(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光ビームを照射するビーム源と、
第１の独立した偏光成分と第２の独立した偏光成分との間のコヒーレンス度を除去又は少なくとも低減して、デコヒーリングされた前記偏光ビームを生成するためのデコヒーリング構成と、
入射する光の強度に応じて信号を出力する検出器であって、前記デコヒーリングされた偏光ビームが入射するように構成された、検出器と、
前記デコヒーリングされた偏光ビームに対する回転が、前記ビーム源から入射する光の強度の変化と、前記検出器から出力される前記信号における対応する変化を生じるように前記デコヒーリングされた偏光ビームの経路内に配置する偏光子と、
前記検出器から出力される信号の変化に基づいて、相対回転を検出するプロセッサと
を備える、回転検出装置。
【請求項２】
前記偏光ビームは第１及び第２の異なるそれぞれの偏光状態を有する第１及び第２のビーム部分を備え、これに対応して前記検出器から異なる出力信号をもたらし、前記プロセッサは、前記検出器からの第１の信号と第２の信号との差に基づいて相対回転を検出するように動作可能である、請求項１に記載の回転検出装置。
【請求項３】
前記第１のビーム部分と前記第２のビーム部分とは、互いに時間的に間隔が置かれる、
請求項２に記載の回転検出装置。
【請求項４】
前記ビーム源は、それぞれ前記第１及び第２のビーム部分を放射するための、第１及び第２の異なる光源を備える、
請求項２又は３に記載の回転検出装置。
【請求項５】
前記検出器は、前記第１及び第２の異なる出力信号をもたらすための単一の検出器を備える、
請求項２乃至４のいずれか１項に記載の回転検出装置。
【請求項６】
前記回転検出装置は、前記偏光子の偏光軸と前記偏光ビームの偏光方向との間の第１及び第２の異なる相対方位をもたらすための構成を備え、それに対応して前記検出器からの第１及び第３の異なる出力信号を提供し、前記プロセッサは、前記検出器からの前記第１の出力信号と前記第３の出力信号との差に基づいて前記相対回転を検出するように動作可能である、
請求項１に記載の回転検出装置。
【請求項７】
回転検出装置であって、
偏光ビームを照射するビーム源と、
入射する光の強度に応じて信号を出力する検出器であって、前記偏光ビームが入射するように構成された、検出器と、
前記偏光ビームに対する回転が、前記ビーム源から前記検出器に入射する光の強度の変化と、前記検出器から出力される前記信号における対応する変化を生じるように、前記偏光ビームの経路内に配置する偏光子と、
前記検出器から出力される信号の変化に基づいて、相対回転を検出するプロセッサと
を備え、
前記偏光ビームは、第１及び第２のそれぞれ異なる偏光状態を有する第１及び第２のビーム部分を備え、
前記回転検出装置は、前記第１及び第２のビーム部分のそれぞれに対して、前記偏光子の偏光軸と前記第１及び第２のビーム部分の偏光の偏光方向との間の第１及び第２の異なる方位をもたらすための構成と、それに対応して、それぞれ（１）第１のビーム部分に対する第１の相対方位、（２）第１のビーム部分に対する第２の相対方位、（３）第２のビーム部分に対する第１の相対方位、及び（４）第２のビーム部分に対する第２の相対方位についての、前記検出器からの第１から第４までの異なる出力信号をもたらすための構成とを備え、
前記プロセッサは、前記検出器から第１から第４までの前記出力信号に基づいて相対回転を検出するように動作する、
回転検出装置。
【請求項８】
前記プロセッサは、前記第１の出力信号と前記第２の出力信号との差に基づいて第１の値を導き出し、前記第３の出力信号と前記第４の出力信号との差に基づいて第２の値を導き出し、前記第１の値と前記第２の値との差に基づいて相対回転を検出するように動作する、
請求項７に記載の回転検出装置。
【請求項９】
前記プロセッサは、前記第１の出力信号と前記第３の出力信号との差に基づいて第１の値を導き出し、前記第２の出力信号と前記第４の出力信号との差に基づいて第２の値を導き出し、前記第１の値と前記第２の値との差に基づいて相対回転を検出するように動作する、
請求項７又は８に記載の回転検出装置。
【請求項１０】
前記出力信号、及び／又は前記出力信号に対する第１及び第２の異なる相対方位の一方に関連する差分値、及び／又は前記第１及び第２の異なる相対方位の他方に関連する差分値をスケーリングする可変利得段を備える、
請求項８又は９に記載の回転検出装置。
【請求項１１】
前記偏光子は、前記第１及び第２の異なる相対方位をもたらす構成の一部を形成する、
請求項６乃至１０のいずれか１項に記載の回転検出装置。
【請求項１２】
前記偏光子は、前記第１及び第２の異なる相対方位をもたらすウォラストン偏光子等の偏光ビームスプリッタを備える、
請求項１１に記載のいずれか１項に記載の回転検出装置。
【請求項１３】
前記検出器は、それぞれ前記第１及び第２の異なる相対方位に関連する出力信号をもたらす第１及び第２の異なる検出器を備える、
請求項６乃至１２のいずれか１項に記載の回転検出装置。
【請求項１４】
前記第１及び第２の異なる相対方位をもたらす構成は、前記偏光ビームを回転して前記第１及び第２の異なる相対方位をもたらす手段を備える、
請求項６乃至１０のいずれか１項に記載の回転検出装置。
【請求項１５】
回転検出装置であって、
偏光ビームを照射するビーム源と、
入射する光の強度に応じて信号を出力する検出器であって、前記偏光ビームが入射するように構成された、検出器と、
前記偏光ビームに対する回転が、前記ビーム源から前記検出器に入射する光の強度の変化と、前記検出器から出力される前記信号における対応する変化を生じるように、前記偏光ビームの経路内に配置する偏光子と、
前記検出器から出力される信号の変化に基づいて、相対回転を検出するプロセッサと
を備え、
前記偏光ビームは、第１及び第２の異なるそれぞれの偏光状態を有する第１及び第２のビーム部分を備え、それに対応して前記検出器から第１及び第２の異なる出力信号をもたらし、前記プロセッサは前記検出器からの前記第１の出力信号と前記第２の出力信号との差に基づいて相対回転を検出するように動作可能であり、
前記回転検出装置は、半透明検出器構成であって、前記第１及び第２のビーム部分が前記半透明検出器構成に入射し、入射光の少なくとも一部が前記半透明検出器構成を透過するように、前記偏光子の前に、前記偏光ビームの経路内に配置された前記半透明検出器構成を備え、前記半透明検出器構成は、前記第１のビーム部分の強度と前記第２のビーム部分の強度との差の実質的に線形な関数としての、前記プロセッサによる前記相対回転の検出に影響を与えるように適合又は構成され、前記半透明検出器構成は、前記実質的に線形な関数のオフセット項を測定し、前記半透明検出器構成によってもたらされる影響を調整して前記オフセット項の影響を打ち消すように適合され、及び／又は前記オフセット項は、環境の状態及び／又は前記第１及び第２のビーム部分の波長によって著しくドリフトしない、回転検出装置。
【請求項１６】
前記半透明検出器構成は、前記第１のビーム部分の強度と前記第２のビーム部分の強度との差の実質的に線形関数である信号をもたらすように構成され、前記半透明検出器構成によってもたらされる前記信号は、前記プロセッサによる前記相対回転の検出に影響を与えるように構成される、
請求項１５に記載の回転検出装置。
【請求項１７】
前記半透明検出器構成によりもたらされる前記信号に応じて、前記第１及び第２のビーム部分の相対強度を制御するように動作可能な制御ユニットを備える、
請求項１６に記載の回転検出装置。
【請求項１８】
前記プロセッサは、前記半透明検出器構成によりもたらされる前記信号に応じて、前記相対回転を検出するように動作可能である、
請求項１６又は１７に記載の回転検出装置。
【請求項１９】
ビーム源からの偏光の第１の独立した変更成分と第２の独立した変更成分とのコヒーレンス度を除去又は少なくとも低減して、前記プロセッサにより検出される前記相対回転が、前記偏光子とデコヒーリングされた偏光ビームとの間にあるように、前記偏光子を通じて、前記検出器に入射するデコヒーリング構成をさらに備える、
請求項７乃至１８のいずれか１項に記載の回転検出装置。
【請求項２０】
前記デコヒーリング構成は、前記偏光ビームの経路内に配置される複屈折素材を備える、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の回転検出装置。
【請求項２１】
前記プロセッサによる前記相対回転の検出は、前記相対回転の大きさの決定を備える、
請求項１乃至２０のいずれか１項に記載の回転検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転検出装置は、２つの構成要素の間の相対回転が検出されることを可能にする。これは、２つの構成要素が互いに回転したことを知り、それによりその後の処置がとれるようにすることが必要なときに有用である。回転の程度が測定されることを可能にする回転検出装置は、どれだけ構成要素が互いに回転したかを知る必要があるときに有用である。例えばこのような回転検出装置は、移動機械部品が軌道に沿って移動するのにつれて、静止機械部品に対する移動機械部品の回転の程度を決定するのに有用となり得る。この情報は機械が較正されることを可能にする。特にこのような回転検出装置は、座標測定機（ＣＭＭ）、工作機械、または回転／傾斜ステージなどの座標位置決め装置を較正するために用いられ得る。
【０００３】
回転検出装置はまた、ロボットアームの動きを正確に追跡するため、または例えばＣＭＭのクイルに取り付けられた工具の動きを追跡するためのシステムなどの、追跡システムにおいて有用となり得る。
【０００４】
上述のものなどの回転検出装置の正確さの改善をもたらすことが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第０２／０４８９０号パンフレット
【特許文献２】国際公開第２００８／１２２８０８号パンフレット
【特許文献３】国際公開第９２／２１９３３号パンフレット
【特許文献４】国際公開第２００８／１２２８１６号パンフレット
【発明の概要】
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、回転検出装置がもたらされ、これは、偏光ビームを放射するためのビーム源と、偏光の第１および第２の独立した偏光成分の間のコヒーレンス度を除去または少なくとも低減して、デコヒーリングされた偏光ビームを生成するためのデコヒーリング構成と、それに入射する光の強度に応じて信号を出力するための検出器であって、デコヒーリングされた偏光ビームがそれに入射するように構成された検出器と、デコヒーリングされた偏光ビームに対する偏光子の回転が、ビーム源から検出器に入射する光の強度の変化、および検出器から出力される信号における対応する変化を生じるように、デコヒーリングされた偏光ビームの経路内に配置するための偏光子と、検出器から出力される信号の変化に基づいて、相対回転を検出するためのプロセッサとを備える。
【０００７】
あるいはデコヒーリングされた偏光ビームは、偏光の第１の独立した偏光成分と第２の独立した偏光成分との間のコヒーレンス度を除去または少なくとも低減するためにデコヒーリング構成によって処理された、偏光ビームと呼ばれ得る。
【０００８】
偏光ビームは、第１および第２の異なるそれぞれの偏光状態を有する第１および第２のビーム部分を備えることができ、それに対応して検出器から第１および第２の異なる出力信号をもたらし、プロセッサは、検出器からの第１の出力信号と第２の出力信号との差に基づいて相対回転を検出するように動作可能である。
