(57)【要約】【課題】ノイズ光成分を低減しつつ、光学素子を小型化できるレーザ干渉計を提供する。【解決手段】レーザ干渉計において、光源部１２は、可干渉性のあるレーザ光を出射する。第１スプリッタ１４は、レーザ光を第１成分と第２成分に分割する。第２スプリッタ２０は、第１成分を主偏光成分とノイズ光成分に分割する。第３スプリッタ１８は、第２成分と測定面２２に反射された主偏光成分を干渉させる。受光部１２４は、第３スプリッタ１８にて干渉された第２成分および主偏光成分を受光する。第１成分のノイズ光成分は、第３スプリッタ１８に入射されない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可干渉性のあるレーザ光を出射する光源部と、
前記レーザ光を第１成分と第２成分に分割する第１スプリッタと、
前記第１成分を主偏光成分とノイズ光成分に分割する第２スプリッタと、
前記第２成分と測定面で反射された前記主偏光成分とを干渉させる干渉部と、
前記干渉部にて干渉された前記第２成分および前記主偏光成分を受光する受光部と、を備え、
前記ノイズ光成分は、前記干渉部に入射されないことを特徴とするレーザ干渉計。
【請求項２】
前記第２成分を主偏光成分とノイズ光成分に分割しないことを特徴とする請求項１に記載のレーザ干渉計。
【請求項３】
前記第１成分の光路の少なくとも一部を第１光ファイバで形成し、
前記第２成分の光路の少なくとも一部を第２光ファイバで形成することを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ干渉計。
【請求項４】
前記光源部、前記第１スプリッタ、前記第２スプリッタ、前記干渉部および前記受光部は、本体部と、前記本体部と別体のヘッドとに分けられ配置され、
前記本体部は、前記第１光ファイバおよび前記第２光ファイバの入射側に、前記ヘッドは、前記第１光ファイバおよび前記第２光ファイバの出射側に接続されることを特徴とする請求項３に記載のレーザ干渉計。
【請求項５】
前記受光部は、前記第１光ファイバおよび前記第２光ファイバの出射側に位置することを特徴とする請求項３または４に記載のレーザ干渉計。
【請求項６】
前記干渉部は、前記第２成分と前記主偏光成分のいずれか一方の偏光状態を変化させることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のレーザ干渉計。
【請求項７】
前記測定面の変位は、前記受光部で測定された干渉光の干渉縞の数にもとづいて導出されることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のレーザ干渉計。
【請求項８】
前記第１成分と前記第２成分の周波数に差を持たせる周波数変調部を備え、
前記受光部は、フォトダイオードであり、
前記測定面の変位は、前記受光部で検出した信号の周波数または位相の変化にもとづいて導出されることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のレーザ干渉計。
【請求項９】
前記周波数変調部は、前記第１成分の光路および前記第２成分の光路にそれぞれ設けられる音響光学素子により構成されることを特徴とする請求項８に記載のレーザ干渉計。
【請求項１０】
前記光源部は、単一周波数のレーザ光を出射するガスレーザであることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のレーザ干渉計。
【請求項１１】
前記測定面は、コーナーキューブプリズムにより構成されることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載のレーザ干渉計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定面の変位を計測するためのレーザ干渉計に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、光源から出射された光束を偏光ビームスプリッタにより分離し、分離したそれぞれの光束に直交方向に偏光するノイズ光成分を含まないようにするヘテロダイン干渉型の位置検出装置が開示される。
【０００３】
特許文献１に開示される位置検出装置は、光源から出射されたレーザ光をＰ偏光とＳ偏光の光束に分離する偏光ビームスプリッタと、Ｐ偏光の光束を主偏光成分とノイズ光成分に分離し、かつＳ偏光の光束を主偏光成分とノイズ光成分に分離する偏光ビームスプリッタとを含んで構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１２２８１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、１つの光源から出射されるレーザ光に対して分割をしてノイズ光を除き、分割したレーザ光を干渉させるレーザ干渉計では、光量が減少するためノイズ光の割合を低減することが検出精度を高めるために望ましい。また、車載用のレーザ干渉計では、組み付け空間が限定されるため小型化されることが望ましい。
