CN110214260B - 照明装置 - Google Patents

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Abstract

照明装置(2)生成干涉条纹(3)。输入臂(10)接收来自光源(80)的输入光。分波器(40)使通过了输入臂10的输入光向第一输出臂(20)和第二输出臂(30)分支。相位调制器(50)使第一输出臂(20)的出射光与第二输出臂(30)的出射光之间的相位差变化。相位检测器(60)根据第一输出臂(20)的前端处的第一反射光L41与第二输出臂(30)的前端处的第二反射光L42合成而得的返回光L5，检测第一输出臂(20)的出射光L31与第二输出臂(30)的出射光L32之间的相位差。

Description

照明装置
技术领域
本发明涉及照明装置。
背景技术
作为计测对象物的三维形状的方法，公知有将激光的干涉条纹投影到对象物上，通过拍摄干涉条纹的投影像并进行分析来运算对象物表面的凹凸信息的被称为“条纹扫描法”的技术。在条纹扫描法中，根据干涉条纹的扫描量和投影像的各点的光强度的变化而求出各点处的凹凸的深度和高度(例如参照专利文献1)。
干涉条纹由照明装置生成。照明装置具有两个路径(臂)的波导、将具有可干涉性的光向两个波导分支的耦合器、以及使两个波导的光路长度不同的相位调制器。通过使透过两个波导的光干涉，形成干涉条纹。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平5-87543号公报
发明内容
发明要解决的课题
干涉条纹的强度分布根据两个臂的相位差来控制。在三维形状计测和结构化照明中，干涉条纹的强度分布是重要的参数，但为了得到期望的干涉条纹，需要高精度地控制两个臂的相位差。
本发明是在这种状况下完成的，其某个方式的例示性的目的之一在于，提供一种能够测定多个臂的相位差的照明装置。
用于解决课题的手段
本发明的某个方式涉及一种生成干涉条纹的照明装置。照明装置具有：输入臂，其接收来自光源的输入光；第一输出臂；第二输出臂；分波器，其使通过了输入臂的输入光向第一输出臂和第二输出臂各自的入射端分支；相位调制器，其使第一输出臂的出射光与第二输出臂的出射光之间的相位差变化；以及相位检测器，其根据第一输出臂的出射端处的第一反射光与所述第二输出臂的出射端处的第二反射光合成而得的返回光，检测第一输出臂的出射光与所述第二输出臂的出射光之间的相位差。
另外，将以上的构成要素的任意组合、本发明的表现在方法、装置、系统等之间进行变换而得的方式作为本发明的方式也是有效的。
发明效果
根据本发明的某个方式，能够测定多个输出臂的相位差。
附图说明
图1是示出生成干涉条纹的照明装置的原理的图。
图2是示出相位差Δφ与返回光的强度I的关系的图。
图3是对颤动处理进行说明的图。
图4是示出第一实施例的照明装置的图。
图5是示出前端部的一部分的俯视图。
图6是变形例的光集成电路的俯视图。
图7是示出图6的光集成电路中的相位差Δφ与返回光的强度I的关系的图。
图8的(a)、(b)是示出第二实施例的照明装置的图。
图9的(a)、(b)是示出第三实施例的照明装置的图。
图10是示出第四实施例的照明装置的图。
图11是示出图10的照明装置中的相位差Δφ与两个返回光的关系的图。
图12的(a)、(b)是示出第五实施例的照明装置的图。
图13的(a)、(b)是示出第六实施例的照明装置的图。
图14是示出图13的(a)的照明装置中的相位差Δφ与返回光的强度的关系的图。
图15的(a)～(d)是示出相位差的计算方法的图。
图16是示出第六实施例的照明装置的图。
图17是示出第七实施例的照明装置的图。
图18是示出第八实施例的照明装置的图。
具体实施方式
以下，根据优选的实施方式，参照附图对本发明进行说明。对各附图中所示的相同或同等的构成要素、部件、处理赋予相同的标号，适当省略重复的说明。另外，实施方式并不限定发明，而是例示的，实施方式中记载的所有特征或其组合不一定是发明的本质的特征或组合。
另外，附图中记载的各部件的尺寸(厚度、长度、宽度等)有时为了容易理解而适当放大或缩小。并且，多个部件的尺寸并不一定表示它们的大小关系，在附图上，即使某个部件A被描绘得比其他部件B厚，部件A也可以比部件B薄。
