干渉計
【課題】設置スペースが限られていても測定しやすい干渉計を提供すること。
【解決手段】レーザ光源２からの光Ｌ１を参照面７２１に入射させるとともに被測定物４に入射させ、偏光面が直交する参照光Ｌ４および測定光Ｌ５を得、それらの合波光Ｌ６を射出するセンサヘッド７が、レーザ光源２などを備える本体部１０に、可撓性を有する偏波保存ファイバ３０９により接続されているので、センサヘッド７を適宜の位置に配置でき、設置スペースが限られていても簡単に被測定物４の変位量を測定できる。また、センサヘッド７が、偏光面を保存して導光する偏波保存ファイバ３０９により本体部１０と接続されているので、センサヘッド７から射出された合波光Ｌ６が偏波保存ファイバ３０９を透過する際に、参照光Ｌ４および測定光Ｌ５の偏光面が互いに直交した状態のまま保存される。そのため、合波光Ｌ６から被測定物４の変位量を正確に測定できる。
【解決手段】レーザ光源２からの光Ｌ１を参照面７２１に入射させるとともに被測定物４に入射させ、偏光面が直交する参照光Ｌ４および測定光Ｌ５を得、それらの合波光Ｌ６を射出するセンサヘッド７が、レーザ光源２などを備える本体部１０に、可撓性を有する偏波保存ファイバ３０９により接続されているので、センサヘッド７を適宜の位置に配置でき、設置スペースが限られていても簡単に被測定物４の変位量を測定できる。また、センサヘッド７が、偏光面を保存して導光する偏波保存ファイバ３０９により本体部１０と接続されているので、センサヘッド７から射出された合波光Ｌ６が偏波保存ファイバ３０９を透過する際に、参照光Ｌ４および測定光Ｌ５の偏光面が互いに直交した状態のまま保存される。そのため、合波光Ｌ６から被測定物４の変位量を正確に測定できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、干渉計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光源から出た光を分割し、一方を参照面に入射させて参照光を得るとともに他方を被測定物に入射させて測定光を得た後に、各光を合波し、各光の光路長差により発生する干渉を解析することにより被測定物の変位量等を測定する干渉計が知られている。このような干渉計としては、参照光と測定光とを同一波長で干渉させるホモダイン干渉計や、参照光と測定光とを異なる波長で干渉させるヘテロダイン干渉計が知られている。ホモダイン干渉計の代表的なものとしては、例えばマイケルソン干渉計が知られている（例えば、特許文献１〜特許文献３参照）。
【０００３】
図７は、従来のマイケルソン干渉計１Ｅの構成を示す図である。
従来のマイケルソン干渉計１Ｅ（以下、マイケルソン干渉計を干渉計と記載）は、図７に示すように、レーザ光源２と、測定子光学系３と、取得手段５と、算出手段６とを備え、これらが一体化された構成を有する。このような干渉計１Ｅでは、レーザ光源２から射出されたレーザ光Ｌ１は、測定子光学系３に入射する。測定子光学系３に入射した光Ｌ１は、１／２波長板３０１により、光路後段に配置される偏光ビームスプリッタ３０２の偏光膜３０３に対するＳ波成分とＰ波成分との割合が調整された後、当該偏光ビームスプリッタ３０２により、当該偏光ビームスプリッタ３０２にて反射するＳ波の光Ｌ２と、当該偏光ビームスプリッタ３０２を透過するＰ波の光Ｌ３とに分割される。
【０００４】
光Ｌ２は、１／４波長板３０４を透過した後、参照面３０５にて反射し、参照光Ｌ４となる。参照光Ｌ４は、１／４波長板３０４を透過し、偏光ビームスプリッタ３０２に対してＰ波の光に変換され、偏光ビームスプリッタ３０２を透過する。
光Ｌ３は、１／４波長板３０６を透過した後、被測定物４にて反射し、測定光Ｌ５となる。測定光Ｌ５は、１／４波長板３０６を透過し、偏光ビームスプリッタ３０２に対してＳ波の光に変換され、偏光ビームスプリッタ３０２で反射して参照光Ｌ４と合波する。
【０００５】
参照光Ｌ４と測定光Ｌ５との合波光Ｌ６（干渉光）は、取得手段５に入射し、１／２波長板５０１により、光路後段に配置される偏光ビームスプリッタ５０３，５０８の偏光膜５０４，５０９に対するＰ波成分とＳ波成分との割合が調整された後、無偏光ビームスプリッタ５０２により光Ｌ７および光Ｌ８に分割される。
【０００６】
光Ｌ７は、偏光ビームスプリッタ５０３によりＰ波の光Ｌ７１とＳ波の光Ｌ７２とに分割される。すなわち、光Ｌ７は、後述する各光Ｌ７２，Ｌ８１，Ｌ８２の位相の基準となるＰ波の光Ｌ７１と、偏光ビームスプリッタ５０８で反射することにより光Ｌ７１に対して位相が１８０°遅れた位相差１８０°のＳ波の光Ｌ７２とに分割される。分割された光Ｌ７１，Ｌ７２は、それぞれフォトディテクタ５０５，５０６により受光される。これにより、被測定物４を変位させた際には、フォトディテクタ５０５により光Ｌ７１（干渉）の強度を示す正弦波状の干渉信号Ａ１が得られるとともに、フォトディテクタ５０６により位相差１８０°の光Ｌ７２の強度を示す正弦波状の干渉信号Ａ２が得られる。
【０００７】
一方、光Ｌ８は、１／４波長板５０７を透過し、光Ｌ７（基準となる光Ｌ７１）に対して位相が９０°遅れた後に、偏光ビームスプリッタ５０８によりＰ波の光Ｌ８１とＳ波の光Ｌ８２とに分割される。すなわち、光Ｌ６は、光Ｌ７１に対して位相が９０°遅れた位相差９０°の光Ｌ８１と、偏光ビームスプリッタ５０８で反射することにより位相が光Ｌ８１に対して１８０°遅れ、光Ｌ７１に対しては位相が２７０°遅れた位相差２７０°の光Ｌ８２とに分割される。分割された光Ｌ８１，Ｌ８２は、それぞれフォトディテクタ５１０，５１１により受光される。これにより、被測定物４を変位させた際には、フォトディテクタ５１０により位相差９０°の光Ｌ８１の強度を示す干渉信号Ａ３が得られるとともに、フォトディテクタ５１１により位相差２７０°の光Ｌ８２の強度を示す干渉信号Ａ４が得られる。
【０００８】
そして、算出手段６は、電気的な信号処理により、位相差１８０°の干渉信号Ａ２および基準となる干渉信号Ａ１の差を取った第１正弦波状信号と、位相差２７０°の干渉信号Ａ２および位相差９０°の干渉信号Ａ１の差を取った第２正弦波状信号とを生成し、これら９０°の位相差がある第１，第２正弦波状信号の強度変化の繰り返しをカウント等することで、被測定物４の変位量を高い精度で算出する。
【０００９】
【特許文献１】特開平２−２２５０３号公報
【特許文献２】計量研報告書Vol.49,(2000)第３８頁〜３９頁
【特許文献３】M.J Downs and K.W.Raine:Anunmodulated bidirectional fringe-counting interferometer system for measuring displacement,precis.eng,Vol.1,No2(1979)85
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、このような干渉計１Ｅは、レーザ光源２、測定子光学系３、取得手段５、および算出手段６が一体化された構成を有し、大型のものとなりやすい。従って、光Ｌ３を被測定物４に当てて測定光Ｌ５を得るためには、干渉計１Ｅと被測定物４との位置関係を調整する必要があるが、設置スペースが限られる場合、従来の干渉計１Ｅでは、当該干渉計１Ｅが大きいため、位置関係の調節を良好に行うことができず、測定しづらいという問題があった。
【００１１】
本発明の目的は、設置スペースが限られていても測定しやすい干渉計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の干渉計は、レーザ光源と、前記レーザ光源からの光を参照面に入射させるとともに被測定物に入射させ、前記参照面にて反射された参照光および前記被測定物にて反射された測定光を得るとともに、前記測定光の偏光面と前記参照光の偏光面とを直交させた後に前記測定光と前記参照光とを合波し、合波光を射出するセンサヘッドと、前記レーザ光源からの光を前記センサヘッド側に透過させるとともに、前記センサヘッドから射出された前記合波光を取り出す導光手段と、前記導光手段から射出された光を前記センサヘッドに導光するとともに、前記センサヘッドから射出された前記合波光を、前記合波光の偏光面を保存したまま前記導光手段に導光する偏波保存ファイバと、前記導光手段により取り出された前記合波光から干渉信号を取得する取得手段と、前記干渉信号に基づいて前記被測定物の変位量を算出する算出手段とを備えていることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、センサヘッドは、レーザ光源、導光手段、取得手段、および算出手段などからなる本体部に偏波保存ファイバにより接続されている。本体部のレーザ光源から射出された光は、偏波保存ファイバを介してセンサヘッドに導光される。このように、センサヘッドと、レーザ光源等を有する本体部とが偏波保存ファイバにより接続されているので、センサヘッドを適宜の位置に配置することができ、設置スペースが限られていても簡単に被測定物の変位量等を測定することができる。
また、センサヘッドが単に偏光面を保存しないで導光する光ファイバにより本体部と接続されていた場合、センサヘッドから射出された合波光が光ファイバを透過する際に、合波光中の参照光および測定光の偏光面がそれぞれ回転してしまうので（各光の位相がずれてしまうので）、算出手段が合波光から被測定物の変位量等を正確に測定することができなくなる。これに対し、本発明では、センサヘッドが、偏光面を保存して導光する偏波保存ファイバにより本体部と接続されているので、合波光が偏波保存ファイバを透過する際に、合波光中の参照光および測定光の偏光面は互いに直交した状態のまま保存される。そのため、算出手段が合波光から被測定物の変位量等を正確に測定することができる。
【００１４】
本発明の干渉計では、前記センサヘッドは、前記参照面の光路後段に配置された１／４波長板を備え、前記参照面は、当該参照面に入射した前記レーザ光源からの光の一部を前記参照光として反射するとともに残りの光を透過することが好ましい。
【００１５】
本発明では、センサヘッドは、例えば、レンズと、透光部材と、１／４波長板とを含んで構成される。そして、レーザ光源からの光は、レンズによって集光および平行化された後に、透光部材に入射し、一部が表面（参照面）で反射して参照光となり、残りが当該表面および透光部材を透過し、１／４波長板を透過した後に被測定物に入射して反射することで測定光となる。測定光は、１／４波長板を透過し、参照光と偏光面が直交する直線偏光に変換された後、参照面を透過し、参照光と合波する。