【０００９】
第１のビーム部分と第２のビーム部分とは、互いに時間的に間隔が置かれ得る。
【００１０】
ビーム源は、それぞれ第１および第２のビーム部分を放射するための、第１および第２の異なる光源を備えることができる。
【００１１】
検出器は、第１および第２の異なる出力信号をもたらすための単一の検出器を備えることができる。
【００１２】
第１および第２のビーム部分は、実質的に同じ波長を有することができる。
【００１３】
回転検出装置は、ビーム源内の上記または各光源の波長を安定化するための手段を備えることができる。
【００１４】
第１および第２のビーム部分は、実質的に同一のプロファイル、および少なくとも偏光子に向かう初期の共通伝搬軸を有することができる。
【００１５】
検出器上の第１および第２のビーム部分のそれぞれのフットプリントは、少なくとも部分的に重なり合うことができる。
【００１６】
ビーム源は、第１および第２の時間的に間隔が置かれたビーム部分が、ビーム源から放射される前にそれを通過する、ビーム調整器を備えることができる。ビーム調整器は光ファイバを備えることができる。
【００１７】
装置は、偏光子の偏光軸と、偏光の偏光方向との間の第１および第２の異なる相対方位をもたらすための構成を備えることができ、それに対応して、検出器から第１および第３の異なる出力信号をもたらし、プロセッサは、検出器からの第１および第３の出力信号の差に基づいて、相対回転を検出するように動作可能である。
【００１８】
本発明の第２の態様によれば、回転検出装置がもたらされ、これは、偏光ビームを放射するためのビーム源と、それに入射する光の強度に応じて信号を出力するための検出器であって、偏光ビームがそれに入射するように構成された検出器と、偏光ビームに対する偏光子の回転が、ビーム源から検出器に入射する光の強度の変化、および検出器から出力される信号における対応する変化を生じるように、偏光ビームの経路内に配置するための偏光子と、検出器から出力される信号の変化に基づいて相対回転を検出するためのプロセッサとを備え、偏光ビームは、第１および第２の異なるそれぞれの偏光状態を有する第１および第２のビーム部分を備え、回転検出装置は、第１および第２のビーム部分のそれぞれに対して、偏光子の偏光軸と、そのビーム部分の偏光光の偏光方向との間の第１および第２の異なる相対方位をもたらすための構成を備え、それに対応して、それぞれ（１）第１のビーム部分に対する第１の相対方位、（２）第２のビーム部分に対する第１の相対方位、（３）第１のビーム部分に対する第２の相対方位、（４）第２のビーム部分に対する第２の相対方位に対する、検出器からの第１から第４までの異なる出力信号をもたらし、プロセッサは、検出器からの第１から第４までの出力信号に基づいて相対回転を検出するように動作可能である。
【００１９】
回転検出装置は、ビーム源からの偏光の第１の独立した偏光成分と第２の独立した偏光成分の間のコヒーレンス度を除去または少なくとも低減して、プロセッサによって検出される相対回転が偏光子とデコヒーリングされた偏光ビームの間にあるように、偏光子を通じて、検出器に入射するデコヒーリングされた偏光ビームを生成するためのデコヒーリング構成を備えることができる。
【００２０】
プロセッサは、第１の出力信号と第２の出力信号との差に基づいて第１の値を導き出し、第３の出力信号と第４の出力信号との差に基づいて第２の値を導き出し、第１の値と第２の値との差に基づいて相対回転を検出するように動作可能とすることができる。
【００２１】
プロセッサは、第１の出力信号と第３の出力信号との差に基づいて第１の値を導き出し、第２の出力信号と第４の出力信号との差に基づいて第２の値を導き出し、第１の値と第２の値との差に基づいて相対回転を検出するように動作可能とすることができる。
【００２２】
装置は、出力信号、および／または出力信号に対する第１および第２の異なる相対方位の一方に関連する差分値、および／または第１および第２の異なる相対方位の他方に関連する差分値を、スケーリングするための可変利得段を備えることができる。
【００２３】
偏光子は、第１および第２の異なる相対方位をもたらすための構成の一部を形成することができる。偏光子は、第１および第２の異なる相対方位をもたらすための、ウォラストン偏光子などの偏光ビームスプリッタを備えることができる。
【００２４】
第１および第２の異なる相対方位をもたらすための構成は、偏光ビームスプリッタを備えることができる。
【００２５】
第１および第２の異なる相対方位をもたらすための構成は、複屈折偏光子を備えることができる。
【００２６】
第１および第２の異なる相対方位をもたらすための構成は、ウォラストン偏光子を備えることができる。
【００２７】
検出器は、それぞれ第１および第２の異なる相対方位に関係する出力信号をもたらすための、第１および第２の異なる検出器を備えることができる。
【００２８】
第１および第２の異なる相対方位をもたらすための構成は、偏光ビームを回転して、第１および第２の異なる相対方位をもたらすための手段を備えることができる。
【００２９】
第１および第２の異なる相対方位間の差は、任意の非ゼロ値、例えば１°と１７９°の間、５°と１７５°の間、１５°と１６５°の間、４５°と１３５°の間、または８５°と９５°の間とすることができる。第１および第２の異なる相対方位間の差は、実質的に９０°とすることができる。
【００３０】
本発明の第３の態様によれば、回転検出装置がもたらされ、これは、偏光ビームを放射するためのビーム源と、それに入射する光の強度に応じて信号を出力するための検出器であって、偏光ビームがそれに入射するように構成された検出器と、偏光ビームに対する偏光子の回転が、結果として、ビーム源から検出器に入射する光の強度の変化、および検出器から出力される信号における対応する変化を生じるように、偏光ビームの経路内に配置するための偏光子と、検出器から出力される信号の変化に基づいて相対回転を検出するためのプロセッサとを備え、偏光ビームは、第１および第２の異なるそれぞれの偏光状態を有する第１および第２のビーム部分を備え、それによりそれに対応して検出器から第１および第２の異なる出力信号をもたらし、プロセッサは、検出器からの第１および第２の出力信号の差に基づいて相対回転を検出するように動作可能であり、回転検出装置は、第１および第２のビーム部分は構成に入射し、入射光の少なくとも一部は構成を通過するように、偏光子の前に、偏光ビームの経路内に配置するための半透明検出器構成を備え、構成は、第１のビーム部分の強度と第２のビーム部分の強度との差の実質的に線形関数としての、プロセッサによる相対回転の検出に影響を与えるように適合または構成され、構成は、関数のオフセット項を測定し、構成によってもたらされる影響を調整してオフセット項の影響を打ち消すように適合され、および／またはオフセット項は、環境条件および／または第１および第２のビーム部分の波長によって著しくドリフトしない。
【００３１】
構成は、第１のビーム部分と第２のビーム部分との強度の差の実質的に線形関数である信号をもたらすように適合され、構成によってもたらされる信号は、プロセッサによる相対回転の検出に影響を与えるように構成され得る。
【００３２】
回転検出装置は、構成によってもたらされる信号に応じて、第１および第２のビーム部分の相対強度を制御するように動作可能な制御ユニットを備えることができる。構成によってもたらされる信号はそれにより、プロセッサによる相対回転の検出に影響を与えるように構成される。
【００３３】
プロセッサは、構成によってもたらされる信号に応じて、相対回転を検出するように動作可能とすることができる。構成によってもたらされる信号はそれにより、プロセッサによる相対回転の検出に影響を与えるように構成される。
【００３４】
デコヒーリング構成は、偏光の第１および第２の偏光成分に対して、それぞれ第１および第２の異なる光路長をもたらすように構成されることができ、第１および第２の光路長の差は、ソースのコヒーレンス長より大きい。
【００３５】
デコヒーリング構成はソースを備えることができ、ソースは、それぞれ偏光の第１および第２の偏光成分によって経験される第１および第２の異なる光路長の差より小さなコヒーレンス長を有するように構成される。
【００３６】
デコヒーリング構成は、それぞれ第１および第２の異なる光路長を有する、偏光の第１および第２の偏光成分をもたらすように構成され、第１および第２の経路の位相差または位相シフトはパラメータに依存し、パラメータの値にわたって平均された第１および第２の偏光成分の間の干渉に関係する干渉項は、実質的にゼロとなる。
【００３７】
ソースは、デコヒーリング構成の一部を形成すると見なされ得る。
【００３８】
デコヒーリング構成は、偏光ビームの経路内に配置するための複屈折材料を、例えば複屈折結晶の形で備えることができる。
【００３９】
デコヒーリング構成と偏光子の間の、デコヒーリングされた偏光ビームの経路にあるいずれの光学構成要素も、実質的なドリフトを導入しない。
【００４０】
デコヒーリング構成は、偏光の第１および第２の独立した偏光成分の間に、光路長の差を導入するように構成され得る。光路長における差は、偏光のコヒーレンス長の程度またはそれより大きいものとすることができる。
【００４１】
ビーム源から放射される偏光ビームは、部分的にまたは完全に偏光され得る。
【００４２】
プロセッサによって相対回転を検出することは、大きさがどのようなものであれ、相対回転が起きたことを検出することを含むことができる。これは、任意の基準座標系に対して、偏光子の相対回転の大きさが決定されるときにも当てはまり、なぜなら相対回転の大きさを決定することによって、少なくともその大きさがゼロでないときは、相対回転が起きたことが決定されるからである。
【００４３】
プロセッサによって相対回転を検出することは、相対回転の測度を決定することを含むことができる。例えば測度は、偏光子と固定基準座標系との間の絶対角度または絶対角度における変化とすることができる。固定基準座標系は、ビーム源内の１または複数の光学素子、例えば偏光保持光ファイバの偏光軸、または基準偏光子の偏光軸によって定義され得る。この点において、偏光子と、偏光子に入射する偏光ビームとの間の絶対角度は、偏光子と基準偏光子との間の角度と同じでない場合があるが、２つの角度は、少なくとも基準偏光子が固定されているときに、偏光子がそれに入射する偏光ビームに対して回転するときは、それらは同じ大きさだけ変化するという点で関係することが認識されるであろう。固定基準座標系は、デコヒーリング構成（複屈折材料など）がある場合は、それによっても定義され得る。測度は実際の角度である必要はなく、実際の角度に依存する（どのような形であれ）何らかの他の値でもよい。測度は、絶対角度方向ではなく、ある時点から別の時点までの角度方向の変化でもよい。
【００４４】
検出される相対回転は、偏光ビームの伝搬軸に平行に延びる軸の周りの回転、または角度方向の変化とすることができる。
【００４５】
検出されるのは相対回転であるので、偏光子と相対回転のための基準との一方を、このような回転検出装置を組み込んだ機械の可動部に取り付け、他方を固定部に取り付けることができる。あるいは、両方が機械の異なる可動部に取り付けられ得る。
【００４６】
ビームが特定の素子に入射すると述べられている箇所では、それはビームが直接、すなわち別の光学素子を通過することなく、それに入射することを意味しないことが認識されるであろう。例えばビーム源からの偏光ビーム（デコヒーリングされたまたはそうでない）が検出器に入射すると述べられている箇所では、これは偏光子を通過した後となり得る。