在本说明书中参照的曲线图或时序图的纵轴和横轴是为了容易理解而适当放大或缩小的，另外，所示的曲线图、波形也为了便于理解而被简化，或者被夸大或强调。
(概要和原理)
图1是示出生成干涉条纹的照明装置2的原理的图。照明装置2形成干涉条纹3。照明装置2具有输入臂10、第一输出臂20、第二输出臂30、分波器40、相位调制器50、相位检测器60、控制器70以及光源80。
输入臂10、第一输出臂20以及第二输出臂30可以是光波导、光纤或它们的组合。
来自光源80的输入光L1被输入到输入臂10。输入光L1具有可干涉性，例如光源80可以使用半导体激光器、气体激光器、固体激光器、LED(发光二极管)等。输入光L1的波长没有特别限定。
分波器40使通过了输入臂10的输入光L2向第一输出臂20的入射端22和第二输出臂30的入射端32分支。输入到第一输出臂20的入射端22的光L21在第一输出臂20上传播，并从出射端24放射。同样地，输入到第二输出臂30的入射端32的光L22在第二输出臂30上传播，并从出射端34放射。来自出射端24的放射光L31与来自出射端34的放射光L32干涉，由此在假想的屏幕5上形成干涉条纹3。
相位调制器50根据来自控制器70的控制信号S1，使第一输出臂20和第二输出臂30中的至少一方的光路长度变化。由此，对来自第一输出臂20和第二输出臂30的两个出射光L31、L32赋予相位差Δφ，形成与相位差Δφ对应的干涉条纹3。控制器70控制相位差Δφ，以便得到所期望的干涉条纹3。
接着，对相位检测进行说明。入射到第一输出臂20的光L21的一部分在出射端24不放射而反射，返回到入射端22。将该光称为第一反射光L41。同样地，入射到第二输出臂30的光L31的一部分在出射端34不放射而反射，返回到入射端32。将其称为第二反射光L42。
相位检测器60根据将第一反射光L41和第二反射光L42合成而得到的返回光L5，检测出射光L31与L32的相位差Δφ。
以上是照明装置2的基本结构。接着，对相位检测的原理进行说明。
第一反射光L41和第二反射光L42分别在对应输出臂上往复1次。因此，入射端的第一反射光L41与第二反射光L42的相位差为2φ。返回光L5的强度I由式(1)给出。I0表示返回光L5的峰值强度。
I＝I0·cos2(Δφ)
＝I0/2×(1+cos(2Δφ)) (1)
图2是示出相位差Δφ与返回光L5的强度I的关系的图。因此，通过测定返回光L5的强度I，能够测定相位差Δφ。
对照明装置2的校准动作进行说明。控制器70对相位调制器50提供与所期望的相位差ΔφREF(例如π/4)对应的控制信号S1。相位调制器50根据控制信号S1，对第一输出臂20和第二输出臂30赋予相位差Δφ。
此时，如果在相位检测器60中测定的返回光L5的强度为IMEAS，则第一输出臂20和第二输出臂30的实际相位差ΔφACTUAL能够根据式(2A)或(2B)求出。
Figure BDA0002136519760000041
ΔφACTUAL＝{arccos(2IMEAS/I0-1)}/2…(2B)
峰值强度I0也可以使用预先规定的值。或者，也可以根据实测求出峰值强度I0。
(i)例如也可以一边连续或离散地扫描Δφ，一边测定返回光L5的强度I，根据强度I的平均值计算出峰值强度I0。
(ii)也可以检测出扫描Δφ得到的强度I的最大值。
(iii)也可以使Δφ在至少已知的3点变化，通过将在各点测定的强度I与式(1)拟合来计算出峰值强度I0。
以上是照明装置2的校准动作。根据该照明装置2，能够测定第一输出臂20和第二输出臂30各自的出射端24、34的实际的相位差Δφ。
另外，校准处理也可以在多个点(目标相位差ΔφREF)进行。
如上所述，包含在返回光L5中的两个反射光L41、L42的相位差是出射端24、34的相位差Δφ的2倍。即，通过基于返回光L5的强度的相位差检测，与出射端的相位差检测相比，能够实现2倍的检测灵敏度。
(反馈控制)
