JP3491230B2 - 光干渉計型変位センサ - Google Patents
光干渉計型変位センサInfo
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- JP3491230B2 JP3491230B2 JP2000339825A JP2000339825A JP3491230B2 JP 3491230 B2 JP3491230 B2 JP 3491230B2 JP 2000339825 A JP2000339825 A JP 2000339825A JP 2000339825 A JP2000339825 A JP 2000339825A JP 3491230 B2 JP3491230 B2 JP 3491230B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、光干渉計型変位
センサに関し、特に、サニヤック干渉計を使用してスラ
イドテーブルの如き測定対象物の変位を精密に測定する
する光干渉計型変位センサに関する。
センサに関し、特に、サニヤック干渉計を使用してスラ
イドテーブルの如き測定対象物の変位を精密に測定する
する光干渉計型変位センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】測定対象物の変位を精密に測定するに、
測定対象物をレーザ光により照射しておく。この状態で
測定対象物が変位すると、ドップラー効果により反射光
に周波数シフトが生起する。ここで、第１の変位計とし
て、反射光を参照光と干渉させて生ずるビート信号に基
づいて反射光の周波数シフトを検出し、検出結果に基づ
いて測定対象物の変位を測定する変位計が公知である。
これはヘテロダイン干渉式変位計と称される変位計であ
り、半導体製造装置用ステッパの高精度変位測定に実用
に供されている（詳細は、特開平４−２５４７０１号公
報 参照）。
測定対象物をレーザ光により照射しておく。この状態で
測定対象物が変位すると、ドップラー効果により反射光
に周波数シフトが生起する。ここで、第１の変位計とし
て、反射光を参照光と干渉させて生ずるビート信号に基
づいて反射光の周波数シフトを検出し、検出結果に基づ
いて測定対象物の変位を測定する変位計が公知である。
これはヘテロダイン干渉式変位計と称される変位計であ
り、半導体製造装置用ステッパの高精度変位測定に実用
に供されている（詳細は、特開平４−２５４７０１号公
報 参照）。
【０００３】第２の変位計として、反射光と参照光のビ
ート信号を検出する代わりに、参照光と反射光の間の位
相変化を検出して周波数シフトを測定し、測定結果に基
づいて測定対象物の変位を測定する変位計が公知であ
る。また、第３の変位計として位相変化を検出するに際
して位相変調を印加して位相変化をより正確に検出する
光学位相検出式変位計が公知である（詳細は、特開平１
１−３７７１８号公報参照）。
ート信号を検出する代わりに、参照光と反射光の間の位
相変化を検出して周波数シフトを測定し、測定結果に基
づいて測定対象物の変位を測定する変位計が公知であ
る。また、第３の変位計として位相変化を検出するに際
して位相変調を印加して位相変化をより正確に検出する
光学位相検出式変位計が公知である（詳細は、特開平１
１−３７７１８号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】第１の変位計であるヘ
テロダイン干渉式変位計は、外形寸法が大型で重量の大
なるマグネットを装備したゼーマンレーザより成る２周
波光源を必要とし、ディスクリートな光学部品と空間伝
播光路により光学部分が構成されているので、変位計製
造時の光軸合わせの困難さと、変位計使用時に空気の揺
らぎその他の外乱を受け易い。そして、ゼーマンレーザ
より成る２周波光源は、発振周波数が不連続な変化をし
ない、モードホップのない極めて安定なレーザ光源でな
ければならない。
テロダイン干渉式変位計は、外形寸法が大型で重量の大
なるマグネットを装備したゼーマンレーザより成る２周
波光源を必要とし、ディスクリートな光学部品と空間伝
播光路により光学部分が構成されているので、変位計製
造時の光軸合わせの困難さと、変位計使用時に空気の揺
