(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長が互いに異なる第１光波、第２光波、及び第３光波を利用して測定対象の移動距離を算出する干渉計測装置であって、
前記第１光波、前記第２光波、及び前記第３光波を生成する光波生成手段と、
前記第１光波、前記第２光波、及び前記第３光波を固定反射体及び測定対象である移動反射体の各々へ分割して前記第１光波、前記第２光波、及び前記第３光波の参照光と前記第１光波、前記第２光波、及び前記第３光波の測定光を生成すると共に、前記移動反射体で反射された前記測定光と前記固定反射体で反射された前記参照光とを重ね合わせて干渉光を生成する光分割手段と、
前記第１光波、前記第２光波、及び前記第３光波についてそれぞれ設けられ、前記干渉光を検出し干渉信号を生成する光検出手段と、
前記第１光波の干渉信号及び前記第２光波の干渉信号に基づいて前記移動反射体の移動距離Ｄ１を算出する第１移動距離算出手段と、
前記第１光波の干渉信号及び前記第３光波の干渉信号に基づいて前記移動反射体の移動距離Ｄ２を算出する第２移動距離算出手段と、
前記移動距離Ｄ１の湿度による変化割合を示す第１湿度比例係数及び前記移動距離Ｄ２の湿度による変化割合を示す第２湿度比例係数に基づいて比例係数ｃを算出する比例係数算出手段と、
前記移動距離Ｄ１、前記移動距離Ｄ２、及び前記比例係数ｃに基づいて前記移動距離Ｄ１を補正して前記測定対象の補正移動距離Ｄを算出する補正手段と、
を備える干渉計測装置。
【請求項２】
前記比例係数算出手段は、以下に示す式（１）に基づいて前記比例係数ｃを算出する請求項１に記載の干渉計測装置。
【数１】
0006369688.tif 000008
ここで、Δ１は前記移動距離Ｄ１の湿度比例係数である。Δ２は前記移動距離Ｄ２の湿度比例係数である。
【請求項３】
前記補正手段は、以下に示す式（２）に基づいて前記測定対象の前記補正移動距離Ｄを算出する請求項１又は２に記載の干渉計測装置。
Ｄ＝Ｄ１−ｃ（Ｄ１−Ｄ２）…（２）
ここで、Ｄは湿度による誤差が補正された前記測定対象の前記補正移動距離である。Ｄ１は前記第１移動距離算出手段で算出される前記移動反射体の前記移動距離である。Ｄ２は前記第２移動距離算出手段で算出される前記移動反射体の前記移動距離である。ｃは前記比例係数である。
【請求項４】
前記補正手段は、以下に示す式（３）に基づいて前記測定対象の前記補正移動距離Ｄを算出する請求項１又は２に記載の干渉計測装置。
Ｄ＝Ｄ１−Ａ’（Ｌ１−Ｌ２）＋Ｂ’（Ｌ１−Ｌ３）…（３）
ここで、Ｄは湿度による誤差が補正された前記測定対象の前記補正移動距離である。Ｄ１は前記第１移動距離算出手段で算出される前記移動反射体の前記移動距離である。
Ａ’は次式（４）で表される定数である。
Ａ’＝−ｃａ…（４）
Ｂ’は次式（５）で表される定数である。
Ｂ’＝−ｃｂ…（５）
上述の式（４）及び（５）でのｃは前記比例係数であり、ａ及びｂは係数である。
【請求項５】
前記第１移動距離算出手段は、以下に示す式（６）に基づいて、前記移動反射体の前記移動距離Ｄ１を算出する請求項１から４のいずれか１項に記載の干渉計測装置。
Ｄ１＝Ｌ１−ａ（Ｌ１−Ｌ２）…（６）
ここで、Ｄ１は前記第１移動距離算出手段で算出される前記移動反射体の前記移動距離である。Ｌ１は前記第１光波での測長光路長である。Ｌ２は前記第２光波での測長光路長である。ａは係数である。
【請求項６】
前記第２移動距離算出手段は、以下に示す式（７）に基づいて、前記移動反射体の前記移動距離Ｄ２を算出する請求項１から５のいずれか１項に記載の干渉計測装置。
Ｄ２＝Ｌ１−ｂ（Ｌ１−Ｌ３）…（７）
ここで、Ｄ２は前記第２移動距離算出手段で算出される前記移動反射体の前記移動距離である。Ｌ１は前記第１光波での測長光路長である。Ｌ３は前記第３光波での測長光路長である。ｂは係数である。
【請求項７】
前記第１光波、前記第２光波、及び前記第３光波を合成して合成波を生成する合波手段と、
前記干渉光の合成波を前記第１光波の干渉光、前記第２光波の干渉光、及び前記第３光波の干渉光に分離する分波手段と、
をさらに備え、
前記光分割手段は、前記合成波を前記固定反射体及び前記測定対象である前記移動反射体の各々へ分割して合成波参照光と合成波測定光を生成すると共に、前記移動反射体で反射された合成波測定光と前記固定反射体で反射された合成波参照光とを重ね合わせて合成波干渉光を生成する請求項１から６のいずれか１項に記載の干渉計測装置。
【請求項８】
前記第１光波、前記第２光波、及び前記第３光波は位相が同じである請求項１から７のいずれか１項に記載の干渉計測装置。
【請求項９】
前記光波生成手段は、一つの光源から出射される光波より前記第１光波、前記第２光波、及び前記第３光波を生成する請求項１から８のいずれか１項に記載の干渉計測装置。
【請求項１０】
波長が互いに異なる第１光波、第２光波、及び第３光波を利用して測定対象の移動距離を算出する干渉計測方法であって、
前記第１光波、前記第２光波、及び前記第３光波を生成する光波生成ステップと、
前記第１光波、前記第２光波、及び前記第３光波を固定反射体及び測定対象である移動反射体の各々へ分割して前記第１光波、前記第２光波、及び前記第３光波の参照光と前記第１光波、前記第２光波、及び前記第３光波の測定光を生成すると共に、前記移動反射体で反射された前記測定光と前記固定反射体で反射された前記参照光とを重ね合わせて干渉光を生成する光分割ステップと、
前記第１光波、前記第２光波、及び前記第３光波についてそれぞれ設けられ、干渉光を検出し干渉信号を生成する光検出ステップと、
前記第１光波の干渉信号及び前記第２光波の干渉信号に基づいて前記移動反射体の移動距離Ｄ１を算出する第１移動距離算出ステップと、
前記第１光波の干渉信号及び前記第３光波の干渉信号に基づいて前記移動反射体の移動距離Ｄ２を算出する第２移動距離算出ステップと、
前記移動距離Ｄ１の湿度による変化割合を示す第１湿度比例係数及び前記移動距離Ｄ２の湿度による変化割合を示す第２湿度比例係数に基づいて比例係数ｃを算出する比例係数算出ステップと、
前記移動距離Ｄ１、前記移動距離Ｄ２、及び前記比例係数ｃに基づいて前記移動距離Ｄ１を補正して前記測定対象の補正移動距離Ｄを算出する補正ステップと、
を含む干渉計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、干渉計測装置及び干渉計測方法に関し、特に波長が異なる３つの光波を利用して距離（長さ）を計測する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターゲットまでの距離を高精度に測長する方法として、光波干渉を用いた方法が知られている。この方法は、光の波長をものさしとしてターゲットの変位を測定するものであるところ、空気中の波長は空気の屈折率によって変動する。したがって、空気中で高精度に測長を行うためには空気の気温、湿度、気圧、及び二酸化炭素濃度から屈折率を求め、干渉計を用いて測定したターゲットの変位を補正する必要がある。しかしながら、実際には、光路上に屈折率分布が存在するため、補正を精度良く行うことは困難である。
【０００３】
このような問題を解決するため、波長が異なるコヒーレント光で同時測定を行い、各々の測定値を用いて空気の屈折率変動を補正する方法が提案されている。例えば、特許文献１には、２波長干渉計が開示されている。
【０００４】
