位相とＡＰＤの
出力交流の位相の関係を正確に一定に保ち、上記のＡＰ
Ｄの欠点にもとずき発生するヘテロダイン干渉計の問題
点を根本的に解決する手段を提供することを課題とす
る。
透過度をかえる形式の光強度変調器を用いることなしに
干渉光（強度変調された信号光）の時間的な急速な平均
強度変化が起こっても、干渉光の交流の位相とＡＰＤの
出力交流の位相の関係を正確に一定に保ち、上記のＡＰ
Ｄの欠点にもとずき発生するヘテロダイン干渉計の問題
点を根本的に解決する手段を提供することを課題とす
る。
【０００７】
【発明の概要】本発明はＡＰＤに第１の光として干渉光
（ヘテロダイン光）と、この干渉光の強度変調周波数
（ＨｅＮｅレーザでは５００ＭＨｚから１ＧＨｚ）なら
びにこの周波数のハーモニクス、ハーモニクスの差、ハ
ーモニクスの差の組合せで決まる周波数と無関係な周波
数（周波数零も含む）の第２の光を出すＬＤあるいはＬ
ＥＤその他でつくられる補正光源をもうけ、第１、第２
の光をＡＰＤの受光面上で重ね、干渉計である第１の光
の強度が変動した場合、その変動に応じて第２の光の強
度を加減して、常に第１、第２の光の強度の和が一定に
なるようＬＤその他からつくられる補正光源を制御する
ものである。
（ヘテロダイン光）と、この干渉光の強度変調周波数
（ＨｅＮｅレーザでは５００ＭＨｚから１ＧＨｚ）なら
びにこの周波数のハーモニクス、ハーモニクスの差、ハ
ーモニクスの差の組合せで決まる周波数と無関係な周波
数（周波数零も含む）の第２の光を出すＬＤあるいはＬ
ＥＤその他でつくられる補正光源をもうけ、第１、第２
の光をＡＰＤの受光面上で重ね、干渉計である第１の光
の強度が変動した場合、その変動に応じて第２の光の強
度を加減して、常に第１、第２の光の強度の和が一定に
なるようＬＤその他からつくられる補正光源を制御する
ものである。
【０００８】以上から推測されるごとくＡＰＤに交流で
変調された第１の光の位相と第１の光に対応したＡＰＤ
の出力光電流の関係は、他の光を例えば前記第２の光を
加えた場合、第１、第２の光の強度の和で一義的に決ま
り、第１の光の強度によらない。このＡＰＤの性質につ
いての事実の認識の上に本発明は成立している。
変調された第１の光の位相と第１の光に対応したＡＰＤ
の出力光電流の関係は、他の光を例えば前記第２の光を
加えた場合、第１、第２の光の強度の和で一義的に決ま
り、第１の光の強度によらない。このＡＰＤの性質につ
いての事実の認識の上に本発明は成立している。
【０００９】ＬＤ、ＬＥＤその他でつくられる補助光源
の光の強度変調や強度変化を高速、高精度で行うことは
従来必要とした透過度可変形の変調器に比べると極めて
容易であり、この変調を用いる光量を一定にするという
制御作業も極めて簡単なものとなり前記ＡＰＤの有する
欠点を完全に補った干渉光の検知システムを簡単につく
ることができる。
の光の強度変調や強度変化を高速、高精度で行うことは
従来必要とした透過度可変形の変調器に比べると極めて
容易であり、この変調を用いる光量を一定にするという
制御作業も極めて簡単なものとなり前記ＡＰＤの有する
欠点を完全に補った干渉光の検知システムを簡単につく
ることができる。
【００１０】
【実施例】以下、実施例を用いて本発明の説明を行う。
図１は本発明のひとつの実施例である。直交した偏光方
位を持ち、それぞれが異なった周波数ｆ１，ｆ２である
ような二周波レーザ光は偏光ビーム分割器３０で周波数
ｆ１の光とｆ２の光に分割される。周波数ｆ１の光は移
動標的３１で反射され周波数ｆ２の光は固定鏡で反射さ
れた後、周波数ｆ１の光は周波数ｆ２の光偏光子ＰＳで
重ねられＳ＝ｆ１−ｆ２という周波数のヘテロダイン干
渉信号が得られる。一方光分割板３３で導かれる光は偏
光子ＰＲで重ねられＲ＝ｆ１−ｆ２という参照信号が得
られる。今標的３１が移動するとドップラ効果によりｆ
１値すなわちＳの値が変化し、標的の移動速度の変化を
示す。標的の移動後、標的が静止するとＲとｆの周波数
は全く等しく両者の位置差のみが異なり、この位相差が
標的３１の静止位置を示す。ここで何かの事情によりｆ
１の周波数を有する光の強度が変化すると光の干渉によ
り強度変調された光の位相とＡＰＤの光電流の位相が変