【０００６】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ノイズ光成分を低減しつつ、小型化できるレーザ干渉計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある態様のレーザ干渉計は、可干渉性のあるレーザ光を出射する光源部と、レーザ光を第１成分と第２成分に分割する第１スプリッタと、第１成分を主偏光成分とノイズ光成分に分割する第２スプリッタと、第２成分と測定面で反射された主偏光成分とを干渉させる干渉部と、干渉部にて干渉された第２成分および主偏光成分を受光する受光部と、を備える。第１成分のノイズ光成分は、干渉部に入射されない。
【０００８】
この態様によると、第２スプリッタにより第１成分のノイズ光成分を除去して、干渉部により第１成分および第２成分を干渉させることとし、分割と干渉を別の光学素子で実現する。これにより、第１成分のノイズ光成分が受光部に入光しない構成を実現でき、ノイズによる検出精度の低下を抑えることができる。第１成分のノイズ光成分を除去することで、干渉部においてノイズ光成分同士の干渉を抑えられるとともに、例えば第２成分を、ノイズを除去する光学素子に入射しないように構成することでレーザ干渉計を小型化できる。
【０００９】
レーザ干渉計では、第２成分を主偏光成分とノイズ光成分に分割しない。これにより、第２成分の光路に対し、ノイズ光成分を除去する光学素子を不要にできるため、レーザ干渉計の部品点数を減らすことができる。
【００１０】
第１成分の光路の少なくとも一部を第１光ファイバで形成し、第２成分の光路の少なくとも一部を第２光ファイバで形成してもよい。光路の一部を光ファイバで構成することで、レーザ干渉計の配置の自由度を高めることができる。
【００１１】
光源部、第１スプリッタ、第２スプリッタ、干渉部および受光部は、本体部と、本体部と別体のヘッドとに分けられて配置され、本体部は、第１光ファイバおよび第２光ファイバの入射側に、ヘッドは、第１光ファイバおよび第２光ファイバの出射側に接続されてもよい。光ファイバにより、ヘッドを自由に取り回して、レーザ干渉計の配置の自由度をいっそう高めることができる。
【００１２】
受光部は、第１光ファイバおよび第２光ファイバの出射側に位置してもよい。受光部を出射側に配置することで、第１光ファイバおよび第２光ファイバから出射されたレーザ光を再び光ファイバを通して本体部に戻すことなく測定できる。
【００１３】
干渉部は、第２成分と主偏光成分のいずれか一方の偏光状態を変化させてもよい。偏光板により、偏光状態の異なるレーザ光を１つの光学素子で干渉させることができる。
【００１４】
測定面の変位は、受光部で測定された干渉光の干渉縞の数にもとづいて導出されてもよい。スクリーンに写る干渉縞の数を測定することで変位を検出できるためレーザ干渉計を簡素な構成で測定できる。
【００１５】
第１成分と第２成分の周波数に差を持たせる周波数変調部を備えてもよい。受光部は、フォトダイオードであり、測定面の変位は、受光部で検出した信号の周波数または位相の変化にもとづいて導出されてもよい。第１成分の周波数と第２成分の周波数に差を持たせることで、その差を電気信号として検出可能であるため、高い検出精度を実現できる。
【００１６】
周波数変調部は、第１成分の光路および第２成分の光路にそれぞれ設けられる音響光学素子により構成されてもよい。それぞれの光路に音響光学素子をそれぞれ設けることで、第１成分の周波数と第２成分の周波数の差を小さくでき、その差にもとづく変位算出処理の負荷を低減できる。
【００１７】
光源部は、単一周波数のレーザ光を出射するガスレーザであってもよい。ガスレーザを用いることで安定した周波数や波長のレーザ光を得ることができる。
【００１８】
測定面は、コーナーキューブプリズムにより構成されてもよい。コーナーキューブプリズムを用いることで、反射する光軸の向きを容易に調整できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ノイズ光成分を低減しつつ、小型化できるレーザ干渉計を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施例のレーザ干渉計の構成を説明するための図である。
【図２】比較技術のレーザ干渉計の構成を説明するための図である。
【図３】第１変形例のレーザ干渉計の構成を説明するための図である。
【図４】第２変形例のレーザ干渉計の構成を説明するための図である。
【図５】第３変形例のレーザ干渉計の構成を説明するための図である。
【図６】第４変形例のレーザ干渉計の構成を説明するための図である。
【図７】第５変形例のレーザ干渉計の構成を説明するための図である。
