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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024106521
(43)【公開日】2024-08-08
(54)【発明の名称】レーザー振動計
(51)【国際特許分類】
G01H 9/00 20060101AFI20240801BHJP
【ＦＩ】
G01H9/00 C
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023010815
(22)【出願日】2023-01-27
(71)【出願人】
【識別番号】000000295
【氏名又は名称】沖電気工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100141955
【弁理士】
【氏名又は名称】岡田 宏之
(74)【代理人】
【識別番号】100085419
【弁理士】
【氏名又は名称】大垣 孝
(72)【発明者】
【氏名】山▲崎▼ 佑
(72)【発明者】
【氏名】藤井 亮浩
【テーマコード（参考）】
2G064
【Ｆターム（参考）】
2G064AB01
2G064AB02
2G064BA02
2G064BC12
2G064BD02
2G064CC08
(57)【要約】
【課題】高コスト化や構成の複雑化を避けつつ、分岐数が増えた場合の、ＳＮ比の劣化を防ぐ。
【解決手段】連続光光源、干渉部、光路長差相殺部、測定部、及び、検出部を備えて構成される。連続光光源は、連続光を生成する。光路長差相殺部は、１×Ｍ（Ｍは２以上の整数）の光スイッチである光路長差相殺用光スイッチ、Ｍ本の光路長差相殺用光ファイバ、及び、Ｍ個のミラーを備え、互いに長さが異なる。測定部は、１×Ｎ（ＮはＭより大きい整数）の光スイッチである測定対象物切替用光スイッチ、Ｎ本の測定用光ファイバ、及び、Ｎ個のレンズを備える。
【選択図】図１
【解決手段】連続光光源、干渉部、光路長差相殺部、測定部、及び、検出部を備えて構成される。連続光光源は、連続光を生成する。光路長差相殺部は、１×Ｍ（Ｍは２以上の整数）の光スイッチである光路長差相殺用光スイッチ、Ｍ本の光路長差相殺用光ファイバ、及び、Ｍ個のミラーを備え、互いに長さが異なる。測定部は、１×Ｎ（ＮはＭより大きい整数）の光スイッチである測定対象物切替用光スイッチ、Ｎ本の測定用光ファイバ、及び、Ｎ個のレンズを備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
連続光光源、干渉部、光路長差相殺部、測定部、及び、検出部を備え、
前記連続光光源は、連続光を生成し、
前記干渉部は、
前記連続光を、参照光とプローブ光とに分岐して、前記プローブ光を、前記測定部を経て測定対象物に照射し、及び、
前記測定対象物における散乱光と、前記参照光とを合波して干渉光を生成し、
前記検出部は、前記干渉光に基づいて、前記測定対象物の振動の情報を取得し、
前記光路長差相殺部は、
１×Ｍ（Ｍは２以上の整数）の光スイッチである光路長差相殺用光スイッチ、Ｍ本の光路長差相殺用光ファイバ、及び、Ｍ個の光路長差相殺用ミラーを備え、
Ｍ本の光路長差相殺用光ファイバの一端が、それぞれ、光路長差相殺用光スイッチのＭの第２ポートのいずれかに接続され、他端が、Ｍ個の光路長差相殺用ミラーのいずれかに光学的に接続され、
Ｍ本の前記光路長差相殺用光ファイバは、互いに長さが異なり、並びに、
前記プローブ光又は前記参照光を、前記干渉部から受け取り、第ｍ（ｍは１以上Ｍ以下の整数）の前記光路長差相殺用光ファイバを経て第ｍの前記光路長差相殺用ミラーで反射させ、第ｍの前記光路長差相殺用ミラーで反射した前記プローブ光又は前記参照光を、第ｍの前記光路長差相殺用光ファイバを経て干渉部に送り、
前記測定部は、
１×Ｎ（ＮはＭより大きい整数）の光スイッチである測定対象物切替用光スイッチ、Ｎ本の測定用光ファイバ、及び、Ｎ個のレンズを備え、
Ｎ本の測定用光ファイバの一端が、それぞれ、測定対象物切替用光スイッチのＮの第２ポートのいずれかに接続され、他端が、Ｎ個のレンズのいずれかに光学的に接続され、
前記Ｎ本の測定用光ファイバの長さは、複数の値をとり、並びに、
前記プローブ光を第ｎ（ｎは１以上Ｎ以下の整数）の前記測定用光ファイバ及び第ｎの前記レンズを経て測定対象物に照射し、前記測定対象物での散乱光を、第ｎの前記レンズ及び第ｎの前記測定用光ファイバを経て干渉部に送る
ことを特徴とするレーザー振動計。
前記連続光光源は、連続光を生成し、
前記干渉部は、
前記連続光を、参照光とプローブ光とに分岐して、前記プローブ光を、前記測定部を経て測定対象物に照射し、及び、
前記測定対象物における散乱光と、前記参照光とを合波して干渉光を生成し、
前記検出部は、前記干渉光に基づいて、前記測定対象物の振動の情報を取得し、
前記光路長差相殺部は、
１×Ｍ（Ｍは２以上の整数）の光スイッチである光路長差相殺用光スイッチ、Ｍ本の光路長差相殺用光ファイバ、及び、Ｍ個の光路長差相殺用ミラーを備え、
Ｍ本の光路長差相殺用光ファイバの一端が、それぞれ、光路長差相殺用光スイッチのＭの第２ポートのいずれかに接続され、他端が、Ｍ個の光路長差相殺用ミラーのいずれかに光学的に接続され、
Ｍ本の前記光路長差相殺用光ファイバは、互いに長さが異なり、並びに、
前記プローブ光又は前記参照光を、前記干渉部から受け取り、第ｍ（ｍは１以上Ｍ以下の整数）の前記光路長差相殺用光ファイバを経て第ｍの前記光路長差相殺用ミラーで反射させ、第ｍの前記光路長差相殺用ミラーで反射した前記プローブ光又は前記参照光を、第ｍの前記光路長差相殺用光ファイバを経て干渉部に送り、
前記測定部は、
１×Ｎ（ＮはＭより大きい整数）の光スイッチである測定対象物切替用光スイッチ、Ｎ本の測定用光ファイバ、及び、Ｎ個のレンズを備え、
Ｎ本の測定用光ファイバの一端が、それぞれ、測定対象物切替用光スイッチのＮの第２ポートのいずれかに接続され、他端が、Ｎ個のレンズのいずれかに光学的に接続され、
前記Ｎ本の測定用光ファイバの長さは、複数の値をとり、並びに、
前記プローブ光を第ｎ（ｎは１以上Ｎ以下の整数）の前記測定用光ファイバ及び第ｎの前記レンズを経て測定対象物に照射し、前記測定対象物での散乱光を、第ｎの前記レンズ及び第ｎの前記測定用光ファイバを経て干渉部に送る
ことを特徴とするレーザー振動計。
【請求項2】
前記干渉部は、第１カプラ、第２カプラ、サーキュレータ、光路長調整部、及び、周波数シフタを備え、
前記第１カプラは、前記干渉部に送られた連続光を、プローブ光と参照光に分岐し、
前記サーキュレータは、前記第１カプラから受け取ったプローブ光を前記光路長差相殺部に送り、
前記サーキュレータは、前記光路長差相殺部から受け取ったプローブ光を前記測定部に送り、
前記サーキュレータは、前記測定部から受け取った散乱光を前記第２カプラに送り、
前記周波数シフタは、前記第１カプラから前記光路長調整部を経て受け取った参照光を周波数シフトして、前記第２カプラに送り、
前記第２カプラは、前記サーキュレータから受け取った散乱光と、前記周波数シフタから受け取った参照光を合波して、干渉光を生成する
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザー振動計。
前記第１カプラは、前記干渉部に送られた連続光を、プローブ光と参照光に分岐し、
前記サーキュレータは、前記第１カプラから受け取ったプローブ光を前記光路長差相殺部に送り、
前記サーキュレータは、前記光路長差相殺部から受け取ったプローブ光を前記測定部に送り、
前記サーキュレータは、前記測定部から受け取った散乱光を前記第２カプラに送り、
