JP2019109074A - 測定装置及び測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】測定対象物の測定点の距離及び磁場を同時に測定することができる測定装置及び測定方法を提供する。【解決手段】直線偏光を出射する光源部と、光源部から出射された直線偏光を測定光と参照光とに分割する光分割部と、光分割部にて分割された測定光を測定対象物の測定点に向けて出射する光出射部と、光分割部にて分割された参照光を反射する反射部と、測定点にて反射された測定光の第１反射光と、反射部にて反射された参照光の第２反射光との干渉光を分割して出力する干渉光出力部と、干渉光出力部から出力された干渉光を検出する光検出部と、干渉光出力部から出力された干渉光から、第１反射光の偏光状態を検出する偏光状態検出部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、磁場を有する測定対象物に対する磁場の測定と距離（位置、形状、寸法、及び振動等でも可）の測定とを行う測定装置及び測定方法に関する。

従来、非接触式のプローブ又は接触式のプローブを用いて測定対象物の形状及び寸法等の測定を行う形状測定装置が知られている。そして、近年では、各種電動機に用いられる磁石等のような磁場を有する測定対象物に対する形状等の測定の需要が高くなっている。このように測定対象物が磁場を有するものである場合、形状等以外に磁場測定を行うことが要求される場合がある。

特許文献１には、磁気光学効果（ファラデー効果）を発現する磁気転写膜を透過した測定光を受光することで、この磁気転写膜の磁場測定を行う磁場測定デバイスが開示されている。特許文献２には、磁気カー効果を発現する測定対象物に多色光の直線偏光を照射し、その反射光を受光することで、反射光の偏光面の角度変化の波長依存性を測定する偏光変化スペクトル装置が開示されている。特許文献３には、ホール素子を用いて測定対象物の磁場を測定する磁気センサが開示されている。

特開２０１７−１３３８６２号公報 特開２０１３−１３７２０９号公報 特開２００８−１５１５３４号公報

磁場を有する測定対象物の形状測定及び磁場測定を行う場合、これらを同時に行うことが望ましい。この際に、非接触式のプローブを用いる形状測定装置では、測定対象物の複数の測定点に測定光（レーザ光等）を順次照射し、この測定光の反射光を測定点ごとに受光した結果に基づき、予め定めた基準位置から各測定点までの距離を検出することで、測定対象物の形状等を測定する。しかし、このタイプの形状測定装置では、測定対象物の磁場を同時に測定することはできない。

また、接触式のプローブを用いる形状測定装置についても同様に、測定対象物の磁場を同時に測定することができない。さらにこのタイプの形状測定装置では、プローブの一部が金属で形成されているため、測定対象物が強い磁場を有する場合に、この磁場の影響（すなわち引力）により形状測定の精度が悪化するという問題もある。

一方、上記各特許文献に開示されている各種装置を測定対象物の磁場測定に利用することで、この測定対象物の磁場測定は可能であるが、測定対象物の形状等を同時に測定することはできない。

そこで、非接触式の形状測定装置による測定対象物の形状等の測定と、上記各特許文献に開示されている各種装置を利用した測定対象物の磁場測定と、を個別に行う方法が考えられる。しかし、この場合には、非接触式の形状測定装置による測定対象物の距離の測定点と、各特許文献の装置による測定対象物の磁場の測定点との位置が一致しない。また、例えば、非接触式の形状測定装置のプローブの近傍に磁気測定センサ（ホール素子等）を別途設けたとしても、両者の位置は同一にならないので、測定対象物における距離の測定点と磁場の測定点とが一致しないという問題は残る。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、測定対象物の測定点の距離及び磁場を同時に測定することができる測定装置及び測定方法を提供することを目的とする。

本発明の目的を達成するための測定装置は、直線偏光を出射する光源部と、光源部から出射された直線偏光を測定光と参照光とに分割する光分割部と、光分割部にて分割された測定光を測定対象物の測定点に向けて出射する光出射部と、光分割部にて分割された参照光を反射する反射部と、測定点にて反射された測定光の第１反射光と、反射部にて反射された参照光の第２反射光との干渉光を分割して出力する干渉光出力部と、干渉光出力部から出力された干渉光を検出する光検出部と、干渉光出力部から出力された干渉光から、第１反射光の偏光状態を検出する偏光状態検出部と、を備える。

この測定装置によれば、測定点の距離の解析に用いられる干渉光の検出結果と、測定点の磁場の解析に用いられる偏光状態の検出結果とが同時に取得されるので、実質的に測定対象物の同一の測定点に対する距離測定と磁場測定とを同時に実行することができる。

本発明の他の態様に係る測定装置において、光源部は、波長掃引しながら直線偏光を出力する。これにより、測定対象物の同一の測定点に対する距離測定（振動数測定）と磁場測定とを同時に実行することができる。

本発明の他の態様に係る測定装置において、光検出部による干渉光の検出結果に基づき、光出射部から測定点までの距離を解析する第１解析部と、偏光状態検出部が検出した第１反射光の偏光状態に基づき、測定点の磁場を解析する第２解析部と、を備える。これにより、測定対象物の同一の測定点に対する距離と磁場とが同時に得られる。

