CN113390333A - 光干涉测量装置 - Google Patents

光干涉测量装置 Download PDF

Info

Publication number
CN113390333A
CN113390333A CN202110178051.3A CN202110178051A CN113390333A CN 113390333 A CN113390333 A CN 113390333A CN 202110178051 A CN202110178051 A CN 202110178051A CN 113390333 A CN113390333 A CN 113390333A
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
measurement
optical
port
wavelength
Prior art date
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
Application number
CN202110178051.3A
Other languages
English (en)
Inventor
木村和哉
早川雅之
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Omron Corp
Original Assignee
Omron Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=74591849&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=CN113390333(A) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Omron Corp filed Critical Omron Corp
Publication of CN113390333A publication Critical patent/CN113390333A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02001—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties
    • G01B9/02007—Two or more frequencies or sources used for interferometric measurement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02015—Interferometers characterised by the beam path configuration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/026—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring distance between sensor and object
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02001—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties
    • G01B9/02002—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties using two or more frequencies
    • G01B9/02003—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties using two or more frequencies using beat frequencies
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/0209—Low-coherence interferometers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/32—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
    • G01S17/34—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated using transmission of continuous, frequency-modulated waves while heterodyning the received signal, or a signal derived therefrom, with a locally-generated signal related to the contemporaneously transmitted signal