ここで２波長干渉計の原理について説明すると、波長λの光波における測定対象（ターゲット）までの光学的距離Ｄλは、幾何学的距離Ｄと空気の屈折率ηに対して次式により表される。
【０００５】
Ｄλ＝Ｄ・η（λ、Ｔ、Ｐ、ＰＷ、ＰＣＯ２）
屈折率ηは、波長λ、温度Ｔ、気圧Ｐ、水蒸気分圧ＰＷ、二酸化炭素濃度ＰＣＯ２をパラメータとする関数であり、それらのパラメータに依存して変化する。そのため、測定環境の変動に伴う屈折率ηの変動によって測長誤差が生じる。
【０００６】
一方、２波長干渉計において測定に用いる光波の２波長をλ１、λ２とし、各々の波長λ１、λ２における空気の屈折率η（λ１、Ｔ、Ｐ、ＰＷ、ＰＣＯ２）、η（λ２、Ｔ、Ｐ、ＰＷ、ＰＣＯ２）をη１、η２と省略して表すとして、次のようなＡ係数を定義することができる。
【０００７】
Ａ＝（η１−１）／（η１−η２）
このとき、波長λ１、λ２の各々の光波により測定される光学的距離をＬ１、Ｌ２、ターゲットまでの幾何学的距離をＤ０とすると、次の式が成り立つ。
【０００８】
Ｄ０＝Ｌ１−Ａ（Ｌ１−Ｌ２）
ここで、波長λ１、λ２の光波により光学的距離Ｌ１、Ｌ２を測定する際の測定環境が等しければ、Ａ係数の値は、近似的に波長λ１、λ２のみに依存した値となる。従って、２波長干渉計では、波長以外の測定環境の変動に起因した測長誤差を小さくすることができる。
【０００９】
しかしながら、上述した２波長の干渉計を用いた場合であっても、水蒸気分圧つまり湿度の影響による測定誤差を排除することは困難である。このような湿度に起因する測定誤差を取り除くことを目的とした技術の提案が行われている。
【００１０】
特許文献２及び３には、水分子が吸収し易い波長の光を空気中に出力して、その光の光強度の減衰量を計測して水分子数の計測を行い湿度の影響による測定誤差を補正する技術が提案されている。
【００１１】
また、非特許文献１には、互いに波長が異なる３つの光波を使用して、計測を行う技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平５−３０２８１１号公報
【特許文献２】特開２０１２−４２３２６号公報
【特許文献３】特開２０１１−２０３２３１号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】A. N. Golubev and A. M. Chekhovsky, “Three-color optical range finding” Appl. Opt. 33 7511(1994)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、特許文献２及び３に記載された技術では、出力される光の波長の誤差に起因する湿度計測の誤差、光検出器とレーザ光とのアライメントがドリフトすることにより光強度の変動に起因する測定誤差、水分子の光の吸収は距離に比例するため、光の出射位置と反射体との正確な距離が不明であることに起因する湿度計測の誤差、などによる水分子数の計測精度に起因する湿度計測の誤差が発生する。
【００１５】
また、非特許文献１に記載された技術では、理論が不明瞭であるために係数を正確に求めることができなく、さらに、３つの光波の位相が合っていないために誤差が大きくなってしまう。また、非特許文献１に記載された技術では、波長が大きく異なる光波が存在するので、３つの光波の光学部品を共通化することが困難であり、３つの光波の光路を同一にすることができなく誤差が発生してしまう場合がある。
【００１６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、光の干渉を利用した計測による距離測定において湿度変化に起因する測定誤差を効果的に取り除き、測定対象の正確な移動距離を算出することができる干渉計測装置及び干渉計測方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の一の態様である干渉計測装置は、波長が互いに異なる第１光波、第２光波、及び第３光波を利用して測定対象の移動距離を算出する干渉計測装置であって、第１光波、第２光波、及び第３光波を生成する光波生成手段と、第１光波、第２光波、及び第３光波を固定反射体及び測定対象である移動反射体の各々へ分割して第１光波、第２光波、及び第３光波の参照光と第１光波、第２光波、及び第３光波の測定光を生成すると共に、移動反射体で反射された測定光と固定反射体で反射された参照光とを重ね合わせて干渉光を生成する光分割手段と、第１光波、第２光波、及び第３光波についてそれぞれ設けられ、干渉光を検出し干渉信号を生成する光検出手段と、第１光波の干渉信号及び第２光波の干渉信号に基づいて移動反射体の移動距離Ｄ１を算出する第１移動距離算出手段と、第１光波の干渉信号及び第３光波の干渉信号に基づいて移動反射体の移動距離Ｄ２を算出する第２移動距離算出手段と、移動距離Ｄ１の湿度による変化割合を示す第１湿度比例係数及び移動距離Ｄ２の湿度による変化割合を示す第２湿度比例係数に基づいて比例係数ｃを算出する比例係数算出手段と、移動距離Ｄ１、移動距離Ｄ２、及び比例係数ｃに基づいて移動距離Ｄ１を補正して測定対象の補正移動距離Ｄを算出する補正手段と、を備える。
【００１８】
本態様によれば、移動距離Ｄ１の湿度による変化割合を示す第１湿度比例係数及び移動距離Ｄ２の湿度による変化割合を示す第２湿度比例係数に基づいて比例係数ｃが算出され、移動距離Ｄ１が移動距離Ｄ１、移動距離Ｄ２及び比例係数ｃに基づいて補正される。これにより、本態様は、湿度に起因する測定誤差が効果的に取り除かれ、測定対象の正確な移動距離を算出することができる。
【００１９】
好ましくは、比例係数算出手段は、以下に示す式（１）に基づいて比例係数ｃを算出する。
【００２０】
【数１】
0006369688.tif 000002
【００２１】
ここで、Δ１は移動距離Ｄ１の湿度比例係数である。Δ２は移動距離Ｄ２の湿度比例係数である。
【００２２】
本態様によれば、比例係数ｃが移動距離Ｄ１の湿度に応じた変化割合Δ１と移動距離Ｄ２の湿度に応じた変化割合Δ２との関係式である式（１）により算出されるので、湿度による測定誤差をより正確に補正することができる。
【００２３】
好ましくは、補正手段は、以下に示す式（２）に基づいて測定対象の補正移動距離Ｄを算出する。
【００２４】
Ｄ＝Ｄ１−ｃ（Ｄ１−Ｄ２）…（２）
ここで、Ｄは湿度による誤差が補正された測定対象の補正移動距離である。Ｄ１は第１移動距離算出手段で算出される移動反射体の移動距離である。Ｄ２は第２移動距離算出手段で算出される移動反射体の移動距離である。ｃは比例係数である。
【００２５】
本態様によれば、測定対象の移動距離（補正移動距離Ｄ）は、移動距離Ｄ１及び移動距離Ｄ２の湿度に応じた変化割合に基づく比例係数ｃを含む式（２）により補正（算出）されるので、より正確に湿度による誤差を取り除くことができる。
【００２６】
好ましくは、補正手段は、以下に示す式（３）に基づいて測定対象の補正移動距離Ｄを算出する。
【００２７】
Ｄ＝Ｄ１−Ａ’（Ｌ１−Ｌ２）＋Ｂ’（Ｌ１−Ｌ３）…（３）
ここで、Ｄは湿度による誤差が補正された測定対象の補正移動距離である。Ｄ１は第１移動距離算出手段で算出される移動反射体の移動距離である。Ｌ１は第１光波での測長光路長である。Ｌ２は第２光波での測長光路長である。Ｌ３は第３光波での測長光路長である。
【００２８】
Ａ’は次式で表される定数である。
Ａ’＝−ｃａ…（４）
Ｂ’は次式で表される定数である。
Ｂ’＝−ｃｂ…（５）