化する。
図１は本発明のひとつの実施例である。直交した偏光方
位を持ち、それぞれが異なった周波数ｆ１，ｆ２である
ような二周波レーザ光は偏光ビーム分割器３０で周波数
ｆ１の光とｆ２の光に分割される。周波数ｆ１の光は移
動標的３１で反射され周波数ｆ２の光は固定鏡で反射さ
れた後、周波数ｆ１の光は周波数ｆ２の光偏光子ＰＳで
重ねられＳ＝ｆ１−ｆ２という周波数のヘテロダイン干
渉信号が得られる。一方光分割板３３で導かれる光は偏
光子ＰＲで重ねられＲ＝ｆ１−ｆ２という参照信号が得
られる。今標的３１が移動するとドップラ効果によりｆ
１値すなわちＳの値が変化し、標的の移動速度の変化を
示す。標的の移動後、標的が静止するとＲとｆの周波数
は全く等しく両者の位置差のみが異なり、この位相差が
標的３１の静止位置を示す。ここで何かの事情によりｆ
１の周波数を有する光の強度が変化すると光の干渉によ
り強度変調された光の位相とＡＰＤの光電流の位相が変
化する。
【００１１】そこでＡＰＤ２の光電流信号の低周波成分
をローパスフィルタ４を通して求めその値が一定になる
ようＬＤとかＬＥＤなどから構成される光量可変光源１
の放出する光量をビーム分割器１４によって前記の強度
変調された光と重ねてＡＰＤ２に入射し、この２つの光
の光量の合計の時間平均値が常に一定になるよう光量制
御回路５で制御を行う。ＡＰＤ２の光電流信号を高周波
増巾器６でミキサ９のＲＦ入力端子に入力する。
をローパスフィルタ４を通して求めその値が一定になる
ようＬＤとかＬＥＤなどから構成される光量可変光源１
の放出する光量をビーム分割器１４によって前記の強度
変調された光と重ねてＡＰＤ２に入射し、この２つの光
の光量の合計の時間平均値が常に一定になるよう光量制
御回路５で制御を行う。ＡＰＤ２の光電流信号を高周波
増巾器６でミキサ９のＲＦ入力端子に入力する。
【００１２】一方前記の参照信号は他の高周波増巾器７
で増巾され他のミキサ１０のＲＦ入力端子に入る。この
ミキサ９、１０のＬＯ端子には局部発振器８の出力が入
力される。今局部発振器８の周波数をＦとすると、標的
３１が静止している場合２つのミキサのＩＦ出力信号の
周波数は両者共にｆ１−ｆ２−Ｒという２つの低周波交
流が得られるが、この２つの交流の位相の差が標的３１
の静止位置を与えるので位相計１１で測って標的の半波
長以下の細かさで決定することができる。
で増巾され他のミキサ１０のＲＦ入力端子に入る。この
ミキサ９、１０のＬＯ端子には局部発振器８の出力が入
力される。今局部発振器８の周波数をＦとすると、標的
３１が静止している場合２つのミキサのＩＦ出力信号の
周波数は両者共にｆ１−ｆ２−Ｒという２つの低周波交
流が得られるが、この２つの交流の位相の差が標的３１
の静止位置を与えるので位相計１１で測って標的の半波
長以下の細かさで決定することができる。
【００１３】図２は他の実施例である。強度が変動する
干渉光Ｓに光量可変光源１からの光がビーム分割器１４
によって重ねられＡＰＤ２の光電流の低周波成分をロー
パスフィルタ４で制御回路によつてＡＰＤ２の光電流の
時間平均値が一定に保たれるのは図１の実施例と同じで
あるが、本実施例においてはＡＰＤの逆バイアス電圧に
マイクロ波等の高周波を出す局部発振器８の出力を重ね
合わせ、ＡＰＤの光量と逆バイアス電圧の積で出力電流
が決まるという常識的な特性を用いてＡＰＤに検知器と
同時にミキサの役目を担わしている点が異なる。ハイパ
スフィルタ１２は高周波を重ねるためのものである。直
流電源１３は逆バイアス直流電源である。
干渉光Ｓに光量可変光源１からの光がビーム分割器１４
によって重ねられＡＰＤ２の光電流の低周波成分をロー
パスフィルタ４で制御回路によつてＡＰＤ２の光電流の
時間平均値が一定に保たれるのは図１の実施例と同じで
あるが、本実施例においてはＡＰＤの逆バイアス電圧に
マイクロ波等の高周波を出す局部発振器８の出力を重ね
合わせ、ＡＰＤの光量と逆バイアス電圧の積で出力電流
が決まるという常識的な特性を用いてＡＰＤに検知器と
同時にミキサの役目を担わしている点が異なる。ハイパ
スフィルタ１２は高周波を重ねるためのものである。直
流電源１３は逆バイアス直流電源である。
