JP2001041706A - 光周波数領域反射測定装置および光周波数領域反射測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 任意の光源特有のコヒーレンスに制限される
ことなく測定範囲の拡大ができ、測定範囲の拡大に伴う
測定精度の劣化を解消可能な光周波数領域反射測定装置
を提供する。 【解決手段】 所要の周期１／ｆ_ｍで光の波長を可変に
できる発光部６１と、前記発光部から出力された光６２
を分配して第１参照光９０および測定光９１を生成する
光分配部６３と、前記第１参照光に基づいて、第２参照
光６９を生成する参照光学部６ｃと、前記測定光が測定
対象７２に反射してなる測定反射光７３と、前記第２参
照光とを合波して干渉光７４を生成する光合波部７０
と、前記干渉光に基づいて、前記測定反射光と前記第２
参照光の周波数差ｆ_ｂ１を、測定光周波数差ｆ_ｂ１とし
て検出し、前記検出された測定光周波数差に基づいて、
前記測定対象に関する測定量Ｌ_ａを求める検出部７６と
を備え、前記参照光学部は、前記第１参照光が、可変に
設定可能な距離Ｌ_ｒ’、Ｌ_ｒ’＋ΔＬ_ｒ’をＮ（Ｎ≧
２）回往復または周回した結果としての光を、前記第２
参照光として生成可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、連続的な光周波数
掃引が可能な光源を利用した計測原理に基づく距離また
は多重位置計測（ＦＭＣＷ法：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍ
ｏｄｕｌａｔｉｏｎｓ Ｃｏｎｔｉｎｏｕｓ Ｗａｖ
ｅ，ＯＦＤＲ法：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ
Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｏｒｙ，総称
して以下、「光周波数領域反射測定法」と呼ぶ）全般に
関する。

【０００２】

【従来の技術】光計測分野のうち、光周波数領域反射測
定法は、測距計、光ファイバセンサー、光ファイバ探傷
検査装置等に応用される。この光周波数領域反射測定法
は、連続的な光周波数掃引が可能な光源を利用した距離
または多重位置の計測法で、具体的にはこの光源からの
光波に周波数変調を行い（ＦＭ：ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＭ
ｏｄｕｌａｔｉｏｎ）、そのＦＭの光波を計測場所から
測定目標物体に向け出射し、目標物体から反射された反
射光を再び受光、それを計測側の参照光との干渉によ
り、参照光と反射光との光遅延時間（光路差、距離）に
相当する周波数差、つまりビート（うなり）周波数（ｂ
ｅａｔ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を測定する。これより所
望の測定量（この場合距離であるが、それ以外に温度、
圧力も可能）を求める方法である。

【０００３】すなわち、この計測方法は、時間的に線形
掃引が可能な光源から繰り返し出力される光ＦＭ波が干
渉系によってヘテロダイン検波され、その時のビート信
号の周波数情報から所望の測定量を計測する方法であ
り、そのビート周波数は参照光と測定目標までの光路差
時間（距離）に依存して変化する特徴を持っている。な
お、ここで「時間的に線形掃引する」とは、時間軸に対
して一定の間隔で周波数を変化させることを意味する。

【０００４】この計測方法の基本装置構成を図１３に示
し、その光ＦＭの発生からビート信号検出までの原理を
図１４および図１５に示す。図１３において、光源に半
導体レーザ２を用いた例を取り上げて説明する。ただし
光源は半導体レーザに限らず、波長可変可能な光源なら
ばそれに制約されることはない。発振器１により半導体
レーザ２は周波数が時間に対して直線的に掃引された光
ＦＭ波３を出力する。この出力光３の光周波数は図１４
（ａ）の波形２１や２２のような挙動を示す。図１４
（ａ）のΔνは光変調帯域幅（光周波数掃引幅）であ
る。この場合、鋸波を例にとったが、三角波でも同様な
ことがいえる。

【０００５】そして光ＦＭ出力３は、ビームスプリッタ
４で参照光５と物体光（測定光）７に分配される。参照
光５はビームスプリッタ４から距離Ｌ_１離れた参照ミラ
ー６に反射され再び折り返される。そして、物体光７も
同様に距離Ｌ_２だけ離れた測定対象８に反射され再び折
り返される。この場合、距離の差ΔＬは｜Ｌ_１−Ｌ_２｜
となる。この結果、それぞれの反射光５、７はビームス
プリッタ４によって重ね合わせられ干渉光９となる。

【０００６】このときの反射光５、７の光ＦＭ波の関係
を図１４（ａ）に示す。図１４（ａ）は、図１３の干渉
光９により光ＦＭ波２１と２２が参照ミラー６と測定対
象８との光路差の往復分２ΔＬに相当する光遅延時間τ
だけずれて重ね合っている関係を示している。この関係
からすると変調周期１／ｆ_ｍ（ｆ_ｍは変調周波数）のほ
とんど全領域にわたり周波数差ｆ_ｂが発生することがわ
かる。これがビート周波数である。

【０００７】そのｆ_ｂの時間変化を表したのが図１４
（ｂ）である。この図から低周波ビート２７と高周波ビ
ート２８の２種類のビート周波数が発生するが高周波側
のビート周波数２８はτの時間間隔でしか発生せず、し
かもτは１／ｆ_ｍと比べ極めて短い時間間隔であるため
それは無視することができる。よって、ここで一般的に
呼んでいるビート周波数は低周波側のビート周波数２７
である。

【０００８】さて、図１３での干渉光９は光検出器１０
によって二乗検波され電気信号波形となって検出され
る。その波形は図１４（ｃ）のビート信号強度波形とし
て示した。その信号波形をスペクトラムアナライザーま
たはＡ／Ｄ変換器１１を通して電算機等の演算装置１２
に取り込み、たとえばＦＦＴといった周波数解析アルゴ
リズムを用いることで図１５のビート周波数スペクトラ
ム３１が測定される。これより求めたビート周波数ｆ_ｂ
とあらかじめ既知のパラメータを用いて距離ΔＬを式
（１）より算出することができる。 ΔＬ＝（ｃ／２Δν）×（ｆ_ｂ／ｆ_ｍ）． （１） ただし、ｃは光速であり、Δνは光変調帯域幅（光周波
数掃引幅）であり、ｆ _ｍは変調周波数である。

【０００９】本発明の目的は、光周波数領域反射測定法
の測定距離の範囲の拡大にある。それを妨げている課題
について説明する。

【００１０】「光周波数領域反射測定法」の測定距離範
囲を制限している課題は二つあり、一つはその光源の可
干渉性（コヒーレンス）によるビート信号の消失、もう
一つは時間に対しての光周波数掃引に若干の非直線性の
影響によるビート信号の消失である。前者は本原理手法
そのものの限界であるのに対して、後者はその前者によ
る限界の前に測定距離固有のビートが不明瞭となり測距
精度が劣化、ついには測定不能となり測距範囲を限定し
ている。

【００１１】前者は光源特有のコヒーレンスで決定さ
れ、それは光源の線幅Δν_f（Ｈｚ）で決まるコヒーレ
ンス長Ｌ_ｃの半分（反射往復のため）が測定距離範囲の
限界Ｌ_{ｌｉｍｉｔ}である。その関係を式（２）に示す。 Ｌ_{ｌｉｍｉｔ}＝Ｌ_ｃ／２＝ｃ／（２πΔν_f）． （２） ただし、ｃは光速である。

【００１２】例えば市販の安価な半導体レーザではその
Δν_fは１００ＭＨｚであり、式（２）に代入しその測
定範囲限界Ｌ_{ｌｉｍｉｔ}を求めると０．４８ｍである。
そして光通信用の回折格子内蔵型のＤＢＲ、ＤＦＢタイ
プの半導体レーザではΔν_fが数百ｋＨｚから数ＭＨｚ
であり、これによるＬ_{ｌｉｍｉｔ}は約５０ｍ以上になり
測定範囲の拡大が可能となる。

【００１３】しかしこのような性能のよい光源を使って
も結局は、光源特有のコヒーレンスによる制限を受け測
定範囲が限定されてしまう。しかも、これらの説明は前
者の「原理上測定可能な距離範囲」についてのみであ
り、その測定範囲限界Ｌ_{ｌｉｍ ｉｔ}における測定精度
（分解能）を保証するものではない。同時に測定精度を
保証するには後者で説明した「光周波数掃引の非直線
性」を直線に補正しなければならず、それは測定距離範
囲が長く（遠く）なるほどその補正精度の要求精度が厳
しくなり、結局、測定距離が長くなるほど測定精度は悪
くなるのは避けられない（光周波数掃引の非直線性の補
正による測距精度の向上の詳細は同発明者による特願平
１０−２２０８７９に記載している）。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記に示すよ
うな課題に鑑み創案されたもので、任意の光源特有のコ
ヒーレンスに制限されることなく測定範囲の拡大がで
き、同時にこれまでの測定範囲の拡大にともなう測定精
度の劣化を解消し、測定範囲が拡大しても測定精度が悪
くならない光周波数領域反射測定装置および方法を提供
することを目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】その課題を解決するため
の手段が請求項に対応して表現される次の記載中に現れ
る（）つきの数字は、請求項の記載事項が詳しく後述さ
れる実施の複数の形態のうちの少なくとも１つの形態の
部材、工程、動作に対応することを示すが、本発明の解
決手段がそれらの数字が示す実施の形態の部材に限定し
て解釈されるためのものではなく、その対応関係を明白
にするためのものである。

【００１６】本発明の光周波数領域反射測定装置は、所
要の周期（１／ｆ_ｍ）で光の波長を可変にできる発光部
（６１）と、前記発光部（６１）から出力された光（６
２）を分配して第１参照光（９０）および測定光（９
１）を生成する光分配部（６３）と、前記第１参照光
（９０）に基づいて、第２参照光（６９）を生成する参
照光学部（６ｃ）と、前記測定光（９１）が測定対象
（７２）に反射してなる測定反射光（７３）と、前記第
２参照光（６９）とを合波して干渉光（７４）を生成す
る光合波部（７０）と、前記干渉光（７４）に基づい
て、前記測定反射光（７３）と前記第２参照光（６９）
の周波数差（ｆ_ｂ１）を、測定光周波数差（ｆ_{ｂ １}）と
して検出し、前記検出された測定光周波数差（ｆ_ｂ１）
に基づいて、前記測定対象（７２）に関する測定量（Ｌ
_ａ）を求める検出部（７６）とを備え、前記参照光学部
（６ｃ）は、前記第１参照光（９０）が、可変に設定可
能な距離（Ｌ_ｒ’、Ｌ_ｒ’＋ΔＬ_ｒ’）をＮ（Ｎ≧２）
回往復または周回した結果としての光（６９）を、前記
第２参照光（６９）として生成可能である。