上述の式（４）及び（５）でのｃは前記比例係数であり、ａ及びｂは係数である。
【００２９】
本態様によれば、測定対象の移動距離（補正移動距離Ｄ）は、移動距離Ｄ１、第１光波での測長光路長Ｌ１、第２光波での測長光路長Ｌ２、第３光波での測長光路長Ｌ３、及び比例係数ｃに基づく定数Ａ’及びＢ’により算出される。これにより、本態様では、直接的に移動距離Ｄ２を使用せずに、補正移動距離Ｄが算出されるので、より正確に湿度による誤差を簡易に取り除くことができる。
【００３０】
好ましくは、第１移動距離算出手段は、以下に示す式（６）に基づいて、移動反射体の移動距離Ｄ１を算出する。
【００３１】
Ｄ１＝Ｌ１−ａ（Ｌ１−Ｌ２）…（６）
ここで、Ｄ１は第１移動距離算出手段で算出される移動反射体の移動距離である。Ｌ１は第１光波での測長光路長である。Ｌ２は第２光波での測長光路長である。ａは係数である。
【００３２】
本態様によれば、移動距離Ｄ１が第１光波と第２光波の測長光路長との関係式である式（６）により移動反射体の移動距離Ｄ１が算出されるので、より正確な移動距離Ｄ１が算出される。
【００３３】
好ましくは、第２移動距離算出手段は、以下に示す式（７）に基づいて、移動反射体の移動距離Ｄ２を算出する。
【００３４】
Ｄ２＝Ｌ１−ｂ（Ｌ１−Ｌ３）…（７）
ここで、Ｄ２は第２移動距離算出手段で算出される移動反射体の移動距離である。Ｌ１は第１光波での測長光路長である。Ｌ３は第３光波での測長光路長である。ｂは係数である。
【００３５】
本態様によれば、移動距離Ｄ２が第１光波と第３光波の測長光路長との関係式である式（７）により移動反射体の移動距離Ｄ１が算出されるので、より正確な移動距離Ｄ２が算出される。
【００３６】
好ましくは、干渉計測装置は、第１光波、第２光波、及び第３光波を合成して合成波を生成する合波手段と、干渉光の合成波を第１光波の干渉光、第２光波の干渉光、及び第３光波の干渉光に分離する分波手段と、をさらに備え、光分割手段は、合成波を固定反射体及び測定対象である移動反射体の各々へ分割して合成波参照光と合成波測定光を生成すると共に、移動反射体で反射された合成波測定光と固定反射体で反射された合成波参照光とを重ね合わせて合成波干渉光を生成する。
【００３７】
本態様によれば、第１光波、第２光波、及び第３光波を合成した合成波を利用して移動反射体の移動距離が算出されるので、第１光波、第２光波、及び第３光波を同じ光路に通すことが可能であり、より正確な移動反射体の移動距離が算出される。
【００３８】
好ましくは、第１光波、第２光波、及び第３光波は位相が同じである。
【００３９】
本態様によれば、第１光波、第２光波、及び第３光波は位相が同じであるので位相のずれによる測定誤差の発生を抑えることでき、より正確な移動反射体の移動距離を算出することが可能である。
【００４０】
好ましくは、光波生成手段は、一つの光源から出射される光波より第１光波、第２光波、及び第３光波を生成する。
【００４１】
本態様によれば、一つの光源から出射される光波から第１光波、第２光波、及び第３光波が生成されるので、位相が揃っている第１光波、第２光波、及び第３光波を利用して測定対象の移動距離を測定することが可能である。
【００４２】
本発明の他の態様である干渉計測方法は、波長が互いに異なる第１光波、第２光波、及び第３光波を利用して測定対象の移動距離を算出する干渉計測方法であって、第１光波、第２光波、及び第３光波を生成する光波生成ステップと、第１光波、第２光波、及び第３光波を固定反射体及び測定対象である移動反射体の各々へ分割して第１光波、第２光波、及び第３光波の参照光と第１光波、第２光波、及び第３光波の測定光を生成すると共に、移動反射体で反射された測定光と固定反射体で反射された参照光とを重ね合わせて干渉光を生成する光分割ステップと、第１光波、第２光波、及び第３光波についてそれぞれ設けられ、干渉光を検出し干渉信号を生成する光検出ステップと、第１光波の干渉信号及び第２光波の干渉信号に基づいて移動反射体の移動距離Ｄ１を算出する第１移動距離算出ステップと、第１光波の干渉信号及び第３光波の干渉信号に基づいて移動反射体の移動距離Ｄ２を算出する第２移動距離算出ステップと、移動距離Ｄ１の湿度による変化割合を示す第１湿度比例係数及び移動距離Ｄ２の湿度による変化割合を示す第２湿度比例係数に基づいて比例係数ｃを算出する比例係数算出ステップと、移動距離Ｄ１、移動距離Ｄ２、及び比例係数ｃに基づいて移動距離Ｄ１を補正して測定対象の補正移動距離Ｄを算出する補正ステップと、を含む。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によれば、移動距離Ｄ１の湿度による変化割合を示す第１湿度比例係数及び移動距離Ｄ２の湿度による変化割合を示す第２湿度比例係数に基づいて比例係数ｃが算出され、移動距離Ｄ１が移動距離Ｄ１、移動距離Ｄ２及び比例係数ｃに基づいて補正されるので、湿度に起因する測定誤差が効果的に取り除かれ、測定対象の正確な移動距離を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】干渉計装置の構成例を説明する図である。
【図２】演算装置の機能構成例を示すブロック図である。
【図３】湿度の変化に対する誤差を示すグラフである。
【図４】干渉計測装置の計測に関してのシミュレーションの結果を示す図である。
【図５】干渉計測装置の計測に関してのシミュレーションの結果を示す図である。
【図６】干渉計測装置の動作を示すフロー図である。
【図７】光源部の変形例１の構成を説明する図である。
【図８】光源部の変形例２の構成を説明する図である。
【図９】光源部の変形例３の構成を説明する図である。
【図１０】光源部の変形例４の構成を説明する図である。
【図１１】光源部の変形例５の構成を説明する図である。
【図１２】光源部の変形例６の構成を説明する図である。
【図１３】光源部の変形例７の構成を説明する図である。
【図１４】検出器部の変形例１の構成を説明する図である。
【図１５】検出器部の変形例２の構成を説明する図である。
【図１６】検出器部の変形例３の構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、添付図面に従って本発明の実施の形態である干渉計測装置及び干渉計測方法に関して説明する。
【００４６】
図１は、本発明に係る３色法を使用した干渉計測装置１０の構成例を説明する図である。ここで、「３色法」とは、波長が互いに異なる３つの光波を利用して干渉計測を行う方法のことである。以下の説明では、第１光波、第２光波、及び第３光波は互いに波長が異なり且つ第１光波、第２光波、及び第３光波の位相は同じである。以下で説明する実施態様は、第１光波、第２光波、及び第３光波は位相が同じにすることにより、位相のずれによる測定誤差の発生を抑えることでき、より正確な移動反射体の移動距離Ｄ（幾何学的距離）を算出することが可能である。
【００４７】
図１に示すように、干渉計測装置１０は、主として光源部１２、測定部１４、検出器部１６、及び演算装置１８を備える。
【００４８】
［光源部］