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S17/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4814—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of transmitters alone
    • G01S7/4815—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of transmitters alone using multiple transmitters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4818—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements using optical fibres

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

一种光干涉测量装置，在不导致装置大型化的情况下以低成本提供引导光照射功能。光干涉测量装置具备：第1光源，其输出具有红外区域的波长的测量光；第2光源，其输出具有可见区域的波长的引导光；光纤耦合器，其至少具有输入上述测量光的第1端口、输入上述引导光的第2端口以及输出上述测量光和上述引导光耦合得到的耦合光的第3端口；测量部，其向测量对象照射上述耦合光，接收由上述测量对象反射的返回光；以及处理部，其根据上述返回光和参照光的干涉信号，计算与上述测量对象的距离、速度或振动有关的信息。上述光纤耦合器由截止波长比上述测量光的波长短且比上述引导光的波长长的单模光纤构成。

Description

光干涉测量装置
技术领域
本发明涉及利用光干涉的测距技术。
背景技术
已知这样一种技术：将相干测量光照射到测量对象上，并且基于该测量光的反射光(返回光)和参照光之间的干涉信号来测量距离、速度、振动等(参见专利文献1)。在这种光干涉测量装置中，一般使用红外线激光等不可见光作为测量光。
专利文献1：国际公开第2017/187510号
发明内容
发明要解决的问题
在FA(Factory Automation：工厂自动化)用的传感器中，希望通过目视确认测量位置、即测量光照射到测量对象的哪里的需求强烈。因此，本发明人们在将光干涉测量装置扩展到FA用途时，研究了附加除了测量光以外还照射视觉上表示测量位置的引导光的功能。
作为引导光照射功能的实现方法，可以考虑与测量光的照射光学系统相独立地设置引导光的照射光学系统的结构以及将测量光和引导光合成并从共同的照射光学系统照射到测量对象的结构。但是，前者的结构存在两个照射光学系统的光轴对准困难，并且导致测量头的大型化的问题。另一方面，在后者的结构的情况下，由于通常用作对不同波长的光进行合波的手段的WDM(Waveling Division Multiplexing：波分复用)耦合器价格高而难以采用。另外，也可以考虑使用分色镜的方法，但存在导致部件数量增加、装置主体大型化的问题。
本发明是鉴于上述实际情况而完成的，其目的在于在不导致装置的大型化的情况下以低成本提供光干涉测量装置的引导光照射功能。
用于解决问题的方案
本公开包括一种光干涉测量装置，其特征在于，具有：第1光源，其输出具有红外区域的波长的测量光；第2光源，其输出具有可见区域的波长的引导光；光纤耦合器，其至少具有输入所述测量光的第1端口、输入所述引导光的第2端口以及输出所述测量光和所述引导光耦合得到的耦合光的第3端口；测量部，其向测量对象照射所述耦合光，接收由所述测量对象反射的返回光；以及处理部，其根据所述返回光和参照光的干涉信号，计算与所述测量对象的距离、速度或振动有关的信息，所述光纤耦合器由截止波长比所述测量光的波长短并且比所述引导光的波长长的单模光纤构成。
根据该结构，由于测量光和引导光照射到相同的位置，所以通过在测量对象的表面出现的光点(spot)，可以目视确认测量位置(测量光照射到的位置)。另外，通过使用由截止波长比测量光的波长短且比引导光的波长长的单模光纤构成的光纤耦合器，能够低成本地实现测量光和引导光的合成单元，并且装置主体、测量部的小型化变得容易。
所述光纤耦合器的从所述第1端口到所述第3端口的路径的耦合比可以为50％以上。通过增加引导至测量部的测量光的比例，能够增强投射至测量对象的测量光的功率，能够实现测量精度的提高。
所述第1光源可以是波长扫描光源。因此，可以容易地实现使用FMCW的干涉仪。
所述引导光可以是红色光。这是因为测量光(红外线)和引导光的波长越接近，测量部的光学系统中的色像差的影响越小。
所述测量部可以具有校正了色像差的光学系统。由此，能够尽可能地减小因色像差引起的测量光与引导光的投射位置的偏离。
所述参照光可以是所述耦合光的一部分被设置在所述光纤耦合器的所述第3端口与所述测量部之间的光路中的参照面反射的光。由此，可以使参照光和测量光(返回光)的光路相同，因此可以提高对温度变化、振动的稳健性。