【００１７】上記において、Ｎ≧２としたのは、図１３
の参照光５は距離Ｌ_１を１回往復（Ｎ＝１）してなるも
のであるため、このＮ＝１を除外する意味である。

【００１８】本発明の光周波数領域反射測定装置におい
て、前記検出部（７６）は、前記測定対象（７２）に関
する測定量（Ｌ_ａ）を、粗の部分（｜Ｎ｜Ｌ_ｒ）と、微
の部分（ｌ_ａ）とを足し合わせて求め、前記微の部分
（ｌ_ａ）を、第１の前記距離（Ｌ_ｒ’）に対応する前記
測定光周波数差（ｆ_ｂ１）を示す第１データに基づいて
算出し、前記粗の部分（｜Ｎ｜Ｌ_ｒ）を、第２から第５
のデータに基づいて算出し、前記第２データは前記第１
の距離（Ｌ_ｒ’）を示し、前記第３データは前記第１の
距離（Ｌ_ｒ’）に対応する前記測定光周波数差
（ｆ_ｂ１）と前記第１の距離（Ｌ_ｒ’）とは異なる第２
の前記距離（Ｌ_ｒ’＋ΔＬ_ｒ’）に対応する前記測定光
周波数差（ｆ’_ｂ１）の変化した量（Δｆ_ｂ１’）を示
し、前記第４データは前記変化の方向を示し、前記第５
データは第１距離に係る参照光周波数差（ｆ _ｂｒ）と第
２距離に係る参照光周波数差（ｆ’_ｂｒ）の変化量を示
し、前記第１距離に係る参照光周波数差（ｆ_ｂｒ）は、
前記第１参照光（９０）が前記第１の距離（Ｌ_ｒ’）を
ｋ（ｋ≧０）回往復または周回した結果としてのｋに係
る前記第２参照光（４５）と、前記第１参照光（９０）
が前記第１の距離（Ｌ_ｒ’）を前記ｋ＋１回往復または
周回した結果としてのｋ＋１に係る前記第２参照光（４
６）の周波数差（ｆ_ｂｒ）であり、前記第２距離に係る
参照光周波数差（ｆ’_{ｂ ｒ}）は、前記第１参照光（９
０）が前記第２の距離（Ｌ_ｒ’ ＋ΔＬ_ｒ’）を前記ｋ
回往復または周回した結果としてのｋに係る前記第２参
照光と、前記第１参照光（９０）が前記第２の距離（Ｌ
_ｒ’ ＋ΔＬ_ｒ’）を前記ｋ＋１回往復または周回した
結果としてのｋ＋１に係る前記第２参照光の周波数差
（ｆ’_ｂｒ）である。

【００１９】本発明の光周波数領域反射測定装置は、所
要の周期（１／ｆ_ｍ）で光の波長を可変にできる発光部
（６１）と、前記発光部（６１）から出力された出力光
（６２）に基づいて、入力光（６２ａ）を生成する入力
光生成部（６８）と、前記入力光（６２ａ）を分配して
参照光（６９）および測定光（９１）を生成する光分配
部（６３ａ）と、前記測定光（９１）が測定対象（７
２）に反射してなる測定反射光（７３）と、前記参照光
（６９）とを合波して干渉光（７４）を生成する光合波
部（６３ａ）と、前記干渉光（７４）に基づいて、前記
測定反射光（７３）と前記参照光（６９）の周波数差
（ｆ_ｂ１）を、測定光周波数差（ｆ_ｂ１）として検出
し、前記検出された測定光周波数差（ｆ_ｂ１）に基づい
て、前記測定対象（７２）に関する測定量（Ｌ_ａ）を求
める検出部（７６）とを備え、前記入力光生成部（６
８）は、前記出力光（６２）が、可変に設定可能な距離
（Ｌ_ｒ’、Ｌ_ｒ’＋ΔＬ_ｒ’）をＮ（Ｎ≧２）回往復ま
たは周回した結果としての光（６２ａ）を、前記入力光
（６２ａ）として生成可能である。

【００２０】本発明の光周波数領域反射測定装置は、設
定された周期（１／ｆ_ｍ）でその周波数（ν０、ν０＋
Δν）が変化する光（６２）を出力する発光部（６１）
と、前記発光部（６１）から出力された光を分配して第
１参照光（９０）および測定光（９１）を生成する第１
ビームスプリッタ（６３）と、前記第１参照光（９０）
に基づいて、第２参照光（６９）を生成する参照光学部
（６ｃ）と、前記測定光（９１）が測定対象（７２）に
反射してなる測定反射光（７３）と、第２参照光（６
９）とを重ね合わせて干渉光（７４）を生成する第２ビ
ームスプリッタ（７０）と、前記干渉光（７４）に基づ
いて、前記測定反射光（７３）と前記第２参照光（６
９）の周波数差（ｆ_ｂ１）を検出し、前記周波数差（ｆ
_ｂ１）に基づいて、前記測定対象（７２）に関する測定
量（Ｌ_ａ）を求める検出部（７６）とを備え、前記参照
光学部（６ｃ）は、第１および第２の反射鏡（６４、６
６）と、前記第１および第２の反射鏡（６４、６６）の
間（Ｌ_ｒ’）である反射鏡間隔（Ｌ_ｒ’）を可変にする
（Ｌ_ｒ’＋ΔＬ_ｒ’）間隔可変部（６７）を有し、前記
第１の反射鏡（６４）は、前記第１参照光（９０）を透
過入力し、前記第１および第２の反射鏡（６４、６６）
のそれぞれは、互いに協働して前記第１参照光（９０）
を前記第１および第２の反射鏡（６４、６６）の間（Ｌ
_ｒ’）で複数回反射させて、前記反射鏡間隔（Ｌ_ｒ’）
を複数回周回または往復する周回光（６５）を生成し、
前記第２の反射鏡（６６）は、前記周回光（６５）が前
記反射鏡間隔（Ｌ_ｒ’）を１回周回または往復する毎
に、前記周回光（６５）を一部透過させてなる前記第２
参照光（６９）を出力する。

【００２１】本発明の光周波数領域反射測定装置は、設
定された周期（１／ｆ_ｍ）でその周波数（ν０、ν０＋
Δν）が変化する光（６２）を出力する発光部（６１）
と、前記発光部（６１）から出力された光を分配して第
１参照光（１０８）および測定光（１０１）を生成する
第１光ファイバカプラ（１００）と、前記第１参照光
（１０８）に基づいて、第２参照光（１１２）を生成す
る参照光学部（１１５）と、前記測定光（１０１）が測
定対象（１０５）に反射してなる測定反射光（１０６）
と、第２参照光（１１２）とを重ね合わせて干渉光（１
１４）を生成する第２光ファイバカプラ（１１３）と、
前記干渉光（１１４）に基づいて、前記測定反射光（１
０６）と前記第２参照光（１１２）の周波数差
（ｆ_ｂ１）を検出し、前記周波数差（ｆ_ｂ１）に基づい
て、前記測定対象（１０５）に関する測定量（Ｌ_ａ）を
求める検出部（７６）とを備え、前記参照光学部（１１
５）は、第１および第２の入力ポート（、）および
第１および第２の出力ポート（、）を有する第３光
ファイバカプラ（１０９）と、入力部（１１６ａ）およ
び出力部（１１６ｂ）を有し、前記入力部（１１６ａ）
が前記第３光ファイバカプラ（１０９）の前記第２の出
力ポート（）に接続され、前記出力部（１１６ｂ）が
前記第３光ファイバカプラ（１０９）の前記第２の出力
ポート（）に接続される光ファイバ（１１６）と、前
記光ファイバ（１１６）における前記入出力部（１１６
ａ、１１６ｂ）の途中に設けられ前記入出力部（１１６
ａ、１１６ｂ）間の光路長を可変にする光路可変部（１
１１）とを有し、記光ファイバ（１１６）は、前記入出
力部（１１６ａ、１１６ｂ）間を複数回周回する周回光
（１１０）を生成し、前記第３光ファイバカプラ（１０
９）は、前記第１の入力ポート（）から入力した前記
第１参照光（１０８）を分岐させて第１および第２の分
岐光を生成し、前記第１の分岐光を前記第１の出力ポー
ト（）から前記第２参照光（１１２）として出力し、
前記第２の分岐光を前記第２の出力ポート（）から前
記光ファイバ（１１６）に第ｎ（ｎ≧１）回目の前記周
回光（１１０）として出力し、前記第２の入力ポート
（）から入力した前記第ｎ回目の周回光（１１０）を
分岐させて第３および第４の分岐光を生成し、前記第３
の分岐光を前記第１の出力ポート（）から前記第２参
照光（１１２）として出力し、前記第４の分岐光を前記
第２の出力ポート（）から前記光ファイバ（１１６）
に第ｎ＋１回目の前記周回光（１１０）として出力し、
前記第２の入力ポート（）から前記第ｎ＋１回目の前
記周回光（１１０）を前記第ｎ回目の周回光（１１０）
として入力する。

【００２２】本発明の光周波数領域反射測定装置におい
て、更に、前記周回光（６５、１１０）の強度を増幅す
る光増幅器（１２０、１２３）を有している。

【００２３】本発明の光周波数領域反射測定装置は、設
定された周期（１／ｆ_ｍ）でその周波数（ν０、ν０＋
Δν）が変化する光（６２）を出力する発光部（６１）
と、前記発光部（６１）から出力された光を分配して第
１参照光（８０）および測定光（９１）を生成する第１
ビームスプリッタ（６３）と、前記第１参照光（８０）
に基づいて、第２参照光（１３４）を生成する参照光学
部（６８）と、前記測定光（９１）が測定対象（７２）
に反射してなる測定反射光（７３）と、第２参照光（１
３４）とを重ね合わせて干渉光（７４）を生成する第２
ビームスプリッタ（７０）と、前記干渉光（７４）に基
づいて、前記測定反射光（７３）と前記第２参照光（１
３４）の周波数差（ｆ_ｂ１）を検出し、前記周波数差
（ｆ_ｂ１）に基づいて、前記測定対象（７２）に関する
測定量（Ｌ_ａ）を求める検出部（７６）とを備え、前記
参照光学部（６８）は、第１および第２の反射膜面（８
２、８５）と、前記第１および第２の反射膜面（８２、
８５）の間に設けられた複屈折光ファイバ（１３０）
と、前記第１の反射膜面（８２）の前段および前記第２
の反射膜面（８５）の後段に設けられ、前記複屈折光フ
ァイバ（１３０）に入出力する光の偏光方向を決定する
第１および第２の偏光部（１３１、１３３）と、前記第
１および第２の偏光部（１３１、１３３）を回転させ
て、前記第１および第２の偏光部（１３３）により決定
される前記偏光方向を変化させる回転部とを有し、前記
第１の反射膜面（８２）は、前記第１の偏光部（１３
１）を介して前記第１参照光（８０）を透過入力し、前
記第１および第２の反射膜面（８２、８５）のそれぞれ
は、互いに協働して前記第１参照光（８０）を前記第１
および第２の反射膜面（８２、８５）の間を複数回反射
させて、前記第１および第２の反射膜面（８２、８５）
の間を複数回周回または往復する周回光（１３２）を生
成し、前記第２の反射膜面（８５）は、前記周回光（１
３２）が前記第１および第２の反射膜面（８２、８５）
の間を１回周回または往復する毎に、前記周回光（１３
２）を一部透過させ、前記第２の偏光部（１３３）を通
過してなる前記第２参照光（１３４）を出力する。