【図８】第６変形例のレーザ干渉計の構成を説明するための図である。
【図９】第７変形例のレーザ干渉計の構成を説明するための図である。
【図１０】第８変形例のレーザ干渉計の構成を説明するための図である。
【図１１】第９変形例のレーザ干渉計の構成を説明するための図である。
【図１２】第１０変形例のレーザ干渉計の構成を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、実施例のレーザ干渉計６００の構成を説明するための図である。レーザ干渉計６００は、測定面の変位を検出するために用いられる。レーザ干渉計６００は、測定面が光軸方向に移動すると測定面との間の光路長が変化するので、干渉光の状態が変化し、この変化を電気信号の周波数または位相の変化として検出し、測定面の変位を検出する。
【００２２】
レーザ干渉計６００は、車両に設けられ、車体の所定部位を測定面とし、測定面の変位を検出する。測定面としてコーナーキューブプリズムを車体の所定部位に取り付け、コーナーキューブプリズムにレーザ光が入射するようにレーザ干渉計６００を設けることで、コーナーキューブプリズムの変位が検出される。コーナーキューブプリズムは測定面として様々な箇所に取り付けられてよいが、例えば、コーナーキューブプリズムをボディパネルに取り付けることで、レーザ干渉計６００がボディパネルの凹みを検出できる。
【００２３】
なお、不図示の演算装置がレーザ干渉計６００に接続され、レーザ干渉計６００の検出結果を受け取り、その検出結果にもとづいて測定面の変位を算出する。
【００２４】
レーザ干渉計６００は、光源部１２、第１スプリッタ１４、ミラー１６、第２スプリッタ２０、第３スプリッタ１８、１／４波長板２６、第１音響光学素子２８ａ、第２音響光学素子２８ｂおよび受光部１２４を有する。
【００２５】
光源部１２は、可干渉性のある第１成分および第２成分を有するレーザ光を第１スプリッタ１４に出射する。光源部１２から出射されるレーザ光は、Ｐ偏光の成分およびＳ偏光の成分により構成される。光源部１２は、単一周波数のレーザ光を出射し、例えばヘリウムネオンレーザなどガスレーザを用いることで安定した周波数や波長のレーザ光を得ることができる。
【００２６】
第１スプリッタ１４は、レーザ光を分割する偏光ビームスプリッタであり、Ｐ偏光の成分を透過し、Ｓ偏光の成分を直交方向に反射する。第１スプリッタ１４は、光源部１２から出射されたレーザ光を２つの成分に分割し、主にＰ偏光である第１成分および主にＳ偏光である第２成分を出射する。第１成分は測定光として機能し、第２成分は参照光として機能する。第１スプリッタ１４から直交方向に反射されたＳ偏光の第２成分は、第２音響光学素子２８ｂを介して第３スプリッタ１８に入射する。
【００２７】
ここで、第１スプリッタ１４で分割したレーザ光の第１成分および第２成分は、第１スプリッタ１４の製造誤差等により、Ｐ偏光とＳ偏光の成分に完全に分割しない可能性があり、第１成分にＳ偏光の成分が混じり、第２成分にＰ偏光の成分が混じることがある。第１成分に含まれるＳ偏光の成分は、Ｐ偏光の主偏光成分に対するノイズ光成分となる。また、第２成分に含まれるＰ偏光の成分は、Ｓ偏光の主偏光成分に対するノイズ光成分となる。
【００２８】
第１スプリッタ１４から直進方向に透過した第１成分は、ミラー１６にて直交方向に反射されて第１音響光学素子２８ａを介して第２スプリッタ２０に入射される。第１音響光学素子２８ａは、ミラー１６および第２スプリッタ２０の間の光路に設けられ、第２音響光学素子２８ｂは、第１スプリッタ１４および第３スプリッタ１８の間の光路に設けられる。
【００２９】
第１音響光学素子２８ａおよび第２音響光学素子２８ｂは、ＡＯＭ（Acousto-Optic Modulator）であって、入射された偏光成分の周波数を所定第１周波数および所定の第２周波数だけそれぞれ変化させて第１成分と第２成分の周波数に差を持たせ、第１成分の周波数および第２成分の周波数を調整する周波数変調部として機能する。第１成分の周波数と第２成分の周波数に差を持たせることで、その差を電気信号として検出可能となり、高い検出精度を実現できる。また、それぞれの光路に音響光学素子をそれぞれ設けることで、第１成分の周波数と第２成分の周波数の差を小さくでき、その差にもとづく変位算出処理の負荷を低減できる。
【００３０】
第２スプリッタ２０は、レーザ光の第１成分をＰ偏光の成分とＳ偏光の成分に分割する偏光ビームスプリッタであり、Ｓ偏光の成分のノイズ光成分を反射し、Ｐ偏光の成分の主偏光成分を透過することで、主偏光成分とノイズ光成分に分割する。
【００３１】