所述参照面可以是与所述测量部连接的光纤的端面。由此，能够实现结构的简单化及小型化。
所述参照光可以是利用设置在所述第1光源与所述光纤耦合器的所述第1端口之间的光路上的分支器分支出所述测量光的一部分的光。或者，所述参照光也可以是利用在所述光纤耦合器的所述第3端口与所述测量部之间的光路上设置的分支器分支出所述耦合光的一部分的光。或者也可以是，所述光纤耦合器还具有输出所述耦合光的第4端口，所述参照光是从所述第4端口输出的光。
本发明可以理解为具有上述结构的至少一部分的光干涉测量装置、距离测量装置、测距传感器等。另外，上述各个单元和处理可以尽可能地相互组合来构成本发明。
发明的效果
根据本发明，能够在不导致装置的大型化的情况下以低成本实现光干涉测量装置的引导光照射功能。
附图说明
图1是示意性地表示光干涉测量装置的基本结构的图。
图2是示意性地表示光干涉测量装置的外观的图。
图3是示意性地表示第1实施方式的光干涉测量装置的结构的图。
图4是示意性地表示第2实施方式的光干涉测量装置的结构的图。
图5是示意性地表示第3实施方式的光干涉测量装置的结构的图。
图6是示意性地表示第3实施方式的光干涉测量装置的变形例的图。
图7是示意性地表示第3实施方式的光干涉测量装置的变形例的图。
图8是示意性地表示第4实施方式的光干涉测量装置的结构的图。
图9是示意性地表示第4实施例的光干涉测量装置的变形例的图。
图10是示意性地表示第4实施例的光干涉测量装置的变形例的图。
标号说明
1：光干涉测量装置；10：测量头；10a：光学系统；11：测量光源；12：引导光源；13：光纤耦合器；14：循环器；15：检测器；16：处理部；17：AD转换器；20：控制器；31、32、40、41、51～53、60～64：光纤耦合器；33、63：差分检测器；34：时钟产生器；50：反射器；F1～F10、F40～F45、F60～F63：光纤；L1：测量光；L2：引导光；L3：耦合光；L4：返回光；L5：参照光；L6：干涉信号；MI：主干涉仪；SI：副干涉仪；O：测量对象；Op：光点(spot)；RP：参照面。
具体实施方式
<应用例>
参照图1，说明应用了本发明的光干涉测量装置的基本结构和动作的一例。
光干涉测量装置1是用于利用光干涉对测量对象O的距离、速度或振动进行测量的装置。光干涉测量装置1具有测量头(测量部)10、输出测量光L1的测量光源11(第1光源)、输出引导光L2的引导光源12(第2光源)、光纤耦合器13、循环器14、检测器15、处理部16、AD转换器17、光纤F1～F5，作为主要结构。在此，作为一例使用菲佐型的干涉仪，但也可以使用马赫-曾德尔型、迈克尔逊型、其他干涉仪。测量光L1使用具有红外区域的波长的光，引导光L2使用具有可见区域的波长的光。
当测量光L1通过光纤F1输入到光纤耦合器13，并且引导光L2通过光纤F2输入到光纤耦合器13时，从光纤耦合器13输出测量光L1和引导光L2的耦合光L3。该耦合光L3经由光纤F3、循环器14以及光纤F4被导向测量头10，从测量头10投射到测量对象O。根据该结构，由于测量光L1和引导光L2照射到相同的位置，所以根据在测量对象O的表面出现的光点(spot)Op，可以目视确认测量位置(测量光L1照射到的位置)。
被测量对象O反射并被测量头10接收的光作为返回光L4被引导至光纤F4。另一方面，耦合光L3的一部分在参照面RP反射，作为参照光L5被导向光纤F4。返回光L4和参照光L5的干涉信号(差拍信号)L6经由循环器14被引导至检测器15，在被光电转换之后经由AD转换器17被输入至处理部16。该干涉信号L6包含与返回光L4和参照光L5之间的光程差、即测量对象O的距离对应的频率成分。因此，通过在处理部16中对干涉信号L6进行频率分析，能够得到测量对象O的距离、速度、振动等的信息。
这里，作为光纤耦合器13，优选使用由截止波长比测量光L1的波长短且比引导光L2的波长长的单模光纤构成的单模光纤耦合器。由此，能够以低成本实现测量光L1和引导光L2的合成单元。另外，引导光L2以多模传播，但由于对距离等的测量没有影响，所以不会特别成为问题。
以下，示出光干涉测量装置1的具体结构例。在各结构例的附图中，对与图1的基本结构对应的部分标注相同的标号。
<第1实施方式>
参照图2和图3，说明第1实施方式的光干涉测量装置的结构。图2是示意性地表示光干涉测量装置的外观的图，图3是示意性地表示光干涉测量装置的硬件结构的图。
本实施方式的光干涉测量装置1是通过相干FMCW(Frequency ModulatedContinuous Wave：调频连续波)进行测量对象O的测距的装置。光干涉测量装置1大致具有控制器(装置主体)20和测量头10，在测量头10的末端进行测量光的照射和反射光的接收。控制器20具有：输出测量光L1的测量光源11、输出引导光L2的引导光源12、光纤耦合器13、循环器14、检测器15、AD转换器17、处理部16、光纤耦合器31、光纤耦合器32、差分检测器33、时钟产生器34、光纤F1～F10，作为主要结构。
由循环器14、测量头10以及光纤F3～F5构成菲佐型的主干涉仪MI，另外，由光纤耦合器31、32以及光纤F7、F8构成副干涉仪SI。主干涉仪MI是测量用的干涉仪，副干涉仪SI是用于对测量光源11的特性进行校正的干涉仪。
