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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-11-07
(45)【発行日】2024-11-15
(54)【発明の名称】光測定装置
(51)【国際特許分類】
G01C 3/06 20060101AFI20241108BHJP
G01B 11/00 20060101ALI20241108BHJP
G01B 9/02004 20220101ALI20241108BHJP
G01S 17/34 20200101ALI20241108BHJP
G01N 21/17 20060101ALI20241108BHJP
【ＦＩ】
G01C3/06 120Z
G01B11/00 G
G01B9/02004
G01S17/34
G01N21/17 620
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2024546258
(86)(22)【出願日】2022-10-07
(86)【国際出願番号】 JP2022037544
(87)【国際公開番号】W WO2024075266
(87)【国際公開日】2024-04-11
【審査請求日】2024-08-05
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000006013
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110003166
【氏名又は名称】弁理士法人山王内外特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】山内 隆典
(72)【発明者】
【氏名】小竹 論季
(72)【発明者】
【氏名】後藤 広樹
(72)【発明者】
【氏名】今城 勝治
(72)【発明者】
【氏名】園 直樹
【審査官】信田 昌男
(56)【参考文献】
【文献】特開２００１－４１７０６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１０－５１５９１９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｃ３／０６
Ｇ０１Ｂ１１／００
Ｇ０１Ｂ９／００
Ｇ０１Ｓ１７／３４
Ｇ０１Ｎ２１／１７
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
時間に対して波長が連続的に変化する掃引光を出力する波長掃引光源と、前記波長掃引光源からの掃引光による測定用出力光を測定対象物に向けて空間に測定光として出射し、前記測定対象物が前記測定光を反射した反射光を受けて測定反射光として出力する照射光学系と、
ループ部を有し、前記波長掃引光源からの掃引光による参照用出力光が前記ループ部をＮ（０以上の整数）回周回し、周回毎の周回参照光を出力する周回光経路と、
前記照射光学系からの測定用反射光と前記周回光経路からの周回参照光とを合波し、合波された干渉光を光電変換した精測定用信号を出力し、前記掃引光に基づき、光路に対して異なる屈折率の依存性を持つ複数の周回数測定用光を用いて得た電気信号からなる複数の粗測定用信号を出力する測定信号取得部と、
前記測定信号取得部からの精測定用信号により、前記測定用反射光と前記周回参照光の光路長差を得、前記測定信号取得部からの複数の粗測定用信号により、前記測定用反射光と前記周回参照光の光路長差を得た前記周回参照光の前記周回光経路における周回数を同定する信号処理部と、
を備える光測定装置。
【請求項2】
前記光路に対して異なる屈折率の依存性を持つ複数の周回数測定用光は、前記掃引光に基づいた複数の波長時間依存性を持つ光である請求項１に記載の光測定装置。【請求項3】
前記光路に対して異なる屈折率の依存性を持つ複数の周回数測定用光は、前記掃引光の掃引範囲内の複数の異なる波長に分割した光を電気信号に変換した測定位置補正用信号により、前記周回参照光を分割したそれぞれ波長の異なる補正用参照光と、前記測定用反射光を分割したそれぞれ波長の異なる補正用反射光であり、前記複数の粗測定用信号それぞれは、対応する波長の前記補正用参照光と前記補正用反射光を合波し、合波された干渉光を光電変換した信号である、
請求項１に記載の光測定装置。
【請求項4】
前記光路に対して異なる屈折率の依存性を持つ複数の周回数測定用光は、前記周回光経路からの０回周回の周回参照光の掃引範囲内の複数の異なる波長に分割した光を電気信号に変換した測定位置補正用信号により、前記周回参照光をそれぞれ波長の異なる補正用参照光と、前記測定用反射光をそれぞれ波長の異なる補正用反射光であり、前記複数の粗測定用信号それぞれは、対応する波長の前記補正用参照光と前記補正用反射光を合波し、合波された干渉光を光電変換した信号である、
請求項１に記載の光測定装置。
【請求項5】
前記波長掃引光源から出力される時間に対して波長が連続的に変化する掃引光は、掃引範囲内を時間多重的に波長域がそれぞれ異なる複数の波長域に対して連続して変化させ、複数の波長域の光に波長掃引されたレーザ光である掃引光であり、前記光路に対して異なる屈折率の依存性を持つ複数の周回数測定用光は、前記波長掃引光源から出力される複数の波長域の光それぞれに対する周回参照光によるそれぞれ波長の異なる補正用参照光と、前記複数の波長域の光それぞれに対する測定用反射光によるそれぞれ波長の異なる補正用反射光であり、
前記複数の粗測定用信号それぞれは、対応する波長の前記補正用参照光と前記補正用反射光を合波し、合波された干渉光を光電変換した信号である、
請求項１に記載の光測定装置。
【請求項6】
前記光路に対して異なる屈折率の依存性を持つ複数の周回数測定用光は、前記測定用反射光と前記周回参照光それぞれを直交する二偏光に分離した補正用反射光と補正用参照光であり、前記複数の粗測定用信号それぞれは、対応する偏光の前記補正用参照光と前記補正用反射光を合波し、合波された干渉光を光電変換した信号である、
請求項１に記載の光測定装置。
【請求項7】
前記測定用出力光の光路と前記参照用出力光及び前記照射光学系までの前記周回参照光の光路は共通の光路であり、前記測定用反射光の光路と前記照射光学系からの前記周回参照光の光路は共通の光路である請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の光測定装置。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、光測定装置に関する。
【背景技術】
【0002】
光源が出射した光を用いて光源から対象物までの距離を測定する方式として、パルス伝播方式、三角測距方式、共焦点方式、白色干渉方式、又は波長走査干渉方式等の方式などが知られている。
このような方式の中で、波長走査干渉方式を用い、光源特有のコヒーレンスに制限されることなく測定範囲の拡大ができる測定装置が特許文献１に示されている。
このような方式の中で、波長走査干渉方式を用い、光源特有のコヒーレンスに制限されることなく測定範囲の拡大ができる測定装置が特許文献１に示されている。
【0003】
特許文献１に示された測定装置は、１×２ファイバ方向性結合器（カプラ）と干渉用１×２光ファイバカプラとの間に、２×２光ファイバカプラと光ファイバと光路遅延・選択器とにより構成される周回参照光学系を配置し、測定光出力がカプラからビームスプリッタに至り、測定対象から反射された測定光がビームスプリッタから干渉用１×２光ファイバカプラに至る測定光経路と、参照光出力がカプラから周回参照光学系に至り、周回参照光が干渉用１×２光ファイバカプラに至る参照光経路を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２００１－４１７０６公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１に示された測定装置は、光ファイバの屈折率に温度依存性があるため、光ファイバ内の光速度に環境温度次第では数十μm／min程度の変動が生じ、測定光経路と参照光経路の光路長、特に、参照光経路が周回参照光学系を配置しているため、周回毎の光路長が変動しやすく、温度変化に対して測定精度が影響を受けやすい。
【0006】
本開示は上記した点に鑑みてなされたものであり、波長走査干渉方式の光測定装置において、測定レンジの拡大を図り、温度変化への耐性の抑制、つまり、環境温度の変化の影響を受け難く、精度の高い測定ができる光測定装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示に係る光測定装置は、時間に対して波長が連続的に変化する掃引光を出力する波長掃引光源と、波長掃引光源からの掃引光による測定用出力光を測定対象物に向けて空間に測定光として出射し、測定対象物が測定光を反射した反射光を受けて測定反射光として出力する照射光学系と、ループ部を有し、波長掃引光源からの掃引光による参照用出力光がループ部をＮ（０以上の整数）回周回し、周回毎の周回参照光を出力する周回光経路と、照射光学系からの測定用反射光と周回光経路からの周回参照光とを合波し、合波された干渉光を光電変換した精測定用信号を出力し、掃引光に基づき、光路に対して異なる屈折率の依存性を持つ複数の周回数測定用光を用いて得た電気信号からなる複数の粗測定用信号を出力する測定信号取得部と、測定信号取得部からの精測定用信号により、測定用反射光と周回参照光の光路長差を得、測定信号取得部からの複数の粗測定用信号により、測定用反射光と周回参照光の光路長差を得た周回参照光の周回光経路における周回数を同定する信号処理部と、を備える。
【発明の効果】
【0008】
本開示によれば、測定レンジが狭い低コヒーレンス光源を用いても、測定レンジの拡大を図れ、環境温度の変化の影響を受け難く、測定対象物までの距離を精度高く測定ができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】実施の形態１に係る光測定装置を示す構成図である。
【図2】測定用反射光によるスペクトルと端面反射光によるスペクトルを示す概略図である。
【図3】実施の形態１に係る光測定装置において、測定用反射光による光路長、第１の波長域の周回参照光による光路長、第２の波長域の周回参照光による光路長を示す概略図である。
【図4】実施の形態１に係る光測定装置において、第１の波長域の周回参照光によるスペクトルと第２の波長域の周回参照光によるスペクトルを示す概略図である。
【図5】実施の形態１に係る光測定装置における光フィルタに透過前の掃引光の一部の光強度を示す概略図である。
【図6】実施の形態１に係る光測定装置における光フィルタに透過後の掃引光の一部をｋ分割した光強度を示す概略図である。
【図7】実施の形態１に係る光測定装置において、精測定により得られるスペクトルを示す概略図である。
【図8】実施の形態１に係る光測定装置において、粗測定により得られるスペクトルを示す概略図である。
【図9】実施の形態１に係る光測定装置において、周回参照光のループ部におけるループの周回ごとに周波数の時間に対する傾きが波長分散によって変化していることを示す概略図である。
【図10】実施の形態１に係る光測定装置において、他の例である、測定反射光のループ部におけるループの周回ごとに周波数の時間に対する傾きが波長分散によって変化していることを示す概略図である。
【図11】実施の形態２に係る光測定装置を示す構成図である。