ここで、従来の干渉計では、レーザ光源からの光を偏光ビームスプリッタを用いて２方向に分割し、一方の光路上に１／４波長板および参照面を配置し、他方の光路上に１／４波長板および被測定物を配置することにより、偏光面が互いに直交する参照光および測定光を得ており、２つの１／４波長板が必要となっていた。
これに対し、本発明では、前述したように、偏光面が互いに直交する参照光および測定光を得るのに１／４波長板が１つしか必要とならないので、従来の構成をセンサヘッドに適用した場合に比べ、センサヘッドを小型化でき、スペースが限られていてもより測定しやすくなる。
【００１６】
本発明の干渉計は、半径方向に沿って屈折率が連続的に変化する屈折率勾配型レンズを備え、前記屈折率勾配型レンズは、前記レーザ光源からの光が入射する入射面と、前記入射面に入射した光の一部を前記参照光として反射するとともに、残りの光を射出する前記参照面である射出面とを備えていることが好ましい。
【００１７】
本発明によれば、屈折率勾配型レンズの入射面に入射し、当該屈折率勾配型レンズにより平行化された光を、射出面（参照面）により、当該射出面で反射する参照光と、１／４波長板側へ透過する光とに分割する。従って、光の平行化および分割という機能を屈折率勾配型レンズのみで実現できるので、光の平行化および分割という機能をレンズおよび透光部材により実現する前述の構成に比べ、部品点数を低減できる。
【００１８】
本発明の干渉計では、前記参照面は、複数のワイヤが平行に設けられたワイヤグリッド面であり、当該参照面に入射した光のうち、偏光面が前記ワイヤに平行な光を前記参照光として反射するとともに、偏光面が前記ワイヤに垂直な光を透過することが好ましい。
【００１９】
本発明によれば、ワイヤグリッド面である参照面に入射した光のうち、偏光面がワイヤに平行な一部の光は参照面で反射して参照光となり、偏光面がワイヤに垂直な光は、参照面を透過し、被測定物で反射して測定光となる。そして、測定光は、参照面を透過して、当該測定光と偏光面が直交する参照光と合波する。従って、参照面を透過した光の偏光面を回転させるための１／４波長板が不要となるので、部品点数を低減できる。
【００２０】
本発明の干渉計では、前記参照面は、前記偏波保存ファイバの前記センサヘッド側の射出端面であり、入射した光の一部を前記参照光として反射するとともに残りの光を前記センサヘッド側に射出することが好ましい。
【００２１】
通常、光ファイバの射出端面には、ノイズとなる反射光が発生しないように斜め研磨加工や反射防止膜が施されるところ、本発明では、偏波保存ファイバの射出端面にこのような特別な加工を敢えて施さないことにより、射出端面を、レーザ光源からの光の一部を参照光として反射する参照面として機能させる。これにより、レーザ光源からの光を参照光と測定光とに分割するための透光部材等の部材を不要にすることができ、構成を簡素にすることができる。
【００２２】
本発明の干渉計では、前記導光手段は、前記レーザ光源からの光を前記センサヘッド側へのみ射出し、前記センサヘッド側からの前記合波光を前記取得手段側へのみ射出する光サーキュレータであることが好ましい。
【００２３】
本発明によれば、導光手段として、センサヘッド側からの合波光を取得手段側へのみ射出する光サーキュレータを用いるので、合波光がレーザ光源側へ戻ることを防ぐことができ、センサヘッドからの戻り光（合波光）により、レーザ光源が不安定になったり、レーザ光源から射出される光に含まれるノイズが増加してしまい、測定精度が低下してしまうことを防止できる。また、可撓性のあるファイバ部分が増えることで、センサヘッドや本体部の取り回しが行いやすくなり、利便性を向上させることができる。
【００２４】
本発明の干渉計では、前記レーザ光源は、第１波長の光を射出する第１レーザ光源と、前記第１波長とは異なる第２波長の光を射出する第２レーザ光源とを備え、前記第１，第２レーザ光源から射出された光をそれぞれ偏光面が互いに直交した状態で合波し、前記導光手段側に射出する合波手段と、前記導光手段および前記取得手段間に配置され、前記導光手段にて取り出された光を、前記第１波長の前記参照光と前記測定光とからなる第１合波光と、および前記第２波長の前記参照光と前記測定光とからなる第２合波光とに分割する分割手段とを備え、前記取得手段は、前記分割手段から射出された前記第１合波光から第１干渉信号を取得する第１取得手段と、前記分割手段から射出された前記第２合波光から第２干渉信号を取得する第２取得手段とを備え、前記算出手段は、前記第１，第２干渉信号からそれぞれ前記被測定物の変位量を算出し、前記各変位量から、当該各変位量に含まれる前記偏波保存ファイバによる誤差を相殺して前記被測定物の変位量を算出することが好ましい。
【００２５】
本発明によれば、第１，第２合波光から算出された被測定物の変位量を加算して２で除算することなどにより、偏波保存ファイバの撓みやねじれによる誤差を相殺して被測定物の変位量を算出するので、測定精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、第１実施形態に係る干渉計１の構成を示す図である。なお、以下では、従来の干渉計１Ｅの構成要素と同一の機能を有する要素については同一の符号を付してその説明を省略もしくは簡略化する。また、図１において、レーザ光源２から射出された光の光軸を実線で示すとともに、光路を、分かりやすくするために一点差線で示した。
【００２７】
干渉計１は、図１に示すように、レーザ光源２と、測定子光学系３と、取得手段５と、算出手段６とを備えている。
レーザ光源２は、直線偏光のレーザ光Ｌ１を射出する。
測定子光学系３は、導光手段としての無偏光ビームスプリッタ３０７、レンズ３０８、偏波保存ファイバ３０９、およびセンサヘッド７を備えている。本実施形態では、これらレーザ光源２、無偏光ビームスプリッタ３０７、レンズ３０８、取得手段５、および算出手段６を含んで本体部１０が構成されている。
【００２８】
偏波保存ファイバ３０９は、可撓性を有し、本体部１０とセンサヘッド７とを接続する。この偏波保存ファイバ３０９は、本体部１０側またはセンサヘッド７側から入射する光の偏光面を保存して他方側へ射出する。このような偏波保存ファイバ３０９としては、例えばコアを楕円形に形成した構造により、またはコアの周りに応力付加部を設けた通称ＰＡＮＤＡファイバと呼ばれる構造により、断面において直交する２軸方向で伝播モードを維持させるものなどを採用することができる。
【００２９】
センサヘッド７は、レンズ７１、透光部材７２、および１／４波長板７３を備えている。透光部材７２において、レーザ光源２からの光Ｌ１が入射する面は、当該光Ｌ１を参照光Ｌ４として反射するとともに、残りの光Ｌ３を１／４波長板７３側に透過する参照面７２１となっている。
【００３０】
以下、レーザ光源２から射出された光Ｌ１の光路について説明する。
レーザ光源２から射出された直線偏光の光Ｌ１は、無偏光ビームスプリッタ３０７を透過し、レンズ３０８により集光および平行化された後、偏波保存ファイバ３０９に入射し、当該偏波保存ファイバ３０９によりセンサヘッド７のレンズ７１へ向けて射出される。偏波保存ファイバ３０９から射出されたレーザ光源２からの光Ｌ１は、レンズ７１により再び集光および平行化された後、参照面７２１に入射し、一部は参照光Ｌ４として反射し、残りの光Ｌ３は当該参照面７２１を透過する。
【００３１】
参照面７２１を透過した光Ｌ３は、１／４波長板７３を透過し、円偏光に変換された後、被測定物４で反射し、測定光Ｌ５となる。そして、測定光Ｌ５は、１／４波長板７３を透過することで、偏光面が９０°回転した直線偏光、すなわち、参照光Ｌ４と偏光面が直交する直線偏光、に変換された後、参照面７２１を透過し、参照面７２１にて反射された参照光Ｌ４と合波する。
【００３２】
参照光Ｌ４および測定光Ｌ５からなる合波光Ｌ６は、レンズ７１を透過した後、偏波保存ファイバ３０９に入射し、当該合波光Ｌ６中の参照光Ｌ４および測定光Ｌ５の偏光面がそれぞれ保存された状態のまま偏波保存ファイバ３０９に導光され、レンズ３０８へ向けて射出される。そして、合波光Ｌ６は、レンズ３０８を透過した後、無偏光ビームスプリッタ３０７により取得手段５側へ反射される。
【００３３】
取得手段５は、背景技術において説明したように、この合波光Ｌ６（干渉光）を９０°ごとに位相が異なる４つの光Ｌ７１，Ｌ７２，Ｌ８１，Ｌ８２に分割して受光することにより、光Ｌ７１，Ｌ７２，Ｌ８１，Ｌ８２の強度を示す９０°ごとに位相が異なる４つの干渉信号Ａ１〜Ａ４を出力する。
そして、算出手段６は、干渉信号Ａ１と、干渉信号Ａ１に対して１８０°位相が遅れた干渉信号Ａ２とから第１干渉信号を生成するとともに、干渉信号Ａ１に対して９０°位相が遅れた干渉信号Ａ３と、干渉信号Ａ１に対して２７０°位相が遅れた干渉信号Ａ４とから第２干渉信号を生成し、これら第１，第２干渉信号から光Ｌ３の光軸方向における被測定物４の変位量を算出する。
【００３４】
以上の本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
センサヘッド７が、レーザ光源２等を有する本体部１０に、可撓性を有する偏波保存ファイバ３０９により接続されているので、センサヘッド７を適宜の位置に配置することができ、設置スペースが限られていても簡単に被測定物４の変位量を測定することができる。
【００３５】
センサヘッド７は、偏光面を保存して導光する偏波保存ファイバ３０９により本体部１０と接続されているので、センサヘッド７から射出された合波光Ｌ６が偏波保存ファイバ３０９を透過する際に、合波光Ｌ６中の参照光Ｌ４および測定光Ｌ５の偏光面は、互いに直交した状態のまま保存される。そのため、算出手段６が被測定物４の変位量を正確に測定することができる。
【００３６】
センサヘッド７は、レーザ光源２からの光Ｌ１を参照面７２１に入射させ、反射した一部の光により参照光Ｌ４を得るとともに、参照面７２１を透過した残りの光Ｌ３を１／４波長板７３を透過させ、その後に被測定物４で反射させることで測定光Ｌ５を得る。そして、被測定物４で反射した測定光Ｌ５を１／４波長板７３に透過させることで、測定光Ｌ５の偏光面を参照光Ｌ４の偏光面と直交させる。従って、本実施形態では、偏光面が互いに直交した参照光Ｌ４と測定光Ｌ５とを得るのに１／４波長板７３が１つしか必要とならないので、偏光面が互いに直交した参照光Ｌ４と測定光Ｌ５とを得るのに２つの１／４波長板３０４，３０６が必要であった従来の構成をセンサヘッド７に適用した場合に比べ、本実施形態はセンサヘッド７を小型化でき、スペースが限られていてもより測定しやすくなる。
