JP2020516851A5

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Publication number: JP2020516851A5
Application number: JP2019512314A
Authority: JP
Filing date: 2018-04-17
Publication date: 2020-07-27
Anticipated expiration: 2038-04-17

Claims

試験対象物上の複数の点にわたって干渉距離測定を行うための光学ペンであって、
シングルモード光ファイバの端部を受け入れるように構成されるペン本体を備え、前記シングルモード光ファイバは、前記ペン本体に光源ビームを伝送し、前記ペン本体からの測定ビームを伝送するためのものであり、
さらに、
前記ペン本体に支持され、前記シングルモードファイバの端部から出射された前記光源ビームをコリメートする第一集束光学系と、
前記ペン本体に支持され、前記光源ビームの第１部分を対象ビームとして通過させ、前記光源ビームの第２部分を、参照ビームとして、非垂直の入射角で反射させて前記第一集束光学系へ戻すとともに通過させるビームスプリッタと、
前記ペン本体に支持され、前記対象ビームを、前記ペン本体を超えて試験対象物に近接する対象焦点に集束させ、試験対象物から反射された対象ビームを、戻り対象ビームとしてコリメートする第二集束光学系と、
前記参照ビームを戻り参照ビームとして反射して前記第一集束光学系を通って前記ビームスプリッタに戻す参照反射器と、
を備え、
前記ビームスプリッタは、前記戻り対象ビームを通過させ、前記戻り参照ビームを反射して戻り対象ビームと同軸にし、それによって前記戻り対象ビームと前記戻り参照ビームとを結合して前記測定ビームにし、
前記第一集束光学系は、前記測定ビームを前記シングルモードファイバの端部に集束させるように構成されており、
さらに、前記参照反射器への前記参照ビームおよび前記参照反射器からの前記参照ビームの経路を、途中で折り曲げるための中間反射器を備えている、光学ペン。
前記光源ビームと前記測定ビームとが、前記光ファイバの前記端部と整列した共通光軸を含み、前記中間反射器が、前記光源ビームと前記測定ビームの共通光軸を横切るようにして、前記参照ビームの経路を折り曲げる、請求項１に記載の光学ペン。
（ａ）前記シングルモードファイバの端部が、受容円錐を画定し、この受容円錐を通して光が前記シングルモードファイバに入るようになっており、
（ｂ）前記参照ビームおよび前記戻り参照ビームが、前記中間反射器と前記参照反射器との間の参照光軸の折り曲げ端部を共有し、
（ｃ）前記参照反射器は、戻り参照ビームをデフォーカスするために前記参照光軸の折り曲げ端部に沿って調整可能であり、これにより、前記シングルモードファイバ端部の受容円錐内での、前記測定ビームにおける戻り参照ビーム部分と戻り対象ビーム部分の間のビームエネルギーのバランスをとることが可能である、請求項２に記載の光学ペン。
前記第一集束光学系が光軸を含み、前記ビームスプリッタが、前記第一集束光学系の光軸に対して非垂直の角度で傾斜する少なくとも部分的に反射する面を含み、前記少なくとも部分的に反射する面の法線は、前記第一集束光学系の光軸から３度以下の角度で離れている、請求項１に記載の光学ペン。
前記第一、第二集束光学系がそれぞれの光軸を含み、前記対象ビームおよび戻り対象ビームが前記第二集束光学系を通って延びる対象光軸を共有し、前記参照ビームおよび前記戻り参照ビームが、第一集束光学系を通って延びる参照光軸を共有し、前記光源ビームおよび前記測定ビームは、前記第一集束光学系を通って延びる共通光軸を共有し、前記参照光軸は、前記光源ビームおよび前記測定ビームの前記共通光軸に対して傾斜している、請求項１〜４のいずれかに記載の光学ペン。
