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JP2021143995A - 光干渉計測装置 - Google Patents

光干渉計測装置 Download PDF

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Abstract

【課題】装置の大型化を招くことなく、低コストで光干渉計測装置のガイド光照射機能を提供する。【解決手段】光干渉計測装置が、赤外域の波長を有する計測光を出力する第１光源と、可視域の波長を有するガイド光を出力する第２光源と、少なくとも、前記計測光が入力される第１ポート、前記ガイド光が入力される第２ポート、及び、前記計測光と前記ガイド光が結合された結合光が出力される第３ポートを有するファイバカプラと、前記結合光を計測対象に照射し、前記計測対象で反射した戻り光を受光する計測部と、前記戻り光と参照光との干渉信号に基づいて、前記計測対象の距離、速度、又は、振動に関する情報を取得する処理部と、を有する。前記ファイバカプラは、カットオフ波長が前記計測光の波長より短く且つ前記ガイド光の波長より長いシングルモードファイバで構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、光干渉を利用した測距技術に関する。
コヒーレントな計測光を計測対象に照射し、その反射光（戻り光）と参照光の干渉信号に基づいて、距離、速度、振動などを計測する技術が知られている（特許文献１参照）。この種の光干渉計測装置では、赤外線レーザーなどの不可視光が計測光として用いられることが一般的である。
国際公開第２０１７／１８７５１０号
ＦＡ（ファクトリーオートメーション）用のセンサにおいては、計測位置、すなわち、計測光が計測対象のどこに照射されているか、を目視により確認したいというニーズが強い。それゆえ、本発明者らは、光干渉計測装置をＦＡ用途に展開するにあたり、計測光とは別に、計測位置を視覚的に示すガイド光を照射する機能を付加することを検討している。
ガイド光照射機能の実装方法としては、計測光の照射光学系とは独立にガイド光の照射光学系を設ける構成と、計測光とガイド光を合波し共通の照射光学系から計測対象に照射する構成とが考えられる。しかし前者の構成は、２つの照射光学系の光軸合わせが困難であるとともに、計測ヘッドの大型化を招くという問題がある。一方、後者の構成の場合は、異なる波長の光を合波する手段として通常用いられているＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）カプラは、高価であるため採用し難い。また、ダイクロイックミラーを用いる方法も考えられるが、部品点数の増加や装置本体の大型化を招くという問題がある。
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、装置の大型化を招くことなく、低コストで光干渉計測装置のガイド光照射機能を提供することを目的とする。
本開示は、赤外域の波長を有する計測光を出力する第１光源と、可視域の波長を有するガイド光を出力する第２光源と、少なくとも、前記計測光が入力される第１ポート、前記ガイド光が入力される第２ポート、及び、前記計測光と前記ガイド光が結合された結合光が出力される第３ポートを有するファイバカプラと、前記結合光を計測対象に照射し、前記計測対象で反射した戻り光を受光する計測部と、前記戻り光と参照光との干渉信号に基づいて、前記計測対象の距離、速度、又は、振動に関する情報を取得する処理部と、を有し、前記ファイバカプラは、カットオフ波長が前記計測光の波長より短く且つ前記ガイド光の波長より長いシングルモードファイバで構成されていることを特徴とする光干渉計測装置を含む。