前記周波数シフタは、前記第１カプラから前記光路長調整部を経て受け取った参照光を周波数シフトして、前記第２カプラに送り、
前記第２カプラは、前記サーキュレータから受け取った散乱光と、前記周波数シフタから受け取った参照光を合波して、干渉光を生成する
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザー振動計。
【請求項3】
前記光路長調整部は、光路長調整用光ファイバを備えて構成され、
前記光路長調整用光ファイバの一端が前記第１カプラに接続され、他端が前記周波数シフタに接続される
ことを特徴とする請求項２に記載のレーザー振動計。
前記光路長調整用光ファイバの一端が前記第１カプラに接続され、他端が前記周波数シフタに接続される
ことを特徴とする請求項２に記載のレーザー振動計。
【請求項4】
前記光路長調整部は、光路長調整用サーキュレータ、光路長調整用光ファイバ及び光路長調整用ミラーを備えて構成され、
前記光路長調整用サーキュレータの第１ポートは、前記第１カプラに接続され、
前記光路長調整用サーキュレータの第２ポートは、前記光路長調整用光ファイバの一端に接続され、
前記光路長調整用サーキュレータの第３ポートは、前記周波数シフタに接続され、
前記光路長調整用光ファイバの他端は、前記ミラーに光学的に接続され、
前記光路長調整用サーキュレータの、第ｊ（ｊは１又は２）ポートに入力された光は、第ｊ＋１ポートから出力される
ことを特徴とする請求項２に記載のレーザー振動計。
前記光路長調整用サーキュレータの第１ポートは、前記第１カプラに接続され、
前記光路長調整用サーキュレータの第２ポートは、前記光路長調整用光ファイバの一端に接続され、
前記光路長調整用サーキュレータの第３ポートは、前記周波数シフタに接続され、
前記光路長調整用光ファイバの他端は、前記ミラーに光学的に接続され、
前記光路長調整用サーキュレータの、第ｊ（ｊは１又は２）ポートに入力された光は、第ｊ＋１ポートから出力される
ことを特徴とする請求項２に記載のレーザー振動計。
【請求項5】
前記光路長調整部は、偏波ビームスプリッタ、光路長調整用光ファイバ、ファラデーローテーターミラーを備えて構成され、
前記偏波ビームスプリッタの第１ポートは、前記第１カプラに接続され、
前記偏波ビームスプリッタの第２ポートは、前記光路長調整用光ファイバの一端に接続され、
前記偏波ビームスプリッタの第３ポートは、前記周波数シフタに接続され、
前記光路長調整用光ファイバの他端は、ファラデーローテーターミラーに光学的に接続され、
前記偏波ビームスプリッタの第１ポートに入力された光が、前記偏波ビームスプリッタを透過して、前記第２ポートから出力されるとき、
前記偏波ビームスプリッタの第２ポートに入力される、前記偏波ビームスプリッタの第１ポートに入力された光と偏光状態が９０度回転している光が、前記偏波ビームスプリッタで反射して、前記第３ポートから出力される
ことを特徴とする請求項２に記載のレーザー振動計。
前記偏波ビームスプリッタの第１ポートは、前記第１カプラに接続され、
前記偏波ビームスプリッタの第２ポートは、前記光路長調整用光ファイバの一端に接続され、
前記偏波ビームスプリッタの第３ポートは、前記周波数シフタに接続され、
前記光路長調整用光ファイバの他端は、ファラデーローテーターミラーに光学的に接続され、
前記偏波ビームスプリッタの第１ポートに入力された光が、前記偏波ビームスプリッタを透過して、前記第２ポートから出力されるとき、
前記偏波ビームスプリッタの第２ポートに入力される、前記偏波ビームスプリッタの第１ポートに入力された光と偏光状態が９０度回転している光が、前記偏波ビームスプリッタで反射して、前記第３ポートから出力される
ことを特徴とする請求項２に記載のレーザー振動計。
【請求項6】
光路長差相殺用光スイッチの第ｍの第２ポートから出力され、再び、第ｍの第２ポートに入力されるまでの光路長がＬＳ’ｍであり、
測定対象物切替用光スイッチの第ｎの第２ポートから出力され、再び、第ｎの第２ポートに入力されるまでの光路長がＬＳｎであり、
信号光が伝播する光路の共通部分の光路長がＬＳであり、
参照光の光路長がＬＬＯであるとき、
ＬＳ’１＜ＬＳ’２＜…＜ＬＳ’Ｍであり、
ＬＳ１≦ＬＳ２≦…≦ＬＳＮであり、
ＬＬＯ＝ＬＳ＋ＬＳＮであり、
ＬＳ’ｍ＝（ＬＳＮ－ＬＳ１）／（Ｍ－１）×（ｍ－１）である
ことを特徴とする請求項２～５のいずれか一項に記載のレーザー振動計。
測定対象物切替用光スイッチの第ｎの第２ポートから出力され、再び、第ｎの第２ポートに入力されるまでの光路長がＬＳｎであり、
信号光が伝播する光路の共通部分の光路長がＬＳであり、
参照光の光路長がＬＬＯであるとき、
ＬＳ’１＜ＬＳ’２＜…＜ＬＳ’Ｍであり、
ＬＳ１≦ＬＳ２≦…≦ＬＳＮであり、
ＬＬＯ＝ＬＳ＋ＬＳＮであり、
ＬＳ’ｍ＝（ＬＳＮ－ＬＳ１）／（Ｍ－１）×（ｍ－１）である
ことを特徴とする請求項２～５のいずれか一項に記載のレーザー振動計。
【請求項7】
前記干渉部は、第１カプラ、第２カプラ、第１サーキュレータ、第２サーキュレータ、光路長調整部、及び、周波数シフタを備え、
前記第１カプラは、前記干渉部に送られた連続光を、プローブ光と参照光に分岐し、
前記第１サーキュレータは、前記第１カプラから前記光路長調整部を経て受け取ったプローブ光を前記測定部に送り、
前記第１サーキュレータは、前記測定部から受け取った散乱光を前記第２カプラに送り、
前記第２サーキュレータは、前記第１カプラから受け取った参照光を前記光路長差相殺部に送り、
前記第２サーキュレータは、前記光路長差相殺部から受け取ったプローブ光を前記周波数シフタに送り、
前記周波数シフタは、前記第２サーキュレータから受け取った参照光を周波数シフトして、前記第２カプラに送り、
前記第２カプラは、前記サーキュレータから受け取った散乱光と、前記周波数シフタから受け取った参照光を合波して、干渉光を生成する
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザー振動計。
前記第１カプラは、前記干渉部に送られた連続光を、プローブ光と参照光に分岐し、
前記第１サーキュレータは、前記第１カプラから前記光路長調整部を経て受け取ったプローブ光を前記測定部に送り、
前記第１サーキュレータは、前記測定部から受け取った散乱光を前記第２カプラに送り、
前記第２サーキュレータは、前記第１カプラから受け取った参照光を前記光路長差相殺部に送り、
前記第２サーキュレータは、前記光路長差相殺部から受け取ったプローブ光を前記周波数シフタに送り、
前記周波数シフタは、前記第２サーキュレータから受け取った参照光を周波数シフトして、前記第２カプラに送り、
前記第２カプラは、前記サーキュレータから受け取った散乱光と、前記周波数シフタから受け取った参照光を合波して、干渉光を生成する
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザー振動計。
【請求項8】
前記光路長調整部は、光路長調整用光ファイバを備えて構成され、
前記光路長調整用光ファイバの一端が前記第１カプラに接続され、他端が前記第１サーキュレータに接続される
ことを特徴とする請求項７に記載のレーザー振動計。
前記光路長調整用光ファイバの一端が前記第１カプラに接続され、他端が前記第１サーキュレータに接続される
ことを特徴とする請求項７に記載のレーザー振動計。
【請求項9】
前記光路長調整部は、光路長調整用サーキュレータ、光路長調整用光ファイバ及び光路長調整用ミラーを備えて構成され、
前記光路長調整用サーキュレータの第１ポートは、前記第１カプラに接続され、
前記光路長調整用サーキュレータの第２ポートは、前記光路長調整用光ファイバの一端に接続され、