前記参照光軸が前記第一集束光学系の光軸に対して傾斜しており、前記光源ビームおよび前記測定ビームの前記共通光軸が、前記第一集束光学系の光軸と同軸をなし、前記対象光軸は前記第二集束光学系の光軸と同軸をなし、前記第一集束光学系の光軸は前記第二集束光学系の光軸と同軸をなす、請求項５に記載の光学ペン。
前記参照光軸が前記第一集束光学系の光軸と同軸をなし、前記光源ビームと前記測定ビームの前記共通光軸が前記第二集束光学系の光軸と同軸をなし、前記対象光軸は前記第二集束光学系の光軸と同軸をなし、前記第一集束光学系の光軸は前記第二集束光学系の光軸に対して傾斜している、請求項５に記載の光学ペン。
前記部分的に反射する面が、前記光源ビームと前記測定ビームの前記共通光軸に対して傾斜した参照光軸に沿って、前記光源ビームの中心光線または近軸光線を反射し、前記対象ビームを形成する前記光源ビームの周辺光線を反射しない請求項４に記載の光学ペン。
前記ビームスプリッタが、非垂直の角度で傾斜し中央に配置された反射体と、この反射体を境界付ける円盤形状または環状の透過領域とを有している、請求項１に記載の光学ペン。
（ａ）前記対象ビームを形成する前記光源ビームの周辺光線を反射することなく、前記光源ビームの中心光線または近軸光線を反射するために、部分的に反射する面がビームスプリッタの一部にあり、
（ｂ）前記第一集束光学系は焦点距離を有し、
（ｃ）前記参照反射器は、前記第一集束光学系からの距離が、第一集束光学系の焦点距離と実質的に等しいか又はそれより大きい位置にあり、これにより前記戻り参照ビームが中央に配置された反射体を超えて広がらない、請求項９に記載の光学ペン。
前記第一、第二集束光学系がそれぞれの光軸を有し、前記第一集束光学系の光軸が前記第二集束光学系の光軸に対して傾斜しており、前記ビームスプリッタはさらに、前記第二集束光学系の光軸と同軸をなす対象光軸に沿って、前記光源ビームの第１部分を前記対象ビームとして透過し、前記第一集束光学系の光軸と同軸をなす参照光軸に沿って、前記光源ビームの第２部分を前記参照ビームとして反射するように構成されている、請求項１に記載の光学ペン。
前記対象ビームおよび前記戻り対象ビームが、前記第二集束光学系の光軸と同軸をなす前記対象光軸を共有し、前記参照ビームおよび前記戻り参照ビームが、前記第一集束光学系と同軸をなす前記参照光軸を共有する、請求項１１に記載の光学ペン。
前記光源ビームと前記測定ビームの前記共通光軸が、前記第二集束光学系の光軸と同軸をなしている、請求項１２に記載の光学ペン。
前記ビームスプリッタは、少なくとも部分的に反射する面を含む透過板として形成され、前記透過板は、前記第一集束光学系の光軸に対して非垂直の角度で傾斜し、前記少なくとも部分的に反射する表面の法線は、第一集束光学系の光軸から３度以下の角度だけ離れている、請求項１３に記載の光学ペン。
シングルモードファイバを介して光源と検出器の両方に接続された光学ペンを有する光学測定システムを用いて、試験対象物上の複数の点にわたって干渉距離測定を行う方法であって、
前記光学ペンの第一集束光学系を通して、前記シングルモードファイバの端部から出射される光源ビームをコリメートする工程と、
コリメートされた光源ビームをビームスプリッタにおいて、（ａ）前記光学ペンの第二集束光学系を通過して試験対象物に近接する対象焦点に向かう対象ビームと、（ｂ）非垂直の入射角度で反射され、前記第一集束光学系に戻るとともに前記第一集束光学系を通って前記光学ペンの参照反射器に向かう参照ビームと、に分割する工程と、
試験対象物で反射された対象ビームを戻り対象ビームとして、前記第二集束光学系を通してコリメートする工程と、
前記参照反射体で反射された参照ビームを戻り参照ビームとして、前記第一集束光学系を通してコリメートする工程と、
前記ビームスプリッタで前記戻り対象ビームと前記戻り参照ビームとを結合して測定ビームにし、前記第一集束光学系を通して前記シングルモードファイバの端部への集束経路に伝送する工程と、