らぎその他の外乱を受け易い。そして、ゼーマンレーザ
より成る２周波光源は、発振周波数が不連続な変化をし
ない、モードホップのない極めて安定なレーザ光源でな
ければならない。
【０００５】第２の変位計である光学位相検出式変位計
はフィゾー型、マッハツェンダ型、マイケルソン型その
他各種のタイプの干渉計が開発使用され、光学部分につ
いて光ファイバ化もなされてきたが、何れにしても高精
度化されるに到っていない。光学位相検出式変位計は、
位相差零点に干渉光強度の極大を有するので、零点近傍
に位相差変化に対する感度がなく、そのままでは利用す
ることができない場合が多い。そこで、干渉計に位相差
バイアスを設けておくか、或いは位相変調法により零点
における感度を確保する方法が採用されるが、これら何
れの方法においても干渉計を構成する光路の分枝が別々
であるところから、光学部を光ファイバ化しても、温
度、気圧、湿度変化に起因する空気の屈折率変化、光路
の分枝の受ける温度、振動その他の外乱の差異が光学位
相差を生成して雑音になるという問題を含んでいる。
はフィゾー型、マッハツェンダ型、マイケルソン型その
他各種のタイプの干渉計が開発使用され、光学部分につ
いて光ファイバ化もなされてきたが、何れにしても高精
度化されるに到っていない。光学位相検出式変位計は、
位相差零点に干渉光強度の極大を有するので、零点近傍
に位相差変化に対する感度がなく、そのままでは利用す
ることができない場合が多い。そこで、干渉計に位相差
バイアスを設けておくか、或いは位相変調法により零点
における感度を確保する方法が採用されるが、これら何
れの方法においても干渉計を構成する光路の分枝が別々
であるところから、光学部を光ファイバ化しても、温
度、気圧、湿度変化に起因する空気の屈折率変化、光路
の分枝の受ける温度、振動その他の外乱の差異が光学位
相差を生成して雑音になるという問題を含んでいる。
【０００６】この発明は、光ファイバジャイロとして既
に実用化されているサニャック干渉計を使用し、光ファ
イバコイル中に光が空間伝播する空間伝播光路を形成
し、この空間伝播経路を測定対象物に設定し、測定対象
物が変位して空間伝播光路長が変化した場合、サニャッ
ク干渉計の左右両廻り光間に測定対象物の変位速度、即
ち、空間伝播光路長の変化率に対応する位相差が生じ、
この位相差に基づいて測定対象物の変位を測定する構成
を採用することにより、上述の問題を解消した光干渉計
型変位センサを提供するものである。
に実用化されているサニャック干渉計を使用し、光ファ
イバコイル中に光が空間伝播する空間伝播光路を形成
し、この空間伝播経路を測定対象物に設定し、測定対象
物が変位して空間伝播光路長が変化した場合、サニャッ
ク干渉計の左右両廻り光間に測定対象物の変位速度、即
ち、空間伝播光路長の変化率に対応する位相差が生じ、
この位相差に基づいて測定対象物の変位を測定する構成
を採用することにより、上述の問題を解消した光干渉計
型変位センサを提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１：低コヒーレン
ス光源１と、光ファイバコイル６と、低コヒーレンス光
源１から出射される光を分岐して光ファイバコイル６の
両光入射端部に結合すると共に光ファイバコイル６を周
回した左廻り光と右廻り光を合波する光分岐結合器４
と、位相変調器５と、光分岐結合器４において合波され
た干渉光の強度を検出する光電変換器７より成るサニャ
ック干渉計を具備し、光ファイバコイル６の光入射端部
の近傍の光ファイバを切断し、両光ファイバ切断端部間
に測定対象物１３の変位に対応して空間伝播光路１４の
長さを変化させる変位測定部１０を形成した光干渉型変
位センサを構成した。
ス光源１と、光ファイバコイル６と、低コヒーレンス光
源１から出射される光を分岐して光ファイバコイル６の
両光入射端部に結合すると共に光ファイバコイル６を周
回した左廻り光と右廻り光を合波する光分岐結合器４
と、位相変調器５と、光分岐結合器４において合波され
た干渉光の強度を検出する光電変換器７より成るサニャ
ック干渉計を具備し、光ファイバコイル６の光入射端部
の近傍の光ファイバを切断し、両光ファイバ切断端部間