この構成によれば、計測光とガイド光が同じ位置に照射されるため、計測対象の表面に現れるスポット（光点）によって、計測位置（計測光が当たっている位置）を目視で確認することができるようになる。また、カットオフ波長が計測光の波長より短く且つガイド
光の波長より長いシングルモードファイバで構成されたファイバカプラを用いたことで、計測光とガイド光の合成手段を低コストに実現することができるとともに、装置本体や計測部の小型化が容易になる。
前記ファイバカプラは、前記第１ポートから前記第３ポートへの経路のカップリング比が５０％以上であるとよい。計測部に導かれる計測光の割合を多くすることで、計測対象に投射される計測光のパワーを強くでき、計測精度の向上を図ることができる。
前記第１光源は、波長掃引光源であってもよい。これによりＦＭＣＷを利用した干渉計を簡易に実現することができる。
前記ガイド光は、赤色光であってもよい。計測光（赤外線）とガイド光の波長が近い方が、計測部の光学系における色収差の影響が小さいからである。
前記計測部は、色収差が補正された光学系を有してもよい。これにより、色収差による計測光とガイド光の投射位置のずれを可及的に小さくすることができる。
前記参照光は、前記ファイバカプラの前記第３ポートと前記計測部の間の光路に設けられた参照面にて、前記結合光の一部が反射した光であってもよい。これにより、参照光と計測光（戻り光）の光路を同じにできるため、温度変化や振動に対する頑健性を向上することができる。
前記参照面は、前記計測部に接続される光ファイバの端面であってもよい。これにより、構成の簡易化及び小型化を図ることができる。
前記参照光は、前記第１光源と前記ファイバカプラの前記第１ポートの間の光路に設けられた分岐器によって前記計測光の一部を分岐させた光であってもよい。又は、前記参照光は、前記ファイバカプラの前記第３ポートと前記計測部の間の光路に設けられた分岐器によって前記結合光の一部を分岐させた光であってもよい。又は、前記ファイバカプラは、前記結合光が出力される第４ポートをさらに有し、前記参照光は、前記第４ポートから出力される光であってもよい。
本発明は、上記構成の少なくとも一部を有する光干渉計測装置、距離計測装置、測距センサなどとして捉えることができる。なお、上記手段および処理の各々は可能な限り互いに組み合わせて本発明を構成することができる。
本発明によれば、装置の大型化を招くことなく、低コストで光干渉計測装置のガイド光照射機能を実現可能である。
図１は、光干渉計測装置の基本構成を模式的に示す図である。 図２は、光干渉計測装置の外観を模式的に示す図である。 図３は、第１実施形態の光干渉計測装置の構成を模式的に示す図である。 図４は、第２実施形態の光干渉計測装置の構成を模式的に示す図である。 図５は、第３実施形態の光干渉計測装置の構成を模式的に示す図である。 図６は、第３実施形態の光干渉計測装置の変形例を模式的に示す図である。 図７は、第３実施形態の光干渉計測装置の変形例を模式的に示す図である。 図８は、第４実施形態の光干渉計測装置の構成を模式的に示す図である。 図９は、第４実施形態の光干渉計測装置の変形例を模式的に示す図である。 図１０は、第４実施形態の光干渉計測装置の変形例を模式的に示す図である。
＜適用例＞
図１を参照して、本発明を適用した光干渉計測装置の基本構成と動作の一例を説明する。
光干渉計測装置１は、光干渉を利用して計測対象Ｏの距離、速度、又は振動を計測するための装置である。光干渉計測装置１は、主な構成として、計測ヘッド（計測部）１０、計測光Ｌ１を出力する計測光源１１（第１光源）、ガイド光Ｌ２を出力するガイド光源１２（第２光源）、ファイバカプラ１３、サーキュレータ１４、ディテクタ１５、処理部１６、ＡＤ変換器１７、光ファイバＦ１〜Ｆ５を有している。ここでは、一例としてフィゾー型の干渉計を用いているが、マッハツェンダー型、マイケルソン型、その他の干渉計を用いてもよい。計測光Ｌ１には赤外域の波長を有する光が用いられ、ガイド光Ｌ２には可視域の波長を有する光が用いられる。