本発明の他の態様に係る測定装置において、第２解析部は、偏光状態検出部が検出した第１反射光の偏光状態に基づき、第１反射光のカー回転角を解析するカー回転角解析部と、カー回転角解析部の解析結果に基づき、カー回転角と磁場との関係を示す対応関係を参照して、測定点の磁場を決定する磁場決定部と、を備える。これにより、測定対象物の測定点の磁場が測定される。

本発明の他の態様に係る測定装置において、偏光状態検出部は、干渉光を偏光方向が異なる複数の偏光に分割する光学素子と、光学素子により分割された複数の偏光を差動検出する差動光検出器と、を備える。これにより、上述のカー回転角の解析に用いる差分信号が得られる。

本発明の目的を達成するための測定方法は、直線偏光を出射する直線偏光出射ステップと、直線偏光出射ステップで出射された直線偏光を測定光と参照光とに分割する光分割ステップと、光分割ステップで分割された測定光を測定対象物の測定点に向けて出射する測定光出射ステップと、光分割ステップで分割された参照光を反射する反射ステップと、測定点にて反射された測定光の第１反射光と、反射ステップにて反射された参照光の第２反射光との干渉光を分割して出力する干渉光出力ステップと、干渉光出力ステップで出力された干渉光を検出する干渉光検出ステップと、干渉光出力ステップで出力された干渉光から、第１反射光の偏光状態を検出する偏光状態検出ステップと、を有する。

本発明の測定装置及び測定方法は、測定対象物の測定点の距離及び磁場を同時に測定することができる。

測定対象物の形状及び磁場を同時測定する測定装置の概略図である。 波長掃引光源から出射される波長掃引光の波長の時間変化の一例を示したグラフである。 第１反射光の偏光状態を説明するための説明図である。 制御装置の構成を示すブロック図である。 校正データの一例を示した説明図である。 測定装置による測定対象物の形状測定を説明するための説明図である。 測定装置による測定対象物の距離及び形状等と、測定対象物の磁場との同時測定処理の流れを示すフローチャートである。

［測定装置の構成］
図１は、例えば磁石等の測定対象物９の形状及び磁場を同時測定する測定装置１０の概略図である。この測定装置１０は、測定対象物９の複数の測定点９ａごとの距離及び磁場を非接触で測定することで、測定対象物９の形状（位置、変位、及び寸法も可）、及びその測定点９ａごとの磁場を測定する。

測定装置１０は、波長掃引光源１１と、偏光子１２と、ファイバーカプラ１３と、第１ファイバーコネクタ１４Ａと、第１コリメータ１５Ａと、第２ファイバーコネクタ１４Ｂと、第２コリメータ１５Ｂと、これら各部を接続する光経路である光ファイバーケーブルＦと、ミラー１７（反射鏡）と、光検出器２０と、偏光ビームスプリッタ２１と、差動光検出器２２と、制御装置２５と、を備える。

波長掃引光源１１は、光ファイバーケーブルＦを介して偏光子１２に接続しており、この偏光子１２と共に本発明の光源部を構成する。波長掃引光源１１は、時間の経過と共に、一定の波長掃引周期（一定の波長掃引周波数）且つ一定波長帯で波長を例えば正弦波状に変化させながら、光ファイバーケーブルＦを介して偏光子１２へ波長掃引光を出射する。

図２は、波長掃引光源１１から出射される波長掃引光の波長の時間変化の一例を示したグラフである。ここで、図２のグラフの横軸は経過時間ｔであり、縦軸は波長掃引光源１１から射出される波長掃引光の波長λである。図２に示すように、波長掃引光源１１は、所定の波長掃引周期毎に、所定の波長帯で波長が正弦波（Ｓｉｎ波）状に変化する波長掃引光を出射する。

図１に戻って、偏光子１２は、光ファイバーケーブルＦを介して、波長掃引光源１１及びファイバーカプラ１３に接続している。偏光子１２は、波長掃引光源１１から入力された波長掃引光を直線偏光であるＰ偏光ＡＬに変換してファイバーカプラ１３へ出力する。Ｐ偏光ＡＬは、本実施形態では測定対象物９の光入射面に平行な任意の直線偏光である。これにより、波長掃引光源１１及び偏光子１２は、波長掃引されたＰ偏光ＡＬをファイバーカプラ１３へ出力する。

ファイバーカプラ１３は、光ファイバーケーブルＦを介して、第１ファイバーコネクタ１４Ａと第２ファイバーコネクタ１４Ｂと光検出器２０と偏光ビームスプリッタ２１とにそれぞれ接続している。ファイバーカプラ１３は、偏光子１２から光ファイバーケーブルＦを介して入力されたＰ偏光ＡＬを、測定光ＭＬと参照光ＲＬとに一定の割合で分割（分波）する。従って、ファイバーカプラ１３は、Ｐ偏光ＡＬが入力された場合には本発明の光分割部として機能する。そして、ファイバーカプラ１３は、光ファイバーケーブルＦを介して測定光ＭＬを第１ファイバーコネクタ１４Ａに出力し、且つ光ファイバーケーブルＦを介して参照光ＲＬを第２ファイバーコネクタ１４Ｂに出力する。

