JPH03272404A - ヘテロダイン干渉計用位相測定装置 - 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、位相差の読み取りを行うヘロダイン干渉計用
の位相測定装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来のヘテロダイン干渉計用の位相測定装置は、基準干
渉光の周波数の位相から測定干渉光の位相を測定するこ
とにより光の位相差を測定するようになっている。

そして、この基準干渉光と測定干渉光とをそれぞれ電気
信号に変換し、これらの各電気信号の位相差の検出は、
第３図に示すように、各電気信号に変換された基準信号
ａ１と測定信号ｄ１との七ロクロス位置の時間差を検出
して行われる。すなわち、この時間差を検出するために
は、第３図の（ａ）図の基準信号ａｌをもとに（ｂ）図
のような三角波信号す、を作成し３また、（ｄ）図で示
される測定信号ｄ、をもとに（ｃ）図のような矩形波信
号Ｃ】を作成する。そして、これらの信号を比較するこ
とにより基準信号ａ１と測定信号ｄｌとの間の位相差を
検出する。

すなわち、基準信号ａ１から三角波信号す、を作成すれ
ば、この信号ｂ１の電圧は、基準信号ａ１のゼロクロス
地点からの時間に比例する。そして、測定信号ｄ１のゼ
ロクロス地点、すなわち矩形波信号ｃ１の立ち上がりで
この三角波信号す、の電圧値を読み取るようにすれば、
基準信号ａ１と測定信号ｄ１どの時間差、すなわち位相
差が検出できることになる。

また、基準信号ａ１は、測定信号ｄ１を１周期分追い越
したり、また測定信号ｄ１に１周期分追い越されたりす
ることがあるので、アップダウンカウンタを設けてこれ
らの追越し回数を計数する。そして、これらの計数値は
例えば上位桁で図示しない表示部に表示され、また、下
位桁の位相差の表示、すなわち１周期以内の位相差の表
示は、三角波信号ｂ１と矩形波信号ｃ１との間の１周期
以内の時間差を検出して表示される。

［発明が解決しようとする課題１ このような従来のヘテロダイン干渉計用の位相測定装置
は、基準信号ａ１を三角波信号り、に変換して位相差を
検出しているので、線形計算が高速で行え、下位桁に対
応する位相差検出処理、すなわち１周期以内の位相差検
出処理は高速で行える。

しかしながら、この種の干渉計は、一般に１Ｍ８２以上
の信号を必要としているため、このＬＭ）１２以上の基
準信号ａ１から精度の良い三角波信号ｈ１を作成するこ
とが困難となり、従って、位相検出を精度良く行うこと
かできないという問題があった。

「課題を解決するための手段コ このような課距を解決するために本発明に係るヘテロダ
イン干渉計用位相検出装置は、参照干渉光を電気信号に
変換して正弦波信号を出力する第１の光電変換手段と、
参照干渉光の一方を１／′４波長移相した干渉光を電気
信号に変換して余弦波信号を出力する第２の光電変換手
段と、測定光ビートを電気信号に変換してクロック信号
として出力する第３の光電変換手段と、クロック信号に
基づいて正弦波信号および余弦波信号を取り込み、この
振幅値からクロック信号に対する正弦波信号および余弦
波信号の位相差を算出して出力する演算手段と、正弦波
信号に基づくクロック信号と第３の光電変換手段から出
力されるクロック信号とをア・ツブ端子、ダウン端子に
それぞれ入力してカウントするアップダウンカウンタと
、演算手段から出力される位相差信号とアップダウンカ
ウンタから出力される計数値とを入力して加算処理する
加算処理手段とを備えたものである。

「作用〕 測定干渉光に基づくクロック信号に対して参照干渉光に
基づく正弦波信号および余弦波信号の位相差が算出され
、また、正弦波信号および余弦波信号に基づくクロック
信号と測定干渉光に基っくクロック信号とが入力されて
カウントされる。そして、このカウント値と上記で算出
された位相差の値とが加算処理され、この結果参照干渉
光と測定干渉光と間の位相差の検出がされる。