計測光Ｌ１が光ファイバＦ１を介してファイバカプラ１３に入力されると共に、ガイド光Ｌ２が光ファイバＦ２を介してファイバカプラ１３に入力されると、計測光Ｌ１とガイド光Ｌ２の結合光Ｌ３がファイバカプラ１３から出力される。この結合光Ｌ３は、光ファイバＦ３、サーキュレータ１４、及び、光ファイバＦ４を介して計測ヘッド１０へと導かれ、計測ヘッド１０から計測対象Ｏに投射される。この構成により、計測光Ｌ１とガイド光Ｌ２が同じ位置に照射されるため、計測対象Ｏの表面に現れるスポット（光点）Ｏｐによって、計測位置（計測光Ｌ１が当たっている位置）を目視で確認することができるようになる。
計測対象Ｏで反射し計測ヘッド１０で受光された光は、戻り光Ｌ４として光ファイバＦ４に導かれる。一方、結合光Ｌ３の一部が、参照面ＲＰで反射し、参照光Ｌ５として光ファイバＦ４に導かれる。そして、戻り光Ｌ４と参照光Ｌ５の干渉信号（ビート信号）Ｌ６が、サーキュレータ１４を介してディテクタ１５に導かれ、光電変換された後、ＡＤ変換器１７を介して処理部１６へと入力される。この干渉信号Ｌ６は、戻り光Ｌ４と参照光Ｌ５のあいだの光路長差、すなわち計測対象Ｏの距離に応じた周波数成分を含む。したがって、処理部１６において干渉信号Ｌ６を周波数解析することによって、計測対象Ｏの距離、速度、振動などの情報を得ることができる。
ここで、ファイバカプラ１３としては、カットオフ波長が計測光Ｌ１の波長より短く且つガイド光Ｌ２の波長より長いシングルモードファイバで構成された、シングルモードファイバカプラを用いることが好適である。これにより、計測光Ｌ１とガイド光Ｌ２の合成手段を低コストに実現できるからである。なお、ガイド光Ｌ２はマルチモードで伝播されることとなるが、距離等の計測には影響がないため、特に問題とならない。
以下、光干渉計測装置１の具体的な構成例を示す。各構成例の図面において、図１の基本構成と対応する部分には同じ符号を付すものとする。
＜第１実施形態＞
図２及び図３を参照して、第１実施形態に係る光干渉計測装置の構成を説明する。図２は、光干渉計測装置の外観を模式的に示す図であり、図３は、光干渉計測装置のハードウェア構成を模式的に示す図である。
本実施形態の光干渉計測装置１は、コヒーレントＦＭＣＷ（Frequency Modulated Cont
inuous Wave）によって計測対象Ｏの測距を行う装置である。光干渉計測装置１は、概略
、コントローラ（装置本体）２０と計測ヘッド１０を有しており、計測ヘッド１０の先端にて計測光の照射及び反射光の受光を行う。コントローラ２０は、主な構成として、計測光Ｌ１を出力する計測光源１１、ガイド光Ｌ２を出力するガイド光源１２、ファイバカプラ１３、サーキュレータ１４、ディテクタ１５、ＡＤ変換器１７、処理部１６、ファイバカプラ３１、ファイバカプラ３２、差分ディテクタ３３、クロック発生器３４、光ファイバＦ１〜Ｆ１０を有している。
サーキュレータ１４、計測ヘッド１０、及び、光ファイバＦ３〜Ｆ５によってフィゾー型の主干渉計ＭＩが構成され、また、ファイバカプラ３１、３２、及び、光ファイバＦ７、Ｆ８によって副干渉計ＳＩが構成されている。主干渉計ＭＩは計測用の干渉計であり、副干渉計ＳＩは計測光源１１の特性を補正するための干渉計である。