なお、ファイバーカプラ１３、及び各部を接続する光ファイバーケーブルＦとしては、後述の磁気カー効果によるカー回転角φ_Kerr（図４参照）の測定のため、偏波保持機能を有するものが用いられる。

第１ファイバーコネクタ１４Ａは、ファイバーカプラ１３に接続する光ファイバーケーブルＦと第１コリメータ１５Ａに接続する光ファイバーケーブルＦとを低光損失で接続する。また、第２ファイバーコネクタ１４Ｂは、ファイバーカプラ１３に接続する光ファイバーケーブルＦと第２コリメータ１５Ｂに接続する光ファイバーケーブルＦとを低光損失で接続する。これにより、第１ファイバーコネクタ１４Ａに入力された測定光ＭＬが光ファイバーケーブルＦを介して第１コリメータ１５Ａに入力される。また、第２ファイバーコネクタ１４Ｂに入力された参照光ＲＬが光ファイバーケーブルＦを介して第２コリメータ１５Ｂに入力される。

第１コリメータ１５Ａは、本発明の光出射部に相当するものであり、例えば光ファイバーケーブルＦから入力される測定光ＭＬを平行光に変換又は測定光ＭＬを集光して、この測定光ＭＬを測定対象物９の任意（所望）の測定点９ａに向けて出射する。ここで距離Ｌ_１は、第１コリメータ１５Ａと測定対象物９の測定点９ａとの間の距離である。

測定対象物９に向けて出射された測定光ＭＬの一部又は全部は、測定対象物９の測定点９ａにて第１コリメータ１５Ａに向けて反射される。これにより、第１コリメータ１５Ａには、測定対象物９にて反射された測定光ＭＬの反射光である第１反射光ＢＬ１が入射する。第１コリメータ１５Ａに入射した第１反射光ＢＬ１は、第１ファイバーコネクタ１４Ａ及び各光ファイバーケーブルＦを介して、ファイバーカプラ１３に入力される。

図３は、第１反射光ＢＬ１の偏光状態を説明するための説明図である。図３に示すように、測定対象物９の測定点９ａに入射する測定光ＭＬは、既述の通りＰ偏光ＡＬを分割した光である。ここで測定対象物９は磁場を有している（磁化されている）。このため、測定光ＭＬ（Ｐ偏光ＡＬ）を測定点９ａに入射した場合、この測定点９ａで反射される第１反射光ＢＬ１は、磁気カー効果（極カー効果及び縦カー効果等）により図中の符号Ｅで示すように楕円偏光となり、且つその主軸ｄ２が測定光ＭＬ（Ｐ偏光ＡＬ）の偏光方向ｄ１から回転する。なお、主軸ｄ２の偏光方向ｄ１に対する回転角がカー回転角φ_Kerr（図４参照）である。

図１に戻って、第２コリメータ１５Ｂは、例えば光ファイバーケーブルＦから入力される参照光ＲＬを平行光に変換又は参照光ＲＬを集光して、この参照光ＲＬをミラー１７に向けて出射する。ここで、距離Ｌ_２は第２コリメータ１５Ｂとミラー１７との間の距離である。なお、本実施形態では、ファイバーカプラ１３から第１コリメータ１５Ａまでの測定光ＭＬの光路長と、ファイバーカプラ１３から第２コリメータ１５Ｂまでの参照光ＲＬの光路長と、が等しく設定されている。

ミラー１７は、本発明の反射部に相当するものであり、第２コリメータ１５Ｂから出射された参照光ＲＬを反射する。これにより、ミラー１７にて反射された参照光ＲＬの反射光である第２反射光ＢＬ２が第２コリメータ１５Ｂに入射する。第２コリメータ１５Ｂに入射した第２反射光ＢＬ２は、第２ファイバーコネクタ１４Ｂ及び各光ファイバーケーブルＦを介して、ファイバーカプラ１３に入力される。なお、ミラー１７の代わりに、例えばコーナーキューブプリズム等の各種の反射部を用いてもよい。

ファイバーカプラ１３は、第１ファイバーコネクタ１４Ａから光ファイバーケーブルＦを介して入力された第１反射光ＢＬ１と、第２ファイバーコネクタ１４Ｂから光ファイバーケーブルＦを介して入力された第２反射光ＢＬ２と、を合波する。そして、ファイバーカプラ１３は、合波した干渉光ＳＬ（合波光）を任意の割合で分割し、分割した干渉光ＳＬを、光ファイバーケーブルＦを介して光検出器２０と偏光ビームスプリッタ２１とにそれぞれ出力する。従って、ファイバーカプラ１３は、第１反射光ＢＬ１及び第２反射光ＢＬ２が入力された場合、本発明の干渉光出力部として機能する。