を備え、
前記光源ビームおよび測定ビームと、前記対象ビームおよび戻り対象ビームが、前記第二集束光学系の光軸および前記シングルモードファイバの端部と同軸をなすそれぞれの光軸に沿って伝搬し、
前記参照ビームおよび前記戻り参照ビームが、前記第一集束光学系の光軸と同軸をなし、前記第二集束光学系の光軸に対して傾斜する参照光軸に沿って伝播する、方法。
さらに、前記参照ビームと前記戻り参照ビームの両方を、前記参照反射器へ向かう途中及び前記参照反射器から戻る途中で、折り曲げられた経路に沿って反射する工程を含む、請求項１５に記載の方法。
前記折り曲げられた経路は、前記光源ビームおよび前記測定ビームの経路と交差しており、これにより、前記参照ビームおよび戻り参照ビームによって占められる体積のより多くの部分が、前記光源ビームおよび測定ビームによって占められる体積内に残る、請求項１６に記載の方法。
さらに、
前記シングルモードファイバに沿って前記光源から前記光源ペンへ前記光源ビームを伝送する工程と、
前記測定ビームを前記シングルモードファイバに沿って検出器に伝送する工程と、
前記測定ビームを前記シングルモードファイバの受容円錐内で、前記シングルモードファイバの端部に集束させる工程と、
前記シングルモードファイバの端部の受容円錐内で、前記測定ビームにおける戻り参照ビーム部分と戻り対象ビーム部分との間のビームエネルギーのバランスをとるために、前記折り曲げ経路に沿って前記参照反射器を調整することにより、前記戻り参照ビームをデフォーカスする、請求項１６または１７に記載の方法。
前記光源ビームが、波長範囲にわたって瞬間的または逐次的に確立された帯域幅を含んでおり、
さらに、前記第一集束光学系を介しての前記参照ビームを含む光の透過に関連する色分散を、前記第一集束光学系と前記第二集束光学系を介しての前記対象ビームを含む光の透過に関連した色分散に適合させる工程を備えた、請求項１５〜１８のいずれかに記載の方法。
（ａ）コリメートされた前記光源ビームを前記ビームスプリッタで分割する工程が、前記光源ビームの一部を前記参照ビームとして、前記第一集束光学系の光軸に対して傾斜した方向に反射させる工程を含み、
（ｂ）前記参照ビームとしての前記光源ビームの一部を反射する工程は、前記対象ビームを形成する前記光源ビームの周辺光線を反射することなく、前記光源ビームの中心光線または近軸光線を反射する工程を含み、
前記参照反射器を、前記第一集束光学系からの光学距離が、前記第一集束光学系の焦点距離と実質的に等しいかそれよりも大きい位置に、位置決めする工程を含む、請求項１５〜１８のいずれかに記載の方法。
コリメートされた前記光源ビームを前記ビームスプリッタで分割する工程が、
（ａ）前記光源ビームの一部を前記参照ビームとして、前記光源ビームおよび前記測定ビームの共通光軸と前記第一集束光学系の光軸の両方に対して傾斜する方向に反射する工程と、
（ｂ）前記光源ビームの一部を前記対象ビームとして、前記光源ビームおよび前記測定ビームの共通光軸と前記第一集束光学系の光軸の両方に対して同軸をなす方向に透過させる工程と、
を含む請求項１５〜１８のいずれかに記載の方法。
さらに、
前記シングルモードファイバに沿って前記光源から前記光源ビームを前記光学ペンに伝送する工程と、
前記シングルモードファイバに沿って前記測定ビームを前記検出器に伝送する工程と、
前記測定ビームを前記シングルモードファイバの受容円錐内で前記シングルモードファイバの端部に集束させる工程と、
を備えた、請求項１５に記載の方法。
さらに、前記参照反射器を前記参照光軸に沿って調整して、前記戻り参照ビームをデフォーカスし、これにより、前記シングルモードファイバの端部の受容円錐内での、前記測定ビームにおける戻り参照ビーム部分と戻り対象ビーム部分との間のビームエネルギーをバランスさせる工程を含む、請求項２２に記載の方法。