に測定対象物１３の変位に対応して空間伝播光路１４の
長さを変化させる変位測定部１０を形成した光干渉型変
位センサを構成した。
【０００８】 また、請求項２：請求項１に記載される
光干渉型変位センサにおいて、変位測定部１０は固定基
準部１１と変位部１２より成ることを特徴とする光干渉
型変位センサを構成した。
光干渉型変位センサにおいて、変位測定部１０は固定基
準部１１と変位部１２より成ることを特徴とする光干渉
型変位センサを構成した。
【０００９】 更に、請求項３：請求項２に記載される
光干渉型変位センサにおいて、固定基準部１１は光ファ
イバ固定端面１１１とこの固定端面１１１に対向して設
置される固定コリメータレンズ１１２より成り、変位部
１２は測定対象物であるスライドテーブル１３に取り付
け固定される光ファイバ変位端面１２１とこの変位端面
１２１に対向してスライドテーブル１３に取り付け固定
される変位コリメータレンズ１２２より成ることを特徴
とする光干渉型変位センサを構成した。
光干渉型変位センサにおいて、固定基準部１１は光ファ
イバ固定端面１１１とこの固定端面１１１に対向して設
置される固定コリメータレンズ１１２より成り、変位部
１２は測定対象物であるスライドテーブル１３に取り付
け固定される光ファイバ変位端面１２１とこの変位端面
１２１に対向してスライドテーブル１３に取り付け固定
される変位コリメータレンズ１２２より成ることを特徴
とする光干渉型変位センサを構成した。
【００１０】
【発明の実施の形態】実施の形態を説明するに先だっ
て、この発明の光干渉計型変位センサに使用するサニヤ
ック干渉計を図２を参照して説明する。光源としては、
半導体チップの光源であるスーパールミネッセントダイ
オードＳＬＤより成る低コヒーレンス光源１を使用す
る。光源１から出射された光は、第１の光分岐器２、第
１の偏光フィルタ３を介して第２の光分岐器４に到り、
第２の光分岐器４を介して光ファイバコイル６内に左廻
り光および右廻り光として送り込まれる。この左廻り光
は、先ず、位相変調器５において位相変調され、位相変
調された左廻り光は光ファイバコイル６に入射、左廻り
に周回して順次に、第２の光分岐器４、第１の偏光フィ
ルタ３、第１の光分岐器２を通過して光電変換器７に到
達受光される。一方、右廻り光は、光ファイバコイル６
に入射し、右廻りに周回して位相変調器５において位相
変調され、位相変調された右廻り光は第２の光分岐器
４、第１の偏光フィルタ３、第１の光分岐器２を通過し
て光電変換器７に到達、受光される。
て、この発明の光干渉計型変位センサに使用するサニヤ
ック干渉計を図２を参照して説明する。光源としては、
半導体チップの光源であるスーパールミネッセントダイ
オードＳＬＤより成る低コヒーレンス光源１を使用す
る。光源１から出射された光は、第１の光分岐器２、第
１の偏光フィルタ３を介して第２の光分岐器４に到り、
第２の光分岐器４を介して光ファイバコイル６内に左廻
り光および右廻り光として送り込まれる。この左廻り光
は、先ず、位相変調器５において位相変調され、位相変
調された左廻り光は光ファイバコイル６に入射、左廻り
に周回して順次に、第２の光分岐器４、第１の偏光フィ
ルタ３、第１の光分岐器２を通過して光電変換器７に到
達受光される。一方、右廻り光は、光ファイバコイル６
に入射し、右廻りに周回して位相変調器５において位相
変調され、位相変調された右廻り光は第２の光分岐器
４、第１の偏光フィルタ３、第１の光分岐器２を通過し
て光電変換器７に到達、受光される。
【００１１】ここで、光ファイバコイル６の全長の中心
点から左廻り光の入射端部に到るコイル部分と右廻り光
の入射端部に到るコイル部分の長さを含めて物理的機械
的特性が同一であることを条件として、光ファイバコイ
ル６の中心軸に角速度が印加されていない場合、サニヤ
ック干渉計は左右両廻り光間に位相差は生ぜず、検波出
力は得られない。光ファイバコイル６の中心軸を入力軸
として角速度が印加されると、サニャック効果により光
ファイバコイル６を伝播する左右両廻り光間に位相差が
発生し、第２の光分岐器４および第１の光分岐器２にお
いて干渉させた結果、光強度変化した位相変調光が光電
変換器７に受光されることになる。光電変換器７に到達
した位相変調光はここにおいて電気信号に光電変換され