测量光源11是能够输出相干测量光L1的光源。由于是FMCW，使用能够在时间上扫描测量光L1的波长的波长扫描光源。波长扫描光源例如有电流调制方式的VCSEL、MEMS驱动方式的VCSEL、SSG-DBR等，可以使用任意方式的光源。在本实施方式中，从低成本的优点出发，使用电流调制方式的VCSEL。作为测量光L1，例如使用波长1310nm～1550nm左右的近红外线激光。另外，在本实施方式中，进行基于三角波的波长扫描，但也可以通过正弦波、锯齿波、其他波形进行波长扫描。
引导光源12是输出引导光L2的光源。只要是可见光，则可以使用任何波长的光，在本实施方式中使用红色激光。这是因为测量光L1和引导光L2的波长越近，测量头10的光学系统中的色像差的影响越小。另外，与其他颜色相比，红色激光光源具有成本低的优点。
光纤耦合器13是2输入×2输出的光纤耦合器。测量光L1经由光纤F1输入到光纤耦合器13的第1端口，引导光L2通过光纤F2输入到光纤耦合器13的第2端口。然后，从第3端口及第4端口输出测量光L1和引导光L2的耦合光L3。第3端口与主干涉仪MI侧的光纤F3连接，第4端口与副干涉仪SI侧的光纤F6连接。
在本实施方式中，使用由截止波长比测量光L1的波长短且比引导光L2的波长长的单模光纤构成的单模光纤耦合器13。此时，耦合比(分支比)可以设定为从第1端口至第3端口的路径的耦合比为50％以上。这是因为，通过增加分支到主干涉仪MI侧的测量光L1的比例，能够增强投射到测量对象O上的测量光L1的功率，能够实现测量精度的提高。
循环器14是具有将从光纤F3输入的光向光纤F4输出、将从光纤F4输入的光向光纤F5输出的功能的光纤部件。也可以使用光纤耦合器来代替循环器14。
测量头10是进行耦合光L3向测量对象O的投射以及由测量对象O反射的光的接收的单元。测量头10例如具有在直径约1.5cm、长度约3cm的圆筒形或方形的镜筒内设置有光学系统10a的结构。光学系统10a可以是用于投射平行光束的准直透镜，也可以是用于使光束会聚到测量对象O上的测量位置的聚光透镜。作为光学系统10a，可以使用色像差被校正后的透镜(也称为Achromatic Lens、消色差透镜)。由于测量光L1和引导光L2的波长不同，所以当使用色像差大的透镜时，2条光线产生偏离，引导光L2的光点有可能不能正确地指示测量位置。对此，通过使用色像差被校正后的透镜，能够尽可能地减小2条光线的偏离，能够确保引导光L2的投射位置的正确性。
在循环器14和测量头10之间的路径上设置有参照面RP。参照面RP是用于反射耦合光L3的一部分而形成参照光L5的结构。通过这样的构成，因为能够以相同的光纤构成参照光L5和测量光(返回光L4)的光路，所以能够抵消温度变化、振动的影响，能够提高稳健性。
当参照光L5的光量较大时，由于散粒噪声(shot noise)等与信号量一起增加的噪声的原因，SN变差。因此，基准面RP的反射率优选小于50％，更优选为10％以下。参照面RP的形成方法没有特别限定。例如，也可以通过在光纤F4的端面蒸镀部分反射镜来形成参照面RP。或者也可以使光纤F4的端面为与光轴垂直的平面，在光纤F4和测量头10之间形成填充了空气层或折射率匹配材料的区域，利用在折射率的界面发生的菲涅耳反射。或者，也可以利用测量头10的光学系统10a中的透镜表面的反射。
由测量对象O反射并被测量头10接收的返回光L4和由参照面RP反射的参照光L5具有与从参照面RP到测量对象O的光程的2倍对应的相位差。因此，返回光L4和参照光L5在参照面RP发生干涉，产生具有与其相位差对应的频率成分的干涉信号(差拍信号)L6。该干涉信号L6经由循环器14被导向检测器15。
检测器15是将从光纤F5输入的干涉信号L6转换为电信号的光电转换元件。A/D转换器17将由检测器15获得的电信号转换为数字信号。AD转换器17的采样根据从时钟产生器34提供的时钟信号来进行。
处理部16是对AD转换后的干涉信号进行频率分析，计算测量对象O的距离、速度、振动等的单元。处理部16例如由具备处理器和存储器的运算处理装置构成。在处理器中，可以使用CPU(central processing unit：中央处理单元)、MPU(micro processing unit：微处理单元)等通用处理器，也可以使用FPGA(field-programmable gate array：现场可编程门阵列)、ASIC(application specific integrated circuit：专用集成电路)等专用处理器。虽然没有图示，但作为处理部16的运算结果的距离、速度、振动等的信息被输出到外部装置(例如PLC(programmable logic controller：可编程逻辑控制器)、机器人、检查装置、上级的计算机等)，用于FA设备的控制、各种检查等。
