JP2019100735A

JP2019100735A - 光干渉計

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Publication number: JP2019100735A
Application number: JP2017228710A
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Inventors: 良太大島; Ryota Oshima; 健一郎土井; Kenichiro Doi
Original assignee: Ono Sokki Co Ltd
Current assignee: Ono Sokki Co Ltd
Priority date: 2017-11-29
Filing date: 2017-11-29
Publication date: 2019-06-24
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Also published as: JP6670284B2

Abstract

【課題】良好な測定精度を確保しつつ、低コスト化と小型化を実現する。【解決手段】本体装置１において、測定光光源MLSが出射した測定光はPMファイバに入光し偏波保持ファイバカプラ１２７で照射光と参照光に分割され、参照光は、PMファイバを通って空間光路に出射され、周波数シフタで周波数がシフトされた後、ビームスプリッタＢＳ１３５に入射する。照準光は、PMファイバを通って、検出ユニット２に送られて、空間光路に出射され、第１レンズ２４、第２レンズ２５、λ/４板２６の対物光学系を通って測定対象物５００上に照射される。測定対象物５００で反射した反射光は、対物光学系から偏光ビームスプリッタＰＢＳ２７に進んでＰ偏光成分が分離され、PMファイバによって、本体装置１に送られて、空間光路に出射され、ビームスプリッタＢＳ１３５で参照光と結合される。【選択図】図２

Description

本発明は、光ファイバを用いた光干渉計に関するものである。

光ファイバを用いた光干渉計としては、結像光学系を除く光干渉計内の光路の全てを光ファイバと平面導波構造体で構成した、光ヘテロダイン干渉法により測定対象物の振動を計測する光干渉計が知られている（たとえば、特許文献１、図３）。

この光干渉計では、光源から出射された光を光ファイバに入光し、光ファイバに連結した平面導波構造体に導入した光は、平面導波構造体に備えたスプリッタによって測定光と参照光に分離されると共に、平面導波構造体に備えた周波数シフタによって測定光の周波数がシフトされる。

測定光と周波数がシフトされた参照光は、平面光構造体から異なる光ファイバに導入され、測定光は光ファイバを通って空間に出射され空間光路を通り結像光学系に入射する。そして、測定光は、結像光学系によって、測定対象物上にフォーカスされる。

測定対象物上で測定光の反射光は、結像光学系に入射し、結像光学系から光ファイバに導入される。
光ファイバに導入された反射光と、平面導波構造体によって光ファイバに導入された参照光は、光ファイバカプラで結合され、結合された光が光検出器で検出され、検出された光に生じている反射光と参照光の干渉より、測定対象物の振動が測定される。

特開２０１４-２２８５５２号公報

上述した光干渉計によれば、結像光学系を除く光干渉計内の光路の全てを光ファイバと平面導波構造体で構成しているので、光干渉計内の各部の配置の自由度が増加し、光干渉計を小型化に構成することができる。

しかしながら、上述した光干渉計内の光路の全てを光ファイバと平面導波構造体で構成する技術によれば、比較的高価な平面導波構造体が必要となる。
また、光ファイバに連結した平面導波構造体を用いて周波数シフトを行う場合、光ファイバ内の散乱や光ファイバ接続端の反射によりS/Nが劣化し良好な測定精度を確保することが難しい。

そこで、本発明は、良好な測定精度を確保できると共に、比較的低コストに実現できる、小型化に適した構造を備えた光干渉計を提供することを課題とする。

前記課題達成のために、本発明は、測定光を出射する光源装置と、前記測定光を導光する第１の光ファイバと、前記第１の光ファイバで導光された測定光を照射光と参照光に分割する光カプラと、前記光カプラで分割された参照光を導光する第２の光ファイバと、前記第２の光ファイバから空間に出射された参照光の周波数をシフトし空間に出射する周波数シフタと、前記光カプラで分割された照射光を導光する第３の光ファイバと、第４の光ファイバと、
前記第３の光ファイバから空間に出射された照射光を、測定対象物に照射し、前記測定対象物で反射した前記照射光の反射光を前記第４の光ファイバに入光する検出光学系と、前記第４の光ファイバから空間に出射された反射光と、前記周波数シフタから空間に出射された参照光とを、同じ光路上の結合光に結合する干渉光学系と、前記結合光を検出する光検出手段とを備えた第１の光干渉計を提供する。

