JP2686124B2 - 光学測定方法及びその装置 - Google Patents
光学測定方法及びその装置Info
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- JP2686124B2 JP2686124B2 JP1003617A JP361789A JP2686124B2 JP 2686124 B2 JP2686124 B2 JP 2686124B2 JP 1003617 A JP1003617 A JP 1003617A JP 361789 A JP361789 A JP 361789A JP 2686124 B2 JP2686124 B2 JP 2686124B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/268—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light using optical fibres
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H9/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、干渉測定装置に関するもので、特に共通
の光ビーム通路に干渉計を配設する光学測定装置に関す
るものである。
の光ビーム通路に干渉計を配設する光学測定装置に関す
るものである。
［従来の技術］ 従来より種々の干渉計を用いた測定技術及び装置が開
発されている。光ファイバの進歩に伴って、この光ファ
イバを用いた多くの干渉測定装置が提案されている。こ
の種の測定装置は、機械的要素の振動や動ひずみの測定
に広く用いられている。更に、光ファイバを用いた干渉
計は、可撓性が有りしかも各構成要素が小さく構成出来
るので、度量衡学的に用いるのに適している。
発されている。光ファイバの進歩に伴って、この光ファ
イバを用いた多くの干渉測定装置が提案されている。こ
の種の測定装置は、機械的要素の振動や動ひずみの測定
に広く用いられている。更に、光ファイバを用いた干渉
計は、可撓性が有りしかも各構成要素が小さく構成出来
るので、度量衡学的に用いるのに適している。
従来の光学式干渉計としては、マッハーツェンダ（Ma
ch−Zehnder）式干渉計やトワイマン−グリーン（Twyma
n−Green）式干渉計がある。これらの干渉計の最も単純
な構成によれば、光源で発生された光ビームを二つのビ
ームに分割した光ビームが用いられる。分割された光ビ
ームのうちの一方は基準ビームとして、所定長の光路を
通って照射される。他方の光ビームは、測定ビームとな
る。この測定ビームの通る光路長は、測定対象の動作に
応じて変化する。測定対象で回析された基準ビームと測
定ビームは、集束されて、測定対象である機械要素の振
動、動びずみ等を示す干渉パターンを形成する。
ch−Zehnder）式干渉計やトワイマン−グリーン（Twyma
n−Green）式干渉計がある。これらの干渉計の最も単純
な構成によれば、光源で発生された光ビームを二つのビ
ームに分割した光ビームが用いられる。分割された光ビ
ームのうちの一方は基準ビームとして、所定長の光路を
通って照射される。他方の光ビームは、測定ビームとな
る。この測定ビームの通る光路長は、測定対象の動作に
応じて変化する。測定対象で回析された基準ビームと測
定ビームは、集束されて、測定対象である機械要素の振
動、動びずみ等を示す干渉パターンを形成する。
また、上記以外の干渉計としては、ヘテロダイン（He
terodyne）方式の光学干渉計が知られている。このヘテ
ロダイン方式の干渉計は、基本的には前述のマッハーゼ
ンダー式干渉計やトワイマン−グリーン式干渉計と同様
に構成されているが、光学変調器を用いて基準ビーム及
び／又は測定ビームの周波数を変調するように構成され
ている。ヘテロダイン方式の干渉計においても、マッハ
ーツェンダ式干渉計やトワイマン−グリーン式干渉計と
同様に、測定ビームの光路長は、測定対象の振動に応じ
て変化する。測定対象で回析された光ビームが集束され
て、光学変調器の周波数に等しい周波数をもつ搬送ビー
ムと、測定対象の振動又は動ひずみ等に応じて搬送ビー
ム周波数に対して周波数差を持ち周波数変調（FM）ビー
ムとが形成される。次いで、測定対象の動作によって生
じた周波数差が周知の周波数復調技術を用いて抽出され
る。
terodyne）方式の光学干渉計が知られている。このヘテ
ロダイン方式の干渉計は、基本的には前述のマッハーゼ
ンダー式干渉計やトワイマン−グリーン式干渉計と同様
に構成されているが、光学変調器を用いて基準ビーム及
び／又は測定ビームの周波数を変調するように構成され
ている。ヘテロダイン方式の干渉計においても、マッハ
ーツェンダ式干渉計やトワイマン−グリーン式干渉計と
同様に、測定ビームの光路長は、測定対象の振動に応じ
て変化する。測定対象で回析された光ビームが集束され
て、光学変調器の周波数に等しい周波数をもつ搬送ビー
ムと、測定対象の振動又は動ひずみ等に応じて搬送ビー
ム周波数に対して周波数差を持ち周波数変調（FM）ビー
ムとが形成される。次いで、測定対象の動作によって生
じた周波数差が周知の周波数復調技術を用いて抽出され
る。
［発明の解決しようとする課題］ 従来の光学測定装置においては、基準ビームと測定ビ
ームを、別の光ファイバで構成した各別の光路によって
案内している。これによって、安定した基準ビームの波
面と、測定対象で反射され、測定対象の動作に応じたド
ップラーシフトを持つ測定ビームの波面の比較が行い得
るものとなっている。しかしながら、光ファイバは、外
部の環境ノイズを拾うマイクロフォンとして作用してし
まうことがあり、測定ビーム及び／又は基準ビームにノ
イズが重畳してしまうおそれがある。環境ノイズ信号
は、外部環境における振動エネルギー及び測定ビーム及
び基準ビームが通る光ファイバの屈折率による僅かな振
動等によって生起される。このノイズ信号は、測定対象
で反射される振動測定信号とに重畳されて、反射ビーム
の振動周波数及び振幅を示す成分にゆがみを生じる。こ
のため、従来の光ファイバを用いた干渉計又はヘテロダ
ンイン方式の干渉計は、製造工場等のノイズの多い環境
では使用が困難なものとなっている。
ームを、別の光ファイバで構成した各別の光路によって
案内している。これによって、安定した基準ビームの波
面と、測定対象で反射され、測定対象の動作に応じたド
ップラーシフトを持つ測定ビームの波面の比較が行い得
るものとなっている。しかしながら、光ファイバは、外
部の環境ノイズを拾うマイクロフォンとして作用してし
まうことがあり、測定ビーム及び／又は基準ビームにノ
イズが重畳してしまうおそれがある。環境ノイズ信号
は、外部環境における振動エネルギー及び測定ビーム及
び基準ビームが通る光ファイバの屈折率による僅かな振
動等によって生起される。このノイズ信号は、測定対象
で反射される振動測定信号とに重畳されて、反射ビーム
の振動周波数及び振幅を示す成分にゆがみを生じる。こ
のため、従来の光ファイバを用いた干渉計又はヘテロダ
ンイン方式の干渉計は、製造工場等のノイズの多い環境
では使用が困難なものとなっている。