【００２４】本発明の光周波数領域反射測定方法は、
（ａ）設定された時間間隔（１／ｆ_ｍ）でその周波数
（ν０、ν０＋Δν）が変化する光（６２）を、入力光
（６２）として提供する事と、（ｂ）基端点（６３）か
ら第１の中間点（６８）を介して終端点（７０）まで
の、その光路長が既知である第１の光路（６３→６８→
７０）を提供する事と、（ｃ）前記基端点（６３）から
第２の中間点（７２）を介して前記終端点（７０）まで
の第２の光路（６３→７２→７０）を提供する事と、
（ｄ）前記入力光（６２）を前記基端点（６３）から前
記第１の光路（６３→６８→７０）に出力し、前記終端
点（７０）における前記第１の光路（６３→６８→７
０）に出力された前記入力光（６２）を、参照光（６
９）として提供する事と、（ｅ）前記入力光（６２）を
前記基端点（６３）から前記第２の光路（６３→７２→
７０）に出力し、前記終端点（７０）における前記第２
の光路（６３→７２→７０）に出力された前記入力光
（６２）を、測定光（７３）として提供する事と、
（ｆ）前記第１および第２の光路（６３→６８→７０、
６３→７２→７０）の光路差に対応する、前記参照光
（６９）および前記測定光（７３）の周波数差を、ビー
ト周波数（ｆ_ｂ１）として検出する事と、（ｇ）前記ビ
ート周波数（ｆ_ｂ１）に基づいて、前記第２の中間点
（７２）に関する測定量を求める事と、（ｈ）前記第１
の光路（６３→６８→７０）の前記光路長を可変にする
事とを備えてなり、前記（ｆ）は、前記光路長が可変に
された前記第１の光路（６３→６８→７０）と前記第２
の光路（６３→７２→７０）の光路差に対応する前記参
照光（６９）および前記測定光（７３）の周波数差を、
前記ビート周波数（ｆ_{ｂ １}）として検出する。

【００２５】前記（ｇ）の前記第２の中間点（７２）に
関する測定量とは、前記基端点（６３）から前記第２の
中間点（７２）までの距離、前記第２の中間点（７２）
の温度、圧力が含まれることができる。さらに、前記第
２の中間点（７２）において欠陥（被検査材にある欠陥
のような不均一なところ）があることを測定すること
（探傷）が含まれる。

【００２６】前述した本発明の各構成要素のうち、図１
３に示した各構成要素を割当てることができるものに、
その割当てを行うと以下のようになる。図１３に示す技
術は、（ａ）設定された時間間隔（１／ｆ_ｍ）でその周
波数（ν０、ν０＋Δν）が変化する光（３）を、入力
光（３）として提供する事と、（ｂ）基端点（４）から
第１の中間点（６）を介して終端点（４）までの第１の
光路（４→６→４）を提供する事と、（ｃ）前記基端点
（４）から第２の中間点（８）を介して前記終端点
（４）までの第２の光路（４→８→４）を提供する事
と、（ｄ）前記入力光（３）を前記基端点（４）から前
記第１の光路（４→６→４）に出力し、前記終端点
（４）における前記第１の光路（４→６→４）に出力さ
れた前記入力光（３）を、参照光（５）として提供する
事と、（ｅ）前記入力光（３）を前記基端点（４）から
前記第２の光路（４→８→４）に出力し、前記終端点
（４）における前記第２の光路（４→８→４）に出力さ
れた前記入力光（３）を、測定光（７）として提供する
事と、（ｆ）前記第１および第２の光路（４→６→４、
４→８→４）の光路差に対応する、前記参照光（５）お
よび前記測定光（７）の周波数差を、ビート周波数（ｆ
ｂ）として検出する事と、（ｇ）前記ビート周波数（ｆ
ｂ）に基づいて、前記第２の中間点（８）に関する測定
量を求める事とを備えた光周波数領域反射測定方法であ
る。

【００２７】本発明の光周波数領域反射測定方法におい
て、前記（ｈ）は、その前記光路長が互いに異なる前記
第１の光路（６３→６８→７０）を複数生成する事を含
み、前記（ｆ）は、前記複数の第１の光路（６３→６８
→７０）のうち、前記第２の光路（６３→７２→７０）
の光路長と最も近い光路長を有する前記第１の光路（６
３→６８→７０）と、前記第２の光路（６３→７２→７
０）の光路差に対応する前記参照光（６９）および前記
測定光（７３）の周波数差を前記ビート周波数
（ｆ_ｂ１）として検出する。

【００２８】上記本発明によれば、前記ビート周波数
（ｆ_ｂ１）は、前記複数の第１の光路（４４、ｋ＝Ｎ）
のうち前記第２の光路（４３）に最も近い前記第１の光
路（４５、ｋ＝２）と、前記第２の光路（４３）との光
路差（τ_ａ）に対応するものとして検出される。このた
め、前記最も近い第１の光路（４５、ｋ＝２）との比較
において、前記第２中間点（７２）に関する測定量（例
えば距離、特にここでは相対距離ｌ_ａ）を求めることが
できる。上記ｋ＝２に設定された第１の光路の距離に対
する、前記第２の中間点（７２）の距離のずれ（位置ず
れ）を検出する場合には、前記相対距離ｌ_ａの検出で十
分であり、上記ｋ＝ＮのＮを求めることにより求められ
る絶対距離（Ｌ_ａ）の測定までは不要である。

【００２９】前記相対距離ｌ_ａは、下記式（１１）によ
り求められる。 ｌ_ａ＝（ｃｆ_ｂ１／α）． ここで、ｃは光速である。 α＝２Δνｆ_ｍ． Δνは、光ＦＭ帯域幅であり、前記入力光（６２）の周
波数の変化分である。ｆｍは、前記入力光（６２）の変
調周波数である。 ……（１１）

【００３０】図１において、反射鏡６４、６６の間隔長
さを適宜調整して、任意の隣り合う参照光同士間でしか
相関がないように設定しておく。このことにより、自動
的に、前記第２の光路４３に１番近い前記第１の光路４
５との光路差τ_ａに相当する前記ビート周波数４１と、
２番目に近い前記第１の光路４６との光路差に相当する
前記ビート周波数４２のみが発生する。

【００３１】本発明の光周波数領域反射測定方法におい
て、前記（ｈ）は、前記複数の第１の光路（６３→６８
→７０）を第２の設定された時間間隔（τ_ｒ）で生成す
るとともに、前記複数の第１の光路（６３→６８→７
０）同士の光路長差（Ｌ_ｒ）が互いに同じとなるように
前記複数の第１の光路（６３→６８→７０）を生成す
る。

【００３２】前記第２の設定された時間間隔、および前
記複数の第１の光路（６３→６８→７０）同士の光路長
差は、反射鏡６４、６７間の距離（Ｌ_ｒ’）に対応して
いる。

【００３３】本発明の光周波数領域反射測定方法は、
（ａａ）設定された時間間隔（１／ｆ _ｍ）でその周波数
（ν０、ν０＋Δν）が変化する光（６２）を、入力光
（６２）として提供する事と、（ａｂ）基端点（６３）
から第１の中間点（６８）を介して終端点（７０）まで
の、その光路長が既知である第１の光路（６３→６８→
７０）を提供する事と、（ａｃ）前記基端点（６３）か
ら第２の中間点（７２）を介して前記終端点（７０）ま
での第２の光路（６３→７２→７０）を提供する事と、
（ａｄ）前記入力光（６２）を前記基端点（６３）から
前記第１の光路（６３→６８→７０）に出力し、前記終
端点（７０）における前記第１の光路（６３→６８→７
０）に出力された前記入力光（６２）を、参照光（６
９）として提供する事と、（ａｅ）前記入力光（６２）
を前記基端点（６３）から前記第２の光路（６３→７２
→７０）に出力し、前記終端点（７０）における前記第
２の光路（６３→７２→７０）に出力された前記入力光
（６２）を、測定光（７３）として提供する事と、（ａ
ｆ）前記第１および第２の光路（６３→６８→７０、６
３→７２→７０）の光路差に対応する、前記参照光（６
９）および前記測定光（７３）の周波数差を、ビート周
波数（ｆ_ｂ１）として検出する事と、（ａｇ）前記ビー
ト周波数（ｆ_ｂ１）に基づいて、前記第２の中間点（７
２）に関する測定量を求める事とを備えてなり、前記第
１の光路（６３→６８→７０）は、前記第１の光路（６
３→６８→７０）を通る光（６５）が第３の設定された
距離（Ｌ_ｒ’）を２回以上周回または往復する周回部分
を含んでいる。