また、本発明は、前記課題達成のために、測定光を出射する光源装置と、前記測定光を導光する第１の光ファイバと、前記第１の光ファイバで導光された測定光を照射光と参照光に分割する光カプラと、前記光カプラで分割された参照光を導光する第２の光ファイバと、前記光カプラで分割された照射光を導光する第３の光ファイバと、第４の光ファイバと、前記第３の光ファイバから空間に出射された照射光を、測定対象物に照射し、前記測定対象物で反射した前記照射光の反射光を前記第４の光ファイバに入光する検出光学系と、前記第４の光ファイバから空間に出射された反射光の周波数をシフトし空間に出射する周波数シフタと、前記第２の光ファイバから空間に出射された参照光と、前記周波数シフタから空間に出射された反射光とを、同じ光路上の結合光に結合する干渉光学系と、前記結合光を検出する光検出手段とを備えた第２の光干渉計を提供する。

ここで、このような第１の光干渉計や第２の光干渉計において、前記光源装置を、直線偏光の光を前記測定光として出射するものとし、前記第１の光ファイバ、前記第２の光ファイバ、前記第３の光ファイバ、前記第４の光ファイバを、偏波保持光ファイバとし、前記光カプラを、偏波保持光カプラとし、前記検出光学系を、偏光ビームスプリッタと、前記第３の偏波保持光ファイバから空間に出射された照射光を、測定対象物に照射すると共に、前記照射光の前記測定対象物による反射光を前記偏光ビームスプリッタに出射する対物光学系とを備えたものとし、前記第４の光ファイバを、前記偏光ビームスプリッタから出射される反射光の二つの直線偏光成分のうちの一方の直線偏光成分を導光するものとしてもよい。

また、この場合には、前記検出光学系に、前記対物光学系から出射された前記照射光と、前記対物光学系に入射する前記反射光とが通る位置に配置されたλ/４板を備えるようにしてもよい。

または、このような第１の光干渉計や第２の光干渉計において、前記光源装置を、直線偏光の光を測定光として出射するものとし、前記第１の光ファイバ、前記第２の光ファイバ、前記第３の光ファイバ、前記第４の光ファイバを、偏波保持光ファイバとし、前記光カプラを、偏波保持光カプラとし、前記検出光学系を、前記第３の偏波保持光ファイバから空間に出射された照射光を、測定対象物に照射すると共に、前記照射光の前記測定対象物による反射光を前記第４の光ファイバに入光する対物光学系と、前記対物光学系から出射された前記照射光と、前記対物光学系に入射する前記反射光とが通る位置に配置されたλ/４板とを備えたものとしてもよい。

または、このような第１の光干渉計や第２の光干渉計において、前記光源装置を、直線偏光の光を前記測定光として出射するものとし、前記第１の光ファイバ、前記第２の光ファイバ、前記第３の光ファイバ、前記第４の光ファイバを、偏波保持光ファイバとし、前記光カプラを、偏波保持光カプラとし、前記干渉光学系を、前記第４の光ファイバから空間に出射された反射光が入射する偏光ビームスプリッタを備え、前記偏光ビームスプリッタから出射される反射光の二つの直線偏光成分のうちの一方の直線偏光成分を前記結合光に結合するものしてもよい。

また、以上の光干渉計は、前記干渉光学系に、前記結合光に結合する参照光と反射光とが入射するビームスプリッタを備え、当該ビームスプリッタによって、前記結合光として、当該ビームスプリッタを透過した反射光と当該ビームスプリッタで反射した参照光とを同じ光路上に結合した第１の結合光と、当該ビームスプリッタで反射した反射光と当該ビームスプリッタを透過した参照光とを同じ光路上に結合した第２の結合光とを生成すると共に、前記光検出手段において、前記第１の結合光と前記第２の結合光とをそれぞれ検出するように構成してもよい。