【図１】 この発明に係る実施例である。
【図２】 本発明に係る他の実施例である。
１、 強度可変光源 ２、３、 アバランシェホトダイオード ＡＰ
Ｄ ４、 ローパスフィルタ ５、 光強度制御回路 ６、７、 高周波増巾器 ８、 局部発振器 ９、１０、 ミキサ １１、 位相差計 １２、 ハイパスフィルタ １３、 直流電源 １４、３３、 ビーム分割器 ３０、 偏光ビーム分割器 ３１、 移動鏡 ３２、 固定鏡 ＰＳ、ＰＲ、 偏光板 Ｒ、 参照光 Ｓ、 測定光
Ｄ ４、 ローパスフィルタ ５、 光強度制御回路 ６、７、 高周波増巾器 ８、 局部発振器 ９、１０、 ミキサ １１、 位相差計 １２、 ハイパスフィルタ １３、 直流電源 １４、３３、 ビーム分割器 ３０、 偏光ビーム分割器 ３１、 移動鏡 ３２、 固定鏡 ＰＳ、ＰＲ、 偏光板 Ｒ、 参照光 Ｓ、 測定光
Claims (1)
- 【請求項１】 二周波ＨｅＮｅレーザを光源とし、該二
周波の周波数の差の周波数で強度変調された第１の光の
周波数や位相を用いて干渉測長を行う光ヘテロダイン干
渉計等において、上記強度変調された光を受光して光電
流に変換する検知器に対し、上記光変調された光と異な
る周波数で強度変調された補正光源の発する第２の光を
前記第１の光に重ねて上記検知器に入射せしめ、該第１
の光の光量と該第２の光の光量の和の時間平均値が一定
になるよう該第２の光の光量を制御することを特徴とす
る光検知器システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6152551A JPH07324909A (ja) | 1994-05-31 | 1994-05-31 | 光ヘテロダイン干渉計の検知システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6152551A JPH07324909A (ja) | 1994-05-31 | 1994-05-31 | 光ヘテロダイン干渉計の検知システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07324909A true JPH07324909A (ja) | 1995-12-12 |
Family
ID=15542943
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6152551A Pending JPH07324909A (ja) | 1994-05-31 | 1994-05-31 | 光ヘテロダイン干渉計の検知システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07324909A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007232667A (ja) * | 2006-03-03 | 2007-09-13 | Hitachi High-Technologies Corp | 光ヘテロダイン干渉測定方法およびその測定装置 |
| CN100451667C (zh) * | 2007-04-06 | 2009-01-14 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 光电外差探测电路 |
-
1994
- 1994-05-31 JP JP6152551A patent/JPH07324909A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007232667A (ja) * | 2006-03-03 | 2007-09-13 | Hitachi High-Technologies Corp | 光ヘテロダイン干渉測定方法およびその測定装置 |
| CN100451667C (zh) * | 2007-04-06 | 2009-01-14 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 光电外差探测电路 |
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