［実施例］ 次に、本発明について図面を参照して説明する。

第１図は１本発明に係るヘテロダイン干渉計用位相測定
装置の一実施例を示すブロック図である。同図において
、１−３は光信号を二乗検波し電気信号に変換するフォ
トダイオード、４は入力した光信号を１−・７４波長位
相を遅らせて出力する１７７４波長板、５〜７は電流を
電圧に変換する電流電圧変換回路、８．９はバンドパス
フィルタ１０、］１はコンパレータ、１２はアナログ電
気信号をディジタルに変換するＡ／Ｄ変換器である。ま
た、１３はデインタル信号化された測定信号および基準
信号を入力してこれらの信号の１周期内の位相差の高速
演算を行うＤＳＰ　（ディジタル・シグナル・プロセッ
サ）等で構成される高速演算器、１４は基準信号と測定
信号との間の位相差の１周期分の追越しまたは追い越さ
れ回数を計数するアップダウンカウンタ、１５は１周期
内の位相差信号およびアップダウンカウンタ１４からの
計数値を入力して基準信号と測定信号との位相差の加算
処理を行う加算処理部、１６はこの加算処理された値を
表示する表示部である。なお、ａ、ａ’は基準光（参照
干渉光）、ｂは測定光、ｃ、ｃ“は基準信号、ｄは測定
信号、ｅ、ｆはクロック信号である。

以上のように構成された干渉用位相検出装置の動作を説
明する。

基準光ａは、フォトダイオード１により二乗検波されて
電流信号に変換され、さらに電流電圧変換回路５により
電圧信号に変換され、バンドパスフィルタ８により雑音
成分が除去されて第２図の（ａ）図に示すように、正弦
波の基準信号ＣとしてＡ／Ｄ変換器１２およびコンパレ
ータ１０に送出される。

また、この基準光ａは、１／４波長板により基準光ａの
干渉光と比較して１／４位相の遅れた余弦波の干渉光を
生じる基準光ａ′に変換されてフォトダイオード２によ
り上記したと同様に二乗検波後電流信号に変換され、さ
らに電流電圧変換回路６により電圧信号に変換されてバ
ンドパスフィルタ９により雑音成分が除去され、第２図
の（ｂ）図に示すように、基準信号Ｃが１／４波長移相
された余弦波の基準信号Ｃ“とじてＡ　７’　Ｄ変換器
１２に送出される。

一方、測定光すは、フォトダイオード３により電流信号
に変換され、さらに電流電圧変換回路７により電圧信号
に変換されて第２図の（ｄ）図で示されるような測定信
号ｄが生成される。この測定信号ｄは、コンパレータ１
１により、第２図の（Ｃ）図で示されるようにクロック
信号ｅとして生成され、Ａ／Ｄ変換器１２およびアップ
ダウンカウンタ１４のアップ端子に送出される。

そして、Ａ／Ｄ変換器１２では、このクロック信号ｅを
入力して高速演算器１３に送出するとともに、このクロ
ック信号ｅに基づいて基準信号ｃ、ｃ′をディジタル信
号に変換して高速演算器１３に送出し、高速演算器１３
ではこれらの各信号を入力して高速演算処理を行う。

すなわち、基準信号ＣをＡｓ１ｎΦ、基準信号Ｃ′をＡ
ｃｏｓΦとすると、位相差ΦはＡ　ｃｏｓ　　Φ となる。また、振幅値Ａは となる。

そして、Ａ／Ｄ変換器１２においては、クロック信号ｅ
の立ち上がりで基準信号ｃ、ｃ“のＡｓ１ｎΦ　Ａ　ｃ
ｏｓΦの値をディジタル信号に変換して高速演算器１３
に送出し、高速演算器１３ではこれを入力するとともに
、上記の式！１１．！２１を求めてこのディジタル化さ
れたＡｓ１ｎΦ、ＡｃｏｓΦの値から位相差Φおよび振
幅値Ａを高速演算処理する。