【００３７】
〔第２実施形態〕
図２は、第２実施形態に係る干渉計１Ａの構成を示す図である。
本実施形態の干渉計１Ａは、図２に示すように、センサヘッド７Ａに、前記第１実施形態のレンズ７１および透光部材７２に替え、屈折率勾配型レンズ７４（グリンレンズ）が設けられている点が特徴である。屈折率勾配型レンズ７４は、円柱状に形成され、半径方向に沿って屈折率がなだらかに連続的に変化し、入射光を平行化する。この屈折率勾配型レンズ７４の一方の端面は、レーザ光源２からの光が入射する入射面７４１となっており、他方の端面は、前記入射面７４１から入射し、光軸方向に平行化された光の一部を参照光Ｌ４として反射するとともに、残りの光Ｌ３を１／４波長板７３側に射出する射出面７４２となっている。本実施形態では、この射出面７４２が参照面として機能する。
【００３８】
このような本実施形態でも、前記実施形態と同様の構成により、同様の効果を奏することができる。そのうえ、参照面として機能する射出面７４２を有するとともに入射光を平行化する屈折率勾配型レンズ７４を備えているので、前記第１実施形態ではレンズ７１および透光部材７２により実現していた入射光の平行化および分割という機能をこの屈折率勾配型レンズ７４のみで実現でき、前記第１実施形態に比べ、部品点数を低減できる。
【００３９】
〔第３実施形態〕
図３は、第３実施形態に係る干渉計１Ｂの構成を示す図である。
本実施形態の干渉計１Ｂは、図３に示すように、透光部材７２Ａの入射面が、アルミニウム等の金属から構成された複数のワイヤが光Ｌ１の波長より十分短い微小間隔で平行に設けられたワイヤグリッド面７２１Ａとなっている点が特徴である。ワイヤグリッド面７２１Ａは、入射する光Ｌ１のうち、偏光面がワイヤに平行な光（直線偏光）を参照光Ｌ４として反射し、参照面として機能する。また、ワイヤグリッド面７２１Ａは、入射する光Ｌ１のうち、偏光面がワイヤに垂直な光Ｌ３（直線偏光）を透過する。ワイヤグリッド面７２１Ａを透過した光Ｌ３は、被測定物４で反射し、測定光Ｌ５となる。測定光Ｌ５は、ワイヤグリッド面７２１Ａを透過し、偏光面が直交する参照光Ｌ４と合波する。
【００４０】
このように、本実施形態では、入射光Ｌ１を参照光Ｌ４として反射するワイヤグリッド面７２１Ａが、参照光Ｌ４と偏光面が直交する光Ｌ３のみを透過するので、ワイヤグリッド面７２１Ａの光路後段に、光Ｌ３の偏光面を回転させるための１／４波長板を設けなくても、光Ｌ３を被測定物４で反射させるだけで、参照光Ｌ４と偏光面が直交する測定光Ｌ５を得ることができる。従って、１／４波長板を不要にできる分、部品点数を低減できる。
【００４１】
〔第４実施形態〕
図４は、第４実施形態に係る干渉計１Ｃの構成を示す図である。
本実施形態の干渉計１Ｃは、図４に示すように、センサヘッド７からの戻り光Ｌ６（合波光Ｌ６）を、導光手段としての光サーキュレータ８によって取得手段５側に取り出すことが特徴である。
【００４２】
光サーキュレータ８は、レーザ光源２からの光Ｌ１をセンサヘッド７側へのみ射出し、センサヘッド７側からの合波光Ｌ６を取得手段５側へのみ射出する。この光サーキュレータ８は、図を簡略化したが、異なる位置にそれぞれ形成された第１面８１、第２面８２、および第３面８３を備えている。第１面８１には偏波保存ファイバ８４が取り付けられている。第２面８２は、偏波保存ファイバ３０９によりセンサヘッド７に接続されている。第３面８３には、偏波保存ファイバ８５が取り付けられている。このような光サーキュレータ８では、レーザ光源２から射出され、偏波保存ファイバ８４を通って第１面８１に導光された光Ｌ１を第２面８２からのみセンサヘッド７側へ射出する。また、センサヘッド７から射出され、偏波保存ファイバ３０９を通って第２面８２に導光された合波光Ｌ６を、第３面８３からのみ取得手段５側へ射出する。第３面８３から射出された合波光Ｌ６は、レンズ３１０によって集光および平行化された後、取得手段５に入射する。
なお、本実施形態では、本体部１０は、レーザ光源２、レンズ３０８，３１０、偏波保存ファイバ８４，８５、光サーキュレータ８、取得手段５、および算出手段６を含んで構成されている。
【００４３】
このような本実施形態でも、前記第１実施形態と同様の構成により、同様の効果を奏することができる。そのうえ、導光手段として、センサヘッド７側からの合波光Ｌ６を取得手段５側へのみ射出する光サーキュレータ８を用いたので、合波光Ｌ６がレーザ光源２側へ戻ることを防ぐことができ、センサヘッド７からの戻り光Ｌ６により、レーザ光源２が不安定になったり、レーザ光源２から射出される光Ｌ１に含まれるノイズが増加してしまい、測定精度が低下してしまうことを防止できる。
【００４４】
〔第５実施形態〕
図５は、第５実施形態に係る干渉計１Ｄの構成を示す図である。
本実施形態の干渉計１Ｄは、異なる波長λ１，λ２のレーザ光源２１，２２を用い、偏波保存ファイバ３０９の撓みによる測定誤差を取り除いて被測定物４の変位量を算出する点が特徴である。
【００４５】
本実施形態の干渉計１Ｄは、図５に示すように、レーザ光源２と、測定子光学系３と、分割手段９と、取得手段５と、算出手段６とを備えている。
レーザ光源２は、所定の波長λ１（第１波長）を有し、後述する偏光ビームスプリッタ３１１に対してＰ波であるレーザ光Ｌ１Ａを射出する第１レーザ光源２１と、前記レーザ光Ｌ１Ａとは異なる波長λ２（第２波長）を有し、偏光ビームスプリッタ３１１に対してＳ波であるレーザ光Ｌ１Ｂを射出する第２レーザ光源２２とを備えている。
【００４６】
これらのレーザ光Ｌ１Ａ，Ｌ１Ｂの波長λ１，λ２は、各レーザ光Ｌ１Ａ，Ｌ１Ｂに対する偏波保存ファイバ３０９内部のコアの屈折率が略等しいとみなせるような比較的近い波長であることが望ましく、また、各波長λ１，λ２間には、これらの波長λ１，λ２の光の合波光を、回路格子やプリズム、後述するバンドパスフィルタ９２，９３等の素子により各波長λ１，λ２の光に分離できる程度の差があることが望ましい。
【００４７】
測定子光学系３は、合波手段としての偏光ビームスプリッタ３１１、無偏光ビームスプリッタ３０７、レンズ３０８、偏波保存ファイバ３０９、およびセンサヘッド７を備えている。
分割手段９は、無偏光ビームスプリッタ９１、波長λ１の光のみを透過するバンドパスフィルタ９２、および波長λ２の光のみを透過するバンドパスフィルタ９３を備え、詳しくは後述するが、センサヘッド７から射出された合波光Ｌ６を、波長λ１の第１合波光Ｌ６Ａと、波長λ２の第２合波光Ｌ６Ｂとに分割する。
【００４８】
取得手段５は、波長λ１の第１合波光Ｌ６Ａが入射する取得手段５Ａと、波長λ２の第２合波光Ｌ６Ｂが入射する取得手段５Ｂとを備えている。これらの取得手段５Ａ，５Ｂは、背技技術における取得手段５と同様の構成を備えている。
本実施形態では、本体部１０は、レーザ光源２、偏光ビームスプリッタ３１１、無偏光ビームスプリッタ３０７、レンズ３０８、分割手段９、取得手段５、および算出手段６を含んで構成されている。
【００４９】
このような干渉計１Ｄでは、レーザ光源２１から射出され、波長λ１を有し、偏光ビームスプリッタ３１１に対してＰ波であるレーザ光Ｌ１Ａは、偏光ビームスプリッタ３１１を透過する。レーザ光源２２から射出され、波長λ２を有し、偏光ビームスプリッタ３１１に対してＳ波であるレーザ光Ｌ１Ｂは、偏光ビームスプリッタ３１１で反射され、偏光面が直交するレーザ光源２１からの光Ｌ１Ａと合波する。光Ｌ１Ａ，Ｌ１Ｂによる合波光Ｌ１は、無偏光ビームスプリッタ３０７およびレンズ３０８を透過し、偏波保存ファイバ３０９によって各光Ｌ１Ａ，Ｌ１Ｂの偏光面が保存された状態でセンサヘッド７に入射する。
【００５０】
センサヘッド７は、波長λ１の光Ｌ１Ａから参照光Ｌ４Ａ、および参照光Ｌ４Ａと偏光面が直交する測定光Ｌ５Ａを得るとともに、波長λ２の光Ｌ１Ｂから参照光Ｌ４Ｂ、および参照光Ｌ４Ｂと偏光面が直交する測定光Ｌ５Ｂを得る。この際、レーザ光源２１，２２からの光Ｌ１Ａ，Ｌ１Ｂは、偏光面が互いに直交しているので、波長λ１の光Ｌ１Ａの参照光Ｌ４Ａと、波長λ２の光Ｌ１Ｂの測定光Ｌ５Ｂとが平行となり、波長λ１の光Ｌ１Ａの測定光Ｌ５Ａと、波長λ２の光Ｌ１Ｂの参照光Ｌ４Ｂとが平行となる。
【００５１】
これらの光Ｌ４Ａ，Ｌ４Ｂ，Ｌ５Ａ，Ｌ５Ｂの合波光Ｌ６、すなわち、波長λ１の光Ｌ１Ａから得られる光Ｌ４Ａ，Ｌ５Ａの合波光Ｌ６Ａと、波長λ２の光Ｌ１Ｂから得られる光Ｌ４Ａ，Ｌ４Ｂの合波光Ｌ６Ｂとによる合波光Ｌ６は、センサヘッド７により偏光面が保存された状態でレンズ３０８へ向けて射出され、レンズ３０８を透過した後、無偏光ビームスプリッタ３０７により分割手段９の無偏光ビームスプリッタ９１側へ反射される。
【００５２】
無偏光ビームスプリッタ３０７により反射された合波光Ｌ６は、無偏光ビームスプリッタ９１により２つの光Ｌ６１，光Ｌ６２に分割される。
無偏光ビームスプリッタ９１を透過する光Ｌ６１は、バンドパスフィルタ９２を透過することにより、波長λ１の合波光Ｌ６Ａのみが抽出される。光Ｌ６１から抽出された波長λ１の合波光Ｌ６Ａは、取得手段５Ａに入射する。取得手段５Ａは、この合波光Ｌ６Ａから、位相が９０°毎に異なる４つの干渉信号Ａ１〜Ａ４を得、算出手段６に出力する。そして、算出手段６は、これら４つの干渉信号Ａ１〜Ａ４から位相が９０°異なる第１，第２干渉信号を生成し、これら第１，第２干渉信号の強度変化の繰り返しをカウント等することで、被測定物４の変位量を算出する。
【００５３】
ここで、偏波保存ファイバ３０９が撓み、偏波保存ファイバ３０９内部のクラッドの断面における直交する２軸方向の屈折率がそれぞれ変化した場合、センサヘッド７から射出された波長λ１の合波光Ｌ６Ａが偏波保存ファイバ３０９を透過する際に、偏光面が互いに直交する参照光Ｌ４Ａおよび測定光Ｌ５Ａ間に光路長差が生じ、算出される被測定物４の変位量に誤差が生じる。すなわち、波長λ１の合波光Ｌ６Ａに基づいて算出される被測定物４の変位量をｍ１、実際の被測定物４の変位量をＬ、偏波保存ファイバ３０９の撓みによって生じる参照光Ｌ４Ａおよび測定光Ｌ５Ａ間の光路長差をｎとする。すると、測定光Ｌ５Ａの光路長が参照光Ｌ４Ａに対してｎ増加したとすると、波長λ１の合波光Ｌ６Ａから算出される被測定物４の変位量ｍ１は以下の式（１）で表される。
ｍ１＝Ｌ＋ｎ‥‥‥（１）
【００５４】
また、無偏光ビームスプリッタ９１により反射された光Ｌ６２からは、バンドパスフィルタ９３により波長λ２の合波光Ｌ６Ｂのみが抽出され、この合波光Ｌ６Ｂから取得手段５Ｂが、位相が９０°毎に異なる４つの干渉信号Ａ１〜Ａ４を出力し、これらの干渉信号Ａ１〜Ａ４から、算出手段６が被測定物４の変位量を算出する。