計測光源１１は、コヒーレントな計測光Ｌ１を出力可能な光源であり、ＦＭＣＷのために計測光Ｌ１の波長を時間的に掃引可能な波長掃引光源が用いられる。波長掃引光源には、例えば、電流変調方式のＶＣＳＥＬ、ＭＥＭＳ駆動方式のＶＣＳＥＬ、ＳＳＧ−ＤＢＲなどがあり、いずれの方式の光源を用いてもよい。本実施形態では、低コストという利点から、電流変調方式のＶＣＳＥＬを用いる。計測光Ｌ１としては、例えば、波長１３１０ｎｍ〜１５５０ｎｍ程度の近赤外線レーザーが用いられる。また本実施形態では、三角波による波長掃引を行うが、正弦波、のこぎり波、その他の波形により波長掃引を行ってもよい。
ガイド光源１２は、ガイド光Ｌ２を出力する光源である。可視光であればどのような波長の光を用いてもよいが、本実施形態では赤色レーザーを用いる。計測光Ｌ１とガイド光Ｌ２の波長が近い方が、計測ヘッド１０の光学系における色収差の影響が小さいからである。また、他の色に比べて、赤色レーザー光源の方が低コストであるという利点もある。
ファイバカプラ１３は、２入力×２出力のファイバカプラである。第１ポートには、光ファイバＦ１を介して計測光Ｌ１が入力され、第２ポートには、光ファイバＦ２を介してガイド光Ｌ２が入力される。そして、計測光Ｌ１とガイド光Ｌ２の結合光Ｌ３が第３ポート及び第４ポートから出力される。第３ポートは主干渉計ＭＩ側の光ファイバＦ３に接続され、第４ポートは副干渉計ＳＩ側の光ファイバＦ６に接続されている。
本実施形態では、カットオフ波長が計測光Ｌ１の波長より短く且つガイド光Ｌ２の波長より長いシングルモードファイバで構成された、シングルモードファイバカプラ１３が用いられる。このとき、カップリング比（分岐比）は、第１ポートから第３ポートへの経路のカップリング比が５０％以上となるように設定されているとよい。主干渉計ＭＩ側に分岐する計測光Ｌ１の割合を多くすることで、計測対象Ｏに投射される計測光Ｌ１のパワーを強くでき、計測精度の向上を図ることができるからである。
サーキュレータ１４は、光ファイバＦ３から入力される光を光ファイバＦ４へ出力し、光ファイバＦ４から入力される光を光ファイバＦ５へ出力する機能をもつファイバ部品である。サーキュレータ１４の代わりにファイバカプラを用いてもよい。
計測ヘッド１０は、結合光Ｌ３の計測対象Ｏへの投射、及び、計測対象Ｏで反射した光の受光を行うユニットである。計測ヘッド１０は、例えば、直径約１．５ｃｍ、長さ約３ｃｍの円筒形又は角型の鏡筒内に光学系１０ａが設けられた構造を有する。光学系１０ａは、平行ビームを投射するためのコリメートレンズでもよいし、計測対象Ｏ上の計測位置にビームを収束させるための集光レンズでもよい。光学系１０ａとしては、色収差が補正されたレンズ（アクロマティックレンズ、色消しレンズとも呼ぶ）を用いるとよい。計測
光Ｌ１とガイド光Ｌ２は波長が異なるため、色収差が大きいレンズを用いると、２つの光線にずれが生じ、ガイド光Ｌ２のスポットが計測位置を正確に指し示せないおそれがある。これに対し、色収差が補正されたレンズを用いることにより、２つの光線のずれを可及的に小さくでき、ガイド光Ｌ２の投射位置の正確性を担保することができる。
サーキュレータ１４と計測ヘッド１０のあいだの経路には参照面ＲＰが設けられている。参照面ＲＰは、結合光Ｌ３の一部を反射して参照光Ｌ５を形成するための構造である。このような構成により、参照光Ｌ５と計測光（戻り光Ｌ４）の光路を同じ光ファイバで構成できるため、温度変化や振動の影響を相殺でき、頑健性を向上することができる。
参照光Ｌ５の光量が大きいと、ショットノイズなどのシグナル量と共に増加するノイズが原因により、ＳＮが悪くなる。それゆえ、参照面ＲＰの反射率は５０％よりも小さい方が好ましく、１０％以下であることがより好ましい。参照面ＲＰの形成方法は特に限定されない。例えば、光ファイバＦ４の端面に部分反射ミラーを蒸着することによって参照面ＲＰを形成してもよい。あるいは光ファイバＦ４の端面を光軸に垂直なフラット面とし、光ファイバＦ４と計測ヘッド１０のあいだに空気層あるいは屈折率整合材を充填した領域を形成し、屈折率の界面で起きるフレネル反射を利用してもよい。あるいは、計測ヘッド１０の光学系１０ａにおけるレンズ表面での反射を利用してもよい。
