JP7491142B2 - レーザー干渉計およびレーザー干渉計の制御方法 - Google Patents
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Description
第1レーザー光を射出する光源部と、
振動素子を備え、前記振動素子を用いて前記第1レーザー光を変調し、変調信号を含む第2レーザー光を生成する光変調器と、
前記第1レーザー光が対象物で反射されて生成されたサンプル信号を含む第3レーザー光と、前記第2レーザー光と、の干渉光を受光し、受光信号を出力する受光素子と、
前記受光信号から前記サンプル信号を復調する復調処理を行う復調回路と、
を備え、
前記復調回路は、前記復調処理を間欠的に行うことを特徴とする。
第1レーザー光を射出する光源部と、
振動素子を備え、前記振動素子を用いて前記第1レーザー光を変調し、変調信号を含む第2レーザー光に生成する光変調器と、
前記第1レーザー光が対象物で反射されて生成されたサンプル信号を含む第3レーザー光と、前記第2レーザー光と、の干渉光を受光し、受光信号を出力する受光素子と、
を備えるレーザー干渉計の制御方法であって、
前記受光信号から前記サンプル信号を復調する復調処理を間欠的に行うことを特徴とする。
まず、第1実施形態に係るレーザー干渉計について説明する。
図1は、第1実施形態に係るレーザー干渉計を示す概略構成図である。
光学系50は、光源部2と、偏光ビームスプリッター4と、1/4波長板6と、1/4波長板8と、検光子9と、受光素子10と、周波数シフター型の光変調器12と、被測定物14が配置されたセット部16と、を備えている。
以下、レーザー干渉計1の各部について順次説明する。
光源部2は、可干渉性を有する線幅の細い出射光L1を射出するレーザー光源である。線幅を周波数差で表示した場合、線幅がMHz帯以下のレーザー光源が好ましく用いられる。具体的には、HeNeレーザーのようなガスレーザー、DFB-LD(Distributed feedback - laser diode)、FBG-LD(Fiber bragg Grating付き laser diode)、VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)のような半導体レーザー等が挙げられる。このうち、半導体レーザーは、光源部2の小型化を可能にする。
偏光ビームスプリッター4は、入射光を透過光と反射光とに分割する光学素子である。また、偏光ビームスプリッター4は、P偏光を透過し、S偏光を反射させる機能を有し、入射光の偏光状態を直交成分に分けることができる。以下、直線偏光であって、P偏光とS偏光の比を例えば50:50にした出射光L1を、偏光ビームスプリッター4に入射させる場合を考える。
検光子9は、互いに直交するS偏光およびP偏光は、互いに独立しているので、単純に重ね合わせただけでは干渉が現れない。そこで、S偏光とP偏光を重ね合わせた光波を、S偏光およびP偏光の双方に対して45°傾けた検光子9に通す。検光子9を用いることにより、互いに共通した成分同士の光を透過させ、干渉を生じさせることができる。その結果、検光子9では、fM-fd(Hz)の周波数を持つ干渉光が生成される。
参照光L2および物体光L3は、偏光ビームスプリッター4および検光子9を介して受光素子10に入射する。これにより、参照光L2と物体光L3とが光ヘテロダイン干渉し、fM-fd(Hz)の周波数を持つ干渉光が受光素子10に入射する。この干渉光から後述する方法で周波数信号や位相信号等のサンプル信号を復調することにより、最終的に、被測定物14の動き、すなわち速度や振動または変位を求めることができる。受光素子10としては、例えば、フォトダイオード等が挙げられる。
以下、光変調器12を、振動素子の形態に基づき、4つの構成例に分けて説明する。
まず、光変調器12の第1構成例について説明する。図2は、図1に示す光変調器12の第1構成例を示す概念図である。
次に、光変調器12による周波数シフトの原理について説明するが、その説明に先立ち、まず、被測定物14によるドップラーシフトの原理を説明する。