また、上述した第１の光干渉計は、第１の光干渉計に第５の光ファイバを設け、前記光源装置を、直線偏光の光を前記測定光として出射するものとし、前記第１の光ファイバ、前記第２の光ファイバ、前記第３の光ファイバ、前記第４の光ファイバ、前記第５の光ファイバを、偏波保持光ファイバとし、前記光カプラを、偏波保持光カプラとし、前記検出光学系を、偏光ビームスプリッタと、前記第３の偏波保持光ファイバから空間に出射された照射光を、測定対象物に照射すると共に、前記照射光の前記測定対象物による反射光を前記偏光ビームスプリッタに出射する対物光学系とを備えたものとし、前記第４の光ファイバを、前記偏光ビームスプリッタから出射される反射光の二つの直線偏光成分のうちの一方の直線偏光成分を導光するものとし、前記第５の光ファイバを、前記偏光ビームスプリッタから出射される反射光の二つの直線偏光成分のうちの他方の直線偏光成分を導光するものとし、前記干渉光学系を、前記結合光として、前記第４の光ファイバから空間に出射された反射光と、前記周波数シフタから空間に出射された参照光とを、同じ光路上に結合した第１の結合光と、前記第５の光ファイバから空間に出射された反射光と、前記周波数シフタから空間に出射された参照光とを、同じ光路上に結合した第２の結合光とを生成するものとし、前記光検出手段を、前記第１の結合光と前記第２の結合光とをそれぞれ検出するものとしてもよい。

また、以上の各光干渉計に、可視光を照準光として出射する照準光光源装置と、波長分割多重カプラを設け、前記光源装置を前記測定光として不可視光を出射するものとし、前記波長分割多重カプラを、前記照準光光源装置が出射した前記照準光と前記光源装置が出射した光とを、前記第１の光ファイバに導入するものとしてもよい。

また、以上の第１の各光干渉計や第２の各光干渉計を、別体として構成された本体装置と検出ユニットとより構成し、前記本体装置を、前記光源装置と、前記第１の光ファイバと、前記光カプラと、前記第２の光ファイバと、前記周波数シフタと、前記干渉光学系と、前記光検出手段とを収容したものとし、前記検出ユニットを、前記検出光学系を収容したものとしてもよい。なお、第１の光干渉計や第２の光干渉計に、上述のように照準光光源装置と波長分割多重カプラを備える場合には、照準光光源装置と波長分割多重カプラは、本体装置に収容する。

以上のような光干渉計によれば、周波数シフタを空間光路中に配置したので、ＡＯＭなどの比較的安価で、光ファイバ内の散乱や光ファイバ接続端の反射によるS/Nの劣化が生じない周波数シフタを用いることができる。
また、光源装置から検出光学系までの光路と、光源装置から周波数シフタの直前の空間光路までの間の光路を光ファイバによる光路で形成したので、光干渉計内の各部の配置の自由度は比較的高く、光干渉計を小型に構成することができる。

以上のように、本発明によれば、良好な測定精度を確保できると共に、比較的低コストに実現できる、小型化に適した構造を備えた光干渉計を提供することができる。

本発明の実施形態に係る光干渉計の構成を示す図である。本発明の実施形態に係る光干渉計の内部構成を示す図である。本発明の実施形態に係る光干渉計の検出ユニットの他の構成例を示す図である。本発明の実施形態に係る光干渉計の光干渉部の他の構成例を示す図である。本発明の実施形態に係る光干渉計の他の構成例を示す図である。本発明の実施形態に係る光干渉計の他の構成例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１ａに、本実施形態に係る光干渉計の構成を示す。
図示するように、光干渉計は、本体装置１と検出ユニット２とを備えており、本体装置１と検出ユニット２は、PMファイバ（偏波保持ファイバ）で接続されている。
次に、図１ｂに示すように、本体装置１は、光源装置１１と、光ファイバ光学系１２と、光干渉部１３と、受光部１４と、信号計測部１５とを備えている。
ここで、図中の一点鎖線は空間光路を、黒の実線はPMファイバを、灰色の実線は電気信号線を表している。
図示するように、光源装置１１と光ファイバ光学系１２はPMファイバで接続され、光ファイバ光学系１２と光干渉部１３とはPMファイバで接続されている。また、検出ユニット２は、光ファイバ光学系１２と光干渉部１３と、それぞれPMファイバで接続されている。