計測対象Ｏで反射し計測ヘッド１０で受光された戻り光Ｌ４と、参照面ＲＰで反射した参照光Ｌ５とは、参照面ＲＰから計測対象Ｏまでの光路長の２倍に対応する位相差をもつ。そのため、参照面ＲＰで戻り光Ｌ４と参照光Ｌ５とが干渉し、その位相差に応じた周波数成分をもつ干渉信号（ビート信号）Ｌ６が発生する。この干渉信号Ｌ６は、サーキュレータ１４を介してディテクタ１５に導かれる。
ディテクタ１５は、光ファイバＦ５から入力される干渉信号Ｌ６を電気信号に変換する光電変換素子である。ＡＤ変換器１７は、ディテクタ１５で得られた電気信号をデジタル信号に変換する。ＡＤ変換器１７のサンプリングは、クロック発生器３４から与えられるクロック信号に従って行われる。
処理部１６は、ＡＤ変換された干渉信号を周波数解析し、計測対象Ｏの距離、速度、振動などを計算するユニットである。処理部１６は、例えば、プロセッサとメモリを備えた演算処理装置によって構成される。プロセッサには、ＣＰＵ（central processing unit
）やＭＰＵ（micro processing unit）などの汎用プロセッサを用いてもよいし、ＦＰＧ
Ａ（field-programmable gate array）やＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）などの専用プロセッサを用いてもよい。図示しないが、処理部１６の演算結果である距離、速度、振動などの情報は外部装置（例えばＰＬＣ（programmable logic controller）、ロボット、検査装置、上位のコンピュータなど）に出力され、ＦＡ機器の制御
や各種検査などに利用される。
ファイバカプラ３１及び３２はともにカップリング比５０％のシングルモードファイバカプラである。光ファイバＦ７と光ファイバＦ８とのあいだに所定の光路長差を設けることにより、副干渉計ＳＩが構成されている。光ファイバＦ６から副干渉計ＳＩに入力された結合光Ｌ３は、ファイバカプラ３１で分岐した後、ファイバカプラ３２で合流する。このとき光ファイバＦ７経由の光と光ファイバＦ８経由の光がファイバカプラ３２内で干渉し、ファイバカプラ３２の２つの出力ポートから、三角波に互いに逆位相の干渉信号が重畳された信号が出力される。差分ディテクタ３３（バランスフォトディテクタとも呼ばれる）は、副干渉計ＳＩから出力された信号をそれぞれ電気信号に変換し、２つの信号の差分を出力する。この操作により、２つの信号の間の三角波とレーザノイズが相殺され、且つ、干渉信号成分が増幅されるので、ＳＮの良い干渉信号を得ることができる。クロック
発生器３４は、差分ディテクタ３３で得られた干渉信号のゼロクロス時間からクロック信号を発生する回路である。
計測光源１１で計測光の波長を掃引する際に、時間的な波長の変化（傾き）を線形にすることが理想である。波長掃引が線形でないと、干渉信号のビート周波数が一定でなくなり、測距精度の低下につながるからである。しかし実際は、波長を線形に掃引することは難しい。また、線形からの乖離度合いは、計測光源の個体の特性に依存するため、事前に補正をかけることも難しい。
そこで、本実施形態では、計測光源１１の波長掃引の非線形性を補正するために、上記のように、副干渉計ＳＩを用いてＡＤ変換器１７のサンプリングクロックを生成する。このサンプリングクロックは、計測光源１１から実際に出力された計測光から生成されているため、計測光の波長掃引の傾きに従った不等間隔のクロック信号となる。このサンプリングクロックを用いて主干渉計ＭＩの干渉信号を不等間隔時間でサンプリングすることによって、等間隔位相でサンプリングしたのと等価な結果を得ることができる。これにより、周波数解析の信頼性の向上、並びに、測距精度の向上を図ることができる。