る。光電変換器７において光電変換された電気信号は同
期検波器８に入力される。同期検波器８は、発振回路９
から供給される信号を参照信号として、光ファイバコイ
ル６に印加される角速度に比例する位相差の検波出力を
得る。サニャック干渉計は以上の通り光ファイバジャイ
ロとしてサニャック効果、即ち、回転角速度の印加によ
り誘起される光学位相差を検出する装置に主に利用され
ており、低コヒーレンスの半導体チップ光源であるスー
パールミネッセントダイオードの利用、位相変調および
同期検波その他の信号処理技術を採用して極めて高精度
に光学位相差検出を実施している。
点から左廻り光の入射端部に到るコイル部分と右廻り光
の入射端部に到るコイル部分の長さを含めて物理的機械
的特性が同一であることを条件として、光ファイバコイ
ル６の中心軸に角速度が印加されていない場合、サニヤ
ック干渉計は左右両廻り光間に位相差は生ぜず、検波出
力は得られない。光ファイバコイル６の中心軸を入力軸
として角速度が印加されると、サニャック効果により光
ファイバコイル６を伝播する左右両廻り光間に位相差が
発生し、第２の光分岐器４および第１の光分岐器２にお
いて干渉させた結果、光強度変化した位相変調光が光電
変換器７に受光されることになる。光電変換器７に到達
した位相変調光はここにおいて電気信号に光電変換され
る。光電変換器７において光電変換された電気信号は同
期検波器８に入力される。同期検波器８は、発振回路９
から供給される信号を参照信号として、光ファイバコイ
ル６に印加される角速度に比例する位相差の検波出力を
得る。サニャック干渉計は以上の通り光ファイバジャイ
ロとしてサニャック効果、即ち、回転角速度の印加によ
り誘起される光学位相差を検出する装置に主に利用され
ており、低コヒーレンスの半導体チップ光源であるスー
パールミネッセントダイオードの利用、位相変調および
同期検波その他の信号処理技術を採用して極めて高精度
に光学位相差検出を実施している。
【００１２】ところで、光ファイバコイル６の一点であ
る右廻り光の入射端部において光ファイバコイル６の物
理的機械的特性が変動すると、この変動により伝播する
光の位相が変化し、これが信号雑音として検出されるこ
とが知られている。この物理的機械的特性の変動が時間
的にランダムであると、光ファイバコイル６の右廻り光
がその入射端部通過時刻においてこの変動に対応する位
相変化を蒙っても、同時刻に左廻り光入射端部を通過し
て右廻り光入射端部通過時に到達する左廻り光が、右廻
り光が蒙むった変動に対応する位相変化と同様の位相変
化を蒙ることにはならない。サニャック干渉計におい
て、光ファイバコイル６の右廻り光の入射端部に着目し
てみると、この部位を通過する左右両廻り光間には光フ
ァイバコイル６全長の伝播時間（ｎＬ／ｃ）だけの時間
差が生ずるからである。
る右廻り光の入射端部において光ファイバコイル６の物
理的機械的特性が変動すると、この変動により伝播する
光の位相が変化し、これが信号雑音として検出されるこ
とが知られている。この物理的機械的特性の変動が時間
的にランダムであると、光ファイバコイル６の右廻り光
がその入射端部通過時刻においてこの変動に対応する位
相変化を蒙っても、同時刻に左廻り光入射端部を通過し
て右廻り光入射端部通過時に到達する左廻り光が、右廻
り光が蒙むった変動に対応する位相変化と同様の位相変
化を蒙ることにはならない。サニャック干渉計におい
て、光ファイバコイル６の右廻り光の入射端部に着目し
てみると、この部位を通過する左右両廻り光間には光フ
ァイバコイル６全長の伝播時間（ｎＬ／ｃ）だけの時間
差が生ずるからである。
【００１３】但し、ｎ：光ファイバの屈折率 Ｌ：光フ
ァイバコイルの全長 ｃ：光速 この発明は、光ファイバコイルの物理的機械的特性の変
動に起因する位相差の発生を積極的に使用する。即ち、
光ファイバジャイロとして既に実用化されている以上の
サニャック干渉計を使用し、光ファイバコイル中に光が
空間伝播する空間伝播光路を形成し、この空間伝播経路
を測定対象物に設定し、測定対象物が変位して空間伝播
光路長が変化した場合、サニャック干渉計の左右両廻り
光間に測定対象物の変位速度、即ち、空間伝播光路長の