このような従来の欠点を解消するために、出願人は、
先に1986年12月９日発行のアメリカ特許第4,627,731号
において「共通の光路を持つ干渉計」の発明を提案して
いる。このアメリカ特許第4,627,731号に示す発明で
は、比較的可干渉距離の短かいレーザビームを発生し、
基準ビームを測定ビームに対して少なくとも可干渉距離
に対応する時間、好ましくは可干渉距離に対する時間よ
りも長い時間遅らせたのちに、基準ビームと測定ビーム
を結合させ、この結合されたビームを光ファイバ等で形
成する共通の光路で、測定する運動する物体表面からの
距離が上記可干渉距離の実質的に1/2だけ離間して配設
されている中間位置に向かって伝搬するように構成され
ている。この中間位置において、結合ビームの一部は反
射されて共通光路に戻され、残りの結合ビームが測定対
象表面の所定領域に照射されて、その反射ビームは、前
記中間位置を通って共通光路に戻る。この共通光路にお
いて反射ビーム中の所定距離の運動によってトップラシ
フトされた測定ビームは、中間位置で反射された戻りビ
ームの基準ビームと干渉するように構成されている。
先に1986年12月９日発行のアメリカ特許第4,627,731号
において「共通の光路を持つ干渉計」の発明を提案して
いる。このアメリカ特許第4,627,731号に示す発明で
は、比較的可干渉距離の短かいレーザビームを発生し、
基準ビームを測定ビームに対して少なくとも可干渉距離
に対応する時間、好ましくは可干渉距離に対する時間よ
りも長い時間遅らせたのちに、基準ビームと測定ビーム
を結合させ、この結合されたビームを光ファイバ等で形
成する共通の光路で、測定する運動する物体表面からの
距離が上記可干渉距離の実質的に1/2だけ離間して配設
されている中間位置に向かって伝搬するように構成され
ている。この中間位置において、結合ビームの一部は反
射されて共通光路に戻され、残りの結合ビームが測定対
象表面の所定領域に照射されて、その反射ビームは、前
記中間位置を通って共通光路に戻る。この共通光路にお
いて反射ビーム中の所定距離の運動によってトップラシ
フトされた測定ビームは、中間位置で反射された戻りビ
ームの基準ビームと干渉するように構成されている。
この構成によれば、上記した従来の干渉計における環
境ノイズの問題は、環境ノイズを基準ビームと測定ビー
ムの双方に同一条件で影響させるようにすることで、干
渉パターンに対するノイズの影響キャンセルするように
して解消出来る。しかし乍ら、この方式では、上記所定
領域で結合ビームが反射されて、反射ビームが中間位置
に戻ったときにスペックルパターンが形成される問題を
持っている。
境ノイズの問題は、環境ノイズを基準ビームと測定ビー
ムの双方に同一条件で影響させるようにすることで、干
渉パターンに対するノイズの影響キャンセルするように
して解消出来る。しかし乍ら、この方式では、上記所定
領域で結合ビームが反射されて、反射ビームが中間位置
に戻ったときにスペックルパターンが形成される問題を
持っている。
特に、上記領域が有限領域であり、測定対象の表面が
相当に高い面精度を有している場合でも、表面の凹凸に
よって反射ビームの波面に歪みが生じるため、反射ビー
ムに散乱が生じて反射結合ビーム内における干渉がおこ
り、明るい部分と暗い部分をもつスペックルパターンが
形成されてしまう。このため、中間位置において常にス
ペックルパターンが明るい部分となるようにすることは
不可能なため、この中間位置におけるスペックルパター
ンが暗い部分となった場合には反射光強度が微弱である
か又は無いために、信号のドロップアウトが生じてしま
うことになる。
相当に高い面精度を有している場合でも、表面の凹凸に
よって反射ビームの波面に歪みが生じるため、反射ビー
ムに散乱が生じて反射結合ビーム内における干渉がおこ
り、明るい部分と暗い部分をもつスペックルパターンが
形成されてしまう。このため、中間位置において常にス
ペックルパターンが明るい部分となるようにすることは
不可能なため、この中間位置におけるスペックルパター
ンが暗い部分となった場合には反射光強度が微弱である
か又は無いために、信号のドロップアウトが生じてしま
うことになる。
そこで、本発明の目的は、上記した問題を解決し得
る、測定対象の振動測定方法を提供することにある。
る、測定対象の振動測定方法を提供することにある。
また本発明のもう一つの目的は、スペックルパターン
が形成された場合にも信頼性の有る測定結果を得ること
が出来る測定方法を提供しようとするものである。
が形成された場合にも信頼性の有る測定結果を得ること
が出来る測定方法を提供しようとするものである。
更に、本発明の目的は、上記の測定方法を実施するた
めの装置を提供することにある。
めの装置を提供することにある。
さらに、本発明の目的は、スペックルパターンに対す
る上記中間位置とは無関係に、信頼性の有る測定結果を
得ることが出来る装置を提供することにある。
る上記中間位置とは無関係に、信頼性の有る測定結果を
得ることが出来る装置を提供することにある。
また、本発明のもう一つの目的は、上記の測定装置に
用いる、構造が簡単で、安価に製造出来、しかも使い易
く、さらに信頼性のあるミラー装置を提供することにあ
る。
用いる、構造が簡単で、安価に製造出来、しかも使い易
く、さらに信頼性のあるミラー装置を提供することにあ
る。
［課題を解決するための手段］ 上記及び上記以外の目的を達成するために、本発明の
第一の構成によれば、所定の可干渉距離を有するレーザ
ビームを発生させるステップと、 該レーザビームを測定ビームと基準ビームに分割する
ステップと、 少なくとも上記可干渉距離に対応する所定距離だけ上
記基準ビームに対し上記測定ビームを進行させるに十分
となるように上記基準ビームを遅延させる遅延ステップ
と、 遅延した上記基準ビームと、上記測定ビーム混合し
て、混合ビームを形成させる混合ステップと、 該混合ビームを、実質的に同一の成分の複数のビーム
へと分解させるステップと、 これらの各成分ビームを各別の光路を介して、所定の
領域から上記所定時間間隔により進行する距離の実質的
に半分（1/2）だけ離間したそれぞれの中間位置まで導
く導波ステップと、 各成分ビームの一部をそれぞれの上記中間位置におい
て、それぞれの反射経路へと戻すように反射させるステ
ップと、 上記各中間位置からそれぞれの成分ビームの残りを上
記所定領域へと向かわせて、そこから少なくとも上記各
中間位置及びそれぞれの経路へと主要部分を反射させ、
それぞれの成分ビームの戻ってきた残りの測定ビーム部
分と、それぞれの成分ビームのうちの所定部分の基準ビ
ーム部分と、を混合してそれぞれコヒーレントに干渉さ
せて、戻光ビームに上記各中間位置に対する上記所定領
域の運動に応じた変調を与えるステップと、 上記戻光ビームをそれぞれ復調して上記所定領域の運
動を表示させる復調ステップと、を有することを特徴と
する振動物体表面の所定領域の運動検出方法が提供され
る。
第一の構成によれば、所定の可干渉距離を有するレーザ
ビームを発生させるステップと、 該レーザビームを測定ビームと基準ビームに分割する
ステップと、 少なくとも上記可干渉距離に対応する所定距離だけ上
記基準ビームに対し上記測定ビームを進行させるに十分
となるように上記基準ビームを遅延させる遅延ステップ