先ず光源部（光波生成手段）１２に関して説明する。光源部１２は、第１光波、第２光波、及び第３光波を生成する。光源部１２は、光源であるレーザ光源２０、分配器（２２及び２６）、第２高調波発生器（ＳＨＧ：Ｓｅｃｏｎｄ  Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）（２４及び２８）、合波器（合波手段）（３０及び３２）、及びコリメータ３４を備えている。なお、レーザ光源２０、分配器（２２及び２６）、ＳＨＧ（２４及び２８）、及び合波器（３０及び３２）は光ファイバ３６を介して結合されている。なお、光ファイバ３６は、石英ガラス、プラスチック、フォトニック結晶等からなる光の伝送路であり、機器間で光を送受する機能を備える。
【００４９】
レーザ光源２０は、特に限定されず様々なレーザを出射する装置が使用される。例えば、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源を使用することが可能である。また、レーザ光源２０として半導体レーザ光源、ＹＡＧレーザ光源、ＣＯ２レーザ光源を使用することが可能である。
【００５０】
レーザ光源２０で出射された波長λの光波は、分配器２２により第１光路及び第２光路へと分配される。第１光路に分配された波長λの光波は第１光波であり、第２光路に分配された波長λの光波はＳＨＧ２４により波長λ／２の第２光波として生成される。
【００５１】
ＳＨＧ２４により生成された第２光波は、分配器２６により第３光路及び第４光路へと分配される。合波器３０は、第３光路に分配された第２光波と第１光路の第１光波とを合成する。そして、合波器３０は、波長がλの第１光波及び波長がλ／２の第２光波が合成された光波が出射する。第４光路に分配された波長がλの光波は、ＳＨＧ２８により波長λ／４の第３光波として生成される。
【００５２】
ＳＨＧ２８により生成された波長λ／４の第３光波は、合波器３２により第１光波及び第２光波の合成波として合成される。すなわち、合波器３２からは、第１光波、第２光波、及び第３光波の合成波が出射され、光ファイバ３６を介してコリメータ３４に出射される。ここで、コリメータ３４は、収差の少ないレンズもしくは、色収差のない放物面鏡が好ましい。
【００５３】
コリメータ３４は、合波器３２で合成され光ファイバ３６から出射された第１光波、第２光波、及び第３光波の合成波の拡散光を平行光に変換する。
【００５４】
なお、上述の説明では光源部１２が第１光波、第２光波、及び第３光波を生成する場合を記載したがこれに限定されるものではない。少なくとも、波長が異なる３つの光波があれば良く、光源部１２は複数の光波を生成しそのうちの３つの光波が選択されてもよい。
【００５５】
［測定部］
次に測定部１４に関して説明する。測定部１４は、光分割部（光分割手段）（ビームスプリッタ）３８、固定反射体４２、及び移動反射体４０を備えている。
【００５６】
光分割部３８は、第１光波、第２光波、及び第３光波を固定反射体４２及び測定対象である移動反射体４０の各々へ分割する。光分割部３８により固定反射体４２へ分割された光波を参照光とし、光分割部３８により移動反射体４０へ分割された光波を測定光とする。また、光分割部３８は、移動反射体４０で反射された測定光と固定反射体４２で反射された波参照光とを重ね合わせて干渉光を生成する。なお、光分割部３８はレーザ光を測定光と参照光とに分割する光学素子であり、光分割部３８としてビームスプリッタ、ハーフミラー、又はそれと同等の機能を有する手段が好適に使用される。
【００５７】
また、光分割部３８は、光源部１２において第１光波、第２光波、及び第３光波の合成波が生成される場合には、合成波を固定反射体４２及び測定対象である移動反射体４０の各々へ分割して合成波参照光Ｘ２と合成波測定光Ｘ１を生成すると共に、移動反射体４０で反射された合成波測定光Ｘ１と固定反射体４２で反射された合成波参照光Ｘ２とを重ね合わせて合成波干渉光Ｘ３を生成する。具体的には、光分割部３８に入射した合成波は、移動反射体４０へ進む合成波測定光Ｘ１と、固定反射体４２へ進む合成波参照光Ｘ２とに分割される。そして、移動反射体４０で反射された合成波測定光Ｘ１と固定反射体４２で反射された合成波参照光Ｘ２とが再び光分割部３８に入射して重ね合わされ合成波干渉光Ｘ３として生成される。このように、第１光波、第２光波、及び第３光波を合成した合成波の合成波干渉光Ｘ３を利用することにより、第１光波、第２光波、及び第３光波が同じ光路を通過するのでより正確な補正移動距離Ｄが算出される。
【００５８】
移動反射体４０としては、再帰性反射可能なＣＣＰ（コーナキューブプリズム）又は直角プリズムミラー等が用いられる。これにより、移動反射体４０は、光分割部３８から出射された測定光Ｘ１を直角に組み合わされた面に入射させ、入射方向と平行な逆方向に反射する。したがって、合成波測定光Ｘ１は移動反射体４０の中央部に入射させるのではなく、図１に示すように、移動反射体４０の一方のコーナ部に入射させ、直角な２つの反射面で反射させて他方のコーナ部から出射させることにより、入射方向と平行で且つ逆方向に出射させる。
【００５９】
移動反射体４０は図１の矢印で示すように移動する。すなわち、移動反射体４０は、測定光Ｘ１の進行方向又は逆方向にスライドする。移動反射体４０を移動させることで、合成波測定光Ｘ１（又は測定光）の光路長を変化させることができる。
【００６０】
固定反射体４２は、移動反射体４０と同様に再帰性反射可能なＣＣＰ（コーナキューブプリズム）又は直角プリズムミラー、中空リトロリフレクタ等が用いられる。固定反射体４２の場合も、移動反射体４０と同様に、固定反射体４２の中央に入射させるのではなく、図１から分かるように、固定反射体４２の一方のコーナ部に入射させ、直角な２つの反射面で反射させて他方のコーナ部から出射させることにより、入射方向と平行で且つ逆方向に出射させる。
【００６１】
［検出器部］
次に検出器部１６に関して説明する。検出器部１６は、集光器４４、分波器（分波手段）（４６及び４８）、第１検出器５０、第２検出器５２、及び第３検出器５４を備えている。なお、集光器４４、分波器４６、分波器４８、第１検出器５０、第２検出器５２、及び第３検出器５４は、光ファイバ３６で接続されている。
【００６２】
集光器４４は、光分割部３８から出射された第１光波、第２光波、及び第３光波の合成波の合成波干渉光Ｘ３を集光する。集光器４４としては、色収差の小さいレンズ又は色収差のない放物面鏡を使用することがのぞましい。集光器４４に平行光に変換された第１光波、第２光波、及び第３光波の合成波の干渉光は、光ファイバ３６の端部から光ファイバ３６内へ侵入する。
【００６３】
分波器４６は、光ファイバ３６に侵入した合成波干渉光Ｘ３から波長がλ／４の第３光波の干渉光を分離する。分波器４６に分離された第３光波の干渉光は、第３検出器５４に入射する。一方、分波器４６に分離された第１光波及び第２光波の干渉光の合成波は、分波器４８に入射して、波長λの第１光波と波長λ／２の第２光波に分離される。分波器４８で分離された第１光波の干渉光は第１検出器５０へ入射し、分波器４８で分離された第２光波の干渉光は第２検出器５２へ入射する。
【００６４】
第１検出器（第１光検出手段）５０、第２検出器（第２光検出手段）５２、及び第３検出器（第３光検出手段）５４のそれぞれは、入射された干渉光を電気的に検出して干渉信号を出力する。第１検出器５０、第２検出器５２、及び第３検出器５４に出力された干渉信号は電気信号線を介して演算装置１８に送信される。
【００６５】
［演算装置］
次に演算装置１８に関して説明する。図２は、演算装置１８の機能構成例を示すブロック図である。演算装置１８は、主に測長光路長算出部５８（測長光路長算出手段）、第１移動距離算出部（第１移動距離算出手段）６０、第２移動距離算出部（第２移動距離算出手段）６２、比例係数算出部（比例係数算出手段）６４、及び補正部（補正手段）６６を備えている。