変化率に対応する位相差が生じ、この位相差に基づいて
測定対象物の変位を測定する。
ァイバコイルの全長 ｃ：光速 この発明は、光ファイバコイルの物理的機械的特性の変
動に起因する位相差の発生を積極的に使用する。即ち、
光ファイバジャイロとして既に実用化されている以上の
サニャック干渉計を使用し、光ファイバコイル中に光が
空間伝播する空間伝播光路を形成し、この空間伝播経路
を測定対象物に設定し、測定対象物が変位して空間伝播
光路長が変化した場合、サニャック干渉計の左右両廻り
光間に測定対象物の変位速度、即ち、空間伝播光路長の
変化率に対応する位相差が生じ、この位相差に基づいて
測定対象物の変位を測定する。
【００１４】この発明の実施例を図１を参照して説明す
る。図１において、光源としては、半導体チップの光源
であるスーパールミネッセントダイオードＳＬＤより成
る低コヒーレンス光源１を使用する。光源１から出射さ
れた光は、第１の光分岐器２、第１の偏光フィルタ３を
介して第２の光分岐器４に到り、第２の光分岐器４を介
して光ファイバコイル６内に左廻り光および右廻り光と
して送り込まれる。この左廻り光は、先ず、位相変調器
５において位相変調され、位相変調された左廻り光はデ
イレイラインとして動作する光ファイバコイル６に入射
し、左廻りに周回して順次に後で説明される変位測定部
１０、第２の光分岐器４、第１の偏光フィルタ３、第１
の光分岐器２を通過して光電変換器７に到達受光され
る。一方、右廻り光は、変位測定部１０を通過して光フ
ァイバコイル６に入射し、右廻りに周回して位相変調器
５において位相変調され、位相変調された右廻り光は第
２の光分岐器４、第１の偏光フィルタ３、第１の光分岐
器２を通過して光電変換器７に到達、受光される。
る。図１において、光源としては、半導体チップの光源
であるスーパールミネッセントダイオードＳＬＤより成
る低コヒーレンス光源１を使用する。光源１から出射さ
れた光は、第１の光分岐器２、第１の偏光フィルタ３を
介して第２の光分岐器４に到り、第２の光分岐器４を介
して光ファイバコイル６内に左廻り光および右廻り光と
して送り込まれる。この左廻り光は、先ず、位相変調器
５において位相変調され、位相変調された左廻り光はデ
イレイラインとして動作する光ファイバコイル６に入射
し、左廻りに周回して順次に後で説明される変位測定部
１０、第２の光分岐器４、第１の偏光フィルタ３、第１
の光分岐器２を通過して光電変換器７に到達受光され
る。一方、右廻り光は、変位測定部１０を通過して光フ
ァイバコイル６に入射し、右廻りに周回して位相変調器
５において位相変調され、位相変調された右廻り光は第
２の光分岐器４、第１の偏光フィルタ３、第１の光分岐
器２を通過して光電変換器７に到達、受光される。
【００１５】光電変換器７に到達した位相変調光はここ
において電気信号に変換される。光電変換器７において
光電変換された電気信号は、以降、図示されない同期検
波器に入力され、発振回路９から供給される信号を参照
信号として、光ファイバコイル６に印加される後で説明
される測定対象物の変位の速度（ｄＬ／ｄｔ）に比例す
る位相差の検波出力を得る（なお、位相変調の詳細は、
当該特許出願人の出願に関わる、特願平１０−１６２４
１９号明細書、特願平１１−１９７２４４号明細書 参
照）。
において電気信号に変換される。光電変換器７において
光電変換された電気信号は、以降、図示されない同期検
波器に入力され、発振回路９から供給される信号を参照
信号として、光ファイバコイル６に印加される後で説明
される測定対象物の変位の速度（ｄＬ／ｄｔ）に比例す
る位相差の検波出力を得る（なお、位相変調の詳細は、
当該特許出願人の出願に関わる、特願平１０−１６２４
１９号明細書、特願平１１−１９７２４４号明細書 参
照）。
【００１６】 変位測定部１０は、光ファイバコイル６
の右廻り光入射端部近傍の光ファイバを切断し両光ファ
イバ切断端部間に形成せしめられている。この変位測定
部１０は、光源１側の固定基準部１１と光ファイバコイ
ル６側の変位部１２より成る。固定基準部１１は光ファ
イバ固定端面１１１とこの端面１１１に対向して設置さ
れる固定コリメータレンズ１１２より成る。変位部１２
は、測定対象物であるスライドテーブル１３に取り付け