【００５５】
ここで、波長λ２の合波光Ｌ６Ｂの参照光Ｌ４Ｂは、波長λ１の合波光Ｌ６Ａの測定光Ｌ５Ａと平行であり、波長λ２の合波光Ｌ６Ｂの測定光Ｌ５Ｂは、λ１の合波光Ｌ６Ａの参照光Ｌ４Ａと平行である。従って、波長λ１の合波光Ｌ６Ａでは、偏波保存ファイバ３０９の撓みにより、測定光Ｌ５Ａの光路長が参照光Ｌ４Ａに対してｎ増加したが、波長λ２の合波光Ｌ６Ｂでは、測定光Ｌ５Ａと偏光面が平行な参照光Ｌ４Ｂの光路長が測定光Ｌ５Ｂに対してｎ増加することとなる。すなわち、測定光Ｌ５Ｂの光路長が、参照光Ｌ４Ｂに対してｎ低減することとなる。従って、波長λ２の合波光Ｌ６Ｂから算出される被測定物４の変位量をｍ２とすると、ｍ２は以下の式（２）で表されることとなる。
ｍ２＝Ｌ−ｎ‥‥‥（２）
【００５６】
そこで、算出手段６は、以下の式（３）に示すように、各波長λ１，λ２の合波光Ｌ６Ａ，Ｌ６Ｂに基づいて算出される被測定物４の変位量ｍ１，ｍ２を加算して２で除算することにより、実際の被測定物４の変位量Ｌを求める。
Ｌ＝（ｍ１＋ｍ２）／２‥‥‥（３）
【００５７】
このように、本実施形態では、算出手段６が、合波光Ｌ６Ａから算出される被測定物４の変位量ｍ１と、合波光Ｌ６Ｂから算出される被測定物４の変位量ｍ２とから、各変異量ｍ１，ｍ２に含まれる偏波保存ファイバ３０９の撓みによる誤差ｎを相殺して被測定物４の実際の変位量Ｌを算出するので、測定精度を向上できる。
【００５８】
〔第６実施形態〕
図６は、第６実施形態に係る干渉計１Ｅの要部の構成を示す図である。
本実施形態の干渉計１Ｅは、図６に示すように、偏波保存ファイバ３０９の射出端面３１３を参照面として機能させる点が特徴である。すなわち、通常、光ファイバの射出端面には、ノイズとなる反射光が発生しないように斜め研磨加工や反射防止膜が施されるところ、本実施形態では、偏波保存ファイバ３０９の射出端面３１３にこのような特別な加工を敢えて施さないことにより、射出端面３１３でレーザ光源２からの光Ｌ１を一部反射させ、この反射光を参照光Ｌ４として用いる。これにより、本実施形態では、前記第１実施形態では必要であった透光部材７２を不要にすることができ、構成を簡素にすることができる。
【００５９】
なお、偏波保存ファイバ３０９の射出端面３１３に反射コートなどを施すことにより射出端面３１３の反射率を向上させ、これにより参照光４と測定光Ｌ５との強度比を近づけて取得手段５により出力される干渉信号Ａ１〜Ａ４のＳ／Ｎ比を高めてもよい。なお、図６中、３０９Ａは偏波保存ファイバ３０９のコアであり、３０９Ｂは偏波保存ファイバ３０９のクラッドである。
【００６０】
〔実施形態の変形〕
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
前記各実施形態では、センサヘッド７は、レーザ光源２からの光Ｌ１を、参照面７２１，７２１Ａ，７４２により、その一部を反射するとともに残りを透過させることで分割していたが、センサヘッド７は、従来の干渉計１Ｅのように、レーザ光源２からの光Ｌ１を偏光ビームスプリッタ３０２によって分割してもよい。
前記第４，５実施形態のセンサヘッド７に、前記第２実施形態のセンサヘッド７Ａを適用してもよいし、前記第３実施形態のセンサヘッド７Ｂを適用してもよい。
【００６１】
前記第２実施形態では、屈折率勾配型レンズ７４および１／４波長板７３が離間して配置されていたが、屈折率勾配型レンズ７４および１／４波長板７３が張り合わされ、これにより、センサヘッド７Ａの小型化が図られていてもよい。この場合、屈折率勾配型レンズ７４および１／４波長板７３の張り合わされる面のいずれか一方に反射率を高める光学コートが施されていてもよい。
【００６２】
前記第２実施形態では、屈折率勾配型レンズ７４および１／４波長板７３間には光学素子が配置されていなかったが、屈折率勾配型レンズ７４および１／４波長板７３間にレンズが配置され、このレンズにより、屈折率勾配型レンズ７４から射出された光Ｌ３の収束、発散、平行化（コリメート）の微調整が行われてもよい。
前記第３実施形態では、ワイヤグリッド面７２１Ａは、透光部材７２Ａの入射面に設けられていたが、ワイヤグリッド面７２１Ａは、例えば偏波保存ファイバ３０９のセンサヘッド７Ｂ側の射出面に設けられていてもよく、適宜の位置に設けられていてよい。
【００６３】
前記第５実施形態では、レーザ光Ｌ１Ａ，Ｌ１Ｂの波長λ１，λ２は、各レーザ光Ｌ１Ａ，Ｌ１Ｂに対する偏波保存ファイバ３０９内部のクラッドの屈折率が略等しく、かつ、バンドパスフィルタ９２，９３が当該フィルタ９２，９３を透過する光Ｌ６１、Ｌ６２から一方の波長λ１，λ２の光のみを抽出することができるような波長となっており、波長λ１，λ２間の差は僅かとなっていたが、レーザ光Ｌ１Ａ，Ｌ１Ｂの波長λ１，λ２間にはある程度差があってもよい。この場合、波長λ１，λ２の差により、各波長λ１，λ２の光に対する偏波保存ファイバ３０９内部のコアの屈折率に差が生じ、これにより、例えば波長λ１の合波光Ｌ６Ａ、および波長λ２の合波光Ｌ６Ｂが偏波保存ファイバ３０９に導光された際に合波光Ｌ６Ａ，Ｌ６Ｂ間に光路長差が生じるが、このような光路長差を補正する光学素子を設けて光路長差を補正したり、演算時に波長λ１，λ２の光ごとの屈折率によって数値的に補正してもよい。
【００６４】
前記第５実施形態では、分割手段９は、無偏光ビームスプリッタ９１、およびバンドパスフィルタ９２，９３を備え、これらの光学素子９１〜９３により、合波光Ｌ６を、波長λ１，λ２の異なる各合波光Ｌ６Ａ，Ｌ６Ｂに分割していたが、分割手段９は、波長に応じて入射光の進行方向（光軸）を変化させるプリズムや回折格子などの分光素子を備えることにより、合波光Ｌ６を、波長λ１，λ２の異なる各合波光Ｌ６Ａ，Ｌ６Ｂに分割してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、干渉計に利用でき、特にマイケルソン干渉計に好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】第１実施形態に係る干渉計の構成を示す図。
【図２】第２実施形態に係る干渉計の構成を示す図。
【図３】第３実施形態に係る干渉計の構成を示す図。
【図４】第４実施形態に係る干渉計の構成を示す図。
【図５】第５実施形態に係る干渉計の構成を示す図。
【図６】第６実施形態に係る干渉計の要部の構成を示す図。
【図７】従来のマイケルソン干渉計の構成を示す図。
【符号の説明】
【００６７】
１、１Ａ〜１Ｅ…干渉計
２…レーザ光源
４…被測定物
５…取得手段
５Ａ…第１取得手段
５Ｂ…第２取得手段
６…算出手段
７，７Ａ，７Ｂ…センサヘッド
８…光サーキュレータ（導光手段）
２１…第１レーザ光源
２２…第２レーザ光源
７３…１／４波長板
７４…屈折率勾配型レンズ
３０７…無偏光ビームスプリッタ（導光手段）
３０９…偏波保存ファイバ
３１１…偏光ビームスプリッタ（合波手段）
３１３…射出端面（参照面）
７２１…参照面
７２１Ａ…ワイヤグリッド面（参照面）
７４１…入射面
７４２…射出面（参照面）
Ｌ４，Ｌ４Ａ，Ｌ４Ｂ…参照光
Ｌ５，Ｌ５Ａ，Ｌ５Ｂ…測定光
Ｌ６Ａ…第１合波光
Ｌ６Ｂ…第２合波光。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、干渉計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光源から出た光を分割し、一方を参照面に入射させて参照光を得るとともに他方を被測定物に入射させて測定光を得た後に、各光を合波し、各光の光路長差により発生する干渉を解析することにより被測定物の変位量等を測定する干渉計が知られている。このような干渉計としては、参照光と測定光とを同一波長で干渉させるホモダイン干渉計や、参照光と測定光とを異なる波長で干渉させるヘテロダイン干渉計が知られている。ホモダイン干渉計の代表的なものとしては、例えばマイケルソン干渉計が知られている（例えば、特許文献１〜特許文献３参照）。
【０００３】
図７は、従来のマイケルソン干渉計１Ｅの構成を示す図である。
従来のマイケルソン干渉計１Ｅ（以下、マイケルソン干渉計を干渉計と記載）は、図７に示すように、レーザ光源２と、測定子光学系３と、取得手段５と、算出手段６とを備え、これらが一体化された構成を有する。このような干渉計１Ｅでは、レーザ光源２から射出されたレーザ光Ｌ１は、測定子光学系３に入射する。測定子光学系３に入射した光Ｌ１は、１／２波長板３０１により、光路後段に配置される偏光ビームスプリッタ３０２の偏光膜３０３に対するＳ波成分とＰ波成分との割合が調整された後、当該偏光ビームスプリッタ３０２により、当該偏光ビームスプリッタ３０２にて反射するＳ波の光Ｌ２と、当該偏光ビームスプリッタ３０２を透過するＰ波の光Ｌ３とに分割される。
【０００４】
光Ｌ２は、１／４波長板３０４を透過した後、参照面３０５にて反射し、参照光Ｌ４となる。参照光Ｌ４は、１／４波長板３０４を透過し、偏光ビームスプリッタ３０２に対してＰ波の光に変換され、偏光ビームスプリッタ３０２を透過する。
光Ｌ３は、１／４波長板３０６を透過した後、被測定物４にて反射し、測定光Ｌ５となる。測定光Ｌ５は、１／４波長板３０６を透過し、偏光ビームスプリッタ３０２に対してＳ波の光に変換され、偏光ビームスプリッタ３０２で反射して参照光Ｌ４と合波する。
【０００５】
参照光Ｌ４と測定光Ｌ５との合波光Ｌ６（干渉光）は、取得手段５に入射し、１／２波長板５０１により、光路後段に配置される偏光ビームスプリッタ５０３，５０８の偏光膜５０４，５０９に対するＰ波成分とＳ波成分との割合が調整された後、無偏光ビームスプリッタ５０２により光Ｌ７および光Ｌ８に分割される。
【０００６】
光Ｌ７は、偏光ビームスプリッタ５０３によりＰ波の光Ｌ７１とＳ波の光Ｌ７２とに分割される。すなわち、光Ｌ７は、後述する各光Ｌ７２，Ｌ８１，Ｌ８２の位相の基準となるＰ波の光Ｌ７１と、偏光ビームスプリッタ５０８で反射することにより光Ｌ７１に対して位相が１８０°遅れた位相差１８０°のＳ波の光Ｌ７２とに分割される。分割された光Ｌ７１，Ｌ７２は、それぞれフォトディテクタ５０５，５０６により受光される。これにより、被測定物４を変位させた際には、フォトディテクタ５０５により光Ｌ７１（干渉）の強度を示す正弦波状の干渉信号Ａ１が得られるとともに、フォトディテクタ５０６により位相差１８０°の光Ｌ７２の強度を示す正弦波状の干渉信号Ａ２が得られる。
【０００７】