と、 遅延した上記基準ビームと、上記測定ビーム混合し
て、混合ビームを形成させる混合ステップと、 該混合ビームを、実質的に同一の成分の複数のビーム
へと分解させるステップと、 これらの各成分ビームを各別の光路を介して、所定の
領域から上記所定時間間隔により進行する距離の実質的
に半分（1/2）だけ離間したそれぞれの中間位置まで導
く導波ステップと、 各成分ビームの一部をそれぞれの上記中間位置におい
て、それぞれの反射経路へと戻すように反射させるステ
ップと、 上記各中間位置からそれぞれの成分ビームの残りを上
記所定領域へと向かわせて、そこから少なくとも上記各
中間位置及びそれぞれの経路へと主要部分を反射させ、
それぞれの成分ビームの戻ってきた残りの測定ビーム部
分と、それぞれの成分ビームのうちの所定部分の基準ビ
ーム部分と、を混合してそれぞれコヒーレントに干渉さ
せて、戻光ビームに上記各中間位置に対する上記所定領
域の運動に応じた変調を与えるステップと、 上記戻光ビームをそれぞれ復調して上記所定領域の運
動を表示させる復調ステップと、を有することを特徴と
する振動物体表面の所定領域の運動検出方法が提供され
る。
ここで、上記導波ステップは、それぞれの成分ビーム
を各別の光ファイバ内に伝搬させるようにされていても
よい。さらに、上記遅延ステップは、上記測定ビームを
所定長さの経路内において導波させるステップと、上記
基準ビームを上記所定距離に相当する所定長さ以上に延
長した長さの別経路内を伝搬させるステップと、を有し
ていてもよい。また、上記遅延ステップは、所定長さを
有する光ファイバ内に上記測定ビームを伝搬させるステ
ップと、上記基準ビームを上記所定距離に相当する所定
長さ以上に延長した長さの別の光ファイバ内を伝搬させ
るステップと、を有していてもよい。さらに、少なくと
も一つの成分ビームを、その上記中間位置に達する以前
に別の成分ビームに対して上記所定時間間隔を越えた時
間だけ少なくとも所定の割合で、遅延させ、上記成分ビ
ームのうちの一つの反射した測定ビーム部分が、上記中
間位置とは異なった中間位置へと達していて、異なった
中間位置へと反射される上記測定ビーム部分と、上記基
準ビーム部分とが、互いに可干渉とならないようにする
こともできる。また、上記割合を３の倍数とすることも
できる。さらには、上記戻光ビームを上記復調ステップ
に先立って再混合させるステップを有していてもよい。
また、上記混合ステップの前に、互いに別のビームに対
して所定の搬送周波数だけ上記基準ビーム及び上記測定
ビームのうちの少なくとも一つの周波数をシフトさせる
ステップを有しており、上記所定領域の運動に依存して
いる上記戻光ビームの変調が、上記搬送周波数に重畳さ
れるようになっているようにすることもできる。
を各別の光ファイバ内に伝搬させるようにされていても
よい。さらに、上記遅延ステップは、上記測定ビームを
所定長さの経路内において導波させるステップと、上記
基準ビームを上記所定距離に相当する所定長さ以上に延
長した長さの別経路内を伝搬させるステップと、を有し
ていてもよい。また、上記遅延ステップは、所定長さを
有する光ファイバ内に上記測定ビームを伝搬させるステ
ップと、上記基準ビームを上記所定距離に相当する所定
長さ以上に延長した長さの別の光ファイバ内を伝搬させ
るステップと、を有していてもよい。さらに、少なくと
も一つの成分ビームを、その上記中間位置に達する以前
に別の成分ビームに対して上記所定時間間隔を越えた時
間だけ少なくとも所定の割合で、遅延させ、上記成分ビ
ームのうちの一つの反射した測定ビーム部分が、上記中
間位置とは異なった中間位置へと達していて、異なった
中間位置へと反射される上記測定ビーム部分と、上記基
準ビーム部分とが、互いに可干渉とならないようにする
こともできる。また、上記割合を３の倍数とすることも
できる。さらには、上記戻光ビームを上記復調ステップ
に先立って再混合させるステップを有していてもよい。
また、上記混合ステップの前に、互いに別のビームに対
して所定の搬送周波数だけ上記基準ビーム及び上記測定
ビームのうちの少なくとも一つの周波数をシフトさせる
ステップを有しており、上記所定領域の運動に依存して
いる上記戻光ビームの変調が、上記搬送周波数に重畳さ
れるようになっているようにすることもできる。
さらに、本発明の別の構成では、所定の可干渉距離を
有するレーザビームを発生させる手段と、 該レーザビームを測定ビームと基準ビームに分割する
手段と、 少なくとも上記可干渉距離に対応する所定距離だけ上
記基準ビームに対して上記測定ビームを進行させるに十
分となるように上記基準ビームを遅延させる遅延手段
と、 遅延した上記基準ビームと、上記測定ビーム混合し
て、混合ビームを形成させる混合手段と、 該混合ビームを、実質的に同一の成分の複数のビーム
へと分割させるステップと、 これらの各成分ビームを各別の光路を介して、所定の
領域から上記所定時間間隔により進行する距離の実質的
に半分だけ離間した中間位置まで導く導波手段と、 各成分ビームの一部をそれぞれの上記中間位置におい
て、それぞれの反射経路へと戻すように反射させる手段
と、 上記各中間位置からそれぞれの成分ビームの残りを上
記所定領域へと向かわせて、そこから少なくとも上記各
中間位置及びそれぞれの経路へと主要部分を反射させ、
それぞれの成分ビームの戻ってきた残りの測定ビーム部
分と、それぞれの成分ビームのうちの所定部分の基準ビ
ーム部分と、を混合してそれぞれコヒーレントに干渉さ
せて、戻光ビームに上記各中間位置に対する上記所定領
域の運動に応じた変調を与える手段と、 上記戻光ビームをそれぞれ復調して上記所定領域の運
動を表示させる復調手段と、を有することを特徴とする
振動物体表面の所定領域の運動検出装置を提供すること
ができる。
有するレーザビームを発生させる手段と、 該レーザビームを測定ビームと基準ビームに分割する
手段と、 少なくとも上記可干渉距離に対応する所定距離だけ上
記基準ビームに対して上記測定ビームを進行させるに十
分となるように上記基準ビームを遅延させる遅延手段
と、 遅延した上記基準ビームと、上記測定ビーム混合し
て、混合ビームを形成させる混合手段と、 該混合ビームを、実質的に同一の成分の複数のビーム
へと分割させるステップと、 これらの各成分ビームを各別の光路を介して、所定の
領域から上記所定時間間隔により進行する距離の実質的
に半分だけ離間した中間位置まで導く導波手段と、 各成分ビームの一部をそれぞれの上記中間位置におい
て、それぞれの反射経路へと戻すように反射させる手段
と、 上記各中間位置からそれぞれの成分ビームの残りを上
記所定領域へと向かわせて、そこから少なくとも上記各
中間位置及びそれぞれの経路へと主要部分を反射させ、
それぞれの成分ビームの戻ってきた残りの測定ビーム部
分と、それぞれの成分ビームのうちの所定部分の基準ビ
ーム部分と、を混合してそれぞれコヒーレントに干渉さ
せて、戻光ビームに上記各中間位置に対する上記所定領
域の運動に応じた変調を与える手段と、 上記戻光ビームをそれぞれ復調して上記所定領域の運
動を表示させる復調手段と、を有することを特徴とする
振動物体表面の所定領域の運動検出装置を提供すること
ができる。
ここで、上記成分ビームを上記中間位置に伝搬する手