【００４７】
検出器は個別のそれぞれの出力を有する複数の光感応領域を備え、検出器から出力される信号は光感応領域の出力の組み合わせから由来し得ることが認識されるであろう。これの例は、個別のそれぞれの出力をもつ４つの光感応領域を有するクワッドセルであり、出力は、クワッドセルが単一の検出器として働くように、単一の出力信号を生成するように組み合わされ得る。
【００４８】
素子が、一定の機能を行うように動作可能である、またはそれを行うためのものであると述べられたときは、本発明を以前に考えられた構成とより明確に区別する必要がある場合は、その素子は、単にその機能を行うことができるのではなく、その機能を行うように構成または適合または配置されたと見なされ得る。例えばプログラム命令によって制御される汎用プロセッサが用いられるときは、プロセッサは、動作時に機能を行うようにプロセッサを制御するために適した箇所にプログラム命令が実際にあるときに、機能を行うように構成または適合または配置されると見なされ得る。
【００４９】
一般に偏光子は偏光軸によって特性付けられる。平面デバイス（ファインワイヤ、二色性材料など）に対しては、これはデバイスの平面内の軸である。結晶光学素子に対しては、これは結晶の光軸であり、通常は、これは入力窓の平面に平行に方向付けられる。伝搬軸の周りの回転を測定するように構成された知られているシステムでは、偏光軸は、偏光軸が伝搬軸に垂直となるように構成される。偏光軸は時には、特に（それに限らないが）吸収型偏光子（例えばビーム分割偏光子とは対照的に）に関連して透過軸と呼ばれる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
次に例として、添付の図面を参照する。
【図１】座標測定機（ＣＭＭ）に取り付けられた回転検出装置の概略図である。
【図２】図１に示される構成で使用するための、知られている回転検出装置の概略図である。
【図３】知られている回転検出装置に伴う問題、およびどのように本発明の実施形態がそれらの問題に対応することを目指すかを説明するために用いられる概略図である。
【図４】例えば図１に示される構成において使用するための、本発明の一実施形態による回転検出装置の概略図である。
【図５】偏光子の偏光軸と、偏光子に入射する偏光光の偏光方向との間の異なる相対方位をもたらすための構成の一例としての、ウォラストン偏光子の概略図である。
【図６Ａ】本発明の一実施形態において用いられ得る２つの異なる信号処理方式の１つを示す図である。
【図６Ｂ】本発明の一実施形態において用いられ得る２つの異なる信号処理方式の１つを示す図である。
【図７】本発明の代替的実施形態による回転検出装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
図１は、座標測定機（ＣＭＭ）４に取り付けられた回転検出装置２を示す。回転検出装置２は、ビーム源（または放出ユニット）６と、受光器ユニット８とを備える。ビーム源６は、ＣＭＭ４のマシンテーブル１２に、ベースユニット１０を介して、それらが互いに対して動くことができないように取り付けられる。受光器ユニット８は、ＣＭＭ４のクイル１８に、それらが互いに対して動くことができないように取り付けられる。ビーム源６は、光のビームを放射するように動作可能であり、受光器ユニット８は、ビーム源６によって放射されたビームを受光するように、ビーム源６に対して配置される。回転検出装置２は、それらが軌道に沿って互いに移動するのにつれて、ビーム源６から放射されたビームの伝搬軸の周りの、ビーム源６と受光器ユニット８との間の相対ロール、ピッチおよびヨーの少なくとも１つを決定するために用いられ得る。
【００５２】
ビーム源６、およびマシンテーブル１２に取り付けられたベースユニット１０には、ビーム源６が、ＣＭＭのＸ、ＹおよびＺ軸のいずれかに沿ってまたは任意の他の所望の方向に沿って、正確に整列されることを可能にする運動学的支持部１４の相補的部分が設けられる。光学ユニットを整列させるためのこのような運動学的支持部は、例えば特許文献１で開示されているように知られている。
【００５３】
使用時には受光器ユニット８は、クイル１８によってＸ軸におよそ平行な経路に沿って移動され、この例では回転検出装置２は、Ｘ軸の周りのビーム源６と受光器８との間のロールを検出し測定するために用いられる。従ってマシンテーブル１２とクイル１８との間のＸ軸の周りのロールの大きさが決定され、ＣＭＭ４のＸ軸を較正するために用いられ得る。次いでこのプロセスは、ビーム源６および受光器８をしかるべく方向付け、クイル１８をそれぞれＹおよびＺ軸に沿って移動することによって、ＣＭＭ４のＹおよびＺ軸を較正するように繰り返され得る。
【００５４】
図１に示される例では、回転検出装置２はＣＭＭ４に取り付けられ、ＣＭＭ４の較正において用いられる。しかし回転検出装置２は、必ずしもＣＭＭに取り付けられる必要はなく、２つの構成要素の間の相対回転を検出することが望ましい、多くの異なる応用例において用いられ得ることが認識されるであろう。
【００５５】
図２は、図１に示されるセットアップでの使用に適した、知られている回転検出装置２を示す。図２に示される回転検出装置２は、特許文献２の図２に示される装置２の簡略化されたバージョンである。回転検出装置２は、ビーム源６によって放射されるビームの伝搬軸の周りの、ビーム源６と受光器ユニット８との間の相対ロールを測定するように構成される。ビーム源６は、第１および第２の光源２０、２２、偏光ビームスプリッタ２８、偏光保持光ファイバ３０、非偏光ビームスプリッタ３２、第１の偏光子３４、制御検出器３６、および制御ユニット３８を備える。第１および第２の光源２０、２２は、一緒に光源２１を形成すると見なされ得る。光は光結合素子２９によって、偏光保持光ファイバ３０の内へおよび外へ結合される。ビーム源６の構成要素は、互いに対して固定される。
【００５６】
第１の光源２０は第１の直線偏光状態を有する第１の光ビーム１００を放射するように構成され、第２の光源２２は第２の直線偏光状態を有する第２の光ビーム１０２を放射するように構成される。偏光ビームスプリッタ２８は、それぞれ第１の２０、および第２の２２光源によって放射された第１および第２の光ビーム１００、１０２を、偏光保持光ファイバ３０内に向けるように配置される。第１および第２の光源２０、２２は、少なくともそれらのそれぞれの光ビーム１００、１０２が偏光保持光ファイバ３０に到達したときに、それらの偏光状態が互いに直交するように配置される。
【００５７】
偏光保持光ファイバ３０は、２つの偏光軸を有する単一モード光ファイバである。偏光保持光ファイバ３０は、その偏光軸の一方は第１の光ビーム１００の第１の偏光状態と整列し、その偏光軸の他方は第２の光ビーム１０２の第２の偏光状態と整列するように配置される。従って、第１および第２の光源２０、２２によって放射された第１および第２の光ビーム１００、１０２の偏光状態は、それらが偏光保持光ファイバ３０を通って進行しそれから出現するのにつれて維持される（少なくとも理論上は）。偏光保持光ファイバ３０は、第１および第２の光ビーム１００、１０２の経路を共に整列させて、それらの間の空間的重なり合いを生成し、それによって少なくとも初めにそれらは、それらがビーム源６から出現するときに共通の伝搬軸を有するように働く。
【００５８】
非偏光ビームスプリッタ３２は、偏光保持光ファイバ３０から出現する光ビーム１０４を、第１の偏光子３４に向けられる制御光ビーム１０６と、受光器ユニット８に向けられる実質的に同一の受光器（または測定）光ビーム１０８とに分割するように構成される。
【００５９】
第１の（または基準）偏光子３４は、その偏光軸が制御光ビーム１０６の第１および第２の偏光状態の両方に対して、およそ４５°の角度となるように（すなわち偏光保持光ファイバ３０の軸に対しておよそ４５°の角度に）配置される。制御検出器３６は、第１の偏光子３４を通過する光の強度を検出し、検出強度を制御ユニット３８に出力するように構成される。本明細書で用いられる「検出器」という用語は光検出器、すなわち検出器に入射する光の強度を測定するための検出器を意味するものである。制御ユニット３８は、制御検出器３６からの検出強度に基づいて、第１および第２の光源２０、２２の電力を制御するように構成される。これは、そうしないと回転の決定に影響を及ぼし得る、第１および第２の光源２０、２２からの強度および／または偏光の望ましくない変動を避けるためである。
【００６０】
受光器ユニット８は、第２の（または測定）偏光子４２と、受光器検出器４６およびプロセッサ４８を備えた検出器ユニット４４とを備える。第２の偏光子４２は、第１の偏光子３４と実質的に同じであり、第１の偏光子３４と実質的に同じ方位に方向付けられる。第２の偏光子４２は、受光器ユニット８およびビーム源６が整列された（それによりそれらの間のロール、ピッチまたはヨーは存在しない）ときに、第２の偏光子４２の偏光軸が、受光器光ビーム１０８の第１および第２の直線偏光状態の両方に対して４５°となるように、受光器ユニット８内に取り付けられる。
【００６１】
受光器検出器４６は、制御検出器３６と実質的に同一であり、第２の偏光子４２を通過する光の強度を検出し、検出強度をプロセッサ４８に出力するように構成される。プロセッサ４８は、ある期間にわたる検出強度を分析し、Ｘ軸の周りのビーム源６と受光器ユニット８との間のロールの大きさを表す出力をもたらすように構成される。
【００６２】
受光器ユニット８は、無線通信リンクなどの通信リンク８２によってコンピュータ８０に接続される。コンピュータ８０はディスプレイ（図示せず）を有し、それを通じてビーム源６と受光器ユニット８との間のロールの程度を示す読みがユーザにもたらされ得る。
【００６３】
使用時には制御ユニット３８は、タイミングユニット（図示せず）からクロック信号を受け取る。制御ユニット３８は、クロック信号を用いて第１および第２の光源２０、２２に交互に電力供給し、それによりそれらは第１および第２の光ビーム１００、１０２を所定の周波数で交互に放射し、これらは受光器検出器４６に入射する受光器光ビーム１０８の第１および第２の部分を形成する。
【００６４】
受光器光ビーム１０８は、第２の偏光子４２を通過するのにつれて、２つの直交するベクトル成分に分解され、それらの一方は第２の偏光子４２の偏光軸に平行であり（「平行成分」）、それらの他方は偏光軸と直角である。受光器光ビーム１０８の第１および第２の部分のそれぞれの平行成分は、第２の偏光子４２を通過し、受光器検出器４６によってそれらの強度が検出される。受光器検出器４６は、検出強度を表す信号を出力し、これは検出強度を分析し、ビーム源６と受光器ユニット８との間のロールの程度を表す信号を出力するプロセッサ４８に供給される。
【００６５】
装置は、ビーム源６と受光器ユニット８とが整列しているときは、受光器検出器４６において受信される受光器光ビーム１０８の第１および第２の部分のそれぞれの平行成分の強度が、実質的に同じになるように構成される。これと異なりビーム源６と受光器ユニット８とが整列していないときは、受光器検出器４６に到達する受光器光ビーム１０８の第１および第２の部分の一方の平行成分の大きさが、他方より大きくなる。これはビーム源６と受光器ユニット８との間に、ある程度のロールが存在するときは、もはや第２の偏光子４２の偏光軸は、第１および第２の部分の偏光状態に対して４５°にならないからである（および、第１の偏光子３４と第２の偏光子４２の間の角度は変化することになる）。その偏光状態と偏光軸との間により小さい角度を有する、受光器光ビーム１０８の部分の平行成分は、光ビームの他の部分のそれより大きくなる。従って受光器検出器４６によって検出される受光器光ビームの第１および第２の部分の一方の検出強度は、他方より大きくなる。