【図12】実施の形態２に係る光測定装置における粗測定用信号取得部を示す構成図である。
【図13】実施の形態２に係る光測定装置において、測定用反射光による光路長、Ｐ波の周回参照光による光路長、Ｓ波の周回参照光による光路長を示す概略図である。
【図14】実施の形態２に係る光測定装置において、Ｐ波の周回参照光によるスペクトルとＳ波の周回参照光によるスペクトルを示す概略図である。
【図15】実施の形態３に係る光測定装置を示す構成図である。
【図16】実施の形態４に係る光測定装置を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
実施の形態１．
実施の形態１に係る光測定装置を図１から図１０を用いて説明する。
実施の形態１に係る光測定装置は波長掃引型光干渉断層計（ＳＳ－ＯＣＴ：Swept Source-OCT）を用いた波長走査干渉方式の光測定装置である。
実施の形態１に係る光測定装置は、コヒーレンス長が短い、例えばコヒーレンス長が１０mm程度の低コヒーレンス光源（以下、波長掃引光源という）を用いた光測定装置である。
実施の形態１に係る光測定装置を図１から図１０を用いて説明する。
実施の形態１に係る光測定装置は波長掃引型光干渉断層計（ＳＳ－ＯＣＴ：Swept Source-OCT）を用いた波長走査干渉方式の光測定装置である。
実施の形態１に係る光測定装置は、コヒーレンス長が短い、例えばコヒーレンス長が１０mm程度の低コヒーレンス光源（以下、波長掃引光源という）を用いた光測定装置である。
【0011】
低コヒーレンス光源は安価であるが、測定レンジが狭い。
実施の形態１に係る光測定装置は、参照光経路に周回光経路を配置することにより、測定レンジの拡大を図る。
実施の形態１に係る光測定装置は、波長掃引光源からの掃引光に基づき、光路に対して異なる屈折率の依存性を持つ複数の周回数測定用光を用いて得た電気信号からなる複数の粗測定用信号を用いて参照用出力光における周回光経路の周回数を同定する。
実施の形態１に係る光測定装置は、参照光経路に周回光経路を配置することにより、測定レンジの拡大を図る。
実施の形態１に係る光測定装置は、波長掃引光源からの掃引光に基づき、光路に対して異なる屈折率の依存性を持つ複数の周回数測定用光を用いて得た電気信号からなる複数の粗測定用信号を用いて参照用出力光における周回光経路の周回数を同定する。
【0012】
実施の形態１に係る光測定装置は、参照光経路における光伝搬媒質に由来する屈折率の波長依存性、いわゆる波長分散を用いて複数の粗測定用信号を得、得た複数の粗測定用信号を用いて参照用出力光における周回光経路の周回数を同定する。
実施の形態１に係る光測定装置は、異なる周波数の光それぞれに対するビート周波数のシフト量が周回光経路の周回数と屈折率の波長依存性に比例する点を利用して複数の粗測定用信号を生成し、生成した複数の粗測定用信号を用いて参照用出力光における周回光経路の周回数を同定する。
実施の形態１に係る光測定装置は、異なる周波数の光それぞれに対するビート周波数のシフト量が周回光経路の周回数と屈折率の波長依存性に比例する点を利用して複数の粗測定用信号を生成し、生成した複数の粗測定用信号を用いて参照用出力光における周回光経路の周回数を同定する。
【0013】
実施の形態１に係る光測定装置は、波長掃引光源１からの掃引光の掃引範囲内における異なる波長域の周回数測定用光によるビート周波数を用いた複数の粗測定用信号を生成し、生成した複数の粗測定用信号を用いて参照用出力光における周回光経路の周回数を同定する。
なお、光路長は光伝搬媒質の長さと屈折率の積に比例し、ビート周波数は光路長に比例し、異なる屈折率の波長依存性を持つ光路長の差分は周回光経路の周回数に比例する。
なお、光路長は光伝搬媒質の長さと屈折率の積に比例し、ビート周波数は光路長に比例し、異なる屈折率の波長依存性を持つ光路長の差分は周回光経路の周回数に比例する。
【0014】
実施の形態１に係る光測定装置は、図１に示すように、波長掃引光源１と、光分配部２と、照射光学系３と、周回光経路４と、測定信号取得部５と、測定位置補正用信号生成部６と、信号処理部７とを備える。
なお、測定位置補正用信号生成部６は、実施の形態の説明の便宜上、測定信号取得部５と別の構成要素として示しているが、測定信号取得部５の一つの要素である。
なお、測定位置補正用信号生成部６は、実施の形態の説明の便宜上、測定信号取得部５と別の構成要素として示しているが、測定信号取得部５の一つの要素である。
【0015】
波長掃引光源１は、レーザ光源と掃引部を有し、レーザ光源からの単一周波数のレーザ光を掃引部が時間に対して波長を連続的に変化させ、波長掃引されたレーザ光である掃引光を出力（出射）する。
掃引部による波長掃引は光情報通信で用いられるＴＲＯＳＡのように複数波長を同時に掃引する手法を用いてもよい。
掃引部による波長掃引は光情報通信で用いられるＴＲＯＳＡのように複数波長を同時に掃引する手法を用いてもよい。
【0016】
掃引光は掃引が時間に対して一次線形であることが望ましく、時間と波長は１：１の関係にあるのが望ましい。
但し、掃引光は掃引が時間に対して非線形的でも測定信号取得部５と信号処理部７で非線形性を補償すればよい。非線形性を補償する技術は一般的に知られている技術を用いればよい。
掃引部からの掃引光の出射は複数回（Ｎ回）の周回を一周期とすると、一周期ごとに出射され、１回の出射時間は周回と周回の間の時間より長く、２周回分より短い。
但し、掃引光は掃引が時間に対して非線形的でも測定信号取得部５と信号処理部７で非線形性を補償すればよい。非線形性を補償する技術は一般的に知られている技術を用いればよい。
掃引部からの掃引光の出射は複数回（Ｎ回）の周回を一周期とすると、一周期ごとに出射され、１回の出射時間は周回と周回の間の時間より長く、２周回分より短い。
【0017】
波長掃引光源１は、コヒーレンス長が短い光源であり、例えば、コヒーレンス長が１０mm程度である。
波長掃引光源１は、掃引範囲内を時間に対して波長を連続的に変化させ、波長掃引されたレーザ光である掃引光、例えば、中心波長が１５５０nmで掃引範囲が掃引帯域の広い１００nmの掃引光を出射する。
なお、波長掃引光源１として、掃引範囲内を掃引部により時間多重的に波長域がそれぞれ異なる複数の波長域に対して連続して変化させ、複数の波長域の光に波長掃引されたレーザ光である掃引光、例えば、１５５０nmを中心に波長が５nmずつずらした２０の掃引光を時間多重的に掃引して、実質的に中心波長が１５５０nmで掃引範囲が掃引帯域の広い１００nmの掃引光を出射するものでもよい。
波長掃引光源１は、掃引範囲内を時間に対して波長を連続的に変化させ、波長掃引されたレーザ光である掃引光、例えば、中心波長が１５５０nmで掃引範囲が掃引帯域の広い１００nmの掃引光を出射する。
なお、波長掃引光源１として、掃引範囲内を掃引部により時間多重的に波長域がそれぞれ異なる複数の波長域に対して連続して変化させ、複数の波長域の光に波長掃引されたレーザ光である掃引光、例えば、１５５０nmを中心に波長が５nmずつずらした２０の掃引光を時間多重的に掃引して、実質的に中心波長が１５５０nmで掃引範囲が掃引帯域の広い１００nmの掃引光を出射するものでもよい。
【0018】
光分配部２は波長掃引光源１からの掃引光が光ファイバを介して入力され、測定用出力光と参照用出力光に分配する。測定用出力光と参照用出力光の分配比は種々の条件によって設定されるが、測定対象物８が反射率の低い対象物でも測定できるよう、測定用出力光に多くの分配比とするのが望ましい。
光分配部２は１×２ファイバ方向性結合器であるカプラである。
光ファイバは一般的に使用されるシングルモードファイバである。以下に説明する構成要素の間を接続する光ファイバもシングルモードファイバである。
光分配部２は１×２ファイバ方向性結合器であるカプラである。
光ファイバは一般的に使用されるシングルモードファイバである。以下に説明する構成要素の間を接続する光ファイバもシングルモードファイバである。
【0019】
照射光学系３は、光分配部２からの測定用出力光が光ファイバを介して入力され、測定対象物８に向けて空間に測定光として出射し、測定対象物８が測定光を反射した反射光を受けて測定用反射光として出力する。
照射光学系３は、光サーキュレータと集光レンズとコネクタとを備える。
光サーキュレータは光分配部２からの測定用出力光を測定光として集光レンズに出力し、測定対象物８が測定光を反射した反射光を受けて測定用反射光として測定信号取得部５に出力する。
照射光学系３は、光サーキュレータと集光レンズとコネクタとを備える。
光サーキュレータは光分配部２からの測定用出力光を測定光として集光レンズに出力し、測定対象物８が測定光を反射した反射光を受けて測定用反射光として測定信号取得部５に出力する。
【0020】
光サーキュレータと光分配部２の間、及び光サーキュレータと測定信号取得部５との間は光ファイバにより接続される。
光サーキュレータからの測定光は光ファイバにより集光レンズに導かれ、集光レンズにより集光された測定光は光ファイバを介して光ファイバの一端に位置するコネクタの端面から測定対象物８に向けて空間に出射される。
光サーキュレータからの測定光は光ファイバにより集光レンズに導かれ、集光レンズにより集光された測定光は光ファイバを介して光ファイバの一端に位置するコネクタの端面から測定対象物８に向けて空間に出射される。
【0021】
測定対象物８により測定光が反射された反射光はコネクタの端面に入射され、光サーキュレータにより光ファイバを介して測定用反射光として測定信号取得部５に出力される。
測定対象物８は、測定対象物８からの反射光の光強度を十分に得るため、集光レンズの焦点付近にあることが望ましい。
また、ガルバノミラーなどで光を空間的に走査してもよい。
測定対象物８は、測定対象物８からの反射光の光強度を十分に得るため、集光レンズの焦点付近にあることが望ましい。
また、ガルバノミラーなどで光を空間的に走査してもよい。
【0022】
周回光経路４は、光分配部２からの参照用出力光がＮ（０以上の整数）回周回し、周回毎の周回参照光を出力する。
周回光経路４はカプラ４１と光ファイバによるループ部４２を有する。
カプラ４１は２つの入力ポートと２つの出力ポートを有する光ファイバカプラである。
周回光経路４はカプラ４１と光ファイバによるループ部４２を有する。
カプラ４１は２つの入力ポートと２つの出力ポートを有する光ファイバカプラである。
【0023】
カプラ４１の一方の入力ポートに入力された光分配部２からの参照用出力光は２つの出力ポートそれぞれに分岐させて一方の出力ポートから０回周回した周回参照光とし、他方の出力ポートからループ部４２への周回光とする。
カプラ４１の他方の入力ポートに入力されたループ部４２からの周回光は２つの出力ポートそれぞれに分岐させて一方の出力ポートからＮ回周回した周回参照光とし、他方の出力ポートからループ部４２への周回光とする。
カプラ４１の他方の入力ポートに入力されたループ部４２からの周回光は２つの出力ポートそれぞれに分岐させて一方の出力ポートからＮ回周回した周回参照光とし、他方の出力ポートからループ部４２への周回光とする。
【0024】
すなわち、カプラ４１は、一方の出力ポートから、参照用出力光をそのまま通過させた周回参照光と、参照用出力光をループ部４２が１回からＮ回周回させる毎の周回参照光を測定信号取得部５に出力する。
ループ部４２はカプラ４１の他方の出力ポートと他方の入力ポートを接続する光ファイバである。
ループ部４２を構成する光ファイバは、シングルモードファイバである。