一方、光Ｌ８は、１／４波長板５０７を透過し、光Ｌ７（基準となる光Ｌ７１）に対して位相が９０°遅れた後に、偏光ビームスプリッタ５０８によりＰ波の光Ｌ８１とＳ波の光Ｌ８２とに分割される。すなわち、光Ｌ６は、光Ｌ７１に対して位相が９０°遅れた位相差９０°の光Ｌ８１と、偏光ビームスプリッタ５０８で反射することにより位相が光Ｌ８１に対して１８０°遅れ、光Ｌ７１に対しては位相が２７０°遅れた位相差２７０°の光Ｌ８２とに分割される。分割された光Ｌ８１，Ｌ８２は、それぞれフォトディテクタ５１０，５１１により受光される。これにより、被測定物４を変位させた際には、フォトディテクタ５１０により位相差９０°の光Ｌ８１の強度を示す干渉信号Ａ３が得られるとともに、フォトディテクタ５１１により位相差２７０°の光Ｌ８２の強度を示す干渉信号Ａ４が得られる。
【０００８】
そして、算出手段６は、電気的な信号処理により、位相差１８０°の干渉信号Ａ２および基準となる干渉信号Ａ１の差を取った第１正弦波状信号と、位相差２７０°の干渉信号Ａ２および位相差９０°の干渉信号Ａ１の差を取った第２正弦波状信号とを生成し、これら９０°の位相差がある第１，第２正弦波状信号の強度変化の繰り返しをカウント等することで、被測定物４の変位量を高い精度で算出する。
【０００９】
【特許文献１】特開平２−２２５０３号公報
【特許文献２】計量研報告書Vol.49,(2000)第３８頁〜３９頁
【特許文献３】M.J Downs and K.W.Raine:Anunmodulated bidirectional fringe-counting interferometer system for measuring displacement,precis.eng,Vol.1,No2(1979)85
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、このような干渉計１Ｅは、レーザ光源２、測定子光学系３、取得手段５、および算出手段６が一体化された構成を有し、大型のものとなりやすい。従って、光Ｌ３を被測定物４に当てて測定光Ｌ５を得るためには、干渉計１Ｅと被測定物４との位置関係を調整する必要があるが、設置スペースが限られる場合、従来の干渉計１Ｅでは、当該干渉計１Ｅが大きいため、位置関係の調節を良好に行うことができず、測定しづらいという問題があった。
【００１１】
本発明の目的は、設置スペースが限られていても測定しやすい干渉計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の干渉計は、レーザ光源と、前記レーザ光源からの光を参照面に入射させるとともに被測定物に入射させ、前記参照面にて反射された参照光および前記被測定物にて反射された測定光を得るとともに、前記測定光の偏光面と前記参照光の偏光面とを直交させた後に前記測定光と前記参照光とを合波し、合波光を射出するセンサヘッドと、前記レーザ光源からの光を前記センサヘッド側に透過させるとともに、前記センサヘッドから射出された前記合波光を取り出す導光手段と、前記導光手段から射出された光を前記センサヘッドに導光するとともに、前記センサヘッドから射出された前記合波光を、前記合波光の偏光面を保存したまま前記導光手段に導光する偏波保存ファイバと、前記導光手段により取り出された前記合波光から干渉信号を取得する取得手段と、前記干渉信号に基づいて前記被測定物の変位量を算出する算出手段とを備えていることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、センサヘッドは、レーザ光源、導光手段、取得手段、および算出手段などからなる本体部に偏波保存ファイバにより接続されている。本体部のレーザ光源から射出された光は、偏波保存ファイバを介してセンサヘッドに導光される。このように、センサヘッドと、レーザ光源等を有する本体部とが偏波保存ファイバにより接続されているので、センサヘッドを適宜の位置に配置することができ、設置スペースが限られていても簡単に被測定物の変位量等を測定することができる。
また、センサヘッドが単に偏光面を保存しないで導光する光ファイバにより本体部と接続されていた場合、センサヘッドから射出された合波光が光ファイバを透過する際に、合波光中の参照光および測定光の偏光面がそれぞれ回転してしまうので（各光の位相がずれてしまうので）、算出手段が合波光から被測定物の変位量等を正確に測定することができなくなる。これに対し、本発明では、センサヘッドが、偏光面を保存して導光する偏波保存ファイバにより本体部と接続されているので、合波光が偏波保存ファイバを透過する際に、合波光中の参照光および測定光の偏光面は互いに直交した状態のまま保存される。そのため、算出手段が合波光から被測定物の変位量等を正確に測定することができる。
【００１４】
本発明の干渉計では、前記センサヘッドは、前記参照面の光路後段に配置された１／４波長板を備え、前記参照面は、当該参照面に入射した前記レーザ光源からの光の一部を前記参照光として反射するとともに残りの光を透過することが好ましい。
【００１５】
本発明では、センサヘッドは、例えば、レンズと、透光部材と、１／４波長板とを含んで構成される。そして、レーザ光源からの光は、レンズによって集光および平行化された後に、透光部材に入射し、一部が表面（参照面）で反射して参照光となり、残りが当該表面および透光部材を透過し、１／４波長板を透過した後に被測定物に入射して反射することで測定光となる。測定光は、１／４波長板を透過し、参照光と偏光面が直交する直線偏光に変換された後、参照面を透過し、参照光と合波する。
ここで、従来の干渉計では、レーザ光源からの光を偏光ビームスプリッタを用いて２方向に分割し、一方の光路上に１／４波長板および参照面を配置し、他方の光路上に１／４波長板および被測定物を配置することにより、偏光面が互いに直交する参照光および測定光を得ており、２つの１／４波長板が必要となっていた。
これに対し、本発明では、前述したように、偏光面が互いに直交する参照光および測定光を得るのに１／４波長板が１つしか必要とならないので、従来の構成をセンサヘッドに適用した場合に比べ、センサヘッドを小型化でき、スペースが限られていてもより測定しやすくなる。
【００１６】
本発明の干渉計は、半径方向に沿って屈折率が連続的に変化する屈折率勾配型レンズを備え、前記屈折率勾配型レンズは、前記レーザ光源からの光が入射する入射面と、前記入射面に入射した光の一部を前記参照光として反射するとともに、残りの光を射出する前記参照面である射出面とを備えていることが好ましい。
【００１７】
本発明によれば、屈折率勾配型レンズの入射面に入射し、当該屈折率勾配型レンズにより平行化された光を、射出面（参照面）により、当該射出面で反射する参照光と、１／４波長板側へ透過する光とに分割する。従って、光の平行化および分割という機能を屈折率勾配型レンズのみで実現できるので、光の平行化および分割という機能をレンズおよび透光部材により実現する前述の構成に比べ、部品点数を低減できる。
【００１８】
本発明の干渉計では、前記参照面は、複数のワイヤが平行に設けられたワイヤグリッド面であり、当該参照面に入射した光のうち、偏光面が前記ワイヤに平行な光を前記参照光として反射するとともに、偏光面が前記ワイヤに垂直な光を透過することが好ましい。
【００１９】
本発明によれば、ワイヤグリッド面である参照面に入射した光のうち、偏光面がワイヤに平行な一部の光は参照面で反射して参照光となり、偏光面がワイヤに垂直な光は、参照面を透過し、被測定物で反射して測定光となる。そして、測定光は、参照面を透過して、当該測定光と偏光面が直交する参照光と合波する。従って、参照面を透過した光の偏光面を回転させるための１／４波長板が不要となるので、部品点数を低減できる。
【００２０】
本発明の干渉計では、前記参照面は、前記偏波保存ファイバの前記センサヘッド側の射出端面であり、入射した光の一部を前記参照光として反射するとともに残りの光を前記センサヘッド側に射出することが好ましい。
【００２１】
通常、光ファイバの射出端面には、ノイズとなる反射光が発生しないように斜め研磨加工や反射防止膜が施されるところ、本発明では、偏波保存ファイバの射出端面にこのような特別な加工を敢えて施さないことにより、射出端面を、レーザ光源からの光の一部を参照光として反射する参照面として機能させる。これにより、レーザ光源からの光を参照光と測定光とに分割するための透光部材等の部材を不要にすることができ、構成を簡素にすることができる。
【００２２】
本発明の干渉計では、前記導光手段は、前記レーザ光源からの光を前記センサヘッド側へのみ射出し、前記センサヘッド側からの前記合波光を前記取得手段側へのみ射出する光サーキュレータであることが好ましい。
【００２３】
本発明によれば、導光手段として、センサヘッド側からの合波光を取得手段側へのみ射出する光サーキュレータを用いるので、合波光がレーザ光源側へ戻ることを防ぐことができ、センサヘッドからの戻り光（合波光）により、レーザ光源が不安定になったり、レーザ光源から射出される光に含まれるノイズが増加してしまい、測定精度が低下してしまうことを防止できる。また、可撓性のあるファイバ部分が増えることで、センサヘッドや本体部の取り回しが行いやすくなり、利便性を向上させることができる。
【００２４】
本発明の干渉計では、前記レーザ光源は、第１波長の光を射出する第１レーザ光源と、前記第１波長とは異なる第２波長の光を射出する第２レーザ光源とを備え、前記第１，第２レーザ光源から射出された光をそれぞれ偏光面が互いに直交した状態で合波し、前記導光手段側に射出する合波手段と、前記導光手段および前記取得手段間に配置され、前記導光手段にて取り出された光を、前記第１波長の前記参照光と前記測定光とからなる第１合波光と、および前記第２波長の前記参照光と前記測定光とからなる第２合波光とに分割する分割手段とを備え、前記取得手段は、前記分割手段から射出された前記第１合波光から第１干渉信号を取得する第１取得手段と、前記分割手段から射出された前記第２合波光から第２干渉信号を取得する第２取得手段とを備え、前記算出手段は、前記第１，第２干渉信号からそれぞれ前記被測定物の変位量を算出し、前記各変位量から、当該各変位量に含まれる前記偏波保存ファイバによる誤差を相殺して前記被測定物の変位量を算出することが好ましい。
【００２５】
