JPH02196912A - 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

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JPH02196912A
JPH02196912A JP1003617A JP361789A JPH02196912A JP H02196912 A JPH02196912 A JP H02196912A JP 1003617 A JP1003617 A JP 1003617A JP 361789 A JP361789 A JP 361789A JP H02196912 A JPH02196912 A JP H02196912A
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    • G—PHYSICS
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  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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。
［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併って、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、マツハーゼングー（Ｍａ
ｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）式干渉計やトワイマン−グリー
ン（Ｔｗｙｍａ　ｎ−Ｇ　ｒ　ｅ　ｅ　ｎ）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
対象で回折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、動ひずみ等を示す
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
ツハーゼング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ｒａ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。ヘテロゲイン方式の干渉計においても
、マツハーゼングー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。測定対象で回折された光ビームが
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つ周波数置Ｆ４
（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ツ
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
ズが重量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４，６２
７，７３１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４，６２７，７
３１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
距離に対応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、測定対象の
測定面までの距離の中間位置まで伝搬するように構成し
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
象表面の所定の測定領域に照射されて、その反射ビーム
は、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測定領域の運動によってドブブラ
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、測定領域で
結合ビームが反射されて、反射ビームが中間位置に戻っ
たときに小班パターンが形成される問題を持っている。
特に、測定領域が有限領域であり、測定対象の表面が相
当に高い面積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小班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小班パター
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小班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。
また本発明のもう一つの目的は、小班パターンが形成さ
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。
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。
さらに、本発明の目的は、小班パターンに対する前記中
間位置の位置とは無関係に、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
。
［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持つレーザビー
ムを発生し、 該レーザビームを測定ビームと基準ビームに分割し、 前記基準ビームを前記測定ビームに対して、少なくとも
前記可干渉距離に対応した距離を前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し、 該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
定の測定領域より成分ビームが前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所定位置に伝搬し、 前記光路の前記所定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し、 前記光路に伝搬する成分ビームのうち前記所定位置で反
射されないの残りの部分を前記測定領域に照射し、前記
測定領域により反射された反射ビームの少なくとも部分
を青光路の前記所定位置を経て各光路に導入し反射ビー
ム中の測定ビーム成分と前記所定位置で反射された戻り
ビームの基準ビーム成分とをコヒレントに干渉させて、
前記測定領域の動作に応じて変調された変調ビームを形
成し、 前記変調ビームを復調して前記測定領域の動作を検出す
るようにしたことを特徴とする測定対象表面の測定領域
の動作を検出するための光学測定方法が提供される。
なお、前記成分ビームを前記所定位置に伝搬する場合に
、各成分ビームをそれぞれ分離された光ファイバに伝搬
させるよう構成することが好ましい。また、前記測定ビ
ームを所定長の光路に導入するとともに、前記基準ビー
ムを前記所定長よりも所定の長さ長い光路に導入して、
基準ビームに所定の遅延時間を付与するようにしてもよ
い。さらに、前記測定ビームと前記基準ビームを導入す
る光路を光ファイバで構成することも可能である。
また、要すれば前記複数の成分ビームの内の少なくとも
一つを、各光路の前記所定位置に到達する前に、前記所