ループ部４２を構成する光ファイバの長さは、例えば、波長掃引光源１から測定信号取得部５に至る参照光経路のループ部以外の長さ０．５ｍに対して１．０ｍとしている。
ループ部４２はカプラ４１の他方の出力ポートと他方の入力ポートを接続する光ファイバである。
ループ部４２を構成する光ファイバは、シングルモードファイバである。
ループ部４２を構成する光ファイバの長さは、例えば、波長掃引光源１から測定信号取得部５に至る参照光経路のループ部以外の長さ０．５ｍに対して１．０ｍとしている。
【0025】
なお、ループ部４２を構成する光ファイバとして分散シフトファイバを用いてもよい。分散シフトファイバを用いることにより、周回数ごとに時間に対する周波数の傾きを大きくできる。
また、ループ部４２を構成する光ファイバに断熱材により覆ってもよい。断熱材によりループ部４２を構成する光ファイバを覆うことにより、ループ部４２の温度変化の影響をさらに抑制できる。
また、ループ部４２を構成する光ファイバに断熱材により覆ってもよい。断熱材によりループ部４２を構成する光ファイバを覆うことにより、ループ部４２の温度変化の影響をさらに抑制できる。
【0026】
測定信号取得部５は、照射光学系３からの測定用反射光と周回光経路４からの周回参照光とを合波し、合波された干渉光を光電変換した精測定用信号を出力する。
信号処理部７において、精測定用信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）し、掃引光の掃引範囲の波長域における測定用反射光と周回参照光の干渉光におけるスペクトルのピーク位置に基づいた、測定用反射光と周回参照光による光路長差を得る精測定が実施される。
信号処理部７において、精測定用信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）し、掃引光の掃引範囲の波長域における測定用反射光と周回参照光の干渉光におけるスペクトルのピーク位置に基づいた、測定用反射光と周回参照光による光路長差を得る精測定が実施される。
【0027】
測定信号取得部５は、掃引光に基づき、光路に対して異なる屈折率の依存性を持つ複数の周回数測定用光を用いて得た電気信号からなる複数の粗測定用信号を出力する。
信号処理部７において、複数の粗測定用信号を高速フーリエ変換し、複数の周回数測定用光におけるスペクトルのピーク位置に基づいた、複数の周回数測定用光による光路長差を用いてループ部４２における周回数を決定する粗測定を実施する。
信号処理部７において、複数の粗測定用信号を高速フーリエ変換し、複数の周回数測定用光におけるスペクトルのピーク位置に基づいた、複数の周回数測定用光による光路長差を用いてループ部４２における周回数を決定する粗測定を実施する。
【0028】
光路である参照光経路に対して異なる屈折率の依存性を持つ複数の周回数測定用光は、掃引光に基づいた複数の波長時間依存性を持つ光である。
複数の周回数測定用光は、具体的には、掃引光の掃引範囲内の異なる波長に複数分割した光を電気信号に変換した測定位置補正用信号により、周回参照光を分割したそれぞれ波長の異なる補正用参照光と、測定用反射光を分割したそれぞれ波長の異なる補正用反射光である。
複数の粗測定用信号それぞれは、対応する波長の補正用参照光と補正用反射光を合波し、合波された干渉光を光電変換した信号である。
複数の周回数測定用光は、具体的には、掃引光の掃引範囲内の異なる波長に複数分割した光を電気信号に変換した測定位置補正用信号により、周回参照光を分割したそれぞれ波長の異なる補正用参照光と、測定用反射光を分割したそれぞれ波長の異なる補正用反射光である。
複数の粗測定用信号それぞれは、対応する波長の補正用参照光と補正用反射光を合波し、合波された干渉光を光電変換した信号である。
【0029】
補正用参照光及び補正用反射光それぞれを、実施の形態１では一例として、中心波長が１５５０nmで掃引範囲が１００nmの掃引光を用いた場合、１５００nmから１５５０nmの帯域の第１の波長域の光と１５５０nmから１６００ｎｍの帯域の第２の波長域の光の２つとした。
なお、第１の波長域の光と第２の波長域の光は中心波長１５５０nmを中心にして２つに分けたが、例えば、第１の波長域の光を１５００nmから１５６０nm、第２の波長域の光を１５４０nmから１６００nmとして第１の波長域の光と第２の波長域の光が一部重複した波長域の光でもよく、第１の波長域の光を１５００nmから１５４０nm、第２の波長域の光を１５６０nmから１６００nmとして第１の波長域の光と第２の波長域の光が離れた波長域の光でもよい。
また、１５００nmから１６００nmの掃引範囲の光から５nmずつ帯域を異ならした２０種類の波長域の光としてもよい。
なお、第１の波長域の光と第２の波長域の光は中心波長１５５０nmを中心にして２つに分けたが、例えば、第１の波長域の光を１５００nmから１５６０nm、第２の波長域の光を１５４０nmから１６００nmとして第１の波長域の光と第２の波長域の光が一部重複した波長域の光でもよく、第１の波長域の光を１５００nmから１５４０nm、第２の波長域の光を１５６０nmから１６００nmとして第１の波長域の光と第２の波長域の光が離れた波長域の光でもよい。
また、１５００nmから１６００nmの掃引範囲の光から５nmずつ帯域を異ならした２０種類の波長域の光としてもよい。
【0030】
掃引光に基づく第１の波長域の光と第２の波長域の光の２つの波長域の光は、中心波長が１５５０nmで掃引範囲が掃引帯域の広い１００nmの掃引光を出射する波長掃引光源１を用いた場合は測定信号取得部５により第１の波長域の光と第２の波長域の光の２つの波長域の光に分割すればよい。
また、１５５０nm を中心に異なる波長域の掃引光、例えば波長が５nmずつずらした２０の掃引光を時間多重的に掃引して、実質的に中心波長が１５５０nmで掃引範囲が１００nmの掃引光を出射する波長掃引光源１を用いた場合は波長掃引光源１からの出射段階で第１の波長域の光と第２の波長域の光の２つに分割された異なる波長域の光を用いればよい。
また、１５５０nm を中心に異なる波長域の掃引光、例えば波長が５nmずつずらした２０の掃引光を時間多重的に掃引して、実質的に中心波長が１５５０nmで掃引範囲が１００nmの掃引光を出射する波長掃引光源１を用いた場合は波長掃引光源１からの出射段階で第１の波長域の光と第２の波長域の光の２つに分割された異なる波長域の光を用いればよい。
【0031】
複数の粗測定用信号は、実施の形態１において、第１の波長域の補正用参照光と第１の波長域の補正用反射光を合波し、合波された干渉光を光電変換した第１の粗測定用信号と、第２の波長域の補正用参照光と第２の波長域の補正用反射光を合波し、合波された干渉光を光電変換した第２の粗測定用信号である。
【0032】
測定信号取得部５は、掃引範囲内を時間に対して波長を連続的に変化させ、波長掃引されたレーザ光である掃引光を出力する波長掃引光源１を用いた場合、合波部と光電変換部と測定位置補正用信号生成部６を有する。
合波部は照射光学系３からの測定用反射光と周回光経路４からの周回参照光とを合波し、合波された合波光、つまり、干渉光として出力する。合波部は一般に知られている２つの光を合成させて干渉光を得るものである。
光電変換部は合波部からの干渉光を電気信号に変換し、測定用信号を出力する。
合波部は照射光学系３からの測定用反射光と周回光経路４からの周回参照光とを合波し、合波された合波光、つまり、干渉光として出力する。合波部は一般に知られている２つの光を合成させて干渉光を得るものである。
光電変換部は合波部からの干渉光を電気信号に変換し、測定用信号を出力する。
【0033】
なお、光分配部２から測定信号取得部５の光電変換部に至る測定光経路に用いられる光ファイバは直交する二つの偏波状態を保持する偏波保持ファイバを用いるのが好ましい。偏波保持ファイバを用いることにより、測定対象物８の内部以外の原因で生じるリタデーションへの影響を生じ難くさせ、照射光学系３から測定対象物８までの空気層におけるリタデーション変動の少ない条件で測定できる。
【0034】
図２に、濃い墨の山形で示す測定用反射光によるスペクトルＭと、薄墨の山形で示す照射光学系３のコネクタにおける測定光を出射する端面により反射される、いわゆるフレネル反射である端面反射光によるスペクトルＳ０～ＳＮを示す。図２において、Ｃはコヒーレンス長を示す。
測定用反射光によるスペクトルＭは、測定用反射光を測定信号取得部５の合波部により得たビート周波数を電気信号に変換した測定用信号を信号処理部７により高速フーリエ変換して得たスペクトルである。
また、端面反射光によるスペクトルＳ０～ＳＮは、測定用反射光を測定信号取得部５の合波部により得たビート周波数を電気信号に変換した測定用信号を信号処理部７により高速フーリエ変換して得たスペクトルである。
測定用反射光によるスペクトルＭは、測定用反射光を測定信号取得部５の合波部により得たビート周波数を電気信号に変換した測定用信号を信号処理部７により高速フーリエ変換して得たスペクトルである。
また、端面反射光によるスペクトルＳ０～ＳＮは、測定用反射光を測定信号取得部５の合波部により得たビート周波数を電気信号に変換した測定用信号を信号処理部７により高速フーリエ変換して得たスペクトルである。
【0035】
測定信号取得部５からの干渉光による電気信号を高速フーリエ変換することにより、反射位置に応じた周波数が得られ、反射光強度が強いほどピークは強くなる。
コヒーレンス長が短い場合、端面反射光によるビート周波数Ｓ０～ＳＮは、参照光経路の経路が長くなるほど、つまり、ループ部４２の周回数が増えるほど、ビート周波数のピークは低くなる。
コヒーレンス長が短い場合、端面反射光によるビート周波数Ｓ０～ＳＮは、参照光経路の経路が長くなるほど、つまり、ループ部４２の周回数が増えるほど、ビート周波数のピークは低くなる。
【0036】
図３に、測定信号取得部５の合波部による、測定用反射光による光路長（ビート周波数）と第１の波長域（１５００nmから１５５０nmの帯域）の周回参照光による光路長（ビート周波数）と第２の波長域（１５５０nmから１６００ｎｍの帯域）の周回参照光による光路長（ビート周波数）を示す。
第１の波長域の周回参照光による光路長が第１の周回数測定用光による光路長に相当し、第２の波長域の周回参照光による光路長が第２の周回数測定用光による光路長に相当する。
第１の波長域の周回参照光による光路長が第１の周回数測定用光による光路長に相当し、第２の波長域の周回参照光による光路長が第２の周回数測定用光による光路長に相当する。
【0037】
図３において、縦軸が周回光経路の周回数、横軸が光路長（ビート周波数）を示し、実線が測定用反射光による光路長を、破線が第１の波長域の周回参照光による光路長を、一点鎖線が第２の波長域の周回参照光による光路長を示す。
また、図３において、周回数がｋ回目と（ｋ＋１）回目との間に測定用反射光が受信していることを示し、図３はｋ回目の周回参照光と測定用反射光とのビート周波数ｆｂ１が（ｋ＋１）回目の周回参照光と測定用反射光とのビート周波数ｆｂ２より大きい場合についての図である。
また、図３において、周回数がｋ回目と（ｋ＋１）回目との間に測定用反射光が受信していることを示し、図３はｋ回目の周回参照光と測定用反射光とのビート周波数ｆｂ１が（ｋ＋１）回目の周回参照光と測定用反射光とのビート周波数ｆｂ２より大きい場合についての図である。
【0038】
図３に示すように、光路長は、光伝搬媒質の屈折率における波長での屈折率に比例するので、同じ参照光経路を伝搬する、第１の波長域の周回参照光による光路長は第２の波長域の周回参照光による光路長より短くなる。