所测定的相位差ΔφACTUAL例如可以如下那样使用。控制器70也可以对控制信号S1进行反馈控制，以使得所测定的相位差ΔφACTUAL与目标相位ΔφREF一致。在反馈控制中可以使用PI(比例·积分)控制、PID控制(比例·积分·微分)控制。或者，也可以在模拟电路中使用误差放大器来构成反馈系统。由此，能够将出射端24和34的相位差设定为目标相位ΔφREF。
另外，也可以不进行反馈控制，而将测定出的相位差ΔφACTUAL用于图像处理，通过软件进行校准。
(偏移处理)
在图2中，假设返回光L2的强度没有偏移，但实际上也可能存在包含偏移分量的情况。偏移分量可能由分支部或返回光分波部设计、制造误差、测定返回光L2的强度的光检测器的暗电流等引起。包含偏移分量的返回光L2的强度由式(1a)给出。
I＝I0·cos2(Δφ)+IDC
＝I0/2×(1+cos(2Δφ))+IDC…(1a)
在该情况下，只要扫描相位差Δφ，测定返回光L2的强度I的最大值IMAX、最小值IMIN，设IDC＝IMIN、I0＝IMAX-IMIN，从测定的强度I中去除偏移分量，从而转换为式(1)的形式即可。由此，能够进行与不存在偏移的情况相同的处理。或者，最大值IMAX、最小值IMIN也可以使用事先获取的值(测定值、计算值、假定值)。
(颤动处理)
图3是对颤动处理进行说明的图。由图2可知，给出相同的测定值IMEAS的相位差ΔφACTUAL存在多个。在目标值ΔφREF与测定值ΔφACTUAL的误差不是那么大的情况下，在目标相位ΔφREF为π/4，3π/4，5π/4，7π/4···的附近的情况下，只要从相位差ΔφACTUAL的多个候选中选择接近目标相位ΔφREF的一个即可。
但是，如图3所示，当目标相位ΔφREF位于Δφ＝0，π/2，π，3π/2，2π···的附近时，多个相位差ΔφACTUAL的候选以隔着目标相位ΔφREF的方式接近地出现，而无法选择正确的相位差。即，可检测的相位差的范围比π/2窄。
因此，控制器70能够使目标相位ΔφREF向规定的方向变化，根据此时的测定强度IMEAS的变化方向来选择相位差ΔφACTUAL。例如，在图3的例子中，在使ΔφREF增加规定的宽度α时，如果测定强度IMEAS减少，则ΔφACTUAL1给出正确的相位差，如果测定强度IMEAS增加，则ΔφACTUAL2给出正确的相位差。
反之，如果减少ΔφREF的结果是测定强度IMEAS增加，则ΔφACTUAL1给出正确的相位差，如果测定强度IMEAS减少，则ΔφACTUAL2给出正确的相位差。
通过这样并用颤动处理，能够从相位差ΔφACTUAL的多个候选中选择适当的一个。换言之，能够将可检测的相位差的范围从无颤动的π/2扩展到π。
本发明涉及作为图1的框图而被理解、或者从上述的说明中导出的各种装置和方法，并不限于特定的结构。以下，不是为了缩窄本发明的范围，而是为了帮助理解发明的本质和电路动作，另外，为了明确它们，对更具体的实施例和变形例进行说明。
以下，作为照明装置2的用途，以内窥镜镜体为例，说明几个实施例。
(第一实施例)
图4是示出第一实施例的照明装置2A的图。内窥镜镜体在功能上具有对观察对象物照射光的照明装置和测定对象物反射的光的摄像装置。在三维形状计测中，照明装置对对象物照射干涉条纹，一边使干涉条纹移位一边拍摄多个图像，通过运算处理复原对象物的三维形状。在该用途中，照明装置也被称为干涉条纹投影仪等。内窥镜镜体用于医疗用途或工业用途，但并不限于此。
另外，内窥镜镜体在构造上具有前端部4和插入部6。前端部4是收纳照明装置的一部分和摄像装置的部分，由金属等硬质的部件构成外表面。插入部6由具有挠性的部件构成，通过使前端部4的附近屈曲，能够调整前端部4的朝向。因此，内窥镜镜体构成为柔性镜，与插入部6相比，前端部4的挠性低。在插入部6的内侧贯穿插入有光纤82、布线83等。在变形例中，也可以是以插入部6不具有挠性的方式构成的硬性镜的内窥镜镜体。
在照明装置2A中，第一输出臂20、第二输出臂30、分波器40以及第二输出臂30与未图示的摄像装置一起被收纳于前端部4。光源80的出射光经由插入于内窥镜镜体的插入部6的内侧的光纤82输入到前端部4。光纤82可以是输入臂10的一部分。