【００６６】
測長光路長算出部５８は、第１光波の干渉信号から移動反射体４０の光学的な移動距離（測長光路長Ｌ１）を算出し、第２光波の干渉信号から移動反射体４０の光学的な移動距離（測長光路長Ｌ２）を算出し、第３光波の干渉信号から移動反射体４０の光学的な移動距離（測長光路長Ｌ３）を算出する。測長光路長算出部５８は、公知の手法により干渉信号に基づいて第１光波、第２光波、及び第３光波に基づく測長光路長を算出する。例えば、測長光路長算出部５８は、マイケルソン干渉計の原理に基づいて測長光路長を算出する。
【００６７】
第１移動距離算出部６０は、第１光波の干渉信号及び第２光波の干渉信号に基づいて移動反射体の移動距離（移動量）Ｄ１を算出する。具体的には、第１移動距離算出部６０は、以下に示す式（６）とに基づいて移動反射体４０の移動距離Ｄ１を算出する。
【００６８】
Ｄ１＝Ｌ１−ａ（Ｌ１−Ｌ２）…（６）
ここで、Ｄ１は第１移動距離算出部６０で算出される移動反射体４０の移動距離である。Ｌ１は第１光波の干渉信号より測長光路長算出部５８で算出される測長光路長である。Ｌ２は第２光波の干渉信号より測長光路長算出部５８で算出される測長光路長である。ａは係数であり以下の（８）で表される。
【００６９】
【数２】
0006369688.tif 000003
【００７０】
ここで、ｎ１は第１光波の空気屈折率を示し、ｎ２は第２光波の空気屈折率を示す。係数ａは、ＣｉｄｄｏｒやＥｄｌｅｎの等の実験式や、新たに実験することでｎ1、ｎ2を算出することで決定することができ、一度決定したら、特段変える必要はない係数である。
【００７１】
以上で説明したように、第１移動距離算出部６０は、第１光波及び第２光波を使用して２色法における干渉計測方法により、移動距離Ｄ１を算出する。このように、第１移動距離算出部６０は、移動反射体４０の移動距離Ｄ１を上述した式（６）及び式（８）により算出するのでより正確な移動距離Ｄ１を取得することができる。
【００７２】
第２移動距離算出部６２は、第１光波の干渉信号及び第３光波の干渉信号に基づいて移動反射体の移動距離（移動量）Ｄ２を算出する。具体的には、第２移動距離算出部６２は、以下に示す式（７）に基づいて移動反射体４０の移動距離Ｄ２を算出する。
【００７３】
Ｄ２＝Ｌ１−ｂ（Ｌ１−Ｌ３）…（７）
ここで、Ｄ２は第２移動距離算出手段で算出される移動反射体４０の移動距離である。Ｌ１は第１光波の干渉信号より算出される測長光路長である。Ｌ３は第３光波での測長光路長である。ｂは係数であり以下の式（９）で表される。
【００７４】
【数３】
0006369688.tif 000004
【００７５】
ここで、ｎ１は第１光波の空気屈折率を示す。またｎ３は第３光波の空気屈折率を示す。係数ｂは、ＣｉｄｄｏｒやＥｄｌｅｎの等の実験式や、新たに実験することでｎ１、ｎ３を算出することで決定することができ、一度決定したら、特段変える必要はない係数である。
【００７６】
以上で説明したように、第２移動距離算出部６２は、第１光波及び第３光波を使用して２色法における干渉計測方法により、移動距離Ｄ２を算出する。このように、第２移動距離算出部６２は、移動反射体４０の移動距離Ｄ２を上述した式（７）及び式（９）により算出するのでより正確な移動距離Ｄ２を取得することができる。
【００７７】
比例係数算出部６４は、移動距離Ｄ１の湿度による変化割合を示す第１湿度比例係数及び移動距離Ｄ２の湿度による変化割合を示す第２湿度比例係数に基づいて比例係数ｃを算出する。具体的には、比例係数算出部６４は、以下に示す式（１）に基づいて比例係数ｃを算出する。
【００７８】
【数４】
0006369688.tif 000005
【００７９】
ここで、Δ１は移動距離Ｄ１の湿度比例係数である。Δ２は移動距離Ｄ２の湿度比例係数である。以下に図３を使用して移動距離Ｄ１の第１湿度比例係数Δ１及び移動距離Ｄ２の第２湿度比例係数Δ２に関して説明する。
【００８０】
図３は、光分割部３８と固定反射体４２との距離と光分割部３８と移動反射帯４０との距離の差が１ｍとなるよう移動反射体４０を固定しておき、第１移動距離算出部６０で算出された移動距離Ｄ１及び第２移動距離算出部６２で算出された移動距離Ｄ２の湿度の変化に対する誤差を示すグラフである。図３のグラフの縦軸は誤差（μｍ）を示し、横軸は湿度（％）を示す。図３の、グラフでは、気温２０℃、気圧は１気圧、二酸化炭素濃度４００ｐｐｍ屈折率実験式Ｃｉｄｄｏｒの式を適用して屈折率を演算した結果得たグラフである。
【００８１】
図３に示すように、たとえ、上記のように固定反射体を１ｍの距離に固定しておいても移動距離Ｄ１及び移動距離Ｄ２は湿度の変化に応じて、見かけ上変位（誤差）を生じるが、移動距離Ｄ１及び移動距離Ｄ２の湿度に対する誤差の変化量はそれぞれ異なる。すなわち、図３に示すように、移動距離Ｄ１の湿度に応じた誤差をグラフ及び移動距離Ｄ２の湿度に応じた誤差をグラフに表すと、移動距離Ｄ１及び移動距離Ｄ２の湿度に対する誤差の変化量が異なる。
【００８２】
ここで、移動距離Ｄ１の湿度による変化割合（傾き）を示す第１湿度比例係数Δ１とし、移動距離Ｄ２の湿度による変化割合（傾き）を示す第２湿度比例係数Δ２とする。そして、比例係数ｃを第１湿度比例係数Δ１及び第２湿度比例係数Δ２の上述した式（１）により算出する。このように、比例係数ｃを使用して測定対象の補正移動距離Ｄを算出することにより湿度の変化に起因する測定誤差を効果的に取り除くことができる。
【００８３】
図２に戻って、補正部６６は、移動距離Ｄ１、移動距離Ｄ２、及び比例係数ｃに基づいて移動距離Ｄ１を補正して測定対象の補正移動距離Ｄを算出する。すなわち、補正部６６は以下に示す式（２）により、移動距離Ｄ１を補正して、湿度による誤差が補正された測定対象の補正移動距離Ｄを算出する。
【００８４】
【数５】
0006369688.tif 000006
【００８５】
このように、補正部６６は上述の式（２）を使用して移動距離Ｄ１を補正して測定対象の補正移動距離Ｄを算出するので、湿度変化に起因する誤差が取り除かれた測定対象の補正移動距離Ｄを算出することができる。なお、補正部６６は、上述したように、Ａ’及びＢ’を使用して、第１光波の測長光路長Ｌ１、第２光波の測長光路長Ｌ２、及び第３光波の測長光路長Ｌ３から測定対象の補正移動距離Ｄを算出することも可能である（上述の式（１０）を参照）。この場合には、上述したようにＡ’及びＢ’の係数を使用して、第１光波の測長光路長Ｌ１、第２光波の測長光路長Ｌ２、及び第３光波の測長光路長Ｌ３から測定対象の補正移動距離Ｄを算出する。また、上述の式（１０）及び式（６）を使用することにより、以下に示す式（３）を算出し、測定対象の移動距離Ｄを算出することができる。
【００８６】
Ｄ＝Ｄ１−Ａ’（Ｌ１−Ｌ２）＋Ｂ’（Ｌ１−Ｌ３）…（３）
ここで、Ｄは湿度による誤差が補正された測定対象の補正移動距離である。Ｄ１は第１移動距離算出手段で算出される移動反射体の移動距離である。Ｌ１は第１光波での測長光路長である。Ｌ２は第２光波での測長光路長である。Ｌ３は第３光波での測長光路長である。
【００８７】
この場合Ａ’は次式で表される定数となる。
Ａ’＝−ｃａ…（４）
Ｂ’は次式で表される定数となる。
Ｂ’＝−ｃｂ…（５）
上述の式（４）及び（５）でのｃは前記比例係数であり、ａ及びｂは係数である。
【００８８】
さらに、補正部６６は以下に示した式（１１）によっても測定対象の補正移動距離Ｄを算出することができる。