一般的なシングルモードファイバで屈折率／波長の傾きは－０．００１／１００nm 程度である。例えば、波長が１５００nmでの測定される光路長と、波長が１６００nmでの測定される光路長は異なり、波長の大きい方が短くなる。ループ部４２のループ長さを１ｍとすると、波長が１５００nmから１６００nmに長くなると光路長の短くなる差分が１０００μm、負方向へシフトされる。
一般的なシングルモードファイバで屈折率／波長の傾きは－０．００１／１００nm 程度である。例えば、波長が１５００nmでの測定される光路長と、波長が１６００nmでの測定される光路長は異なり、波長の大きい方が短くなる。ループ部４２のループ長さを１ｍとすると、波長が１５００nmから１６００nmに長くなると光路長の短くなる差分が１０００μm、負方向へシフトされる。
【0039】
また、第１の波長域の周回参照光による光路長と第２の波長域の周回参照光による光路長はループ部４２を１回周回する毎に長くなり、第１の波長域の周回参照光による光路長の周回数に対する傾きは第２の波長域の周回参照光による光路長の周回数に対する傾きが大きい。
従って、周回毎の第１の波長域の周回参照光による光路長と第２の波長域の周回参照光による光路長の差分、つまりシフト量は周回数に対して比例する。
従って、周回毎の第１の波長域の周回参照光による光路長と第２の波長域の周回参照光による光路長の差分、つまりシフト量は周回数に対して比例する。
【0040】
第１の波長域の周回参照光及び第２の波長域の周回参照光それぞれについて、測定信号取得部５の合波部により得たビート周波数を電気信号に変換した測定用信号を信号処理部７により高速フーリエ変換して得たスペクトルを図４に示す。
図４において、第１の波長域の周回参照光によるスペクトルｆｂλ１を濃い墨の山形で示し、第２の波長域の周回参照光によるスペクトルｆｂλ２を薄墨の山形で示し、図４はビート周波数ｆｂ１がビート周波数ｆｂ２より大きい場合についての図である。
図４において、横軸を周回数、つまり測定された距離、縦軸をスペクトルの強度を示す。
図４において、第１の波長域の周回参照光によるスペクトルｆｂλ１を濃い墨の山形で示し、第２の波長域の周回参照光によるスペクトルｆｂλ２を薄墨の山形で示し、図４はビート周波数ｆｂ１がビート周波数ｆｂ２より大きい場合についての図である。
図４において、横軸を周回数、つまり測定された距離、縦軸をスペクトルの強度を示す。
【0041】
図４において、図示左側に位置するスペクトルｆｂλ１１とスペクトルｆｂλ２１が周回数０の場合のスペクトルを示し、スペクトルｆｂλ１１のピーク位置とスペクトルｆｂλ２１のピーク位置の間隔がシフト量、言い換えれば、周回数０の場合の光路長差の差分を示す。
また、図４図示右側に位置するスペクトルｆｂλ１２とスペクトルｆｂλ２２が周回数Ｎの場合のスペクトルを示し、スペクトルｆｂλ１２のピーク位置とスペクトルｆｂλ２２のピーク位置の間隔がシフト量、言い換えれば、周回数Ｎの場合の光路長差の差分を示す。
従って、シフト量が周回数に比例するため、シフト量を知ることにより、測定用反射光を受信したタイミング、言い換えれば、周回数を決定できる。
また、図４図示右側に位置するスペクトルｆｂλ１２とスペクトルｆｂλ２２が周回数Ｎの場合のスペクトルを示し、スペクトルｆｂλ１２のピーク位置とスペクトルｆｂλ２２のピーク位置の間隔がシフト量、言い換えれば、周回数Ｎの場合の光路長差の差分を示す。
従って、シフト量が周回数に比例するため、シフト量を知ることにより、測定用反射光を受信したタイミング、言い換えれば、周回数を決定できる。
【0042】
実施の形態１に係る光測定装置は、測定光経路に照射光学系３のコネクタの端面と測定対象物８との間に空間が存在することにより、測定光経路の波長分散特性と参照光経路の波長分散特性が異なることを利用し、第１の波長域の周回参照光による光路長と第２の波長域の周回参照光による光路長の差分を用いてループ部４２の周回数を決定する粗測定を実施する。
【0043】
測定位置補正用信号生成部６（以下、補正用信号生成部と略称する）は、粗測定の際に複数の波長を切り出すために用いる測定位置補正用信号（以下、補正用信号と略称する）を各周期の掃引光に基づき周期毎に生成する。
本例では補正用信号生成部６は周回参照光及び測定用反射光から第１の波長域と第２の波長域それぞれを切り出すための補正用信号を生成する。
波長掃引光源１から出射される掃引光は１周期毎、つまり、掃引毎に時間軸方向、つまり、時間に対する線形性の変動（ジッタ）が含まれる。
補正用信号は掃引光にジッタによる変動があっても複数の波長の切り出しを正確に行うための信号である。
本例では補正用信号生成部６は周回参照光及び測定用反射光から第１の波長域と第２の波長域それぞれを切り出すための補正用信号を生成する。
波長掃引光源１から出射される掃引光は１周期毎、つまり、掃引毎に時間軸方向、つまり、時間に対する線形性の変動（ジッタ）が含まれる。
補正用信号は掃引光にジッタによる変動があっても複数の波長の切り出しを正確に行うための信号である。
【0044】
補正用信号生成部６は光フィルタ６１と光検出器６２を備える。
光フィルタ６１は波長掃引光源１から出射される掃引光の一部が光分配部２を介して入力され、第１の波長域の位置補正用光と第２の波長域の位置補正用光を切り出す。
光フィルタ６１は図６に示す、中心波長が１５５０nmで掃引範囲が１００nmの掃引光の一部が入力され、１５００nmから１５００nmの帯域の第１の波長域の位置補正用光と１５５０nmから１６００ｎｍの帯域の第２の波長域の位置補正用光を切り出す。
光フィルタ６１は波長掃引光源１から出射される掃引光の一部が光分配部２を介して入力され、第１の波長域の位置補正用光と第２の波長域の位置補正用光を切り出す。
光フィルタ６１は図６に示す、中心波長が１５５０nmで掃引範囲が１００nmの掃引光の一部が入力され、１５００nmから１５００nmの帯域の第１の波長域の位置補正用光と１５５０nmから１６００ｎｍの帯域の第２の波長域の位置補正用光を切り出す。
【0045】
なお、位置補正用光は、図６に示すように、掃引光の掃引範囲を１／ｋ（ｋは２以上の整数）に分割し、λ１からλｋのｋ個の位置補正用光であればよい。
光フィルタ６１は、例えば、ｋを２０とし、１５００nmから１６００nmの帯域から帯域幅５nmとした第１の波長域λ１から第２０の波長域λ２０の位置補正用光を切り出すものでもよい。
位置補正用光の数を多くすることにより、周回数の決定の精度が高まる。
光フィルタ６１は、例えば、ｋを２０とし、１５００nmから１６００nmの帯域から帯域幅５nmとした第１の波長域λ１から第２０の波長域λ２０の位置補正用光を切り出すものでもよい。
位置補正用光の数を多くすることにより、周回数の決定の精度が高まる。
【0046】
光フィルタ６１は特定波長のみ透過する部材であるガスセルを用いる。
光フィルタ６１として、HCN（シアン化水素）ガスセルのように分子の振動モードに対応した吸収スペクトルの得られる部材、エタロンのようにマッハ・ツェンダー（ＭＺ：Mach-Zehnder）干渉計を用いて特定の波長のみ透過する部材を用いてもよい。
光検出器（フォトディテクタ、ＰＤ：Photo Detector）６２は光フィルタ６１からの第１の波長域の位置補正用光と第２の波長域の位置補正用光を電気信号に変換して第１の補正用信号と第２の補正用信号を測定信号取得部５に出力する。
なお、光フィルタ６１により、２０の位置補正用光が切り出されれば、位置補正用光を電気信号に変換して第１の補正用信号から第２の補正用信号を測定信号取得部５に出力する。
光フィルタ６１として、HCN（シアン化水素）ガスセルのように分子の振動モードに対応した吸収スペクトルの得られる部材、エタロンのようにマッハ・ツェンダー（ＭＺ：Mach-Zehnder）干渉計を用いて特定の波長のみ透過する部材を用いてもよい。
光検出器（フォトディテクタ、ＰＤ：Photo Detector）６２は光フィルタ６１からの第１の波長域の位置補正用光と第２の波長域の位置補正用光を電気信号に変換して第１の補正用信号と第２の補正用信号を測定信号取得部５に出力する。
なお、光フィルタ６１により、２０の位置補正用光が切り出されれば、位置補正用光を電気信号に変換して第１の補正用信号から第２の補正用信号を測定信号取得部５に出力する。
【0047】
補正用信号生成部６は、光分配部２を介して入力される波長掃引光源１から出射される掃引光の一部を用いて補正用信号を得るものとしたが、補正用信号として波長掃引光源の掃引特性が得られれば良いため、周回光経路４からの参照用出力光を０回周回の（周回しない）周回参照光を用いて補正用信号を得るものとしてもよい。
【0048】
測定信号取得部５では、補正用信号生成部６からの第１の補正用信号と第２の補正用信号により、波長掃引光源１から出射される掃引光と同期がとられて、周回数測定用光として、周回光経路４からの周回参照光から第１の波長域の補正用参照光と第２の波長域の補正用参照光を切り出し、照射光学系３からの測定用反射光から第１の波長域の補正用反射光と第２の波長域の補正用反射光を切り出す。
測定信号取得部５は、第１の波長域の補正用参照光と第１の波長域の補正用反射光を合波し、合波された干渉光を光電変換した第１の粗測定用信号と、第２の波長域の補正用参照光と第２の波長域の補正用反射光を合波し、合波された干渉光を光電変換した第２の粗測定用信号を、信号処理部７に出力する。
測定信号取得部５は、第１の波長域の補正用参照光と第１の波長域の補正用反射光を合波し、合波された干渉光を光電変換した第１の粗測定用信号と、第２の波長域の補正用参照光と第２の波長域の補正用反射光を合波し、合波された干渉光を光電変換した第２の粗測定用信号を、信号処理部７に出力する。
【0049】
なお、波長掃引光源１として、１５５０nm を中心に波長が５nmずつずらした２０の掃引光を時間多重的に掃引して、実質的に中心波長が１５５０nmで掃引範囲が掃引帯域の広い１００nmの掃引光を出射するものとした場合、精測定用信号を得る場合、照射光学系３からの測定用反射光と周回光経路４からの周回参照光は実質的に中心波長が１５５０nmで掃引範囲が掃引帯域の広い１００nmを用いる。
【0050】
また、第１の波長域と第２の波長域の粗測定用信号を得る場合は、２０の掃引光の内の波長の上下２分割した１０ずつの照射光学系３からの測定用反射光と周回光経路４からの周回参照光を用いればよい。
この時、波長掃引光源１から出力される第１の波長域の掃引光と測定信号取得部５に入力される第１の波長域の補正用参照光及び第１の波長域の補正用反射光は同期がとられ、波長掃引光源１から出力される第２の波長域の掃引光と測定信号取得部５に入力される第２の波長域の補正用参照光及び第２の波長域の補正用反射光は同期がとられる。
この場合は補正用信号生成部６を必要としない。
この時、波長掃引光源１から出力される第１の波長域の掃引光と測定信号取得部５に入力される第１の波長域の補正用参照光及び第１の波長域の補正用反射光は同期がとられ、波長掃引光源１から出力される第２の波長域の掃引光と測定信号取得部５に入力される第２の波長域の補正用参照光及び第２の波長域の補正用反射光は同期がとられる。
この場合は補正用信号生成部６を必要としない。
【0051】