段は、各成分ビームの異なったひとつを伝搬するそれぞ
れ分離された光ファイバを有していてもよい。また、上
記遅延手段は、上記測定ビームを所定長さの経路内にお
いて導波させ、上記基準ビームを上記所定距離に相当す
る所定長さ以上に延長した長さの別経路内を伝搬させる
手段と、を有していてもよい。さらに、上記遅延手段の
導波手段は、所定長さを有する光ファイバ内に上記測定
ビームを伝搬させる光ファイバと、上記基準ビームを内
部に伝搬させる上記所定距離に相当する所定長さ以上に
延長した長さの別の光ファイバと、を有していることも
できる。また、少なくとも一つの成分ビームを、その上
記中間位置に達する以前に別の成分ビームに対して上記
所定時間間隔を越えた時間だけ少なくとも所定の割合で
遅延させ、上記成分ビームのうちの一つの反射した測定
ビーム部分が、上記所定位置とは異なった中間位置へと
達していて、異なった中間位置へと反射される上記測定
ビーム部分と、上記基準ビーム部分とが、互いに可干渉
とならないようにしている軸方向遅延手段を有していて
もよい。さらに、上記の割合を３の倍数とすることもで
きる。また、上記導波手段は、それぞれが内部に上記成
分ビームの内の互いに異なった一つを伝搬させ、かつ、
一本は所定の長さを有している複数の分離した光ファイ
バから構成され、上記複数の光ファイバの少なくとも一
つは、上記所定長さを有する一つの領域と、この領域に
連続し、かつ、上記軸方向遅延手段を構成している上記
所定長さに対する上記所定の割合の長さを有する別の一
つの領域と、を有していてもよい。さらに、上記反射ビ
ームと、戻りビームとを、上記復調器に導入する前に再
混合する手段を有することもできる。また、上記混合手
段、上記分割手段及び上記再混合手段は光ファイバカプ
ラで構成されていてもよい。さらには、上記混合手段に
到達する前に、互いに別のビームに対して所定の搬送周
波数だけ上記基準ビーム及び上記測定ビームのうちの少
なくとも一つの周波数をシフトさせる手段を有してお
り、上記所定領域の運動に依存している上記戻光ビーム
の変調が、上記搬送周波数に重畳されるようになってい
てもよい。
段は、各成分ビームの異なったひとつを伝搬するそれぞ
れ分離された光ファイバを有していてもよい。また、上
記遅延手段は、上記測定ビームを所定長さの経路内にお
いて導波させ、上記基準ビームを上記所定距離に相当す
る所定長さ以上に延長した長さの別経路内を伝搬させる
手段と、を有していてもよい。さらに、上記遅延手段の
導波手段は、所定長さを有する光ファイバ内に上記測定
ビームを伝搬させる光ファイバと、上記基準ビームを内
部に伝搬させる上記所定距離に相当する所定長さ以上に
延長した長さの別の光ファイバと、を有していることも
できる。また、少なくとも一つの成分ビームを、その上
記中間位置に達する以前に別の成分ビームに対して上記
所定時間間隔を越えた時間だけ少なくとも所定の割合で
遅延させ、上記成分ビームのうちの一つの反射した測定
ビーム部分が、上記所定位置とは異なった中間位置へと
達していて、異なった中間位置へと反射される上記測定
ビーム部分と、上記基準ビーム部分とが、互いに可干渉
とならないようにしている軸方向遅延手段を有していて
もよい。さらに、上記の割合を３の倍数とすることもで
きる。また、上記導波手段は、それぞれが内部に上記成
分ビームの内の互いに異なった一つを伝搬させ、かつ、
一本は所定の長さを有している複数の分離した光ファイ
バから構成され、上記複数の光ファイバの少なくとも一
つは、上記所定長さを有する一つの領域と、この領域に
連続し、かつ、上記軸方向遅延手段を構成している上記
所定長さに対する上記所定の割合の長さを有する別の一
つの領域と、を有していてもよい。さらに、上記反射ビ
ームと、戻りビームとを、上記復調器に導入する前に再
混合する手段を有することもできる。また、上記混合手
段、上記分割手段及び上記再混合手段は光ファイバカプ
ラで構成されていてもよい。さらには、上記混合手段に
到達する前に、互いに別のビームに対して所定の搬送周
波数だけ上記基準ビーム及び上記測定ビームのうちの少
なくとも一つの周波数をシフトさせる手段を有してお
り、上記所定領域の運動に依存している上記戻光ビーム
の変調が、上記搬送周波数に重畳されるようになってい
てもよい。
［作用］ 上記した本発明の第一及び第二の構成によれば、レー
ザ光源を用いて所定の可干渉距離、好ましくは比較的短
い可干渉距離を持つレーザビームが発生される。このレ
ーザビームは、ビームスプリッタ等によって、測定ビー
ムと基準ビームに分割される。基準ビームを測定ビーム
に対して、少なくとも上記可干渉距離に対応した距離を
上記測定ビームが伝搬するのに十分な時間遅延し、遅延
した基準ビームと測定ビームの混合ビームを形成する。
この混合ビームを複数の、それぞれ同一の成分ビームに
分割し、各成分ビームを各別の光路を介して、測定対象
表面の所定領域より成分ビームが上記所定遅延時間内に
伝搬する距離の略半分の距離離間した中間位置に伝搬す
る。上記光路の上記中間位置で各成分ビームの一部を反
射して光路を逆方向に伝搬する戻りビームを形成する。
上記光路に伝搬する成分ビームのうち上記中間位置で反
射されない残りの部分を上記所定領域に照射し、上記所
定領域から反射された反射ビームの少なくとも部分を各
光路の上記それぞれの中間位置から各光路に導入し、反
射ビーム中の測定ビーム成分と、上記所定領域で反射さ
れた戻りビームの基準ビーム成分とを、コヒーレントに
干渉させて上記所定領域の運動に依存して変調された変
調ビームを形成する。この変調されたビームを復調して
上記所定領域の動作を検出する。
ザ光源を用いて所定の可干渉距離、好ましくは比較的短
い可干渉距離を持つレーザビームが発生される。このレ
ーザビームは、ビームスプリッタ等によって、測定ビー
ムと基準ビームに分割される。基準ビームを測定ビーム
に対して、少なくとも上記可干渉距離に対応した距離を
上記測定ビームが伝搬するのに十分な時間遅延し、遅延
した基準ビームと測定ビームの混合ビームを形成する。
この混合ビームを複数の、それぞれ同一の成分ビームに
分割し、各成分ビームを各別の光路を介して、測定対象
表面の所定領域より成分ビームが上記所定遅延時間内に
伝搬する距離の略半分の距離離間した中間位置に伝搬す
る。上記光路の上記中間位置で各成分ビームの一部を反
射して光路を逆方向に伝搬する戻りビームを形成する。
上記光路に伝搬する成分ビームのうち上記中間位置で反
射されない残りの部分を上記所定領域に照射し、上記所
定領域から反射された反射ビームの少なくとも部分を各
光路の上記それぞれの中間位置から各光路に導入し、反
射ビーム中の測定ビーム成分と、上記所定領域で反射さ
れた戻りビームの基準ビーム成分とを、コヒーレントに
干渉させて上記所定領域の運動に依存して変調された変
調ビームを形成する。この変調されたビームを復調して
上記所定領域の動作を検出する。
このような構成において、複数の導波路としての光フ
ァイバを用い、これら複数の光ファイバ内でそれぞれ光
ファイバ端面で反射された基準ビームの戻り光ビーム成
分と、上記所定領域で反射された測定ビームの反射成分
とを、コヒーレントに干渉させるようにしたので、上記
所定領域の凹凸によって照射された成分ビームが散乱し