前記光路長調整用サーキュレータの第３ポートは、前記第１サーキュレータに接続され、
前記光路長調整用光ファイバの他端は、光路長調整用ミラーに光学的に接続され、
前記光路長調整用サーキュレータの、第ｊ（ｊは１又は２）ポートに入力された光は、第ｊ＋１ポートから出力される
ことを特徴とする請求項７に記載のレーザー振動計。
前記光路長調整用サーキュレータの第１ポートは、前記第１カプラに接続され、
前記光路長調整用サーキュレータの第２ポートは、前記光路長調整用光ファイバの一端に接続され、
前記光路長調整用サーキュレータの第３ポートは、前記第１サーキュレータに接続され、
前記光路長調整用光ファイバの他端は、光路長調整用ミラーに光学的に接続され、
前記光路長調整用サーキュレータの、第ｊ（ｊは１又は２）ポートに入力された光は、第ｊ＋１ポートから出力される
ことを特徴とする請求項７に記載のレーザー振動計。
【請求項10】
前記光路長調整部は、偏波ビームスプリッタ、光路長調整用光ファイバ、ファラデーローテーターミラーを備えて構成され、
前記偏波ビームスプリッタの第１ポートは、前記第１カプラに接続され、
前記偏波ビームスプリッタの第２ポートは、前記光路長調整用光ファイバの一端に接続され、
前記偏波ビームスプリッタの第３ポートは、前記第１サーキュレータに接続され、
前記光ファイバの他端は、ファラデーローテーターミラーに光学的に接続され、
前記偏波ビームスプリッタの第１ポートに入力された光が、前記偏波ビームスプリッタを透過して、前記第２ポートから出力されるとき、
前記偏波ビームスプリッタの第２ポートに入力される、前記偏波ビームスプリッタの第１ポートに入力された光と偏光状態が９０度回転している光が、前記偏波ビームスプリッタで反射して、前記第３ポートから出力される
ことを特徴とする請求項７に記載のレーザー振動計。
前記偏波ビームスプリッタの第１ポートは、前記第１カプラに接続され、
前記偏波ビームスプリッタの第２ポートは、前記光路長調整用光ファイバの一端に接続され、
前記偏波ビームスプリッタの第３ポートは、前記第１サーキュレータに接続され、
前記光ファイバの他端は、ファラデーローテーターミラーに光学的に接続され、
前記偏波ビームスプリッタの第１ポートに入力された光が、前記偏波ビームスプリッタを透過して、前記第２ポートから出力されるとき、
前記偏波ビームスプリッタの第２ポートに入力される、前記偏波ビームスプリッタの第１ポートに入力された光と偏光状態が９０度回転している光が、前記偏波ビームスプリッタで反射して、前記第３ポートから出力される
ことを特徴とする請求項７に記載のレーザー振動計。
【請求項11】
光路長差相殺用光スイッチの第ｍの第２ポートから出力され、再び、第ｍの第２ポートに入力されるまでの光路長がＬＬＯｍであり、
測定対象物切替用光スイッチの第ｎの第２ポートから出力され、再び、第ｎの第２ポートに入力されるまでの光路長がＬＳｎであり、
プローブ光及び散乱光が伝播する光路の共通部分の光路長がＬＳであり、
参照光が伝播する光路の共通部分の光路長がＬＬＯであるとき、
ＬＬＯ１＜ＬＬＯ２＜…＜ＬＬＯＭであり、
ＬＳ１≦ＬＳ２≦…≦ＬＳＮであり、
ＬＳ＝ＬＬＯであり、
ＬＬＯｍ＝ＬＳＮ／（Ｍ－１）×（ｍ－１）である
ことを特徴とする請求項７～１０のいずれか一項に記載のレーザー振動計。
測定対象物切替用光スイッチの第ｎの第２ポートから出力され、再び、第ｎの第２ポートに入力されるまでの光路長がＬＳｎであり、
プローブ光及び散乱光が伝播する光路の共通部分の光路長がＬＳであり、
参照光が伝播する光路の共通部分の光路長がＬＬＯであるとき、
ＬＬＯ１＜ＬＬＯ２＜…＜ＬＬＯＭであり、
ＬＳ１≦ＬＳ２≦…≦ＬＳＮであり、
ＬＳ＝ＬＬＯであり、
ＬＬＯｍ＝ＬＳＮ／（Ｍ－１）×（ｍ－１）である
ことを特徴とする請求項７～１０のいずれか一項に記載のレーザー振動計。
【請求項12】
測定対象物切替用光スイッチのＮの第２ポートのそれぞれについて、
前記干渉光の包絡線強度が最も大きくなるように、光路長差相殺用光スイッチの第２ポートが選択される
ことを特徴とする請求項２又は７に記載のレーザー振動計。
前記干渉光の包絡線強度が最も大きくなるように、光路長差相殺用光スイッチの第２ポートが選択される
ことを特徴とする請求項２又は７に記載のレーザー振動計。
【請求項13】
前記測定対象物切替用光スイッチと、前記光路長差相殺用光スイッチは、同期して切り替えられる
ことを特徴とする請求項１２に記載のレーザー振動計。
ことを特徴とする請求項１２に記載のレーザー振動計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、レーザー振動計に関する。
【背景技術】
【0002】
先ず、レーザー振動計の概要を説明する（例えば、特許文献１参照）。
【0003】
レーザー振動計では、連続光光源で生成された連続光を分波し、一方をプローブ光、他方を参照光とする。プローブ光を測定対象物に当てると、プローブ光は測定対象物で散乱して、散乱光となる。散乱光には、測定対象物の振動状態に応じてドップラー効果による周波数シフトが生じ、この周波数シフトが位相変化として現れる。従って、対象によって与えられた位相変化を測定できれば、測定対象物の振動状態を知ることができる。
【0004】
一般に、位相情報の抽出には、互いに波長の異なる、散乱光と参照光との干渉縞を光電変換器で検出するヘテロダイン検波が用いられる。
【0005】
工場などにおいて、広範囲にわたって多数の機器の振動測定を安価に行う方法として、多点型のレーザー振動計がある（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に開示されている技術では、複数個のセンサヘッドを、複数ポートの光スイッチとそれぞれ光ファイバで接続し、時間ごとに光路を切り替えることで多点での計測を実現している。
【0006】
上述のように、レーザー振動計では、信号光と参照光との干渉を利用している。このため、コヒーレンスが低下することは、結果的に測定結果の信号雑音（ＳＮ：Ｓｉｇｎａｌ－Ｎｏｉｓｅ）比が劣化することを意味する。コヒーレンスは、干渉させる２つの光の光路長が同じ時に最も高く、光路長差が大きくなるにつれて低下していく。
【0007】
一般的には、光スイッチから測定対象物までの距離が大きいため、プローブ光及び散乱光の光路長の方が、参照光の光路長よりも長くなる。従って、参照光の光路に十分な長さの光ファイバを接続しておき、光スイッチから測定対象物までの距離に応じて、プローブ光及び散乱光が伝播する光ファイバの長さを調整するのが望ましい。
【0008】
しかし、光スイッチから測定対象物までの距離は、それぞれ異なっている。従って、多点型のレーザー振動計において、各ポートに同じ長さの光ファイバを接続しておくのは取り回しの不便さがある。そのため測定対象物までの距離に応じた長さの光ファイバをそれぞれ用意することになるが、特許文献２に開示されている構成では、全ての測定対象物に対して光路長を合わせることはできない。
【0009】
測定対象物までの距離が互いに異なる複数の光路に対して、光路長を合わせる方法として、光路長差相殺用の光路を複数用意しておき、状況に応じて切り替えることで光路長差を最小にする構成がある（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】特開２００１－１５９５６０号公報
【特許文献2】特開２０２１－０５６０９１号公報
【特許文献2】特開平７－１２０３０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