信号処理部７は、測定信号取得部５において、波長掃引光源１から出射される掃引光の掃引範囲の帯域と同じ帯域の、照射光学系３からの測定用反射光と周回光経路４からの周回参照光とを合波して得た電気信号からなる精測定用信号を高速フーリエ変換し、掃引光の掃引範囲の波長域における測定用反射光と周回参照光の干渉光におけるスペクトルのピーク位置に基づいた、測定用反射光と周回参照光による光路長差を得る精測定が実施される。
【0052】
信号処理部７は、精測定において、掃引光の掃引範囲の帯域と同じ帯域の広い波長範囲の測定用反射光と周回参照光を用いてビート周波数を得ているので、ビート周波数の半値全幅は高速フーリエ変換に用いる波長範囲と反比例するものの、精度の高い精測定を行える。
例えば、中心波長１５５０nmで掃引範囲１００nmの場合、得られるビート周波数の半値全幅は１０um程度であるため、１μm程度の十分精度の高い距離測定が行える。
例えば、中心波長１５５０nmで掃引範囲１００nmの場合、得られるビート周波数の半値全幅は１０um程度であるため、１μm程度の十分精度の高い距離測定が行える。
【0053】
信号処理部７による精測定の結果得られるスペクトルを図７に示す。図７において、測定用反射光が図３に示す周回数がｋ回と（ｋ＋１）回に存在する場合、左側に位置するスペクトルはｋ回の周回参照光側に位置していることを示し、右側に位置するスペクトルは（ｋ＋１）回の周回参照光側に位置していることを示している。
すなわち、掃引光の掃引範囲の波長域測定用反射光と周回参照光の干渉光におけるスペクトルのピーク位置に基づいた、測定用反射光と周回参照光との光路長差、つまり、距離を測定できる。
但し、周回参照光の周回数ｋは精測定だけでは決定できない。
すなわち、掃引光の掃引範囲の波長域測定用反射光と周回参照光の干渉光におけるスペクトルのピーク位置に基づいた、測定用反射光と周回参照光との光路長差、つまり、距離を測定できる。
但し、周回参照光の周回数ｋは精測定だけでは決定できない。
【0054】
例えば、波長掃引光源１から測定信号取得部５に至る参照光経路のループ部４２以外の長さ０．５ｍ、ループ部４２のループの長さを１．０ｍとし、測定対象物８を通る測定光経路１．８ｍと仮定する。
信号処理部７による精測定で得られる結果は、測定用反射光と周回参照光との光路長の差分である０．３ｍ（＝１．８－１．５）である。
信号処理部７による精測定で得られる結果は、測定用反射光と周回参照光との光路長の差分である０．３ｍ（＝１．８－１．５）である。
【0055】
信号処理部７は、測定信号取得部５において、補正用信号生成部６からの第１の補正用信号により波長掃引光源１から出射される掃引光と同期がとられた第１の粗測定用信号を高速フーリエ変換し、第１の波長域の補正用参照光による干渉光におけるスペクトルのピーク位置に基づいた、第１の波長域の光路長差を得る。
信号処理部７は、測定信号取得部５において、補正用信号生成部６からの第２の補正用信号により波長掃引光源１から出射される掃引光と同期がとられた第２の粗測定用信号を高速フーリエ変換し、第２の波長域の補正用参照光による干渉光におけるスペクトルのピーク位置に基づいた、第２の波長域の光路長差を得る。
信号処理部７は、測定信号取得部５において、補正用信号生成部６からの第２の補正用信号により波長掃引光源１から出射される掃引光と同期がとられた第２の粗測定用信号を高速フーリエ変換し、第２の波長域の補正用参照光による干渉光におけるスペクトルのピーク位置に基づいた、第２の波長域の光路長差を得る。
【0056】
信号処理部７による第１の粗測定用信号及び第２の粗測定用信号を高速フーリエ変換して得られるスペクトルを図８に示す。
図８に示すように、第１の波長域の光路長差によるスペクトルと第２の波長域の光路長差によるスペクトルとのピーク間隔であるシフト量は周回数に比例する。
従って、事前に、周回数とシフト量の関係をテーブルにより記憶しておく、もしくは、周回数とシフト量の線形関係を記憶しておく。
なお、波長の、参照光経路における光伝搬媒質の温度に対する傾きが線形でない場合、テーブル又は線形関係に温度変化の影響を考慮する。
図８に示すように、第１の波長域の光路長差によるスペクトルと第２の波長域の光路長差によるスペクトルとのピーク間隔であるシフト量は周回数に比例する。
従って、事前に、周回数とシフト量の関係をテーブルにより記憶しておく、もしくは、周回数とシフト量の線形関係を記憶しておく。
なお、波長の、参照光経路における光伝搬媒質の温度に対する傾きが線形でない場合、テーブル又は線形関係に温度変化の影響を考慮する。
【0057】
図８は図４と同様の図であり、図８において、図示左側に位置する第１の波長域の光路長差によるスペクトルｆｂλ１１と第２の波長域の光路長差によるスペクトルｆｂλ２１か周回数０の場合のスペクトルを示し、スペクトルｆｂλ１１のピーク位置とスペクトルｆｂλ２１のピーク位置の間隔がシフト量、言い換えれば、周回数０の場合の光路長差を示す。
また、図８図示右側に位置するスペクトルｆｂλ１２とスペクトルｆｂλ２２か周回数Ｎの場合のスペクトルを示し、スペクトルｆｂλ１２のピーク位置とスペクトルｆｂλ２２のピーク位置の間隔がシフト量、言い換えれば、周回数Ｎの場合の光路長差を示す。
また、図８図示右側に位置するスペクトルｆｂλ１２とスペクトルｆｂλ２２か周回数Ｎの場合のスペクトルを示し、スペクトルｆｂλ１２のピーク位置とスペクトルｆｂλ２２のピーク位置の間隔がシフト量、言い換えれば、周回数Ｎの場合の光路長差を示す。
【0058】
第１の粗測定用信号が第１の波長域における照射光学系３からの測定用反射光（補正用反射光）と周回光経路４からの周回参照光（補正用参照光）とを合波して得た電気信号からなる粗測定用信号であり、第２の粗測定用信号が第２の波長域における照射光学系３からの測定用反射光（補正用反射光）と周回光経路４からの周回参照光（補正用参照光）とを合波して得た電気信号からなる粗測定用信号であると、第１の波長域の補正用反射光と補正用参照光による第１の波長域の光路長差と第２の波長域の補正用反射光と補正用参照光による第２の波長域の光路長差が得られる。
【0059】
第１の波長域の光路長差と第２の波長域の光路長差とによるシフト量が得られ、この得られたシフト量とテーブルとして記憶された周回数とシフト量の関係又は記憶された周回数とシフト量の線形関係により、得られたシフト量に対する周回数が得られる。
信号処理部７は測定信号取得部５からの第１の粗測定用信号及び第２の粗測定用信号を用いて粗測定が実施され、照射光学系３からの測定用反射光を得た周回数を得る。
信号処理部７は測定信号取得部５からの第１の粗測定用信号及び第２の粗測定用信号を用いて粗測定が実施され、照射光学系３からの測定用反射光を得た周回数を得る。
【0060】
例えば、上記した例示と同様に、波長掃引光源１から測定信号取得部５に至る参照光経路のループ部４２以外の長さ０．５ｍ、ループ部４２のループの長さを１．０ｍとし、測定対象物８を通る測定光経路１．８ｍと仮定する。
信号処理部７による粗測定において、第１の波長域の光路長差と第２の波長域の光路長差とによるシフト量とテーブルにおける周回数とシフト量の関係から周回数が周回数１（周回参照光の光路長１．５ｍ）と周回数２（周回参照光の光路長２．５ｍ)の間、かつ、周回数１側に位置すると決定する。
その結果、精測定で得られる０．３ｍと粗測定で得られた周回数１である１．５ｍの和１．８ｍの測距が実施できる。
信号処理部７による粗測定において、第１の波長域の光路長差と第２の波長域の光路長差とによるシフト量とテーブルにおける周回数とシフト量の関係から周回数が周回数１（周回参照光の光路長１．５ｍ）と周回数２（周回参照光の光路長２．５ｍ)の間、かつ、周回数１側に位置すると決定する。
その結果、精測定で得られる０．３ｍと粗測定で得られた周回数１である１．５ｍの和１．８ｍの測距が実施できる。
【0061】
信号処理部７は、精測定における精測定用信号の高速フーリエ変換と粗測定における第１の粗測定用信号及び第２の粗測定用信号それぞれの高速フーリエ変換を並列処理することにより、高速化を図っている。
【0062】
実施の形態１に係る光測定装置は、測定光経路に照射光学系３のコネクタの端面と測定対象物８との間に空間が存在することにより、測定光経路の波長分散特性と参照光経路の波長分散特性が異なることを利用し、図９に示すように、周回参照光のループ部４２におけるループの周回ごとに周波数の時間に対する傾きが波長分散によって変化していることにより、粗測定によって周回数が同定できる。
なお、ループ部４２を構成する光ファイバを他の経路に用いられるシングルモードファイバと異なる、例えば分散シフトファイバを用いることで周回数に対する傾きを大きくし、周回数の同定にさらなる精度の向上を図ってもよい。
なお、ループ部４２を構成する光ファイバを他の経路に用いられるシングルモードファイバと異なる、例えば分散シフトファイバを用いることで周回数に対する傾きを大きくし、周回数の同定にさらなる精度の向上を図ってもよい。
【0063】
また、図１０に示すように、測定対象物８と照射光学系３のコネクタの端面と測定対象物８との間の空気層の厚みが測定対象物８までの距離と比例することを利用し、測定用反射光のループ部４２におけるループの周回ごとに周波数の時間に対する傾きが波長分散によって変化していることにより、粗測定によって周回数が同定するようにしてもよい。
【0064】
次に、実施の形態１に係る光測定装置における精測定と粗測定の動作を説明する。
まず、精測定の動作を説明する。
測定信号取得部５に測定用反射光が入力されると、測定信号取得部５からは、入力された測定用反射光と測定用反射光が入力された時点の前後の周回参照光とを合波し、電気信号に変換された精測定用信号が信号処理部７に出力される。
信号処理部７は精測定用信号を高速フーリエ変換し、掃引光の掃引範囲の波長域における測定用反射光と周回参照光の干渉光におけるスペクトルのピーク位置に基づいた、測定用反射光と周回参照光との光路差を求め、測定用反射光と周回参照光とによる距離を求める。
まず、精測定の動作を説明する。
測定信号取得部５に測定用反射光が入力されると、測定信号取得部５からは、入力された測定用反射光と測定用反射光が入力された時点の前後の周回参照光とを合波し、電気信号に変換された精測定用信号が信号処理部７に出力される。
信号処理部７は精測定用信号を高速フーリエ変換し、掃引光の掃引範囲の波長域における測定用反射光と周回参照光の干渉光におけるスペクトルのピーク位置に基づいた、測定用反射光と周回参照光との光路差を求め、測定用反射光と周回参照光とによる距離を求める。
【0065】
一方、粗測定では、測定信号取得部５に測定用反射光が入力されると、測定信号取得部５からは、補正用信号生成部６からの第１の補正用信号により波長掃引光源１から出射される掃引光の第１の波長域と同期がとられた、入力された測定用反射光における第１の波長域の測定用反射光である補正用反射光と測定用反射光が入力された時点の前後の周回参照光における第１の波長域の周回参照光である補正用参照光とを合波し、電気信号に変換された第１の粗測定用信号が信号処理部７に出力される。
【0066】
また、測定信号取得部５からは、補正用信号生成部６からの第２の補正用信号により波長掃引光源１から出射される掃引光の第２の波長域と同期がとられた、入力された測定用反射光における第２の波長域の測定用反射光である補正用反射光と測定用反射光が入力された時点の前後の周回参照光における第２の波長域の周回参照光である補正用参照光とを合波し、電気信号に変換された第２の粗測定用信号が信号処理部７に出力される。
【0067】
なお、掃引範囲内を掃引部により時間多重的に波長域がそれぞれ異なる第１の波長域及び第２の波長域に波長掃引された掃引光をそれぞれ出力する波長掃引光源１を用いた場合、測定信号取得部５からは、波長掃引光源１から出射される第１の波長域及び第２の波長域の掃引光それぞれと同期がとられた、入力された第１の波長域及び第２の波長域の測定用反射光である補正用反射光それぞれと第１の波長域及び第２の波長域の測定用反射光が入力された時点の前後の第１の波長域及び第２の波長域の周回参照光である補正用参照光それぞれとを合波し、電気信号に変換された第１の波長域及び第２の粗測定用信号が信号処理部７に出力される。
補正用反射光と補正用参照光が周回数測定用光を構成する。
補正用反射光と補正用参照光が周回数測定用光を構成する。
【0068】
信号処理部７は、第１の粗測定用信号を高速フーリエ変換し、第１の波長域の周回参照光による干渉光におけるスペクトルのピーク位置に基づいた、第１の波長域の測定用反射光と周回参照光との第１の波長域の光路長差を求め、第２の粗測定用信号を高速フーリエ変換し、第２の波長域の周回参照光による干渉光におけるスペクトルのピーク位置に基づいた、第２の波長域の測定用反射光と周回参照光との第２の波長域の光路長差を求める。
【0069】
信号処理部７は、第１の波長域の光路長差と第２の波長域の光路長差とのシフト量を求め、求めたシフト量と、テーブルとして記憶された周回数とシフト量の関係又は記憶された周回数とシフト量の線形関係により、得られたシフト量に対する周回数を得る。
信号処理部７は、精測定により求めた測定用反射光と周回参照光とによる距離と粗測定により得た周回数とにより、測定対象物８までの距離を求め、求めた距離を出力する。
信号処理部７は、精測定により求めた測定用反射光と周回参照光とによる距離と粗測定により得た周回数とにより、測定対象物８までの距離を求め、求めた距離を出力する。
【0070】
以上に述べたように、精測定においては、波長掃引光源１からの広い掃引範囲と同じ帯域の測定用反射光と周回参照光を用い、広い帯域すべて高速フーリエ変換に用いることで、図７に示すようにピーク位置の変動がなく、距離測定に高い精度を維持できる。
粗測定において、粗測定に対して、掃引範囲より狭い範囲の帯域の測定用反射光と周回参照光を用いて高速フーリエ変換することにより、図８に示すように、スペクトルの幅は広がるものの、シフト量の情報は正確に得られる。
粗測定において、粗測定に対して、掃引範囲より狭い範囲の帯域の測定用反射光と周回参照光を用いて高速フーリエ変換することにより、図８に示すように、スペクトルの幅は広がるものの、シフト量の情報は正確に得られる。
【0071】
実施の形態１に係る光測定装置は、ループ部を有する周回光経路を備えたので、波長掃引光源１として測定レンジが狭い低コヒーレンス光源を用いても、測定レンジの拡大を図ることができる。
しかも、掃引光に基づき、光路に対して異なる屈折率の依存性を持つ複数の周回数測定用光を用いて得た電気信号からなる複数の粗測定用信号を出力する測定信号取得部５と、測定信号取得部５からの複数の粗測定用信号により、測定用反射光と周回参照光の光路長差を得た周回参照光の周回光経路４における周回数を同定する信号処理部７を備えたので、環境温度の変化の影響を受け難く、測定対象物までの距離を精度高く測定ができる。
しかも、掃引光に基づき、光路に対して異なる屈折率の依存性を持つ複数の周回数測定用光を用いて得た電気信号からなる複数の粗測定用信号を出力する測定信号取得部５と、測定信号取得部５からの複数の粗測定用信号により、測定用反射光と周回参照光の光路長差を得た周回参照光の周回光経路４における周回数を同定する信号処理部７を備えたので、環境温度の変化の影響を受け難く、測定対象物までの距離を精度高く測定ができる。
【0072】
また、実施の形態１に係る光測定装置は、周回数を同定するための複数の粗測定用信号を、波長掃引光源１からの掃引光における掃引範囲を複数に分割した波長域に対応した波長域の測定用反射光と周回参照光により得たので、測定の時間分解能の低下と光測定装置としてのハードウェア構成の複雑さを増大させることない。
【0073】
実施の形態２．
実施の形態２に係る光測定装置を図１１から図１４を用いて説明する。
実施の形態２に係る光測定装置は、実施の形態１に係る光測定装置が、第１の粗測定用信号及び第２の粗測定用信号を得るための、光路に対して異なる屈折率の依存性を持つ第１の周回数測定用光及び第２の周回数測定用光を波長掃引光源１からの掃引光における掃引範囲を複数に分割した波長域に対応した波長域の測定用反射光と周回参照光により得ているのに対し、第１の粗測定用信号及び第２の粗測定用信号を測定用反射光と周回参照光それぞれを直交する二偏光に分離した補正用反射光と補正用参照光により得ている点が相違し、その他の点については同じ又は同様である。
図１１から図１４中、図１から図１０に付された符号と同一符号は同一又は相当部分を示す。
実施の形態２に係る光測定装置を図１１から図１４を用いて説明する。
実施の形態２に係る光測定装置は、実施の形態１に係る光測定装置が、第１の粗測定用信号及び第２の粗測定用信号を得るための、光路に対して異なる屈折率の依存性を持つ第１の周回数測定用光及び第２の周回数測定用光を波長掃引光源１からの掃引光における掃引範囲を複数に分割した波長域に対応した波長域の測定用反射光と周回参照光により得ているのに対し、第１の粗測定用信号及び第２の粗測定用信号を測定用反射光と周回参照光それぞれを直交する二偏光に分離した補正用反射光と補正用参照光により得ている点が相違し、その他の点については同じ又は同様である。
図１１から図１４中、図１から図１０に付された符号と同一符号は同一又は相当部分を示す。
【0074】
実施の形態２に係る光測定装置は、光の二偏光、つまり、偏波モードＰの光と偏波モードＰに直交する偏波モードＳの光に対する光伝搬媒質の屈折率の偏光依存性、いわゆる複屈折を利用して第１の粗測定用信号及び第２の粗測定用信号を得、周回光経路の周回数を同定する。
【0075】
実施の形態２に係る光測定装置は、偏波モードＰの光のビート周波数（光路長）と偏波モードＳの光のビート周波数（光路長）との差分、いわゆるシフト量が周回光経路の周回数と複屈折に比例する点を利用して第１の粗測定用信号及び第２の粗測定用信号を得、得た第１の粗測定用信号及び第２の粗測定用信号を用いて参照用出力光における周回光経路の周回数を同定する。
なお、光路長は光伝搬媒質の長さと屈折率の積に比例し、ビート周波数は光路長に比例し、異なる複屈折を持つ光路長の差分は周回光経路の周回数に比例する。
なお、光路長は光伝搬媒質の長さと屈折率の積に比例し、ビート周波数は光路長に比例し、異なる複屈折を持つ光路長の差分は周回光経路の周回数に比例する。
【0076】
実施の形態２に係る光測定装置は、図１１に示すように、波長掃引光源１と光分配部２と照射光学系３と周回光経路４と測定信号取得部５と信号処理部７とを備える。
測定信号取得部５は、図１２に示す粗測定用信号取得部９を備える。
測定信号取得部５は、図１２に示す粗測定用信号取得部９を備える。
【0077】
以下に、実施の形態２に係る光測定装置について、実施の形態１に係る光測定装置における測定信号取得部５、特に、粗測定用信号取得部９を中心に説明する。
実施の形態１に係る光測定装置と同じ構成である、波長掃引光源１と光分配部２と照射光学系３と周回光経路については極力説明を省略する。
なお、測定光経路と参照光経路に用いられる光ファイバは偏光保持光ファイバを用いるのが好ましい。偏光保持光ファイバを用いることにより、複屈折が偏光保持光ファイバの全長に亘って時間的及び空間的に安定する。
実施の形態１に係る光測定装置と同じ構成である、波長掃引光源１と光分配部２と照射光学系３と周回光経路については極力説明を省略する。
なお、測定光経路と参照光経路に用いられる光ファイバは偏光保持光ファイバを用いるのが好ましい。偏光保持光ファイバを用いることにより、複屈折が偏光保持光ファイバの全長に亘って時間的及び空間的に安定する。
【0078】
測定信号取得部５は、照射光学系３からの測定用反射光と周回光経路４からの周回参照光とを合波し、合波された干渉光を光電変換した精測定用信号を出力する。
粗測定用信号取得部９は、図１２に示すように、反射光用ビームスプリッタ９１と参照光用ビームスプリッタ９２とＰ波用合波部９３とＳ波用合波部９４とＰ波用バランス検出器９５とＳ波用バランス検出器９６とを備える。
測定信号取得部５は、一般に光情報通信の分野の受信機に用いられる光集積デバイスである集積コヒーレント受信器（ＩＣＲ：Integrated Coherent Receiver）を用いる。
粗測定用信号取得部９は、図１２に示すように、反射光用ビームスプリッタ９１と参照光用ビームスプリッタ９２とＰ波用合波部９３とＳ波用合波部９４とＰ波用バランス検出器９５とＳ波用バランス検出器９６とを備える。
測定信号取得部５は、一般に光情報通信の分野の受信機に用いられる光集積デバイスである集積コヒーレント受信器（ＩＣＲ：Integrated Coherent Receiver）を用いる。
【0079】
反射光用ビームスプリッタ９１は、照射光学系３からの測定用反射光を偏波モードＰ（以下、Ｐ波という）の測定用反射光であるＰ波の補正用反射光と偏波モードＳ（以下、Ｓ波という）の測定用反射光であるＳ波の補正用反射光に分割する。
参照光用ビームスプリッタ９２は、周回光経路４からの周回参照光をＰ波の周回参照光であるＰ波の補正用参照光とＳ波の周回参照光であるＰ波の補正用参照光に分割する。
参照光用ビームスプリッタ９２は、周回光経路４からの周回参照光をＰ波の周回参照光であるＰ波の補正用参照光とＳ波の周回参照光であるＰ波の補正用参照光に分割する。
【0080】
Ｐ波用合波部９３は、反射光用ビームスプリッタ９１からのＰ波の測定用反射光と参照光用ビームスプリッタ９２からのＰ波の周回参照光とを合波し、合波された合波光、つまり、ビート周波数を有するＰ波の干渉光として出力する。
Ｓ波用合波部９４は、反射光用ビームスプリッタ９１からのＳ波の測定用反射光と参照光用ビームスプリッタ９２からのＳ波の周回参照光とを合波し、合波された合波光、つまり、ビート周波数を有するＳ波の干渉光として出力する。
Ｓ波用合波部９４は、反射光用ビームスプリッタ９１からのＳ波の測定用反射光と参照光用ビームスプリッタ９２からのＳ波の周回参照光とを合波し、合波された合波光、つまり、ビート周波数を有するＳ波の干渉光として出力する。
【0081】
Ｐ波用バランス検出器９５は、Ｐ波用合波部９３からのＰ波の干渉光を電気信号に変換し、第１の測定用信号（Ｐ波）を出力する。
Ｓ波用バランス検出器９６は、Ｓ波用合波部９４からのＳ波の干渉光を電気信号に変換し、第２の測定用信号（Ｓ波）を出力する。
Ｐ波用バランス検出器９５とＳ波用バランス検出器９６はバランスフォトダイオード（ＢＰＤ）により構成され、Ｐ波の干渉光とＳ波の干渉光を電気信号に変換する。
Ｓ波用バランス検出器９６は、Ｓ波用合波部９４からのＳ波の干渉光を電気信号に変換し、第２の測定用信号（Ｓ波）を出力する。
Ｐ波用バランス検出器９５とＳ波用バランス検出器９６はバランスフォトダイオード（ＢＰＤ）により構成され、Ｐ波の干渉光とＳ波の干渉光を電気信号に変換する。
【0082】
Ｐ波の周回参照光による光路長（ビート周波数）及びＳ波の周回参照光による光路長（ビート周波数）を図１３に示す。
図１３において、縦軸が周回光経路の周回数、横軸が光路長（ビート周波数）を示し、実線が測定用反射光による光路長を、破線がＰ波の周回参照光による光路長を、一点鎖線がＳ波の周回参照光による光路長を示す。
図１３において、縦軸が周回光経路の周回数、横軸が光路長（ビート周波数）を示し、実線が測定用反射光による光路長を、破線がＰ波の周回参照光による光路長を、一点鎖線がＳ波の周回参照光による光路長を示す。
【0083】
また、図１３において、周回数がｋ回目と（ｋ＋１）回目との間に測定用反射光が受信していることを示し、図１３はｋ回目の周回参照光と測定用反射光とのビート周波数ｆｂ１が（ｋ＋１）回目の周回参照光と測定用反射光とのビート周波数ｆｂ２より大きい場合についての図である。
【0084】
Ｐ波の周回参照光による光路長はＳ波の周回参照光による光路長より短くなる。
Ｐ波の周回参照光による光路長とＳ波の周回参照光による光路長はループ部４２を１回周回する毎に長くなり、Ｐ波の周回参照光による光路長の周回数に対する傾きはＳ波の周回参照光による光路長の周回数に対する傾きが大きい。
従って、周回毎のＰ波の周回参照光による光路長とＳ波の周回参照光による光路長の差分、つまりシフト量は周回数に対して比例する。
Ｐ波の周回参照光による光路長とＳ波の周回参照光による光路長はループ部４２を１回周回する毎に長くなり、Ｐ波の周回参照光による光路長の周回数に対する傾きはＳ波の周回参照光による光路長の周回数に対する傾きが大きい。
従って、周回毎のＰ波の周回参照光による光路長とＳ波の周回参照光による光路長の差分、つまりシフト量は周回数に対して比例する。
【0085】
第１（Ｐ波）の測定用信号及び第２（Ｓ波）の測定用信号それぞれについて、信号処理部７により高速フーリエ変換して得たスペクトルを図１４に示す。
図１４において、Ｐ波の周回参照光によるスペクトルｆｂＰを濃い墨の山形で示し、Ｓ波の周回参照光によるスペクトルｆｂＳを薄墨の山形で示し、図１４はビート周波数ｆｂ１がビート周波数ｆｂ２より大きい場合についての図である。
図１４において、横軸を周回数、つまり測定された距離、縦軸をスペクトルの強度を示す。
図１４において、Ｐ波の周回参照光によるスペクトルｆｂＰを濃い墨の山形で示し、Ｓ波の周回参照光によるスペクトルｆｂＳを薄墨の山形で示し、図１４はビート周波数ｆｂ１がビート周波数ｆｂ２より大きい場合についての図である。
図１４において、横軸を周回数、つまり測定された距離、縦軸をスペクトルの強度を示す。
【0086】
図１４において、図示左側に位置するスペクトルｆｂＰ１とスペクトルｆｂＳ１が周回数０の場合のスペクトルを示し、スペクトルｆｂＰ１のピーク位置とスペクトルｆｂＳ１のピーク位置の間隔がシフト量、言い換えれば、周回数０の場合の光路長差の差分を示す。
また、図１４図示右側に位置するスペクトルｆｂＰ２とスペクトルｆｂＳ２が周回数Ｎの場合のスペクトルを示し、スペクトルｆｂＰ２のピーク位置とスペクトルｆｂＳ２のピーク位置の間隔がシフト量、言い換えれば、周回数Ｎの場合の光路長差の差分を示す。
従って、シフト量が周回数に比例するため、シフト量を知ることにより、測定用反射光を受信したタイミング、言い換えれば、周回数を決定できる。
また、図１４図示右側に位置するスペクトルｆｂＰ２とスペクトルｆｂＳ２が周回数Ｎの場合のスペクトルを示し、スペクトルｆｂＰ２のピーク位置とスペクトルｆｂＳ２のピーク位置の間隔がシフト量、言い換えれば、周回数Ｎの場合の光路長差の差分を示す。
従って、シフト量が周回数に比例するため、シフト量を知ることにより、測定用反射光を受信したタイミング、言い換えれば、周回数を決定できる。
【0087】
図１３及び図１４から明らかなように、複屈折は測定光経路及び参照光経路における光伝搬媒質で決まり、シフト量が周回数に比例するため、事前にシフト量と周回数の関係を取得し、周回数とシフト量の関係をテーブルにより記憶しておく。
【0088】
次に、実施の形態２に係る光測定装置における精測定と粗測定の動作を説明する。
まず、精測定の動作を説明する。
測定信号取得部５に測定用反射光が入力されると、測定信号取得部５からは、入力された測定用反射光と測定用反射光が入力された時点の前後の周回参照光とを合波し、電気信号に変換された精測定用信号が信号処理部７に出力される。
信号処理部７は精測定用信号を高速フーリエ変換し、掃引光の掃引範囲の波長域における測定用反射光と周回参照光の干渉光におけるスペクトルのピーク位置に基づいた、測定用反射光と周回参照光との光路長差を求め、測定用反射光と周回参照光とによる距離を求める。
まず、精測定の動作を説明する。
測定信号取得部５に測定用反射光が入力されると、測定信号取得部５からは、入力された測定用反射光と測定用反射光が入力された時点の前後の周回参照光とを合波し、電気信号に変換された精測定用信号が信号処理部７に出力される。
信号処理部７は精測定用信号を高速フーリエ変換し、掃引光の掃引範囲の波長域における測定用反射光と周回参照光の干渉光におけるスペクトルのピーク位置に基づいた、測定用反射光と周回参照光との光路長差を求め、測定用反射光と周回参照光とによる距離を求める。
【0089】
一方、粗測定では、測定信号取得部５に測定用反射光が入力されると、測定信号取得部５における粗測定用信号取得部９により、入力された測定用反射光におけるＰ波の測定用反射光と測定用反射光が入力された時点の前後の周回参照光におけるＰ波の周回参照光とを合波し、電気信号に変換された第１の粗測定用信号が信号処理部７に出力される。
また、測定信号取得部５からは、入力された測定用反射光におけるＳ波の測定用反射光と測定用反射光が入力された時点の前後の周回参照光におけるＳ波の周回参照光とを合波し、電気信号に変換された第２の粗測定用信号が信号処理部７に出力される。
また、測定信号取得部５からは、入力された測定用反射光におけるＳ波の測定用反射光と測定用反射光が入力された時点の前後の周回参照光におけるＳ波の周回参照光とを合波し、電気信号に変換された第２の粗測定用信号が信号処理部７に出力される。
【0090】
信号処理部７は、第１の粗測定用信号を高速フーリエ変換し、Ｐ波の周回参照光による干渉光におけるスペクトルのピーク位置に基づいた、Ｐ波の測定用反射光とＰ波の周回参照光とのＰ波の光路長差を求め、第２の粗測定用信号を高速フーリエ変換し、Ｓ波の周回参照光による干渉光におけるスペクトルのピーク位置に基づいた、Ｓ波の測定用反射光とＳ波の周回参照光とのＳ波の光路長差を求める。
信号処理部７は、Ｐ波の光路長差とＳ波の光路長差とのシフト量を求め、求めたシフト量と、テーブルとして記憶された周回数とシフト量の関係により、得られたシフト量に対する周回数を得る。
信号処理部７は、精測定により求めた測定用反射光と周回参照光とによる距離と粗測定により得た周回数とにより、測定対象物８までの距離を求め、求めた距離を出力する。
信号処理部７は、Ｐ波の光路長差とＳ波の光路長差とのシフト量を求め、求めたシフト量と、テーブルとして記憶された周回数とシフト量の関係により、得られたシフト量に対する周回数を得る。
信号処理部７は、精測定により求めた測定用反射光と周回参照光とによる距離と粗測定により得た周回数とにより、測定対象物８までの距離を求め、求めた距離を出力する。
【0091】
以上に述べたように、精測定においては、波長掃引光源１からの広い掃引範囲と同じ帯域の測定用反射光と周回参照光を用い、広い帯域すべて高速フーリエ変換に用いることでピーク位置の変動がなく、距離測定に高い精度を維持できる。
粗測定において、粗測定に対して、Ｐ波の測定用反射光及びＰ波の周回参照光とＳ波の測定用反射光及びＳ波の周回参照光を用い、Ｐ波による第１の粗測定用信号及びＳ波による第２の粗測定用信号を高速フーリエ変換することにより、シフト量の情報は正確に得られる。
粗測定において、粗測定に対して、Ｐ波の測定用反射光及びＰ波の周回参照光とＳ波の測定用反射光及びＳ波の周回参照光を用い、Ｐ波による第１の粗測定用信号及びＳ波による第２の粗測定用信号を高速フーリエ変換することにより、シフト量の情報は正確に得られる。
【0092】
実施の形態２に係る光測定装置は、ループ部を有する周回光経路を備えたので、波長掃引光源１として測定レンジが狭い低コヒーレンス光源を用いても、測定レンジの拡大を図ることができる。
しかも、光路に対して異なる屈折率の依存性である光の二偏光、つまり、偏波モードＰの光と偏波モードＳの光に対する光伝搬媒質の屈折率の偏光依存性、いわゆる複屈折を利用し、Ｐ波の周回参照光及びＳ波の周回参照光それぞれにより電気信号からなるＰ波による第１の粗測定用信号及びＳ波による第２の粗測定用信号それぞれを出力する測定信号取得部５と、測定信号取得部５からのＰ波の粗測定用信号及びＳ波の粗測定用信号により、測定用反射光と周回参照光の光路長差を得た周回参照光の周回光経路４における周回数を同定する信号処理部７を備えたので、環境温度の変化の影響を受け難く、測定対象物までの距離を精度高く測定ができる。
しかも、光路に対して異なる屈折率の依存性である光の二偏光、つまり、偏波モードＰの光と偏波モードＳの光に対する光伝搬媒質の屈折率の偏光依存性、いわゆる複屈折を利用し、Ｐ波の周回参照光及びＳ波の周回参照光それぞれにより電気信号からなるＰ波による第１の粗測定用信号及びＳ波による第２の粗測定用信号それぞれを出力する測定信号取得部５と、測定信号取得部５からのＰ波の粗測定用信号及びＳ波の粗測定用信号により、測定用反射光と周回参照光の光路長差を得た周回参照光の周回光経路４における周回数を同定する信号処理部７を備えたので、環境温度の変化の影響を受け難く、測定対象物までの距離を精度高く測定ができる。
【0093】
また、実施の形態２に係る光測定装置は、周回数を同定するための第１の粗測定用信号及び第２の粗測定用信号を測定用反射光及び周回参照光差それぞれにおけるＰ波及びＳ波により得たので、測定の時間分解能の低下と光測定装置としてのハードウェア構成の複雑さを増大させることはない。
【0094】
実施の形態３．
実施の形態３に係る光測定装置を図１５を用いて説明する。
実施の形態３に係る光測定装置は、実施の形態１に係る光測定装置に対して共通光路干渉系を用いた点が相違し、その他の点については同じ又は同様である。
図１５中、図１から図１０に付された符号と同一符号は同一又は相当部分を示す。
実施の形態３に係る光測定装置を図１５を用いて説明する。
実施の形態３に係る光測定装置は、実施の形態１に係る光測定装置に対して共通光路干渉系を用いた点が相違し、その他の点については同じ又は同様である。
図１５中、図１から図１０に付された符号と同一符号は同一又は相当部分を示す。
【0095】
実施の形態１に係る光測定装置は、測定用出力光が光分配部２から照射光学系３を通過して測定対象物８に向かって測定光として出射され、出射された測定光が測定対象物８から反射されて照射光学系３を通過して測定用反射光として測定信号取得部５に至る測定光経路に用いる光ファイバと、参照用出力光が光分配部２から周回光経路４を介して周回参照光として測定信号取得部５に至る参照光経路に用いる光ファイバを異なるものとしている。
【0096】
これに対して、実施の形態３に係る光測定装置は、共通光路干渉系を用い、測定光経路と参照光経路を共通の光ファイバとしている。
なお、図１５において、測定用反射光と周回参照光を別々に示しているが、説明の都合上、別々に記載しているのであり、共通の光ファイバである。
なお、図１５において、測定用反射光と周回参照光を別々に示しているが、説明の都合上、別々に記載しているのであり、共通の光ファイバである。
【0097】
実施の形態３に係る光測定装置は、図１５に示すように、実施の形態１に係る光測定装置と同様に、波長掃引光源１と光分配部２と照射光学系３と周回光経路４と測定位置補正用信号生成部６を有する測定信号取得部５と信号処理部７とを備える。
実施の形態３に係る光測定装置は、上記で述べたように、実施の形態１に係る光測定装置に対して共通光路干渉系を用いた点が相違するので、測定光経路と参照光経路を中心に説明する。
実施の形態３に係る光測定装置は、上記で述べたように、実施の形態１に係る光測定装置に対して共通光路干渉系を用いた点が相違するので、測定光経路と参照光経路を中心に説明する。
【0098】
測定光経路について説明する。
波長掃引光源１からの掃引光が光分配部２により分配された掃引出力光は共通の光ファイバを介して周回光経路４のカプラ４１に入力される。カプラ４１に入力された掃引出力光はそのまま測定用出力光として共通の光ファイバを介して照射光学系３に入力される。
照射光学系３に入力された測定用出力光は、測定対象物８に向けて空間に測定光として出射される。測定対象物８が測定光を反射した反射光を照射光学系３が受け、照射光学系３から共通の光ファイバを介して測定用反射光として測定信号取得部５へ出力する。
波長掃引光源１からの掃引光が光分配部２により分配された掃引出力光は共通の光ファイバを介して周回光経路４のカプラ４１に入力される。カプラ４１に入力された掃引出力光はそのまま測定用出力光として共通の光ファイバを介して照射光学系３に入力される。
照射光学系３に入力された測定用出力光は、測定対象物８に向けて空間に測定光として出射される。測定対象物８が測定光を反射した反射光を照射光学系３が受け、照射光学系３から共通の光ファイバを介して測定用反射光として測定信号取得部５へ出力する。
【0099】
参照光経路について説明する。
波長掃引光源１からの掃引光が光分配部２により分配された掃引出力光は共通の光ファイバを介して周回光経路４のカプラ４１に入力される。カプラ４１に入力された掃引出力光はそのまま０回周回した周回参照光として共通の光ファイバを介して照射光学系３に入力される。
波長掃引光源１からの掃引光が光分配部２により分配された掃引出力光は共通の光ファイバを介して周回光経路４のカプラ４１に入力される。カプラ４１に入力された掃引出力光はそのまま０回周回した周回参照光として共通の光ファイバを介して照射光学系３に入力される。
【0100】
また、カプラ４１に入力された掃引出力光はループ部４２を周回し、ループ部４２を１回からＮ回周回させる毎の周回参照光として共通の光ファイバを介して照射光学系３に入力される。
周回光経路４からの０回からＮ回の周回毎の周回参照光は照射光学系３を介して共通の光ファイバを介して測定信号取得部５へ出力される。
周回光経路４からの０回からＮ回の周回毎の周回参照光は照射光学系３を介して共通の光ファイバを介して測定信号取得部５へ出力される。
【0101】
光分配部２からの掃引出力光が、以上のような共通光路干渉系を介して、測定用反射光及び周回参照光として測定信号取得部５に入力される。
測定信号取得部５は、入力された測定用反射光と周回参照光により、実施の形態１における測定信号取得部５と同様に動作して、精測定用信号と第１（第１の波長域）の粗測定用信号及び第２（第２の波長域）の粗測定用信号を出力する。
測定信号取得部５は、入力された測定用反射光と周回参照光により、実施の形態１における測定信号取得部５と同様に動作して、精測定用信号と第１（第１の波長域）の粗測定用信号及び第２（第２の波長域）の粗測定用信号を出力する。
【0102】
測定信号取得部５からの精測定用信号を受けた信号処理部７は、実施の形態１における信号処理部７と同様に精測定の動作を実施し、測定反射光と周回参照光とによる距離を求める。
測定信号取得部５からの第１の粗測定用信号及び第２の粗測定用信号を受けた信号処理部７は、実施の形態１における信号処理部７と同様に粗測定の動作を実施し、周回数を得る。
信号処理部７は、精測定により求めた測定反射光と周回参照光とによる距離と粗測定により得た周回数とにより、測定対象物８までの距離を求め、求めた距離を出力する。
測定信号取得部５からの第１の粗測定用信号及び第２の粗測定用信号を受けた信号処理部７は、実施の形態１における信号処理部７と同様に粗測定の動作を実施し、周回数を得る。
信号処理部７は、精測定により求めた測定反射光と周回参照光とによる距離と粗測定により得た周回数とにより、測定対象物８までの距離を求め、求めた距離を出力する。
【0103】
実施の形態３に係る光測定装置は実施の形態１に係る光測定装置と同様の効果を有す他、測定光経路と参照光経路を共通光路干渉系により構成しているので、測定対象物８までの距離の測定に対して共通の光ファイバの温度変動による影響を抑制できる。
【0104】
実施の形態４．
実施の形態４に係る光測定装置を図１６を用いて説明する。
実施の形態４に係る光測定装置は、実施の形態２に係る光測定装置に対して共通光路干渉系を用いた点が相違し、その他の点については同じ又は同様である。
図１６中、図１１に付された符号と同一符号は同一又は相当部分を示す。
実施の形態４に係る光測定装置を図１６を用いて説明する。
実施の形態４に係る光測定装置は、実施の形態２に係る光測定装置に対して共通光路干渉系を用いた点が相違し、その他の点については同じ又は同様である。
図１６中、図１１に付された符号と同一符号は同一又は相当部分を示す。
【0105】
実施の形態２に係る光測定装置は、測定用出力光が光分配部２から照射光学系３を通過して測定対象物８に向かって測定光として出射され、出射された測定光が測定対象物８から反射されて照射光学系３を通過して測定用反射光として測定信号取得部５に至る測定光経路に用いる光ファイバと、参照用出力光が光分配部２から周回光経路４を介して周回参照光として測定信号取得部５に至る参照光経路に用いる光ファイバを異なるものとしている。
【0106】
これに対して、実施の形態４に係る光測定装置は、共通光路干渉系を用い、測定光経路と参照光経路を共通の光ファイバとしている。
なお、図１６において、測定用反射光と周回参照光を別々に示しているが、説明の都合上、別々に記載しているのであり、共通の光ファイバである。
なお、図１６において、測定用反射光と周回参照光を別々に示しているが、説明の都合上、別々に記載しているのであり、共通の光ファイバである。
【0107】
実施の形態４に係る光測定装置は、図１６に示すように、実施の形態２に係る光測定装置と同様に、波長掃引光源１と照射光学系３と周回光経路４と粗測定用信号取得部９を有する測定信号取得部５と信号処理部７とを備える。
実施の形態４に係る光測定装置は、上記で述べたように、実施の形態２に係る光測定装置に対して共通光路干渉系を用いた点が相違するので、測定光経路と参照光経路を中心に説明する。
実施の形態４に係る光測定装置は、上記で述べたように、実施の形態２に係る光測定装置に対して共通光路干渉系を用いた点が相違するので、測定光経路と参照光経路を中心に説明する。
【0108】
測定光経路について説明する。
波長掃引光源１からの掃引光は共通の光ファイバを介して周回光経路４のカプラ４１に入力される。カプラ４１に入力された掃引光はそのまま測定用出力光として共通の光ファイバを介して照射光学系３に入力される。
照射光学系３に入力された測定用出力光は、測定対象物８に向けて空間に測定光として出射される。測定対象物８が測定光を反射した反射光を照射光学系３が受け、照射光学系３から共通の光ファイバを介して測定用反射光として測定信号取得部５へ出力する。
波長掃引光源１からの掃引光は共通の光ファイバを介して周回光経路４のカプラ４１に入力される。カプラ４１に入力された掃引光はそのまま測定用出力光として共通の光ファイバを介して照射光学系３に入力される。
照射光学系３に入力された測定用出力光は、測定対象物８に向けて空間に測定光として出射される。測定対象物８が測定光を反射した反射光を照射光学系３が受け、照射光学系３から共通の光ファイバを介して測定用反射光として測定信号取得部５へ出力する。
【0109】
参照光経路について説明する。
波長掃引光源１からの掃引光は共通の光ファイバを介して周回光経路４のカプラ４１に入力される。カプラ４１に入力された掃引光はそのまま０回周回した周回参照光として共通の光ファイバを介して照射光学系３に入力される。
また、カプラ４１に入力された掃引光はループ部４２を周回し、ループ部４２を１回からＮ回周回させる毎の周回参照光として共通の光ファイバを介して照射光学系３に入力される。
周回光経路４からの０回からＮ回の周回毎の周回参照光は照射光学系３を介して共通の光ファイバを介して測定信号取得部５へ出力される。
波長掃引光源１からの掃引光は共通の光ファイバを介して周回光経路４のカプラ４１に入力される。カプラ４１に入力された掃引光はそのまま０回周回した周回参照光として共通の光ファイバを介して照射光学系３に入力される。
また、カプラ４１に入力された掃引光はループ部４２を周回し、ループ部４２を１回からＮ回周回させる毎の周回参照光として共通の光ファイバを介して照射光学系３に入力される。
周回光経路４からの０回からＮ回の周回毎の周回参照光は照射光学系３を介して共通の光ファイバを介して測定信号取得部５へ出力される。
【0110】
波長掃引光源１からの掃引光が、以上のような共通光路干渉系を介して、測定用反射光及び周回参照光として測定信号取得部５に入力される。
測定信号取得部５は、入力された測定用反射光と周回参照光により、実施の形態２における測定信号取得部５と同様に動作して、精測定用信号と第１（Ｐ波）の粗測定用信号及び第２（Ｓ波）の粗測定用信号を出力する。
測定信号取得部５は、入力された測定用反射光と周回参照光により、実施の形態２における測定信号取得部５と同様に動作して、精測定用信号と第１（Ｐ波）の粗測定用信号及び第２（Ｓ波）の粗測定用信号を出力する。
【0111】
測定信号取得部５からの精測定用信号を受けた信号処理部７は、実施の形態２における信号処理部７と同様に精測定の動作を実施し、測定反射光と周回参照光とによる距離を求める。
測定信号取得部５からの第１の粗測定用信号及び第２の粗測定用信号を信号処理部７は、実施の形態２における信号処理部７と同様に粗測定の動作を実施し、周回数を得る。
信号処理部７は、精測定により求めた測定反射光と周回参照光とによる距離と粗測定により得た周回数とにより、測定対象物８までの距離を求め、求めた距離を出力する。
測定信号取得部５からの第１の粗測定用信号及び第２の粗測定用信号を信号処理部７は、実施の形態２における信号処理部７と同様に粗測定の動作を実施し、周回数を得る。
信号処理部７は、精測定により求めた測定反射光と周回参照光とによる距離と粗測定により得た周回数とにより、測定対象物８までの距離を求め、求めた距離を出力する。
【0112】
実施の形態４に係る光測定装置は実施の形態２に係る光測定装置と同様の効果を有す他、測定光経路と参照光経路を共通光路干渉系により構成しているので、測定対象物８までの距離の測定に対して共通の光ファイバの温度変動による影響を抑制できる。
【0113】
なお、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【0114】
本開示に係る光測定装置は、加工装置及び半導体検査装置において、測定対象物までの距離を測定する光測定装置に好適である。
【符号の説明】
【0115】
１ 波長掃引光源、２ 光分配部、３ 照射光学系、４ 周回光経路、５ 測定信号取得部、６ 測定位置補正用信号生成部、７ 信号処理部、８ 測定対象物、９ 粗測定用信号取得部。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】