光検出器２０は、本発明の光検出部に相当するものであり、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）型又はＣＭＯＳ（complementary metal oxide semiconductor）型のイメージセンサ、或いはシリコンフォトダイオードが用いられる。光検出器２０は、ファイバーカプラ１３から光ファイバーケーブルＦを介して入力（入射）された干渉光ＳＬを受光し、この干渉光ＳＬを電気信号である干渉信号ＳＧに変換及び増幅して制御装置２５へ出力する。この光検出器２０は、波長掃引速度［測定対象物９が振動（変位）している場合にはその時間変位］よりも十分に速い応答速度、例えば１ＭＨｚ以上の応答速度を有することが好ましい。

偏光ビームスプリッタ２１及び差動光検出器２２は本発明の偏光状態検出部に相当するものであり、干渉光ＳＬ（第１反射光ＢＬ１）の偏光状態の検出に用いられる。ここでいう偏光状態とは、干渉光ＳＬを偏光方向の異なる複数の偏光に分割（分解）した場合における各偏光の強度比（強度差）である。具体的に本実施形態では、偏光状態として、既述のカー回転角φ_Kerr（図４参照）の解析に用いられる後述の差分信号ＤＧを検出する。なお、偏光状態にはカー回転角φ_Kerrそのものが含まれていてもよい。

偏光ビームスプリッタ２１は、本発明の光学素子に相当するものであり、ファイバーカプラ１３から光ファイバーケーブルＦを介して入力される干渉光ＳＬを、偏光方向の異なる複数の偏光、すなわちＰ偏光ＣＬ１とＳ偏光ＣＬ２とに分割（分解）する。なお、Ｐ偏光ＣＬ１は先のＰ偏光ＡＬと実質的に同じである。また、本実施形態のＳ偏光ＣＬ２は、Ｐ偏光ＣＬ１（Ｐ偏光ＡＬ）と直交する直線偏光である。そして、偏光ビームスプリッタ２１は、光ファイバーケーブルＦを介して、分割したＰ偏光ＣＬ１及びＳ偏光ＣＬ２をそれぞれ差動光検出器２２へ出力する。

ここで、第１反射光ＢＬ１は磁気カー効果により楕円偏光となるのに対して、第２反射光ＢＬ２はＰ偏光ＡＬのままである。このため、Ｐ偏光ＣＬ１は第１反射光ＢＬ１のＰ偏光成分と第２反射光ＢＬ２とを合成したものであり、Ｓ偏光ＣＬ２は第１反射光ＢＬ１のＳ偏光成分である。そして、カー回転角φ_Kerr（図４参照）の大きさ及び方向に応じて、第１反射光ＢＬ１のＰ偏光成分及びＳ偏光成分の強度比（強度差）が変化するのに対して、第２反射光ＢＬ２の強度は一定である。このため、Ｐ偏光ＣＬ１及びＳ偏光ＣＬ２の強度比（強度差）は、第１反射光ＢＬ１のカー回転角φ_Kerrを示す指標となる。

差動光検出器２２は、光ファイバーケーブルＦを介して個別に入力されるＰ偏光ＣＬ１及びＳ偏光ＣＬ２を差動検出し、既述のカー回転角φ_Kerr（図４参照）に比例する差分信号ＤＧを制御装置２５へ出力する。この差動光検出器２２は、図示は省略するが、Ｐ偏光ＣＬ１を検出する第１光検出器と、Ｓ偏光ＣＬ２を検出する第２光検出器と、第１検出器及び第２検出器に接続された差動増幅回路と、を備える。なお、Ｐ偏光ＣＬ１及びＳ偏光ＣＬ２の差分信号ＤＧを検出可能であれば、差動光検出器２２は上記構成に特に限定はされない。

制御装置２５は、例えばパーソナルコンピュータ等の演算処理装置であり、波長掃引光源１１、光検出器２０、及び差動光検出器２２などの測定装置１０の各部の動作を統括制御する。また、制御装置２５は、光検出器２０から入力された干渉信号ＳＧ及び差動光検出器２２から入力された差分信号ＤＧを解析して、測定対象物９の測定点９ａの位置情報（距離Ｌ_１等）と測定点９ａの磁場とをそれぞれ決定する。

［制御装置の構成］
図４は、制御装置２５の構成を示すブロック図である。制御装置２５には、測定対象物９の測定点９ａの位置情報及び磁場等の各種解析結果を表示する表示部３０と、これら各種解析結果を記憶する記憶部３１と、が接続されている。

制御装置２５の不図示のＣＰＵ（central processing unit）又はＦＰＧＡ（field-programmable gate array）を含む演算処理回路は、不図示の制御プログラムを実行することにより、測定制御部３３と、第１解析部３４と、第２解析部３５として機能する。

測定制御部３３は、波長掃引光源１１による波長掃引光の出射、光検出器２０による干渉信号ＳＧの出力、及び差動光検出器２２による差分信号ＤＧの出力などを制御する。

第１解析部３４は、光検出器２０から干渉信号ＳＧを取得し、この干渉信号ＳＧを解析して、測定対象物９の測定点９ａにおける距離Ｌ_１を導出する。また、第１解析部３４は、測定対象物９が振動している場合には、測定対象物９（測定点９ａ）の振動数（変位）も導出する。なお、干渉信号ＳＧを解析して距離Ｌ_１及び振動数を導出する方法は、公知技術（特開２０１７−１６７０６５号公報、特開２０１６−２４０８６号公報、及び特開２０１６−１７９１９号公報）であるので、その詳細についての説明は省略する。そして、第１解析部３４は、測定対象物９の測定点９ａの距離Ｌ_１及び振動数（測定対象物９が振動している場合）等の位置情報を、表示部３０及び記憶部３１にそれぞれ出力する。