【００８９】
【数６】
0006369688.tif 000007
【００９０】
上述の式（１１）では、湿度の影響はＫｅｘｐ（−Ｘ／Ｓ）で表されると考えられる。これは、湿度の影響というのは水分子の数に比例するので、水分子の吸収分光を参考にすることにより、湿度の影響をＫｅｘｐ（−Ｘ／Ｓ）で表すことができると考えられるからである。ここで、Ｘは距離を示し、Ｋ及びＳは定数である。
【００９１】
そして、上述した２色法によりＤ１を算出する式（６）やＤ２を算出する式（７）に上述のｅｘｐの項を追加して、実測により得られるＬ１、Ｌ２、及びＬ３を利用して誤差がゼロになるようにフィッティングすることにより得られたのが上述の式（１１）である。
【００９２】
なお、上述の式（１１）では例えば以下の数値が用いられる。
【００９３】
λ１＝７７１ｎｍ
λ２＝３８５．５ｎｍ
λ３＝１５４２ｎｍ
Ａ１’＝２７．１９３２１５３９１０２
Ｂ１’＝８．０１１４０８×１０−６
ｃ＝０．９９９４４６１６
なお、式（１１）を解析的に近似することにより、上述の式（１０）に帰着することが可能である。解析的に近似するとは、例えばｅｘｐ（ｘ）＝１＋ｘの近似式を利用して式（１１）を解析することである。
【００９４】
次に、本発明の干渉計測装置１０のシミュレーションを行った結果に関して説明する。図４及び図５は、測定対象が距離１ｍ移動した場合（移動距離１ｍ）に、２色法及び本発明の３色法で測定対象の移動距離を測定した場合の、温度、気圧、湿度、二酸化炭素濃度の変化に応じた誤差を示したシミュレーション結果である。
【００９５】
図４に示すシミュレーションの結果は、第１光波の波長が７７１ｎｍ、第２光波の波長が３８５．５ｎｍ、第３光波の波長が１５４２ｎｍでシミュレーションが実行されたものである。図４の（ａ）から（ｄ）では本実施形態（３色法による干渉計測）のシミュレーション結果を実線で示し、比較例である２色法による干渉計測のシミュレーション結果を点線で示す。なお、３色法による干渉計測は、以下の係数により行われている。
【００９６】
ａ＝−３２．６１２７５１５５０２１８２
ｂ＝１３８．１４７９２１５０１８０５
ｃ＝−８．５１４７４９１４２
Ａ’＝−３１０．３０２１４３１８
Ｂ’＝１１７６．２９４８６７９
また、比較例である２色法による干渉計測のシミュレーションは、上述の第１光波（波長７７１ｎｍ）及び第２光波（波長３８５．５ｎｍ）により行われ、係数Ａ＝−３２．６１２７５１５５０２１８２で行われている。
【００９７】
図４では、光分割部３８と固定反射体４２との距離と光分割部３８と移動反射帯４０との距離の差が１ｍとなるよう移動反射体４０を固定しておいた場合のシミュレーション結果である。なお、屈折率の演算には、Ｃｉｄｄｏｒの実験式を使用している。図４（ａ）では気温変化に対する固定反射体のみかけ上の変位（誤差）が示され、図４（ｂ）では気圧変化に対する固定反射体のみかけ上の変位（誤差）が示され、図４（ｃ）では湿度変化に対する固定反射体のみかけ上の変位（誤差）が示され、図４（ｄ）では湿度変化に対する固定反射体のみかけ上の変位（誤差）が示されている。
【００９８】
図４の（ａ）から（ｄ）に示されるように、２色法の干渉計測では温度、気圧、湿度、及び二酸化炭素濃度の変化に応じて測定誤差が発生してしまう。一方、本発明の３色法の干渉計測では温度、気圧、湿度、及び二酸化炭素濃度の変化に起因する測定誤差が効果的に取り除かれる。
【００９９】
図５に示すシミュレーションの結果は、第１光波の波長が５３２ｎｍ、第２光波の波長が２６６ｎｍ、第３光波の波長が１０６４ｎｍでシミュレーションが実行されたものである。図５の（ａ）から（ｄ）では本発明の３色法による干渉計測のシミュレーション結果を実線で示し、比較例である２色法による干渉計測のシミュレーション結果を点線で示す。なお、３色法による干渉計測は、以下の係数により行われている。
【０１００】
ａ＝−１４．２０８２８７７６８７６６
ｂ＝６５．２４８７６６５４
ｃ＝７．９９０４３０６３
Ａ’＝９９．３２２０５００２
Ｂ’＝−５２１．３６５７４２７
また、比較例である２色法による干渉計測のシミュレーションは、上述の第１光波（波長５３２ｎｍ）及び第２光波（波長２６６ｎｍ）により行われ、係数Ａ＝−１４．２０８２８７７６８７６６で行われている。
【０１０１】
図５（ａ）から（ｄ）は、図４（ａ）から（ｄ）と同様に、温度、気圧、湿度、及び二酸化炭素（ＣＯ２）の変化に応じて誤差が示されている。
【０１０２】
図５の（ａ）から（ｄ）に示されるように、２色法の干渉計測では温度、気圧、湿度、及び二酸化炭素濃度の変化に応じて測定誤差が発生してしまう。一方、本発明の３色法の干渉計測では温度、気圧、湿度、及び二酸化炭素濃度の変化に起因する測定誤差が効果的に取り除かれる。
【０１０３】
図６は、本実施形態の干渉計測装置１０の動作を示すフロー図である。先ず、光源部１２により第１光波、第２光波、及び第３光波が生成され（ステップＳ１０）（光波生成ステップ）、第１光波、第２光波、及び第３光波の合成波が測定部１４に出射される。その後、測定部１４の光分割部３８により第１光波、第２光波、及び第３光波の合成波が合成波測定光Ｘ１及び合成波参照光Ｘ２に分割され（ステップＳ１１）、光分割部３８において、移動反射体４０で反射された合成波測定光Ｘ１と固定反射体４２で反射された合成波参照光Ｘ２の干渉光が生成される（ステップＳ１２）（光分割ステップ）。その後、検出器部１６における第１検出器５０、第２検出器５２、及び第３検出器５４の各々により、第１光波の干渉光、第２光波の干渉光、及び第３光波の干渉光が検出される（ステップＳ１３）（光検出ステップ）。
【０１０４】
そして、第１検出器５０、第２検出器５２、及び第３検出器５４は検出した干渉光に応じて干渉信号を演算装置１８に出力する。そして、演算装置１８の測長光路長算出部５８は、干渉信号に応じて、第１光波の測長光路長Ｌ１、第２光波の測長光路長Ｌ２、及び第３光波の測長光路長Ｌ３が算出される。その後、第１移動距離算出部６０により移動反射体４０の移動距離Ｄ１が算出され（第１移動距離算出ステップ）、第２移動距離算出部６２により移動反射体４０の移動距離Ｄ２が算出される（ステップＳ１４）（第２移動距離算出ステップ）。その後、比例係数算出部６４により、比例係数ｃが算出される（ステップＳ１５）（比例係数算出ステップ）。そして、補正部６６により、移動距離Ｄ１、移動距離Ｄ２、及び比例係数ｃに基づいて移動距離Ｄ１を補正して、移動反射体４０の補正移動距離Ｄが算出される（ステップＳ１６）（補正ステップ）。なお、ステップＳ１４及びＳ１５は、係数Ａ’及びＢ’をあらかじめ計算しておくことで、省略可能である。
【０１０５】
以上で説明したように、本実施態様によれば、移動距離Ｄ１の湿度による変化割合を示す第１湿度比例係数及び移動距離Ｄ２の湿度による変化割合を示す第２湿度比例係数に基づいて比例係数ｃが算出され、移動距離Ｄ１が補正されて測定対象の補正移動距離Ｄが算出される。これにより、本実施態様は、湿度に起因する測定誤差が補正された移動距離を算出することが可能である。
【０１０６】
［光源部の変形例１］
次に光源部１２の変形例１を説明する。
【０１０７】
図７は、光源部１２の変形例１の構成を説明する図である。なお、図１で説明を行った箇所は、同じ符号を付し説明は省略する。
【０１０８】