ここで、特許文献３には、光路長差相殺用の光路の選択に、２台の光スイッチを用いる例や、分波器及び合波器を用いる例が、開示されている。しかし、２台の光スイッチを用いる場合は、レーザードップラー振動計が高価になるという問題がある。また、分波器及び合波器を用いる場合は、分岐数が増えるにつれて光強度が低下するので、信号のＳＮ比が劣化するという問題がある。
【0012】
この発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものである。この発明の目的は、高コスト化や構成の複雑化を避けつつ、分岐数が増えた場合の、ＳＮ比の劣化を防ぐレーザー振動計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0013】
上述した目的を達成するために、この発明のレーザー振動計は、連続光光源、干渉部、光路長差相殺部、測定部、及び、検出部を備えて構成される。連続光光源は、連続光を生成する。干渉部は、連続光を、参照光とプローブ光とに分岐して、プローブ光を、測定部を経て測定対象物に照射し、及び、測定対象物における散乱光と、参照光とを合波して干渉光を生成する。検出部は、干渉光に基づいて、測定対象物の振動の情報を取得する。
【0014】
光路長差相殺部は、１×Ｍ（Ｍは２以上の整数）の光スイッチである光路長差相殺用光スイッチ、Ｍ本の光路長差相殺用光ファイバ、及び、Ｍ個の光路長差相殺用ミラーを備え、Ｍ本の光路長差相殺用光ファイバの一端が、それぞれ、光路長差相殺用光スイッチのＭの第２ポートのいずれかに接続され、他端が、Ｍ個の光路長差相殺用ミラーのいずれかに光学的に接続され、Ｍ本の光路長差相殺用光ファイバは、互いに長さが異なり、及び、プローブ光又は参照光を、干渉部から受け取り、第ｍ（ｍは１以上Ｍ以下の整数）の光路長差測定用光ファイバを経て第ｍの光路長差相殺用ミラーで反射させ、第ｍの光路長差相殺用ミラーで反射したプローブ光又は参照光を、第ｍの光路長差相殺用光ファイバを経て干渉部に送る。
【0015】
測定部は、１×Ｎ（ＮはＭより大きい整数）の光スイッチである測定対象物切替用光スイッチ、Ｎ本の測定用光ファイバ、及び、Ｎ個のレンズを備える。Ｎ本の測定用光ファイバの一端が、それぞれ、測定対象物切替用光スイッチのＮの第２ポートのいずれかに接続され、他端が、Ｎ個のレンズのいずれかに光学的に接続され、Ｎ本の測定用光ファイバの長さは、複数の値をとる。プローブ光を第ｎ（ｎは１以上Ｎ以下の整数）の測定用光ファイバ及び第ｎのレンズを経て測定対象物に照射し、測定対象物での散乱光を、第ｎのレンズ及び第ｎの測定用光ファイバを経て干渉部に送る。
【0016】
上述のレーザー振動計の好適実施形態によれば、干渉部は、第１カプラ、第２カプラ、サーキュレータ、光路長調整部、及び、周波数シフタを備える。第１カプラは、干渉部に送られた連続光を、プローブ光と参照光に分岐する。サーキュレータは、第１カプラから受け取ったプローブ光を光路長差相殺部に送る。サーキュレータは、光路長差相殺部から受け取ったプローブ光を測定部に送り、サーキュレータは、測定部から受け取った散乱光を第２カプラに送り、周波数シフタは、第１カプラから光路長調整部を経て受け取った参照光を周波数シフトして、第２カプラに送る。第２カプラは、サーキュレータから受け取った散乱光と、周波数シフタから受け取った参照光を合波して、干渉光を生成する。
【0017】
ここで、光路長調整部は、光路長調整用光ファイバを備えて構成され、光路長調整用光ファイバの一端が第１カプラに接続され、他端が周波数シフタに接続される構成にできる。
【0018】
また、光路長調整部は、光路長調整用サーキュレータ、光路長調整用光ファイバ及び光路長調整用ミラーを備えて構成され、光路長調整用サーキュレータの第１ポートは、第１カプラに接続され、光路長調整用サーキュレータの第２ポートは、光路長調整用光ファイバの一端に接続され、光路長調整用サーキュレータの第３ポートは、周波数シフタに接続され、光路長調整用光ファイバの他端は、光路長調整用ミラーに光学的に接続され、光路長調整用サーキュレータの、第ｊ（ｊは１又は２）ポートに入力された光は、第ｊ＋１ポートから出力される構成にできる。
【0019】
また、光路長調整部は、偏波ビームスプリッタ、光路長調整用光ファイバ、ファラデーローテーターミラーを備えて構成され、偏波ビームスプリッタの第１ポートは、第１カプラに接続され、偏波ビームスプリッタの第２ポートは、光路長調整用光ファイバの一端に接続され、偏波ビームスプリッタの第３ポートは、周波数シフタに接続され、光路長調整用光ファイバの他端は、ファラデーローテーターミラーに光学的に接続される構成にできる。偏波ビームスプリッタは、第１ポートに入力された光が透過して第２ポートから出力されるとき、第２ポートに入力される、第１ポートに入力された光と偏光状態が９０度回転している光が、反射して、第３ポートから出力される。
【0020】
ここで、光路長差相殺用光スイッチの第ｍの第２ポートから出力され、再び、第ｍの第２ポートに入力されるまでの光路長がＬＳ’ｍであり、測定対象物切替用光スイッチの第ｎの第２ポートから出力され、再び、第ｎの第２ポートに入力されるまでの光路長がＬＳｎであり、信号光が伝播する光路の共通部分の光路長がＬＳであり、参照光の光路長がＬＬＯであるとき、ＬＳ’１＜ＬＳ’２＜…＜ＬＳ’Ｍであり、ＬＳ１≦ＬＳ２≦…≦ＬＳＮであり、ＬＬＯ＝ＬＳ＋ＬＳＮであり、ＬＳ’ｍ＝（ＬＳＮ－ＬＳ１）／（Ｍ－１）×（ｍ－１）であるのがよい。
【0021】
また、上述のレーザー振動計の好適実施形態によれば、干渉部は、第１カプラ、第２カプラ、第１サーキュレータ、第２サーキュレータ、光路長調整部、及び、周波数シフタを備える。
【0022】
第１カプラは、干渉部に送られた連続光を、プローブ光と参照光に分岐し、第１サーキュレータは、第１カプラから光路長調整部を経て受け取ったプローブ光を測定部に送り、第１サーキュレータは、測定部から受け取った散乱光を第２カプラに送り、第２サーキュレータは、第１カプラから受け取った参照光を光路長差相殺部に送り、第２サーキュレータは、光路長差相殺部から受け取ったプローブ光を周波数シフタに送り、周波数シフタは、第２サーキュレータから受け取った参照光を周波数シフトして、第２カプラに送り、第２カプラは、第１サーキュレータから受け取った散乱光と、周波数シフタから受け取った参照光を合波して、干渉光を生成する。
【0023】
ここで、光路長調整部は、光路長調整用光ファイバを備えて構成され、光路長調整用光ファイバの一端が第１カプラに接続され、他端が第１サーキュレータに接続される構成にできる。
【0024】
また、光路長調整部は、光路長調整用サーキュレータ、光路長調整用光ファイバ及び光路長調整用ミラーを備えて構成され、光路長調整用サーキュレータの第１ポートは、第１カプラに接続され、光路長調整用サーキュレータの第２ポートは、光路長調整用光ファイバの一端に接続され、光路長調整用サーキュレータの第３ポートは、第１サーキュレータに接続され。光路長調整用光ファイバの他端は、光路長調整用ミラーに光学的に接続され、光路長調整用サーキュレータの、第ｊポートに入力された光は、第ｊ＋１ポートから出力される構成にできる。
【0025】
また、光路長調整部は、偏波ビームスプリッタ、光路長調整用光ファイバ、ファラデーローテーターミラーを備えて構成され、偏波ビームスプリッタの第１ポートは、第１カプラに接続され、偏波ビームスプリッタの第２ポートは、光路長調整用光ファイバの一端に接続され、偏波ビームスプリッタの第３ポートは、第１サーキュレータに接続され、光路長調整用光ファイバの他端は、ファラデーローテーターミラーに光学的に接続される構成にできる。
【0026】