第２解析部３５は、差動光検出器２２から入力される差分信号ＤＧを解析して、測定対象物９の測定点９ａの磁場（磁場強度）を導出する。なお、本明細書における磁場には磁束密度も含まれる。この第２解析部３５は、カー回転角解析部３６と磁場決定部３７とを有する。

カー回転角解析部３６は、差動光検出器２２から差分信号ＤＧを取得し、この差分信号ＤＧを解析することにより、測定対象物９の測定点９ａにおける第１反射光ＢＬ１のカー回転角φを導出する。既述の通り、差分信号ＤＧはカー回転角φ_Kerrに比例するため、差分信号ＤＧからカー回転角φ_Kerrを導出することができる。

以下、カー回転角φ_Kerrの導出方法の一例について説明を行う。カー回転角φ_Kerrは下記の［数１］式のように光測定強度で表される。

上記［数１］式において、Ｉ_{Ｌｉｎｉｅｒ}は、測定光ＭＬ（入射光）の直線偏光成分であり、磁場が零の測定対象物９（例えばミラー）を測定対象とした場合に光検出器２０で検出される干渉信号ＳＧの信号強度を予め測定した得られたものである。なお、Ｉ_{Ｌｉｎｉｅｒ}を０．５などの固定値に設定してもよい。

また、上記［数１］式において、Ｉ_ＲＣは右回り円偏光に対応する強度であり、Ｉ_ＬＣは左回り円偏光に対応する強度である。本実施形態ではＩ_ＲＣ及びＩ_ＬＣの一方がＰ偏光ＣＬ１の強度に対応し、Ｉ_ＲＣ及びＩ_ＬＣの他方がＳ偏光ＣＬ２の強度に対応している。そして、差分信号ＤＧ［Ｐ偏光ＣＬ１及びＳ偏光ＣＬ２の信号強度の差（信号強度比）］と、Ｉ_ＲＣ及びＩ_ＬＣとの対応関係を、測定対象物９の種類及び波長掃引光（測定光ＭＬ）の強度ごとに予め測定しておくことで、差分信号ＤＧからＩ_ＲＣ及びＩ_ＬＣを決定することができる。

従って、カー回転角解析部３６は、予め測定して得られたＩ_{Ｌｉｎｉｅｒ}と、差分信号ＤＧから求められたＩ_ＲＣ及びＩ_ＬＣとを上記［数１］式に代入することで、測定点９ａごとに第１反射光ＢＬ１のカー回転角φ_Kerrを算出し、この算出結果を磁場決定部３７へ出力する。

なお、偏光ビームスプリッタ２１及び差動光検出器２２を用いてカー回転角φ_Kerrを解析する方法は公知技術（例えば特開２００８−１５９１９６号公報）であるので、カー回転角φ_Kerrの解析方法は上記方法に限定されるものではない。例えば、測定対象物９の種類及び波長掃引光（測定光ＭＬ）の強度ごとに、差分信号ＤＧとカー回転角φ_Kerrとの対応関係を予め測定しておくことで、差分信号ＤＧからカー回転角φ_Kerrを直接算出する方法を用いてもよい。

磁場決定部３７は、カー回転角解析部３６から入力された第１反射光ＢＬ１のカー回転角φ_Kerrから、この第１反射光ＢＬ１が反射した測定点９ａの磁場（磁場強度）を決定する。この際に、磁場決定部３７は、校正データ３８を用いて磁場の決定を行う。

図５は、校正データ３８の一例を示した説明図である。測定点９ａの磁場と、この測定点９ａで反射された第１反射光ＢＬ１のカー回転角φ_Kerrとは、測定対象物９の種類及び波長掃引光（測定光ＭＬ）の強度に応じた一定の関係を有する。このため、図５に示すように、校正データ３８は、測定対象物９の種類及び波長掃引光（測定光ＭＬ）の強度ごとに、磁場とカー回転角φ_Kerrとの対応関係を予め測定して得られたものである。そして、校正データ３８は、測定対象物９の種類別且つ波長掃引光の強度別に作成されたものが、不図示のデータベース（外部データベースでも可）、外部サーバ、又は記憶部３１に格納されている。

図４に戻って、磁場決定部３７は、ユーザによる選択操作に応じて、測定対象物９の種類及び波長掃引光（測定光ＭＬ）の強度の双方に対応した校正データ３８をデータベース（不図示）等から取得する。これにより、磁場決定部３７は、カー回転角解析部３６から入力されたカー回転角φ_Kerrに基づき、校正データ３８を参照することにより、測定点９ａの磁場を決定する。そして、磁場決定部３７は、測定点９ａの磁場決定結果を表示部３０と記憶部３１とにそれぞれ出力する。