第２スプリッタ２０から直交方向に反射されたノイズ光成分は、第３スプリッタ１８および受光部１２４側とは異なる方向に出射され、第３スプリッタ１８および受光部１２４に入射しない。ノイズ光成分は、例えばケースの外壁に形成された貫通孔から外部に出射される。ノイズ光成分を外部に向けて反射し、反射されたノイズ光成分が直進する先に反射物を置かないようにすることで、ノイズ光成分が干渉して受光部１２４にて検出されないようにする。これにより、第１スプリッタ１４にて分割した第１成分にノイズ光成分が含まれる場合に、第２スプリッタ２０が第１成分に含まれるノイズ光成分を除去できる。第２スプリッタ２０は、第１成分を主偏光成分とノイズ光成分に分割する分割手段として機能し、第２スプリッタ２０に偏光ビームスプリッタを用いることで、１つの素子でノイズ光成分を除くことができる。
【００３２】
第２スプリッタ２０から直進方向に透過した主偏光成分は、１／４波長板２６に入射される。１／４波長板２６は、主偏光成分の電界振動方向にλ／４の位相差を与え、直線偏光である主偏光成分を円偏光の状態に変える。円偏光となった主偏光成分は測定面２２に反射されて、１／４波長板２６に入射する。例えば、測定面２２はコーナーキューブプリズムにより構成され、測定の対象となる車両の所定部位に配置される。コーナーキューブプリズムを用いることで、取り付けの際に１／４波長板２６に反射する光軸の向きを容易に調整できる。
【００３３】
１／４波長板２６は、主偏光成分の電界振動方向にλ／４の位相差を与え、円偏光である主偏光成分をＳ偏光の状態に変える。Ｓ偏光の主偏光成分は第２スプリッタ２０に再び入射される。１／４波長板２６によって不要な戻り反射を取り除くことができる。１／４波長板２６は、第１成分の偏光状態を変化させる偏光状態可変部として、第１成分と第２成分の偏光状態を合わせるよう機能する。なお、第１成分の偏光状態を変化させる態様を示したが、変形例では、第２成分の偏光状態を第１成分に合わせるよう変化させてよい。
【００３４】
測定面２２を経由した第１成分は、第２スプリッタ２０に反射されて第３スプリッタ１８に入射する。第１スプリッタ１４および第２スプリッタ２０が偏光ビームスプリッタであるのに対し、第３スプリッタ１８は無偏光ビームスプリッタであり、Ｓ偏光の第１成分を所定の分割比で透過させ、Ｓ偏光の第２成分を所定の分割比で反射する。第３スプリッタ１８は、入射される２つの偏光成分を干渉させる干渉部として機能する。第３スプリッタ１８は、Ｓ偏光同士である第１成分の主偏光成分と第２成分とを干渉させて受光部１２４に入光させる。受光部１２４は、例えば、干渉光を受光するフォトダイオードであり、電気信号の周波数または位相の変化量にもとづいて変位を検出できるため、変位の検出精度が向上する。
【００３５】
図２は、比較技術のレーザ干渉計７００の構成を説明するための図である。ここで各図面に示される同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。
【００３６】
図２に示すレーザ干渉計７００は、実施例のレーザ干渉計６００の比較対象となる技術である。レーザ干渉計７００は、光源部１２、第１スプリッタ１４、ミラー１６、第１音響光学素子２８ａ、第２音響光学素子２８ｂ、第２スプリッタ７２０、別のミラー７１７、１／２波長板７１９、偏光スプリッタ７２１、回折格子７２３および受光部１２４を備える。
【００３７】
図２に示すレーザ干渉計７００では、ノイズ光成分を含む第１成分がミラー１６に反射されて第１音響光学素子２８ａを介して第２スプリッタ７２０に入射され、ノイズ光成分を含む第２成分が第２音響光学素子２８ｂを介して別のミラー７１７に反射されて第２スプリッタ７２０に入射される。第１成分の主偏光成分と第２成分の主偏光成分は、ともに１／２波長板７１９を介して偏光スプリッタ７２１に入射され、偏光スプリッタ７２１によりＰ偏光のみ透過され、回折格子７２３により干渉されて受光部１２４に入射する。
【００３８】
図２に示す比較技術のレーザ干渉計７００は、図１に示すレーザ干渉計６００と比べて、第２スプリッタ７２０を用いてノイズ光を除去する点は共通するが、第２スプリッタ７２０にて第１成分と第２成分の両方のノイズ光を除去する点が大きく異なる。このため、比較技術のレーザ干渉計７００では第２スプリッタ７２０が大型になる。実施例のレーザ干渉計６００では、第２成分を主偏光成分とノイズ光成分に分割しない構成である。これにより、第２成分の光路に対し、ノイズ光成分を除去する光学素子を不要にできるため、レーザ干渉計６００の部品点数を減らすことができる。
【００３９】
図１に示すレーザ干渉計６００では、第２成分のノイズ光成分も、第３スプリッタ１８に入射される。ここで、第１成分の主偏光成分および第２成分の主偏光成分は、Ｓ偏光同士であるため第３スプリッタ１８により干渉するが、第２成分のノイズ光成分は、Ｓ偏光と向きが合わないため干渉しない。また、第２成分の主偏光成分が第３スプリッタ１８に反射された際に、偏光の向きがわずかに変化して、第２成分のノイズ光成分と干渉したとしても、同じ周波数であるためビート周波数が同じになり、ノイズにならない。このように、第１成分のノイズ光成分を第２スプリッタ２０により除去して、第２成分のノイズ光成分を除去しないことで、第２成分の光路に偏光ビームスプリッタを設けない構成にすることができ、図２に示すレーザ干渉計７００と比べて、光学素子の増加を抑えつつ、ノイズの影響を低減して検出精度の低下を抑えることができる。