光纤耦合器31和32都是耦合比为50％的单模型光纤耦合器。通过在光纤F7和光纤F8之间设置规定的光程差，构成副干涉仪SI。从光纤F6输入到副干涉仪SI的耦合光L3被光纤耦合器31分支，然后在光纤耦合器32处合流。此时，经由光纤F7的光和经由光纤F8的光在光纤耦合器32内发生干涉，从光纤耦合器32的两个输出端口输出在三角波上重叠了相位彼此相反的干涉信号的信号。差分检测器33(也称为平衡光电检测器)将从副干涉仪SI输出的信号分别转换为电信号，输出两个信号的差分。通过该操作，2个信号之间的三角波和激光噪声相互抵消，并且干涉信号成分被放大，所以能够得到SN良好的干涉信号。时钟产生器34是根据由差分检测器33得到的干涉信号的过零时间产生时钟信号的电路。
当测量光源11扫描测量光的波长时，波长随时间的变化(斜率)为线性是理想的。这是因为，如果波长扫描不是线性的，则干涉信号的差拍频率变得不恒定，导致测距精度的降低。然而，实际上，难以线性地扫描波长。此外，偏离线性的程度依赖于测量光源的个体的特性，因此难以事先进行校正。
因此，在本实施例中，为了校正测量光源11的波长扫描的非线性，如上所述，使用副干涉仪SI生成AD转换器17的采样时钟。由于该采样时钟是根据测量光源11实际输出的测量光生成的，所以成为与测量光的波长扫描的斜率对应的不等间隔的时钟信号。通过使用该采样时钟以不等间隔时间对主干涉仪MI的干涉信号进行采样，可以得到与以等间隔相位进行采样等效的结果。由此，能够实现频率分析的可靠性的提高以及测距精度的提高。
另外，也可以使用其它方法来校正波长扫描的非线性。例如，处理部16也可以根据副干涉仪SI的干涉信号估计波长扫描的斜率(非线性)，内插由AD转换器17以等间隔时间采样的主干涉仪MI的干涉信号，生成等间隔相位的干涉信号。或者，也可以预先对测量光源11的波长扫描用的控制信号施加反向变形，抵消光源特性，从而确保从测量光源11输出的测量光的线性。
根据以上所述的结构，能够通过投射到测量对象的引导光来目视确认测量位置，因此能够提高装置的便利性和可靠性。另外，由于是用单模光纤耦合器13使测量光和引导光合流，将其耦合光引导到测量头10的结构，所以容易使控制器20及测量头10小型化。进而，与使用WDM耦合器那样的昂贵的光纤部件相比，还具有能够以低成本实现引导光照射功能的优点。
＜第2实施方式＞
图4表示第2实施方式的光干涉测量装置。第2实施方式也是利用了菲佐型的干涉仪的构成例，但引导光源12的配置与第1实施方式不同。以下，以与第1实施方式的不同点为中心进行说明。
测量光源11连接到光纤耦合器40。测量光L1被光纤耦合器40分支，并且经由光纤F40被引导至主干涉仪MI，经由光纤F45被引导至副干涉仪SI。
引导光源12与光纤耦合器41连接。引导光L2经由光纤F44、光纤耦合器41和光纤F42被引导到光纤耦合器13。
光纤耦合器13除了没有第4端口这一点之外，与第1实施方式(图3)的光纤耦合器13相同。测量光L1经由光纤F40输入到光纤耦合器13的第1端口，引导光L2经由光纤F42输入到光纤耦合器13的第2端口。然后，从光纤耦合器13的第3端口输出测量光L1和引导光L2的耦合光L3。该耦合光L3经由光纤F41被导向测量头10。
返回光L4和参照光L5的干涉信号L6经由光纤耦合器13、光纤F42、光纤耦合器41和光纤F43被引导到检测器15。
通过以上的结构也能够起到与第1实施方式同等的作用效果。
<第3实施方式>
图5表示第3实施方式的光干涉测量装置的主要部分。在第3实施方式中，主干涉仪MI使用迈克尔逊型干涉仪，这一点与上述结构例不同。在图1～图4所示的结构例中，在与测量头10连接的光纤的端面形成有参照面RP，与此相对，在图5的结构例中，由反射器50形成参照面RP。在该结构的情况下，由设置在光纤耦合器13和测量头10之间的光路上的光纤耦合器51(分支器)分支并由反射器50反射的耦合光L3被用作参照光L5。来自测量头10的返回光L4和来自反射器50的参照光L5在光纤耦合器51处进行干涉，从光纤耦合器51输出的干涉信号L6被引导到检测器15。
图6及图7是第3实施方式的变形例。在图6的结构中，在迈克尔逊类型的主干涉仪MI中，通过设置在测量光源11和光纤耦合器13之间的光路上的光纤耦合器52(分支器)使测量光L1的一部分分支出来，用作参照光L5。另外，在图7的结构中，由光纤耦合器13耦合的耦合光L3从第3端口和第4端口输出，第3端口侧的耦合光L3被用于测量，第4端口侧的耦合光被用作参照光L5。
通过这样的结构也能够起到与上述实施方式同等的作用效果。
<第4实施方式>
图8表示第4实施方式的光干涉测量装置的主要部分。在第4实施方式中，主干涉仪MI使用马赫-曾德尔型的干涉仪，这一点与前述的结构例不同。
主干涉仪MI具有光纤耦合器60、61和62以及光纤F60～F63。另外，设置差分检测器63来代替上述结构例中的检测器15。
经由光纤F3输入的耦合光L3被光纤耦合器60(分支器)分支，分别被引导至光纤F60和F63。分支到光纤F60侧的耦合光L3经由光纤耦合器62和光纤F61被引导到测量头10，投射到测量对象O上。由测量对象O反射的返回光L4从测量头10经由光纤F61、光纤耦合器62和光纤F62输入到光纤耦合器61。另一方面，分支到光纤F63侧的耦合光作为参照光L5输入到光纤耦合器61。而且，返回光L4和参照光L5在光纤耦合器61中进行干涉，从光纤耦合器61的两个输出端口输出在三角波上叠加了相位彼此相反的干涉信号的信号。差分检测器63将从主干涉仪MI输出的信号分别转换为电信号，并输出两个信号的差分。通过该操作，能够得到SN良好的干涉信号。