对前端部4的结构进行说明。图5是示出前端部4的一部分的俯视图。前端部4的一部分被集成在光集成电路100中。具体而言，光集成电路100是石英类的平面光波电路(PLC：Planer Lightwave Circuit)，形成有波导WG1、WG2、WG3和分波器40。波导WG1、WG2、WG3分别与输入臂10、第一输出臂20、第二输出臂30的一部分(或者全部)对应，波导WG2的端部对应于第一输出臂20的输出端24，波导WG3的端部对应于第二输出臂30的输出端34。
波导WG1与光纤82耦合，输入来自光源80的输入光L2。分波器40是Y分支波导，使输入侧的波导WG1的光L1向输出侧的两个波导WG2、WG3分支。分波器40的分割比是任意的，但优选以1∶1进行分割，以提高干涉条纹的对比度比。此外，分波器40可以使用具有光分配功能的定向耦合器、MMI耦合器、星形耦合器等。
光源80是半导体激光元件等固体激光光源。光源80的输出波长没有特别限定，例如可以使用波长λ＝635nm的红色光。
波导WG2、WG3的至少一方的光路长度(即折射率)构成为可变。相位调制器50利用热光效应使波导WG3的光路长度变化。相位调制器50具有薄膜加热器52、电极54以及电极56。薄膜加热器52形成在波导WG2、WG3的至少一方(这里为波导WG3)的上部。薄膜加热器52例如可以使用Cr(铬)等金属。电极54、56从薄膜加热器52的两端引出，能够从外部提供电力。控制器70对电极54、56间提供电压信号或电流信号来作为控制信号S1。由此，薄膜加热器52根据控制信号S1而发热，能够通过热光效应使薄膜加热器52的正下方的波导WG3的折射率变化。
在变形例中，相位调制器50也可以利用电光效应、载流子等离子体色散效应、光弹性效应等。
返回到图4。相位检测器60具有返回光分波部62和第一光检测器PD1。在一个实施例中，返回光分波部62是循环器，具有端口PORT1～PORT3。第一端口PORT1与光源80连接，第二端口PORT2与输入臂10连接。返回光分波部62从第二端口PORT2输出从光源80向第一端口PORT1的输入光。来自第一输出臂20和第二输出臂30的返回光L5被输入到返回光分波部62的第二端口P2。返回光分波部62将输入到第二端口P2的返回光L5从第三端口PORT3输出。在使用循环器作为返回光分波部62的情况下，能够抑制入射到第二端口PORT2的返回光返回到第一端口PORT1侧的光源80。
第一光检测器PD1测定来自返回光分波部62的第三端口PORT3的输出光L5的强度。第一光检测器PD1的输出S2被输入到控制器70。控制器70能够根据第一光检测器PD1的输出S2所表示的返回光L5的强度I，计算出相位差ΔφACTUAL。
以上是第一实施例的照明装置2A的结构。根据第一实施例，通过利用返回光分波部62，能够测定返回光L5的强度，检测出比分波器40靠前端侧的两个臂20、30的相位差Δφ。
在第一实施例中，还具有供插入部6贯穿插入的光纤82的根数为1根就足够的优点。部件数量少对可靠性的提高有很大贡献。
图6是变形例的光集成电路100的俯视图。在该变形例中，输出侧的波导WG2和WG3形成为具有相当于π/4的初始相位差。在图6中，示意性地将波导WG2的物理长度描绘得较长，但并不限于此，也可以通过使折射率不同而产生光路差。
通过与图5的光集成电路100的对比，图6的光集成电路100的优点变得明确。因此，首先参照图2对在图5的光集成电路100中产生的问题点进行说明。在三维形状计测中，两个输出臂的相位差在多个值中进行切换。这里，使用了0、π/2、π、3π/2(0度、90度、180度、270度)这4个存储空间作为多个相位差Δφ。在这种情况下，如图2所示，所测定的返回光L5的强度为峰值I0或零的附近，使用斜率小、即检测灵敏度低的区域。这里的检测灵敏度能够理解为强度I的变化量dI相对于相位差Δφ的变化量dΔφ的比dI/dΔφ。另外，还存在并用上述的颤动处理的必要性增加的情况。
图7是示出图6的光集成电路100中的相位差Δφ与返回光L5的强度I的关系的图。通过对两个输出臂20、30赋予光程差，相位差Δφ与强度I的关系与图2的相比，移位了π/4。由此，在Δφ＝0、π/2、π、3π/2(0度、90度、180度、270度)下，利用检测灵敏度高的区域(强度I的斜率大的区域)，能够测定实际的相位差ΔφACTUAL。