なお、波長掃引の非線形性の補正は他の手法を用いてもよい。例えば、処理部１６が、副干渉計ＳＩの干渉信号に基づいて波長掃引の傾き（非線形性）を推定し、ＡＤ変換器１７で等間隔時間でサンプリングされた主干渉計ＭＩの干渉信号を内挿して、等間隔位相の干渉信号を生成してもよい。あるいは、計測光源１１の波長掃引用の制御信号にあらかじめ逆方向の歪みを与え、光源特性と相殺させることで、計測光源１１から出力される計測光の線形性を担保してもよい。
以上述べた構成によれば、計測対象に投射されるガイド光によって計測位置を目視で確認することができるので、装置の利便性及び信頼性を向上することができる。また、計測光とガイド光をシングルモードファイバカプラ１３で合流させ、その結合光を計測ヘッド１０に導く構成としたので、コントローラ２０及び計測ヘッド１０の小型化が容易である。さらに、ＷＤＭカプラのような高価なファイバ部品を用いるのに比べて、低コストでガイド光照射機能を実装できるという利点もある。
＜第２実施形態＞
図４に第２実施形態の光干渉計測装置を示す。第２実施形態もフィゾー型の干渉計を利用した構成例であるが、第１実施形態とはガイド光源１２の配置が異なっている。以下、第１実施形態との相違点を中心に説明する。
計測光源１１は、ファイバカプラ４０に接続されている。計測光Ｌ１はファイバカプラ４０で分岐し、光ファイバＦ４０を介して主干渉計ＭＩへ、光ファイバＦ４５を介して副干渉計ＳＩへ、それぞれ導かれる。
ガイド光源１２は、ファイバカプラ４１に接続されている。ガイド光Ｌ２は光ファイバＦ４４、ファイバカプラ４１、及び光ファイバＦ４２を介して、ファイバカプラ１３へと導かれる。
ファイバカプラ１３は、第４ポートが無い点を除けば、第１実施形態（図３）のファイバカプラ１３と同じである。第１ポートには、光ファイバＦ４０を介して計測光Ｌ１が入力され、第２ポートには、光ファイバＦ４２を介してガイド光Ｌ２が入力される。そして、計測光Ｌ１とガイド光Ｌ２の結合光Ｌ３が第３ポートから出力される。この結合光Ｌ３は、光ファイバＦ４１を介して計測ヘッド１０へと導かれる。
戻り光Ｌ４と参照光Ｌ５の干渉信号Ｌ６は、ファイバカプラ１３、光ファイバＦ４２、ファイバカプラ４１、及び光ファイバＦ４３を介して、ディテクタ１５へと導かれる。
以上の構成によっても第１実施形態と同等の作用効果を奏することができる。
＜第３実施形態＞
図５に第３実施形態の光干渉計測装置の要部を示す。第３実施形態では主干渉計ＭＩにマイケルソン型の干渉計を用いている点が、前述の構成例とは異なる。図１〜図４に示した構成例では、計測ヘッド１０に接続される光ファイバの端面に参照面ＲＰが形成されていたのに対し、図５の構成例では、リフレクタ５０によって参照面ＲＰが形成されている。この構成の場合、ファイバカプラ１３と計測ヘッド１０の間の光路に設けられたファイバカプラ５１（分岐器）で分岐し、リフレクタ５０にて反射された結合光Ｌ３が、参照光Ｌ５として利用される。計測ヘッド１０からの戻り光Ｌ４とリフレクタ５０からの参照光Ｌ５がファイバカプラ５１で干渉し、ファイバカプラ５１から出力される干渉信号Ｌ６がディテクタ１５へと導かれる。
図６及び図７は、第３実施形態の変形例である。図６の構成では、マイケルソン型の主干渉計ＭＩにおいて、計測光源１１とファイバカプラ１３の間の光路に設けたファイバカプラ５２（分岐器）によって計測光Ｌ１の一部を分岐させ、参照光Ｌ５として利用している。また、図７の構成では、ファイバカプラ１３で結合された結合光Ｌ３が第３ポートと第４ポートから出力され、第３ポート側の結合光Ｌ３は計測用に利用され、第４ポート側の結合光は参照光Ｌ５として利用される。