定時間よりも長く、かつ測定領域より反射された一つの
成分ビームの測定ビーム成分が当該成分ビーム゛を伝搬
する光路の前記所定位置で反射された戻りビームの測定
ビーム成分及び基準ビームとコヒレントに干渉しない所
定の割合で遅延することも出来る。なお、前記の割合を
３の倍数とすることが好ましい。またさらに、前記測定
ビームと前記基準ビームの一方の周波数を、混合する測
定ビームと基準ビームの混合ビームを形成する前に所定
の搬送ビーム周波数で変調して、測定ビームと基準ビー
ムのうちの変調されないビームの周波数と異なる周波数
とし、測定領域の動作による反射ビームの変調成分が前
記搬送ビーム周波数に重畳することも可能である。
また、本発明の第二の構成によれば、所定の可干渉距離
を持つレーザビームを発生する手段と、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、 前記基準ビームを前記測定ビームに対して、少なくとも
前記可干渉距離に対応した距離を前記測定ビームが伝搬
するのに十分な時間遅延させる手段と、 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
る手段と、 該結合ビームを複数の、それぞれ同一の成分ビームに分
割する手段と、 各成分ビームを各別の光路を介して、測定対象表面の所
定の測定領域より成分ビームが前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所定位置に伝搬する
手段と、 前記光路の前記所定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手段と
、 前記光路に伝搬する成分ビームのうち前記所定位置で反
射されないの残りの部分を前記測定領域に照射し、前記
測定領域により反射された反射ビームの少なくとも部分
を各光路の前記所定位置を経て各光路に導入し反射ビー
ム中の測定ビーム成分と前記所定位置で反射された戻り
ビームの基準ビーム成分とをコヒレントに干渉させて、
前記測定領域の動作に応じて変調された変調ビームを形
成する手段と、及び 前記変調ビームを復調して前記測定領域の動作を検出す
る手段とによって構成したことを特徴とする測定対象表
面の測定領域の動作を検出するための光学測定装置が提
供される。
この場合、前記成分ビームを前記所定位置に伝搬する手
段は、各成分ビームを伝搬するそれぞれ分離された光フ
ァイバで構成することが出来る。
また、前記の遅延手段は、測定ビームを所定長の光路に
導入する手段と、前記基準ビームを前記所定長よりも所
定の長さ長い光路に導入して、基準ビームに所定の遅延
時間を付与する手段とによって構成することも可能であ
る。
前記遅延手段の、測定ビームを光路に導入する手段と前
記基準ビームを前記測定ビームの光路よりも長い光路に
導入して遅延させる手段を光ファイバで構成することが
望ましい。
またさらに、前記複数の成分ビームの内の少なくとも一
つを、各光路の前記所定位置に到達する前に、前記所定
時間よりも長く、かつ測定領域より反射された一つの成
分ビームの測定ビーム成分が当該成分ビームを伝搬する
光路の前記所定位置で反射された戻りビームの測定ビー
ム成分及び基準ビームとコヒレントに干渉しない所定の
割合で遅延する補助遅延手段を設けるようにしてもよい
。
この場合、好ましくは前記の割合を３の倍数とする。
なお、前記成分ビームを前記所定位置に伝搬する手段は
、複数の相互に分離された光ファイバで構成されており
、光ファイバのうちの第一の光ファイバは所定の長さを
有しており、また他の光ファイバの内の第二の光ファイ
バは前記第一の光ファイバの所定の長さと同じ長さの第
一の部分と前記所定距離に対して所定の割合となる長さ
を持ち、前記第一の部分に連続して前記補助遅延手段を
構成する第二の部分とで構成することが出来る。また、
前記反射ビームと戻りビームを復調器に導入する前に再
混合する手段を設けることも可能で亜ある。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
ラで構成することが出来る。なお、前記測定ビームと前
記基準ビームの一方の周波数を、混合する測定ビームと
基準ビームの混合ビームを形成する前に所定の搬送ビー
ム周波数で変調して、測定ビームと基準ビームのうちの
変調されないビームの周波数と異なる周波数とし、測定
領域の動作による反射ビームの変調成分が前記搬送ビー
ム周波数に重畳させる手段を設けてもよい。
［作　　用］ 上記した本発明の第−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、ビームスプリブタ等によって、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、少なくとも前記可干渉距離に対応した距離を前
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
表面の所定の測定領域より成分ビームが前記所定遅延時
間内に伝搬する距離の略半分の距離離間した所定位置に
伝搬する。前記光路の前記所定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。前記光路に伝搬する成分ビームのうち前記所定位
置で反射されないの残りの部分を前記測定領域に照射し
、前記測定領域により反射された反射ビームの少なくと
も部分を各光路の前記所定位置を経て各光路に導入し反
射ビーム中の測定ビーム成分と前記所定位置で反射され
た戻りビームの基準ビーム成分とをコヒレントに干渉さ
せて、前記測定領域の動作に応じて変調された変調ビー
ムを形成する。前記ｖｅ調ビームを復調して前記測定領
域の動作を検出する。
［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ｌＯ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Ｌ
ＴＯ２３ＭＣ（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Ｊ２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Ｉ３は、光フアイバカプラと、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１Ｇ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（Ｉ
ｌｏｙａ）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１
７は、分割ビーム１５の周波数を例えば８５Ｍ８２程度
上昇させて、両分側ビーム１４．１５のを搬送ビーム周
波数で変調して変調？Ａ１６．１７より発せられる変調
ビーム１８．１９の周波数差がＪ　６０’Ｍ　Ｈｚ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１！４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１
６０ＭＨｚ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１６０ＭＨ
ｚ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、