【００３４】本発明の光周波数領域反射測定方法は、
（ｍ）設定された時間間隔（１／ｆ_ｍ）でその周波数
（ν０、ν０＋Δν）が変化する光（６２）を、入力光
（６２）として提供する事と、（ｎ）基端点（６３）か
ら第１の中間点（６８）を介して終端点（７０）まで
の、その光路長が既知である第１の光路（６３→６８→
７０）を提供する事と、（ｏ）前記基端点（６３）から
第２の中間点（７２）を介して前記終端点（７０）まで
の第２の光路（６３→７２→７０）を提供する事と、
（ｐ）前記入力光（６２）を前記基端点（６３）から前
記第１の光路（６３→６８→７０）に出力し、前記終端
点（７０）における前記第１の光路（６３→６８→７
０）に出力された前記入力光（６２）を、参照光（６
９）として提供する事と、（ｑ）前記入力光（６２）を
前記基端点（６３）から前記第２の光路（６３→７２→
７０）に出力し、前記終端点（７０）における前記第２
の光路（６３→７２→７０）に出力された前記入力光
（６２）を、測定光（７３）として提供する事と、
（ｒ）前記第１および第２の光路（６３→６８→７０、
６３→７２→７０）の光路差に対応する、前記参照光
（６９）および前記測定光（７３）の周波数差を、ビー
ト周波数（ｆ_ｂ１）として検出する事と、（ｓ）前記ビ
ート周波数（ｆ_ｂ１）に基づいて、前記第２の中間点
（７２）に関する測定量を求める事と、（ｔ）前記第１
の光路（６３→６８→７０）の前記光路長を可変にする
事とを備えてなり、前記（ｒ）は、前記光路長が可変に
された前記第１の光路（６３→６８→７０）と前記第２
の光路（６３→７２→７０）の光路差に対応する前記参
照光（６９）および前記測定光（７３）の周波数差を、
第１の前記ビート周波数（ｆ_ｂ１）として検出し、前記
（ｔ）は、前記第１の光路（６３→６８→７０）の光路
長（ｋ＝２）を、前記第１のビート周波数（ｆ_ｂ１）に
対応する前記第１の光路（６３→６８→７０）の光路長
とは異なる再変化量（ｋ＝２’）に設定し、前記（ｒ）
は、前記光路長が前記再変化量（ｋ＝２’）に設定され
た前記第１の光路（６３→６８→７０）と、前記第２の
光路（６３→７２→７０）に対応する前記参照光（６
９）および前記測定光（７３）の周波数差を、第２の前
記ビート周波数（ｆ’_ｂ１）として検出し、前記（ｓ）
は、前記第１および第２のビート周波数（ｆ_ｂ１、ｆ’
_ｂ１）に基づいて、前記第２の中間点（７２）に関する
測定量を求める。

【００３５】本発明の光周波数領域反射測定方法におい
て、前記（ｔ）は、その前記光路長が互いに異なる前記
第１の光路（６３→６８→７０）を複数生成する事を含
み、前記複数の第１の光路（６３→６８→７０）同士の
光路長差が互いに同じとなるように前記複数の第１の光
路（６３→６８→７０）を生成し、前記（ｒ）は、前記
複数の第１の光路（６３→６８→７０）のうち、前記第
２の光路（６３→７２→７０）の光路長と最も近い光路
長を有する前記第１の光路（６３→６８→７０）と、前
記第２の光路（６３→７２→７０）の光路差に対応する
前記参照光（６９）および前記測定光（７３）の周波数
差を前記第１のビート周波数（ｆ_ｂ１）として検出し、
前記（ｔ）は、前記第１のビート周波数（ｆ_ｂ１）に対
応する前記第１の光路（６３→６８→７０）の光路長
と、前記再変化量（ｋ＝２’）との差が、前記互いに同
じとされた前記複数の第１の光路（６３→６８→７０）
同士の光路長差（Ｌ_ｒ）を超えない値となるように前記
再変化量（ｋ＝２’）を設定する。

【００３６】本発明の装置構成は、所要の周期で光の波
長（周波数）可変ができる光源部（発光手段）（６１）
と、外部からその波長可変制御を行うために必要な制御
回路および信号発生器から構成される波長可変制御部
（波長可変制御手段）（６０）と、外部から光源部（６
１）への戻り光による光周波数の不安定さを防ぐための
光学素子（５９）、そして光源（６１）からの出力光
（６２）を参照光学系（第１光学手段）（６８）と測定
光（９１）との２方向へ分配する光分配器（６３）と、
その参照光学系（６８）からの反射・透過光（６９）と
被測定対象（７２）からの測定反射光（７３）とを合波
するための光合波器（７０）からなる測定光学系（第２
光学手段）と、その第２光学手段により得られる干渉信
号光（７４）を電気信号として検出するための光検出器
（７５）、それによって得られる電気信号（ビート信
号）の周波数成分を解析するための検波解析処理部（７
６）から構成されている光周波数領域反射測定装置にお
いて、上記参照光学系（第１光学手段）（６８）の光路
上の構成が、ある周期長間隔（τ_ｒ）で多重往復・周回
し再び測定光学系（第２光学手段）へ帰還するようにし
てあり、その多重往復・周回の基本周期の光路長
（Ｌ_ｒ）がわずかに可変、またはわずかに異なる基本周
期の光路長（Ｌ_ｒ）を選択あるいは発生させることで、
その参照光路長に任意に遅延を与えることができる。

【００３７】本発明の手段は、光周波数領域反射測定装
置の参照光学系（第一光学手段）の基本光路長Ｌ_ｒと、
周回数Ｎと、基本光路長Ｌ_ｒからの遅延変化量ΔＬ_ｒだ
け変化した時のビート周波数の変化分と、その変化分の
方向の情報により、最終的に測定したい測定値（Ｌ_ａ）
の粗の部分（｜Ｎ｜Ｌ_ｒ）を求め、微の部分（ｌ_ａ）は
遅延変化起こす前に検出されたビート周波数値より求
め、これら両者を足し合せた粗・微計測（｜Ｎ｜Ｌ_ｒ±
ｌ_ａ）により精度を維持しつつダイナミックレンジを広
くできる。

【００３８】また、第１光学手段（参照光学系）（６
８）が光源部（６１）の直後に配置しても（分配器（６
３）により参照光（９０）と測定光（９１）とに二分さ
れる前に）上記発明と同様の効果（精度を維持しつつダ
イナミックレンジを広くする）をもたらす。

【００３９】

【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照して、本発
明による光周波数領域反射測定法の一実施形態について
詳細に説明する。

【００４０】（第１の実施形態）ここで図１から図８を
参照して第１の実施形態および実測例を述べる。図１は
本実施形態の構成を示しており、図２から図７は本実施
形態の作用、図８は実測例を示している。第１の実施形
態は周回参照光学系がファブリペロー型である。図１
は、その部分をミラー対の空間型の例で説明している
が、その部分はファイバファブリペロー型に置き換えて
も同じ作用をもたらす。

【００４１】第１の実施形態の作用を図１の構成を使
い、図２から図７を用いて説明する。図１の光源６１は
光周波数変調制御部６０によって光周波数変調（ＦＭ）
を受け、アイソレータ５９を通り光ＦＭ出力６２として
出力される。その出力光６２はビームスプリッタ６３に
より参照光９０と測定信号光９１とに分配される。その
うち参照光９０はファブリペロー型周回参照光学系６８
に導かれ反射鏡６４と反射鏡６６のそれぞれの繰り返し
反射によりその反射鏡間隔Ｌ_ｒ’を周回する周回反射光
６５が作り出される。

【００４２】その結果、光学系６８では周回反射光６５
が一往復するごとに反射鏡６６からの一部透過光が一往
復時間（τ_ｒ＝Ｌ_ｒ／ｃ．ｃ：光速, Ｌ_ｒ＝２
Ｌ_ｒ’）ごとに規則正しく出力される。これが周回参照
光６９として本実施形態中の測定レンジの拡大のために
寄与する。ここまでの動作についての原理を図２から図
４を用いて説明する。

【００４３】図２は周回参照光を用いた時の光周波数掃
引時間変化である。図中の点線は各周回における参照光
の光周波数掃引の様子で、実線は測定反射光４３であ
る。ビート周波数はこれらの光周波数の差の組み合わせ
により幾つも発生するが、それは理論上規則性のある組
み合わせで限られた範囲で発生するため、事前にあるビ
ート周波数（もしくは周波数帯域内）だけを着目し観測
することで、この場合距離を求めることができる。

【００４４】その過程を図２から図４を用いて具体的に
説明するが、同時に、一般的（Ｎ周回の場合）に拡張し
た場合についても説明する。

【００４５】周回参照光は、図２に示すように、周回時
間間隔τ_rごとにｋ＝０，１，２，３，……Ｎ周回それ
ぞれに対応した時間ｔ＝０，τ_ｒ，２τ_ｒ，３τ_ｒ，…
…Ｎτ_ｒのように時間多重で複数形成（点線）される。
現状、この段階でも測定信号光４３がなくても周回参照
光同士の周波数差によりビート信号は発生する。その基
本となるビート周波数は隣り合う参照光の周波数差ｆ
_ｂｒ４０であり、２つ両隣り、３つ両隣りごとに２ｆ
_ｂｒ、３ｆ_ｂｒのように、ｆ_ｂｒの高調波成分の形で離
散的に発生する。

【００４６】しかしながら仮にＮ周回したからといっ
て、Ｎｆ_ｂｒまでの全てのビート周波数の高調波成分が
発生するとは限らない。それは周回参照光同士の相関度
（コヒーレンス）の大小によってその高調波領域は決ま
る。もし相関が無限にあるならば全ての高調波成分は存
在しうるが、実際はその相関は有限であるため、その周
回参照光同士のビート周波数の数もその相関時間の範囲
でしか存在しない。

【００４７】ここで任意の隣り合う周回参照光同士間で
しか相関がない場合を考える（実際の動作としては図１
の反射鏡６４、６６の間隔長さを移動ステージ６７を用
いて変えるだけでその相関度も自在に調整できる）。す
ると、周回参照光同士のビート周波数は基本参照ビート
周波数ｆ_ｂｒ４０しか存在しなくなる。この時のｆ_{ｂ ｒ}
は次式（３）で表される。 ｆ_ｂｒ＝ατ_ｒ． α＝２Δνｆ_ｍ． ……（３） ただし、Δν：光ＦＭ帯域幅、ｆ_ｍは変調周波数であ
る。

【００４８】再び図１でのそれ以降の動作について説明
するのと同時に、図２から図４の原理図も併用して本実
施形態を説明する。

【００４９】さて今度、このような周回参照光の条件下
で、図１の測定対象７２（ｋ＝０に係る参照光との光路
差時間２τ_r＋τ_aに相当）から測定反射光７３が反射再
到来する。この測定反射光７３と参照光６９はビームス
プリッタ７０を介して合波し干渉光７４として受光器７
５で二乗検波される。そして信号処理部７６によりビー
ト信号の周波数成分が解析される。これらの結果は、図
２の原理図の関係からみると周回参照光同士の関係に新
たに測定反射光４３が加わることとなる。

【００５０】任意の隣り合う周回参照光同士間でしか相
関がない条件下で、これらの周回参照光と測定信号光４
３との相関関係があるのはｋ＝２に係る参照光４５とｋ
＝３に係る参照光４６のみであり、測定信号光４３との
それぞれの周波数差（ビート周波数）はｆ_ｂ１４１とｆ
_ｂ２４２となる。