【００４０】
図１に示すレーザ干渉計６００では、レーザ光の第１成分は、第２スプリッタ２０を通ったあと、測定面２２にて反射されて第２スプリッタ２０に再度入射される。車載環境下で１つの光源を分割して計測するレーザ干渉計６００において、分割により光量が減少して信号強度が弱くなるため、信号雑音比を良くすることが好ましい。レーザ干渉計６００において、１つの第２スプリッタ２０に第１成分を２回入射させることで、第１成分のノイズ光成分の低減率を累乗的に高めることができ、信号雑音比を良くできる。
【００４１】
図１に示すレーザ干渉計６００では、第２スプリッタ２０に入射されるレーザ光は第１成分のみであるため、第１成分および第２成分を入射させる場合と比べて、第２スプリッタ２０を小型化および軽量化できる。例えば、第２スプリッタ２０をヘッドとしてケースに組み込んで取り回せるようにする場合、ヘッドを小型化できる。ヘッドを小型化および軽量化することは、狭くて振動を受けやすい車載環境下では有用である。
【００４２】
図３は、第１変形例のレーザ干渉計８００の構成を説明するための図である。レーザ干渉計８００は、光源部１２、第１スプリッタ１４、ミラー１６、第１音響光学素子２８ａ、第２音響光学素子２８ｂ、第２スプリッタ８２０、第３スプリッタ８３６、１／４波長板２６、測定面２２、１／４波長板８３８、参照面８４０、偏光板８４２および受光部１２４を備える。
【００４３】
第１変形例のレーザ干渉計８００では、第１成分が第２スプリッタ８２０に入射され、第２成分が別のミラー８１７により反射されて第２スプリッタ８２０に入射される。第１成分のノイズ光成分は第２スプリッタ８２０に反射され、第２成分のノイズ光成分は第２スプリッタ８２０に透過して、第３スプリッタ８３６および受光部１２４側とは異なる方向に出射され、第３スプリッタ８３６および受光部１２４に入射しない。これにより、ノイズの影響を低減して検出精度の低下を抑えることができる。
【００４４】
第１成分の主偏光成分は第２スプリッタ８２０を透過して第３スプリッタ８３６に入射し、第２成分の主偏光成分は第２スプリッタ８２０に反射して第３スプリッタ８３６に入射し、第３スプリッタ８３６にて異なる方向に分かれる。
【００４５】
第１成分の主偏光成分は、第３スプリッタ８３６を透過して１／４波長板８３８に入射される。１／４波長板８３８は、直線偏光である主偏光成分を円偏光の状態に変える。円偏光となった主偏光成分は参照面８４０に反射されて、１／４波長板８３８に再び入射し、円偏光である主偏光成分を直線偏光であるＳ偏光の状態に変える。第１成分の主偏光成分は第３スプリッタ８３６に再び入射され、Ｓ偏光であるため反射されて偏光板８４２に入射される。
【００４６】
第２成分の主偏光成分は、第３スプリッタ８３６に反射して１／４波長板２６に入射される。１／４波長板２６は、直線偏光である主偏光成分を円偏光の状態に変える。円偏光となった主偏光成分は測定面２２に反射されて、１／４波長板２６に再び入射し、円偏光である主偏光成分を直線偏光であるＰ偏光の状態に変える。第２成分の主偏光成分は第３スプリッタ８３６に再び入射され、Ｐ偏光であるため透過して偏光板８４２に入射される。
【００４７】
Ｓ偏光である第１成分の主偏光成分と、Ｐ偏光である第２成分の主偏光成分とは、偏光板８４２に入射され、偏光板８４２にて互いに干渉し、受光部１２４にて受光される。偏光板８４２は、第２成分の主偏光成分と測定面２２で反射された第１成分の主偏光成分とを干渉させる干渉部として機能する。干渉部である偏光板８４２は、第１成分の主偏光成分および第２成分の主偏光成分のいずれか一方の偏光状態を変更して干渉させる。偏光板８４２により、偏光状態の異なるレーザ光を１つの光学素子で干渉させることができる。
【００４８】
第１変形例のレーザ干渉計８００によれば、ノイズ光成分を第２スプリッタ８２０で除くものの、無偏光スプリッタにより干渉させる場合と比べて受光部１２４に入射される光量の損失を抑えることができる。また、第２スプリッタ８２０から第３スプリッタ８３６の光路において第１成分と第２成分を合波するための光ファイバを使う際に１本で構成できる。
【００４９】
図４は、第２変形例のレーザ干渉計９００の構成を説明するための図である。図４に示すレーザ干渉計９００は、図３に示すレーザ干渉計８００と比べて、参照光の光路に１／４波長板を用いておらず、第３スプリッタ９３６に入射するレーザ光の本数が少ないため、部品点数を減らし、光学素子の小型化することができる。
【００５０】
レーザ干渉計９００は、光源部１２、第１スプリッタ１４、ミラー１６、第１音響光学素子２８ａ、第２音響光学素子２８ｂ、別のミラー８１７、第２スプリッタ８２０、第３スプリッタ９３６、１／４波長板２６、測定面２２、反射部９４４、回折格子９４６および受光部１２４を備える。