また、光干渉部１３と受光部１４との間には空間光路が設けられており、受光部１４と信号計測部１５とは、電気信号線で接続されている。
以下、このような光干渉計の詳細について説明する。
図２に、光干渉計の詳細構成を示す。
ここで、図２においても、一点鎖線は空間光路を、黒の実線はPMファイバを、灰色の実線は電気信号線を表している。
図示するように、本体装置１の光源装置１１は、測定光光源MLS１１１と、照準光光源ALS１１２とを備えており、測定光光源MLSは、直線偏光した不可視光である測定光（たとえば、波長1550nmの測定光）を、照準光光源ALS１１２は直線偏光した可視光である照準光（たとえば、波長635nmの照準光）を出射する。

測定光光源MLSが出射した測定光と照準光光源ALS１１２が出射した照準光は、それぞれ、PMファイバ（偏波保持ファイバ)１１３、１１４に入射し、光コネクタであるFC/APCコネクタ１２１、１２２を介して、光ファイバ光学系１２内のPMファイバ１２３、１２４内に進む。PMファイバ１２３、１２４は、溶融型のPMWDMカプラ１２５（偏波保持波長分割多重カプラ１２５）に連結されており、PMファイバ１２３、１２４を進んだ測定光と照準光はPMWDMカプラ１２５において波長多重される。

そして、波長多重された測定光と照準光は、PMWDMカプラ１２５に連結されているPMファイバ１２６を通って、PMファイバ１２６に連結されている偏波保持ファイバカプラ１２７に入光し、照射光と参照光に分割される。

分割された照射光は、偏波保持ファイバカプラ１２７に連結しているPMファイバ１２８を通って、本体装置１の照射光出力用のFC/APCコネクタ１０１に送られ、分割された参照光は、偏波保持ファイバカプラ１２７に連結しているPMファイバ１２９に送られる。

PMファイバ１２９は、光干渉部１３のフェルール１３１に連結しており、PMファイバ１２９に送られた参照光は、フェルール１３１から空間光路に出射され、空間光路に出射された参照光はコリメータレンズ１３２によって平行光にされた後、ＡＯＭである周波数シフタFS１３３に入射し、周波数シフタFS１３３で周波数がシフトされた後、ミラー１３４で反射し、ビームスプリッタＢＳ１３５に入射する。

一方、本体装置１の照射光出力用のFC/APCコネクタ１０１に送られた照射光は、FC/APCコネクタ１０１に接続された、検出ユニット２の照射光入力用のPMファイバ２１に送られる。PMファイバ２１は、検出ユニット２のフェルール２２に連結しており、PMファイバ２１に送られた照射光は、フェルール２２から空間光路に出射され、空間光路に出射された照射光はコリメータレンズ２３によって平行光にされた後、第１レンズ２４、第２レンズ２５の偏心した位置を通って光路が変更され、幾分斜め方向に測定対象物５００上に照射される。ここで、検出ユニット２は、λ/４板２６を備えており、第２レンズ２５を通った照射光はλ/４板２６で円偏光に変換された後、測定対象物５００上に照射される。

照射光は測定対象物５００で反射し、測定対象物５００で反射した反射光は、λ/４板２６で直線偏光に変換された後、第２レンズ２５、第１レンズ２４の、照射光が通る位置と第２レンズ２５の中心と第１レンズ２４の中心を通る軸に対して対称となる位置を通って、光路が変更され、偏光ビームスプリッタＰＢＳ２７に入射する。

偏光ビームスプリッタＰＢＳ２７を透過した反射光のＰ偏光成分は、コリメータレンズ２８によって、検出ユニット２のフェルール２９に送られ、フェルール２９から、検出ユニット２の反射光出力用のPMファイバ２１０に入光する。

PMファイバ２１０は、本体装置１の反射光入力用のFC/APCコネクタ１０２に連結しており、PMファイバ２１０からFC/APCコネクタ１０２に送られた反射光は、FC/APCコネクタ１０２に連結されている、本体装置１のPMファイバ１０３に入光する。