てスペックルパターンが生じた場合でも、複数の光ファ
イバに入射する反射ビームのすべてが同時にスペックル
パターンの暗部となる可能性がなくなり、安定した測定
結果を得ることが出来る。
ァイバを用い、これら複数の光ファイバ内でそれぞれ光
ファイバ端面で反射された基準ビームの戻り光ビーム成
分と、上記所定領域で反射された測定ビームの反射成分
とを、コヒーレントに干渉させるようにしたので、上記
所定領域の凹凸によって照射された成分ビームが散乱し
てスペックルパターンが生じた場合でも、複数の光ファ
イバに入射する反射ビームのすべてが同時にスペックル
パターンの暗部となる可能性がなくなり、安定した測定
結果を得ることが出来る。
［実施例］ 以下に、本発明の好適実施例による測定装置及び測定
方法を添付図面を参照しながら説明する。第１図は、本
発明の好適実施例による光学式干渉測定装置を示すもの
で、この装置全体は参照符号10で示されている。この干
渉測定装置には、光ファイバが用いられている。測定装
置10は、レーザダイオード等のレーザ光源11が設けられ
ている。このレーザ光源として用いるレーザダイオード
は、例えばシャープ株式会社製のLT023MC（商品名）が
用いられる。このレーザダイオードは、780nmの波長で
動作する。
方法を添付図面を参照しながら説明する。第１図は、本
発明の好適実施例による光学式干渉測定装置を示すもの
で、この装置全体は参照符号10で示されている。この干
渉測定装置には、光ファイバが用いられている。測定装
置10は、レーザダイオード等のレーザ光源11が設けられ
ている。このレーザ光源として用いるレーザダイオード
は、例えばシャープ株式会社製のLT023MC（商品名）が
用いられる。このレーザダイオードは、780nmの波長で
動作する。
レーザ光源11は、レーザビーム12を発生する。このレ
ーザビーム12は、比較的短い可干渉距離を持っている。
レーザ光源11で発生したレーザビーム12は、ビームスプ
リッタ装置13に導入される。ビームスプリッタ装置13
は、光ファイバカプラと、前側焦点レンズと、コリメー
タレンズで構成され、レーザビーム12を分割して二つの
相互に同一な分割ビーム14、15を発生する。この分割ビ
ーム14、15は、相互に結合される。分割ビーム14は、変
調器16に向かって照射される。この変調器16は、例えば
保谷株式会社製のホヤ（Hoya）Ａ−100変調器（商品
名）で構成される。この変調器16は、分割ビーム14の周
波数を、例えば約75MHz程度低下させる。同様に、分割
ビーム15は、変調器17に向けて照射される。この変調器
17は、好ましくは変調器16と同一の構成とする変調器17
は、分割ビーム15の周波数を例えば85MHz程度上昇させ
て、両分割ビーム14、15のを搬送ビーム周波数で変調し
て変調器16、17より発せられる変調ビーム18、19の周波
数差が160MHzとなるように設定されている。
ーザビーム12は、比較的短い可干渉距離を持っている。
レーザ光源11で発生したレーザビーム12は、ビームスプ
リッタ装置13に導入される。ビームスプリッタ装置13
は、光ファイバカプラと、前側焦点レンズと、コリメー
タレンズで構成され、レーザビーム12を分割して二つの
相互に同一な分割ビーム14、15を発生する。この分割ビ
ーム14、15は、相互に結合される。分割ビーム14は、変
調器16に向かって照射される。この変調器16は、例えば
保谷株式会社製のホヤ（Hoya）Ａ−100変調器（商品
名）で構成される。この変調器16は、分割ビーム14の周
波数を、例えば約75MHz程度低下させる。同様に、分割
ビーム15は、変調器17に向けて照射される。この変調器
17は、好ましくは変調器16と同一の構成とする変調器17
は、分割ビーム15の周波数を例えば85MHz程度上昇させ
て、両分割ビーム14、15のを搬送ビーム周波数で変調し
て変調器16、17より発せられる変調ビーム18、19の周波
数差が160MHzとなるように設定されている。
なお、上記の変調器16、17によって発生される変調ビ
ーム間の周波数差、各分割ビームの変調程度は、上記に
限定されるものではなく、いか様にも変更可能である。
即ち、変調ビーム間の周波数差は、必ずしも160MHzに限
定されるものではなく、必要に応じて適宜設定すること
が出来る。また、周波数差は160MHzとして、両変調ビー
ムの変調周波数を調整することも可能である。更に、変
調器は必ずしも二つ設ける必要はなく、変調器16、17の
一方のみを用いて、変調器に入射する分割ビームのみを
搬送ビーム周波数で周波数変調し、他方の分割ビームは
変調せずに所要の周波数差を得ることも可能である。ま
たさらに、分割ビームを搬送ビームによって変調するこ
とが望ましくない場合には、両変調器16、17を排除する
ことも可能である。
ーム間の周波数差、各分割ビームの変調程度は、上記に
限定されるものではなく、いか様にも変更可能である。
即ち、変調ビーム間の周波数差は、必ずしも160MHzに限
定されるものではなく、必要に応じて適宜設定すること
が出来る。また、周波数差は160MHzとして、両変調ビー
ムの変調周波数を調整することも可能である。更に、変
調器は必ずしも二つ設ける必要はなく、変調器16、17の
一方のみを用いて、変調器に入射する分割ビームのみを
搬送ビーム周波数で周波数変調し、他方の分割ビームは
変調せずに所要の周波数差を得ることも可能である。ま
たさらに、分割ビームを搬送ビームによって変調するこ
とが望ましくない場合には、両変調器16、17を排除する
ことも可能である。
変調ビーム18、19（変調器16、17を用いない場合には
分割ビーム14、15）は、それぞれレンズ20、21によっ
て、光ファイバ又は光ファイバ部22、23の端部に集束さ
れる。これらの光ファイバ22、23は、それぞれ３×３の
光ファイバカプラ24に接続されている。この光ファイバ
カプラ24がビームの共通光路を形成している。光ファイ
バ22の端部から光ファイバカプラ24接合端までの長さ
は、L1に設定され、光ファイバ23の長さはL2に設定され
ている。光ファイバ23の長さL2は、少なくとも可干渉距
離分、より好ましくは可干渉距離を越える所定長分、光
ファイバ22より長くなっている。これによって、光ファ
イバ23に伝搬される変調ビーム19の各ビーム成分は、光
ファイバ22に伝搬される変調ビーム18の対応するコヒー
レント領域よりも遅れる上記の長さ（L2−L1）のビーム
通過時間に対応した送れ時間を持って光ファイバカプラ
24に到達する。従って、変調ビーム18、19の各領域は、
光ファイバカプラ24に到達した時点において、相互にコ
ヒーレント領域外となる。
分割ビーム14、15）は、それぞれレンズ20、21によっ
て、光ファイバ又は光ファイバ部22、23の端部に集束さ
れる。これらの光ファイバ22、23は、それぞれ３×３の
光ファイバカプラ24に接続されている。この光ファイバ
カプラ24がビームの共通光路を形成している。光ファイ
バ22の端部から光ファイバカプラ24接合端までの長さ
は、L1に設定され、光ファイバ23の長さはL2に設定され
ている。光ファイバ23の長さL2は、少なくとも可干渉距
離分、より好ましくは可干渉距離を越える所定長分、光