图9是第4实施方式的变形例。在图9的结构中，在马赫-曾德尔型的主干涉仪MI中，通过设置在测量光源11和光纤耦合器13之间的光路上的光纤耦合器63(分支器)使测量光L1的一部分分支出来，用作参照光L5。引导光源12与光纤耦合器64连接，引导光L2经由光纤耦合器64和光纤F62输入到光纤耦合器13，与测量光L1耦合。
另外，图10也是第4实施方式的变形例。在图10的结构中，由光纤耦合器13耦合的耦合光L3从第3端口和第4端口输出，第3端口侧的耦合光L3用于测量，第4端口侧的耦合光用作参照光L5。
通过以上所述的结构也能够起到与上述实施方式同等的作用效果。
<其他>
上述实施方式只不过是例示性地说明本发明的结构例。本发明不限于上述的具体方式，能够在其技术思想的范围内进行各种变形。例如，也可以将图3及图4所示的副干涉仪SI的结构与图5～图10的主干涉仪MI适当组合。
<附记1>
一种光干涉测量装置(1)，其特征在于，具有：第1光源(11)，其输出具有红外区域的波长的测量光(L1)；第2光源(12)，其输出具有可见区域的波长的引导光(L2)；光纤耦合器(13)，其至少具有输入上述测量光(L1)的第1端口、输入上述引导光(L2)的第2端口以及输出上述测量光(L1)和上述引导光(L3)耦合后的耦合光(L3)的第3端口；测量部(10)，其向测量对象(O)照射上述耦合光(L3)，接收由上述测量对象(O)反射的返回光(L4)；以及处理部(16)，其根据上述返回光(L4)和参照光(L5)的干涉信号(L6)，取得与上述测量对象(O)的距离、速度或振动有关的信息，上述光纤耦合器(13)由截止波长比上述测量光(L1)的波长短且比上述引导光(L2)的波长长的单模光纤构成。

Claims (10)

1.一种光干涉测量装置，其特征在于，具有：
第1光源，其输出具有红外区域的波长的测量光；
第2光源，其输出具有可见区域的波长的引导光；
光纤耦合器，其至少具有输入所述测量光的第1端口、输入所述引导光的第2端口以及输出所述测量光和所述引导光耦合得到的耦合光的第3端口；
测量部，其向测量对象照射所述耦合光，接收由所述测量对象反射的返回光；以及
处理部，其根据所述返回光和参照光的干涉信号，计算与所述测量对象的距离、速度或振动有关的信息，
所述光纤耦合器由截止波长比所述测量光的波长短并且比所述引导光的波长长的单模光纤构成。
2.根据权利要求1所述的光干涉测量装置，其特征在于，
所述光纤耦合器的从所述第1端口到所述第3端口的路径的耦合比为50％以上。
3.根据权利要求1或2所述的光干涉测量装置，其特征在于，
所述第1光源是波长扫描光源。
4.根据权利要求1或2所述的光干涉测量装置，其特征在于，
所述引导光是红色光。
5.根据权利要求1或2所述的光干涉测量装置，其特征在于，
所述测量部具有校正了色像差的光学系统。
6.根据权利要求1或2所述的光干涉测量装置，其特征在于，
所述参照光是所述耦合光的一部分被设置在所述光纤耦合器的所述第3端口与所述测量部之间的光路上的参照面反射的光。
7.根据权利要求6所述的光干涉测量装置，其特征在于，
所述参照面是与所述测量部连接的光纤的端面。
8.根据权利要求1或2所述的光干涉测量装置，其特征在于，
所述参照光是利用设置在所述第1光源与所述光纤耦合器的所述第1端口之间的光路上的分支器分支出所述测量光的一部分的光。
9.根据权利要求1或2所述的光干涉测量装置，其特征在于，
所述参照光是利用设置在所述光纤耦合器的所述第3端口与所述测量部之间的光路上的分支器分支出所述耦合光的一部分的光。
10.根据权利要求1或2所述的光干涉测量装置，其特征在于，
所述光纤耦合器还具有输出所述耦合光的第4端口，所述参照光是从所述第4端口输出的光。
CN202110178051.3A 2020-03-13 2021-02-08 光干涉测量装置 Pending CN113390333A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020-044217 2020-03-13
JP2020044217A JP7363614B2 (ja) 2020-03-13 2020-03-13 光干渉計測装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113390333A true CN113390333A (zh) 2021-09-14

Family

ID=74591849

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110178051.3A Pending CN113390333A (zh) 2020-03-13 2021-02-08 光干涉测量装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11578963B2 (zh)
EP (1) EP3879222A1 (zh)
JP (1) JP7363614B2 (zh)