固定される光ファイバ変位端面１２１と、光ファイバ変
位端面１２１に対向してスライドテーブル１３に取り付
け固定される変位コリメータレンズ１２２より成る。固
定コリメータレンズ１１２は光ファイバ固定端面１１１
の出射光を受光して平行光線にすると共に可変コリメー
タレンズ１２２から受光する平行光線を光ファイバ固定
端面１１１に収束する。変位コリメータレンズ１２２は
光ファイバ変位端面１２１の出射光を受光して平行光線
にすると共に固定コリメータレンズ１１２から受光する
平行光線を光ファイバ変位端面１２１に収束する。結
局、光ファイバ固定端面１１１と光ファイバ変位端面１
２１との間は途切れて固定コリメータレンズ１１２と可
変コリメータレンズ１２２を介して空間伝播光路１４が
形成されている。
の右廻り光入射端部近傍の光ファイバを切断し両光ファ
イバ切断端部間に形成せしめられている。この変位測定
部１０は、光源１側の固定基準部１１と光ファイバコイ
ル６側の変位部１２より成る。固定基準部１１は光ファ
イバ固定端面１１１とこの端面１１１に対向して設置さ
れる固定コリメータレンズ１１２より成る。変位部１２
は、測定対象物であるスライドテーブル１３に取り付け
固定される光ファイバ変位端面１２１と、光ファイバ変
位端面１２１に対向してスライドテーブル１３に取り付
け固定される変位コリメータレンズ１２２より成る。固
定コリメータレンズ１１２は光ファイバ固定端面１１１
の出射光を受光して平行光線にすると共に可変コリメー
タレンズ１２２から受光する平行光線を光ファイバ固定
端面１１１に収束する。変位コリメータレンズ１２２は
光ファイバ変位端面１２１の出射光を受光して平行光線
にすると共に固定コリメータレンズ１１２から受光する
平行光線を光ファイバ変位端面１２１に収束する。結
局、光ファイバ固定端面１１１と光ファイバ変位端面１
２１との間は途切れて固定コリメータレンズ１１２と可
変コリメータレンズ１２２を介して空間伝播光路１４が
形成されている。
【００１７】図１の実施例において、測定対象物である
精密なスライドテーブル１３は矢印方向に変位する。光
ファイバコイル６の右廻り光入射端部近傍の光ファイバ
を切断した両光ファイバ切断端部間に着目すると、ここ
に形成される変位測定部１０を通過する左右両廻り光間
には、上述した通りの、光ファイバコイル６の伝播時間
（ｎＬ／ｃ）だけの時間差がある。ここで、この両光フ
ァイバ切断端部間に形成される変位測定部１０の変位部
１２が固定基準部１１との間で相対的に変位して空間伝
播光路１４の光路長Ｌが速度（ｄＬ／ｄｔ）で時間的に
変化していると、ここを通過する左右両廻り光の間に
は、光路長変化速度×伝播時間＝（ｄＬ／ｄｔ）×（ｎ
Ｌ／ｃ）だけの空間伝播光路１４の長さの差異を生じて
いることになる。この差異によりもたらされる左右両廻
り光の間の位相差ΔΦが以下の式により示される干渉光
強度の変化として検出される。
精密なスライドテーブル１３は矢印方向に変位する。光
ファイバコイル６の右廻り光入射端部近傍の光ファイバ
を切断した両光ファイバ切断端部間に着目すると、ここ
に形成される変位測定部１０を通過する左右両廻り光間
には、上述した通りの、光ファイバコイル６の伝播時間
（ｎＬ／ｃ）だけの時間差がある。ここで、この両光フ
ァイバ切断端部間に形成される変位測定部１０の変位部
１２が固定基準部１１との間で相対的に変位して空間伝
播光路１４の光路長Ｌが速度（ｄＬ／ｄｔ）で時間的に
変化していると、ここを通過する左右両廻り光の間に
は、光路長変化速度×伝播時間＝（ｄＬ／ｄｔ）×（ｎ
Ｌ／ｃ）だけの空間伝播光路１４の長さの差異を生じて
いることになる。この差異によりもたらされる左右両廻
り光の間の位相差ΔΦが以下の式により示される干渉光
強度の変化として検出される。
【００１８】ΔΦ＝（２π／λ）×（ｄＬ／ｄｔ）×
（ｎＬ／ｃ） 但し、λ：光の波長 ｎ：光ファイバの屈折率 Ｌ：光
ファイバコイル全長 ｃ：光速 ｄＬ：光ファイバ端面間の距離 ｔ：時間 光学位相変調および検波その他の信号処理を経て取り出
される以上の信号は直接的には位相差ΔΦを表わし、こ
れが測定対象物の変位速度（ｄＬ／ｄｔ）に比例する
が、この位相差ΔΦを更に積算処理して直接に変位を表
わす信号として出力させることもできる。