【００６６】
従って、受光器光ビーム１０８の第１の部分の検出強度と、受光器光ビーム１０８の第２の部分の検出強度との差は、ビーム源６と受光器ユニット８との間のロールの程度に比例する（少なくとも小さなロールの角度にわたって）。従ってプロセッサ４８が、その差に基づいてロールの程度を決定することが可能になる。
【００６７】
さらにビーム源６および受光器ユニット８がそれらの軌道に沿って移動するのにつれて、それらの間の回転は、受光器光ビーム１０８の第１および第２の部分の検出強度に変化を引き起こすことになる。従って、ビーム源６と受光器ユニット８との間のロールは、軌道に沿った動きの間に、検出強度の変化を監視することによって能動的に決定され得る。
【００６８】
知られている回転検出装置の動作および構成のさらなる詳細は、参照によりその内容が本明細書に組み込まれている特許文献２に見出され得る。読者はまた、参照によりその内容も本明細書に組み込まれている特許文献３を参照されたい。
【００６９】
図２を参照して上述されたように、特許文献２で開示された回転検出装置によって、２つの光源２０、２２はビーム源６内で組み合わされ、偏光保持光ファイバ３０に結合され、偏光保持光ファイバ３０は第１および第２の直交偏光軸を有する。理想的には第１のソース２０は、偏光保持光ファイバ３０の第１の軸に完全に結合された直線偏光を有し、第２のソース２２は、偏光保持光ファイバ３０の第２の（直交する）軸に完全に結合された直線偏光を有する。
【００７０】
実際には、偏光保持光ファイバ３０から出現する光ビーム１０４の第１の部分（すなわち第１のソース２０に由来する）は、偏光保持光ファイバ３０の第１の軸に沿った主成分と、第２の軸に沿ったより小さな成分とを有することになる。同様に、偏光保持光ファイバ３０から出現する光ビーム１０４の第２の部分（すなわち第２のソース２２に由来する）は、偏光保持光ファイバ３０の第２の軸に沿った主成分と、第１の軸に沿った小さな成分とを有することになる。偏光保持光ファイバ３０の一方の軸から他方への「漏洩」が存在すると考えられ得る。さらには「漏洩」成分は、主成分と同じ位相をもたない場合があり、それにより偏光保持光ファイバ３０から出現する光の偏光は、一般に楕円形状になる。この偏光保持光ファイバ３０の２つの軸の間のわずかな結合または「漏洩」は、通常「偏光モード結合」と呼ばれる。
【００７１】
非理想的挙動に寄与することになるのは、偏光保持光ファイバ３０の偏光モード結合だけではない。ビーム源６内の光学構成要素のすべてが、寄与する潜在性を有する。他の例は、光源２０、２２の限られた消光比、結合光学素子の非理想的挙動（偏光ビームスプリッタ２８の限られた消光比など）、および偏光保持光ファイバ３０の整列許容差である。
【００７２】
さらにビーム源６内の非偏光ビームスプリッタ３２は、実際には理想的ではない。例えば反射と透過の分割比は、異なる偏光に対してある程度異なることになり、ソースの波長および光学素子の温度にある程度依存することになる。非偏光ビームスプリッタ３２の「ｓ」および「ｐ」成分の間に位相シフトも導入されることになり、この位相シフトは反射と透過に対してある程度異なることになり、これはまた波長にある程度依存する。第１および第２の偏光子３４、４２も、それらの透過特性において同一ではなくなる。
【００７３】
さらに光源２０、２２の温度は、例えばそれらが暖まるにつれて、または周囲条件の一般的な変化によって時間と共に変化することになり、これは２つのソース２０、２２の波長の変化に繋がることになる。偏光保持光ファイバ３０の温度も変化する可能性が高く、これは２つの偏光成分の間に偏光保持光ファイバ３０によって導入される位相シフトにおける変化に繋がることになる。
【００７４】
本出願人は、上述の非理想的挙動のすべて（および場合によってはその他）の結果として、ビーム源６（放出ユニット）および受光器ユニット８が静止しているときでさえも、検出器ユニット４４からのロール信号が時間と共に変化を示すことを認識した。これは、回転（またはロール）ドリフトと呼ばれ、本出願人はこれを考慮した回転検出装置をもたらすことが望ましいことを認識した。
【００７５】
本出願人によって特定された上記の問題に対応するために、本明細書において特許文献２の回転検出装置に対する２つの主要な変更が提案される。提案される変更の本質、およびそれらがどのように上記の問題に対応するのに効果的であるかの理解を得るために、なぜ望ましくないドリフトが生じるかの理解を得るために、特許文献２の回転検出装置の基礎をなす理論のより詳しい説明が第１にもたらされ、その後にどのように本発明の実施形態がドリフトの影響を除去または少なくとも低減しようとするかの説明が続く。この説明は、本出願人によってなされた発明性のある寄与の一部であることが理解されるべきである。
【００７６】
さしあたり、ビーム源６から出現し、第２の偏光子４２を通じて受光器検出器４６に入射する受光器光ビーム１０８の第１の部分（すなわち第１のソース２０に由来する部分）だけを考察する。図３に概略的に示されるように第１の部分は、軸「ａ」に沿った主偏光（電界）成分Ｅaと、直交する軸「ｂ」に沿った副（より小さい）偏光（電界）成分Ｅbとを有する。主および副偏光成分は、受光器光ビーム１０８の偏光光の第１および第２の独立した偏光成分と見なされ得る。
【００７７】
軸「ａ」および「ｂ」は、ビーム源６内の光路に沿った成分の組み合わせによって定義され、偏光保持光ファイバ３０の偏光軸など、任意の単一の構成要素の物理的軸に対応する必要はない。実際、光の偏光は、任意の２つの軸に沿って分解または分離され得るので、軸「ａ」および「ｂ」は「分解軸」と見なされることができ、システムのいずれの物理的軸に対応する必要はなく、実際、任意の２次元ベクトルは少なくとも２つの非平行ベクトルの和として書かれ得るという意味で、互いに直交する必要はない。
【００７８】
簡単にするためにおよび一般性を失わずに、以下ではこれらは直交すると見なす。
【００７９】
偏光保持光ファイバ３０、およびビーム源６内の他の光学素子（上記で説明されたような）によって導入される位相シフトのために、軸「ｂ」に沿った、より小さい成分Ｅbは一般に、軸「ａ」に沿った主成分Ｅaに対して位相シフトφをもつことになり（楕円偏光される）、従ってより小さい成分はＥbｅiφと表され得る。
【００８０】
第２の偏光子４２（受光器ユニット８内の）の偏光軸４３は、「ａ」軸（この軸は上記で説明されたようにビーム源６内の成分によって定義される）に対して、角度θに方向付けられる。受光器ユニット８が（内部の第２の偏光子４２と共に）回転するのにつれて変化するのは角度θであり、最終的に測定されることになるものは角度θ（またはθに依存する少なくとも何らかの量）である。以下でより詳しく理解されるように、ロールドリフトに部分的に寄与するのは、位相シフトφである。
【００８１】
第２の偏光子４２を通過する光の振幅は、第２の偏光子４２の偏光軸４３に投影された（図３に示されるように）、主およびより小さな成分の和となる。
Ｅ＝Ｅaｃｏｓθ＋Ｅbｅiφｓｉｎθ  （１）
強度（すなわち受光器検出器４６が実際に検知するもの）は：
Ｉ＝ＥＥ*  （ただし、Ｅ*はＥの複素共役）  （２）
＝（Ｅaｃｏｓθ＋Ｅbｅiφｓｉｎθ）（Ｅaｃｏｓθ＋Ｅbｅ-iφｓｉｎθ）  （３）
＝Ｅa2ｃｏｓ2θ＋Ｅb2ｓｉｎ2θ＋ＥaｃｏｓθＥbｓｉｎθ（ｅiφ＋ｅ-iφ）  （４）
＝Ｅa2ｃｏｓ2θ＋Ｅb2ｓｉｎ2θ＋（２ＥaｃｏｓθＥbｓｉｎθ）ｃｏｓφ  （５）
以下の式
Ｉa＝Ｅa2  （６）
Ｉb＝Ｅb2  （７）
ｆ（θ，φ）＝（２ＥaｃｏｓθＥbｓｉｎθ）ｃｏｓφ＝（ＥaＥbｓｉｎ２θ）ｃｏｓφ  （８）
を式（５）に代入することによって簡単化が行われることができ、次を与える。
Ｉ＝Ｉaｃｏｓ2θ＋Ｉbｓｉｎ2θ＋ｆ（θ，φ）  （９）
また以下のように、ＩaおよびＩbを互いに関係付けることが可能であり、
Ｉb＝α1Ｉ1  （１０）
Ｉa＝（１−α1）Ｉ1  （１１）
ただしＩ1は、第２の偏光子４２を通過する前の、ビーム源６から出現する受光器光ビーム１０８の第１の部分（すなわち第１のソース２０に由来する）の全体の強度であり、α1は、第１のソース２０に対する２つの成分の間の小さな漏洩の大きさを特性付ける。
【００８２】
式（１０）および（１１）を式（９）に代入し、第１のソース２０にそれが固有であることを示すためにｆ（θ，φ）をｆ1（θ，φ1）で置き換えて、ビーム源６から出現する受光器光ビーム１０８の第１の部分の強度の変化Ｉ1（θ，φ1）に対して以下の式が得られる。
【００８３】
【数１】
0006482551.tif 000002
【００８４】
ただし、
【００８５】
【数２】
0006482551.tif 000003
【００８６】
ビーム源６から出現する受光器光ビーム１０８の第２の部分（第２のソース２２に由来する）の強度の変化Ｉ2（θ，φ2）に対する同等な式が、全く同等な方法で導き出され得る。
【００８７】
第２のソース２２に対しては、主成分は図３の「ｂ」軸に整列し、ＥbはＥaより大きいので、上記の式（１０）および（１１）は以下のようになる。
Ｉa＝α2Ｉ2          （１７）
Ｉb＝（１−α2）Ｉ2  （１８）
【００８８】
式（１７）および（１８）を式（９）に代入し、第２のソース２２にそれが固有であることを示すためにｆ（θ，φ）をｆ2（θ，φ2）で置き換えて、強度の変化Ｉ2（θ，φ2）に対して以下の式が得られる。
【００８９】
【数３】
0006482551.tif 000004
【００９０】
ただし、
【００９１】
【数４】
0006482551.tif 000005
【００９２】
上記では、第２のソース２２の主偏光成分は図３の「ｂ」軸に沿って整列し、従って第１のソース２０の主偏光成分（これは図３の「ａ」軸に沿って整列する）と直交することが述べられたが、これは説明および図解を容易にするためであり、必ずしも実際にそうである必要はない。第２のソース２２の偏光がどのようなものであれ、それは依然として「ａ」および「ｂ」軸（これらは上述のように単なる分離軸に過ぎない）に沿って分解または分離されるそれぞれの成分を有するようになるので、上記の理論は依然として当てはまる。
【００９３】
図２を参照して上述されたように、および特許文献２でより詳しく説明されているように、受光器検出器４６からの信号に基づいて、プロセッサ４８（これは特許文献２ではロール決定部と呼ばれる）は、受光器光ビーム１０８の第１の部分の検出強度と、受光器光ビーム１０８の第２の部分の検出強度の差を計算する。
【００９４】
これは式（１６）から式（２３）を差し引いたものに等しく、ロール信号Ｓに対する以下の式を与え、これはプロセッサ４８によって決定される信号である。
【００９５】
【数５】
0006482551.tif 000006
【００９６】
この方法によって差を取り出すことの利点は、Ｉ1に影響を及ぼし得るいずれの因子（温度など）も、実質的に同じようにＩ2に影響を及ぼし、それにより２つの差は実質的それらの影響を実質的に打ち消すようになることであり、この点において、差を形成することによって、式（１６）からのＩ1は、式（２４）では（Ｉ1−Ｉ2）に置き換えられている。それが望ましくなくても単一のソースを用いて、このような差を取り出すことなく、すなわち式（１６）のみに基づいてロール信号を導き出すことが可能であることが認識されるであろう。
【００９７】