ここで、光路長差相殺用光スイッチの第ｍの第２ポートから出力され、再び、第ｍの第２ポートに入力されるまでの光路長がＬＬＯｍであり、測定対象物切替用光スイッチの第ｎの第２ポートから出力され、再び、第ｎの第２ポートに入力されるまでの光路長がＬＳｎであり、プローブ光及び散乱光が伝播する光路の共通部分の光路長がＬＳであり、参照光が伝播する光路の共通部分の光路長がＬＬＯであるとき、ＬＳ１≦ＬＳ２≦…≦ＬＳＮであり、ＬＳ＝ＬＬＯであり、ＬＬＯｍ＝ＬＳＮ／（Ｍ－１）×（ｍ－１）であるのがよい。
【0027】
上述のレーザー振動計のさらなる好適実施形態によれば、測定用光スイッチのＮの第２ポートのそれぞれについて、干渉光の包絡線強度が最も大きくなるように、光路長差相殺用光スイッチの第２ポートが選択される。また、測定用光スイッチと、光路長差相殺用光スイッチは、同期して切り替えられるのがよい。
【発明の効果】
【0028】
この発明のレーザー振動計によれば、高コスト化や構成の複雑化を避けつつ、ＳＮ比の劣化を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【図1】第１振動計を説明するための模式図である。
【図2】第１振動計の動作を説明するための模式図である。
【図3】第２振動計を説明するための模式図である。
【図4】他の構成例１の光路長調整部を説明するための模式図である。
【図5】他の構成例２の光路長調整部を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0030】
以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係については、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。また、特許文献１～３などと共通の構成要素については、公知技術であるので説明を省略することもある。
【0031】
【0032】
第１振動計は、例えば、連続光光源１００、干渉部２００、光路長差相殺部３００、測定部４００、及び、検出部５００を備えて構成される。
【0033】
連続光光源１００は、連続光（レーザー光）を生成して、その連続光を出射する。連続光光源１００から出射された連続光は、干渉部２００に送られる。
【0034】
干渉部２００は、第１カプラ２１２、第２カプラ２１４、サーキュレータ２２０、光路長調整部２３０、周波数シフタ２４０、及び、発振器２５０を備えて構成される。
【0035】
干渉部２００に送られた連続光は、第１カプラ２１２で、プローブ光と参照光に分岐される。プローブ光は、サーキュレータ２２０に送られる。また、参照光は、光路長調整部２３０に送られる。
【0036】
サーキュレータ２２０は、第１～第４ポート２２０－１～４を有する４ポートのサーキュレータである。第ｋ（ｋは１以上３以下の整数）ポート２２０－ｋに入力された光は、第ｋ＋１ポート２２０－（ｋ＋１）から出力される。
【0037】
第１カプラ２１２からサーキュレータ２２０に送られたプローブ光は、第１ポート２２０－１に入力され、第２ポート２２０－２から出力される。サーキュレータ２２０の第２ポート２２０－２から出力されたプローブ光は、光路長差相殺部３００に送られる。
【0038】
光路長差相殺部３００は、光路長差相殺用光スイッチ３１０、Ｍ（Ｍは２以上の整数）本の光路長差相殺用光ファイバ３２０、及び、Ｍ個の光路長差相殺用ミラー３３０を備えて構成される。Ｍ本の光路長差相殺用光ファイバ３２０は、互いに長さが異なっている。
【0039】
光路長差相殺用光スイッチ３１０は、例えば、１×Ｍの光スイッチであり、１の第１ポート３１１と、Ｍの第２ポート３１２を有する。光路長差相殺用光スイッチ３１０では、切り替えにより、Ｍの第２ポート３１２のいずれかが選択される。光路長差相殺用光スイッチ３１０は、第１ポート３１１に入力された光を、選択された第２ポート３１２から出力し、選択された第２ポート３１２から入力された光を、第１ポート３１１から出力する。Ｍ本の光路長差相殺用光ファイバ３２０の一端が、それぞれ、光路長差相殺用光スイッチ３１０のＭの第２ポート３１２のいずれかに接続され、他端が、Ｍ個の光路長差相殺用ミラー３３０のいずれかに光学的に接続されている。
【0040】
光路長差相殺部３００に送られたプローブ光は、光路長差相殺用光スイッチ３１０の第１ポート３１１に入力され、第ｍ（ｍは１以上Ｍ以下の整数）の第２ポート３１２－ｍから出力される。第ｍの第２ポート３１２－ｍから出力されたプローブ光は、第ｍの光路長差相殺用光ファイバ３２０－ｍを伝播し、第ｍの光路長差相殺用ミラー３３０－ｍで反射されたのち、再び、第ｍの光路長差相殺用光ファイバ３２０－ｍを伝播して、光路長差相殺用光スイッチ３１０の第ｍの第２ポート３１２－ｍに入力される。光路長差相殺用光スイッチ３１０の第ｍの第２ポート３１２－ｍに入力されたプローブ光は、第１ポート３１１から出力され、干渉部２００のサーキュレータ２２０に送られる。
【0041】
光路長差相殺部３００からサーキュレータ２２０に送られたプローブ光は、第２ポート２２０－２に入力され、第３ポート２２０－３から出力される。サーキュレータ２２０の第３ポート２２０－３から出力されたプローブ光は、測定部４００に送られる。
【0042】
測定部４００は、測定対象物切替用光スイッチ４１０、Ｎ（ＮはＭより大きい整数）本の測定用光ファイバ４２０、及び、Ｎ個のレンズ４３０を備えて構成される。Ｎ本の測定用光ファイバ４２０の長さは均一ではなく、複数の値をとるものとする。
【0043】
測定対象物切替用光スイッチ４１０は、例えば、１×Ｎの光スイッチであり、１の第１ポート４１１と、Ｎの第２ポート４１２を有する。測定対象物切替用光スイッチ４１０では、切り替えにより、Ｎの第２ポート４１２のいずれかが選択される。測定対象物切替用光スイッチ４１０は、第１ポート４１１に入力された光を、選択された第２ポート４１２から出力し、選択された第２ポート４１２から入力された光を、第１ポート４１１から出力する。Ｎ本の測定用光ファイバ４２０の一端が、それぞれ、測定対象物切替用光スイッチ４１０のＮの第２ポート４１２のいずれかに接続され、他端が、Ｎ個のレンズ４３０のいずれかに光学的に接続されている。
【0044】
測定部４００に送られたプローブ光は、測定対象物切替用光スイッチ４１０の第１ポート４１１に入力され、第ｎ（ｎは１以上Ｎ以下の整数）の第２ポート４１２－ｎから出力される。第ｎの第２ポート４１２－ｎから出力されたプローブ光は、第ｎの測定用光ファイバ４２０－ｎを伝播し、第ｎのレンズ４３０－ｎを経て、第ｎの測定対象物９００－ｎに照射される。
【0045】
プローブ光は、第ｎの測定対象物９００－ｎで散乱したのち、散乱光として、第ｎのレンズ４３０－ｎ、第ｎの測定用光ファイバ４２０－ｎを伝播して、測定対象物切替用光スイッチ４１０の第ｎの第２ポート４１２－ｎに入力される。測定対象物切替用光スイッチ４１０の第ｎの第２ポート４１２－ｎに入力された散乱光は、第１ポート４１１から出力され、干渉部２００のサーキュレータ２２０に送られる。
【0046】
測定部４００からサーキュレータ２２０に送られた散乱光は、第３ポート２２０－３に入力され、第４ポート２２０－４から出力される。サーキュレータ２２０の第４ポート２２０－４から出力された散乱光は、第２カプラ２１４に送られる。
【0047】
一方、参照光は、第１カプラ２１２から、光路長調整部２３０を経て、周波数シフタ２４０に送られる。光路長調整部２３０は、例えば、光路長調整用光ファイバを備えて構成される。この場合、光路長調整用光ファイバの一端が第１カプラ２１２に接続され、他端が周波数シフタ２４０に接続される。
【0048】