このような構成によっても前述した実施形態と同等の作用効果を奏することができる。
＜第４実施形態＞
図８に第４実施形態の光干渉計測装置の要部を示す。第４実施形態では主干渉計ＭＩにマッハツェンダー型の干渉計を用いている点が、前述の構成例とは異なる。
主干渉計ＭＩは、ファイバカプラ６０、６１、６２、及び、光ファイバＦ６０〜Ｆ６３を有している。また、前述の構成例におけるディテクタ１５の代わりに差分ディテクタ６３が設けられている。
光ファイバＦ３を介して入力された結合光Ｌ３は、ファイバカプラ６０（分岐器）で分岐され、光ファイバＦ６０とＦ６３にそれぞれ導かれる。光ファイバＦ６０側に分岐した結合光Ｌ３は、ファイバカプラ６２及び光ファイバＦ６１を介して計測ヘッド１０へと導かれ、計測対象Ｏに投射される。計測対象Ｏで反射された戻り光Ｌ４は、計測ヘッド１０から光ファイバＦ６１、ファイバカプラ６２、及び光ファイバＦ６２を介して、ファイバカプラ６１に入力される。他方、光ファイバＦ６３側に分岐した結合光は、参照光Ｌ５として、ファイバカプラ６１に入力される。そして、戻り光Ｌ４と参照光Ｌ５がファイバカプラ６１内で干渉し、ファイバカプラ６１の２つの出力ポートから、三角波に互いに逆位相の干渉信号が重畳された信号が出力される。差分ディテクタ６３では、主干渉計ＭＩから出力された信号をそれぞれ電気信号に変換し、２つの信号の差分を出力する。この操作により、ＳＮの良い干渉信号を得ることができる。
図９は、第４実施形態の変形例である。図９の構成では、マッハツェンダー型の主干渉計ＭＩにおいて、計測光源１１とファイバカプラ１３の間の光路に設けたファイバカプラ６３（分岐器）によって計測光Ｌ１の一部を分岐させ、参照光Ｌ５として利用している。ガイド光源１２はファイバカプラ６４に接続されており、ガイド光Ｌ２はファイバカプラ６４及び光ファイバＦ６２を介してファイバカプラ１３に入力され、計測光Ｌ１と結合す
る。
また、図１０も第４実施形態の変形例である。図１０の構成では、ファイバカプラ１３で結合された結合光Ｌ３が第３ポートと第４ポートから出力され、第３ポート側の結合光Ｌ３は計測用に利用され、第４ポート側の結合光は参照光Ｌ５として利用される。
以上述べた構成によっても前述した実施形態と同等の作用効果を奏することができる。
＜その他＞
上記実施形態は、本発明の構成例を例示的に説明するものに過ぎない。本発明は上記の具体的な形態には限定されることはなく、その技術的思想の範囲内で種々の変形が可能である。例えば、図３及び図４に示した副干渉計ＳＩの構成を図５〜図１０の主干渉計ＭＩと適宜組み合わせてもよい。
＜付記１＞
赤外域の波長を有する計測光（Ｌ１）を出力する第１光源（１１）と、
可視域の波長を有するガイド光（Ｌ２）を出力する第２光源（１２）と、
少なくとも、前記計測光（Ｌ１）が入力される第１ポート、前記ガイド光（Ｌ２）が入力される第２ポート、及び、前記計測光（Ｌ１）と前記ガイド光（Ｌ３）が結合された結合光（Ｌ３）が出力される第３ポートを有するファイバカプラ（１３）と、
前記結合光（Ｌ３）を計測対象（Ｏ）に照射し、前記計測対象（Ｏ）で反射した戻り光（Ｌ４）を受光する計測部（１０）と、
前記戻り光（Ｌ４）と参照光（Ｌ５）との干渉信号（Ｌ６）に基づいて、前記計測対象（Ｏ）の距離、速度、又は、振動に関する情報を取得する処理部（１６）と、を有し、
前記ファイバカプラ（１３）は、カットオフ波長が前記計測光（Ｌ１）の波長より短く且つ前記ガイド光（Ｌ２）の波長より長いシングルモードファイバで構成されている
ことを特徴とする光干渉計測装置（１）。
１：光干渉計測装置
１０：計測ヘッド
１０ａ：光学系
１１：計測光源
１２：ガイド光源