このように測定装置１０では、測定対象物９の測定点９ａの距離Ｌ_１等の位置情報と、磁場とを同時に測定することができる。

図６は、測定装置１０による測定対象物９の形状測定を説明するための説明図である。図６に示すように、測定装置１０（第１コリメータ１５Ａ）と測定対象物９とは、測定対象物９の表面（外面）に沿って自動又は手動で相対移動可能（第１コリメータ１５Ａの姿勢変更を含む）になっている。このため、両者を相対移動させることで、測定光ＭＬにより測定対象物９の表面を走査することができる。その結果、測定対象物９における複数の測定点９ａごとに、第１反射光ＢＬ１及び第２反射光ＢＬ２の干渉光ＳＬの出力と、干渉信号ＳＧの出力及び解析と、差分信号ＤＧの出力及び解析と、を行うことができる。これにより、測定対象物９の複数の測定点９ａごとの位置情報（距離Ｌ_１等）及び磁場を測定することができる。

図４に戻って、記憶部３１内の測定データ４０には、測定対象物９の測定点９ａごとに位置情報（距離Ｌ_１等）及び磁場が対応付けて記憶されている。なお、図示は省略するが、測定点９ａごとの測定装置１０（第１コリメータ１５Ａ）と測定対象物９との相対移動量及び相対移動方向に関する情報も既知又は予め測定されている。このため、例えば、第１解析部３４は、測定点９ａごとの距離Ｌ_１と、測定点９ａごとの相対移動量及び相対移動方向（第１コリメータ１５Ａの姿勢）とに基づき、測定対象物９の形状（寸法）を測定することができる。この測定対象物９の形状測定結果についても表示部３０に表示され且つ記憶部３１に記憶される。

［測定装置の作用］
次に、図７を用いて上記構成の測定装置１０の作用について説明する。図７は、測定装置１０による測定対象物９の距離Ｌ_１及び形状等と、測定対象物９の磁場との同時測定処理（測定方法）の流れを示すフローチャートである。

ユーザが、磁場を有する測定対象物９を所定の測定位置にセットした後、測定装置１０の操作部（不図示）にて測定開始操作を行うと、制御装置２５の測定制御部３３が波長掃引光源１１、光検出器２０、及び差動光検出器２２を作動させる。また、ユーザが、測定対象物９の種類及び波長掃引光（測定光ＭＬ）の強度の選択操作を行うと、磁場決定部３７は測定対象物９の種類及び波長掃引光の強度の双方に対応した校正データ３８をデータベース等から取得する。

ユーザの測定開始操作を受けて、波長掃引光源１１は波長掃引光を出射する（ステップＳ１）。この波長掃引光は、光ファイバーケーブルＦを介して偏光子１２に入力され、偏光子１２にてＰ偏光ＡＬに変換される（ステップＳ２）。このＰ偏光ＡＬは、偏光子１２から光ファイバーケーブルＦを介してファイバーカプラ１３へ出力される。なお、ステップＳ１及びステップＳ２は、本発明の直線偏光出射ステップに相当する。

ファイバーカプラ１３に入力されたＰ偏光ＡＬは、このファイバーカプラ１３により測定光ＭＬと参照光ＲＬに分割される（ステップＳ３、本発明の光分割ステップに相当）。そして、測定光ＭＬは、第１ファイバーコネクタ１４Ａ等を介して、第１コリメータ１５Ａに入力される。一方、参照光ＲＬは、第２ファイバーコネクタ１４Ｂ等を介して、第２コリメータ１５Ｂに入力される。

第１コリメータ１５Ａに入力された測定光ＭＬは、第１コリメータ１５Ａから測定対象物９に向けて出射される（ステップＳ４、本発明の測定光出射ステップに相当）。そして、測定対象物９の１番目の測定点９ａにて反射された測定光ＭＬの第１反射光ＢＬ１は第１コリメータ１５Ａに入射する。この際に、測定対象物９は磁場を有するので、測定光ＭＬは直線偏光（Ｐ偏光ＡＬ）であるのに対して、第１反射光ＢＬ１は磁気カー効果により楕円偏光となる。

一方、第２コリメータ１５Ｂに入力された参照光ＲＬは、第２コリメータ１５Ｂからミラー１７に向けて出射され、ミラー１７にて反射される（ステップＳ５、本発明の反射ステップに相当）。これにより、第２反射光ＢＬ２が第２コリメータ１５Ｂに入射する。

第１コリメータ１５Ａに入力された第１反射光ＢＬ１は、第１ファイバーコネクタ１４Ａ等を介してファイバーカプラ１３に入力される。また、第２コリメータ１５Ｂに入力された第２反射光ＢＬ２は、第２ファイバーコネクタ１４Ｂ等を介してファイバーカプラ１３に入力される。

そして、ファイバーカプラ１３に入力された第１反射光ＢＬ１と第２反射光ＢＬ２とは、ファイバーカプラ１３にて合波される（ステップＳ６）。合波された第１反射光ＢＬ１及び第２反射光ＢＬ２の干渉光ＳＬは、ファイバーカプラ１３にて分割された後、光検出器２０と偏光ビームスプリッタ２１とにそれぞれ出力される（ステップＳ７、本発明の干渉光出力ステップに相当）。