周波数シフタ２４０は、例えば、音響光学変調器（ＡＯＭ：Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｏｐｔｉｃ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）で構成される。この場合、参照光は、周波数シフタ２４０において、発振器２５０で生成された角周波数ωの電気信号によって、音響光学変調され、角周波数ωだけ周波数シフトされる。周波数シフタで角周波数ωの周波数シフトを受けた参照光は、第２カプラ２１４に送られる。
【0049】
第２カプラ２１４は、第１の入力ポート、第２の入力ポート、及び、出力ポートを有する。第２カプラ２１４の第１の入力ポートには、サーキュレータ２２０から送られた散乱光が入力される。また、第２カプラ２１４の第２の入力ポートには、周波数シフタ２４０から送られた参照光が入力される。第２カプラ２１４は、第１の入力ポート及び第２の入力ポートを経て入力された、散乱光及び参照光を合波して、干渉光を生成する。干渉光は、検出部５００に送られる。
【0050】
検出部５００は、光検出器５１０、アナログ・ディジタル変換器（ＡＤＣ）５２０及び信号処理部５３０を備えて構成される。光検出器５１０は、光信号である干渉光を電気信号である干渉信号に変換する機能を有する。光検出器５１０として、例えば、フォトダイオード（ＰＤ）を用いることができる。
【0051】
光検出器５１０で生成された干渉信号は、ＡＤＣ５２０に送られる。ＡＤＣ５２０は、アナログ信号である干渉信号を、ディジタル信号に変換して、信号処理部５３０に送る。
【0052】
信号処理部５３０は、ディジタル信号処理を行い、測定対象物の振動の情報を得る。ここで、測定対象物９００の振動を知るためには、位相変化φ（ｔ）が分かればよい。信号処理部５３０については、当業者であれば、干渉信号から位相変化φ（ｔ）を取得する機能を実現するディジタル信号処理回路を構成することは可能である。
【0053】
（第１振動計の動作）
図２を参照して、第１振動計の動作を説明する。図２は、第１振動計の動作を説明するための模式図であり、信号光と参照光の光路長の関係を示している。図２では、上側に、信号光の光路長を示し、下側に、参照光の光路長を示している。ここでは、プローブ光及び散乱光を、信号光と総称する。
図２を参照して、第１振動計の動作を説明する。図２は、第１振動計の動作を説明するための模式図であり、信号光と参照光の光路長の関係を示している。図２では、上側に、信号光の光路長を示し、下側に、参照光の光路長を示している。ここでは、プローブ光及び散乱光を、信号光と総称する。
【0054】
信号光が伝播する光路の共通部分の光路長をＬＳ、参照光の光路長をＬＬＯ、光路長調整用光スイッチ３１０の第ｍの第２ポート３１２－ｍから出力され、再び、第ｍの第２ポート３１２－ｍに入力されるまでの光路長をＬＳ’ｍ、測定対象物切替用光スイッチ４１０の第ｎの第２ポート４１２－ｎから出力され、再び、第ｎの第２ポート４１２－ｎに入力されるまでの光路長をＬＳｎとする。ここで、ＬＳ’１＜ＬＳ’２＜…＜ＬＳ’Ｍとし、ＬＳ１≦ＬＳ２≦…≦ＬＳＮとする。
【0055】
また、信号光が伝播する光路の共通部分は、例えば、第１カプラ２１２から光路長調整用光スイッチ３１０までの光路、光路長調整用光スイッチ３１０から測定対象物切替用光スイッチ４１０までの光路、測定対象物切替用光スイッチ４１０から第２カプラ２１４までの光路である。なお、第１の光路長差相殺用光ファイバ３２０－１を用いない構成にしてもよいし、第１の光路長差相殺用光ファイバ３２０－１の光路長を、信号光が伝播する光路の共通部分の光路長に含めて考えてもよい。この場合、ＬＳ’１＝０と考えることができる。
【0056】
従って、光路長調整用光スイッチ３１０の第ｍの第２ポート３１２－ｍと、測定対象物切替用光スイッチ４０１の第ｎの第２ポート４１２－ｎを通るときの、第１カプラ２１２から第２カプラ２１４までの信号光の光路長は、ＬＳ＋ＬＳｎ＋ＬＳ’ｍとなる。このとき、参照光と信号光の光路長差ΔＬｍｎは、以下の式（１）で与えられる。
【0057】
ΔＬｍｎ＝｜ＬＳ＋ＬＳｎ＋ＬＳ’ｍ－ＬＬＯ｜ （１）
ここで、ＬＬＯ＝ＬＳ＋ＬＳＮとなるように、光路長調整部２３０における光路長を設定すると、上記式（１）は、以下の式（２）となる。
ここで、ＬＬＯ＝ＬＳ＋ＬＳＮとなるように、光路長調整部２３０における光路長を設定すると、上記式（１）は、以下の式（２）となる。
【0058】
ΔＬｍｎ＝｜ＬＳ’ｍ－（ＬＳＮ－ＬＳｎ）｜ （２）
仮に、光路長差相殺用光ファイバ３２０を伝搬する光の最大の光路長（ＬＳ’Ｍ）が、測定用光ファイバ４２０を伝搬する光の最大の光路長（ＬＳＮ）と、最小の光路長（ＬＳ１）の差と等しくなるように、すなわち、ＬＳ’Ｍ＝ＬＳＮ－ＬＳ１となるように設定し、さらに、以下の式（３）となるように設定すると、測定対象物切替用光スイッチ４１０の第２ポート４１２のいずれを選択しても、光路長調整用光スイッチ３１０の第２ポート３１２－ｍを適切に選択すれば、以下の式（４）が得られる。
仮に、光路長差相殺用光ファイバ３２０を伝搬する光の最大の光路長（ＬＳ’Ｍ）が、測定用光ファイバ４２０を伝搬する光の最大の光路長（ＬＳＮ）と、最小の光路長（ＬＳ１）の差と等しくなるように、すなわち、ＬＳ’Ｍ＝ＬＳＮ－ＬＳ１となるように設定し、さらに、以下の式（３）となるように設定すると、測定対象物切替用光スイッチ４１０の第２ポート４１２のいずれを選択しても、光路長調整用光スイッチ３１０の第２ポート３１２－ｍを適切に選択すれば、以下の式（４）が得られる。
【0059】
ＬＳ’ｍ＝ＬＳ’Ｍ／（Ｍ－１）×（ｍ－１）
＝（ＬＳＮ－ＬＳ１）／（Ｍ－１）×（ｍ－１） （３）
ΔＬｍｎ≦ＬＳ’Ｍ／｛２（Ｍ－１）｝ （４）
すなわち、参照光と信号光の光路長差ΔＬｍｎは、隣接する光路長差相殺用光ファイバ３２０を伝搬する光の光路長差（ＬＳ’Ｍ／（Ｍ－１））の１／２以下となる。
＝（ＬＳＮ－ＬＳ１）／（Ｍ－１）×（ｍ－１） （３）
ΔＬｍｎ≦ＬＳ’Ｍ／｛２（Ｍ－１）｝ （４）
すなわち、参照光と信号光の光路長差ΔＬｍｎは、隣接する光路長差相殺用光ファイバ３２０を伝搬する光の光路長差（ＬＳ’Ｍ／（Ｍ－１））の１／２以下となる。
【0060】
以上説明したように、第１振動計によれば、測定対象物までの全ての光路に対して、測定用光ファイバの本数（Ｎ本）よりも少ない本数（Ｍ本：Ｍ＜Ｎ）の光路長差相殺用光ファイバで、光路長差を相殺して小さくできる。これにより、コヒーレンスの低下を防ぎ、計測結果のＳＮ比の劣化を抑制する効果が得られる。また、測定用光ファイバの本数と同じ本数の光路長差相殺用光ファイバを用いる場合に比べて、光ファイバの取り回しは容易である。
【0061】
さらに、光路長差相殺に用いる光スイッチが１であるため、従来技術と比べて低コスト化と装置の簡易化が可能となる。また、光路長差相殺のために光を分岐しないので、光路長差相殺用光ファイバの本数が多くなった場合であっても、光強度が低下しない。
【0062】
なお、光路長差相殺のために選択する光路長差相殺用光ファイバ３２０は、測定対象物切替用光スイッチ４１０から測定対象物までの距離に応じて前もって決めておけばよい。第１振動計のように、信号光と参照光のヘテロダイン検波により、位相変化を測定する場合は、検出部５００において、干渉光の包絡線強度が最も大きくなるように、光路長差相殺用光スイッチの第２ポートを選択すればよい。
【0063】
また、測定対象物切替用光スイッチ４１０の切替に同期して、光路長差相殺用光スイッチ３１０の切替を行えば、適切に、各測定対象物９００までの光路長差を相殺することができる。
【0064】
【0065】