ファイバ22より長くなっている。これによって、光ファ
イバ23に伝搬される変調ビーム19の各ビーム成分は、光
ファイバ22に伝搬される変調ビーム18の対応するコヒー
レント領域よりも遅れる上記の長さ（L2−L1）のビーム
通過時間に対応した送れ時間を持って光ファイバカプラ
24に到達する。従って、変調ビーム18、19の各領域は、
光ファイバカプラ24に到達した時点において、相互にコ
ヒーレント領域外となる。
光ファイバカプラ24内において、変調ビーム18、19
は、相互に非コヒーレントな状態で混合され、光ファイ
バ22より供給された測定ビームと光ファイバ23より供給
された基準ビームがそれぞれの弁別可能に混在した混合
ビームを形成する。この混合ビームは、それぞれに同一
の三つの成分ビームに分割され、光ファイバ25、26、27
に供給される。これら三本の光ファイバ25、26、27は、
単一の光ケーブル内に収容することが望ましい。各光フ
ァイバ25、26、27を通ってファイバ端部に到達した成分
ビームの一部は、端面又は端面のコーティング面で反射
されて、光ファイバカプラ24に向って伝達される。
は、相互に非コヒーレントな状態で混合され、光ファイ
バ22より供給された測定ビームと光ファイバ23より供給
された基準ビームがそれぞれの弁別可能に混在した混合
ビームを形成する。この混合ビームは、それぞれに同一
の三つの成分ビームに分割され、光ファイバ25、26、27
に供給される。これら三本の光ファイバ25、26、27は、
単一の光ケーブル内に収容することが望ましい。各光フ
ァイバ25、26、27を通ってファイバ端部に到達した成分
ビームの一部は、端面又は端面のコーティング面で反射
されて、光ファイバカプラ24に向って伝達される。
各光ファイバ25、26、27のファイバ端部を反射されず
に通過した成分ビームは、コリメートレンズ28、29、30
で平行光31、32、33とされ、共通の焦点レンズ34を通し
て、振動を測定する測対象の表面36の所定領域35に集光
される。少なくとも領域35に照射された成分ビームは照
射領域35で散乱光となりその一部が各光ファイバ25、2
6、27に向かい、明部と暗部を持つスペックルパターン
を形成する。この反射ビームが光ファイバ25、26、27に
到達すると、この反射ビームは、反射ビームとコヒーレ
ントな関係にあるいかなる光とも干渉する。これによっ
て、反射ビーム中の測定ビームは光ファイバ25、26、27
内でファイバ端部で反射された成分ビーム中の基準ビー
ムと干渉する。しかしなから、この場合一つの光ファイ
バの、例えば光ファイバ25の測定ビーム部は他の光ファ
イバ26、27の基準ビームと干渉してしまう。この異なる
光ファイバに伝搬される測定ビームと基準ビームの間に
干渉が生じた場合には、測定結果に誤差が生じる。この
問題を解決するために、光ファイバ25、26、27は、それ
ぞれ異なる長さL3、L4、L5となっている。即ち、光ファ
イバ25の長さL3が最も短く、二つのループを持つ光ファ
イバ27の長さL5は、一つのループを持つ光ファイバ26の
長さL4よりも長く設定されている。これらの光ファイバ
25、26、27の長さL3、L4、L5は、光ファイバ22、23の長
さの差（L2−L1）に対して所定の割合に設定されてい
る。
に通過した成分ビームは、コリメートレンズ28、29、30
で平行光31、32、33とされ、共通の焦点レンズ34を通し
て、振動を測定する測対象の表面36の所定領域35に集光
される。少なくとも領域35に照射された成分ビームは照
射領域35で散乱光となりその一部が各光ファイバ25、2
6、27に向かい、明部と暗部を持つスペックルパターン
を形成する。この反射ビームが光ファイバ25、26、27に
到達すると、この反射ビームは、反射ビームとコヒーレ
ントな関係にあるいかなる光とも干渉する。これによっ
て、反射ビーム中の測定ビームは光ファイバ25、26、27
内でファイバ端部で反射された成分ビーム中の基準ビー
ムと干渉する。しかしなから、この場合一つの光ファイ
バの、例えば光ファイバ25の測定ビーム部は他の光ファ
イバ26、27の基準ビームと干渉してしまう。この異なる
光ファイバに伝搬される測定ビームと基準ビームの間に
干渉が生じた場合には、測定結果に誤差が生じる。この
問題を解決するために、光ファイバ25、26、27は、それ
ぞれ異なる長さL3、L4、L5となっている。即ち、光ファ
イバ25の長さL3が最も短く、二つのループを持つ光ファ
イバ27の長さL5は、一つのループを持つ光ファイバ26の
長さL4よりも長く設定されている。これらの光ファイバ
25、26、27の長さL3、L4、L5は、光ファイバ22、23の長
さの差（L2−L1）に対して所定の割合に設定されてい
る。
本発明によれば、この割合は３の倍数に設定するのが
好ましい。これによって光ファイバ25、26、27の一つを
通った成分ビームによる反射ビーム中に含まれる測定ビ
ーム成分が、他の光ファイバの端面で反射された戻りビ
ーム中の基準ビーム成分とコヒーレントに干渉すること
が防止される。
好ましい。これによって光ファイバ25、26、27の一つを
通った成分ビームによる反射ビーム中に含まれる測定ビ
ーム成分が、他の光ファイバの端面で反射された戻りビ
ーム中の基準ビーム成分とコヒーレントに干渉すること
が防止される。
各光ファイバ25、26、27を通る反射ビーム及び戻りビ
ームは光ファイバカプラ24に戻る。光ファイバカプラ24
においては、各光ファイバ25、26、27と通って伝搬され
る反射ビーム及び戻りビームが再混合され、この再混合
されたビームの一部は、光ファイバ50を通って光検出器
51に導入される。光検出器51は、光信号を周知の要領で
電気信号に変換する。光検出器51によって発生された電
気信号は、周知のFM復調器等の復調器52で復調されて、
測定対象の所定領域35の振動を示す復調信号を発生す
る。
ームは光ファイバカプラ24に戻る。光ファイバカプラ24
においては、各光ファイバ25、26、27と通って伝搬され
る反射ビーム及び戻りビームが再混合され、この再混合
されたビームの一部は、光ファイバ50を通って光検出器
51に導入される。光検出器51は、光信号を周知の要領で
電気信号に変換する。光検出器51によって発生された電
気信号は、周知のFM復調器等の復調器52で復調されて、
測定対象の所定領域35の振動を示す復調信号を発生す
る。
第１図に示すように、光ファイバ25、26、27の端面の
である中間位置は、測定対象の所定領域35より光ファイ
バと所定領域間の光ビームの所定時間内の到達距離の半
分に対応する距離離間した中間位置となっている。
である中間位置は、測定対象の所定領域35より光ファイ
バと所定領域間の光ビームの所定時間内の到達距離の半
分に対応する距離離間した中間位置となっている。
第２図及び第３図は、本発明の好適実施例による測定
装置の具体構成を示すもので、光ファイバ25、26、27の
各端部は導管38に挿通されている。この導管38の端部は
ハウジング39に接合されている。光ファイバ25、26、27
の端部は、導管38を経て保持部材40に接続されている。
この保持部材40は、ウエブ41を有しており、このウエブ
41によってハウジング39内に保持されており、第３図に