光検出器２０に入力された干渉光ＳＬは、光検出器２０にて受光（検出）される。これにより、光検出器２０から干渉光ＳＬの検出結果である干渉信号ＳＧが制御装置２５の第１解析部３４へ出力される（ステップＳ８、本発明の干渉光検出ステップに相当）。

一方、偏光ビームスプリッタ２１に入力された干渉光ＳＬは、偏光ビームスプリッタ２１においてＰ偏光ＣＬ１及びＳ偏光ＣＬ２に分割される（ステップＳ９）。分割されたＰ偏光ＣＬ１及びＳ偏光ＣＬ２は差動光検出器２２に入力される。これにより、差動光検出器２２においてＰ偏光ＣＬ１及びＳ偏光ＣＬ２の差分信号ＤＧが検出され、この差分信号ＤＧが第２解析部３５のカー回転角解析部３６へ出力される（ステップＳ１０）。なお、ステップＳ９及びステップＳ１０は、本発明の偏光状態検出ステップに相当する。

ステップＳ１からステップＳ１０までの処理により、測定対象物９の１番目の測定点９ａまでの距離Ｌ_１等の解析に用いられる干渉信号ＳＧと、１番目の測定点９ａにおける磁場の解析に用いられる差分信号ＤＧとが同時に取得される。すなわち、実質的に測定対象物９の同一の測定点９ａに対する距離測定と磁場測定とが同時に実行される。

光検出器２０から干渉信号ＳＧの入力を受けた第１解析部３４は、干渉信号ＳＧを公知の方法で解析して、測定対象物９の１番目の測定点９ａに対応する距離Ｌ_１（位置）を導出し、さらに測定対象物９が振動している場合には１番目の測定点９ａにおける振動数を導出する（ステップＳ１１）。そして、第１解析部３４は、１番目の測定点９ａにおける距離Ｌ_１及び振動数等の位置情報を、表示部３０及び記憶部３１にそれぞれ出力する。

一方、差動光検出器２２から差分信号ＤＧの入力を受けたカー回転角解析部３６は、差分信号ＤＧを公知の各種方法で解析して干渉光ＳＬ（第１反射光ＢＬ１）のカー回転角φ_Kerrを導出し、このカー回転角φ_Kerrの導出結果を磁場決定部３７へ出力する（ステップＳ１２）。

そして、カー回転角φ_Kerrの導出結果の入力を受けた磁場決定部３７は、このカー回転角φ_Kerrに基づき先に取得した校正データ３８を参照して、１番目の測定点９ａの磁場を決定する（ステップＳ１３）。次いで、磁場決定部３７は、１番目の測定点９ａの磁場決定結果を表示部３０と記憶部３１とにそれぞれ出力する。

第１解析部３４から出力された距離Ｌ_１等の位置情報と、磁場決定部３７から出力された磁場とは、１番目の測定点９ａに対応付けられた状態で表示部３０に表示されると共に、記憶部３１内の測定データ４０に記憶される（ステップＳ１４）。

次いで、測定装置１０（第１コリメータ１５Ａ）と測定対象物９とが相対移動された後、既述のステップＳ１からステップＳ１４までの処理が繰り返し実行される（ステップＳ１５）。これにより、測定対象物９の２番目の測定点９ａに対応する位置情報（距離Ｌ_１等）と磁場とが、表示部３０に表示されると共に、記憶部３１内の測定データ４０に記憶される。

以下同様に、測定対象物９の表面の全測定範囲が測定光ＭＬで走査されるまで、測定装置１０（第１コリメータ１５Ａ）と測定対象物９とが相対移動されるごとに、既述のステップＳ１からステップＳ１４までの処理が繰り返し実行される（ステップＳ１５）。これにより、記憶部３１内の測定データ４０には、測定対象物９の測定範囲内の測定点９ａごとに位置情報（距離Ｌ_１等）及び磁場が対応付けて記憶される。

そして、第１解析部３４は、測定点９ａごとの距離Ｌ_１と、測定点９ａごとの相対移動量及び相対移動方向（第１コリメータ１５Ａの姿勢）とに基づき、測定対象物９の形状（寸法）を測定して、この形状の測定結果を表示部３０に表示させる共に記憶部３１に記憶させる。

［本実施形態の効果］
以上のように本実施形態の測定装置１０では、測定対象物９の測定点９ａごとに距離Ｌ_１等の位置情報と磁場とを同時測定することができる。そして、この同時測定によって測定点９ａごとの距離Ｌ_１等と磁場との対応関係が明確になる。このため、測定対象物９の形状だけではなく、測定対象物９の各部における磁場（磁場分布）も同時且つ正確に測定することができる。また、本実施形態の測定装置１０では非接触式の測定を行うため、強い磁場を有する測定対象物９でも距離Ｌ_１等（振動数、形状）と磁場との同時測定が可能になる。