第２振動計は、例えば、連続光光源１００、干渉部２０２、光路長差相殺部３００、測定部４００、及び、検出部５００を備えて構成される。連続光光源１００、光路長差相殺部３００、測定部４００、及び、検出部５００は、第１振動計と同様に構成されるので、重複する説明を省略する。
【0066】
干渉部２０２は、第１カプラ２１２、第２カプラ２１４、第１サーキュレータ２２２、第２サーキュレータ２２４、光路長調整部２３２、周波数シフタ２４０、及び、発振器２５０を備えて構成される。第１サーキュレータ２２２及び第２サーキュレータ２２４は、第１～第３ポートを有する３ポートのサーキュレータである。第ｊ（ｊは１又は２）ポートに入力された光は、第ｊ＋１ポートから出力される。
【0067】
干渉部２０２に送られた連続光は、第１カプラ２１２で、プローブ光と参照光に分岐される。プローブ光は、光路長調整部２３２を経て、第１サーキュレータ２２２に送られる。また、参照光は、第２サーキュレータ２２４に送られる。
【0068】
光路長調整部２３２は、例えば、光ファイバを備えて構成される。この場合、光ファイバの一端が第１カプラ２１２に接続され、他端が第１サーキュレータ２２２に接続される。
【0069】
第１カプラ２１２から光路長調整部２３２を経て第１サーキュレータ２２２に送られたプローブ光は、第１ポート２２２－１に入力され、第２ポート２２２－２から出力される。第１サーキュレータ２２２の第２ポート２２２－２から出力されたプローブ光は、測定部４００に送られる。
【0070】
測定部４００に送られたプローブ光は、測定対象物９００に照射されて、測定対象物９００で散乱し、散乱光として、干渉部２０２の第１サーキュレータ２２２に送られる。
【0071】
測定部４００から第１サーキュレータ２２２に送られた散乱光は、第２ポート２２２－２に入力され、第３ポート２２２－３から出力される。第１サーキュレータ２２２の第３ポート２２２－３から出力された光は、第２カプラ２１４に送られる。
【0072】
一方、第１カプラ２１２から第２サーキュレータ２２４に送られた参照光は、第１ポート２２４－１に入力され、第２ポート２２４－２から出力される。第２サーキュレータ２２４の第２ポート２２４－２から出力された光は、光路長差相殺部３００に送られる。
【0073】
光路長差相殺部３００に送られた信号光は、光路長差相殺部３００を伝搬して、干渉部２０２の第２サーキュレータ２２４に送られる。
【0074】
光路長差相殺部３００から第２サーキュレータ２２４に送られた参照光は、第２ポート２２４－２に入力され、第３ポート２２４－３から出力される。第２サーキュレータ２２４の第３ポート２２４－３から出力された参照光は、周波数シフタ２４０に送られる。周波数シフタ２４０で周波数シフトを受けた参照光は、第２カプラ２１４に送られる。
【0075】
第２カプラ２１４は、第１の入力ポート及び第２の入力ポートを経て入力された、信号光及び参照光を合波させて、干渉光を生成する。干渉光は、検出部５００に送られる。
【0076】
（第２振動計の動作）
信号光が伝播する光路の共通部分の光路長をＬＳ、参照光が伝播する光路の共通部分の光路長をＬＬＯ、光路長調整用光スイッチの第ｍの第２ポートから出力され、再び、第ｍの第２ポートに入力されるまでの光路長をＬＬＯｍ、測定対象物切替用光スイッチの第ｎの第２ポートから出力され、再び、第ｎの第２ポートに入力されるまでの光路長をＬＳｎとする。ここで、ＬＬＯ１＜ＬＬＯ２＜…＜ＬＬＯＭとし、ＬＳ１≦ＬＳ２≦…≦ＬＳＮとする。
信号光が伝播する光路の共通部分の光路長をＬＳ、参照光が伝播する光路の共通部分の光路長をＬＬＯ、光路長調整用光スイッチの第ｍの第２ポートから出力され、再び、第ｍの第２ポートに入力されるまでの光路長をＬＬＯｍ、測定対象物切替用光スイッチの第ｎの第２ポートから出力され、再び、第ｎの第２ポートに入力されるまでの光路長をＬＳｎとする。ここで、ＬＬＯ１＜ＬＬＯ２＜…＜ＬＬＯＭとし、ＬＳ１≦ＬＳ２≦…≦ＬＳＮとする。
【0077】
また、信号光が伝播する光路の共通部分は、第１カプラ２１２から測定対象物切替用光スイッチ４１０までの光路、及び、測定対象物切替用光スイッチ４１０から第２カプラ２１４までの光路である。また、参照光が伝播する光路の共通部分は、第１カプラ２１２から光路長調整用光スイッチ３１０までの光路、及び、光路長調整用光スイッチ３１０から第２カプラ２１４までの光路である。
【0078】
なお、第１の光路長差相殺用光ファイバ３２０－１を用いない構成にしてもよいし、第１の光路長差相殺用光ファイバ３２０－１の光路長を、参照光が伝播する光路の共通部分の光路長に含めて考えてもよい。この場合、ＬＬＯ１＝０と考えることができる。
【0079】
従って、測定対象物切替用光スイッチの第ｎの第２ポートを通るときの、第１カプラから第２カプラまでの信号光の光路長は、ＬＳ＋ＬＳｎとなる。また、光路長調整用光スイッチの第ｍの第２ポートを通るときの、第１カプラから第２カプラまでの参照光の光路長は、ＬＬＯ＋ＬＬＯｍとなる。
【0080】
このとき、参照光と信号光の光路長差ΔＬｍｎは、以下の式（５）で与えられる。
【0081】
ΔＬｍｎ＝｜ＬＳ＋ＬＳｎ－ＬＬＯｍ－ＬＬＯ｜ （５）
ここで、ＬＬＯ＝ＬＳ、及び、ＬＬＯＭ＝ＬＳＮとし、以下の式（６）のように決めると、測定対象物切替用光スイッチの第２ポートのいずれを選択しても、光路長調整用光スイッチの第２ポートを適切に選択すれば、以下の式（７）が得られる。
ここで、ＬＬＯ＝ＬＳ、及び、ＬＬＯＭ＝ＬＳＮとし、以下の式（６）のように決めると、測定対象物切替用光スイッチの第２ポートのいずれを選択しても、光路長調整用光スイッチの第２ポートを適切に選択すれば、以下の式（７）が得られる。
【0082】
ＬＬＯｍ＝ＬＬＯＭ／（Ｍ－１）×（ｍ－１） （６）
ΔＬｍｎ≦ＬＬＯＭ／｛２（Ｍ－１）｝ （７）
すなわち、参照光と信号光の光路長差ΔＬｍｎは、隣接する光路長差相殺用光ファイバ３２０を伝搬する光の光路長差（ＬＬＯＭ／（Ｍ－１））の１／２以下となる。
ΔＬｍｎ≦ＬＬＯＭ／｛２（Ｍ－１）｝ （７）
すなわち、参照光と信号光の光路長差ΔＬｍｎは、隣接する光路長差相殺用光ファイバ３２０を伝搬する光の光路長差（ＬＬＯＭ／（Ｍ－１））の１／２以下となる。
【0083】
（他の構成例１）
第１振動計及び第２振動計として、光路長調整部に、光路長調整用光ファイバを用いた例を説明したが、これに限定されない。
第１振動計及び第２振動計として、光路長調整部に、光路長調整用光ファイバを用いた例を説明したが、これに限定されない。
【0084】
図４を参照して、他の構成例１の光路長調整部を説明する。図４は、他の構成例１の光路長調整部を説明するための模式図である。ここでは、第１振動計の光路長調整部に、他の構成例１の光路長調整部を用いる例を説明する。
【0085】
他の構成例１の光路長調整部２３０ａは、光路長調整用サーキュレータ２３４、光路長調整用光ファイバ２３６及び光路長調整用ミラー２３８を備えて構成される。
【0086】
光路長調整用サーキュレータ２３４は、３ポートのサーキュレータである。光路長調整用サーキュレータ２３４の第１ポート２３４－１は、第１カプラ２１２に接続され、光路長調整用サーキュレータ２３４の第２ポート２３４－２は、光路長調整用光ファイバ２３６の一端に接続され、光路長調整用サーキュレータ２３４の第３ポート２３４－３は、周波数シフタ２４０に接続される。また、光路長調整用光ファイバ２３６の他端は、光路長調整用ミラー２３８に光学的に接続される。
【0087】