本発明によれば、第１，第２合波光から算出された被測定物の変位量を加算して２で除算することなどにより、偏波保存ファイバの撓みやねじれによる誤差を相殺して被測定物の変位量を算出するので、測定精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、第１実施形態に係る干渉計１の構成を示す図である。なお、以下では、従来の干渉計１Ｅの構成要素と同一の機能を有する要素については同一の符号を付してその説明を省略もしくは簡略化する。また、図１において、レーザ光源２から射出された光の光軸を実線で示すとともに、光路を、分かりやすくするために一点差線で示した。
【００２７】
干渉計１は、図１に示すように、レーザ光源２と、測定子光学系３と、取得手段５と、算出手段６とを備えている。
レーザ光源２は、直線偏光のレーザ光Ｌ１を射出する。
測定子光学系３は、導光手段としての無偏光ビームスプリッタ３０７、レンズ３０８、偏波保存ファイバ３０９、およびセンサヘッド７を備えている。本実施形態では、これらレーザ光源２、無偏光ビームスプリッタ３０７、レンズ３０８、取得手段５、および算出手段６を含んで本体部１０が構成されている。
【００２８】
偏波保存ファイバ３０９は、可撓性を有し、本体部１０とセンサヘッド７とを接続する。この偏波保存ファイバ３０９は、本体部１０側またはセンサヘッド７側から入射する光の偏光面を保存して他方側へ射出する。このような偏波保存ファイバ３０９としては、例えばコアを楕円形に形成した構造により、またはコアの周りに応力付加部を設けた通称ＰＡＮＤＡファイバと呼ばれる構造により、断面において直交する２軸方向で伝播モードを維持させるものなどを採用することができる。
【００２９】
センサヘッド７は、レンズ７１、透光部材７２、および１／４波長板７３を備えている。透光部材７２において、レーザ光源２からの光Ｌ１が入射する面は、当該光Ｌ１を参照光Ｌ４として反射するとともに、残りの光Ｌ３を１／４波長板７３側に透過する参照面７２１となっている。
【００３０】
以下、レーザ光源２から射出された光Ｌ１の光路について説明する。
レーザ光源２から射出された直線偏光の光Ｌ１は、無偏光ビームスプリッタ３０７を透過し、レンズ３０８により集光および平行化された後、偏波保存ファイバ３０９に入射し、当該偏波保存ファイバ３０９によりセンサヘッド７のレンズ７１へ向けて射出される。偏波保存ファイバ３０９から射出されたレーザ光源２からの光Ｌ１は、レンズ７１により再び集光および平行化された後、参照面７２１に入射し、一部は参照光Ｌ４として反射し、残りの光Ｌ３は当該参照面７２１を透過する。
【００３１】
参照面７２１を透過した光Ｌ３は、１／４波長板７３を透過し、円偏光に変換された後、被測定物４で反射し、測定光Ｌ５となる。そして、測定光Ｌ５は、１／４波長板７３を透過することで、偏光面が９０°回転した直線偏光、すなわち、参照光Ｌ４と偏光面が直交する直線偏光、に変換された後、参照面７２１を透過し、参照面７２１にて反射された参照光Ｌ４と合波する。
【００３２】
参照光Ｌ４および測定光Ｌ５からなる合波光Ｌ６は、レンズ７１を透過した後、偏波保存ファイバ３０９に入射し、当該合波光Ｌ６中の参照光Ｌ４および測定光Ｌ５の偏光面がそれぞれ保存された状態のまま偏波保存ファイバ３０９に導光され、レンズ３０８へ向けて射出される。そして、合波光Ｌ６は、レンズ３０８を透過した後、無偏光ビームスプリッタ３０７により取得手段５側へ反射される。
【００３３】
取得手段５は、背景技術において説明したように、この合波光Ｌ６（干渉光）を９０°ごとに位相が異なる４つの光Ｌ７１，Ｌ７２，Ｌ８１，Ｌ８２に分割して受光することにより、光Ｌ７１，Ｌ７２，Ｌ８１，Ｌ８２の強度を示す９０°ごとに位相が異なる４つの干渉信号Ａ１〜Ａ４を出力する。
そして、算出手段６は、干渉信号Ａ１と、干渉信号Ａ１に対して１８０°位相が遅れた干渉信号Ａ２とから第１干渉信号を生成するとともに、干渉信号Ａ１に対して９０°位相が遅れた干渉信号Ａ３と、干渉信号Ａ１に対して２７０°位相が遅れた干渉信号Ａ４とから第２干渉信号を生成し、これら第１，第２干渉信号から光Ｌ３の光軸方向における被測定物４の変位量を算出する。
【００３４】
以上の本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
センサヘッド７が、レーザ光源２等を有する本体部１０に、可撓性を有する偏波保存ファイバ３０９により接続されているので、センサヘッド７を適宜の位置に配置することができ、設置スペースが限られていても簡単に被測定物４の変位量を測定することができる。
【００３５】
センサヘッド７は、偏光面を保存して導光する偏波保存ファイバ３０９により本体部１０と接続されているので、センサヘッド７から射出された合波光Ｌ６が偏波保存ファイバ３０９を透過する際に、合波光Ｌ６中の参照光Ｌ４および測定光Ｌ５の偏光面は、互いに直交した状態のまま保存される。そのため、算出手段６が被測定物４の変位量を正確に測定することができる。
【００３６】
センサヘッド７は、レーザ光源２からの光Ｌ１を参照面７２１に入射させ、反射した一部の光により参照光Ｌ４を得るとともに、参照面７２１を透過した残りの光Ｌ３を１／４波長板７３を透過させ、その後に被測定物４で反射させることで測定光Ｌ５を得る。そして、被測定物４で反射した測定光Ｌ５を１／４波長板７３に透過させることで、測定光Ｌ５の偏光面を参照光Ｌ４の偏光面と直交させる。従って、本実施形態では、偏光面が互いに直交した参照光Ｌ４と測定光Ｌ５とを得るのに１／４波長板７３が１つしか必要とならないので、偏光面が互いに直交した参照光Ｌ４と測定光Ｌ５とを得るのに２つの１／４波長板３０４，３０６が必要であった従来の構成をセンサヘッド７に適用した場合に比べ、本実施形態はセンサヘッド７を小型化でき、スペースが限られていてもより測定しやすくなる。
【００３７】
〔第２実施形態〕
図２は、第２実施形態に係る干渉計１Ａの構成を示す図である。
本実施形態の干渉計１Ａは、図２に示すように、センサヘッド７Ａに、前記第１実施形態のレンズ７１および透光部材７２に替え、屈折率勾配型レンズ７４（グリンレンズ）が設けられている点が特徴である。屈折率勾配型レンズ７４は、円柱状に形成され、半径方向に沿って屈折率がなだらかに連続的に変化し、入射光を平行化する。この屈折率勾配型レンズ７４の一方の端面は、レーザ光源２からの光が入射する入射面７４１となっており、他方の端面は、前記入射面７４１から入射し、光軸方向に平行化された光の一部を参照光Ｌ４として反射するとともに、残りの光Ｌ３を１／４波長板７３側に射出する射出面７４２となっている。本実施形態では、この射出面７４２が参照面として機能する。
【００３８】
このような本実施形態でも、前記実施形態と同様の構成により、同様の効果を奏することができる。そのうえ、参照面として機能する射出面７４２を有するとともに入射光を平行化する屈折率勾配型レンズ７４を備えているので、前記第１実施形態ではレンズ７１および透光部材７２により実現していた入射光の平行化および分割という機能をこの屈折率勾配型レンズ７４のみで実現でき、前記第１実施形態に比べ、部品点数を低減できる。
【００３９】
〔第３実施形態〕
図３は、第３実施形態に係る干渉計１Ｂの構成を示す図である。
本実施形態の干渉計１Ｂは、図３に示すように、透光部材７２Ａの入射面が、アルミニウム等の金属から構成された複数のワイヤが光Ｌ１の波長より十分短い微小間隔で平行に設けられたワイヤグリッド面７２１Ａとなっている点が特徴である。ワイヤグリッド面７２１Ａは、入射する光Ｌ１のうち、偏光面がワイヤに平行な光（直線偏光）を参照光Ｌ４として反射し、参照面として機能する。また、ワイヤグリッド面７２１Ａは、入射する光Ｌ１のうち、偏光面がワイヤに垂直な光Ｌ３（直線偏光）を透過する。ワイヤグリッド面７２１Ａを透過した光Ｌ３は、被測定物４で反射し、測定光Ｌ５となる。測定光Ｌ５は、ワイヤグリッド面７２１Ａを透過し、偏光面が直交する参照光Ｌ４と合波する。
【００４０】
このように、本実施形態では、入射光Ｌ１を参照光Ｌ４として反射するワイヤグリッド面７２１Ａが、参照光Ｌ４と偏光面が直交する光Ｌ３のみを透過するので、ワイヤグリッド面７２１Ａの光路後段に、光Ｌ３の偏光面を回転させるための１／４波長板を設けなくても、光Ｌ３を被測定物４で反射させるだけで、参照光Ｌ４と偏光面が直交する測定光Ｌ５を得ることができる。従って、１／４波長板を不要にできる分、部品点数を低減できる。
【００４１】
〔第４実施形態〕
図４は、第４実施形態に係る干渉計１Ｃの構成を示す図である。
本実施形態の干渉計１Ｃは、図４に示すように、センサヘッド７からの戻り光Ｌ６（合波光Ｌ６）を、導光手段としての光サーキュレータ８によって取得手段５側に取り出すことが特徴である。
【００４２】
光サーキュレータ８は、レーザ光源２からの光Ｌ１をセンサヘッド７側へのみ射出し、センサヘッド７側からの合波光Ｌ６を取得手段５側へのみ射出する。この光サーキュレータ８は、図を簡略化したが、異なる位置にそれぞれ形成された第１面８１、第２面８２、および第３面８３を備えている。第１面８１には偏波保存ファイバ８４が取り付けられている。第２面８２は、偏波保存ファイバ３０９によりセンサヘッド７に接続されている。第３面８３には、偏波保存ファイバ８５が取り付けられている。このような光サーキュレータ８では、レーザ光源２から射出され、偏波保存ファイバ８４を通って第１面８１に導光された光Ｌ１を第２面８２からのみセンサヘッド７側へ射出する。また、センサヘッド７から射出され、偏波保存ファイバ３０９を通って第２面８２に導光された合波光Ｌ６を、第３面８３からのみ取得手段５側へ射出する。第３面８３から射出された合波光Ｌ６は、レンズ３１０によって集光および平行化された後、取得手段５に入射する。
なお、本実施形態では、本体部１０は、レーザ光源２、レンズ３０８，３１０、偏波保存ファイバ８４，８５、光サーキュレータ８、取得手段５、および算出手段６を含んで構成されている。
【００４３】
このような本実施形態でも、前記第１実施形態と同様の構成により、同様の効果を奏することができる。そのうえ、導光手段として、センサヘッド７側からの合波光Ｌ６を取得手段５側へのみ射出する光サーキュレータ８を用いたので、合波光Ｌ６がレーザ光源２側へ戻ることを防ぐことができ、センサヘッド７からの戻り光Ｌ６により、レーザ光源２が不安定になったり、レーザ光源２から射出される光Ｌ１に含まれるノイズが増加してしまい、測定精度が低下してしまうことを防止できる。
【００４４】
〔第５実施形態〕
図５は、第５実施形態に係る干渉計１Ｄの構成を示す図である。
本実施形態の干渉計１Ｄは、異なる波長λ１，λ２のレーザ光源２１，２２を用い、偏波保存ファイバ３０９の撓みによる測定誤差を取り除いて被測定物４の変位量を算出する点が特徴である。