【００５１】これらビート周波数の大小関係は図３で示
しているビート周波数スペクトラム４８、４９に相当
し、同時に周回参照光同士の基本ビート周波数スペクト
ラム４７も一緒に発生する。

【００５２】これらのビート周波数スペクトラムｆ_ｂｒ
とｆ_ｂ１とｆ_ｂ２との関係は、測定反射光４３の参照光
からの光路差が変化しても常に次式（４）の関係を満た
す特徴を有する。 ｆ_ｂｒ＝ｆ_ｂ１＋ｆ_ｂ２． （４） ここで、 （ｉ）ｆ_ｂ１＝ατ_ａ． （０≦ｆ_ｂ１≦（ｆ_ｂｒ／２））． （ｉｉ）ｆ_ｂ２＝α（τ_ｒ−τ_ａ）． （（ｆ_ｂｒ／２）≦ｆ_ｂ２≦ｆ_ｂｒ ）． （５） である。

【００５３】式（５）の二つビート周波数スペクトラム
ｆ_ｂ１４８とｆ_ｂ２４９が、測定距離Ｌ（図４参照）が
変化しても（４）式を常に満たすならば、ｆ_ｂ１に関し
て言えばその軌跡は図４の符号５１のように周回光路長
Ｌ_ｒを一周期としたジグザクの折り返し軌跡を示す。そ
して各軌跡ごとに添付されている数字は、その測定距離
領域でのビートに寄与している周回参照光の周回番号で
ありその±の符号は測定信号より遠いところにある参照
光には＋、近いところにある場合は−という意味で表記
している。

【００５４】つまり測定レンジの拡大（この場合測距範
囲の拡大）に必要な測定基準は、参照光がＮ回周回する
ごとに、自動的にＮ倍その基準光路長が等間隔に拡大さ
れ、今回の例題である測定反射光４３では、自動的にそ
の距離に一番近い測定基準である２番目の参照光（２τ
_r）からの光路差（τ_a）に相当するビート周波数（４
１）が発生する。

【００５５】この段階では、ある任意の距離（この場合
２番目の周回参照光の光路差２τ_r）をオフセットとし
た、そこからの相対距離ｌ_ａ（光路差τ_ａに対応する距
離）は求められるが、この段階では周回参照光の周回数
Ｎ番目（この場合Ｎ＝２）がわからないため、ｋ＝０を
絶対基準として測定した絶対距離は、まだわからない。
しかしながらその相対距離ｌ_ａのみを知るためであるな
らばこの段階で十分である。

【００５６】次に説明するのは、更に絶対距離をもとめ
るための手順である。この手順を図５から図７の「Ｎの
判定方法」を用いて説明する。前述した相対距離を求め
る方法にこの方法を組み合わせることで、そのビート信
号が何周回（Ｎ周回）目の参照光と干渉して得られたも
のなのかと（Ｎの絶対値の判定）、その参照光が測定信
号光より遠いか近いかを判定し（Ｎの符号の判定）、こ
れらを組み合わせて絶対距離Ｌ_ａ＝｜Ｎ｜Ｌ_ｒ±ｌ_ａ．
を求めることができる。

【００５７】その「Ｎと符号の判定」の手順と原理を図
１と図５から図７を用いて説明する。まず、Ｎを判定す
るための動作手順として、図１の周回参照光学系６８の
ファブリペロー干渉系の片方の反射鏡６６を移動ステー
ジ６７で光軸方向に可変にすることでファブリペロー干
渉系の反射鏡６４と反射鏡６６の基本となる光路間隔長
Ｌ_ｒ、周回時間τ_ｒをそれぞれ、Ｌ_ｒ→Ｌ_ｒ＋Δ
Ｌ_ｒ．、τ_ｒ→τ_ｒ＋Δτ_ｒ．のように変化させる。

【００５８】この変化はＮ周回するごとにΔＬ_ｒ、Δτ
_ｒが累積加算（Ｎ倍）される結果、間隔を変化させる前
と比べ、Ｎ周回目のその変化はそれぞれＮΔＬ_ｒ、ＮΔ
τ_ｒだけ変化することになる。その変化分は図７で示す
ように検出されるビート周波数の変化量（図７の点線と
実線の周波数差）に反映される。周回光路差を変化させ
る前後の各光の関係を図５で示す。図５の点線が反射鏡
６４と６６の間隔を変化させる前の状態で、一点鎖線は
間隔を変化した後である。そして、実線が測定反射光で
ある。ちなみに、測定信号光は周回光路長の変化には関
係しないので図２の符号４３で示すもののそのままであ
る。

【００５９】任意のＮ周回目参照光によるビート周波数
から絶対距離Ｌ_ａを求めるためには、上記の周回参照光
の基本光路長Ｌ_ｒを僅かに可変にするこれらの動作が必
要である。これらの情報から求められる絶対距離Ｌ_ａは
次式を用い求めることができる。 （ｉ）Ｎ＞０ Ｌ_ａ＝｜Ｎ｜Ｌ_ｒ−ｃｆ_ｂ１／α． （ｉｉ）Ｎ＜０ Ｌ_ａ＝｜Ｎ｜Ｌ_ｒ＋ｃｆ_ｂ１／α． ここで、ｃは光速である。 （６）

【００６０】ここで重要なのはＮであり、それ以外は既
知のパラメータである。Ｎは次のように求めることがで
きる。前述した操作により基本光路長Ｌ_ｒがＬ_ｒからＬ
_ｒ＋ΔＬ_ｒに変化すると図６のビート周波数スペクトラ
ムｆ_ｂ１４８（点線）がｆ’ _ｂ１５４（実線）のように
変化する。その変化量をΔｆ_ｂ１’とした時、図５の条
件下（ｋ＝２、ｋ＝２’）ではその変化量Δｆ_ｂ１’は
２Δｆ_ｂｒに相当する（図７のｋ＝２参照）。

【００６１】更に重要なのは、この変化量の向きであ
る。つまり、周回参照光の基本光路差が長くなる方向を
＋、短くなる方向を−と事前に定義すれば、おのずとΔ
ｆ_ｂ１’はその変化量に符号が付く。これらの準備と式
（７）によりそのＮと符号は判別でき、その結果を式
（６）のいずれかに代入することで絶対距離Ｌ_ａを算出
する。 Ｎ＝Δｆ_ｂ１’／Δｆ_ｂｒ． （７）

【００６２】これらの関係式を用いて第１の実施形態で
想定した具体例（原理図２から図７）について、Ｎとそ
の符号を求めて絶対距離を求めてみる。まず図３で検出
したビート周波数スペクトラムｆ_ｂ１４８に着目し、Ｎ
を求めるために前述したように周回参照光学系の基本光
路長Ｌ_ｒをΔＬ_ｒ（光路時間Δτ_ｒ）だけ長くなる方向
に変化させると（つまり図５の説明ではｋ＝２に係る周
回参照光４５はｋ’＝２に係る周回参照光５３に変化す
る）、得られるビート信号の周波数ｆ_ｂ１４８はｆ’
_ｂ１５４へと変化する（図６）。

【００６３】それぞれの関係を式（８）に示す。 ｆ_ｂ１＝ατ_ａ． ｆ’_ｂ１＝ｆ_ｂ１＋Δｆ_ｂ１’． Δｆ_ｂ１’＝−２αΔτ_ｒ． （８）

【００６４】また、同様に周回参照光同士のビート周波
数変化量Δｆ_ｂｒは、以下のようになる。 Δｆ_ｂｒ＝αΔτ_ｒ． （９）

【００６５】式（８）と（９）を式（７）に代入、整理
しＮを求める。結果式（１０）のようになる。 Ｎ＝Δｆ_ｂ１’／Δｆ_ｂｒ＝（−２αΔτ_ｒ）／（αΔτ_ｒ）＝−２． （ １０） 式（１０）よりＮの値と符号が判定でき、これより式
（６）（ｉｉ）から絶対距離Ｌ_ａが求められる。

【００６６】さて、実際に図１の構成でビート信号を検
出した実測例を図８に示す。前述したようにｆ_ｂ１、ｆ
_ｂ２、ｆ_ｂｒの関係は式（４）の関係を示す形でそれぞ
れビート周波数スペクトラム９４、９５、９６が出現し
ていることがわかる。よって、本発明にあるような周回
参照光を用いた原理により実際に測定レンジの拡大の効
果が期待できる。

【００６７】なお、図１の符号６ａ、６ｂは、それぞれ
反射鏡である。符号６ｃは参照光学部である。参照光学
部６ｃは、周回参照光学系６８と、反射鏡６ａ、６ｂを
含んでいる。

【００６８】図９は、第１実施形態の変形例を示したも
のである。本変形例では、図１に示したファブリペロー
型周回参照光学系６８が、光源部６１の直後に配置され
ている。図１と異なり、ビームスプリッター６３ａによ
りＦＭ光６２が参照光９０と測定信号光９１に分配され
る前に、周回参照光６５が生成される。他の構成は、基
本的に図１と同様であり、以下の通りである。

【００６９】図９に示す第１実施形態の変形例は、所要
の周期１／ｆ_ｍで光の波長を可変にできる発光部６０、
６１と、発光部６０、６１から出力された出力光６２に
基づいて、入力光６２ａを生成する入力光生成部（周回
参照光学系）６８と、入力光６２ａを分配して参照光６
９および測定光９１を生成する光分配部（ビームスプリ
ッター）６３ａと、測定光９１が測定対象７２に反射し
てなる測定反射光７３と、参照光６９とを合波して干渉
光７４を生成する光合波部（ビームスプリッター）６３
ａと、干渉光７４に基づいて、測定反射光７３と参照光
６９の周波数差ｆ_ｂ１を、測定光周波数差ｆ_ｂ１として
検出し、検出された測定光周波数差ｆ_{ｂ １}に基づいて、
測定対象７２に関する測定量Ｌ_ａを求める検出部７６と
を備えている。なお、符号６ｄは、参照ミラーである。

【００７０】入力光生成部６８は、出力光６２が、可変
に設定可能な距離Ｌ_ｒ’、Ｌ_ｒ’＋ΔＬ_ｒ’をＮ（Ｎ≧
２）回往復または周回した結果としての光６２ａを、入
力光６２ａとして生成可能である。反射鏡６４、６６間
の間隔Ｌ_ｒ’を一往復する時間毎に定期的に出力される
入力光６２ａのうち、周回回数Ｎが１のものを測定光９
１とする。参照光６９については、周回回数Ｎ（Ｋ）の
数を問わないのは図２と同じである。