第１カプラ２１２から光路長調整部２３０ａの光路長調整用サーキュレータ２３４に送られた参照光は、第１ポート２３４－１に入力され、第２ポート２３４－２から出力される。光路長調整用サーキュレータ２３４の第２ポート２３４－２から出力される参照光は、光路長調整用光ファイバ２３６を伝搬し、光路長調整用ミラー２３８で反射する。光路長調整用ミラー２３８で反射した参照光は、再び、光路長調整用光ファイバ２３６を伝搬し、光路長調整用サーキュレータ２３４の第２ポート２３４－２に入力される。光路長調整用サーキュレータ２３４の第２ポート２３４－２に入力された光は、第３ポート２３４－３から出力され、周波数シフタ２４０に送られる。
【0088】
他の構成例１によれば、光路長調整部２３０ａにおいて、光路長調整用光ファイバ２３６を往復する。このため、光路長調整部２３０ａが備える光路長調整用光ファイバ２３６は、上述の第１振動計の光路長調整部における光路長調整用光ファイバの長さの半分ですむ。特に、光路長調整部２３０に、偏波保持ファイバなど１ｍあたりの単価が比較的高い光ファイバを用いる場合、光ファイバの長さを短くすることは、低コストの観点で有利である。
【0089】
ここでは、第１振動計の光路長調整部に、他の構成例１の光路長調整部を用いる例を説明したが、第２振動計の光路長調整部に、他の構成例１の光路長調整部を用いてもよい。この場合、光路長調整用サーキュレータの第１ポートは、第１カプラに接続され、光路長調整用サーキュレータの第３ポートは、第１サーキュレータの第１ポートに接続される。
【0090】
（他の構成例２）
図５を参照して、光路長調整部の他の構成例２を説明する。図５は、光路長調整部の他の構成例２を説明するための模式図である。ここでは、第１振動計の光路長調整部に、他の構成例２を用いる例を説明する。
図５を参照して、光路長調整部の他の構成例２を説明する。図５は、光路長調整部の他の構成例２を説明するための模式図である。ここでは、第１振動計の光路長調整部に、他の構成例２を用いる例を説明する。
【0091】
他の構成例２の光路長調整部２３０ｂは、偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２３５、光ファイバ２３７、ファラデーローテーターミラー（ＦＲＭ）２３９を備えて構成される。
【0092】
ＰＢＳ２３５は、例えば、立方体状に形成され、４つの側面に、それぞれ第１～第４ポートを有する。第１ポートと第２ポートが対向する側面に設けられ、第３ポートと第４ポートが対向する側面に設けられる。
【0093】
ＰＢＳ２３５の第１ポートに入力された互いに直交する偏波成分は、一方（例えば、ｐ偏光）がＰＢＳ２３５を透過して、第２ポートから出力され、他方（例えば、ｓ偏光）がＰＢＳ２３５で反射されて、第４ポートから出力される。同様に、第２ポートに入力された互いに直交する偏波成分は、一方（例えば、ｐ偏光）がＰＢＳ２３５を透過して、第１ポートから出力され、他方（例えば、ｓ偏光）がＰＢＳ２３５で反射されて、第３ポートから出力される。
【0094】
ＰＢＳ２３５の第１ポート２３５－１は、第１カプラ２１２に接続され、ＰＢＳ２３５の第２ポート２３５－２は、光路長調整用光ファイバ２３７の一端に接続され、ＰＢＳ２３５の第３ポート２３５－３は、周波数シフタ２４０に接続される。また、光路長調整用光ファイバ２３７の他端は、ＦＲＭ２３９に光学的に接続される。
【0095】
第１カプラ２１２から光路長調整部２３０ｂに送られた参照光は、ＰＢＳ２３５の第１ポート２３５－１に入力され、ＰＢＳ２３５を透過して第２ポート２３５－２から出力される。第２ポート２３５－２から出力される参照光は、光路長調整用光ファイバ２３７を伝搬し、ＦＲＭ２３９で反射する。ＦＲＭ２３９は、ファラデーローテーターと、ミラーで構成される。光路長調整用光ファイバ２３７からＦＲＭ２３９に送られた光は、ファラデーローテーターで偏波状態が４５度回転した後、ミラーで反射される。その後、再び、ファラデーローテーターで偏波状態が４５度回転して、光路長調整用光ファイバ２３７に送られる。このように、ＦＲＭ２３９で反射される光は、２回ファラデーローテーターを通過し、その都度４５度回転するので、ＦＲＭ２３９での反射の前後で、偏波状態が９０度回転している。
【0096】
ＦＲＭ２３９で反射した参照光は、再び、光路長調整用光ファイバ２３７を伝搬し、ＰＢＳ２３５の第２ポート２３５－２に入力される。ＰＢＳ２３５の第２ポート２３５－２に入力された光は、ＰＢＳ２３５の第１ポート２３５－１に入力され第２ポート２３５－２から出力される光に対して、偏波状態が９０度回転している。従って、ＰＢＳ２３５の第２ポート２３５－２に入力された光は、ＰＢＳ２３５で反射されて、第３ポート２３５－３から出力され、周波数シフタ２４０に送られる。
【0097】
他の構成例２の光路長調整部によれば、光路長調整部において、光路長調整用光ファイバを往復する。このため、光路長調整部が備える光路長調整用光ファイバは、図１を参照して説明した第１振動計の光路長調整用ファイバの長さの半分ですむ。このため、他の構成例１の光路長調整部と同様に、低コストの観点で有利である。
【0098】
また、ＦＲＭに向かう光と、ＦＲＭから出力される光は、偏波状態が直交している。このため、往路において光ファイバ伝搬時に受けた偏波状態の変動は、偏波が直交状態にある復路においてキャンセルすることができる。したがって、比較的高価な偏波保持ファイバを使用せずに光ファイバ伝搬時の偏波状態を補償することができ、低コストの観点で他の構成例１の光路長調整部よりもさらに有利である。
【0099】
ここでは、第１振動計の光路長調整部に、他の構成例２の光路長調整部を用いる例を説明したが、第２振動計の光路長調整部に、他の構成例２を用いてもよい。この場合、偏波ビームスプリッタの第１ポートは、第１カプラに接続され、偏波ビームスプリッタの第３ポートは、第１サーキュレータの第１ポートに接続される。
【0100】
１００ 連続光光源
２００、２０２ 干渉部
２１２ 第１カプラ
２１４ 第２カプラ
２２０ サーキュレータ
２２２ 第１サーキュレータ
２２４ 第２サーキュレータ
２３０、２３０ａ、２３０ｂ、２３２ 光路長調整部
２３４ 光路長調整用サーキュレータ
２３５ 偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
２３６、２３７ 光路長調整用光ファイバ
２３８ 光路長調整用ミラー
２３９ ファラデーローテーターミラー（ＦＲＭ）
２４０ 周波数シフタ
２５０ 発振器
３００ 光路長差相殺部
３１０ 光路長差相殺用光スイッチ
３２０ 光路長差相殺用光ファイバ
３３０ 光路長差相殺用ミラー
４００ 測定部
４１０ 測定対象物切替用光スイッチ
４２０ 測定用光ファイバ
４３０ レンズ
５００ 検出部
５１０ 光検出器
５２０ アナログ・ディジタル変換器（ＡＤＣ）
５３０ 信号処理部
２００、２０２ 干渉部
２１２ 第１カプラ
２１４ 第２カプラ
２２０ サーキュレータ
２２２ 第１サーキュレータ
２２４ 第２サーキュレータ
２３０、２３０ａ、２３０ｂ、２３２ 光路長調整部
２３４ 光路長調整用サーキュレータ
２３５ 偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
２３６、２３７ 光路長調整用光ファイバ
２３８ 光路長調整用ミラー
２３９ ファラデーローテーターミラー（ＦＲＭ）
２４０ 周波数シフタ
２５０ 発振器
３００ 光路長差相殺部
３１０ 光路長差相殺用光スイッチ
３２０ 光路長差相殺用光ファイバ
３３０ 光路長差相殺用ミラー
４００ 測定部
４１０ 測定対象物切替用光スイッチ
４２０ 測定用光ファイバ
４３０ レンズ
５００ 検出部
５１０ 光検出器
５２０ アナログ・ディジタル変換器（ＡＤＣ）
５３０ 信号処理部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】