こうして、測定信号ｄから生成されるクロック信号ｅの
立ち上がり、すなわち位相差「０」の地点で基準信号ｃ
、ｃ’の位相差Φが読み取られることになり、従って基
準信号ｃ、ｃ’　と測定信号ｄとの１周期内の位相差が
検出でき、この検出結果は加算処理部１５に送出される
。

また、コンパレータ１０は、基準信号Ｃを入力してクロ
ック信号ｆを生成し、アップダウンカウンタ１４のダウ
ン端子に送出する。そして、アップダウンカウンタ１４
は、この基準信号Ｃに基づくクロック信号ｆと測定信号
ｄに基づくクロック信号ｅとを入力して、これらの各信
号間の１周期以上の位相差の追越しまたは追い越されの
回数を計数し、この計数値を加算処理部１５に送出する
。

こうして、加算処理部１５では、基準信号Ｃと測定信号
ｄとの１周期以上の位相差の値と１周期以内の位相差の
値とを入力して、これらの加算を行って全体の位相差を
算出し、この算出結果を表示部１６に送出して表示させ
る。

以上説明したように、本発明のヘテロダイン干渉計用位
相検出装置は、読み取られる信号として、正弦波である
干渉光を生じる測定光ａから光学的に１／４波長移相さ
せた余弦波の干渉光を生じる測定光すを精度良く簡単に
生成させるようにしたので、従来の三角波信号と異なり
、精度の良い位相検出が行える。

［発明の効果コ 以Ｅ説明したように本発明に係る干渉計用位相検出装置
は、測定光に基づくクロック信号に対して参照先に基づ
く正弦波信号および余弦波信号の位相差を算出し、また
、正弦波信号および余弦波信号に基づくクロック信号と
測定光に基づくタロツク信号とを入力してカウントし、
このカウント値と上記で算出された位相差の値とを加算
処理して測定光と参照光との位相差を検出するように構
成したので、読み取られて参照される信号が従来の装置
で生成される三角波信号と異なって、精度の良い余弦波
信号が生成できることになり、従って位相検出が正確に
行えるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のヘテロダイン干渉計用位相検出装置の
一実施例を示すブロック図、第２図はこの装置の各部の
タイミングチャート、第３図は従来の干渉計用の位相検
出装置のタイミングチャートである。 １〜３・・・・フォトダイオード、４・・・・１／４波
長板、５〜７・−・・電流電圧変換回路、８，９・・・
・バンドパスフィルタ、１０゜１１・・・・コンパレー
タ、１２・・・・Ａ、／Ｄ変換器、１３・・・・高速演
算器、１４・アップダウンカウンタ、１５・・・・加算
処理部、１６・・・・表示部、ａ、ａ’　　・・・・基
準光、ｂ−・・・測定光、ｃ、ｃ’　　・・・・基準信
号、ｄ・・・・測定信号、ｅ、ｆ・−・・クロック信号
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 参照信号に対する測定信号の位相差に応じた値を測定す
   るヘテロダイン干渉計用位相測定装置において、 参照干渉光を電気信号に変換して正弦波信号を出力する
   第１の光電変換手段と、 前記参照干渉光を１／４波長移相した光を電気信号に変
   換して余弦波信号を出力する第２の光電変換手段と、 測定干渉光を電気信号に変換してクロック信号として出
   力する第３の光電変換手段と、 前記クロック信号に基づいて前記正弦波信号および余弦
   波信号を取り込み、この振幅値からクロック信号に対す
   る正弦波信号および余弦波信号の位相差を算出して出力
   する演算手段と、 前記正弦波信号に基づくクロック信号と前記第３の光電
   変換手段から出力されるクロック信号とをアップ端子、
   ダウン端子にそれぞれ入力してカウントするアップダウ
   ンカウンタと、 前記演算手段から出力される位相差信号と前記アップダ
   ウンカウンタから出力される計数値とを入力して加算処
   理する加算処理手段と を有することを特徴とするヘテロダイン干渉計用位相測
   定装置。