角変調器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〒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アイバ部２２．２
３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３ｘ３の光フアイバカプラ２４に接続され
ている。この光フアイバカプラ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
カブラ２４接合端までの長さは、Ｌｔに設定され、光フ
ァイバ２３の長さはり、に設定されている。
光ファイバ２３の長さし、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成分、光ファ
イバ２２より長くなっている。これによっ、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１．８の対応する
コヒレント領域よりも遅れる上記の長さ（Ｌｌ−Ｌ、）
のビーム通過時間に対応した送れ時間を持って光フアイ
バカプラ２４ばこ到達する。従って、変調ビーム１８．
１９の各領域は、光フアイバカプラ２４に到達した時点
において、相互にコヒレント領域外となる。
光ファイバカプラ２４内において、変調ビーム凰８．１
９は、相互に非コヒレン、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２
５．２６．２７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
は端面のコーディング面で反射されて、光ファイバカブ
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３
６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２５．２６．２７に向かい、明部
と暗部を持つ小班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。
しかしながら、この場合−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２６．２
７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２５．２
６．２７はそれぞれ異なる長さし４、Ｌ、、Ｌ％となっ
ている。即ち、光ファイバ２５の長さり、が最も短く、
二つのループを持つ光ファイバ２７の長さし、は、一つ
のループを持つ光ファイバ２６の長さし４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
長さし１、Ｌ、、Ｌｓは、光ファイバ２２．２３の長さ
の差１ｔ−ｔ＋）に対して所定の割合に設定されている
。
本発明によれば、光ファイバ２２．２３の長さり１、Ｌ
４、Ｌ、の光ファイバ２２．２３の長さの差（Ｌ　ｌ−
Ｌ　Ｉ）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、測定対象の測
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
部の位置は、測定対象の測定領域３５より光ファイバと
測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２５．２６．２
７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４
０に接続されている。この保持部材４０は、ウェブ４Ｉ
を有しており、このウェブ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４
０の先端部に各光ファイバ２５．２６．２７の端部を位
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の測定領域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、測定対象の測定領域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
、ｃｏ−ｔｏｏｏ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−１０８ｄＢ
ｍ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い光路長差によって生じるノ
イズよりも十分に高くなり、限られたコヒレント長のレ
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。
［効　　果］ 本発明は、上記のように構成して、複数の光フアイバ内
で、光フアイバ端面で反射された戻りビームの基準ビー
ム成分と測定領域で反射された反射ビームの測定ビーム
成分をコヒレントに干渉させるようにしたので、測定領
域の凹凸によって照射された成分ビームが散乱して小斑
パターンが生じた場合にも、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小斑パターンの暗部とな
る可能性は非常に低く安定した測定結果を得ることが出
来るものとなる。
【図面の簡単な説明】
第■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しめす
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しめずグラフである。 ＦＩＧ、　ｔ’ Ｏ・・・測定装置 ！・・・レーザ光源 ３・・・ビームスプリッタ装置 ６．１７・・・変調器 ２．２３・・・光ファイバ ４・・・光ファイバカプラ ５．２６．２７・・・光ファイバ ８．２９．３０・・・コリメータレンズト・・焦点レン
ズ ５・・・測定領域 ８・・・導管 ９・・・ハウジング ０・・・支持部材 手続補正書（−７ｉ句 平成１年９月２７日 平成１年特許ｍ第３６１７号 ２、発明の名称 光学測定方法及びその装置 ３、補正をする者 事件との関係

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）所定の可干渉距離を持つレーザビームを発生し、 該レーザビームを測定ビームと基準ビームに分割し、 前記基準ビームを前記測定ビームに対して、少なくとも
    前記可干渉距離に対応した距離を前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し、 該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
    定の測定領域より成分ビームが前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所定位置に伝搬し、 前記光路の前記所定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し、 前記光路に伝搬する成分ビームのうち前記所定位置で反
    射されないの残りの部分を前記測定領域に照射し、前記
    測定領域により反射された反射ビームの少なくとも部分
    を各光路の前記所定位置を経て各光路に導入し反射ビー