光源部１２の変形例１は、光源であるレーザ光源２０、分配器６８、ＳＨＧ（７０及び７４）、合波器７２、及びコリメータ３４を備えている。図７に示した実施態様と比較すると、光源部１２の変形例１は、合波器が一つ少ない構成であり、ＳＨＧ７４から出射された第１光波、第２光波、及び第３光波が直接コリメータ３４に入射する。
【０１０９】
レーザ光源２０で出射された波長λの光波は、分配器６８により第１光路及び第２光路へと分配される。第１光路に分配された波長λの光波は第１光波であり、第２光路に分配された波長λの光波はＳＨＧ７０により波長λ／２に変調され第２光波となる。
【０１１０】
合波器７２は、波長λの第１光波及び波長λ／２の第２光波を合成し、ＳＨＧ７４に第１光波及び第２光波の合成波を出射する。
【０１１１】
ＳＨＧ７４は、波長λの第１光波及び波長λ／２の第２光波の合成波におけるλ／２の第２光波に基づいて、波長λ／４の第３光波を生成する。その後、ＳＨＧ７４は、空間中に第１光波、第２光波、及び第３光波の合成波を出射する。このＳＨＧ７４によって行われる空間中に出力される合成波は、角度をもって広がる特性を示す。
【０１１２】
コリメータ３４は、ＳＨＧ７４から出射された第１光波、第２光波、及び第３光波の合成波の拡散光を平行光に変換し、測定部１４に出射する。なお、上述の説明では、ＳＨＧを使用して説明を行ったが、第３高調波発生器（ＴＨＧ：Ｔｈｉｒｄ  Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）を使用してもよい。
【０１１３】
［光源部の変形例２］
次に光源部１２の変形例２を説明する。
【０１１４】
図８は、光源部１２の変形例２の構成を説明する図である。なお、図１で説明を行った箇所は、同じ符号を付し説明は省略する。
【０１１５】
光源部１２の変形例２は、光源であるレーザ光源２０、ＳＨＧ（７６及び８０）、集光器７８、及びコリメータ３４を備えている。光源部１２の変形例２は、光路を光ファイバ３６により構成せず、空間中に光波を進ませている構成の例である。
【０１１６】
レーザ光源２０で出射された波長λの光波は、ＳＨＧ７６に入射して、波長λの第１光波と波長λ／２の第２光波との合成波となる。そして、第１光波と第２光波の合成波は、ＳＨＧ７６より空間中に出射される。このＳＨＧ７６によって行われる空間中に出力される合成波は、角度をもって広がる特性を示す。集光器７８は、ＳＨＧ７６で空間中に出射された第１光波及び第２光波の合成波を集光する。ここで、集光器７８は、ＳＨＧ８０に光を効率的に入射させる機能を有する光学素子であり、例えばレンズ、及び放物面鏡等である。集光器７８で集光された第１光波及び第２光波の合成波は、ＳＨＧ８０に入射する。ＳＨＧ８０は、入射された第１光波及び第２光波の合成波における第２光波（波長λ／２）により、波長がλ／４の第３光波を生成する。
【０１１７】
コリメータ３４は、ＳＨＧ８０から出射された第１光波、第２光波、及び第３光波の合成波の拡散光を平行光に変換し、測定部１４に出射する。なお、上述の説明では、ＳＨＧを使用して説明を行ったが、他の波長変換素子を使用してもよい。
【０１１８】
［光源部の変形例３］
次に光源部１２の変形例３を説明する。
【０１１９】
図９は、光源部１２の変形例３の構成を説明する図である。なお、図１で説明を行った箇所は、同じ符号を付し説明は省略する。
【０１２０】
光源部１２の変形例３は、波長λ１のレーザ光を出射する光源８２、波長λ２のレーザ光を出射する光源８４、波長λ３のレーザ光を出射する光源８６、第１位相同期回路８８、第２位相同期回路９０、合波器（９２及び９４）、及びコリメータ３４を備えている。光源部１２の変形例３は、ＳＨＧ等の波長変換素子を有さず、３つの異なる波長の光源を同期させて、第１光波、第２光波、及び第３光波を生成している例である。ここで、波長λ１、波長λ２、及び波長λ３はそれぞれ異なる任意の波長を示す。
【０１２１】
第１位相同期回路８８は、波長λ１のレーザ光を出射する光源８２及び波長λ２のレーザ光を出射する光源８４の出射する光波の位相を同期させる。波長λ１のレーザ光を出射する光源８２からは第１光波が出射され、波長λ２のレーザ光を出射する光源８４からは第２光波が出射される。合波器９２には、第１光波及び第２光波が入射され、第１光波及び第２光波が合成されて合成波が生成される。
【０１２２】
第２位相同期回路９０は、波長λ１のレーザ光を出射する光源８２及び波長λ３のレーザ光を出射する光源８６の出射する光波の位相を同期させる。波長λ３のレーザ光を出射する光源８６からは第３光波が出射され、合波器９４は、第１光波及び第２光波の合成波と第３光波とを合成し、第１光波、第２光波、及び第３光波の合成波を生成する。
【０１２３】
コリメータ３４は、合波器９４から出射された第１光波、第２光波、及び第３光波の合成波の拡散光を平行光に変換し、測定部１４に出射する。
【０１２４】
［光源部の変形例４］
次に光源部１２の変形例４を説明する。
【０１２５】
図１０は、光源部１２の変形例４の構成を説明する図である。なお、図１で説明を行った箇所は、同じ符号を付し説明は省略する。
【０１２６】
光源部１２の変形例４は、波長λ１のレーザ光を出射する光源９６、波長λ３のレーザ光を出射する光源９８、位相同期回路１００、分配器１０２、ＳＨＧ１０４、合波器（１０６及び１０８）、及びコリメータ３４を備えている。光源部１２の変形例４では、第１光波及び第３光波の各々は異なる光源から生成され、第２光波は第１光波から波長変換素子を介して生成される。
【０１２７】
位相同期回路１００は、波長λ１のレーザ光を出射する光源９６及び波長λ３のレーザ光を出射する光源９８の出射する光波を同期させる。波長λ１のレーザ光を出射する光源９６からは第１光波が出射され、波長λ３のレーザ光を出射する光源９８からは第３光波が出射される。
【０１２８】
分配器１０２は、波長λ１のレーザ光を出射する光源９６から出射された光波を第１光路及び第２光路に分配する。第２光路に分配された光波は、ＳＨＧ１０４によりλ１／２に変調される。合波器１０６は、第１光路の第１光波（波長λ１）と第２光波（波長λ１／２）を合成して、第１光波と第２光波との合成波を生成する。合波器１０８は、第１光波及び第２光波の合成波と第３光波（λ３）とを合成し、第１光波、第２光波、及び第３光波の合成波を生成する。
【０１２９】
コリメータ３４は、ＳＨＧ８０から出射された第１光波、第２光波、及び第３光波の合成波の拡散光を平行光に変換し、測定部１４に出射する。
【０１３０】
［光源部の変形例５］
次に光源部１２の変形例５を説明する。
【０１３１】
図１１は、光源部１２の変形例５の構成を説明する図である。なお、図１で説明を行った箇所は、同じ符号を付し説明は省略する。
【０１３２】
光源部１２の変形例５は、波長λ１のレーザ光を出射する光源１１０、波長λ３のレーザ光を出射する光源１１２、分配器１０２、ＳＨＧ１０４、合波器（１０６及び１０８）、及びコリメータ３４を備えている。光源部１２の変形例５は、上述した光源部１２の変形例４（図１０を参照）と比較して、位相同期回路１００有さず、位相同期回路１００により光源が発する光波の同期をとっていない。
【０１３３】
図１１に示すように、光源部１２の変形例５では波長λ１のレーザ光を出射する光源１１０及び波長λ３のレーザ光を出射する光源１１２の同期されなくてもよい場合がある。すなわち、波長λ１のレーザ光を出射する光源１１０及び波長λ３のレーザ光を出射する光源１１２が波長安定度が良好である場合には、光源部１２の変形例５では波長λ１のレーザ光を出射する光源１１０及び波長λ３のレーザ光を出射する光源１１２の同期がされなくてもよい。波長安定度の高い光源とは、例えばヨウ素安定化レーザ、アセチレン安定化レーザである。ここで、安定度が高いとは安定度が１０−１０より良いことを意味する。