PMファイバ１０３は、光干渉部１３のフェルール１３６に連結しており、PMファイバ１０３に送られた反射光は、フェルール１３６から空間光路に出射され、空間光路に出射された反射光はコリメータレンズ１３７によって平行光にされた後、空間光路を通ってビームスプリッタＢＳ１３５に入射する。

そして、ビームスプリッタＢＳ１３５を透過した反射光と、ビームスプリッタＢＳ１３５で反射した参照光によって形成される、反射光と参照光とを同一光軸上に結合した第１の結合光と、ビームスプリッタＢＳ１３５で反射した反射光と、ビームスプリッタＢＳ１３５を透過した参照光によって形成される、反射光と参照光とを同一光軸上に結合した第２の結合光が生成される。なお、第１の結合光と第２の結合光には、参照光と反射光との干渉によるビート信号が位相が反転して現れる。

なお、本光干渉計においては、ビームスプリッタＢＳ１３５に入射する参照光と反射光の偏光方向が一致するように各部の連結や配置を行うようにする。
第１の結合光は、ビームスプリッタＢＳ１３５から空間光路を通って受光部１４に送られ、第２の結合光はビームスプリッタＢＳ１３５から空間光路を通ってミラー１３８に送られ、ミラー１３８で反射した第２の結合光が空間光路を通って受光部１４に送られる。

受光部１４に送られた第１の結合光と第２の結合光は、それぞれ、光電素子１４１、１４２に入射して電気信号に変換され、変換された電気信号が信号計測部１５に送られる。
そして、信号計測部１５において、第１の結合光と第２の結合光の差分に基づいて、参照光と反射光のビート信号の周波数が検出され、ビート信号の周波数から測定対象物５００の速度や変位や振動周波数が算定される。

以上、本発明の実施形態について説明した。
本実施形態によれば、周波数シフタFS１３３を空間光路中に配置したので、ＡＯＭ（Acousto-Optic Modulator）などの比較的安価で、光ファイバ内の散乱や光ファイバ接続端の反射によるS/Nの劣化が生じない周波数シフタを用いることができる。

また、光源装置１１から検出ユニット２までの光路と、光源装置１１から周波数シフタFS１３３の直前の空間光路までの間の光路を光ファイバによる光路で形成したので、光干渉計内の各部の配置の自由度は比較的高く、光干渉計を小型に構成することができる。

ところで、以上の実施形態における検出ユニット２は、図３ａに示すように、λ/４板２６を設けない構成としたり、図３ｂに示すように偏光ビームスプリッタＰＢＳ２７を設けない構成とすることもできる。

このようにしても、反射光の一部の偏光成分を参照光と光干渉部１３で干渉させて測定を行うことができる。
また、以上の実施形態における光干渉部１３は、図４に示すように、周波数シフタFS１３３をコリメータレンズ１３２から出射される参照光に代えて、コリメータレンズ１３７から出射される反射光の周波数をシフトするように設けたものとしてもよい。

また、本実施形態に係る光干渉計は、図５に示すように、検出ユニット２に偏光ビームスプリッタＰＢＳ２７を設ける代わりに、光干渉部１３に、コリメータレンズ１３７とビームスプリッタＢＳ１３５の間の反射光の光路中に配置した偏光ビームスプリッタＰＢＳ１３９を設け、コリメータレンズ１３７から出射された後に偏光ビームスプリッタＰＢＳ１３９を透過した反射光のＰ偏光成分がビームスプリッタＢＳ１３５に入射するように構成してもよい。

また、本実施形態に係る光干渉計は、以下のように構成することもできる。
すなわち、図６に示すように、検出ユニット２を、λ/４板２６を設けない構成とすると共に、検出ユニット２に、コリメータレンズ２１１とフェルール２１２と第２の反射光出力用のPMファイバ２１３を設け、偏光ビームスプリッタＰＢＳ２７を反射した反射光のＳ偏光成分を、コリメータレンズ２１１によって、検出ユニット２のフェルール２１２に送り、フェルール２１２から、第２の反射光出力用のPMファイバ２１３に入光する。