［その他］
測定装置１０の光学系の構成は、第１反射光ＢＬ１と第２反射光ＢＬ２との干渉光ＳＬを分割して出力可能であれば、図１に示した構成に限定されず、同等の機能を有する部材又は構成に適宜変更することができる。

上記実施形態の測定装置１０では、波長掃引光源１１及び偏光子１２を用いて直線偏光であるＰ偏光ＡＬを出射しているが、直線偏光（例えばＳ偏光等のＰ偏光ＡＬ以外でも可）を出射可能であればその構成は特に限定されない。また、波長掃引されているＰ偏光ＡＬ等の直線偏光（すなわち、波長掃引光源１１）の代わりに、距離Ｌ_１（変位）が測定可能な単一波長の直線偏光（単一波長のレーザ光源等）を用いてもよい。

上記実施形態の測定装置１０では、偏光ビームスプリッタ２１を用いて干渉光ＳＬをＰ偏光ＣＬ１とＳ偏光ＣＬ２とに分割しているが、例えば回転駆動される偏光板等の各種の光学素子を用いて干渉光ＳＬをＰ偏光ＣＬ１とＳ偏光ＣＬ２とに分割してもよい。また、干渉光ＳＬ（第１反射光ＢＬ１）の偏光状態を検出可能であれば、上記各種の光学素子により干渉光ＳＬを偏光方向の異なる複数の偏光に分割してもよい。

上記実施形態では、ファイバーカプラ１３を用いて第１反射光ＢＬ１と第２反射光ＢＬ２との干渉光ＳＬを分割出力しているが、他の同等の機能を有する光学素子を本発明の干渉光出力部として用いてもよい。

上記実施形態の測定装置１０では、制御装置２５により測定点９ａごとの距離Ｌ_１等及び磁場の解析を行っているが、この解析は他の装置で行ってもよい。このため、本発明の測定装置には、制御装置２５を除いた構成、すなわち、測定点９ａに対応する距離Ｌ_１等の解析に用いられる干渉信号ＳＧと、測定点９ａの磁場の解析に用いられる差分信号ＤＧとを同時に取得可能な装置も含まれる。

９…測定対象物，
９ａ…測定点，
１０…測定装置，
１１…波長掃引光源，
１２…偏光子，
１３…ファイバーカプラ，
１７…ミラー，
２０…光検出器，
２１…偏光ビームスプリッタ，
２２…差動光検出器，
２５…制御装置，
３４…第１解析部，
３５…第２解析部，
３６…カー回転角解析部，
３７…磁場決定部

Claims (6)

1. 直線偏光を出射する光源部と、
   前記光源部から出射された前記直線偏光を測定光と参照光とに分割する光分割部と、
   前記光分割部にて分割された前記測定光を測定対象物の測定点に向けて出射する光出射部と、
   前記光分割部にて分割された前記参照光を反射する反射部と、
   前記測定点にて反射された前記測定光の第１反射光と、前記反射部にて反射された前記参照光の第２反射光との干渉光を分割して出力する干渉光出力部と、
   前記干渉光出力部から出力された前記干渉光を検出する光検出部と、
   前記干渉光出力部から出力された前記干渉光から、前記第１反射光の偏光状態を検出する偏光状態検出部と、
   を備える測定装置。
2. 前記光源部は、波長掃引しながら前記直線偏光を出力する請求項１に記載の測定装置。
3. 前記光検出部による前記干渉光の検出結果に基づき、前記光出射部から前記測定点までの距離を解析する第１解析部と、
   前記偏光状態検出部が検出した前記第１反射光の偏光状態に基づき、前記測定点の磁場を解析する第２解析部と、
   を備える請求項１又は２に記載の測定装置。
4. 前記第２解析部は、
   前記偏光状態検出部が検出した前記第１反射光の偏光状態に基づき、前記第１反射光のカー回転角を解析するカー回転角解析部と、
   前記カー回転角解析部の解析結果に基づき、前記カー回転角と前記磁場との関係を示す対応関係を参照して、前記測定点の磁場を決定する磁場決定部と、
   を備える請求項３に記載の測定装置。
5. 前記偏光状態検出部は、
   前記干渉光を偏光方向が異なる複数の偏光に分割する光学素子と、
   前記光学素子により分割された前記複数の偏光を差動検出する差動光検出器と、
   を備える請求項１から４のいずれか１項に記載の測定装置。
6. 直線偏光を出射する直線偏光出射ステップと、
   直線偏光出射ステップで出射された前記直線偏光を測定光と参照光とに分割する光分割ステップと、
   前記光分割ステップで分割された前記測定光を測定対象物の測定点に向けて出射する測定光出射ステップと、
   前記光分割ステップで分割された前記参照光を反射する反射ステップと、
   前記測定点にて反射された前記測定光の第１反射光と、前記反射ステップにて反射された前記参照光の第２反射光との干渉光を分割して出力する干渉光出力ステップと、
   前記干渉光出力ステップで出力された前記干渉光を検出する干渉光検出ステップと、
   前記干渉光出力ステップで出力された前記干渉光から、前記第１反射光の偏光状態を検出する偏光状態検出ステップと、
   を有する測定方法。