【０１３４】
［光源部の変形例６］
次に光源部１２の変形例６を説明する。
【０１３５】
図１２は、光源部１２の変形例６の構成を説明する図である。なお、図１で説明を行った箇所は、同じ符号を付し説明は省略する。
【０１３６】
光源部１２の変形例６は、波長λのレーザー光を出射する光源２０、分配器（１２２及び１２４）、ＳＨＧ（１２６及び１２８）、及びコリメータ３４を備えている。また、光源部１２の変形例６では、波長λが伝播する光ファイバ３６と、波長λ／２が伝播する光ファイバ３６と、波長λ／４が伝播する光ファイバ３６の先端が束ねられている。このように、３つの光ファイバ３６の先端が束ねられることにより、各光ファイバ３６の先端の距離が近く、近似的に各光ファイバから出射される３つの異なる波長（波長λ、λ／２、λ／４）の光が１点から出力しているとみなすことができる。これにより、光源部１２の変形例６では、波長λ、λ／２、及びλ／４の各光を合成する合波器（３０及び３２）（図１を参照）を備えなくても、波長λ、λ／２、及びλ／４の光波を利用した正確な測定を行うことができる。なお、３本の光ファイバ３６の先端を束ねたものとして３芯フェルール等が用いられる。
【０１３７】
［光源部の変形例７］
次に光源部１２の変形例７を説明する。
【０１３８】
図１３は、光源部１２の変形例６の構成を説明する図である。なお、図１で説明を行った箇所は、同じ符号を付し説明は省略する。
【０１３９】
光源部１２の変形例７は、波長λのレーザー光を出射する光源２０、分配器（１３０及び１３２）、ＳＨＧ（１３４及び１３６）、合波器１３８、及びコリメータ３４を備えている。また、光源部１２の変形例７では、波長λ及び波長λ／２が伝播する光ファイバ３６と、波長λ／４が伝播する光ファイバ３６の先端が束ねられている。このように、２つの光ファイバ３６の先端が束ねられることにより、各光ファイバ３６の先端の距離が近く、近似的に各光ファイバから出射される３つの異なる波長（波長λ、λ／２、及びλ／４）の光が１点から出力しているとみなすことができる。これにより、光源部１２の変形例７では、波長λ、λ／２、及びλ／４の各光を合成する合波器３２（図１を参照）を備えなくても、波長λ、λ／２、及びλ／４の光波を利用した正確な測定を行うことができる。なお、２本の光ファイバ３６の先端を束ねたものとして２芯フェルール等が用いられる。
【０１４０】
［検出器部の変形例１］
次に検出器部１６の変形例１を説明する。
【０１４１】
図１４は、検出器部１６の変形例１の構成を説明する図である。なお、図１で説明を行った箇所は、同じ符号を付し説明は省略する。
【０１４２】
検出器部１６の変形例１は、第１ダイクロイックミラー１１４、第２ダイクロイックミラー１１６、第１検出器５０、第２検出器５２、及び第３検出器５４を備える。図１４に示した検出器部１６の変形例１は、光路が光ファイバ３６で形成されてなく、光波が空間中を進む。また、検出器部１６の変形例１は、分波器（４６及び４８）を有さず、代わりにダイクロイックミラーにより第１光波、第２光波、及び第３光波を分離している。
【０１４３】
第１ダイクロイックミラー１１４には、第１光波（波長λ）、第２光波（波長λ／２）、及び第３光波（波長λ／４）の合成光の干渉光である合成波干渉光が入射される。第１ダイクロイックミラー１１４は、第１光波を反射して、第２光波及び第３光波を透過させる。第１ダイクロイックミラー１１４で反射された第１光波は第１検出器５０に入射し、第１光波の干渉光が検出される。
【０１４４】
第１ダイクロイックミラー１１４を透過した第２光波及び第３光波は、第２ダイクロイックミラー１１６に入射する。第２ダイクロイックミラー１１６は、第２光波を反射して、第３光波を透過させる。第２ダイクロイックミラー１１６で反射された第２光波は、第２検出器５２に入射し、第２光波の干渉光が検出される。第２ダイクロイックミラー１１６を透過した第３光波は、第３検出器５４に入射され、第３光波の干渉光が検出される。
【０１４５】
［検出器部の変形例２］
次に検出器部１６の変形例２を説明する。
【０１４６】
図１５は、検出器部１６の変形例２の構成を説明する図である。なお、図１で説明を行った箇所は、同じ符号を付し説明は省略する。
【０１４７】
検出器部１６の変形例２は、第１ダイクロイックミラー１１４、第２ダイクロイックミラー１１６、第１検出器５０、第２検出器５２、第３検出器５４、集光器４４及びコリメータ１１８を備える。集光器４４とコリメータ１１８との間は光ファイバ３６で接続されている。
【０１４８】
図１５に示す検出器部１６の変形例２は、集光器４４とコリメータ１１８とが光ファイバ３６で接続されるので、第１検出器５０、第２検出器５２、及び第３検出器５４と測定部１４とを離して配置することができる。第１検出器５０、第２検出器５２、及び第３検出器５４は熱を発すので、測定部１４に熱の影響を与えない程度に離れた位置に設置することが好ましい。第１検出器５０、第２検出器５２、及び第３検出器５４と測定部１４とを離すことにより、干渉計測装置１０はより正確な測定対象の移動距離を算出することができる。
【０１４９】
［検出器部の変形例３］
次に検出器部１６の変形例３を説明する。
【０１５０】
図１６は、検出器部１６の変形例３の構成を説明する図である。なお、図１で説明を行った箇所は、同じ符号を付し説明は省略する。
【０１５１】
検出器部１６の変形例３は、分光器１２０、第１検出器５０、第２検出器５２、及び第３検出器５４を備える。図１６に示した検出器部１６の変形例３では、光路が光ファイバ３６で形成されず光波が空間中を進む。また、検出器部１６の変形例３は、分波器（４６及び４８）を有さず、代わりに分光器１２０により第１光波、第２光波、及び第３光波を分離している。ここで、分光器１２０は、例えばプリズムである。
【０１５２】
分光器１２０は、第１光波、第２光波、及び第３光波の合成波干渉光が入射されると、第１光波の干渉光、第２光波の干渉光、及び第３光波の干渉光のそれぞれに分離する。分離された第１光波の干渉光は第１検出器５０に入射し、第２光波の干渉光は第２検出器５２に入射し、第３光波の干渉光は第３検出器５４に入射する。
【０１５３】
以上で本発明の例に関して説明してきたが、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の精神を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【０１５４】
１０…干渉計測装置、１２…光源部、１４…測定部、１６…検出器部、１８…演算装置、２０…レーザ光源、２２、２６…分配器、３０、３２…合波器、３４…コリメータ、３６…光ファイバ、３８…光分割部、４０…移動反射体、４２…固定反射体、４４…集光器、４６、４８…分波器、５０…第１検出器、５２…第２検出器、５４…第３検出器、５８…測長光路長算出部、６０…第１移動距離算出部、６２…第２移動距離算出部、６４…比例係数算出部、６６…補正部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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