JP2015230259A - 距離計測装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の第1の実施形態にかかる距離計測装置100を示す構成図である。図1の距離計測装置100は、光源101と、光源101からの出力光が入射される導波路部110と、光源101からの出力光を導波路部110に伝搬させる伝搬素子102と、導波路部110からの出射光を平行光にするコリメートレンズ103と、コリメートレンズ103を介した平行光を反射するミラー104と、距離計測装置100の移動距離を計測する計測部140とを備える。
1.V145>V146である場合は、ミラー104は、P1乃至P2の位置に存在することがわかり、ミラー104を移動させたときに、ミラー104の検出前の位置に対して、
(1)V145、V146がともに減少すればP1の位置から+側(距離測定装置100から離れる方向)に、
(2)V145、V146がともに増加すればP1の位置から−側(距離測定装置100に離近づく方向)に、
(3)V145が増加、V146が減少すれば、P2の位置から+側に、
(4)V145が減少、V146が増加すれば、P2の位置から−側に、
ミラー104が移動していることが検出できる。
2.V145<V146である場合は、ミラー104は、P3乃至P4の位置に存在することがわかり、ミラー104を移動させたときに、ミラー104の検出前の位置に対して、
(1)V145、V146がともに増加すればP3の位置から+側に、
(2)V145、V146がともに減少すればP3の位置から−側に、
(3)V145が減少、V146が増加すればP4の位置から+側に、
(4)V145が増加、V146が減少すればP4の位置から−側に
ミラー104が移動していることが検出できる。
第1の実施の形態では、位相分離干渉回路120として90°ハイブリッド回路を適用した例を示したが、位相分離干渉回路は、90°ハイブリッド回路に限らず複素平面上で参照光、プローブ光の位相関係を同定できる光回路であればよい。
本発明の第1の実施形態では、ある一つの軸(x軸)方向へのミラー104の相対移動量と移動方向を検出する方法を開示したが、第3の実施形態3においてはデカルト座標系の3軸について同時に検出する方法を開示する。
101、701 光源
102、702 伝搬素子
103、703〜705 コリメートレンズ
104、706〜708 ミラー
110、510、710 導波路部
111、511、711 導波路基板
112、512、712 入力導波路
113、112〜114、513、521、522、703、721〜724 光カプラ
114、514、714〜716 出力導波路
115 参照光導波路
116 プローブ光導波路
120、520、717〜719 位相分離干渉回路
125〜128、523〜525 接続導波路
129〜131、526〜528 出射導波路
140、730 計測部
141〜144、713〜742 フォトダイオード
145、146、751〜756 計装アンプ
146、761 デジタルアナログコンバータ
147、771 デジタルシグナルプロセッサ
720 45°跳ね上げミラー
810 ステージ
Claims (8)
- 光源と、
前記光源から出力された光波が入射される導波路部と、
前記導波路部の第1の出力導波路から出射される光波を平行ビームとする少なくとも一つの光学素子と、
前記光学素子を経由した光波を反射し、前記光学素子に戻す光学反射素子と、
前記導波路部の複数の第2の出力導波路からの出射光を受光して、前記反射素子の位置を計測する計測部と
を備え、
前記導波路部は、光カプラと、ハイブリッド回路により構成された位相分離干渉回路とを備え、
前記位相分離干渉回路は、前記光源から出力され前記光カプラにより分岐された参照光と、前記光学反射素子からの反射光とが入射され、前記参照光と前記反射光とを干渉させ、複数の異なる位相をもつ干渉光を生成し、前記複数の異なる位相をもつ干渉光を第2の導波路により出射し、
前記計測部は、前記第2の出力導波路からの出射光を受光するそれぞれ受光する複数のフォトダイオードを備え、前記フォトダイオードの出力から検出した複数の出射光の強度により参照光と反射光の間の位相差を検出する
ことを特徴とする距離計測装置。 - 前記位相ハイブリッド回路は、90度ハイブリッド回路であることを特徴とする請求項1に記載の距離計測装置。
- 前記位相ハイブリッド回路は、120度ハイブリッド回路であることを特徴とする請求項1に記載の距離計測装置。
- 前記位相分離干渉回路は導波路基板上に形成されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の距離測定装置。
- 前記導波路基板上には複数の前記位相分離回路が形成され、前記距離計測装置における複数の前記位相分離干渉回路からの光波は、前記光導波路基板の平面方向の直交する2つの方向と、前記導波路基板の垂直の方向との、3次元の方向に出射されることを特徴とする請求項4に記載の距離測定装置。
- 請求項1に記載の距離計測装置において、前記距離計測装置の移動方向、及び前記光学反射素子と前記距離計測装置との距離を測定する方法であって、
前記光源から、前記導波路部を介して前記参照光を前記光学反射素子に出射するステップと、
前記導波路部において、前記光学反射素子からの反射光が入射されるステップと、
前記位相分離回路において、前記反射光と前記参照光とを干渉し、異なる位相をもつ干渉光を生成するステップと、
前記異なる位相をもつ干渉光を、前記フォトダイオードにより受光するステップと、
前記計測部により、前記フォトダイオードの出力から検出した、前記光学反射素子の位置に対する光強度を表わす少なくとも2つの曲線の増減から前記距離計測装置の移動方向、及び前記光学反射素子と前記距離計測装置との距離を算出するステップと
を含むことを特徴とする方法。 - 請求項2に記載の距離計測装置において、前記距離計測装置の移動方向、及び前記反射素子と前記距離計測装置との距離を測定する方法であって、
前記光源から、前記導波路部を介して前記参照光を前記光学反射素子に出射するステップと、
前記導波路部において、前記光学反射素子からの反射光が入射されるステップと、
前記位相分離回路において、前記反射光の一部の光の位相を変化させ、前記反射光と前記参照光とを干渉してそれぞれ90度の位相のずれを有する4つの干渉光を生成するステップと、
前記4つの干渉光を、それぞれ4つの前記フォトダイオードにより受光するステップと、
前記計測部に備えられ、2つの前記フォトダイオードの出力の差動出力を算出する計装アンプにより、前記フォトダイオードのそれぞれの出力のうちの位相が180度ずれている2つの出力の差動出力をそれぞれ算出するステップと、
前記計測部により、前記それぞれの差動出力に基づいて算出した前記光学反射素子の位置に対する光強度を表わす2つの曲線の増減から、前記距離計測装置の移動方向、及び前記光学反射素子と前記距離計測装置との距離を算出するステップと
を含むことを特徴とする方法。 - 請求項3に記載の距離計測装置において、前記距離計測装置の移動方向、及び前記光学反射素子と前記距離計測装置との距離を測定する方法であって、
前記光源から、前記導波路部を介して前記参照光を前記光学反射素子に出射するステップと、
前記導波路部において、前記光学反射素子からの反射光が入射されるステップと、
前記位相分離回路において、前記反射光と前記参照光との干渉光を生成し、前記干渉光からそれぞれ120度の位相のずれを有する3つの干渉光を生成するステップと、
前記位相を変化させた3つの干渉光を、3つの前記フォトダイオードによりそれぞれ受光するステップと、
前記計測部により、前記フォトダイオードの出力から検出した、前記光学反射素子の位置に対する光強度を表わす3つの曲線の増減から前記距離計測装置の移動方向、及び前記光学反射素子と前記距離計測装置との距離を算出するステップと
を含むことを特徴とする方法。
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