示すように、保持部材40の先端部に各光ファイバ25、2
6、27の端面を位置させている。第３図より明らかなよ
うに、各光ファイバ25、26、27の端面は正三角形の各頂
点に位置している。光ファイバ25、26、27の端面を通っ
て放出された成分ビームは、ハウジング39に取り付けら
れた集光又は焦点レンズ42によって振動を測定する測定
対象37の表面36の所定領域35に集光される。この構成に
よれば、各光ファイバ25、26、27より照射される成分ビ
ームの照射位置は、相互に一致しないものとなるが、測
定対象の所定領域35の振動を測定するのには十分接近し
たものとすることが出来る。
装置の具体構成を示すもので、光ファイバ25、26、27の
各端部は導管38に挿通されている。この導管38の端部は
ハウジング39に接合されている。光ファイバ25、26、27
の端部は、導管38を経て保持部材40に接続されている。
この保持部材40は、ウエブ41を有しており、このウエブ
41によってハウジング39内に保持されており、第３図に
示すように、保持部材40の先端部に各光ファイバ25、2
6、27の端面を位置させている。第３図より明らかなよ
うに、各光ファイバ25、26、27の端面は正三角形の各頂
点に位置している。光ファイバ25、26、27の端面を通っ
て放出された成分ビームは、ハウジング39に取り付けら
れた集光又は焦点レンズ42によって振動を測定する測定
対象37の表面36の所定領域35に集光される。この構成に
よれば、各光ファイバ25、26、27より照射される成分ビ
ームの照射位置は、相互に一致しないものとなるが、測
定対象の所定領域35の振動を測定するのには十分接近し
たものとすることが出来る。
上記の実施例においては、それぞれが約10ミクロンの
コア径を有する所定モールド数のマルチモード光ファイ
バを用いることが望ましい。マルチモード光ファイバを
用いることの効果は、第４図及び第５図の比較より明ら
かである。即ち、単一モードの光ファイバを用いた場合
には、信号レベルは、光路長の違い、干渉計のアーム間
の相違によって影響されて、大きく変動する。第４図で
は、GO−1000レーザダイオードをレーザ光源として用
い、電子検出のノイズの限界レベルを約−108dBmとした
場合の測定結果を示している。一方、マルチモード光フ
ァイバを用いた場合には、視認できる干渉縞の輪郭は数
回反復して現れる。各干渉縞の輪郭は、それぞれ各モー
ド間の光路長の差に応じた度合いで重合する。従って、
マルチモード系によって発生される信号のレベルは、単
一モードの光ファイバを用いた場合よりも大きく光路長
差によって生じるノイズよりも十分に高くなり、限られ
た可干渉長のレーザダイオードの測定範囲を拡大するこ
とが出来るものとなる。
コア径を有する所定モールド数のマルチモード光ファイ
バを用いることが望ましい。マルチモード光ファイバを
用いることの効果は、第４図及び第５図の比較より明ら
かである。即ち、単一モードの光ファイバを用いた場合
には、信号レベルは、光路長の違い、干渉計のアーム間
の相違によって影響されて、大きく変動する。第４図で
は、GO−1000レーザダイオードをレーザ光源として用
い、電子検出のノイズの限界レベルを約−108dBmとした
場合の測定結果を示している。一方、マルチモード光フ
ァイバを用いた場合には、視認できる干渉縞の輪郭は数
回反復して現れる。各干渉縞の輪郭は、それぞれ各モー
ド間の光路長の差に応じた度合いで重合する。従って、
マルチモード系によって発生される信号のレベルは、単
一モードの光ファイバを用いた場合よりも大きく光路長
差によって生じるノイズよりも十分に高くなり、限られ
た可干渉長のレーザダイオードの測定範囲を拡大するこ
とが出来るものとなる。
なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものでは
なく、特許請求の範囲に記載された要件を満足するいか
なる構成をも包含するものである。
なく、特許請求の範囲に記載された要件を満足するいか
なる構成をも包含するものである。
［効果］ 本発明は、上記構成のように複数の導波路としての光
ファイバを用い、これら複数の光ファイバ内でそれぞれ
光ファイバ端面で反射された基準ビームの戻り光ビーム
成分と、上記所定領域内で反射された測定ビームの反射
成分とを、コヒーレントに干渉させるようにしたので、
上記所定領域の凹凸によって照射された成分ビームが散
乱してスペックルパターンが生じた場合でも、複数の光
ファイバに入射する反射ビームのすべてが同時にスペッ
クルパターンの暗部となる可能性がなくなり、安定した
測定結果を得ることが出来る。
ファイバを用い、これら複数の光ファイバ内でそれぞれ
光ファイバ端面で反射された基準ビームの戻り光ビーム
成分と、上記所定領域内で反射された測定ビームの反射
成分とを、コヒーレントに干渉させるようにしたので、
上記所定領域の凹凸によって照射された成分ビームが散
乱してスペックルパターンが生じた場合でも、複数の光
ファイバに入射する反射ビームのすべてが同時にスペッ
クルパターンの暗部となる可能性がなくなり、安定した
測定結果を得ることが出来る。
第１図は、本発明の好適実施例による測定装置の全体を
示す系統図、 第２図は、第１図の測定装置の一部の具体構成を示す部
分断面図、 第３図は、第２図の３−３線の断面を示す断面図、 第４図は、単一モード光ファイバを用いた場合の光路長
差に応じた信号レベルの変動を示すグラフ、及び 第５図は、10ミクロンのコア径を持つマルチモード光フ
ァイバを用いた場合の、第４図と同様の光路長差に応じ
た信号レベルの変動を示すグラフである。 10……測定装置 11……レーザ光源 13……ビームスプリッタ装置 16、17……変調器 22、23……光ファイバ 24……光ファイバカプラ 25、26、27……光ファイバ 28、29、30……コリメータレンズ 31……焦点レンズ 35……所定領域 38……導管 39……ハウジング 40……支持部材
示す系統図、 第２図は、第１図の測定装置の一部の具体構成を示す部
分断面図、 第３図は、第２図の３−３線の断面を示す断面図、 第４図は、単一モード光ファイバを用いた場合の光路長
差に応じた信号レベルの変動を示すグラフ、及び 第５図は、10ミクロンのコア径を持つマルチモード光フ
ァイバを用いた場合の、第４図と同様の光路長差に応じ
た信号レベルの変動を示すグラフである。 10……測定装置 11……レーザ光源 13……ビームスプリッタ装置 16、17……変調器 22、23……光ファイバ 24……光ファイバカプラ 25、26、27……光ファイバ 28、29、30……コリメータレンズ 31……焦点レンズ 35……所定領域 38……導管 39……ハウジング 40……支持部材
Claims (18)
- 【請求項１】所定の可干渉距離を有するレーザビームを
発生させるステップと、 該レーザビームを測定ビームと基準ビームに分割するス
テップと、 少なくとも前記可干渉距離に対応する所定距離だけ前記
基準ビームに対して前記測定ビームを進行させるに十分
となるように前記基準ビームを遅延させる遅延ステップ
と、 遅延した前記基準ビームと、前記測定ビーム混合して、
混合ビームを形成させる混合ステップと、 該混合ビームを、実質的に同一の成分の複数のビームへ