また、本体装置１に、第２の反射光入力用のFC/APCコネクタ１０４と、FC/APCコネクタ１０４と光干渉部１３に設けたフェルール１３０１を連結するPMファイバ１０５を設け、第２の反射光出力用のPMファイバ２１３に入光した反射光が光干渉部１３のフェルール１３０１に入光するようにする。

そして、光干渉部１３に、上述したビームスプリッタＢＳ１３５とミラー１３８の代わりに、上述したフェルール１３０１、コリメータレンズ１３０２、ビームスプリッタＢＳ１３０３、ビームスプリッタＢＳ１３０４、ミラー１３０５、ビームスプリッタＢＳ１３０６、ミラー１３０７を設ける。

このように構成した光干渉部１３では、ミラー１３４で反射した周波数シフト後の参照光が、ビームスプリッタＢＳ１３０３に入射し、ビームスプリッタＢＳ１３０３で反射した参照光がビームスプリッタＢＳ１３０４に入射し、ビームスプリッタＢＳ１３０３を透過した参照光がビームスプリッタＢＳ１３０６に入射する。

また、コリメータレンズ１３７によって平行光にされた反射光は、空間光路を通ってビームスプリッタＢＳ１３０３に入射し、ビームスプリッタＢＳ１３０３を透過した反射光とビームスプリッタＢＳ１３０３に入射した参照光の反射光を同一光軸上に結合した結合光がビームスプリッタＢＳ１３０４に送られる。ビームスプリッタＢＳ１３０４に送られた結合光は、ビームスプリッタＢＳ１３０４で分割され、ビームスプリッタＢＳ１３０４を透過した結合光は結合光Ａとして受光部１４に送られ、ビームスプリッタＢＳ１３０４で反射した結合光はミラー１３０５で反射して結合光Ｂとして受光部１４に送られる。

一方、フェルール１３０１に入光した反射光は、空間光路に出射され、コリメータレンズ１３０２によって平行光とされた後、ビームスプリッタＢＳ１３０６に入射する。
そして、ビームスプリッタＢＳ１３０６を透過した反射光と、ビームスプリッタＢＳ１３０６で反射した参照光によって形成される、反射光と参照光とを同一光軸上に結合した結合光が結合光Ｃとして受光部１４に送られる。また、ビームスプリッタＢＳ１３０６で反射した反射光と、ビームスプリッタＢＳ１３０６を透過した参照光によって形成される、反射光と参照光とを同一光軸上に結合した結合光が結合光Ｄとして受光部１４に送られる。

そして、受光部１４を、上述した光電素子１４１、１４２に代えて、光干渉部１３から送られる結合光Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを、それぞれ、電気信号に変換して信号計測部１５に出力する光電素子１４０１、１４０２、１４０３、１４０４を設けたものとする。

また、信号計測部１５を、結合光Ａと結合光Ｂの差分に基づいて、参照光と反射光のビート信号の周波数を検出すると共に、結合光Ｃと結合光Ｄの差分に基づいて参照光と反射光のビート信号の周波数を検出するものとする。また、信号計測部１５において、結合光Ａと結合光Ｂの差分に基づいて検出したビート信号の周波数と、結合光Ｃと結合光Ｄの差分に基づいて検出したビート信号の周波数とのうち、よりビート信号の大きさが大きい方の周波数を用いて、測定対象物５００の速度や変位や振動周波数を算定するダイバシティ計測等を行う。

ここで、このような光干渉計においては、ビームスプリッタＢＳ１３０３に入射する参照光とビームスプリッタＢＳ１３０３にミラー１３４から入射する反射光の偏光方向が一致し、ビームスプリッタＢＳ１３０６に入射する参照光とビームスプリッタＢＳ１３０６にコリメータレンズ１３０２から入射する反射光の偏光方向が一致するように各部の連結や配置を行うようにする。

このように、光干渉計を構成することにより、λ/４板２６を設けることなく、測定対象物５００で反射した反射光の直交する偏光成分を用いた計測を行うことができるようになる。