【００５１】
参照光である第２成分は、第２スプリッタ８２０に反射された後、反射部９４４に反射されて回折格子９４６に入射する。反射部９４４は、ミラーやコーナーキューブプリズムで構成されてよい。
【００５２】
測定光である第１成分は、第２スプリッタ８２０を透過して第３スプリッタ９３６を透過し、１／４波長板２６に入射する。第３スプリッタ９３６は第１成分に含まれるわずかなノイズ光成分を除くことができる。
【００５３】
第１成分の主偏光成分は、１／４波長板２６に入射され、円偏光の状態に変えられる。円偏光となった主偏光成分は測定面２２に反射されて、１／４波長板２６に再び入射し、円偏光である主偏光成分を直線偏光であるＳ偏光の状態に変える。第１成分の主偏光成分は第３スプリッタ９３６に再び入射され、Ｓ偏光であるため反射されて回折格子９４６に入射される。
【００５４】
第１成分の主偏光成分および第２成分の主偏光成分は、ともにＳ偏光であり、回折格子９４６にて干渉されて受光部１２４に受光される。第２変形例のレーザ干渉計９００によれば、第１成分が第２スプリッタ８２０で１回、第３スプリッタ９３６で２回通ることで、第１成分のノイズ光成分の低減率を累乗的に高めることができる。第２成分は、偏光スプリッタを通る回数が第１成分より少ないが、第２成分のノイズ光成分は第１成分の主偏光成分と干渉しないため、ノイズの影響による検出精度の低下を抑え、レーザ干渉計９００の大型化を抑えることができる。
【００５５】
図５は、第３変形例のレーザ干渉計１０００の構成を説明するための図である。図５に示すレーザ干渉計１０００は、図１に示すレーザ干渉計６００と比べて、第１成分の光路の少なくとも一部を第１光ファイバ３０ａで形成し、第２成分の光路の少なくとも一部を第２光ファイバ３０ｂで形成する点で異なる。光ファイバにより、レーザ干渉計１０００の配置の自由度を高めることができる。
【００５６】
第１光ファイバ３０ａは、第１音響光学素子２８ａと第２スプリッタ２０の間に設けられ、第２光ファイバ３０ｂは、第２音響光学素子２８ｂと第３スプリッタ１８の間に設けられる。
【００５７】
光源部１２、第１スプリッタ１４、ミラー１６、第１音響光学素子２８ａおよび第２音響光学素子２８ｂは、本体部１３を構成する。また、第２スプリッタ２０、１／４波長板２６、第３スプリッタ１８および受光部１２４は、ヘッド１０１１を構成し、ケースに一体にされる。なお、図５に示す本体部１３とヘッド１０１１の部品構成に限らず、別の区分けで本体部とヘッドを構成してよい。
【００５８】
本体部１３は、第１光ファイバ３０ａおよび第２光ファイバ３０ｂの入射側に、ヘッド１０１１は、第１光ファイバ３０ａおよび第２光ファイバ３０ｂの出射側に接続される。これにより、ヘッド１０１１の配置の自由度を高めることができる。
【００５９】
受光部１２４は、第１光ファイバ３０ａおよび第２光ファイバ３０ｂの出射側に位置し、ヘッド１０１１に収容される。受光部１２４を出射側に配置することで、第１光ファイバ３０ａおよび第２光ファイバ３０ｂから出射されたレーザ光を再び光ファイバを通して本体部１３に戻すことなく測定できる。
【００６０】
図６は、第４変形例のレーザ干渉計１１００の構成を説明するための図である。図６に示すレーザ干渉計１１００では、第１成分および第２成分の光路において、第１音響光学素子２８ａおよび第２音響光学素子２８ｂの後、偏光スプリッタおよび１／４波長板をそれぞれ通って測定面２２または参照面８４０に入射するように構成される。
【００６１】
レーザ干渉計１１００は、光源部１２、第１スプリッタ１４、ミラー１６、第１音響光学素子２８ａ、第２音響光学素子２８ｂ、第２スプリッタ２０、１／４波長板２６、測定面２２、第４スプリッタ１１５０、１／４波長板８３８、参照面８４０、ミラー１１５２、第３スプリッタ１１５４、偏光板８４２および受光部１２４を備える。
【００６２】
参照光である第２成分は第２音響光学素子２８ｂから出射して第４スプリッタ１１５０に入射し、主偏光成分は第４スプリッタ１１５０にて反射され、ノイズ光成分は第４スプリッタ１１５０を透過する。第２成分の主偏光成分は、１／４波長板８３８に入射され、円偏光の状態に変えられ、参照面８４０に反射されて、１／４波長板８３８に再び入射し、円偏光である主偏光成分を直線偏光であるＰ偏光の状態に変えられ、第４スプリッタ１１５０に入射する。Ｐ偏光の主偏光成分は、第４スプリッタ１１５０を透過し、ミラー１１５２に反射されて第３スプリッタ１１５４に入射する。
【００６３】
測定光である第１成分は、第１音響光学素子２８ａから出射された後、第２スプリッタ２０、１／４波長板２６を介して測定面２２に入射して反射され、再び１／４波長板２６および第２スプリッタ２０を介して第３スプリッタ１１５４に入射する。
【００６４】