【００７１】本変形例によっても、図１と同様に、測定
精度を維持しつつダイナミックレンジの広い測定を行う
ことができる。

【００７２】（第２の実施形態）図１０を用いて第２の
実施形態を示す。第２の実施形態と第１の実施形態との
違いは周回参照光学系の構成であり、ビート信号検出か
ら絶対距離を算出するまでの手順は第１の実施形態と同
じである。

【００７３】第２の実施形態の周回参照光学系はファイ
バループの形態で参照光を周回させており、周回参照光
の基本光路長Ｌ_ｒが長くなった時、第１の実施形態の空
間型の光学系ではスペース大、アライメント難の問題が
発生するが、本実施形態ではその部分がファイバループ
の構成を有しているため、たとえ基本光路長が長くなっ
ても同じスペースで何重にもファイバを巻くことで、こ
れらの問題は発生しないという利点がある。

【００７４】第２の実施形態は、周回参照光学系１１５
以外の部分の構成・作用は第１の実施形態とほぼ同じで
あるため、重複を避ける意味でここでは周回参照光学系
１１５に注目し説明する。

【００７５】図１０の第２の実施形態の周回参照光学系
１１５について説明する。周回参照光学系１１５の構成
は２×２光ファイバカプラ（もしくはＸ分岐光導波路）
１０９、そして周回するための光ファイバ１１６、その
ファイバ中に挿入される格好でＮ次の判定のための光路
遅延・選択器１１１（例えば、移動ステージ、光ファイ
バ、導波路、複屈折結晶等が挙げられるが、その他で光
路を最低２種類変化もしくは選択できる目的であるなら
ばそれも含まれる）で構成されている。

【００７６】まず参照光１０８が最終的に周回参照光１
１２として出力されるために周回参照光学系１１５に導
入される。参照光１０８は２×２光ファイバカプラ１０
９（分岐比ｘ：１−ｘ，ｘは任意）の入力端ポートに
入力し２×２光ファイバカプラ１０９の分岐比に従い、
一部はそのままポートから出力光１１２として、また
残りはポートから周回光１１０として出力される。

【００７７】周回光１１０は光路遅延・選択器１１１を
経て再び２×２光ファイバカプラ１０９の入力端ポート
に入力し、一部はそのまま出力端ポートから出力光
１１２として、また残りは再び出力端ポートから２周
目の周回光１１０として出力される。そのあとの周回光
１１０の振る舞いは前述の繰り返しである。これらの繰
り返しにより周回参照光学系１１５は、常に２×２光フ
ァイバカプラ１０９の出力端ポートから周回参照光１
１２を出力することができる。

【００７８】本実施形態における絶対測長に必要なＮ次
判定方法は第１の実施形態と同じであるために、ここで
は重複をさけるために省略する。本実施形態は周回参照
光学系をファイバを用い、それをループ状に構成するこ
とでその基本光路長が長くなってもそのループ部分を何
重にも巻き付けることで小型化に対応できる点である。
これより本実施形態は第１の実施形態の測長レンジの拡
大と同時にその光学系の小型化にも効果がある。

【００７９】なお、図１０において、符号１００は、１
×２ファイバ方向性結合器（カプラ）であり、１０１は
測定光であり、１０２はコリメートレンズであり、１０
３は測定光であり、１０４はビームスプリッタであり、
１０５は測定対象であり、１０６は測定反射光であり、
１０７は結合レンズであり、１１３は干渉用１×２光フ
ァイバカプラであり、１１４は干渉光である。

【００８０】（第３の実施形態）図１１の（ａ）、
（ｂ）を用いて第３の実施形態を説明する。本実施形態
と他の実施形態（第１および第２の実施形態）の違い
は、図１１（ａ）および（ｂ）のそれぞれの周回光路中
に光増幅器１２０、１２３が挿入されている点である。
これにより第１、第２の実施形態のように透過率、分岐
比による周回参照光のその光学構成上避けられない強度
減衰は、本実施形態により常に保証され、これらの制約
条件をなくすことで、周回参照光の周回数を飛躍的に拡
大、つまり更なる測長レンジの拡大が可能となる。

【００８１】図１１（ａ）は第１の実施形態の周回参照
光学系を光ファイバ８３に置き換え光増幅器１２０を付
加した場合（空間光学系のままでも半導体型光増幅器を
挿入することで同じ効果が期待できるがファイバにする
ことで更にこれらの構成が容易で小型化になる）であ
る。この作用について説明する。

【００８２】参照光８０は高反射膜端面８２と８５間を
多重反射することで周回光１２１が発生、それが光増幅
器１２０により増幅され、光路遅延・選択器８４を経て
端面８５から増幅した周回参照光１２２として出力され
る。また、同図（ｂ）は第２の実施形態の光学構成に光
増幅器１２３を付加した場合である。その構成において
周回参照光が得られるまでの作用は第２の実施形態と同
じであるためここではその説明を省略する。

【００８３】本実施形態の説明の中で、参照光が周回す
る動作やそのＮ次数を判定し、絶対距離を算出するまで
の過程は、第１および第２の実施形態で前述したのと同
じであるためその説明は省略する。本実施形態より第１
および第２の実施形態の構成では避けることができない
透過率、分岐比による周回参照光のその光学構成上避け
られない強度減衰による周回数の制限による測長レンジ
の制約は、各実施形態の周回光路長に光増幅器を挿入す
ることで常に保証され、これらの制約条件をなくすこと
で、周回参照光の周回数を飛躍的に拡大、つまり更なる
測長レンジの拡大という効果をもたらす。

【００８４】図１０（ａ）において、符号８０は参照光
であり、図１の符号９０に相当する。図１０（ｂ）にお
いて、符号１２４は周回光であり、図１０の符号１２４
に相当し、符号１２５は周回参照光であり、図１０の符
号１１２に相当する。

【００８５】（第４の実施形態）図１２（ａ），（ｂ）
を用いて第４の実施形態を説明する。本実施形態が他の
第１、第２および第３の実施形態と異なる点は、Ｎ次の
判定に必要な周回光路長を可変にする機構部分である。
第１、第２および第３の実施形態のいずれの場合もこの
部分は、物理的な光路長変化のために移動ステージや長
さが異なる光路を選択できる仕組みになっている。これ
はいずれも機械的機構に依存するため、Ｎ次判定に時間
がかかり、同時に装置の大型化、周回損失を招き測長レ
ンジを制限する要因となる。

【００８６】そこで本実施形態では、これらＮ次の判定
に必要な周回光路長の可変機構を光の複屈折効果を利用
し、光の偏光方向を変えることで光路長を変えるのと等
価な作用をする特長を有しており、周回光路中に別途、
光路遅延・選択器を挿入する必要がなくなり、結果、測
長レンジの拡大を妨げる原因を減らすことができ測長レ
ンジの拡大に、また、装置構成が簡素となり低コスト
に、また、Ｎ次判定時間の短縮に寄与する。

【００８７】本実施形態ではその光路長を変化させる時
の機構に他の実施形態と大きな違いがあり、光路長を変
化させた後のＮ次判定の方法については他の実施形態と
全く同じである。そのため本実施形態特有の事柄を除い
て、Ｎ次判定による絶対測長の方法といった説明は、こ
こでは重複するため説明を省略する。

【００８８】本実施形態（ａ）の構成および作用につい
て説明する。ある直線偏光をもつ参照光８０がλ／２板
１３１を通り、複屈折光ファイバ（偏波面保存ファイ
バ）１３０と両端面が高反射率ミラー膜８２、８５とで
形成されているファブリペロー干渉系に入力される。ま
た、ここで参照光８０が円偏光であってもλ／２板１３
１を偏向子に置き換えることでもよい。

【００８９】するとこのファイバ型ファブリペロー干渉
系を往復反射することで周回参照光１３２が発生し、フ
ァイバを一往復するごとに各周回ごとの参照光がファイ
バ端８５から出力される。その出力光はその偏光状態に
合わせてλ／２板（または偏光子）１３３を通ることで
入力参照光８０と同じ偏光方向の周回参照光１３４が出
力される。この時Ｎ次を判定する前の偏光状態（ｐ偏光
とする）における一周回光路長はＬ_ｒ ^ｐ＝ｎ_ｐＬ_ｒ．
（Ｌ_ｒ ^ｐ：ｐ偏光からみたファイバ物理長、ｎ_ｐ：ｐ偏
光からみたファイバ屈折率）である。

【００９０】ビート周波数を検出しＮ次判定する際は入
出力側のそれぞれのλ／２板（または偏光子）１３１、
１３３を回転させ、その偏光方向を９０度（直交）変化
させ、偏光状態をｓ偏光とする。すると、複屈折光ファ
イバ１３０中の複屈折効果による偏光方向の違いから生
じる複屈折率差から、あたかもファイバの物理長を変え
たのと等価の作用を起こすことができる。

【００９１】つまり、ΔＬ_ｒ＝Ｌ_ｒ ^ｐ−Ｌ_ｒ ^ｓ＝（ｎ_ｐ
−ｎ_ｓ）Ｌ_ｒ．（Ｌ_ｒ ^ｓ：ｓ偏光からみたファイバ物理
長、ｎ_ｓ：ｓ偏光からみたファイバ屈折率）で、具体的
にはその屈折率差（ｎ_ｐ−ｎ_ｓ）は１０^−２〜１０^−３
程度であり、それでも、もしファイバ長１ｍならばその
光路差は１〜１０ｍｍとなる。この程度の光路差が発生
できれば、十分にＮ次の判定をおこなうことができ、こ
れより絶対距離を算出することができる。

【００９２】同様に同図（ｂ）の構成と作用について説
明する。構成は２×２偏波面保存ファイバカプラ１４３
を中心にその入出力端にはλ／２板（または偏光子）１
４０、１４５から構成されている。参照光１０８、１４
１がその周回参照光学系に入力、最終的に周回参照光１
４４、１４６になるまでの過程は、第２の実施形態（図
１０）で説明したのと同じであるため重複を避けるため
にここでの説明を省略する。また、Ｎ次判定に必要な偏
波面操作によって光路差を得る手法も、すでに前述した
図１２（ａ）の説明と同じであるためにここでの説明を
省略する。なお、符号１４２は周回光である。

【００９３】図１２（ｂ）は周回参照光の周回スタイル
が異なるが基本的にはその効果は前述したように、周回
光路中に別途、光路遅延・選択器を挿入する必要がなく
なり、結果、測長レンジの拡大を妨げる原因を減らすこ
とができ測長レンジの拡大に、また、装置構成が簡素と
なり低コストと小型化に、また、Ｎ次判定時間の短縮と
いう効果がある。