    ム中の測定ビーム成分と前記所定位置で反射された戻り
    ビームの基準ビーム成分とをコヒレントに干渉させて、
    前記測定領域の動作に応じて変調された変調ビームを形
    成し、 前記変調ビームを復調して前記測定領域の動作を検出す
    るようにしたことを特徴とする測定対象表面の測定領域
    の動作を検出するための光学測定方法。
  2. （２）前記成分ビームを前記所定位置に伝搬する場合に
    、各成分ビームをそれぞれ分離された光ファイバに伝搬
    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。
  3. （３）前記測定ビームを所定長の光路に導入するととも
    に、前記基準ビームを前記所定長よりも所定の長さ長い
    光路に導入して、基準ビームに所定の遅延時間を付与す
    るようにしたことを特徴とする請求項第１項又は第２項
    記載の方法。
  4. （４）前記測定ビームと前記基準ビームを導入する光路
    を光ファイバで構成するようにしたことを特徴とする請
    求項第３項記載の方法。
  5. （５）前記複数の成分ビームの内の少なくとも一つを、
    各光路の前記所定位置に到達する前に、前記所定時間よ
    りも長く、かつ測定領域より反射された一つの成分ビー
    ムの測定ビーム成分が当該成分ビームを伝搬する光路の
    前記所定位置で反射された戻りビームの測定ビーム成分
    及び基準ビームとコヒレントに干渉しない所定の割合で
    遅延するようにしたことを特徴とする請求項第１項乃至
    第４項のいづれかに記載の方法。
  6. （６）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５項記載の方法。
  7. （７）前記測定ビームと前記基準ビームを復調する前に
    再混合するようにしたことを特徴とする請求項第１項乃
    至第６項のいずれかに記載の方法。
  8. （８）前記測定ビームと前記基準ビームの一方の周波数
    を、混合する測定ビームと基準ビームの混合ビームを形
    成する前に所定の搬送ビーム周波数で変調して、測定ビ
    ームと基準ビームのうちの変調されないビームの周波数
    と異なる周波数とし、測定領域の動作による反射ビーム
    の変調成分が前記搬送ビーム周波数に重畳するようにし
    たことを特徴とする請求項第１項乃至第７項のいずれか
    に記載の方法。
  9. （９）所定の可干渉距離を持つレーザビームを発生する
    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、 前記基準ビームを前記測定ビームに対して、少なくとも
    前記可干渉距離に対応した距離を前記測定ビームが伝搬
    するのに十分な時間遅延させる手段と、 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
    る手段と、 該混合ビームを複数の、それぞれ同一の成分ビームに分
    割する手段と、 各成分ビームを各別の光路を介して、測定対象表面の所
    定の測定領域より成分ビームが前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所定位置に伝搬する
    手段と、 前記光路の前記所定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手段と
    、 前記光路に伝搬する成分ビームのうち前記所定位置で反
    射されないの残りの部分を前記測定領域に照射し、前記
    測定領域により反射された反射ビームの少なくとも部分
    を各光路の前記所定位置を経て各光路に導入し反射ビー
    ム中の測定ビーム成分と前記所定位置で反射された戻り
    ビームの基準ビーム成分とをコヒレントに干渉させて、
    前記測定領域の動作に応じて変調された変調ビームを形
    成する手段と、及び 前記変調ビームを復調して前記測定領域の動作を検出す
    る手段とによって構成したことを特徴とする測定対象表
    面の測定領域の動作を検出するための光学測定装置。
  10. （１０）前記成分ビームを前記所定位置に伝搬する手段
    は、各成分ビーム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。
  11. （１１）前記の遅延手段は、測定ビームを所定長の光路
    に導入する手段と、前記基準ビームを前記所定長よりも
    所定の長さ長い光路に導入して、基準ビームに所定の遅
    延時間を付与する手段とによって構成することを特徴と
    する請求項第９項又は第１０項記載の装置。
  12. （１２）前記遅延手段の、測定ビームを光路に導入する
    手段と前記基準ビームを前記測定ビームの光路よりも長
    い光路に導入して遅延させる手段を光ファイバで構成す
    るようにしたことを特徴とする請求項第１１項記載の装
    置。
  13. （１３）前記複数の成分ビームの内の少なくとも一つを
    、各光路の前記所定位置に到達する前に、前記所定時間
    よりも長く、かつ測定領域より反射された一つの成分ビ
    ームの測定ビーム成分が当該成分ビームを伝搬する光路
    の前記所定位置で反射された戻りビームの測定ビーム成
    分及び基準ビームとコヒレントに干渉しない所定の割合
    で遅延する補助遅延手段を設けたことを特徴とする請求
    項第９項乃至第１２項のいづれかに記載の方法。
  14. （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。
  15. （１５）前記成分ビームを前記所定位置に伝搬する手段
    は、複数の相互に分離された光ファイバで構成されてお
    り、光ファイバのうちの第一の光ファイバは所定の長さ
    を有しており、また他の光ファイバの内の第二の光ファ
    イバは前記第一の光ファイバの所定の長さと同じ長さの
    第一の部分と前記所定距離に対して所定の割合となる長
    さを持ち、前記第一の部分に連続して前記補助遅延手段
    を構成する第二の部分を有することを特徴とする請求項
    第１３項記載の装置。
  16. （１６）前記反射ビームと戻りビームを復調器に導入す
    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。
  17. （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することを特徴とする請求
    項第１６項記載の装置。
  18. （１８）前記測定ビームと前記基準ビームの一方の周波
    数を、混合する測定ビームと基準ビームの混合ビームを
    形成する前に所定の搬送ビーム周波数で変調して、測定
    ビームと基準ビームのうちの変調されないビームの周波
    数と異なる周波数とし、測定領域の動作による反射ビー
    ムの変調成分が前記搬送ビーム周波数に重畳させる手段
    を設けたことを特徴とする請求項第９項乃至第１７項の
    いずれかに記載の装置。
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