另外，图6的变形例不限于第一实施例，也可以与以下说明的各种实施例进行组合。
(第二实施例)
图8的(a)、(b)是示出第二实施例的照明装置2B的图。在第一实施例中，使用与输入光L2共同的光纤82将返回光L5返回到第一光检测器PD1。与此相对，在第二实施例中，返回光L5经由不同于输入光L2的光纤84返回。光纤84与光纤82一起被收纳于插入部6。
图8的(b)是第二实施例的光集成电路100B的俯视图。分波器40B由具有第一输入路41、第二输入路42、第一输出路43、第二输出路44的2×2耦合器构成。第一输入路41与相当于输入臂10的输入侧的波导WG1连接，第一输出路43与相当于第一输出臂20的波导WG2连接，第二输出路44与相当于第二输出臂30的波导WG3连接。第二输入路42经由波导WG4与光纤84连接。
分波器40B将输入到第一输入路41的光向第一输出路43、第二输出路44分支。另外，分波器40B使输入到第一输出路43和第二输出路44的光分支(分配)到第二输入路42(和第一输入路41)。
第一输出臂20和第二输出臂30中的反射光L41、L42的一部分分支到波导WG4，并输入到光纤84。相位检测器60测定经由光纤84返回的返回光L5的强度。
以上是照明装置2B的结构。在该照明装置2B中，分波器40B能够理解为一体形成了返回光分波部62和分波器40。根据该照明装置2B，不需要图4的返回光分波部62。能够提供到前端部4B的光的能量受到返回光分波部62的制约，但根据照明装置2B，能够不受该制约地提供较大的能量。另外，一般来说，由于光纤比循环器廉价，因此有助于低成本化。
(第三实施例)
图9的(a)、(b)是示出第三实施例的照明装置2C的图。在第三实施例中，第二光检测器PD2设置于前端部4C。在插入部6的内部，代替图8的(a)的光纤84而贯穿插入有布线85，该布线85传送第二光检测器PD2的输出信号S2。
在图9的(b)中示出光集成电路100C的俯视图。分波器40C与图8的(b)的分波器40B同样地是2×2耦合器。在光集成电路100C中集成有第二光检测器PD2，从第二输入路42输出的返回光L5入射到第二光检测器PD2。第二光检测器PD2的输出信号S2经由布线85输入到控制器70。
以上是照明装置2C的结构。根据第三实施例，与第二实施例(图8)相比，不需要光纤84。一般来说，由于电布线85比光纤廉价，因此有助于低成本化。另外，光纤因弯曲而使传播损失变化。在第二实施例(图8)中，由于返回光L5在光纤84中传播，因此由第二光检测器PD2测定出的返回光L5的强度I会受到光纤84弯曲的影响。与此相对，根据第三实施例，在光集成电路100C(前端部4C)中，由于测定了返回光L5的强度I，因此不容易受到光纤的弯曲的影响。
(第四实施例)
图10是示出第四实施例的照明装置2D的图。第四实施例能够理解为第一实施例与第二实施例的组合。前端部4D的结构与图8的(a)的前端部4C相同。从分波器40C的第一输入路对光纤82输入第一返回光L51，从分波器40C的第二输入路对光纤84输入第二返回光L52。
相位检测器60包含返回光分波部62、第一光检测器PD1、第二光检测器PD2。第一光检测器PD1测定从返回光分波部62的第三端口PORT3输出的第一返回光L51的强度，生成表示该强度的检测信号S21。第二光检测器PD2测定第二返回光L52的强度，生成表示该强度的检测信号S22。控制器70根据第一光检测器PD1的输出S21和第二光检测器PD2的输出S22，检测相位差Δφ。
以上是照明装置2D的结构。接着对其动作进行说明。图11是示出图10的照明装置2D中的相位差Δφ与两个返回光L51、L52的关系的图。两个返回光L51、L52相对于相位差Δφ呈明暗反转的互补关系。因此，根据相位差Δφ的值，通过利用返回光L51、L52各自的强度I1、I2中的较大的一方，能够提高S/N比。
两个强度I1、I2之和I1+I2是恒定的，给出峰值强度I0。因此，控制器70也可以根据两个强度I1、I2之和来求出峰值强度I0。更优选的是，也可以通过将两个强度I1、I2分别除以(I1+I2)来归一化。归一化后的值A1和A2由以下式子给出。
A1＝I1/(I1+I2)＝cos2(Δφ)…(3a)
A2＝I2/(I1+I2)＝1-cos2(Δφ)…(3b)
控制器70选择A1、A2中的值大的一方，能够根据式(3a)、(3b)中的对应的一方求出Δφ。通过使用归一化后的值，可以消除由光纤的弯曲引起的峰值强度I0的变化的影响。
在像第四实施例那样并用两个光检测器的情况下，在两个光检测器的测定强度(I1、I2)中包含偏移分量的情况下，只要进行以下的处理即可。
I1＝I01·cos2(Δφ)+IDC1
I2＝I02·cos2(Δφ)+IDC2
对于强度I1，获取最大值IMAX1、最小值IMIN1，设IDC1＝IMIN1、I01＝IMAX1-IMIN1。同样地，对于强度I2，获取最大值IMAX2、最小值IMIN2，设IDC2＝IMIN2、I02＝IMAX2-IMIN2。
而且，也可以通过以下的关系式来求出归一化后的值A1、A2。
A1＝I01/(I01+I02)＝cos2(Δφ)…(3a’)
A2＝I02/(I01+I02)＝1-cos2(Δφ)…(3b’)
(第五实施例)
图12的(a)、(b)是示出第五实施例的照明装置2E的图。如图12的(a)所示，在第五实施例中，也与第四实施例同样地，利用检测两个返回光L51、L52的两个光检测器PD1、PD2。在第五实施例中，两个光检测器PD1、PD2设置于前端部4E。
图12的(b)是第五实施例的光集成电路100E的俯视图。分波器40E与分波器40B、40C同样地是2×2耦合器。相位检测器60E具有集成在光集成电路100E中的第一光检测器PD1、第二光检测器PD2以及子分波器64。
子分波器64将与2×2耦合器(40E)的第一输入路41对应的返回光L51向光源侧的臂和检测用臂66分配。第一光检测器PD1测定分配给检测用臂66的光L51的强度。第二光检测器PD2与图9的(b)同样地测定来自第二输入路42的输出光的强度。
第一光检测器PD1、第二光检测器PD2各自的输出(检测信号)S21、S22经由电布线86、85而提供给控制器70。控制器70根据两个检测信号S21、S22，检测相位差Δφ。
以上是照明装置2E的结构。根据照明装置2E，与图10的照明装置2D相比，能够省略返回光分波部62和光纤84。
在图10中，也可以将第一光检测器PD1内置于前端部4D(光集成电路100)，省略返回光分波部62。
(第六实施例)
图13的(a)、(b)是示出第六实施例的照明装置2F的图。该照明装置2F被理解为是将图4的照明装置2A多波长化而得的装置。
光源80F除了产生用于形成干涉条纹的光λ1之外，还产生相位差检测用的波长不同的光λ2。例如，光源80F可以包含振荡波长不同的两个激光二极管，也可以包含波长可调激光器。波长不同的光λ1、λ2由复用器88进行合波。例如，作为两个波长，也可以使用λ1＝633nm和λ2＝540nm。
相位检测器60F具有返回光分波部62、解复用器68以及两个光检测器PD11、PD12。解复用器68对包含在返回光L5中的波长不同的光λ1、λ2进行分波。两个光检测器PD11、PD12分别检测对应的波长的光λ1、λ2的强度。
以上是照明装置2F的结构。接着对其动作进行说明。图14是示出图13的(a)的照明装置2E中的相位差Δφ与返回光的强度的关系的图。在提供某个控制信号S1时，两个输出臂20、30的相位差Δφ按每个波长而不同。这里，设相对于波长λ2的相位差为Δφ2，设作为测定对象的相对于波长λ1的相位差为Δφ而加以区分。
在像上述那样仅使用单波长的光λ1的情况下，赋予相同的强度Ix的相位差存在多个ΔφA、ΔφB。
在第五实施例中，关于多个波长λ1、λ2，通过测定返回光L5的强度Ix、Iy的对，能够求出正确的相位差Δφ。Δφ1与Δφ2的大小关系按相位差Δφ(控制信号S1)的范围变化。在图14的例子中，如果波长λ2的强度为Iy1，则关于波长λ1，ΔφA为正确的相位，如果波长λ2的强度为Iy2，则关于波长λ1，ΔφB为正确的相位。通过这样测定多个波长的强度，能够检测出正确的相位Δφ1。
更详细地说，相位差Δφ可以按照以下的步骤计算。图15的(a)～(d)是示出相位差的计算方法的图。在图15的(a)～(d)中，相位差的单位为度(Degree)。图15的(a)示出光检测器PD11的检测强度Ix、光检测器PD12的检测强度Iy。使用式(2A)或(2B)，根据Ix计算出Δφ，根据Iy计算出Δφ2(图15(b))。
接着，针对Δφ、Δφ2，分别反转斜率为负的区域，得到Δφ’、Δφ2’(图15(c))。接着，计算Δφ’-Δφ2’。通过将Δφ’-Δφ2’归一化为小于0的范围，能够得到应求出的相位差Δφ。
以上是第五实施例的动作。关于第五实施例，在第一实施例的基础上，能够将相位差检测的范围扩大到与使用波长λ＝λ1·λ2/(λ1-λ2)时相同，该波长λ相当于两个波长λ1、λ2的拍(beat)。
(第六实施例)
图16是示出第六实施例的照明装置2G的图。该照明装置2G能够理解为第五实施例的变形。光源80G生成3个波长光λ1～λ3。λ1是用于生成干涉条纹的光，λ2和λ3是相位检测用的光。即，关于相位检测，第六实施例的两个光λ2和λ3与第五实施例中的光λ1、λ2相对应。复用器88对3个波长的光λ1～λ3进行合波。包含3个波长的输入光L2在光纤82中传播并输入到前端部4G。
在前端部4G，λ1透过第一输出臂20的出射端24、第二输出臂30的出射端34，λ2和λ3在第一输出臂20的出射端24、第二输出臂30的出射端34以反射的方式被实施了波长滤波器涂层。由此，光λ1向空间放射而形成干涉条纹。另外，光λ2和λ3在出射端24、34反射，作为返回光L5而输入到相位检测器60G。
相位检测器60G具有与图13的(a)的相位检测器60F相同的结构。解复用器68将返回光L5分波为波长λ2和λ3。
控制器70根据光检测器PD11和PD12的输出，检测相位差。相位检测的方法如在第五实施例中说明的那样。
根据第六实施例，能够与利用了光λ1的干涉条纹的形成平行地利用两个光λ2、λ3检测两个输出臂20、30的相位差。
另外，由于不需要将用于生成干涉条纹的波长的光λ1用于相位差检测，因此能够提高照射效率。另外，由于使用用于相位差检测的光λ2、λ3，因此与利用λ1的光的一部分的情况相比，能够提高检测灵敏度。
(第七实施例)
图17是示出第七实施例的照明装置2H的图。在到此为止的实施例中，在前端部4G中光被分支成两个，但在第七实施例中被分支成三个。照明装置2H的除了前端部4G以外的部分具有与图16的照明装置2G相同的结构。
对前端部4H进行说明。在前端部4H，入射到输入臂10的光被分支到第一输出臂20、第二输出臂30、第三输出臂31。因此，在前端部4H设置3分支的分波器40H。相位调制器50根据来自控制器70的控制信号S11使第二输出臂30的光路长度变化，相位调制器51根据控制信号S12使第三输出臂31的光路长度变化。
在前端部4H的出射端实施了波长滤波器涂层。在第一输出臂20的出射端24，光λ1、λ2一部分透过、一部分反射。在第二输出臂30的出射端34，光λ1全透过，λ2一部分透过，一部分反射。在第三输出臂31的出射端35，光λ2全透过，λ1一部分透过，一部分反射。
以上是照明装置2H结构。接着对其动作进行说明。
包括在返回光L5中的波长λ1的分量表示第一输出臂20与第三输出臂31这一对的相位差。因此，能够根据光检测器PD11的输出，检测第一输出臂20与第三输出臂31这一对的相位差。
包括在返回光L5中的波长λ2的分量表示第一输出臂20与第二输出臂30这一对的相位差。因此，能够根据光检测器PD12的输出，检测第一输出臂20与第二输出臂30这一对的相位差。
根据第七实施例，能够检测出彼此不同的两个光路(输出臂)的相位差。如果增加波长的数量，则能够对数量多于3个的输出臂进行相位差的检测。
(第八实施例)
图18是示出第八实施例的照明装置2I的图。该照明装置2I能够理解为图10的照明装置2D(第四实施例)的变形，除了照明装置2D之外，还具有光纤90、92。光纤90与前端部4D的波导(WG2)的出射端24耦合，与前端部4D的波导(WG2)一起构成第一输出臂20。同样地，光纤92与前端部4D的波导(WG3)的出射端34耦合，与前端部4D的波导(WG3)一起构成第二输出臂30。另外，光纤90、92也可以使用多芯光纤。