１３：ファイバカプラ
１４：サーキュレータ
１５：ディテクタ
１６：処理部
１７：ＡＤ変換器
２０：コントローラ
３１，３２，４０，４１，５１〜５３，６０〜６４：ファイバカプラ
３３，６３：差分ディテクタ
３４：クロック発生器
５０：リフレクタ
Ｆ１〜Ｆ１０，Ｆ４０〜Ｆ４５，Ｆ６０〜Ｆ６３：光ファイバ
Ｌ１：計測光
Ｌ２：ガイド光
Ｌ３：結合光
Ｌ４：戻り光
Ｌ５：参照光
Ｌ６：干渉信号
ＭＩ：主干渉計
ＳＩ：副干渉計
Ｏ：計測対象
Ｏｐ：スポット（光点）
ＲＰ：参照面

Claims (10)

  1. 赤外域の波長を有する計測光を出力する第１光源と、
    可視域の波長を有するガイド光を出力する第２光源と、
    少なくとも、前記計測光が入力される第１ポート、前記ガイド光が入力される第２ポート、及び、前記計測光と前記ガイド光が結合された結合光が出力される第３ポートを有するファイバカプラと、
    前記結合光を計測対象に照射し、前記計測対象で反射した戻り光を受光する計測部と、
    前記戻り光と参照光との干渉信号に基づいて、前記計測対象の距離、速度、又は、振動に関する情報を取得する処理部と、を有し、
    前記ファイバカプラは、カットオフ波長が前記計測光の波長より短く且つ前記ガイド光の波長より長いシングルモードファイバで構成されている
    ことを特徴とする光干渉計測装置。
  2. 前記ファイバカプラは、前記第１ポートから前記第３ポートへの経路のカップリング比が５０％以上である
    ことを特徴とする請求項１に記載の光干渉計測装置。
  3. 前記第１光源は、波長掃引光源である
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光干渉計測装置。
  4. 前記ガイド光は、赤色光である
    ことを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の光干渉計測装置。
  5. 前記計測部は、色収差が補正された光学系を有する
    ことを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の光干渉計測装置。
  6. 前記参照光は、前記ファイバカプラの前記第３ポートと前記計測部の間の光路に設けられた参照面にて、前記結合光の一部が反射した光である
    ことを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の光干渉計測装置。
  7. 前記参照面は、前記計測部に接続される光ファイバの端面である
    ことを特徴とする請求項６に記載の光干渉計測装置。
  8. 前記参照光は、前記第１光源と前記ファイバカプラの前記第１ポートの間の光路に設けられた分岐器によって前記計測光の一部を分岐させた光である
    ことを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の光干渉計測装置。
  9. 前記参照光は、前記ファイバカプラの前記第３ポートと前記計測部の間の光路に設けられた分岐器によって前記結合光の一部を分岐させた光である
    ことを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の光干渉計測装置。
  10. 前記ファイバカプラは、前記結合光が出力される第４ポートをさらに有し、
    前記参照光は、前記第４ポートから出力される光である
    ことを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の光干渉計測装置。
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