【００４５】
本実施形態の干渉計１Ｄは、図５に示すように、レーザ光源２と、測定子光学系３と、分割手段９と、取得手段５と、算出手段６とを備えている。
レーザ光源２は、所定の波長λ１（第１波長）を有し、後述する偏光ビームスプリッタ３１１に対してＰ波であるレーザ光Ｌ１Ａを射出する第１レーザ光源２１と、前記レーザ光Ｌ１Ａとは異なる波長λ２（第２波長）を有し、偏光ビームスプリッタ３１１に対してＳ波であるレーザ光Ｌ１Ｂを射出する第２レーザ光源２２とを備えている。
【００４６】
これらのレーザ光Ｌ１Ａ，Ｌ１Ｂの波長λ１，λ２は、各レーザ光Ｌ１Ａ，Ｌ１Ｂに対する偏波保存ファイバ３０９内部のコアの屈折率が略等しいとみなせるような比較的近い波長であることが望ましく、また、各波長λ１，λ２間には、これらの波長λ１，λ２の光の合波光を、回路格子やプリズム、後述するバンドパスフィルタ９２，９３等の素子により各波長λ１，λ２の光に分離できる程度の差があることが望ましい。
【００４７】
測定子光学系３は、合波手段としての偏光ビームスプリッタ３１１、無偏光ビームスプリッタ３０７、レンズ３０８、偏波保存ファイバ３０９、およびセンサヘッド７を備えている。
分割手段９は、無偏光ビームスプリッタ９１、波長λ１の光のみを透過するバンドパスフィルタ９２、および波長λ２の光のみを透過するバンドパスフィルタ９３を備え、詳しくは後述するが、センサヘッド７から射出された合波光Ｌ６を、波長λ１の第１合波光Ｌ６Ａと、波長λ２の第２合波光Ｌ６Ｂとに分割する。
【００４８】
取得手段５は、波長λ１の第１合波光Ｌ６Ａが入射する取得手段５Ａと、波長λ２の第２合波光Ｌ６Ｂが入射する取得手段５Ｂとを備えている。これらの取得手段５Ａ，５Ｂは、背技技術における取得手段５と同様の構成を備えている。
本実施形態では、本体部１０は、レーザ光源２、偏光ビームスプリッタ３１１、無偏光ビームスプリッタ３０７、レンズ３０８、分割手段９、取得手段５、および算出手段６を含んで構成されている。
【００４９】
このような干渉計１Ｄでは、レーザ光源２１から射出され、波長λ１を有し、偏光ビームスプリッタ３１１に対してＰ波であるレーザ光Ｌ１Ａは、偏光ビームスプリッタ３１１を透過する。レーザ光源２２から射出され、波長λ２を有し、偏光ビームスプリッタ３１１に対してＳ波であるレーザ光Ｌ１Ｂは、偏光ビームスプリッタ３１１で反射され、偏光面が直交するレーザ光源２１からの光Ｌ１Ａと合波する。光Ｌ１Ａ，Ｌ１Ｂによる合波光Ｌ１は、無偏光ビームスプリッタ３０７およびレンズ３０８を透過し、偏波保存ファイバ３０９によって各光Ｌ１Ａ，Ｌ１Ｂの偏光面が保存された状態でセンサヘッド７に入射する。
【００５０】
センサヘッド７は、波長λ１の光Ｌ１Ａから参照光Ｌ４Ａ、および参照光Ｌ４Ａと偏光面が直交する測定光Ｌ５Ａを得るとともに、波長λ２の光Ｌ１Ｂから参照光Ｌ４Ｂ、および参照光Ｌ４Ｂと偏光面が直交する測定光Ｌ５Ｂを得る。この際、レーザ光源２１，２２からの光Ｌ１Ａ，Ｌ１Ｂは、偏光面が互いに直交しているので、波長λ１の光Ｌ１Ａの参照光Ｌ４Ａと、波長λ２の光Ｌ１Ｂの測定光Ｌ５Ｂとが平行となり、波長λ１の光Ｌ１Ａの測定光Ｌ５Ａと、波長λ２の光Ｌ１Ｂの参照光Ｌ４Ｂとが平行となる。
【００５１】
これらの光Ｌ４Ａ，Ｌ４Ｂ，Ｌ５Ａ，Ｌ５Ｂの合波光Ｌ６、すなわち、波長λ１の光Ｌ１Ａから得られる光Ｌ４Ａ，Ｌ５Ａの合波光Ｌ６Ａと、波長λ２の光Ｌ１Ｂから得られる光Ｌ４Ａ，Ｌ４Ｂの合波光Ｌ６Ｂとによる合波光Ｌ６は、センサヘッド７により偏光面が保存された状態でレンズ３０８へ向けて射出され、レンズ３０８を透過した後、無偏光ビームスプリッタ３０７により分割手段９の無偏光ビームスプリッタ９１側へ反射される。
【００５２】
無偏光ビームスプリッタ３０７により反射された合波光Ｌ６は、無偏光ビームスプリッタ９１により２つの光Ｌ６１，光Ｌ６２に分割される。
無偏光ビームスプリッタ９１を透過する光Ｌ６１は、バンドパスフィルタ９２を透過することにより、波長λ１の合波光Ｌ６Ａのみが抽出される。光Ｌ６１から抽出された波長λ１の合波光Ｌ６Ａは、取得手段５Ａに入射する。取得手段５Ａは、この合波光Ｌ６Ａから、位相が９０°毎に異なる４つの干渉信号Ａ１〜Ａ４を得、算出手段６に出力する。そして、算出手段６は、これら４つの干渉信号Ａ１〜Ａ４から位相が９０°異なる第１，第２干渉信号を生成し、これら第１，第２干渉信号の強度変化の繰り返しをカウント等することで、被測定物４の変位量を算出する。
【００５３】
ここで、偏波保存ファイバ３０９が撓み、偏波保存ファイバ３０９内部のクラッドの断面における直交する２軸方向の屈折率がそれぞれ変化した場合、センサヘッド７から射出された波長λ１の合波光Ｌ６Ａが偏波保存ファイバ３０９を透過する際に、偏光面が互いに直交する参照光Ｌ４Ａおよび測定光Ｌ５Ａ間に光路長差が生じ、算出される被測定物４の変位量に誤差が生じる。すなわち、波長λ１の合波光Ｌ６Ａに基づいて算出される被測定物４の変位量をｍ１、実際の被測定物４の変位量をＬ、偏波保存ファイバ３０９の撓みによって生じる参照光Ｌ４Ａおよび測定光Ｌ５Ａ間の光路長差をｎとする。すると、測定光Ｌ５Ａの光路長が参照光Ｌ４Ａに対してｎ増加したとすると、波長λ１の合波光Ｌ６Ａから算出される被測定物４の変位量ｍ１は以下の式（１）で表される。
ｍ１＝Ｌ＋ｎ‥‥‥（１）
【００５４】
また、無偏光ビームスプリッタ９１により反射された光Ｌ６２からは、バンドパスフィルタ９３により波長λ２の合波光Ｌ６Ｂのみが抽出され、この合波光Ｌ６Ｂから取得手段５Ｂが、位相が９０°毎に異なる４つの干渉信号Ａ１〜Ａ４を出力し、これらの干渉信号Ａ１〜Ａ４から、算出手段６が被測定物４の変位量を算出する。
【００５５】
ここで、波長λ２の合波光Ｌ６Ｂの参照光Ｌ４Ｂは、波長λ１の合波光Ｌ６Ａの測定光Ｌ５Ａと平行であり、波長λ２の合波光Ｌ６Ｂの測定光Ｌ５Ｂは、λ１の合波光Ｌ６Ａの参照光Ｌ４Ａと平行である。従って、波長λ１の合波光Ｌ６Ａでは、偏波保存ファイバ３０９の撓みにより、測定光Ｌ５Ａの光路長が参照光Ｌ４Ａに対してｎ増加したが、波長λ２の合波光Ｌ６Ｂでは、測定光Ｌ５Ａと偏光面が平行な参照光Ｌ４Ｂの光路長が測定光Ｌ５Ｂに対してｎ増加することとなる。すなわち、測定光Ｌ５Ｂの光路長が、参照光Ｌ４Ｂに対してｎ低減することとなる。従って、波長λ２の合波光Ｌ６Ｂから算出される被測定物４の変位量をｍ２とすると、ｍ２は以下の式（２）で表されることとなる。
ｍ２＝Ｌ−ｎ‥‥‥（２）
【００５６】
そこで、算出手段６は、以下の式（３）に示すように、各波長λ１，λ２の合波光Ｌ６Ａ，Ｌ６Ｂに基づいて算出される被測定物４の変位量ｍ１，ｍ２を加算して２で除算することにより、実際の被測定物４の変位量Ｌを求める。
Ｌ＝（ｍ１＋ｍ２）／２‥‥‥（３）
【００５７】
このように、本実施形態では、算出手段６が、合波光Ｌ６Ａから算出される被測定物４の変位量ｍ１と、合波光Ｌ６Ｂから算出される被測定物４の変位量ｍ２とから、各変異量ｍ１，ｍ２に含まれる偏波保存ファイバ３０９の撓みによる誤差ｎを相殺して被測定物４の実際の変位量Ｌを算出するので、測定精度を向上できる。
【００５８】
〔第６実施形態〕
図６は、第６実施形態に係る干渉計１Ｅの要部の構成を示す図である。
本実施形態の干渉計１Ｅは、図６に示すように、偏波保存ファイバ３０９の射出端面３１３を参照面として機能させる点が特徴である。すなわち、通常、光ファイバの射出端面には、ノイズとなる反射光が発生しないように斜め研磨加工や反射防止膜が施されるところ、本実施形態では、偏波保存ファイバ３０９の射出端面３１３にこのような特別な加工を敢えて施さないことにより、射出端面３１３でレーザ光源２からの光Ｌ１を一部反射させ、この反射光を参照光Ｌ４として用いる。これにより、本実施形態では、前記第１実施形態では必要であった透光部材７２を不要にすることができ、構成を簡素にすることができる。
【００５９】
なお、偏波保存ファイバ３０９の射出端面３１３に反射コートなどを施すことにより射出端面３１３の反射率を向上させ、これにより参照光４と測定光Ｌ５との強度比を近づけて取得手段５により出力される干渉信号Ａ１〜Ａ４のＳ／Ｎ比を高めてもよい。なお、図６中、３０９Ａは偏波保存ファイバ３０９のコアであり、３０９Ｂは偏波保存ファイバ３０９のクラッドである。
【００６０】
〔実施形態の変形〕
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
前記各実施形態では、センサヘッド７は、レーザ光源２からの光Ｌ１を、参照面７２１，７２１Ａ，７４２により、その一部を反射するとともに残りを透過させることで分割していたが、センサヘッド７は、従来の干渉計１Ｅのように、レーザ光源２からの光Ｌ１を偏光ビームスプリッタ３０２によって分割してもよい。
前記第４，５実施形態のセンサヘッド７に、前記第２実施形態のセンサヘッド７Ａを適用してもよいし、前記第３実施形態のセンサヘッド７Ｂを適用してもよい。
【００６１】
前記第２実施形態では、屈折率勾配型レンズ７４および１／４波長板７３が離間して配置されていたが、屈折率勾配型レンズ７４および１／４波長板７３が張り合わされ、これにより、センサヘッド７Ａの小型化が図られていてもよい。この場合、屈折率勾配型レンズ７４および１／４波長板７３の張り合わされる面のいずれか一方に反射率を高める光学コートが施されていてもよい。
【００６２】
前記第２実施形態では、屈折率勾配型レンズ７４および１／４波長板７３間には光学素子が配置されていなかったが、屈折率勾配型レンズ７４および１／４波長板７３間にレンズが配置され、このレンズにより、屈折率勾配型レンズ７４から射出された光Ｌ３の収束、発散、平行化（コリメート）の微調整が行われてもよい。
前記第３実施形態では、ワイヤグリッド面７２１Ａは、透光部材７２Ａの入射面に設けられていたが、ワイヤグリッド面７２１Ａは、例えば偏波保存ファイバ３０９のセンサヘッド７Ｂ側の射出面に設けられていてもよく、適宜の位置に設けられていてよい。
【００６３】
前記第５実施形態では、レーザ光Ｌ１Ａ，Ｌ１Ｂの波長λ１，λ２は、各レーザ光Ｌ１Ａ，Ｌ１Ｂに対する偏波保存ファイバ３０９内部のクラッドの屈折率が略等しく、かつ、バンドパスフィルタ９２，９３が当該フィルタ９２，９３を透過する光Ｌ６１、Ｌ６２から一方の波長λ１，λ２の光のみを抽出することができるような波長となっており、波長λ１，λ２間の差は僅かとなっていたが、レーザ光Ｌ１Ａ，Ｌ１Ｂの波長λ１，λ２間にはある程度差があってもよい。この場合、波長λ１，λ２の差により、各波長λ１，λ２の光に対する偏波保存ファイバ３０９内部のコアの屈折率に差が生じ、これにより、例えば波長λ１の合波光Ｌ６Ａ、および波長λ２の合波光Ｌ６Ｂが偏波保存ファイバ３０９に導光された際に合波光Ｌ６Ａ，Ｌ６Ｂ間に光路長差が生じるが、このような光路長差を補正する光学素子を設けて光路長差を補正したり、演算時に波長λ１，λ２の光ごとの屈折率によって数値的に補正してもよい。