根据第八实施例，能够检测包含光纤90、92的输出臂20、30整体的相位差。另外，由于光纤90、92的前端成为空间中的光出射部，因此能够小型化，处理的自由度提高。
另外，关于其他实施例，也可以与第八实施例同样地追加光纤90、92。
标号说明
2：照明装置；4：前端部；6：插入部；10：输入臂；20：第一输出臂；22：入射端；24：出射端；30：第二输出臂；32：入射端；34：出射端；40：分波器；41：第一输入路；42：第二输入路；43：第一输出路；44：第二输出路；50：相位调制器；52：薄膜加热器；54、56：电极；60：相位检测器；62：返回光分波部；64：子分波器；66：检测用臂；68：解复用器；70：控制器；80：光源；82、84：光纤；85、86：布线；88：复用器；90、92：光纤；100：光集成电路；PD1：第一光检测器；PD2：第二光检测器。
工业上的可利用性
本发明能够用于照明装置。

Claims (5)

1.一种照明装置，其生成干涉条纹，其中，
该照明装置具有：
输入臂，其接收来自光源的输入光；
第一输出臂；
第二输出臂；
分波器，其使通过了所述输入臂的所述输入光向所述第一输出臂和所述第二输出臂分支；
相位调制器，其使所述第一输出臂的出射光与所述第二输出臂的出射光之间的相位差变化；以及
相位检测器，其根据所述第一输出臂的前端处的第一反射光与所述第二输出臂的前端处的第二反射光合成而得的返回光，检测所述第一输出臂的出射光与所述第二输出臂的出射光之间的相位差；
所述第一输出臂的出射光与所述第二输出臂的出射光之间的初始相位差为π/4，
所述相位检测器包含：
返回光分波部，其具有与所述光源连接的第一端口、与所述输入臂连接的第二端口、以及将从所述输入臂向所述第二端口的输入光输出的第三端口；以及
第一光检测器，其测定来自所述第三端口的输出光的强度。
2.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，
所述分波器包含2×2耦合器，该2×2耦合器具有第二输入路、与所述输入臂连接的第一输入路、与所述第一输出臂连接的第一输出路、以及与所述第二输出臂连接的第二输出路，
所述相位检测器包含第二光检测器，该第二光检测器测定来自所述第二输入路的返回光的强度。
3.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，
所述分波器包含2×2耦合器，该2×2耦合器具有第二输入路、与所述输入臂连接的第一输入路、与所述第一输出臂连接的第一输出路、以及与所述第二输出臂连接的第二输出路，
所述相位检测器还包含第二光检测器，该第二光检测器测定来自所述第二输入路的返回光的强度，该相位检测器根据所述第一光检测器的输出和所述第二光检测器的输出，检测所述相位差。
4.根据权利要求2所述的照明装置，其特征在于，
所述相位检测器还包含：
子分波器，其将与所述2×2耦合器的所述第一输入路对应的返回光分配给所述光源侧的臂和检测用臂；以及
第一光检测器，其测定分配给所述检测用臂的光的强度，
该相位检测器根据所述第一光检测器的输出和所述第二光检测器的输出，检测所述相位差。
5.一种照明装置，其生成干涉条纹，其中，
该照明装置具有：
输入臂，其接收来自光源的输入光；
第一输出臂；
第二输出臂；
分波器，其使通过了所述输入臂的所述输入光向所述第一输出臂和所述第二输出臂分支；
相位调制器，其使所述第一输出臂的出射光与所述第二输出臂的出射光之间的相位差变化；以及
相位检测器，其根据所述第一输出臂的前端处的第一反射光与所述第二输出臂的前端处的第二反射光合成而得的返回光，检测所述第一输出臂的出射光与所述第二输出臂的出射光之间的相位差；
所述第一输出臂的出射光与所述第二输出臂的出射光之间的初始相位差为π/4，
所述光源能够生成波长不同的多个输入光，
所述相位检测器具有：
解复用器，其将所述返回光向与多个波长对应的多个路径分支；以及
多个光检测器，它们测定被所述解复用器分支后的每个波长的光的强度，
该相位检测器根据所述多个光检测器的输出，检测所述相位差。
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