１…本体装置、２…検出ユニット、１１…光源装置、１２…光ファイバ光学系、１３…光干渉部、１４…受光部、１５…信号計測部、２１/１０３/１１３/１１４/１２３/１２４/１２６/１２８/１２９/２１０/２１３…PMファイバ、２２/２９/１３１/１３６/２１２/１３０１…フェルール、２３/２８/１３２/１３７/２１１/１３０２…コリメータレンズ、２４…第１レンズ、２５…第２レンズ、２６…λ/４板、２７…偏光ビームスプリッタＰＢＳ、１０１/１０２/１０４/１２１/１２２…FC/APCコネクタ、１１１…測定光光源MLS、１１２…照準光光源ALS、１２５…PMWDMカプラ、１２７…偏波保持ファイバカプラ、１３３…周波数シフタFS、１３４/１３８/１３０５/１３０７…ミラー、１３５/１３０３/１３０４/１３０６…ビームスプリッタＢＳ、１４１/１４２/１４０１/１４０２/１４０３/１４０４…光電素子、５００…測定対象物。

Claims

測定光を出射する光源装置と、
前記測定光を導光する第１の光ファイバと、
前記第１の光ファイバで導光された測定光を照射光と参照光に分割する光カプラと、
前記光カプラで分割された参照光を導光する第２の光ファイバと、
前記第２の光ファイバから空間に出射された参照光の周波数をシフトし空間に出射する周波数シフタと、
前記光カプラで分割された照射光を導光する第３の光ファイバと、
第４の光ファイバと、
前記第３の光ファイバから空間に出射された照射光を、測定対象物に照射し、前記測定対象物で反射した前記照射光の反射光を前記第４の光ファイバに入光する検出光学系と、
前記第４の光ファイバから空間に出射された反射光と、前記周波数シフタから空間に出射された参照光とを、同じ光路上の結合光に結合する干渉光学系と、
前記結合光を検出する光検出手段とを有することを特徴とする光干渉計。
測定光を出射する光源装置と、
前記測定光を導光する第１の光ファイバと、
前記第１の光ファイバで導光された測定光を照射光と参照光に分割する光カプラと、
前記光カプラで分割された参照光を導光する第２の光ファイバと、
前記光カプラで分割された照射光を導光する第３の光ファイバと、
第４の光ファイバと、
前記第３の光ファイバから空間に出射された照射光を、測定対象物に照射し、前記測定対象物で反射した前記照射光の反射光を前記第４の光ファイバに入光する検出光学系と、
前記第４の光ファイバから空間に出射された反射光の周波数をシフトし空間に出射する周波数シフタと、
前記第２の光ファイバから空間に出射された参照光と、前記周波数シフタから空間に出射された反射光とを、同じ光路上の結合光に結合する干渉光学系と、
前記結合光を検出する光検出手段とを有することを特徴とする光干渉計。
請求項１または２記載の光干渉計であって、
前記光源装置は、直線偏光の光を前記測定光として出射し、
前記第１の光ファイバ、前記第２の光ファイバ、前記第３の光ファイバ、前記第４の光ファイバは、偏波保持光ファイバであり、
前記光カプラは、偏波保持光カプラであり、
前記検出光学系は、
偏光ビームスプリッタと、
前記第３の偏波保持光ファイバから空間に出射された照射光を、測定対象物に照射すると共に、前記照射光の前記測定対象物による反射光を前記偏光ビームスプリッタに出射する対物光学系とを備え、
前記第４の光ファイバは、前記偏光ビームスプリッタから出射される反射光の二つの直線偏光成分のうちの一方の直線偏光成分を導光することを特徴とする光干渉計。
請求項３記載の光干渉計であって、
前記検出光学系は、前記対物光学系から出射された前記照射光と、前記対物光学系に入射する前記反射光とが通る位置に配置されたλ/４板を備えていることを特徴とする光干渉計。
請求項１または２記載の光干渉計であって、
前記光源装置は、直線偏光の光を前記測定光として出射し、
前記第１の光ファイバ、前記第２の光ファイバ、前記第３の光ファイバ、前記第４の光ファイバは、偏波保持光ファイバであり、
前記光カプラは、偏波保持光カプラであり、
前記検出光学系は、