CN (1) CN113390333A (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2024048615A (ja) * 2022-09-28 2024-04-09 オムロン株式会社 コントローラ及び光干渉測距センサ
JP2024048614A (ja) * 2022-09-28 2024-04-09 オムロン株式会社 光ファイバケーブル、それに接続されるコントローラ及びそれらを用いた光干渉測距センサ
JP2024048669A (ja) * 2022-09-28 2024-04-09 オムロン株式会社 コントローラ及び光干渉測距センサ

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999057507A1 (en) * 1998-05-01 1999-11-11 Board Of Regents, The University Of Texas System Method and apparatus for subsurface imaging
US6485413B1 (en) * 1991-04-29 2002-11-26 The General Hospital Corporation Methods and apparatus for forward-directed optical scanning instruments
CN102840909A (zh) * 2012-08-21 2012-12-26 天津大学 光频域反射分布式振动频率传感与定位装置和解调方法
US20150109622A1 (en) * 2012-04-05 2015-04-23 Canon Kabushiki Kaisha Optical coherence tomography apparatus and optical coherence tomography method
US20160367134A1 (en) * 2015-06-19 2016-12-22 Wei Su Wide field of view optical coherence tomography imaging system
CN107102173A (zh) * 2017-06-22 2017-08-29 北京航空航天大学 一种基于光频域反射原理的啁啾光栅的标定装置及方法
EP3401634A1 (de) * 2017-05-12 2018-11-14 Taylor Hobson Limited Abstandsmessanordnung zur bestimmung eines abstandes zu einem objekt
CN110720022A (zh) * 2017-06-07 2020-01-21 拓自达电线株式会社 光学相干单元和光学相干测量装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6414205B1 (en) 2000-03-24 2002-07-02 Catalytic Distillation Technologies Process for the removal of MAPD from hydrocarbon streams
US9326719B2 (en) 2004-05-24 2016-05-03 Board Of Regents, The University Of Texas System Measurement of neural functionality using phase sensitive optical coherence reflectometry
US9784561B2 (en) * 2007-01-19 2017-10-10 Thorlabs, Inc. Optical coherence tomography imaging system and method
US9243885B2 (en) * 2012-04-12 2016-01-26 Axsun Technologies, LLC Multi-speed OCT swept source with optimized k-clock
JP6530938B2 (ja) 2015-03-20 2019-06-12 株式会社小野測器 レーザ測定装置
JPWO2017187510A1 (ja) 2016-04-26 2018-07-19 株式会社日立製作所 距離計測装置、距離計測方法、及び形状計測装置
JP7164339B2 (ja) * 2018-07-11 2022-11-01 株式会社トプコン 光凝固装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6485413B1 (en) * 1991-04-29 2002-11-26 The General Hospital Corporation Methods and apparatus for forward-directed optical scanning instruments