（ｎＬ／ｃ） 但し、λ：光の波長 ｎ：光ファイバの屈折率 Ｌ：光
ファイバコイル全長 ｃ：光速 ｄＬ：光ファイバ端面間の距離 ｔ：時間 光学位相変調および検波その他の信号処理を経て取り出
される以上の信号は直接的には位相差ΔΦを表わし、こ
れが測定対象物の変位速度（ｄＬ／ｄｔ）に比例する
が、この位相差ΔΦを更に積算処理して直接に変位を表
わす信号として出力させることもできる。
【００１９】
【発明の効果】以上の通りであって、この発明によれ
ば、光ファイバジャイロとして既に実用化されているサ
ニャック干渉計を使用し、光ファイバコイル中に光が空
間伝播する空間伝播光路を形成し、この空間伝播経路を
測定対象物に設定し、測定対象物が変位して空間伝播光
路長が変化した場合、サニャック干渉計の左右両廻り光
間に測定対象物の変位速度、即ち、空間伝播光路長の変
化率に対応する位相差が生じ、この位相差に基づいて測
定対象物の変位を測定する構成を採用することにより、
レーザ光源として発振周波数に不連続な変化のない極め
て安定なゼーマンレーザより成る２周波光源を構成する
必要なく、空気の屈折率ゆらぎの影響を受け難い光変位
センサを構成することができる。
ば、光ファイバジャイロとして既に実用化されているサ
ニャック干渉計を使用し、光ファイバコイル中に光が空
間伝播する空間伝播光路を形成し、この空間伝播経路を
測定対象物に設定し、測定対象物が変位して空間伝播光
路長が変化した場合、サニャック干渉計の左右両廻り光
間に測定対象物の変位速度、即ち、空間伝播光路長の変
化率に対応する位相差が生じ、この位相差に基づいて測
定対象物の変位を測定する構成を採用することにより、
レーザ光源として発振周波数に不連続な変化のない極め
て安定なゼーマンレーザより成る２周波光源を構成する
必要なく、空気の屈折率ゆらぎの影響を受け難い光変位
センサを構成することができる。
【００２０】即ち、光源として半導体チップ光源である
スーパールミネッセントダイオードより成る低コヒーレ
ンス光源を導入することにより、光源は先の従来例のレ
ーザ光源と比較して小型化されると共に先の従来例のレ
ーザ光源において問題とされた発信周波数の不連続な変
化が大幅に緩和された。そして、サニャック干渉計は、
干渉計を構成する分枝が光ファイバコイルの左右両廻り
の同一の光路より成るところから、特別な外乱を除い
て、光ファイバコイルに印加される温度、気圧、湿度変
化に起因する空気の屈折率変化、光路の分枝の受ける温
度、振動その他の外乱の効果は左右両廻り光で等しく相
殺されて、これら外乱が位相差を形成せず、干渉計の雑
音として検出されない。
スーパールミネッセントダイオードより成る低コヒーレ
ンス光源を導入することにより、光源は先の従来例のレ
ーザ光源と比較して小型化されると共に先の従来例のレ
ーザ光源において問題とされた発信周波数の不連続な変
化が大幅に緩和された。そして、サニャック干渉計は、
干渉計を構成する分枝が光ファイバコイルの左右両廻り
の同一の光路より成るところから、特別な外乱を除い
て、光ファイバコイルに印加される温度、気圧、湿度変
化に起因する空気の屈折率変化、光路の分枝の受ける温
度、振動その他の外乱の効果は左右両廻り光で等しく相
殺されて、これら外乱が位相差を形成せず、干渉計の雑
音として検出されない。
【００２１】また、サニャック干渉計を使用して光干渉
計型変位センサを構成するに際して光ファイバコイルの
右廻り光入射端部近傍の光ファイバを切断し両光ファイ
バ切断端部間に変位測定部を構成し、空間伝播光路を設
定するに、光ファイバ固定端面、固定コリメータレン
ズ、変位コリメータレンズ、光ファイバ変位端面の間の
軸合わせに多少の困難を伴うが、それ以外の組み立て構
成は極く簡単に実施することができる。
計型変位センサを構成するに際して光ファイバコイルの
右廻り光入射端部近傍の光ファイバを切断し両光ファイ
バ切断端部間に変位測定部を構成し、空間伝播光路を設
定するに、光ファイバ固定端面、固定コリメータレン
ズ、変位コリメータレンズ、光ファイバ変位端面の間の
軸合わせに多少の困難を伴うが、それ以外の組み立て構
成は極く簡単に実施することができる。
【図１】実施例を説明する図。
【図２】サニヤック干渉計を説明する図。
１ 低コヒーレンス光源
１０ 変位測定部
１１ 固定基準部
１１１ 光ファイバ固定端面
１１２ 固定コリメータレンズ
１２ 変位部
１２１ 光ファイバ変位端面
１２２ 変位コリメータレンズ
１３ スライドテーブル
１４ 空間伝播光路
２ 第１の光分岐器
３ 第１の偏光フィルタ
４ 第２の光分岐器
５ 位相変調器
６ 光ファイバコイル
７ 光電変換器
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開2000−46564（ＪＰ，Ａ)
特開2001−194107（ＪＰ，Ａ)
特開2002−90226（ＪＰ，Ａ)
特表 昭59−500584（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01B 11/00
G01B 9/02
G01J 9/02
Claims (3)
- 【請求項１】 低コヒーレンス光源と、光ファイバコイ
ルと、低コヒーレンス光源から出射される光を分岐して
光ファイバコイルの両光入射端部に結合すると共に光フ
ァイバコイルを周回した左廻り光と右廻り光を合波する
光分岐結合器と、位相変調器と、光分岐結合器において
合波された干渉光の強度を検出する光電変換器より成る
サニャック干渉計を具備し、 光ファイバコイルの光入射端部の近傍の光ファイバを切
断し、両光ファイバ切断端部間に測定対象物の変位に対
応して空間伝播光路の長さを変化させる変位測定部を形
成したことを特徴とする光干渉型変位センサ。 - 【請求項２】 請求項１に記載される光干渉型変位セン
サにおいて、 変位測定部は固定基準部と変位部より成ることを特徴と
する光干渉型変位センサ。 - 【請求項３】 請求項２に記載される光干渉型変位セン
サにおいて、 固定基準部は光ファイバ固定端面とこの固定端面に対向
して設置される固定コリメータレンズより成り、変位部
は測定対象物であるスライドテーブルに取り付け固定さ
れる光ファイバ変位端面とこの変位端面に対向してスラ
イドテーブルに取り付け固定される変位コリメータレン
ズより成ることを特徴とする光干渉型変位センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000339825A JP3491230B2 (ja) | 2000-11-08 | 2000-11-08 | 光干渉計型変位センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000339825A JP3491230B2 (ja) | 2000-11-08 | 2000-11-08 | 光干渉計型変位センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002148020A JP2002148020A (ja) | 2002-05-22 |
| JP3491230B2 true JP3491230B2 (ja) | 2004-01-26 |
Family
ID=18814840
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000339825A Expired - Fee Related JP3491230B2 (ja) | 2000-11-08 | 2000-11-08 | 光干渉計型変位センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3491230B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102759407B (zh) * | 2012-07-24 | 2013-12-04 | 浙江大学 | 一种利用光纤干涉仪精密测量宽谱光源平均波长的方法 |
-
2000
- 2000-11-08 JP JP2000339825A patent/JP3491230B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002148020A (ja) | 2002-05-22 |
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