【００９４】本実施形態によれば、光源のコヒーレンス
が低くても長距離まで計測範囲を拡大でき、同時にその
計測精度も維持できることから比較的安価な光源におい
ても高精度長距離測長システムを低コストで供給でき
る。

【００９５】本実施形態によれば、相対的な変位量だけ
ではなく、粗計測のＮ次数を求めることができ、これら
を組み合わせることで同時に絶対距離をも算出すること
ができる。

【００９６】

【発明の効果】本発明の光周波数領域反射測定装置によ
れば、任意の光源特有のコヒーレンスに制限されること
なく測定範囲の拡大ができ、同時にこれまでの測定範囲
の拡大にともなう測定精度の劣化を解消し、測定範囲が
拡大しても測定精度が悪くならない。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の光周波数領域反射測定装置の
第１の実施形態の構成を示す図である。

【図２】図２は、第１実施形態において、周回参照光に
よるビート信号の検出原理に関し、光周波数掃引の時間
変化を示す図である。

【図３】図３は、第１実施形態において、周回参照光に
よるビート信号の検出原理に関し、ビート周波数スペク
トラムを示す図である。

【図４】図４は、第１実施形態において、周回参照光に
よるビート信号の検出原理に関し、測定距離Ｌに伴うビ
ート周波数値の軌跡を示す図である。

【図５】図５は、第１実施形態において、周回数Ｎの判
定方法に関し、周回光路長変化に伴う光周波数掃引の時
間変化を示す図である。

【図６】図６は、第１実施形態において、周回数Ｎの判
定方法に関し、周回光路長変化に伴うビート周波数スペ
クトラムの変化を示す図である。

【図７】図７は、第１実施形態において、周回数Ｎの判
定方法に関し、周回光路差ΔＬ _ｒ変化によるビート周波
数値の軌跡を示す図である。

【図８】図８は、第１実施形態において、周回参照光に
よるビート周波数スペクトラムの実測例を示す図であ
る。

【図９】図９は、第１の実施形態の変形例の構成を示す
図である。

【図１０】図１０は、第２の実施形態の構成を示す図で
ある。

【図１１】図１１は、第３実施形態の要部構成を示し、
（ａ）は第１実施形態に適用した図、（ｂ）は第２実施
形態に適用した図である。

【図１２】図１２は、第４実施形態の要部構成を示し、
（ａ）は第１実施形態に適用した図、（ｂ）は第２実施
形態に適用した図である。

【図１３】図１３は、従来一般の光周波数領域反射測定
装置の構成を示す図である。

【図１４】図１４は、図１３の装置におけるビート信号
検出原理に関し、（ａ）は光ＦＭ波変化を示し（ｂ）は
ビート周波数変化を示し、（ｃ）はビート信号強度波形
を示す図である。

【図１５】図１５は、図１３の装置におけるビート信号
検出原理に関し、ビート周波数成分を示す図である。

【符号の説明】

１ 発振器 ２ 半導体レーザ ３ 光ＦＭ出力 ４ ビームスプリッタ ５ 参照光 ６ 参照ミラー ６ａ 反射鏡 ６ｂ 反射鏡 ６ｃ 参照光学部 ６ｄ 参照ミラー ７ 物体光 ８ 測定対象 ９ 干渉光 １０ 光検出器 １１ Ａ／Ｄ変換器 １２ 演算装置 ４０ 隣り合う周回参照光同士の干渉ビート周波数ｆ
_ｂｒ ４１ ｋ＝２周目の周回参照光と測定反射光とのビート
周波数ｆ_ｂ１ ４２ ｋ＝２周目の周回参照光と測定反射光とのビート
周波数ｆ_ｂ２ ４３ 測定反射光 ４４ ｋ＝N周目の周回参照光 ４５ ｋ＝２周目の周回参照光 ４６ ｋ＝３周目の周回参照光 ４７ 隣り合う周回参照光同士の干渉ビート周波数スペ
クトラム ４８ ｋ＝２周目の周回参照光と測定反射光とのビート
周波数スペクトラム ４９ ｋ＝３周目の周回参照光と測定反射光とのビート
周波数スペクトラム ５０ ０≦ｆ_ｂ１≦ｆ_ｂｒ／２範囲のビート周波数ｆ
_ｂ１と絶対距離との関係 ５３ 周回光路差変化後の２周目の周回参照光 ５４ 周回光路差変化後の２周目参照光と測定信号光と
のビート周波数スペクトラム ５９ 光アイソレータ ６０ 光周波数変調制御部 ６１ 光源 ６２ 光ＦＭ出力 ６３ ビームスプリッタ ６３ａ ビームスプリッタ ６４ 反射鏡１ ６５ 周回光 ６６ 反射鏡２ ６７ 移動ステージ ６８ ファブリペロー型周回参照光学系 ６９ 周回参照光 ７０ ビームスプリッタ ７１ 測定信号光 ７２ 測定対象 ７３ 測定反射光 ７４ 干渉光 ７５ 受光器 ７６ 信号処理部 ８０ 参照光 ８２ 入力側高反射膜端面 ８３ 光ファイバ ８４ 光路遅延・選択器 ８５ 出力側高反射膜端面 ９４ 実測例におけるｆ_ｂ１のビート周波数スペクトラ
ム ９５ 実測例におけるｆ_ｂ２のビート周波数スペクトラ
ム ９６ 実測例におけるｆ_ｂｒのビート周波数スペクトラ
ム １００ １×２ファイバ方向性結合器（カプラ） １０１ 測定光出力 １０２ コリメートレンズ １０３ 測定光 １０４ ビームスプリッタ １０５ 測定対象 １０６ 測定反射光 １０７ 結合レンズ １０８ 参照光出力 １０９ ２×２光ファイバカプラ １１０ 周回光 １１１ 光路遅延・選択器 １１２ 周回参照光 １１３ 干渉用１×２光ファイバカプラ １１４ 干渉光 １１５ 周回参照光学系 １１６ 光ファイバ １１６ａ 光ファイバの入力部 １１６ｂ 光ファイバの出力部 １２０ 光増幅器 １２１ ファイバファブリペロー干渉系内の周回光 １２２ 周回参照光 １２３ 光増幅器 １２４ 周回光 １２５ 周回参照光 １３０ 偏波面保存ファイバ １３１ 入力側の偏光素子 １３２ ファイバファブリペロー干渉系内の周回光 １３３ 出力側の偏光素子 １３４ 周回参照光 １４０ 入力側の偏光素子 １４１ 参照光 １４２ 周回光 １４３ ２×２偏波面保存光ファイバカプラ １４４ 周回参照光出力 １４５ 出力側の偏光素子 １４６ 偏波面が調整された周回参照光