第１成分の主偏光成分は第３スプリッタ１１５４を透過し、第２成分の主偏光成分は第３スプリッタ１１５４に反射されて、ともに偏光板８４２に入射される。第１成分の主偏光成分および第２成分の主偏光成分は、偏光板８４２に入射し、偏光板８４２にて干渉して、受光部１２４にて受光される。
【００６５】
第６変形例のレーザ干渉計１１００によれば、第１成分および第２成分の光路をそれぞれ独立して設けて偏光スプリッタを共通化しないことで、偏光スプリッタの大型化を抑えることができる。
【００６６】
図７は、第５変形例のレーザ干渉計１０の構成を説明するための図である。レーザ干渉計１０は、測定面の変位を検出するために用いられる。測定面が光軸方向に移動すると測定面との間の光路長が変化するので、干渉光の状態が変化し、この変化を干渉縞の数として計数することにより、測定面の変位が検出される。
【００６７】
レーザ干渉計１０は、車両に設けられ、車体の所定部位を測定面とし、測定面の変位を検出する。測定面としてコーナーキューブプリズムを車体の所定部位に取り付け、コーナーキューブプリズムにレーザ光が入射するようにレーザ干渉計１０を設けて、コーナーキューブプリズムの変位を検出する。コーナーキューブプリズムは測定面として様々な箇所に取り付けられてよいが、例えば、コーナーキューブプリズムをボディパネルに取り付けることで、レーザ干渉計１０によりボディパネルの凹みを検出することができる。
【００６８】
なお、不図示の演算装置がレーザ干渉計１０に接続され、レーザ干渉計１０の検出結果を受け取り、その検出結果にもとづいて測定面の変位を算出する。
【００６９】
レーザ干渉計１０は、光源部１２、第１スプリッタ１４、ミラー１６、第２スプリッタ２０、第３スプリッタ１８、１／４波長板２６、受光部２４を有する。光源部１２、第１スプリッタ１４、ミラー１６、第３スプリッタ１８、第２スプリッタ２０および１／４波長板２６は、ヘッド１１としてケース内に収容されて一体に設けられる。
【００７０】
光源部１２は、可干渉性のある第１成分および第２成分を有するレーザ光を第１スプリッタ１４に出射する。光源部１２から出射されるレーザ光は、Ｐ偏光の成分およびＳ偏光の成分により構成される。光源部１２は、例えばヘリウムネオンレーザを用いることで安定した波長のレーザ光を得ることができる。
【００７１】
第１スプリッタ１４は、レーザ光を分割する偏光ビームスプリッタであり、Ｐ偏光の成分を透過し、Ｓ偏光の成分を直交方向に反射する。第１スプリッタ１４は、光源部１２から出射されたレーザ光を２つの成分に分割し、主にＰ偏光である第１成分および主にＳ偏光である第２成分を出射する。第１成分は測定光として機能し、第２成分は参照光として機能する。第１スプリッタ１４から直交方向に反射されたＳ偏光の第２成分は、第３スプリッタ１８に入射する。
【００７２】
ここで、第１スプリッタ１４で分割したレーザ光の第１成分および第２成分は、第１スプリッタ１４の製造誤差等により、Ｐ偏光とＳ偏光の成分に完全に分割しない可能性があり、第１成分にＳ偏光の成分が混じり、第２成分にＰ偏光の成分が混じることがある。第１成分に含まれるＳ偏光の成分は、Ｐ偏光に対するノイズ光成分となる。
【００７３】
第１スプリッタ１４から直進方向に透過した第１成分は、ミラー１６にて直交方向に反射されて第２スプリッタ２０に入射される。第２スプリッタ２０は、レーザ光の第１成分をＰ偏光の成分とＳ偏光の成分に分割する偏光ビームスプリッタであり、Ｓ偏光の成分のノイズ光成分を反射し、Ｐ偏光の成分の主偏光成分を透過する。
【００７４】
第２スプリッタ２０から直交方向に反射されたノイズ光成分は、第３スプリッタ１８および受光部２４側とは異なる方向に出射され、第３スプリッタ１８および受光部２４に入射しない。ノイズ光成分は、ヘッド１１の外壁に形成された貫通孔から外部に出射される。ノイズ光成分を外部に向けて反射し、反射されたノイズ光成分が直進する先に反射物を置かないようにすることで、ノイズ光成分が干渉して受光部２４にて検出されないようにする。これにより、第１スプリッタ１４にて分割した第１成分にノイズ光成分が含まれる場合に、第１成分に含まれるノイズ光成分を除去できる。
【００７５】
第２スプリッタ２０から直進方向に透過した主偏光成分は、１／４波長板２６に入射される。１／４波長板２６は、主偏光成分の電界振動方向にλ／４の位相差を与え、直線偏光である主偏光成分を円偏光の状態に変える。円偏光となった主偏光成分は測定面２２に反射されて、１／４波長板２６に入射する。例えば、測定面２２はコーナーキューブプリズムにより構成され、測定の対象となる車両の所定部位に配置される。
【００７６】
１／４波長板２６は、主偏光成分の電界振動方向にλ／４の位相差を与え、円偏光である主偏光成分をＳ偏光の状態に変える。Ｓ偏光の主偏光成分は第２スプリッタ２０に再び入射される。１／４波長板２６によって不要な戻り反射を取り除くことができる。１／４波長板２６は、第１成分の偏光状態を変化させる偏光状態可変部として、第１成分と第２成分の偏光状態を合わせるよう機能する。