式（２４）は、以下の
【００９８】
【数６】
0006482551.tif 000007
【００９９】
を式（２４）に挿入することによってわずかに簡略化され、次を与える。
Ｓ＝（Ｉ1−Ｉ2）＋ｆ（θ，φ1，φ2）＋（Ｉ1＋Ｉ2−２α1Ｉ1−２α2Ｉ2）ｃｏｓ２θ  （２６）
【０１００】
上記の式（２６）のロール信号Ｓは、３つの寄与から構成されるものと見なされることができ、
Ｓ＝Ｚ＋Ｐ＋Ｒ  （２７）
ただし、
【０１０１】
【数７】
0006482551.tif 000008
【０１０２】
上記の式（２８）から分かるように、「ゼロ点」項は、受光器ユニット８における偏光子４２の直前での、受光器光ビーム１０８の第１および第２の部分（２つの光源２０、２２にそれぞれ由来する）の強度の差による。
【０１０３】
上記の式（２９）から分かるように「位相シフト」項は、実際には、ビーム源６から放出された受光器光ビーム１０８の第１および第２の部分の偏光は、一般に楕円形状であり、φ1およびφ2の関数であるという事実による。上述のようにこれは、ビーム源６内の偏光保持光ファイバ２９および他の光学素子によって導入される位相シフトによる。
【０１０４】
上記の式（３０）から分かるように、少なくともθが４５°のときは「ロール」項は、ビーム源６内の何らかの固定のドリフトしない基準（すなわち上記で定義された軸「ａ」）に対する、受光器ユニット８のロールθに概略で比例する。これは、θが４５°のときは、ｃｏｓ２θは１次までその線形領域にあるからである。これを実証するためにロールの初期値θ0からの変化Δθを考えると、それにより式（３０）は以下になる。
Ｒ＝（Ｉ1＋Ｉ2−２α1Ｉ1−２α2Ｉ2）ｃｏｓ（２θ0＋２Δθ）  （３０−ａ）
コサインを１次まで展開して以下を与える。
Ｒ＝（Ｉ1＋Ｉ2−２α1Ｉ1−２α2Ｉ2）［ｃｏｓ２θ0＋２Δθｓｉｎ２θ0］  （３０−ｂ）
【０１０５】
式（３０−ｂ）から分かるように、θ0が４５°のときは、オフセットｃｏｓ２θ0はゼロ、スケールｓｉｎ２θ0は１であり、「ロール」項Ｒはロールにおける変化Δθに概略で比例する。電子的ロール信号と現実の物理的ロール信号の間の比例係数は、ロールスケールと呼ばれる。上記の式（３０−ｂ）から分かるように、ロールスケールは（Ｉ1＋Ｉ2−２α1Ｉ1−２α2Ｉ2）に比例する。
【０１０６】
しかしθ0が４５°ではない場合であっても、オフセット項（Ｉ1＋Ｉ2−２α1Ｉ1−２α2Ｉ2）［ｃｏｓ２θ0］が許容されるよりも大きくドリフトしないという条件で、ロールの変化は依然として測定され得ることが認識されるであろう。実際にはそれは、（Ｉ1＋Ｉ2−２α1Ｉ1−２α2Ｉ2）に比例するロールスケールにおけるドリフトのために、４５°に非常に近いことが好ましい。また、より高次まで展開し較正することによって、測定の範囲を拡大できることに留意されたい。典型的には、上記に示される１次までの展開は、少なくとも±１０００μｒａｄのロール変化Δθまでで十分となり得るが、精度要求はアプリケーションごとに変わることになるので、本発明の限定を意味するものではない。
【０１０７】
本出願人は、「ゼロ点」項（２８）および「位相シフト」項（２９）が、回転検出装置におけるドリフトの主な発生源であることを特定した。ロールスケールはドリフトする場合があるが、これは許容され得るスケール誤差を生じるようになるのでそれほど問題にならず、なぜならこれは測定されるものと同程度のものではなく、測定されるもの（その小さなパーセンテージ）に比例するようになるからである。
【０１０８】
これらのドリフトに対処するために、特許文献２の回転検出装置に対して２つの主な変更が提案される。
【０１０９】
第１の変更は、「位相シフト」項（２９）によって引き起こされるドリフトに対処することを目的とする。
【０１１０】
式（８）に戻ると「位相シフト」項（２９）は、最終的にｃｏｓφの関数であることが分かり、ただしφは、図３に示される２つの直交する偏光成分の間の位相差である（およびこれはソースの間で異なり得る）。これは基本的に干渉項であり、楕円偏光光の２つの位相が異なる直交成分の間の干渉の結果として生じる。
【０１１１】
本出願人はこの干渉項は、２つの直交成分が互いにコヒーレントまたは少なくとも部分的にコヒーレントであり、それによりφが一定となるまたはわずかに変化するときにのみ問題になることを認識した。２つの成分の間にコヒーレンスがないときは、φはある範囲の値をとり、これらの値にわたる干渉項の加重平均はゼロとなる、無視できるほど小さくなる、または低減される。
【０１１２】
従って本発明の一実施形態は、２つの直交する偏光成分の間のコヒーレンスを除去するという目的で「デコヒーリング」または「スクランブリング」素子を導入する（またはコヒーレンスが完全に除去されず低減されるだけの場合でもかなりの利点が得られるので、少なくともコヒーレンスを低減するために）。
【０１１３】
デコヒーリング素子は、位相項がゼロとなる（または少なくとも低減される）ことを確実にするだけでなく、ロールがそれに対して測定される機械的基準をもたらすという利点を有する。それがない場合は、図３の軸「ａ」および「ｂ」の方位は、明確に定義されない（安定でなくおよび／または固定されない）。
【０１１４】
第２の変更は、「ゼロ点」項（２８）によって引き起こされるドリフトに対処することを目的とする。この変更は、第１の変更との組み合わせで、または第１の変更とは無関係に用いられ得る。
【０１１５】
前のようにθの角度での第２の偏光子４２（受光器ユニット８内の）の偏光軸４３によって決定される、第１のロール信号ＳAを考えると、ＳAは式（２６）によって以下のように与えられ、
ＳA＝（Ｉ1−Ｉ2）＋ＰA＋（Ｉ1＋Ｉ2−２α1Ｉ1−２α2Ｉ2）ｃｏｓ２θ  （３１）
ただしＰAは、式（２７）および（２９）で用いられた位相シフト項に対する省略形である。
【０１１６】
次に第２のロール信号ＳBを考えると、これは第２の偏光子４２（受光器ユニット８内の）の偏光軸４３がθから９０°回転されたときに生成され、従って式（３１）におけるθはθ＋π／２となり、
ＳB＝（Ｉ1−Ｉ2）−ＰB＋（Ｉ1＋Ｉ2−２α1Ｉ1−２α2Ｉ2）ｃｏｓ（２θ＋π）  （３２）
＝（Ｉ1−Ｉ2）−ＰB−（Ｉ1＋Ｉ2−２α1Ｉ1−２α2Ｉ2）ｃｏｓ（２θ）  （３３）
主な変更点は、「ロール」項の符号を正から負に切り換えることであることが分かる。位相項ＰBの符号も切り換ったことが示され、なぜならそれは、ｓｉｎ２θ項をその中に含む式（８）から最終的に導き出され、ｓｉｎ（２θ＋π）＝−ｓｉｎ（２θ＋π）となるからである。
【０１１７】
従って第１のロール信号ＳAから第２のロール信号ＳBを導き出すために導入される変更点は、
ＳA＝Ｚ＋ＰA＋Ｒ  （３４）
から、下記とすることである。
ＳB＝Ｚ−ＰB−Ｒ  （３５）
【０１１８】
次に、式（３４）からのＳAと、式（３５）からのＳBとの差を形成することによって、下記を与える。
ＳA−ＳB＝（ＰA＋ＰB）＋２Ｒ  （３６）
【０１１９】
差すなわち式（３１）からのＳAと、式（３３）からのＳBとの差に対する、より完全な式は、
ＳA−ＳB＝（ＰA＋ＰB）＋２（Ｉ1＋Ｉ2−２α1Ｉ1−２α2Ｉ2）ｃｏｓ２θ  （３７）
従って、「ゼロ点」項Ｚが除去されている。これはゼロ点項（Ｚ）はＳAおよびＳBの両方に共通であるが、ロール信号（Ｒ）は差動となるからである。従って信号ＳAおよびＳBを減算することによって、ゼロ点ドリフトを有しないロール信号が得られる。しかし、ロールスケール（ｃｏｓ２θの前の項）は、消光比および強度における変化により、依然としてわずかに変化するようになることに留意されたい。
【０１２０】
次に第２の変更が、第１の変更と組み合わせて用いられる場合を考える。第１の変更の実施は、式（３７）から「位相シフト」項ＰAおよびＰBの両方を除去する効果をもつようになり、次式を与える。
ＳA−ＳB＝２（Ｉ1＋Ｉ2−２α1Ｉ1−２α2Ｉ2）ｃｏｓ２θ  （３８）
【０１２１】
従って「ロール」項だけを残して、「ゼロ点」項および「位相シフト」項の両方が除去された。
【０１２２】
式（３１）から出発して、第２の変更に関して上記に示された分析は、式（２６）すなわち２つのソース２０、２２によるものに基づいた。同様な分析は、式（１６）すなわち単一のソースに基づくものから出発しても、当てはまることが認識されるであろう。式（２４）に続いて上記で述べられたのと同じ理由により、２つのソースを用いることが好ましい。
【０１２３】
式（３１）から出発して同様な分析が行われることができ、そこでは第２のロール信号ＳBは、第２の偏光子４２（受光器ユニット８内の）の偏光軸４３のθから９０°以外の角度の回転に基づいて導き出されることが認識されるであろう。式（３１）は以下のように繰り返される。
ＳA＝（Ｉ1−Ｉ2）＋ＰA＋（Ｉ1＋Ｉ2−２α1Ｉ1−２α2Ｉ2）ｃｏｓ２θ  （３１）
【０１２４】
次に第２のロール信号ＳBを考えると、これは第２の偏光子４２（受光器ユニット８内の）の偏光軸４３が、θから２γだけ回転されたときに生成され、それにより式（３１）内のθはθ＋２γとなり、
ＳB＝（Ｉ1−Ｉ2）＋ＰB＋（Ｉ1＋Ｉ2−２α1Ｉ1−２α2Ｉ2）ｃｏｓ（２θ＋４γ）  （３９）
次に、−γ（これは２つの偏光子軸の二等分線である）からの小さな角度変位Δθを測定する場合は、θをΔθ−γで置き換えて、
ＳA＝（Ｉ1−Ｉ2）＋ＰA＋（Ｉ1＋Ｉ2−２α1Ｉ1−２α2Ｉ2）ｃｏｓ（２Δθ−２γ）  （４０）
ＳB＝（Ｉ1−Ｉ2）＋ＰB＋（Ｉ1＋Ｉ2−２α1Ｉ1−２α2Ｉ2）ｃｏｓ（２Δθ＋２γ）  （４１）
Δθにおいて１次まで展開して、以下を得る。
ｃｏｓ（２Δθ−２γ）＝ｃｏｓ（−２γ）−（２Δθ）ｓｉｎ（−２γ）
＝ｃｏｓ（２γ）＋（２Δθ）ｓｉｎ（２γ）  （４２）
ｃｏｓ（２Δθ＋２γ）＝ｃｏｓ（２γ）−（２Δθ）ｓｉｎ（２γ）  （４３）
従って以下を得る。
ＳA＝Ｚ＋ＰA＋Ｒ  （４４）
ＳB＝Ｚ−ＰB−Ｒ  （４５）
ただし、
Ｚ＝（Ｉ1−Ｉ2）＋（Ｉ1＋Ｉ2−２α1Ｉ1−２α2Ｉ2）ｃｏｓ（２γ）  （４６）
および
【０１２５】
Ｒ＝２（Ｉ1＋Ｉ2−２α1Ｉ1−２α2Ｉ2）ｓｉｎ（２γ）Δθ  （４７）
第２の偏光子４２（受光器ユニット８内の）の偏光軸４３をθから９０°でない角度だけ回転させることにおける唯一の現実の変化は、因子ｓｉｎ（２γ）による低減された感度であることが分かる。また最大信号感度（最大ロールスケール）は、２γ＝π／２に対して得られることが分かる。また測定の範囲をより高次まで拡大し、ロール信号を較正することもでき、実際、これを見出す別の方法は以下に注目することによる。
ｃｏｓ（２Δθ−２γ）−ｃｏｓ（２Δθ＋２γ）＝−２ｓｉｎ（−２γ）ｓｉｎ（２Δθ）  （４８）
従って差は厳密に以下によって得られる。
ＳA−ＳB＝ＰA−ＰB＋２（Ｉ1＋Ｉ2−２α1Ｉ1−２α2Ｉ2）ｓｉｎ（２γ）ｓｉｎ（２Δθ）  （４９）
【０１２６】
第２の偏光子４２（受光器ユニット８内の）を実効的に９０°回転させることによって、第１の信号ＳAから減算される第２の信号ＳBを導き出す第２の変更は、少なくとも以下の２つの方法で実施され得る。
【０１２７】
第２の変更の実施に対する２つの異なる手法は、式（３３）に関連して上述されたように、第２の信号ＳBを導き出すための第２の偏光子４２の偏光軸４３の９０°の回転は、実際は、相対回転であり、これは偏光子の偏光軸と偏光光の偏光方向との間に相対回転をもたらすように、ビーム源６内に適切な構成を有することによる（第１の手法）、または偏光子の偏光軸と偏光光の偏光方向との間に相対回転をもたらすように、受光器ユニット８内に適切な構成を有することによる（第２の手法）のいずれかで達成され得るという認識に基づく。
【０１２８】
第２の変更の実施に対する第１の手法は、従って両方の光源２０、２２の偏光を９０°だけ交互に回転させるビーム源６内の構成を有して、特許文献２（２つの光源２０、２２からの信号の差を決定する）に従って、受光器ユニット８内に単一の検出器ユニット４４を有することになる。次いで受光器ユニット８内の処理電子回路は、単一の検出器ユニット４４からの交互の差分の読みの差を形成することになる。
【０１２９】
第２の変更の実施に対する第２の手法は、従って（例えば）受光器ユニット８内の偏光ビームスプリッタ、およびビームスプリッタの２つのそれぞれの出力ポートに２つのこのような検出器ユニット４４を有することになる（特許文献２に従って各検出器ユニット４４は、２つの光源２０、２２からの信号の差を決定する）。２つの検出器ユニット４４はそれによってそれぞれ、２つの偏光軸方位θおよび（θ＋９０°）に関係する２つのロール信号をもたらし、受光器ユニット８内の処理電子回路は、２つの検出器ユニット４４からのロール信号の差を形成する。
【０１３０】
図４は、第２の変更の実施に対する上述の第２の手法に基づく本発明を実施する回転検出装置２の概略図であり、これはまた上述の第１の変更を組み込んでいる。第１および第２の変更に関係する差異は別として、その他の点では図４の装置は、図２を参照して上述されたものと大部分は同じであり、ここでは前の方式と異なる装置の態様のみの説明がなされる。
【０１３１】
図４の回転検出装置２によって、受光器ユニット８は、第１および第２の検出器ユニット４４Ａ、４４Ｂを備え、各検出器ユニット４４Ａ、４４Ｂは、概して図２の検出器ユニット４４に対応する。従って第１の検出器ユニット４４Ａは、第１の受光器検出器４６Ａおよび第１のプロセッサ４８Ａを備え、第２の検出器ユニット４４Ｂは、第２の受光器検出器４６Ｂおよび第２のプロセッサ４８Ｂを備える。第３のプロセッサ４８Ｃが設けられ、これは第１および第２のプロセッサ４８Ａ、４８Ｂからそれぞれの信号を受け取り、通信リンク８２を通してコンピュータ８０に信号を出力するように構成される。
【０１３２】
上述の第２の変更を実施するために、図２の第２の（受光器）偏光子４２の代わりに、図４ではウォラストン偏光子（またはプリズム）４１が設けられる。ウォラストン偏光子４１は、受光器光ビーム１０８を、直交する偏光を有する第１および第２の受光器ビーム１０８Ａおよび１０８Ｂに分割するように適合される。第１の受光器ビーム１０８Ａは第１の受光器検出器４６Ａに向けられ、第２の受光器ビーム１１０８Ｂは第２の受光器検出器４６Ｂに向けられる。
【０１３３】
ウォラストン偏光子４１は図５に、より詳しく示される。ウォラストン偏光子４１は、一緒に接合された、直交する結晶軸を有する２つの三角形の方解石プリズムを備えた、複屈折偏光子である。内部接合面では、非偏光ビームは２つの直線偏光した光線に分離し、これらは通常は、１５°と４５°の間の発散角において偏光子４１を出る（図４では単に簡単にするために、この発散角は９０°であるように示されることに留意されたい）。
【０１３４】
ウォラストン偏光子４１は、実効的に１つで２つの偏光子として働き、従って実効的に、θ°の角度に第１の偏光軸４３Ａを有する第１の偏光子４２Ａと、（θ＋９０）°の角度に第２の偏光軸４３Ｂを有する第２の偏光子４２Ｂとの両方をもたらすことができる。ウォラストン偏光子４１に入射する受光器光ビーム１０８の偏光は、第１の偏光軸４３Ａに沿って分離されて第１の受光器ビーム１０８Ａを生成し、同時に第２の偏光軸４３Ｂに沿って分離されて第２の受光器ビーム１０８Ｂを生成する。
【０１３５】
それによってウォラストン偏光子４１は、上述の第２の変更を可能にする構成、すなわち偏光子４１の偏光軸と偏光光の偏光方向との間の第１および第２の異なる相対方位をもたらすための構成をもたらし、それによってそれに対応して第１および第２の受光器検出器４６Ａ、４６Ｂから第１および第２の異なる出力信号をもたらす。
【０１３６】
第３のプロセッサ４８Ｃは、第１および第２の受光器検出器４６Ａ、４６Ｂから（第１および第２のプロセッサ４６Ａ、４８Ｂを通じて）、第１および第２の出力信号の差に基づいて、ビーム源６からのデコヒーリングされたビームに対するウォラストン偏光子４１の回転を検出するように動作可能である。次にプロセッサ４８Ａ、４８Ｂ、４８Ｃによって行われる信号処理が、より詳しく述べられる。
【０１３７】
図４に示される構成によって、第１および第２のプロセッサ４８Ａ、４８Ｂは、それぞれ第１および第２の検出器ユニット４４Ａ、４４Ｂの一部として設けられ、特許文献２で述べられている以前の方式と同じように動作する。すなわち最初に第１および第２のビーム部分の強度の差（第１および第２のソース２０、２２に由来する）が、第１および第２のプロセッサ４８Ａ、４８Ｂによって形成される（それぞれ、偏光子４１の偏光軸と、偏光光の偏光方向との間の、２つの異なる相対方位に対応する）。次いで第１および第２のプロセッサ４８Ａ、４８Ｂからの２つの信号の差が、第３のプロセッサ４８Ｃによって形成される。
【０１３８】
信号処理方式は、図６Ａに概略的に示される。２つのブランチＡおよびＢが示され、それぞれ第１および第２の受光器ビーム１０８Ａおよび１０８Ｂを生成する、図５に示される偏光軸４３Ａ、４３Ｂの第１および第２の異なる方位に対応する。
【０１３９】
第１の受光器検出器４６Ａは、ブランチＡにおいて、それに入射する第１の受光器ビーム１０８Ａ内に位置する。第１の受光器検出器４６Ａは図６Ａで、２つの部分１および２を有するように概略的に示され、これらはそれぞれ第１の受光器ビーム１０８Ａ内の第１および第２のビーム部分（第１および第２のソース２０、２２に由来する）に対応し、これら２つのビーム部分は時間的に互いに間隔が置かれ、第１の受光器検出器４６Ａによって交互に受信される。第１の受光器検出器４６Ａは、第１の受光器ビーム１０８Ａの第１のビーム部分からそれに入射する光の強度に応じて第１の信号Ａ１を、および第１の受光器ビーム１０８Ａの第２のビーム部分からそれに入射する光の強度に応じて第２の信号Ａ２を出力する。
【０１４０】
同様に、第２の受光器検出器４６Ｂは、ブランチＢにおいて、それに入射する第２の受光器ビーム１０８Ｂ内に位置する。やはり第２の受光器検出器４６Ｂは図６Ａで、２つの部分１および２を有するように概略的に示され、これらはそれぞれ第２の受光器ビーム１０８Ｂ内の第１および第２のビーム部分（第１および第２のソース２０、２２に由来する）に対応し、これら２つのビーム部分は時間的に互いに間隔が置かれ、第２の受光器検出器４６Ｂによって交互に受信される。第２の受光器検出器４６Ｂは、第２の受光器ビーム１０８Ｂの第１のビーム部分からそれに入射する光の強度に応じて第３の信号Ｂ１を、および第２の受光器ビーム１０８Ｂの第２のビーム部分からそれに入射する光の強度に応じて第４の信号Ｂ２を出力する。
【０１４１】
第１のプロセッサ４８Ａは、第１の受光器検出器４６Ａから第１および第２の信号Ａ１、Ａ２を受信し、（Ａ１−Ａ２）として示されるそれらの信号の差に応じた信号を決定および出力するように構成される。第１のプロセッサ４８Ａからの出力信号は、第２のブランチＡに対して上記の式（２６）に対応する。
【０１４２】
同様に、第２のプロセッサ４８Ｂは、第２の受光器検出器４６Ｂから第３および第４の信号Ｂ１、Ｂ２を受信し、（Ｂ１−Ｂ２）として示されるそれらの信号の差に応じた信号を決定および出力するように構成される。第２のプロセッサ４８Ｂからの出力信号は、第２のブランチＢに対して上記の式（２６）に対応する。
【０１４３】
第３のプロセッサ４８Ｃは、第１および第２のプロセッサ４８Ａ、４８Ｂから出力信号を受信し、（Ａ１−Ａ２）−（Ｂ１−Ｂ２）として示されるそれらの信号の差に応じた信号を決定および出力するように構成される。
【０１４４】
第３のプロセッサ４８Ｃからの出力信号は、前のようにコンピュータ８０に供給される。第３のプロセッサ４８Ｃからの出力信号は、上記の式（３８）に対応する。
【０１４５】
第１および第２の受光器検出器４６Ａ、４６Ｂでの電子的利得におけるわずかな差、およびウォラストン偏光子４１（第１および第２のブランチＡ、Ｂのためのビーム１０８Ａおよび１０８Ｂを生成するための）を通る２つのビームの透過における差のために、第３のプロセッサ４８Ｃによって差分演算する前に、２つの信号を適切にスケーリングすることが望ましいことに留意されたい。スケーリングは、図６Ａに示される可変利得段４７Ａおよび４７Ｂによって行われる（これらは図４にも存在し得るが、簡単にするためにそこには示されていない）。スケールファクタは、ソース２０、２２の１つの強度をわずかに変化させることによって、オンラインで決定され得る。「ゼロ点」項（これはソース２０、２２の１つの強度を変化させることによって変化される）の任意の値に対する、２つの差信号の間の関係は線形であり、その傾斜が所望のスケールファクタである。
【０１４６】
図６Ａのものに対する代替の信号処理方式が図６Ｂに示される。図示のように第２の信号Ａ２は、第１のプロセッサ４８Ａの第２の入力ではなく、第２のプロセッサ４８Ｂの第１の入力に供給され、第３の信号Ｂ１は、第２のプロセッサ４８Ｂの第１の入力ではなく、第１のプロセッサ４８Ａの第２の入力に供給される。
【０１４７】
この再構成により、もはや第１のプロセッサ４８Ａは専ら第１の受光器検出器４６Ａに関連付けられるということはなく、従ってもはや論理的に第１の検出器ユニット４４Ａの一部ではなく、代わりにそれは第１の検出器ユニット４４Ａとは別々であると見なされ得る。同様にもはや第２のプロセッサ４８Ｂは専ら第２の受光器検出器４６Ｂに関連付けられるということはなく、従ってもはや論理的に第２の検出器ユニット４４Ｂの一部ではなく、代わりにそれは第１の検出器ユニット４４Ｂとは別々であると見なされ得る。
【０１４８】
上記の再構成は結果として、第１のプロセッサ４８Ａから出力される（Ａ１−Ｂ１）に関係する信号（これは２つの検出器４６Ａおよび４６Ｂによって測定された第１のビーム部分の強度の差に関係する）と、第２のプロセッサ４８Ｂから出力される（Ａ２−Ｂ２）に関係する信号（これは２つの検出器４６Ａおよび４６Ｂによって測定された第２のビーム部分の強度の差に関係する）とを生じる。
【０１４９】
第３のプロセッサからの出力は、（Ａ１−Ｂ１）−（Ａ２−Ｂ２）に関係し、これはもちろん図６Ａの第１の信号処理方式からの出力と全く同じである。
【０１５０】
やはり第１および第２の受光器検出器４６Ａ、４６Ｂでの電子的利得におけるわずかな差、およびウォラストン偏光子４１を通る２つのビームの透過における差のために、２つの検出器４６Ａ、４６Ｂからの信号Ａ１／Ａ２およびＢ１／Ｂ２は、それぞれ（または少なくとも１つ）は、プロセッサ４８Ａ、４８Ｂに供給される前に、可変利得段４７Ａ、４７Ｂに供給されることが好ましい。やはり前述されたものと同じ理由により、可変利得段は、第１の信号処理方式において述べられたものと同様な方法で、２つの受光器検出器４６Ａ、４６Ｂを差分演算する前に、正しいスケールファクタを生成するために適切に調整されることが好ましい。
【０１５１】
次に図６Ｂの信号処理方式において、可変利得の少なくとも１つを適切に調整するためにオンラインで行われ得る手順が、より詳しく述べられる。
【０１５２】
位相項が無視できると仮定すると、２つの検出器からの電子信号は次式によって与えられる。
ＳA＝ＧA（Ｚ＋Ｒ）  （５０）
ＳB＝ＧB（Ｚ−Ｒ）  （５１）
ただしＧAおよびＧBは、ウォラストン偏光子４１の透過、固定の電子的利得、および段４８Ａおよび４８Ｂからの調整可能な利得を含む、結果としての利得である。次いで差信号は次式で与えられる。
ＳA−ＳB＝（ＧA−ＧB）Ｚ＋（ＧA＋ＧB）Ｒ  （５２）
【０１５３】
目的は、利得ＧAおよびＧBの一方または両方を変更して、右辺のＺ項をできるだけ小さく、すなわち（ＧA−ＧB）をできるだけゼロに近づけることである。以下を含むいくつかの方法で行うことができる。
【０１５４】
（１）ロール項は一定であるがゼロ点項は変化するように、ソース２０、２２の電力を変化させることによって、利得の少なくとも１つに作用して差信号の変化を低減するまたは無視できるようにすることができる。これは、上記の目的を達成し、もはやドリフトは顕著でなくなることを確実にするように、利得が適切に設定されることを確実にすることになる。
【０１５５】
（２）ロール項ができるだけ小さくなることを機械的に確実にすることによって、ソース２０、２２の少なくとも１つの電力を変化させ、および利得に作用して差の変化を低減するまたは無視できるようにすることができる。
【０１５６】
またこの方式は、以下のやり方で、前の方式と同等とされ得ることに留意されたい。
【０１５７】
差信号ＳA−ＳBが、利得ＧBの固定値での利得ＧAの２つの値に対して、および利得ＧAの固定値での利得ＧBの２つの値に対して測定された場合は、以下の４つの信号が得られる。
Ｓ1＝ＳA1−ＳB＝ＧA1（Ｚ＋Ｒ）−ＧB（Ｚ−Ｒ）  （５３）
Ｓ2＝ＳA2−ＳB＝ＧA2（Ｚ＋Ｒ）−ＧB（Ｚ−Ｒ）  （５４）
Ｓ3＝ＳA−ＳB1＝ＧA（Ｚ＋Ｒ）−ＧB1（Ｚ−Ｒ）  （５５）
Ｓ4＝ＳA−ＳB2＝ＧA（Ｚ＋Ｒ）−ＧB2（Ｚ−Ｒ）  （５６）
これらから、以下の２つの信号を得ることができ、
Ｓ1−Ｓ2＝（ＧA1−ＧA2）（Ｚ＋Ｒ）  （５７）
Ｓ3−Ｓ4＝（ＧB2−ＧA1）（Ｚ−Ｒ）  （５８）
これらは信号ＳAおよびＳBに比例する。このようにして、この方式は本明細書において示された前の方式に帰着し、前に述べられたのと同じ方法が適用され得る。利得ＧA1またはＧA2の１つがゼロである場合は、差信号はＳAに直接比例することに留意されたい。これはまた検出器Ｂに対して当てはまる。
【０１５８】
第１、第２、および第３のプロセッサ４８Ａ、４８Ｂ、４８Ｃは、別々の機能ユニットとして示されるが、それらは単一の機能処理ユニットと見なされることができ、さらには第１の方式または第２の方式において、単一の処理ユニットに物理的に組み合わされ得る。また上述のプロセッサ４８Ａ、４８Ｂ、４８Ｃの１または複数によって行われる処理は、ソフトウェアまたはハードウェアにおいて行われ得ることが認識されるであろう。プロセッサは差分増幅器として実装され得る。同様に可変利得段４７Ａ、４７Ｂは、ハードウェアまたはソフトウェアにおいて実施されることができ、別々におよび図６Ａおよび６Ｂに示されるように配置されるのではなく、それらはプロセッサ４８Ａ、４８Ｂ、４８Ｃの１または複数によって行われる処理に組み込まれ得ることが認識されるであろう。
【０１５９】
図６Ｂの信号処理方式は、図６Ａの信号処理方式より簡単であり、実装するのに電力およびスペース効率がより良い。ハードウェアにおいて実装された場合は、２つのソースの差を測定する電子回路は、通常は電力消費の点で比較的要求が厳しく、図６Ｂの信号処理方式は、図６Ａの信号処理方式でのように２組ではなく（プロセッサ４８Ａおよび４８Ｂにおいて）、それらの単一の組を使用する（プロセッサ４８Ｃにおいて）。プロセッサがプログラム命令上で働く汎用プロセッサである場合は、第２の方式の上述の利点は、第１の方式に比べて適用性が低くなる。
【０１６０】
上記ではウォラストン偏光子４１が述べられたが、ロションまたはセナルモンプリズム、薄膜偏光ビームスプリッタまたは任意の他のものなど、他のタイプの同様な偏光ビームスプリッタが代わりに用いられ得る。
【０１６１】
さらにウォラストン偏光子４１は単に、偏光子の偏光軸と偏光光の偏光方向との間の第１および第２の異なる相対方位をもたらし、それによってそれに対応して検出器から第１および第２の異なる出力信号をもたらすための構成の一例として示されたことが認識されるであろう（この例では検出器は２つの別々の検出器４６Ａ、４６Ｂを備えるが、これは他の実装形態においてそうである必要はない）。
【０１６２】
例えば第１および第２の異なる相対方位をもたらすための構成は、そうではなく（前述のように）、ウォラストン（または同様な）偏光子４１の代わりに通常の偏光子４２（図２を参照して述べられたものなど）によって、第１および第２のソース２０、２１の偏光を回転するためにビーム源６内に構成を設けることによって実施され得る。このような場合は、単一の物理的検出器４６が必要になるだけであり、これは２つの異なる偏光方位に関係する信号を、同時ではなく異なるそれぞれの時間においてもたらすようになる。
【０１６３】
上述の第１の変更を実施するために、「デコヒーリング」構成が設けられ（例えばビーム源６内に）、これは本発明の一実施形態との関連において、偏光光の主および副（第１および第２の独立した）偏光成分の間のコヒーレンスを除去または少なくとも低減することによって、「デコヒーリングされた」（または処理された）偏光ビームを生成することを目的とした構成である。図４の構成では受光器光ビーム１０８は、デコヒーリングされた偏光ビームと見なされ得る。
【０１６４】
デコヒーリング構成は多くの形をとることができるが、図４に示される実施形態では、複屈折結晶３９の形でのデコヒーリング構成（本明細書ではまたより一般的にデコヒーリング素子３９と呼ばれる）が、ビーム源６からそれが出現する前の受光器光ビーム１０８の光路における最後の光学素子として導入される。デコヒーリング素子３９は、ビーム源６からそれが出現する前の受光器光ビーム１０８の光路における最後の光学素子である必要はないが、それは少なくとも上述の非理想的挙動の主な発生源の後に配置されることが好ましいことが認識されるであろう。言い換えれば、デコヒーリングされた偏光ビームの経路内、すなわちデコヒーリング素子３９と偏光子（第２の変更が実施される場合はウォラストン偏光子４１、そうでない場合は第２の標準の偏光子４２）との間に配置されたいずれの光学構成要素も、実質的なドリフトを導入しないことが好ましい。
【０１６５】
複屈折結晶は、それに沿った屈折率が、他の２つの直交する軸のそれとは異なる特定の軸（光軸または結晶軸と呼ばれる）を有する。従って結晶軸の方向における直線偏光光は、それが結晶内部を伝搬するときに、結晶軸に直交する方向における直線偏光光とは異なる経路長を経験する。従って結晶の内部を伝搬する一般的偏光光に対しては、結晶軸および結晶軸と直角の方向に沿った直交成分は、位相シフトを経験するようになる。ソースのコヒーレンス長よりずっと大きな経路長差を生成するように、伝搬距離が十分長い（すなわち結晶が十分厚い）場合は、上記で説明されたように位相項はゼロに平均化するようになる。コヒーレンス長を低減するために、第１および第２のソース２０、２２のそれぞれのために、広帯域光源が用いられ得る。結晶の軸は、偏光保持光ファイバ３０の軸と概略整列され（従って２つのソース２０、２２と概略整列される）、それらはロールがそれに対して測定され得る機械的基準をもたらす。
【０１６６】
干渉項の除去または少なくとも低減のための、デコヒーリング構成の他の実装形態が可能である。干渉項の前の説明から明らかになるように、デコヒーリング構成の概念は、干渉法のコヒーレンスの概念と非常に似ており、ビームが２つの経路（例えば干渉計の２つのアーム）に分割され、次いで再結合される場合は、光路長の差がソースのコヒーレンス長未満であるという条件で、干渉縞が観測されるようになる。目標がこれらの干渉縞を除去することである場合は、これは以下を含むいくつかの方法で行われ得る。
【０１６７】
１．スペクトル領域：ソースのコヒーレンス長はそのスペクトル帯域幅に反比例し、従って高輝度発光ダイオード（ＳＬＥＤ）などの広帯域源が用いられた場合は、それは２つの経路の光路差よりずっと小さいコヒーレンス長を生じ、干渉縞は観測されなくなる。狭帯域源も用いられることができ、その波長は十分高速に（すなわち観測時間より高速に）、および必要な広帯域源と同様な帯域幅にわたって、変調される。
【０１６８】
２．時間領域：狭帯域源が用いられるが、その代わりに干渉計のアームの１つにおける経路長が十分高速に変調される場合は、干渉は不鮮明になり、これは所望の効果を生じることになる。
【０１６９】
３．空間領域：干渉計の１つのアームに、ビーム幅の異なる点において異なる経路長を生成する空間光変調器が挿入された場合は、ビーム幅にわたる干渉の平均はゼロとなる。または言い換えれば、ソースの空間的コヒーレンスは低減され得る。
【０１７０】
デコヒーリング構成としての使用に適したすべてのこれらの方法は、干渉項の除去を達成するためのより広範な方法に包含され、２つの経路の間の位相シフトはいくつかのパラメータに依存し、このパラメータの値にわたって平均された干渉項はゼロとなる。
【０１７１】
ロール測定における位相項に対する類似は次の通りであり、楕円偏光はそれらの間に一定の位相シフトを有して振動する２つの直交成分によって記述され、位相シフトがゼロまたはπである場合は偏光は直線であるが、他の位相値に対しては偏光は一般に楕円となる。次いでこの偏光が、２つの直交する方向の間にその方向をもつ偏光子に通過されたときは、２つの直交成分の間の位相シフトに関係する干渉項が存在する。言い換えれば、２つの直交成分は２つの干渉するビームと類似であり、それらの間の位相シフトは経路長差と類似である。従って同様の技法がこの干渉項を除去するために用いられることができ、すべて本明細書で用いられる用語「デコヒーリング構成」に包含される。
【０１７２】
特にデコヒーリング構成は、複屈折結晶３９の形であるとして図４を参照して上述された。しかしデコヒーリング構成は、より一般に結晶の形における以外の複屈折材料を備え得ることが認識されるであろう。例えば複屈折材料を備えた光ファイバは、デコヒーリング構成として働くことができる。
【０１７３】
特許文献２のシステムと比べた他の変更は、制御偏光子３４が不要なことである。それは保持され得るが、それはデコヒーリング素子３９が実装されたときは冗長と見なされることができ、なぜならデコヒーリング素子３９は、制御偏光子３４の代わりに機械的基準をもたらすからであり、制御偏光子３４を保持することは一般に不必要なドリフトを導入するように働くことになるだけである。
【０１７４】
前述のように、上述の第１の変更（デコヒーリング構成を導入するための）はまた、上述の第２の変更（偏光回転を導入するための）を実施せずに、実施されることができ、逆も同様であることが認識されるであろう。第１の変更が第２の変更なしに実施される場合は、図４の受光器ユニット８は、図２の受光器ユニット８によって、受光器ユニット８内に単一の検出器ユニット４４を有して実効的に置き換えられ得る。第２の変更が第１の変更なしに実施される場合は、図４のビーム源６は、図２のビーム源６によって、デコヒーリング素子３９なしで実効的に置き換えられ得る。
【０１７５】
また上述のように、単一の偏光の光を発生する単一のソースを有する（すなわち上述の第１および第２のビーム部分を有しない）デコヒーリング構成でさえも、いくらかの利点が達成されることになり、このような構成は、式（２４）ではなく上記の式（１６）に基づくようになる。
【０１７６】
第１および第２の異なるそれぞれの偏光状態を有する第１および第２のビーム部分が使用される場合は、図４に示されるように２つの別々のソース２０、２２を有して第１および第２のビーム部分を発生するのではなく、単一の光源も用いられ得ることが述べられるべきであり、これは直交する偏光経路に分割され、これらは交互にチョッピングされ（例えば電気光学変調器またはＥＯＭを用いて）、次いで再結合され、偏光保持光ファイバ３０に結合される。
【０１７７】
さらに受光器検出器４６、および関連するプロセッサ４８は、受光器ユニット８内ではなく、ビーム源６内に配置されることができ、これは、重要になるのはビーム源６と偏光子４１との間の相対回転であり、偏光子４１は受光器ユニット８内に保持されるからである。（デコヒーリング素子３９が実装される場合は、重要になるのはデコヒーリング素子３９と偏光子４１との間の相対回転であり、以下で述べられるようにデコヒーリング素子３９がビーム源６内に設けられる必要はない）。受光器検出器４６がビーム源６内にある代替方式は、特許文献２の図５の考察から容易に明らかになるであろう。
【０１７８】
また、特許文献２における図６以後に関連して述べられている他の変更形態も（特に、非限定的に、図１１および１２におけるピッチおよびヨーの測定に関する変更形態）、本発明の一実施形態に等しく適用可能であることが認識され、それらの変更形態は参照により本明細書に組み込まれる。受光器がピッチおよびヨーの程度を決定するように構成されたこのようなシステムのさらなる詳細は、特許文献４に開示されており、その内容全体がこの参照により本明細書に組み込まれる。
【０１７９】
図４を（図１と併せて）参照して上述された方式は、２つの主な構成要素すなわちビーム源６および受光器ユニット８（受光器ユニット８は、ＣＭＭ４のクイル１８に取り付けられる）からなり、デコヒーリング素子３９はビーム源６内に配置され、ウォラストン偏光子４１、検出器４６Ａ、４６Ｂ、ならびに関連するプロセッサ４８Ａ、４８Ｂ、および４８Ｃは受光器ユニット８内にある。
【０１８０】
また図７に概略的に示されるようなやり方で、方式を実施することが可能であり、デコヒーリング素子３９は、ビーム源６から、ＣＭＭ４のクイル１８に取り付けられた中間ユニット７内に移される。受光器ユニット８（ウォラストン偏光子４１、検出器４６Ａ、４６Ｂ、ならびに関連するプロセッサ４８Ａ、４８Ｂ、および４８Ｃを有する）は、中間ユニット７より先の固定された位置に配置される。中間ユニット７は、ビーム源６と受光器ユニット８の間に配置され、それによりその中のデコヒーリング素子３９は、ビーム源６から放射される受光器光ビーム１０８の経路内にある。受光器ユニット８内のウォラストン偏光子４１、検出器４６Ａ、４６Ｂ、ならびに関連するプロセッサ４８Ａ、４８Ｂ、および４８Ｃは、図４を参照して上述されたように構成され動作され得る。
【０１８１】
従って一般に、検出器４６Ａ、４６Ｂ、４６に入射する光の強度の変化、およびデコヒーリングされた偏光ビームに対する偏光子の回転のプロセッサ４８Ａ、４８Ｂ、４８Ｃ、４８による決定の基礎となる検出器４６Ａ、４６Ｂ、４６から出力される信号における対応する変化を結果として生じるのは、デコヒーリングされた偏光ビーム（すなわちデコヒーリング素子３９によるかビーム源６内の回転手段によるかにかかわらず、デコヒーリング構成の作用の結果として生じるビーム）に対する偏光子４１、４２の回転である。
【０１８２】
図７の構成は、受光器ユニット８の素子をビーム源６内に配置することによってさらに変更されることができ、受光器光ビーム１０８は、中間ユニット７内の反射素子によって「折り返され」または反射され（特許文献２の図５に従って）、反射素子はデコヒーリング素子３９の前または後に配置される。
【０１８３】
図７を参照して述べられたこれらの構成は、少数の素子だけをその中に有する受動的クイル（中間）ユニット７の利点を有する。
【０１８４】
図７を参照して述べられた２つの構成の第１のものは、第２のものより好ましいと考えられ、なぜなら第１の構成におけるウォラストン偏光子４１および検出器４６Ａ、４６Ｂ上のビームの動きは、第２の構成におけるものと比べて小さいからである。これはウォラストン偏光子４１および検出器４６Ａ、４６Ｂからの空間的変化による潜在的な問題を除去するという利点を有する。しかしこれらの変化は、実質的に同様な波長の２つのソース２０、２２を使用することによって大幅に低減され、２つのソース２０、２２からの２つのビームが完全に重なり合う場合は、これらの変化は無視できるようになる。
【０１８５】
上記では式（２８）の「ゼロ点」項は、式（３１）から（３７）を参照して説明されたように、偏光の回転を導入することによって対処され得ることが述べられた。ゼロ点項に対処する代替の手法は、半透明検出器を利用し、これは通常の検出器のように、それに当たる光の強度に応じた信号を出力するために光のビームの経路内に配置されるが、通常の検出器とは異なり、光の少なくとも一部分がそれを通過することを可能にする。
【０１８６】
このような半透明検出器は、ゼロ点項を除去または少なくとも低減するための、少なくとも以下の２つの方法において用いられ得る。
【０１８７】
第１の実装形態では半透明検出器は、図２のビームスプリッタ３２、制御偏光子３４、および制御検出器３６を、制御検出器として代わりに働く半透明検出器で置き換えるようになる。半透明検出器は、受光器ビーム１０８の経路において、それがビーム源６を出る前すなわち図２のビームスプリッタ３２に位置において、ビーム源６内の最後の光学素子となることが好ましくなる。本明細書で上述されたようにデコヒーリング素子も用いられる場合は、半透明検出器が位相シフトを導入しない場合は、それはデコヒーリング素子の後に置かれることができ、デコヒーリング素子がゼロ項にドリフトを導入しない場合は、それは半透明検出器の後に置かれ得る。式（２８）を参照すると、ゼロ点項は偏光子４２の直前の、２つのソース２０、２２の（または第１および第２のソース２０、２２にそれぞれ由来する第１および第２のビーム部分の）強度の差であり、制御ユニット３８は２つのソース２０、２２に由来する信号を等しくするように試みることが想起されるべきである。従って半透明検出器を用いたこのような構成は、ゼロ点項をゼロ近くに保つようになる（２つのソース２０、２２に対する半透明検出器の差動応答が著しくドリフトしないという条件で）。
【０１８８】
第２の実装形態では、ビーム源６は図２でのままとされることができ、半透明検出器は偏光子４２の前に、受光器ユニット８内に設けられる。半透明検出器は、２つのソース２０、２２からの強度の差および和を測定するように構成されることができ、これは（２つのソース２０、２２に対する半透明検出器の差動応答が著しくドリフトしないという条件で）、ゼロ点項を決定するために用いられることができ、次いでこれはプロセッサ４８によって検出器４６からの信号から減算され得る。ゼロ点項は、強度の和と差から、和で除算された差に基づいて導き出され得る。２つの検出器の間の利得の整合は、図６Ａを参照して上述されたものと類似した技法を用いて行われ得る（ソースの１つの強度を変化させ、結果としての曲線の勾配を得る）。
【０１８９】
本発明の一実施形態との関連において半透明検出器構成は、それ自体が半透明である検出器、または光を非透明性の検出器に向けるように構成された半透明構成要素を備えた光学装置のいずれかを備えた、光電子システムであると考えられ得る。さらに本発明の一実施形態との関連において、光電子システムは、好ましくは以下の条件のすべてを満たすべきである。
（ａ）２つのソースからの光（第１および第２のビーム部分）は、光電子システムの入力ポートに入射する。
（ｂ）入射光の少なくとも一部は、光電子システムの出力ポートにおいて、システムから出て行く。
（ｃ）システムは出力ポートにおいて、２つのソース（第１および第２のビーム部分）の強度の差の実質的に線形関数である信号をもたらす。
（ｄ）条件（ｃ）で言及された関数のオフセット項は、好ましくは環境条件および／またはソースの波長によって著しくドリフトするべきではない。しかしこのようなドリフトがある場合は、システムは、オフセットを測定しオフセットの影響を打ち消すためにその出力信号を調整するように適合されるべきである（例えばそれを減算することによって）。オフセット項は、強度差に依存しない関数の部分と見なされ得る（しかし動作温度などの環境因子などの他の因子には依存し得る）。
システムはまた、好ましくは以下の条件の一方または両方を満たすべきである。
（ｅ）システムはまた、２つの強度の和に比例した信号をもたらす。
（ｆ）出力偏光はコヒーレントでない直線成分から構成され、それらのそれぞれの方向は、入力偏光、または半透明検出器内の基準軸の、いずれかに対して固定される。しかし半透明検出器によって、２つの偏光成分の間に位相シフトが導入される場合は、この位相シフトから結果として生じる位相項は著しくドリフトするべきではない。
【０１９０】
上記の条件に鑑みて、ビームスプリッタおよび非透明性の検出器は、本発明の一実施形態との関連において、通常は「半透明検出器構成」とは見なされず、なぜならビームスプリッタは実際には通常、条件（ｄ）を満たさないからであり、差の関数が線形である場合も、通常それはドリフトするオフセット項を有するようになる。またそれは、導入される位相項が通常はドリフトするので、条件（ｆ）を満たさない。
【０１９１】
次に信号は２つのソースの強度の差の実質的に線形関数であるという上記の条件（ｃ）が、より詳しく述べられる。
【０１９２】
式（２７）から、ロール信号Ｓは、Ｚ（ゼロ点項、これはＩ１−Ｉ２である）、位相シフト項Ｐ、および物理的ロールＲからの寄与から構成され、Ｓ＝Ｚ＋Ｐ＋Ｒのようになることが分かる。
【０１９３】
目標はＺを打ち消すことであるので、上述のように信号は半透明構成からもたらされることが望ましく、これはＺの実質的に線形関数であり、この関数のオフセット項はドリフトしないかまたはドリフトして補償され、それにより信号がロール信号Ｓから単に減算されることによって、ゼロ点項Ｚを除去（または少なくともその影響を低減）することができる。
【０１９４】
しかし半透明検出器構成によってもたらされる信号の実質的に線形な性質は、専ら半透明検出器構成内の検出器（および密接に関連する電子回路）の実際の応答によって達成される必要はないことが認識されるであろう。半透明検出器構成のいずれかの部分の物理的応答がＺの非線形関数に寄与する場合は、半透明検出器構成は、応答を実効的に線形化するさらなる処理を行うように構成されることになり、それによって、ゼロ点項の影響を除去または低減するために用いられ得るＺの線形関数を抽出する。このような処理は、半透明検出器構成の一部として設けられる専用プロセッサによって行われることができ、またはロール信号を決定するためにすでに設けられているプロセッサ４８によって行われ得る。従っていくつかの実施形態では、半透明検出器構成はプロセッサ４８を備え、半透明検出器構成の機能は、プロセッサ４８と組み合わされその機能から不可分である。関数を線形化する（必要な場合に）ようにプロセッサ４８によって行われる処理は、ロール信号を決定するためにプロセッサ４８によって行われる処理と組み合わされることができ、それによりそれら２つは１つとして行われる。
【図１】
0006482551.tif 000009
【図２】
0006482551.tif 000010
【図３】
0006482551.tif 000011
【図４】
0006482551.tif 000012
【図５】
0006482551.tif 000013
【図６Ａ】
0006482551.tif 000014
【図６Ｂ】
0006482551.tif 000015
【図７】
0006482551.tif 000016