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所要の周期で光の波長を可変にできる発
   光部と、 前記発光部から出力された光を分配して第１参照光およ
   び測定光を生成する光分配部と、 前記第１参照光に基づいて、第２参照光を生成する参照
   光学部と、 前記測定光が測定対象に反射してなる測定反射光と、前
   記第２参照光とを合波して干渉光を生成する光合波部
   と、 前記干渉光に基づいて、前記測定反射光と前記第２参照
   光の周波数差を、測定光周波数差として検出し、前記検
   出された測定光周波数差に基づいて、前記測定対象に関
   する測定量を求める検出部とを備え、 前記参照光学部は、前記第１参照光が、可変に設定可能
   な距離をＮ（Ｎ≧２）回往復または周回した結果として
   の光を、前記第２参照光として生成可能である光周波数
   領域反射測定装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の光周波数領域反射測定装
   置において、 前記検出部は、 前記測定対象に関する測定量を、粗の部分と、微の部分
   とを足し合わせて求め、 前記微の部分を、第１の前記距離に対応する前記測定光
   周波数差を示す第１データに基づいて算出し、 前記粗の部分を、第２から第５のデータに基づいて算出
   し、 前記第２データは前記第１の距離を示し、 前記第３データは前記第１の距離に対応する前記測定光
   周波数差と前記第１の距離とは異なる第２の前記距離に
   対応する前記測定光周波数差の変化した量を示し、 前記第４データは前記変化の方向を示し、 前記第５データは第１距離に係る参照光周波数差と第２
   距離に係る参照光周波数差の変化量を示し、 前記第１距離に係る参照光周波数差は、前記第１参照光
   が前記第１の距離をｋ（ｋ≧０）回往復または周回した
   結果としてのｋに係る前記第２参照光と、前記第１参照
   光が前記第１の距離を前記ｋ＋１回往復または周回した
   結果としてのｋ＋１に係る前記第２参照光の周波数差で
   あり、 前記第２距離に係る参照光周波数差は、前記第１参照光
   が前記第２の距離を前記ｋ回往復または周回した結果と
   してのｋに係る前記第２参照光と、前記第１参照光が前
   記第２の距離を前記ｋ＋１回往復または周回した結果と
   してのｋ＋１に係る前記第２参照光の周波数差である光
   周波数領域反射測定装置。
3. 【請求項３】 所要の周期で光の波長を可変にできる発
   光部と、 前記発光部から出力された出力光に基づいて、入力光を
   生成する入力光生成部と、 前記入力光を分配して参照光および測定光を生成する光
   分配部と、 前記測定光が測定対象に反射してなる測定反射光と、前
   記参照光とを合波して干渉光を生成する光合波部と、 前記干渉光に基づいて、前記測定反射光と前記参照光の
   周波数差を、測定光周波数差として検出し、前記検出さ
   れた測定光周波数差に基づいて、前記測定対象に関する
   測定量を求める検出部とを備え、 前記入力光生成部は、前記出力光が、可変に設定可能な
   距離をＮ（Ｎ≧２）回往復または周回した結果としての
   光を、前記入力光として生成可能である光周波数領域反
   射測定装置。
4. 【請求項４】 設定された周期でその周波数が変化する
   光を出力する発光部と、 前記発光部から出力された光を分配して第１参照光およ
   び測定光を生成する第１ビームスプリッタと、 前記第１参照光に基づいて、第２参照光を生成する参照
   光学部と、 前記測定光が測定対象に反射してなる測定反射光と、第
   ２参照光とを重ね合わせて干渉光を生成する第２ビーム
   スプリッタと、 前記干渉光に基づいて、前記測定反射光と前記第２参照
   光の周波数差を検出し、前記周波数差に基づいて、前記
   測定対象に関する測定量を求める検出部とを備え、 前記参照光学部は、第１および第２の反射鏡と、前記第
   １および第２の反射鏡の間である反射鏡間隔を可変にす
   る間隔可変部を有し、 前記第１の反射鏡は、前記第１参照光を透過入力し、 前記第１および第２の反射鏡のそれぞれは、互いに協働
   して前記第１参照光を前記第１および第２の反射鏡の間
   で複数回反射させて、前記反射鏡間隔を複数回周回また
   は往復する周回光を生成し、 前記第２の反射鏡は、前記周回光が前記反射鏡間隔を１
   回周回または往復する毎に、前記周回光を一部透過させ
   てなる前記第２参照光を出力する光周波数領域反射測定
   装置。
5. 【請求項５】 設定された周期でその周波数が変化する
   光を出力する発光部と、 前記発光部から出力された光を分配して第１参照光およ
   び測定光を生成する第１光ファイバカプラと、 前記第１参照光に基づいて、第２参照光を生成する参照
   光学部と、 前記測定光が測定対象に反射してなる測定反射光と、第
   ２参照光とを重ね合わせて干渉光を生成する第２光ファ
   イバカプラと、 前記干渉光に基づいて、前記測定反射光と前記第２参照
   光の周波数差を検出し、前記周波数差に基づいて、前記
   測定対象に関する測定量を求める検出部とを備え、 前記参照光学部は、 第１および第２の入力ポートおよび第１および第２の出
   力ポートを有する第３光ファイバカプラと、 入力部および出力部を有し、前記入力部が前記第３光フ
   ァイバカプラの前記第２の出力ポートに接続され、前記
   出力部が前記第３光ファイバカプラの前記第２の出力ポ
   ートに接続される光ファイバと、 前記光ファイバにおける前記入出力部の途中に設けられ
   前記入出力部間の光路長を可変にする光路可変部とを有
   し、 前記光ファイバは、前記入出力部間を複数回周回する周
   回光を生成し、 前記第３光ファイバカプラは、 前記第１の入力ポートから入力した前記第１参照光を分
   岐させて第１および第２の分岐光を生成し、前記第１の
   分岐光を前記第１の出力ポートから前記第２参照光とし
   て出力し、前記第２の分岐光を前記第２の出力ポートか
   ら前記光ファイバに第ｎ（ｎ≧１）回目の前記周回光と
   して出力し、 前記第２の入力ポートから入力した前記第ｎ回目の周回
   光を分岐させて第３および第４の分岐光を生成し、前記
   第３の分岐光を前記第１の出力ポートから前記第２参照
   光として出力し、前記第４の分岐光を前記第２の出力ポ
   ートから前記光ファイバに第ｎ＋１回目の前記周回光と
   して出力し、 前記第２の入力ポートから前記第ｎ＋１回目の前記周回
   光を前記第ｎ回目の周回光として入力する光周波数領域
   反射測定装置。
6. 【請求項６】 請求項４または５に記載の光周波数領域
   反射測定装置において、 更に、 前記周回光の強度を増幅する光増幅器を有している光周
   波数領域反射測定装置。
7. 【請求項７】 設定された周期でその周波数が変化する
   光を出力する発光部と、 前記発光部から出力された光を分配して第１参照光およ
   び測定光を生成する第１ビームスプリッタと、 前記第１参照光に基づいて、第２参照光を生成する参照
   光学部と、 前記測定光が測定対象に反射してなる測定反射光と、第
   ２参照光とを重ね合わせて干渉光を生成する第２ビーム
   スプリッタと、 前記干渉光に基づいて、前記測定反射光と前記第２参照
   光の周波数差を検出し、前記周波数差に基づいて、前記
   測定対象に関する測定量を求める検出部とを備え、 前記参照光学部は、 第１および第２の反射膜面と、 前記第１および第２の反射膜面の間に設けられた複屈折
   光ファイバと、 前記第１の反射膜面の前段および前記第２の反射膜面の
   後段に設けられ、前記複屈折光ファイバに入出力する光
   の偏光方向を決定する第１および第２の偏光部と、 前記第１および第２の偏光部を回転させて、前記第１お
   よび第２の偏光部により決定される前記偏光方向を変化
   させる回転部とを有し、 前記第１の反射膜面は、前記第１の偏光部を介して前記
   第１参照光を透過入力し、 前記第１および第２の反射膜面のそれぞれは、互いに協
   働して前記第１参照光を前記第１および第２の反射膜面
   の間を複数回反射させて、前記第１および第２の反射膜
   面の間を複数回周回または往復する周回光を生成し、 前記第２の反射膜面は、前記周回光が前記第１および第
   ２の反射膜面の間を１回周回または往復する毎に、前記
   周回光を一部透過させ、前記第２の偏光部を通過してな
   る前記第２参照光を出力する光周波数領域反射測定装
   置。
8. 【請求項８】（ａ） 設定された時間間隔でその周波数
   が変化する光を、入力光として提供する事と、（ｂ）
   基端点から第１の中間点を介して終端点までの、その光
   路長が既知である第１の光路を提供する事と、（ｃ）
   前記基端点から第２の中間点を介して前記終端点までの
   第２の光路を提供する事と、（ｄ） 前記入力光を前記
   基端点から前記第１の光路に出力し、前記終端点におけ
   る前記第１の光路に出力された前記入力光を、参照光と
   して提供する事と、（ｅ） 前記入力光を前記基端点か
   ら前記第２の光路に出力し、前記終端点における前記第
   ２の光路に出力された前記入力光を、測定光として提供
   する事と、（ｆ） 前記第１および第２の光路の光路差
   に対応する、前記参照光および前記測定光の周波数差
   を、ビート周波数として検出する事と、（ｇ） 前記ビ
   ート周波数に基づいて、前記第２の中間点に関する測定
   量を求める事と、（ｈ） 前記第１の光路の前記光路長
   を可変にする事とを備えてなり、 前記（ｆ）は、前記光路長が可変にされた前記第１の光
   路と前記第２の光路の光路差に対応する前記参照光およ
   び前記測定光の周波数差を、前記ビート周波数として検
   出する光周波数領域反射測定方法。
9. 【請求項９】 請求項８記載の光周波数領域反射測定方
   法において、 前記（ｈ）は、その前記光路長が互いに異なる前記第１
   の光路を複数生成する事を含み、 前記（ｆ）は、前記複数の第１の光路のうち、前記第２
   の光路の光路長と最も近い光路長を有する前記第１の光
   路と、前記第２の光路の光路差に対応する前記参照光お
   よび前記測定光の周波数差を前記ビート周波数として検
   出する光周波数領域反射測定方法。
10. 【請求項１０】 請求項９記載の光周波数領域反射測定
    方法において、 前記（ｈ）は、前記複数の第１の光路を第２の設定され
    た時間間隔で生成するとともに、前記複数の第１の光路
    同士の光路長差が互いに同じとなるように前記複数の第
    １の光路を生成する光周波数領域反射測定方法。
11. 【請求項１１】（ａａ） 設定された時間間隔でその周
    波数が変化する光を、入力光として提供する事と、（ａ
    ｂ） 基端点から第１の中間点を介して終端点までの、
    その光路長が既知である第１の光路を提供する事と、
    （ａｃ） 前記基端点から第２の中間点を介して前記終
    端点までの第２の光路を提供する事と、（ａｄ） 前記
    入力光を前記基端点から前記第１の光路に出力し、前記
    終端点における前記第１の光路に出力された前記入力光
    を、参照光として提供する事と、（ａｅ） 前記入力光
    を前記基端点から前記第２の光路に出力し、前記終端点
    における前記第２の光路に出力された前記入力光を、測
    定光として提供する事と、（ａｆ） 前記第１および第
    ２の光路の光路差に対応する、前記参照光および前記測
    定光の周波数差を、ビート周波数として検出する事と、
    （ａｇ） 前記ビート周波数に基づいて、前記第２の中
    間点に関する測定量を求める事とを備えてなり、 前記第１の光路は、前記第１の光路を通る光が第３の設
    定された距離を２回以上周回または往復する周回部分を
    含んでいる光周波数領域反射測定方法。
12. 【請求項１２】（ｍ） 設定された時間間隔でその周波
    数が変化する光を、入力光として提供する事と、（ｎ）
    基端点から第１の中間点を介して終端点までの、その
    光路長が既知である第１の光路を提供する事と、（ｏ）
    前記基端点から第２の中間点を介して前記終端点まで
    の第２の光路を提供する事と、（ｐ） 前記入力光を前
    記基端点から前記第１の光路に出力し、前記終端点にお
    ける前記第１の光路に出力された前記入力光を、参照光
    として提供する事と、（ｑ） 前記入力光を前記基端点
    から前記第２の光路に出力し、前記終端点における前記
    第２の光路に出力された前記入力光を、測定光として提
    供する事と、（ｒ） 前記第１および第２の光路の光路
    差に対応する、前記参照光および前記測定光の周波数差
    を、ビート周波数として検出する事と、（ｓ） 前記ビ
    ート周波数に基づいて、前記第２の中間点に関する測定
    量を求める事と、（ｔ） 前記第１の光路の前記光路長
    を可変にする事とを備えてなり、 前記（ｒ）は、前記光路長が可変にされた前記第１の光
    路と前記第２の光路の光路差に対応する前記参照光およ
    び前記測定光の周波数差を、第１の前記ビート周波数と
    して検出し、 前記（ｔ）は、前記第１の光路の光路長を、前記第１の
    ビート周波数に対応する前記第１の光路の光路長とは異
    なる再変化量に設定し、 前記（ｒ）は、前記光路長が前記再変化量に設定された
    前記第１の光路と、前記第２の光路に対応する前記参照
    光および前記測定光の周波数差を、第２の前記ビート周
    波数として検出し、 前記（ｓ）は、前記第１および第２のビート周波数に基
    づいて、前記第２の中間点に関する測定量を求める光周
    波数領域反射測定方法。
13. 【請求項１３】 請求項１２記載の光周波数領域反射測
    定方法において、 前記（ｔ）は、その前記光路長が互いに異なる前記第１
    の光路を複数生成する事を含み、前記複数の第１の光路
    同士の光路長差が互いに同じとなるように前記複数の第
    １の光路を生成し、 前記（ｒ）は、前記複数の第１の光路のうち、前記第２
    の光路の光路長と最も近い光路長を有する前記第１の光
    路と、前記第２の光路の光路差に対応する前記参照光お
    よび前記測定光の周波数差を前記第１のビート周波数と
    して検出し、 前記（ｔ）は、前記第１のビート周波数に対応する前記
    第１の光路の光路長と、前記再変化量との差が、前記互
    いに同じとされた前記複数の第１の光路同士の光路長差
    を超えない値となるように前記再変化量を設定する光周
    波数領域反射測定方法。