WO1999057507A1 (en) * 1998-05-01 1999-11-11 Board Of Regents, The University Of Texas System Method and apparatus for subsurface imaging
US20150109622A1 (en) * 2012-04-05 2015-04-23 Canon Kabushiki Kaisha Optical coherence tomography apparatus and optical coherence tomography method
CN102840909A (zh) * 2012-08-21 2012-12-26 天津大学 光频域反射分布式振动频率传感与定位装置和解调方法
US20160367134A1 (en) * 2015-06-19 2016-12-22 Wei Su Wide field of view optical coherence tomography imaging system
EP3401634A1 (de) * 2017-05-12 2018-11-14 Taylor Hobson Limited Abstandsmessanordnung zur bestimmung eines abstandes zu einem objekt
CN110720022A (zh) * 2017-06-07 2020-01-21 拓自达电线株式会社 光学相干单元和光学相干测量装置
CN107102173A (zh) * 2017-06-22 2017-08-29 北京航空航天大学 一种基于光频域反射原理的啁啾光栅的标定装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP3879222A1 (en) 2021-09-15
JP2021143995A (ja) 2021-09-24
US11578963B2 (en) 2023-02-14
JP7363614B2 (ja) 2023-10-18
US20210285755A1 (en) 2021-09-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113390333A (zh) 光干涉测量装置
JP5752040B2 (ja) 対チャープｆｍｃｗコヒーレントレーザレーダー用の小型の光ファイバ配置
KR20220024759A (ko) 솔리드 스테이트 스펙트럼 스캐닝을 갖는 lidar 시스템
US5293215A (en) Device for interferometric detection of surface structures
JP6303026B2 (ja) 計測方法および装置
JPH02236103A (ja) ロボット端部作動体および工具用の集積光ファイバ結合近接センサ
JP2020148606A (ja) マルチコア光ファイバセンシングシステム
US9791259B2 (en) Interferometric distance sensing device and method with less dependency on environment disturbances on a fiber
KR102377583B1 (ko) 광 거리 측정 장치
US20230314122A1 (en) Optical interferometric range sensor
US20210286055A1 (en) Optical interference measurement apparatus
EP3710787B1 (en) A fibre optic sensing device
JPH10332354A (ja) 干渉測定装置
JPH04264206A (ja) 白色光干渉測定法を用いる光学装置
KR20230128381A (ko) 광 측정 장치
JP6204272B2 (ja) 距離計測装置
JPH11295153A (ja) 波長検出装置
CN115031622A (zh) 用于干涉距离测量的装置
JP5542255B2 (ja) 光ファイバー長さ伸縮計測・補正方法および装置
JP3287441B2 (ja) 光線路識別用光部品並びにその遠隔測定方法及び装置
US20230288562A1 (en) Optical interferometric range sensor
US20230288561A1 (en) Optical interferometric range sensor
WO2024070336A1 (ja) 光ファイバケーブル、それに接続されるコントローラ及びそれらを用いた光干渉測距センサ
JP2024048644A (ja) 光ファイバケーブル、それに接続されるコントローラ及びそれらを用いた光干渉測距センサ
JP2021032734A (ja) 測定装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination