(57)【要約】【課題】光路長可変装置において光路長を広範囲かつ迅速に変化させることができるようにする。【解決手段】光路長可変装置１は、光束を導光するための光ファイバ５と、この光束を光ファイバ５のファイバ端面５ａにおいて光結合させるとともに、光ファイバ５の光軸Ｏ５ａに対する光束の光軸Ｏ２の入射角θを変更する移動機構３および集光レンズ４を備え、この移動機構３および集光レンズ４によって入射角θを変更することにより、光ファイバ５のファイバ端面５ｂから出射される出射光束Ｌ３の光路長分布を変更する構成とする。【選択図】図１
2014112134.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光束を導光するための光ファイバと、
前記光束を前記光ファイバの一方の端面において光結合させるとともに、前記光ファイバの光軸に対する前記光束の光軸の入射角を変更する入射角変更部と、
を備え、
前記入射角変更部によって前記入射角を変更することにより、前記光ファイバの他方の端面から出射される出射光束の光路長分布を変更する、光路長可変装置。
【請求項２】
前記入射角変更部は、
前記光束を前記光ファイバの前記一方の端面に集光する集光光学素子と、
該集光光学素子への前記光束の入射高さを変更する入射高さ変更部と、
を備えることを特徴とする、請求項１に記載の光路長可変装置。
【請求項３】
前記集光光学素子は、
その焦点位置が前記光ファイバの前記一方の端面に一致するように配置され、
前記入射高さ変更部は、
平行光束として入射された前記光束を前記集光光学素子の光軸に直交する方向に平行移動させる移動部を備える
ことを特徴とする、請求項２に記載の光路長可変装置。
【請求項４】
外部光源からの前記光束を平行光束とし、前記移動部によって移動可能に保持される光束導入部を備える
ことを特徴とする、請求項３に記載の光路長可変装置。
【請求項５】
前記入射高さ変更部は、
集光光束として入射された前記光束をその集光位置において、前記集光光学素子に向けて偏向角可変に偏向する光偏向部を備え、
前記集光光学素子は、
前記集光光束の前記集光位置と、前記光ファイバの前記一方の端面とを、互いに共役の関係とする位置に配置された
ことを特徴とする、請求項２に記載の光路長可変装置。
【請求項６】
外部光源からの前記光束を集光光束にして、前記入射高さ変更部の前記光偏向部に入射する光束導入部を備える
ことを特徴とする、請求項５に記載の光路長可変装置。
【請求項７】
前記入射角変更部で変更された前記入射角を検出する入射角検出部を備えることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の光路長可変装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光路長可変装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光学機器において光路内に光路長可変装置を配置して、光路長を可変することが行われている。
例えば、特許文献１には、４個のくさび状のプリズムを光路に対してスライドさせることにより、光軸ずれを起こすことなく、光路長を連続的に変化させる技術が記載されている。
特許文献１に記載の技術では、光路中にプリズムをスライドすることで、光路における高屈折率媒質が占める割合が増減するため、光路長が変化する。
また、特許文献２には、コーナーミラー、コーナープリズム、直角ミラー、または直角プリズムからなる第１の反射体と、参照ミラーからなる第２の反射体と、回動ミラーとを備え、回動ミラーを回動させることで光路長を連続的に変化させる技術が記載されている。
特許文献２に記載の技術では、入射光を回動ミラーによって、位置が固定された第１の反射体に向けて偏向し、第１の反射体で再帰反射した光を回動ミラーで反射して位置が固定された第２の反射体に垂直入射させる光学系が構成されている。このため、回動ミラーが回動すると、これら反射体により折り曲げられた光路の光路長が変化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３１１８１８号公報
【特許文献２】特開２００６−１０６１６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような従来技術の光路長可変装置には、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、プリズムの大きさを大きくすることにより光路長の変化量を増大することができるが、斜め入射による光量損失を抑制するために、プリズム頂角はあまり大きくすることはできない。
このため、光路長の変化量を大きくするには、プリズムを大型化し、光路長の変化に比べてプリズムのスライド量を格段に大きくする必要がある。この結果、光路長を迅速に変化させることができなくなってしまうという問題がある。
例えば、厚さ測定などに用いる白色干渉計の光路長可変装置として用いる場合、光路長の変更に時間を要するため、測定時間が増えてしまう。
例えば、特許文献２に記載の技術では、回動ミラーの回動角に応じた折り曲げ光路の光路長の変化のみで光路長を可変するため、回動ミラーの回動量に対し、微量しか光路長を変化させることができないという問題がある。
特許文献２の図６には、回動ミラーの回動角±３°に対して光路長の変化が±０．６ｍｍであることが記載されている。
【０００５】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、光路長を広範囲かつ迅速に変化させることができる光路長可変装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明の第１の態様の光路長可変装置は、光束を導光するための光ファイバと、前記光束を前記光ファイバの一方の端面において光結合させるとともに、前記光ファイバの光軸に対する前記光束の光軸の入射角を変更する入射角変更部と、を備え、前記入射角変更部によって前記入射角を変更することにより、前記光ファイバの他方の端面から出射される出射光束の光路長分布を変更する構成とする。
【０００７】
また、上記光路長可変装置では、前記入射角変更部は、前記光束を前記光ファイバの前記一方の端面に集光する集光光学素子と、該集光光学素子への前記光束の入射高さを変更する入射高さ変更部と、を備えることが可能である。
【０００８】
また、集光光学素子および入射高さ変更部を備える上記の光路長可変装置では、前記集光光学素子は、その焦点位置が前記光ファイバの前記一方の端面に一致するように配置され、前記入射高さ変更部は、平行光束として入射された前記光束を前記集光光学素子の光軸に直交する方向に平行移動させる移動部を備えることが可能である。
【０００９】
また、移動部を備える上記光路長可変装置では、外部光源からの前記光束を平行光束とし、前記移動部によって移動可能に保持される光束導入部を備えることが可能である。
【００１０】
また、集光光学素子および入射高さ変更部を備える上記光路長可変装置では、前記入射高さ変更部は、集光光束として入射された前記光束をその集光位置において、前記集光光学素子に向けて偏向角可変に偏向する光偏向部を備え、前記集光光学素子は、前記集光光束の前記集光位置と、前記光ファイバの前記一方の端面とを、互いに共役の関係とする位置に配置されることが可能である。
【００１１】
また、光偏向部を備える上記光路長可変装置では、外部光源からの前記光束を集光光束にして、前記入射高さ変更部の前記光偏向部に入射する光束導入部を備えることが可能である。
【００１２】
また、上記光路長可変装置では、前記入射角変更部で変更された前記入射角を検出する入射角検出部を備えることが可能である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の光路長可変装置によれば、光ファイバの光軸に対して光束の光軸の入射角を変更することにより光ファイバからの出射光束の光路長分布を変更するため、光路長を広範囲かつ迅速に変化させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態の光路長可変装置の概略構成を示す模式的なシステム構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の光路長可変装置の作用について説明する模式図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の光路長可変装置における入射角θとΔ／Ｌとの関係を示すグラフである。
【図４】本発明の第２の実施形態の光路長可変装置の概略構成を示す模式的なシステム構成図である。
【図５】本発明の第３の実施形態の光路長可変装置の概略構成を示す模式的なシステム構成図である。
【図６】本発明の第４の実施形態の光路長可変装置の概略構成を示す模式的なシステム構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【００１６】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態の光路長可変装置について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態の光路長可変装置の概略構成を示す模式的なシステム構成図である。
【００１７】
図１に示す本実施形態の光路長可変装置１は、適宜の光学機器から出射された入射光束Ｌ０を導入して、装置内に設けられた光路長が変更可能な光路に通した後、出射光束Ｌ３として装置の外部に出射する装置である。
入射光束Ｌ０を得る光学機器は、特に限定されない。例えば、低コヒーレンス光源を用いた白色干渉計、白色干渉計の原理を用いた種々の計測装置、検査装置などの例を挙げることができる。白色干渉計の原理を用いた計測装置の例としては、厚さ測定装置、検査装置の例としては、干渉断層画像装置などの例を挙げることができる。
このような光学機器は、光路長可変装置１から見ると、入射光束Ｌ０を発生させる光源装置としてとらえることができるため、以下では、外部光源１０（光学機器）として説明する。
【００１８】
なお、「外部」は、外部光源１０を光路長可変装置１の構成と概念的に区別する名称として用いている。
具体的な装置構成としては、外部光源１０は、光路長可変装置１の外部に設けられていてもよいし、内部に設けられていてもよい。また、光学機器内の光路中に光路長可変装置１を配置する場合には、光学機器の内部に光路長可変装置１が含まれる構成になっていてもよい。
また、外部光源１０が表す光学機器としては、入射光束Ｌ０を取り出すことができれば、「光源」自体を備えていなくてもよい。このような光学機器としては、例えば、光ファイバ網に接続された光取り出し装置などの例を挙げることができる。
【００１９】
また、入射光束Ｌ０は、外部光源１０の具体的な構成に応じて、平行光束、集光光束、発散光束の種々の形態があり得るが、以下では一例として、外部光源１０に設けられた光ファイバ１０ａから出射される発散光束であるとして説明する。
出射光束Ｌ３の出射先は特に限定されず、入射光束Ｌ０を導入した光学機器であってもよいし、他の光学機器でもよい。
例えば、光路長可変装置１が白色干渉計の参照光束の光路中に設けられている場合には、出射光束Ｌ３は、測定光束と干渉させるための光カプラに導光する光ファイバ等に光結合される。
【００２０】
光路長可変装置１の概略構成は、平行光束形成部２（光束導入部）、移動機構３（入射角変更部、入射高さ変更部、移動部）、集光レンズ４（入射角変更部、集光光学素子）、光ファイバ５、位置検出部６（入射角検出部）、および制御部７（入射角検出部）を備える。
【００２１】
平行光束形成部２は、入射光束Ｌ０を装置内部に導入して、平行光束Ｌ１を形成する装置部分であり、光ファイバ１０ａを接続する光コネクタ２ａと、光コネクタ２ａに接続された光ファイバ２ｂと、光ファイバ２ｂの光コネクタ２ａと反対側の端面に焦点位置を合わせて配置されたコリメートレンズ２ｃと、光コネクタ２ａ、コリメートレンズ２ｃを固定する保持部材２ｄとを備える。
光コネクタ２ａは、光ファイバ１０ａ、２ｂの各端面を近接して配置し、光ファイバ１０ａから出射する入射光束Ｌ０が光ファイバ２ｂ内に入射するように、光ファイバ１０ａ、２ｂの端部を位置決めできる適宜の光コネクタを採用することができる。
光ファイバ２ｂの光コネクタ２ａと反対側の光軸は、コリメートレンズ２ｃのレンズ光軸と同軸に配置されている。
【００２２】
このため、光コネクタ２ａに入射した入射光束Ｌ０は、光コネクタ２ａと反対側の光ファイバ２ｂの端面から発散光束として出射されてコリメートレンズ２ｃに入射し、コリメートレンズ２ｃによって平行光束化されて平行光束Ｌ１となる。平行光束Ｌ１は、コリメートレンズ２ｃのレンズ光軸と同軸の光軸Ｏ１に沿って進む。
【００２３】
移動機構３は、平行光束形成部２を光軸Ｏ１に直交する方向に平行移動可能に保持するもので、例えば、１軸移動ステージ、直動アーム機構などによって構成することができる。
移動機構３は後述する制御部７と通信可能に接続され、制御部７から制御信号に基づいて、移動量が制御される。
【００２４】
集光レンズ４は、平行光束Ｌ１を集光して集光光束Ｌ２を形成し、後述する光ファイバ５のファイバ端面５ａに集光して光結合させるレンズまたはレンズ群である。
集光レンズ４は、そのレンズ光軸Ｏ４が、移動機構３によって平行移動される平行光束Ｌ１の光軸Ｏ１と平行となる位置関係で、平行光束形成部２の移動範囲に対向するように配置されている。
【００２５】
光ファイバ５は、集光レンズ４によって集光された集光光束Ｌ２をファイバ端面５ａ（一方の端面）から入射させて、反対側のファイバ端面５ｂ（他方の端面）から出射光束Ｌ３として出射する導光路を形成する部材である。なお、図１は、見易さのため、ファイバ端面５ａ、５ｂの近傍の形状を誇張して描いている。
光ファイバ５は、ファイバ端面５ａ側の光軸Ｏ５ａが、集光レンズ４のレンズ光軸Ｏ４と同軸とされ、かつファイバ端面５ａの中心点Ｃが集光レンズ４の焦点位置に一致するように、集光レンズ４に対して位置決めされている。
【００２６】
光ファイバ５の種類は、ファイバ端面５ａの入射角の変化により光路長が変化するものであれば、特に限定されない。例えば、シングルモード光ファイバでも、マルチモード光ファイバでもよく、ステップインデックス型でも、グレーテッドインデックス型でもよい。また、コアやクラッドの材質も特に限定されない。
【００２７】
本実施形態における光ファイバ５は、一例として、ステップインデックス型のシングルモード光ファイバを採用している。
光ファイバ５の長さは、後述する光路長の変更範囲に応じて適宜の長さに設定することができる。本実施形態では、一例として、５０００ｍｍとしている。
【００２８】
位置検出部６は、平行光束Ｌ１の集光レンズ４に対する入射高さｈを検出する装置部分である。
位置検出部６の位置検知方式は、直線上の移動位置が検出可能であれば、特に限定されない。例えば、接触式検知方式でも、非接触式検知方式でもよい。非接触式検知方式では、例えば、光学的検知方式、磁気的検知方式、電気的検知方式のいずれであってもよい。
本実施形態では、一例として、平行光束形成部２に固定され、平行光束形成部２とともにレンズ光軸Ｏ４と直交する方向に移動する位置検出器６ａと、集光レンズ４のレンズ光軸Ｏ４に直交する方向の位置が参照できるように被検出部が形成されたスケール６ｂとの組合せからなる。
スケール６ｂは、図示略の支持部材によって、光路長可変装置１の内部に固定されている。
スケール６ｂとしては、例えば、被検出部が等ピッチの磁性媒体で構成される磁気スケールを採用することができる。この場合、位置検出器６ａとしては、被検出部の磁場変化を検出する磁場検出器を採用することができる。
【００２９】
制御部７は、移動機構３の動作を制御するとともに、位置検出器６ａから平行光束形成部２の移動位置の情報を取得して、集光光束Ｌ２のファイバ端面５ａに対する入射角θを算出し、入射角θの変化に基づいて変化する光路長可変装置１内の光路長を算出するものである。
なお、図示は省略するが、制御部７は、移動機構３の動作を制御するため、操作者が操作入力を行う操作部と、算出された光路長等を表示する表示部とが接続されている。
本実施形態の制御部７は外部の光学機器とは独立に設けられている。ただし、光路長可変装置１が光学機器に組み込まれ、光学機器に動作制御や演算を行う制御部が設けられている場合には、光学機器の制御部によって、制御部７の機能を兼用する構成として、制御部７を省略してもよい。
【００３０】
次に、光路長可変装置１の動作について光路長の変更動作を中心として説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態の光路長可変装置の作用について説明する模式図である。図３は、本発明の第１の実施形態の光路長可変装置における入射角θとΔ／Ｌとの関係を示すグラフである。図３において、横軸は入射角θ（ｄｅｇ）であり、縦軸はΔ／Ｌである。ここで、Δは光路長の変化量、Ｌは光ファイバ５のファイバ長さである。
【００３１】
光路長可変装置１では、制御部７の図示略の操作部からの操作入力により、移動機構３を駆動して、平行光束形成部２を集光レンズ４のレンズ光軸Ｏ４に対して平行移動することができる。
平行光束形成部２とともに平行光束Ｌ１も同方向に平行移動するため、光軸Ｏ１とレンズ光軸Ｏ４との間の距離である平行光束Ｌ１の入射高さｈが変化する。
移動機構３の移動の基準位置は、例えば、平行光束Ｌ１の入射高さｈが０となる位置に初期化しておく。
平行光束形成部２の移動に際して、位置検出器６ａとスケール６ｂとが相対移動するため、位置検出器６ａは、スケール６ｂに対する位置検出を行い、検出信号を制御部７に送出する。
制御部７では、予め記憶されたスケール６ｂの設置位置の情報に基づいて、検出信号から入射高さｈを算出する。
【００３２】
平行光束Ｌ１は、集光レンズ４に入射すると集光レンズ４によって集光されて集光光束Ｌ２となる。
集光光束Ｌ２は、ファイバ端面５ａの中心点Ｃに位置合わせされた集光レンズ４の焦点位置に集光される。このため、集光光束Ｌ２は、光ファイバ５の開口角の範囲に入射すると光ファイバ５に光結合される。
図１に示すように、平行光束Ｌ１の入射高さｈが０より大きい場合、集光光束Ｌ２は、ファイバ端面５ａにおける光ファイバ５の光軸Ｏ５ａに対して入射角θをなして斜入射する。入射高さｈと入射角θの関係は、下記式（１）で表される。式（１）におけるｆは集光レンズ４の焦点距離である。
【００３３】
【数１】
2014112134.tif 000003
【００３４】
ファイバ端面５ａに入射した集光光束Ｌ２は、図２に軸上光の光路を示すように、光ファイバ５のコアとクラッドとの境界面５ｃにおいて反射を繰り返して、導光されて、ファイバ端面５ｂから出射光束Ｌ３として出射される。
このため、ファイバ端面５ａからファイバ端面５ｂまでのファイバ長をＬとすると、軸上光の光路長Ｌθは、下記式（２）で表され、θが０より大きいと、ファイバ長Ｌに比べて光路長Ｌθが増大する。
【００３５】
【数２】
2014112134.tif 000004
【００３６】
このため、ファイバ長Ｌに対する光路長Ｌθの増分をΔとすると、下記式（３）が成り立つ。
【００３７】
【数３】
2014112134.tif 000005
【００３８】
図３のグラフは、式（３）の関係を示すグラフである。図３の曲線１００に示すように、入射角θ（ただし、θ≧０）が増大すると、Δ／Ｌも単調に増加することが分かる。
なお上記式（３）の左辺は偶関数であるため、θ＜０では、θの絶対値の増大とともに、曲線１００と同様に、Δ／Ｌが単調に増加する。したがって、入射角θは、最大値をθｍａｘとすると、０≦θ≦θｍａｘまたは−θｍａｘ≦θ≦０の範囲で変化させれば十分であるが、−θｍａｘ≦θ≦θｍａｘの範囲で変化させてもよい。
【００３９】
このような入射角θと光路長Ｌθとの関係は、予め、制御部７に記憶されている。このため、制御部７は、操作部から光路長Ｌθの目標値が与えられた場合には、そのような光路長Ｌθが得られる入射高さｈを計算して、移動機構３を駆動する。
また、特定の光路長Ｌθの範囲を走査することも可能である。すなわち、制御部７は、移動機構３を駆動して、光路長Ｌθを適宜の走査速度で増大または減少させたり、一定の範囲内で周期的に変化させたりすることができる。そして、各移動位置ごとに、光路長Ｌθを算出し、この光路長Ｌθの情報を、制御部７の表示部に表示したり、外部光源１０を有する光学機器に送出したりすることができる。
【００４０】
図３から分かるように、入射角θを０°から５°まで変化させると、Δ／Ｌは、０から０．００３８まで変化する。このため、例えば、本実施形態のように、Ｌ＝５０００（ｍｍ）とすれば、Δが０ｍｍから１９ｍｍまで変化することになる。
集光光束Ｌ２は、軸上光以外の成分も含むため、出射光束Ｌ３は、Ｌθを中心とする光路長分布を備える。一般に平行光束Ｌ１の光強度分布は、軸上で最大で周辺に向かって減少するような分布になるため、出射光束Ｌ３においても、光路長がＬθおよびその近傍の光路長を有する成分が多くなる。
【００４１】
ｔａｎ５°＝０．０８７であるから、例えば、集光レンズ４の焦点距離がｆ＝２０（ｍｍ）とすると、入射角θを０°から５°まで変えるには、入射高さｈを０ｍｍから１．７５ｍｍまで変化させる。この場合には、移動機構３の基準位置からの移動量を１．７５（ｍｍ）とすればよい。したがって、きわめて少ない移動量によって、１９ｍｍ程度の大きな光路長変化を実現することができる。
このため、光路長可変装置１によれば、光路長を広範囲かつ迅速に光路長を変化させることができる。
また、平行光束形成部２の平行移動量は数ｍｍ程度でよいため、コンパクトな装置構成とすることができる。
【００４２】
本実施形態の移動機構３、集光レンズ４は、集光光束Ｌ２を光ファイバ５のファイバ端面５ａにおいて光結合させるとともに、光ファイバ５の光軸Ｏ５ａに対する集光光束Ｌ２の光軸Ｏ２の入射角θを変更する入射角変更部を構成している。
また、位置検出部６、制御部７は、入射角変更部で変更された入射角θを検出する入射角検出部を構成している。
【００４３】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態の光路長可変装置について説明する。
図４は、本発明の第２の実施形態の光路長可変装置の概略構成を示す模式的なシステム構成図である。
【００４４】
図４に示す本実施形態の光路長可変装置１１は、上記第１の実施形態と同様に、外部光源１０から出射された入射光束Ｌ０を導入して、装置内に設けられた光路長が変更可能な光路に通した後、出射光束Ｌ３として外部に出射する装置である。
【００４５】
光路長可変装置１１の概略構成は、上記第１の実施形態の光路長可変装置１の平行光束形成部２、移動機構３、制御部７に代えて、集光光束形成部１２（光束導入部）、光偏向部１３（入射角変更部、入射高さ変更部）、および制御部１７（入射角検出部）を備え、位置検出部６を削除したものである。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００４６】
集光光束形成部１２は、入射光束Ｌ０を装置内部に導入して、集光光束Ｌ１２を形成する装置部分であり、光ファイバ１０ａを接続する光コネクタ１２ａと、光コネクタ１２ａから出射された入射光束Ｌ０を集光して集光光束Ｌ１２を形成する集光レンズ１２ｃと、光コネクタ１２ａ、集光レンズ１２ｃを固定する保持部材１２ｂとを備える。
光コネクタ１２ａは、光ファイバ１０ａの端面を位置決めして、光ファイバ１０ａを保持部材１２ｂに固定できる適宜の光コネクタを採用することができる。
集光レンズ１２ｃは、集光光束Ｌ１２の光軸Ｏ１２が、集光レンズ４のレンズ光軸Ｏ４と角度αをなして交差し、集光光束Ｌ１２の集光位置が、集光レンズ４の物体側のレンズ光軸Ｏ４上の点Ｐとなるように、配置されたレンズまたはレンズ群である。
ここで点Ｐは、集光レンズ４の像側に配置された光ファイバ５のファイバ端面５ａの中心点Ｃと共役な関係にある点である。
【００４７】
光偏向部１３は、集光光束Ｌ１２を点Ｐで反射して、集光レンズ４に入射させるもので、集光光束Ｌ１２を反射して、反射光束Ｌ１３を形成する反射ミラー１３ａと、光軸Ｏ１２およびレンズ光軸Ｏ４と直交し点Ｐを通る軸回りに、反射ミラー１３ａを回動させる回動駆動部１３ｂと、反射ミラー１３ａの回動角を検出する回動角検出部１３ｃ（入射角検出部）とを備える。
光偏向部１３の構成としては、例えば、反射ミラー１３ａをゴニオステージなどによって回動可能に支持した構成や、サーボモーターなどの回転駆動体などによって構成することができる。
回動角検出部１３ｃの構成は、例えば、回動駆動部１３ｂに内蔵されたロータリエンコーダを採用することができる。
光偏向部１３は後述する制御部１７と通信可能に接続され、制御部１７から制御信号に基づいて、回動量が制御される。また、回動角検出部１３ｃが検出した回動角の情報を制御部１７に送出できるようになっている。
【００４８】
このような構成により、反射光束Ｌ１３は、集光レンズ４によって集光され集光光束Ｌ２として、ファイバ端面５ａ上の中心点Ｃに集光される。
ここで、反射光束Ｌ１３とレンズ光軸Ｏ４とのなす角φと、集光光束Ｌ２のファイバ端面５ａに対する入射角θとは、集光レンズ４の倍率に応じて一定の関係にある。このため、角φと入射角θとは一対一に対応している。
【００４９】
制御部１７は、光偏向部１３の動作を制御するとともに、回動駆動部１３ｂから反射ミラー１３ａの回動角の情報を取得して、反射光束Ｌ１３のファイバ端面５ａに対する入射角θを算出し、入射角θの変化に基づいて変化する光路長可変装置１内の光路長を算出するものである。
なお、図示は省略するが、制御部１７は、光偏向部１３の動作を制御するため、操作者が操作入力を行う操作部と、算出された光路長等を表示する表示部とが接続されている。
本実施形態の制御部１７は外部の光学機器とは独立に設けられている。ただし、上記第１の実施形態の制御部７と同様に、光路長可変装置１１が光学機器に組み込まれ、光学機器に動作制御や演算を行う制御部が設けられている場合には、光学機器の制御部によって、制御部１７の機能を兼用する構成として、制御部１７を省略してもよい。
【００５０】
次に、光路長可変装置１１の動作について光路長の変更動作を中心として説明する。
光路長可変装置１１では、制御部１７の図示略の操作部からの操作入力により、光偏向部１３を駆動して、集光光束Ｌ１２を点Ｐにおいて偏向し、反射光束Ｌ１３が、レンズ光軸Ｏ４に対して角度φをなす方向に反射ミラー１３ａの回動角を合わせる。以下、角度φを偏向角φと称する場合がある。
反射ミラー１３ａの回動角を変化させることにより、その２倍の変化率で角度φが変化する。このため、反射ミラー１３ａの回動により、反射光束Ｌ１３の集光レンズ４に対する入射高さを変更することができる。
点Ｐからレンズ光軸Ｏ４と角度φをなして偏向された反射光束Ｌ１３は、集光レンズ４によって中心点Ｃに集光される集光光束Ｌ２となり、入射角θで、ファイバ端面５ａに入射する。集光光束Ｌ２は、光ファイバ５の開口角の範囲に入射すると光ファイバ５に光結合される。
制御部１７は、回動角検出部１３ｃから送出された反射ミラー１３ａの回動角に基づいて、反射光束Ｌ１３の偏向角φと、偏向角φにおける集光光束Ｌ２の入射角θとを算出する。
【００５１】
光ファイバ５に光結合された集光光束Ｌ２は、上記第１の実施形態と同様に、光ファイバ５によって導光され、入射角θに応じた光路長分布を有する出射光束Ｌ３として、ファイバ端面５ｂから出射される。
【００５２】
反射光束Ｌ１３の偏向角φは、集光レンズ４のファイバ端面５ａとの距離や集光レンズ４の倍率にもよるが、入射角θの最大値と同程度または数倍程度の大きさに設定することが可能である。このため、入射角θの最大値θｍａｘを、例えば、５°とすると、偏向角φは、例えば、０°〜６°とすることができる。
このような偏向角φの範囲に対応するル反射ミラー１３ａの回動範囲は、この半分になるから、例えば、０°〜３°の回動範囲を有すればよい。
このように、本実施形態の光路長可変装置１１によれば、光偏向部１３によって、点Ｐ回りに反射ミラー１３ａを回動させて反射光束Ｌ１３の偏向角φを変化させることで、光路長を広範囲かつ迅速に光路長を変化させることができる。
また、反射ミラー１３ａの回動によって反射光束Ｌ１３の集光レンズ４に対する入射高さを変更するため、コンパクトな装置構成とすることができる。
【００５３】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態の光路長可変装置について説明する。
図５は、本発明の第３の実施形態の光路長可変装置の概略構成を示す模式的なシステム構成図である。
【００５４】
図５に示す本実施形態の光路長可変装置２１は、光学機器である外部光源２０が平行光束の入射光束Ｌ２０を出射しかつ可動保持可能な場合に、入射光束Ｌ２０を装置内に設けられた光路長が変更可能な光路に通した後、出射光束Ｌ３として外部に出射する装置である。
【００５５】
光路長可変装置２１の概略構成は、上記第１の実施形態の平行光束形成部２を削除し、移動機構３に代えて、移動機構２３（入射角変更部、入射高さ変更部、移動部）を備え、位置検出部６の配置を変更したものである。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００５６】
移動機構２３は、外部光源２０を入射光束Ｌ２０の光軸Ｏ２０に直交する方向に平行移動可能に保持するもので、移動機構３と同様に、例えば、１軸移動ステージ、直動アーム機構などによって構成することができる。
移動機構２３の可動部の先端には、外部光源２０を保持する保持台２３ａが設けられている。
移動機構２３は後述する制御部７と通信可能に接続され、移動機構３と同様に、制御部７から制御信号に基づいて、移動量が制御される。
【００５７】
本実施形態では、位置検出部６の位置検出器６ａは、移動機構２３の保持台２３ａに設置されている。位置検出器６ａの設置位置と保持台２３ａに保持された外部光源２０における光軸Ｏ２０との位置関係の情報は、予め制御部７に記憶されている。
【００５８】
このような光路長可変装置２１の構成によれば、上記第１の実施形態の光路長可変装置１と同様にして、光路長を広範囲かつ迅速に光路長を変化させることができる。また、コンパクトな装置構成とすることができる。
本実施形態は、外部光源からの光束を平行光束とし、移動部によって移動可能に保持される光束導入部を有しない場合の例になっている。
【００５９】
［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態の光路長可変装置について説明する。
図６は、本発明の第４の実施形態の光路長可変装置の概略構成を示す模式的なシステム構成図である。
【００６０】
図６に示す本実施形態の光路長可変装置３１は、光学機器である外部光源３０が集光光束の入射光束Ｌ３０を出射しかつ可動保持可能な場合に、入射光束Ｌ３０を装置内に設けられた光路長が変更可能な光路に通した後、出射光束Ｌ３として外部に出射する装置である。
【００６１】
光路長可変装置３１の概略構成は、上記第１の実施形態の平行光束形成部２、集光レンズ４、位置検出部６を削除し、移動機構３、制御部７に代えて、移動機構３３（入射角変更部）、制御部３７（入射角検出部）を備えるものである。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００６２】
移動機構３３は、入射光束Ｌ３０の集光位置がファイバ端面５ａの中心点Ｃに一致した状態で中心点Ｃを中心として入射光束Ｌ３０を回動するように、外部光源３０を保持するものである。
移動機構３３の概略構成は、外部光源３０を保持して回動させる回動移動台３３ａと、中心点Ｃを中心する円周に沿って回動移動台３３ａを回動させる回動駆動部３３ｂと、回動移動台３３ａの回動角を検出する回動角検出部３３ｃ（入射角検出部）とを備える。
移動機構３３の構成としては、例えば、ゴニオステージを採用することができる。この場合、回動角検出部３３ｃは、ゴニオステージの回動量を検出するエンコーダで構成することが可能である。
移動機構３３は後述する制御部３７と通信可能に接続され、制御部３７から制御信号に基づいて、移動量が制御される。また、回動角検出部３３ｃが検出した回動角の情報を制御部３７に送出できるようになっている。
【００６３】
制御部３７は、移動機構３３の動作を制御するとともに、回動角検出部３３ｃから外部光源３０の回動角の情報を取得して、入射光束Ｌ３０のファイバ端面５ａに対する入射角θを算出し、入射角θの変化に基づいて変化する光路長可変装置３１内の光路長を算出するものである。
なお、図示は省略するが、制御部３７は、移動機構３３の動作を制御するため、操作者が操作入力を行う操作部と、算出された光路長等を表示する表示部とが接続されている。
【００６４】
このような光路長可変装置３１の構成によれば、集光光束である入射光束Ｌ３０をファイバ端面５ａに直接入射させる構成になっており、移動機構３３の回動移動台３３ａの回動角が入射角θと一対一に対応している。
このため、移動機構３３により、外部光源３０を回動させることにより、光路長を広範囲かつ迅速に光路長を変化させることができる。また、上記第２の実施形態の集光光束形成部１２、光偏向部１３の構成を移動機構３３に置き換え、集光レンズ４を削除することができるため、よりコンパクトな装置構成とすることができる。
【００６５】
なお、上記の第１〜第３の実施形態の説明では、集光光学素子として、集光レンズ４を用いた場合の例で説明したが、集光光学素子はレンズには限定されず、集光作用を有する他の光学素子、例えば、集光ミラーを用いた構成とすることができる。
【００６６】
また、上記第１の実施形態の説明では、光束導入部として、発散光束を平行光束にする平行光束形成部２を用いた場合の例で説明したが、外部光源からの光束が平行光束である場合に、例えば、ビーム径変換光学系を備えることにより、光束径を変えた平行光束を形成するようにしてもよい。
【００６７】
また、上記第２の実施形態の説明では、光束導入部として、発散光束を集光光束にする集光光束形成部１２を用いた場合の例で説明したが、外部光源からの光束が平行光束である場合に、集光光束を形成するようにしてもよい。
【００６８】
また、上記第２および第４の実施形態の説明では、回動角検出部１３ｃ、３３ｃがそれぞれ光偏向部１３、移動機構３３に内蔵されている場合の例で説明したが、回動角検出部１３ｃ、３３ｃは、光偏向部１３、移動機構３３と独立して配置された角度検出器を採用してもよい。このような角度検出器としては、例えば、反射ミラー１３ａの角度や、回動移動台３３の移動位置を光学的に検出するセンサを採用することができる。
【００６９】
また、上記各実施形態の説明では、ファイバ端面５ｂから発散光束である出射光束Ｌ３が出射される場合の例で説明したが、出射光束Ｌ３の光路上に適宜の光学系を備え、この光学系により、集光光束、平行光束などに変換して装置外部に出射する構成とすることも可能である。
【００７０】
また、上記各実施形態の説明では、光ファイバ５の長さが固定の場合の例で説明したが、光ファイバ５は複数の光ファイバを着脱可能に連結した構成としてもよい。この場合、複数の光ファイバを着脱して、ファイバ長Ｌを変更することによっても、光路長の変更範囲を変化させることが可能となる。
【００７１】
また、上記に説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせたり、削除したりして実施することができる。
例えば、上記第４の実施形態の外部光源３０に代えて、上記第２の実施形態の集光光束形成部１２を回動移動台３３ａに保持させた構成としてもよい。
【符号の説明】
【００７２】
１、１１、２１、３１  光路長可変装置
２  平行光束形成部（光束導入部）
３、２３  移動機構（入射角変更部、入射高さ変更部、移動部）
４  集光レンズ（入射角変更部、集光光学素子）
５  光ファイバ
５ａ  ファイバ端面（一方の端面）
５ｂ  ファイバ端面（他方の端面）
６  位置検出部（入射角検出部）
６ａ  位置検出器
６ｂ  スケール
７、１７、３７  制御部（入射角検出部）
１０、２０、３０  外部光源（光学機器）
１２  集光光束形成部（光束導入部）
１３  光偏向部（入射角変更部、入射高さ変更部）
１３ａ  反射ミラー
１３ｂ  回動駆動部
１３ｃ、３３ｃ  回動角検出部（入射角検出部）
３３  移動機構（入射角変更部）
３３ｃ  回動角検出部
Ｃ  中心点
ｈ  入射高さ
Ｌθ  光路長
Ｌ０、Ｌ２０、Ｌ３０  入射光束
Ｌ１  平行光束
Ｌ２、Ｌ１２  集光光束
Ｌ３  出射光束
Ｌ１３  反射光束
Ｏ１、Ｏ５ａ、Ｏ１２、Ｏ２０  光軸
Ｏ４  レンズ光軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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