と分割させるステップと、 これらの各成分ビームを各別の光路を介して、所定の領
域から前記所定時間間隔により進行する距離の実質的に
半分だけ離間したそれぞれの中間位置まで導く導波ステ
ップと、 各成分ビームの一部をそれぞれの前記中間位置におい
て、それぞれの反射経路へと戻すように反射させるステ
ップと、 前記各中間位置からそれぞれの成分ビームの残りを前記
所定領域へと向かわせて、そこから少なくとも前記各中
間位置及びそれぞれの経路へと主要部分を反射させ、そ
れぞれの成分ビームの戻ってきた残りの測定ビーム部分
と、それぞれの成分ビームのうちの所定部分の基準ビー
ム部分と、を混合してそれぞれコヒーレントに干渉させ
て、戻光ビームに前記各中間位置に対する前記所定領域
の運動に応じた変調を与えるステップと、 前記戻光ビームをそれぞれ復調して前記所定領域の運動
を表示させる復調ステップと、を有することを特徴とす
る振動物体表面の所定領域の運動検出方法。 - 【請求項２】前記導波ステップは、それぞれの成分ビー
ムを各別の光ファイバ内に伝搬させるようにしたことを
特徴とする請求項第１項に記載の方法。 - 【請求項３】前記遅延ステップは、前記測定ビームを所
定長さの経路内において導波させるステップと、前記基
準ビームを前記所定距離に相当する所定長さ以上に延長
した長さの別経路内を伝搬させるステップと、を有して
いることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。 - 【請求項４】前記遅延ステップは、所定長さを有する光
ファイバ内に前記測定ビームを伝搬させるステップと、
前記基準ビームを前記所定距離に相当する所定長さ以上
に延長した長さの別の光ファイバ内を伝搬させるステッ
プと、を有していることを特徴とする請求項３に記載の
方法。 - 【請求項５】少なくとも一つの成分ビームを、その前記
中間位置に達する以前に別の成分ビームに対して前記所
定時間間隔を越えた時間だけ少なくとも所定の割合で、
遅延させ、前記成分ビームのうちの一つの反射した測定
ビーム部分が、前記中間位置とは異なった中間位置へと
達していて、異なった中間位置へと反射される前記測定
ビーム部分と、前記基準ビーム部分とが、互いに可干渉
とならないようにされていることを特徴とする請求項１
から４のいずれに記載の方法。 - 【請求項６】前記割合を３の倍数とすることを特徴とす
る請求項第５項記載の方法。 - 【請求項７】前記戻光ビームを前記復調ステップに先立
って再混合させるステップを有することを特徴とする請
求項１から請求項６のいずれかに記載の方法。 - 【請求項８】前記混合ステップの前に、互いに別のビー
ムに対して所定の搬送周波数だけ前記基準ビーム及び前
記測定ビームのうちの少なくとも一つの周波数をシフト
させるステップを有しており、前記所定領域の運動に依
存している前記戻光ビームの変調が、前記搬送周波数に
重畳されるようになっていることを特徴とする請求項１
から７のいずれかに記載の方法。 - 【請求項９】所定の可干渉距離を有するレーザビームを
発生させる手段と、 該レーザビームを測定ビームと基準ビームに分割する手
段と、 少なくとも前記可干渉距離に対応する所定距離だけ前記
基準ビームに対して前記測定ビームを進行させるに十分
となるように前記基準ビームを遅延させる遅延手段と、 遅延した前記基準ビームと、前記測定ビーム混合して、
混合ビームを形成させる混合手段と、 該混合ビームを、実質的に同一の成分の複数のビームへ
と分割させるステップと、 これらの各成分ビームを各別の光路を介して、所定の領
域から前記所定時間間隔により進行する距離の実質的に
半分だけ離間した中間位置まで導く導波手段と、 各成分ビームの一部をそれぞれの前記位置において、そ
れぞれの反射経路へと戻すように反射させる手段と、 前記各中間位置からそれぞれの成分ビームの残りを前記
所定領域へと向かわせて、そこから少なくとも前記各中
間位置及びそれぞれの経路へと主要部分を反射させ、そ
れぞれの成分ビームの戻ってきた残りの測定ビーム部分
と、それぞれの成分ビームのうちの所定部分の基準ビー
ム部分と、を混合してそれぞれコヒーレントに干渉させ
て、戻光ビームに前記各中間位置に対する前記所定領域
の運動に応じた変調を与える手段と、 前記戻光ビームをそれぞれ復調して前記所定領域の運動
を表示させる復調手段と、を有することを特徴とする振
動物体表面の所定領域の運動検出装置。 - 【請求項１０】前記導波手段は、各成分ビームの異なっ
たひとつを伝搬するそれぞれ分離された光ファイバを有
していることを特徴とする請求項第９項に記載の装置。 - 【請求項１１】前記遅延手段は、前記測定ビームを所定
長さの経路内において導波させ、前記基準ビームを前記
所定距離に相当する所定長さ以上に延長した長さの別経
路内を伝搬させる手段と、を有していることを特徴とす
る請求項９又は10に記載の装置。 - 【請求項１２】前記遅延手段の導波手段は、所定長さを
有する光ファイバ内に前記測定ビームを伝搬させる光フ
ァイバと、前記基準ビームを内部に伝搬させる前記所定
距離に相当する所定長さ以上に延長した長さの別の光フ
ァイバと、を有していることを特徴とする請求項11に記
載の装置。 - 【請求項１３】少なくとも一つの成分ビームを、それぞ
れの前記中間位置に達する以前に別の成分ビームに対し
て前記所定時間間隔を越えた時間だけ少なくとも所定の
割合で遅延させ、前記成分ビームのうちの一つの反射し
た測定ビーム部分が、前記中間位置とは異なった中間位
置へと達していて、異なった中間位置へと反射される前
記測定ビーム部分と、前記基準ビーム部分とが、互いに
可干渉とならないようにしている軸方向遅延手段を有し
ていることを特徴とする請求項９から12のいずれかに記
載の装置。 - 【請求項１４】前記の割合を３の倍数とすることを特徴
とする請求項第13項記載の装置。 - 【請求項１５】前記導波手段は、それぞれが内部に前記
成分ビームの内の互いに異なった一つを伝搬させ、か
つ、一本は所定の長さを有している複数の分離した光フ
ァイバから構成され、前記複数の光ファイバの少なくと
も一つは、前記所定長さを有する一つの領域と、この領
域に連続し、かつ、前記軸方向遅延手段を構成している
前記所定長さに対する前記所定の割合の長さを有する別
の一つの領域と、を有していることを特徴とする請求項
13に記載の装置。 - 【請求項１６】前記反射ビームと、戻りビームとを、前
記復調器に導入する前に再混合する手段を有することを
特徴とする請求項第９項乃至第15項のいずれかに記載の
装置。 - 【請求項１７】前記混合手段、前記分割手段及び前記再
混合手段は光ファイバカプラで構成されていることを特
徴とする請求項第16項記載の装置。 - 【請求項１８】前記混合手段に到達する前に、互いに別
のビームに対して所定の搬送周波数だけ前記基準ビーム
及び前記測定ビームのうちの少なくとも一つの周波数を
シフトさせる手段を有しており、前記所定領域の運動に
依存している前記戻光ビームの変調が、前記搬送周波数
に重畳されるようになっていることを特徴とする請求項
９から17のいずれかに記載の装置。
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