前記第３の偏波保持光ファイバから空間に出射された照射光を、測定対象物に照射すると共に、前記照射光の前記測定対象物による反射光を前記第４の光ファイバに入光する対物光学系と、
前記対物光学系から出射された前記照射光と、前記対物光学系に入射する前記反射光とが通る位置に配置されたλ/４板とを備えていることを特徴とする光干渉計。
請求項１、２または５記載の光干渉計であって、
前記光源装置は、直線偏光の光を前記測定光として出射し、
前記第１の光ファイバ、前記第２の光ファイバ、前記第３の光ファイバは、偏波保持光ファイバであり、
前記光カプラは、偏波保持光カプラであり、
前記干渉光学系は、前記第４の光ファイバから空間に出射された反射光が入射する偏光ビームスプリッタを備え、前記偏光ビームスプリッタから出射される反射光の二つの直線偏光成分のうちの一方の直線偏光成分を前記結合光に結合することを特徴とする光干渉計。
請求項１、２、３、４、５または６記載の光干渉計であって、
前記干渉光学系は、前記結合光に結合する参照光と反射光とが入射するビームスプリッタを備え、
前記ビームスプリッタは、前記結合光として、当該ビームスプリッタを透過した反射光と当該ビームスプリッタで反射した参照光とを同じ光路上に結合した第１の結合光と、当該ビームスプリッタで反射した反射光と当該ビームスプリッタを透過した参照光とを同じ光路上に結合した第２の結合光とを生成し、
前記光検出手段は、前記第１の結合光と前記第２の結合光とをそれぞれ検出することを有することを特徴とする光干渉計。
請求項１記載の光干渉計であって、
第５の光ファイバを有し、
前記光源装置は、直線偏光の光を前記測定光として出射し、
前記第１の光ファイバ、前記第２の光ファイバ、前記第３の光ファイバ、前記第４の光ファイバ、前記第５の光ファイバは、偏波保持光ファイバであり、
前記光カプラは、偏波保持光カプラであり、
前記検出光学系は、
偏光ビームスプリッタと、
前記第３の偏波保持光ファイバから空間に出射された照射光を、測定対象物に照射すると共に、前記照射光の前記測定対象物による反射光を前記偏光ビームスプリッタに出射する対物光学系とを備え、
前記第４の光ファイバは、前記偏光ビームスプリッタから出射される反射光の二つの直線偏光成分のうちの一方の直線偏光成分を導光し、
前記第５の光ファイバは、前記偏光ビームスプリッタから出射される反射光の二つの直線偏光成分のうちの他方の直線偏光成分を導光し、
前記干渉光学系は、前記結合光として、前記第４の光ファイバから空間に出射された反射光と、前記周波数シフタから空間に出射された参照光とを、同じ光路上に結合した第１の結合光と、前記第５の光ファイバから空間に出射された反射光と、前記周波数シフタから空間に出射された参照光とを、同じ光路上に結合した第２の結合光とを生成し、
前記光検出手段は、前記第１の結合光と前記第２の結合光とをそれぞれ検出することを有することを特徴とする光干渉計。
請求項１、２、３、４、５、６、７または８記載の光干渉計であって、
可視光を照準光として出射する照準光光源装置と、
波長分割多重カプラを備え、
前記光源装置は前記測定光として不可視光を出射し、
前記波長分割多重カプラは、前記照準光光源装置が出射した前記照準光と前記光源装置が出射した光とを、前記第１の光ファイバに導入することを特徴とする光干渉計。
請求項１、２、３、４、５、６、７または８記載の光干渉計であって、
別体として構成された本体装置と検出ユニットとを備え、
前記本体装置は、前記光源装置と、前記第１の光ファイバと、前記光カプラと、前記第２の光ファイバと、前記周波数シフタと、前記干渉光学系と、前記光検出手段とを収容し、
前記検出ユニットは、前記検出光学系を収容していることを特徴とする光干渉計。
請求項９記載の光干渉計であって、
別体として構成された本体装置と検出ユニットとを備え、
前記本体装置は、前記光源装置と、前記第１の光ファイバと、前記光カプラと、前記第２の光ファイバと、前記周波数シフタと、前記干渉光学系と、前記光検出手段と、前記照準光光源装置と、前記波長分割多重カプラとを収容し、
前記検出ユニットは、前記検出光学系を収容していることを特徴とする光干渉計。