【００６４】
前記第５実施形態では、分割手段９は、無偏光ビームスプリッタ９１、およびバンドパスフィルタ９２，９３を備え、これらの光学素子９１〜９３により、合波光Ｌ６を、波長λ１，λ２の異なる各合波光Ｌ６Ａ，Ｌ６Ｂに分割していたが、分割手段９は、波長に応じて入射光の進行方向（光軸）を変化させるプリズムや回折格子などの分光素子を備えることにより、合波光Ｌ６を、波長λ１，λ２の異なる各合波光Ｌ６Ａ，Ｌ６Ｂに分割してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、干渉計に利用でき、特にマイケルソン干渉計に好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】第１実施形態に係る干渉計の構成を示す図。
【図２】第２実施形態に係る干渉計の構成を示す図。
【図３】第３実施形態に係る干渉計の構成を示す図。
【図４】第４実施形態に係る干渉計の構成を示す図。
【図５】第５実施形態に係る干渉計の構成を示す図。
【図６】第６実施形態に係る干渉計の要部の構成を示す図。
【図７】従来のマイケルソン干渉計の構成を示す図。
【符号の説明】
【００６７】
１、１Ａ〜１Ｅ…干渉計
２…レーザ光源
４…被測定物
５…取得手段
５Ａ…第１取得手段
５Ｂ…第２取得手段
６…算出手段
７，７Ａ，７Ｂ…センサヘッド
８…光サーキュレータ（導光手段）
２１…第１レーザ光源
２２…第２レーザ光源
７３…１／４波長板
７４…屈折率勾配型レンズ
３０７…無偏光ビームスプリッタ（導光手段）
３０９…偏波保存ファイバ
３１１…偏光ビームスプリッタ（合波手段）
３１３…射出端面（参照面）
７２１…参照面
７２１Ａ…ワイヤグリッド面（参照面）
７４１…入射面
７４２…射出面（参照面）
Ｌ４，Ｌ４Ａ，Ｌ４Ｂ…参照光
Ｌ５，Ｌ５Ａ，Ｌ５Ｂ…測定光
Ｌ６Ａ…第１合波光
Ｌ６Ｂ…第２合波光。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源と、
前記レーザ光源からの光を参照面に入射させるとともに被測定物に入射させ、前記参照面にて反射された参照光および前記被測定物にて反射された測定光を得るとともに、前記測定光の偏光面と前記参照光の偏光面とを直交させた後に前記測定光と前記参照光とを合波し、合波光を射出するセンサヘッドと、
前記レーザ光源からの光を前記センサヘッド側に透過させるとともに、前記センサヘッドから射出された前記合波光を取り出す導光手段と、
前記導光手段から射出された光を前記センサヘッドに導光するとともに、前記センサヘッドから射出された前記合波光を、前記合波光の偏光面を保存したまま前記導光手段に導光する偏波保存ファイバと、
前記導光手段により取り出された前記合波光から干渉信号を取得する取得手段と、
前記干渉信号に基づいて前記被測定物の変位量を算出する算出手段とを備えている
ことを特徴とする干渉計。
【請求項２】
請求項１に記載の干渉計において、
前記センサヘッドは、前記参照面の光路後段に配置された１／４波長板を備え、
前記参照面は、当該参照面に入射した前記レーザ光源からの光の一部を前記参照光として反射するとともに残りの光を透過する
ことを特徴とする干渉計。
【請求項３】
請求項２に記載の干渉計において、
半径方向に沿って屈折率が連続的に変化する屈折率勾配型レンズを備え、
前記屈折率勾配型レンズは、前記レーザ光源からの光が入射する入射面と、前記入射面に入射した光の一部を前記参照光として反射するとともに、残りの光を射出する前記参照面である射出面とを備えている
ことを特徴とする干渉計。
【請求項４】
請求項１に記載の干渉計において、
前記参照面は、複数のワイヤが平行に設けられたワイヤグリッド面であり、当該参照面に入射した光のうち、偏光面が前記ワイヤに平行な光を前記参照光として反射するとともに、偏光面が前記ワイヤに垂直な光を透過する
ことを特徴とする干渉計。
【請求項５】
請求項１に記載の干渉計において、
前記参照面は、前記偏波保存ファイバの前記センサヘッド側の射出端面であり、入射した光の一部を前記参照光として反射するとともに残りの光を前記センサヘッド側に射出する
ことを特徴とする干渉計。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の干渉計において、
前記導光手段は、前記レーザ光源からの光を前記センサヘッド側へのみ射出し、前記センサヘッド側からの前記合波光を前記取得手段側へのみ射出する光サーキュレータである
ことを特徴とする干渉計。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の干渉計において、
前記レーザ光源は、第１波長の光を射出する第１レーザ光源と、前記第１波長とは異なる第２波長の光を射出する第２レーザ光源とを備え、
前記第１，第２レーザ光源から射出された光をそれぞれ偏光面が互いに直交した状態で合波し、前記導光手段側に射出する合波手段と、
前記導光手段および前記取得手段間に配置され、前記導光手段にて取り出された光を、前記第１波長の前記参照光と前記測定光とからなる第１合波光と、および前記第２波長の前記参照光と前記測定光とからなる第２合波光とに分割する分割手段とを備え、
前記取得手段は、前記分割手段から射出された前記第１合波光から第１干渉信号を取得する第１取得手段と、前記分割手段から射出された前記第２合波光から第２干渉信号を取得する第２取得手段とを備え、
前記算出手段は、前記第１，第２干渉信号からそれぞれ前記被測定物の変位量を算出し、前記各変位量から、当該各変位量に含まれる前記偏波保存ファイバによる誤差を相殺して前記被測定物の変位量を算出する
ことを特徴とする干渉計。
【請求項１】
レーザ光源と、
前記レーザ光源からの光を参照面に入射させるとともに被測定物に入射させ、前記参照面にて反射された参照光および前記被測定物にて反射された測定光を得るとともに、前記測定光の偏光面と前記参照光の偏光面とを直交させた後に前記測定光と前記参照光とを合波し、合波光を射出するセンサヘッドと、
前記レーザ光源からの光を前記センサヘッド側に透過させるとともに、前記センサヘッドから射出された前記合波光を取り出す導光手段と、
前記導光手段から射出された光を前記センサヘッドに導光するとともに、前記センサヘッドから射出された前記合波光を、前記合波光の偏光面を保存したまま前記導光手段に導光する偏波保存ファイバと、
前記導光手段により取り出された前記合波光から干渉信号を取得する取得手段と、
前記干渉信号に基づいて前記被測定物の変位量を算出する算出手段とを備えている
ことを特徴とする干渉計。
【請求項２】
請求項１に記載の干渉計において、
前記センサヘッドは、前記参照面の光路後段に配置された１／４波長板を備え、
前記参照面は、当該参照面に入射した前記レーザ光源からの光の一部を前記参照光として反射するとともに残りの光を透過する
ことを特徴とする干渉計。
【請求項３】
請求項２に記載の干渉計において、
半径方向に沿って屈折率が連続的に変化する屈折率勾配型レンズを備え、
前記屈折率勾配型レンズは、前記レーザ光源からの光が入射する入射面と、前記入射面に入射した光の一部を前記参照光として反射するとともに、残りの光を射出する前記参照面である射出面とを備えている
ことを特徴とする干渉計。
【請求項４】
請求項１に記載の干渉計において、
前記参照面は、複数のワイヤが平行に設けられたワイヤグリッド面であり、当該参照面に入射した光のうち、偏光面が前記ワイヤに平行な光を前記参照光として反射するとともに、偏光面が前記ワイヤに垂直な光を透過する
ことを特徴とする干渉計。
【請求項５】
請求項１に記載の干渉計において、
前記参照面は、前記偏波保存ファイバの前記センサヘッド側の射出端面であり、入射した光の一部を前記参照光として反射するとともに残りの光を前記センサヘッド側に射出する
ことを特徴とする干渉計。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の干渉計において、
前記導光手段は、前記レーザ光源からの光を前記センサヘッド側へのみ射出し、前記センサヘッド側からの前記合波光を前記取得手段側へのみ射出する光サーキュレータである
ことを特徴とする干渉計。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の干渉計において、
前記レーザ光源は、第１波長の光を射出する第１レーザ光源と、前記第１波長とは異なる第２波長の光を射出する第２レーザ光源とを備え、
前記第１，第２レーザ光源から射出された光をそれぞれ偏光面が互いに直交した状態で合波し、前記導光手段側に射出する合波手段と、
前記導光手段および前記取得手段間に配置され、前記導光手段にて取り出された光を、前記第１波長の前記参照光と前記測定光とからなる第１合波光と、および前記第２波長の前記参照光と前記測定光とからなる第２合波光とに分割する分割手段とを備え、
前記取得手段は、前記分割手段から射出された前記第１合波光から第１干渉信号を取得する第１取得手段と、前記分割手段から射出された前記第２合波光から第２干渉信号を取得する第２取得手段とを備え、
前記算出手段は、前記第１，第２干渉信号からそれぞれ前記被測定物の変位量を算出し、前記各変位量から、当該各変位量に含まれる前記偏波保存ファイバによる誤差を相殺して前記被測定物の変位量を算出する
ことを特徴とする干渉計。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−２１０３２６（Ｐ２０１０−２１０３２６Ａ）
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５４９９６（Ｐ２００９−５４９９６）
【出願日】平成２１年３月９日（２００９．３．９）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月９日（２００９．３．９）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
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