光変調器12の光反射膜32に出射光L1が入射すると、出射光L1がドップラー効果による周波数変調を受けて、変調信号を含む参照光L2が生成される。変調信号の周波数を変調周波数fMとすると、変調周波数fMは、下記の式(3)で求められる。
次に、光変調器12の第2構成例について説明する。図3は、図1に示す光変調器12の第2構成例を示す概念図である。
次に、光変調器12の第3構成例について説明する。図4は、図1に示す光変調器12の第3構成例を示す概念図である。
以上のような第3構成例においても、第1構成例と同様の効果が得られる。
次に、光変調器12の第4構成例について説明する。図6は、図1に示す光変調器12の第4構成例を示す概念図である。
以上のような第4構成例においても、第1構成例と同様の効果が得られる。
復調回路52は、受光素子10から出力された受光信号から周波数信号や位相信号等のサンプル信号を復調する復調処理を行う。サンプル信号を復調する方法としては、特に限定されないが、公知の直交検波法が挙げられる。直交検波法は、受光信号に対し、互いに直交する信号を外部から混合する操作を行うことにより、受光信号に復調処理を施す方法である。
制御回路53は、復調回路52から出力されたサンプル信号fd(t)に対して各種演算を行う。この演算の結果、最終的なレーザー干渉計1の出力信号を得る。
(b)復調処理の実行期間に、変調信号の波数が3波以上含まれている。
(a)被測定物14について計測できる周波数と速度の範囲を広げることができる。
(b)波数の不足に伴う測定精度の低下を抑制することができる。
次に、第2実施形態に係るレーザー干渉計について説明する。
図11ないし図13は、それぞれ第2実施形態に係るレーザー干渉計が備える光学系の実装構造の一例を示す概略構成図である。
以上のような第2実施形態においても、第1実施形態と同様の効果が得られる。
Claims (9)
- 第1レーザー光を射出する光源部と、
振動素子を備え、前記振動素子を用いて前記第1レーザー光を変調し、変調信号を含む
第2レーザー光を生成する光変調器と、
前記第1レーザー光が対象物で反射されて生成されたサンプル信号を含む第3レーザー
光と、前記第2レーザー光と、の干渉光を受光し、受光信号を出力する受光素子と、
前記受光信号から前記サンプル信号を復調する復調処理を行う復調回路と、
を備え、
前記復調回路は、前記復調処理を間欠的に行い、前記復調処理の実行期間は、前記振動
素子の振動速度が最も大きい時間帯を含むことを特徴とするレーザー干渉計。 - 前記振動素子は、単振動を発生させる素子である請求項1に記載のレーザー干渉計。
- 前記振動素子は、圧電素子を有する請求項2に記載のレーザー干渉計。
- 前記振動素子は、MEMS振動ミラー素子を有する請求項2に記載のレーザー干渉計。
- 前記振動素子は、シリコン振動子を有する請求項2に記載のレーザー干渉計。
- 前記振動素子は、水晶振動子を有する請求項2に記載のレーザー干渉計。
- 前記振動素子は、前記第1レーザー光を反射する光反射面を有し、前記光反射面の面外
方向に振動する素子である請求項1ないし6のいずれか1項に記載のレーザー干渉計。 - 前記光変調器は、前記第2レーザー光の光路上に設けられ、前記第2レーザー光の一部
を遮光する遮光部を備える請求項1ないし7のいずれか1項に記載のレーザー干渉計。 - 第1レーザー光を射出する光源部と、
振動素子を備え、前記振動素子を用いて前記第1レーザー光を変調し、変調信号を含む
第2レーザー光に生成する光変調器と、
前記第1レーザー光が対象物で反射されて生成されたサンプル信号を含む第3レーザー
光と、前記第2レーザー光と、の干渉光を受光し、受光信号を出力する受光素子と、を備
えるレーザー干渉計の制御方法であって、
前記振動素子の振動速度が最も大きい時間帯を含む時間帯を実行期間として、前記受光
信号から前記サンプル信号を復調する復調処理を間欠的に行うことを特徴とするレーザー
干渉計の制御方法。
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