【００７７】
測定面２２を経由した第１成分は、第２スプリッタ２０に反射されて第３スプリッタ１８に入射する。第１スプリッタ１４および第２スプリッタ２０が偏光ビームスプリッタであるのに対し、第３スプリッタ１８は無偏光ビームスプリッタであり、Ｓ偏光の第１成分を所定の分割比で透過させ、Ｓ偏光の第２成分を所定の分割比で反射する。第３スプリッタ１８は、入射される２つの偏光成分を干渉させる干渉部として機能する。第３スプリッタ１８は、Ｓ偏光同士である第１成分の主偏光成分と第２成分とを干渉させて受光部２４に入光させる。干渉部として無偏光ビームスプリッタを用いることで、光量の減少を抑えることができる。
【００７８】
受光部２４は、スクリーンであって、第１成分の主偏光成分と第２成分とからなる干渉光を写し出す。干渉光により受光部２４に干渉縞が写し出され、干渉縞の数にもとづいて測定面２２の変位を検出できる。これにより、スクリーンに写る干渉縞の数を測定することで変位を検出できるためレーザ干渉計１０を簡素な構成で測定できる。第２スプリッタ２０によりレーザ光のノイズ光成分を分割して、第３スプリッタ１８により２つのレーザ光を干渉させることで、分割と干渉を別の光学素子で実現して、ノイズ光成分が受光部２４に入光しない構成にすることができ、ノイズによる検出精度の低下を抑えることができる。また、測定光のノイズ光成分を除去して第３スプリッタ１８にてノイズ光成分同士が干渉しない、つまり第３スプリッタ１８にてＰ偏光のノイズ光成分同士が干渉しないように構成することでノイズを低減しつつ、測定光および参照光の両方のノイズ光成分を除去する場合と比べて、レーザ干渉計１０を小型化できる。また、第１スプリッタ１４にて分割した成分の一方に対してのみノイズを除去することで、両方のノイズ光成分を除去する場合と比べてレーザ干渉計１０のヘッド１１が大型化することなく、干渉によるノイズを抑制できる。１つの偏光ビームスプリッタで第１成分のノイズと第２成分のノイズを除去する場合と比べて、第２スプリッタ２０が第１成分のノイズのみを除去するため小型化できる。
【００７９】
図８は、第６変形例のレーザ干渉計１００の構成を説明するための図である。ここで各図面に示される同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。
【００８０】
第６変形例のレーザ干渉計１００は、ヘテロダイン方式であり、測定光である第１成分の周波数と参照光である第２成分の周波数が異なり、干渉光の周波数の差から測定面２２の変位を検出する。異なる周波数のレーザ光を干渉させることにより、ビートが生じ、そのビートの位相を測定することで参照光と測定光のビート間の位相差が電気的に検出され、測定面２２の光路差の変化を測定する。受光部１２４は、例えば、干渉光を受光するフォトダイオードであり、ヘッド１１１内に設けられる。ヘテロダイン方式のレーザ干渉計１００では、電気信号から変位を検出できるため、高精度に変位を検出できる。
【００８１】
また、第６変形例のレーザ干渉計１００は、図７に示すレーザ干渉計１０に比べて、光路に音響光学素子を有する点で異なる。第１音響光学素子２８ａおよび第２音響光学素子２８ｂは、ＡＯＭ（Acousto-Optic Modulator）であって、入射された偏光成分の周波数を所定の周波数だけ変化させ、第１成分および第２成分の周波数を設定する。第１音響光学素子２８ａは、ミラー１６および第２スプリッタ１２０の間の光路に設けられ、第２音響光学素子２８ｂは、第１スプリッタ１１４および第３スプリッタ１８の間の光路に設けられる。
【００８２】
図９は、第７変形例のレーザ干渉計２００の構成を説明するための図である。第２変形例のレーザ干渉計２００は、第６変形例のレーザ干渉計１００と比べて、測定光である第１成分および参照光である第２成分の光路のそれぞれに、光ファイバを用いる点で異なる。
【００８３】
第１光ファイバ３０ａは、第１音響光学素子２８ａと第２スプリッタ１２０の間に設けられ、第２光ファイバ３０ｂは、第２音響光学素子２８ｂと第３スプリッタ１８の間に設けられる。光ファイバの入射側と出射側を自由に配置することで、ヘッド１１１内の光学素子の配置の自由度が高くなり、ヘッド１１１を小型化することが可能となる。
【００８４】
図１０は、第８変形例のレーザ干渉計３００の構成を説明するための図である。第８変形例のレーザ干渉計３００は、第７変形例のレーザ干渉計２００と比べて、測定光および参照光の光ファイバに分岐用のファイバカプラが設けられ、ファイバカプラから分岐させたレーザ光を用いて、さらに別の測定面３２２の変位を検出する。これにより、２点の多点計測ができる。
【００８５】
第１光ファイバ３０ａおよび第１ファイバカプラ３２ａは、２×１のファイバカプラを構成して、第１光ファイバ３０ａに入射された測定光を２つに分岐して出射する。第２光ファイバ３０ｂおよび第２ファイバカプラ３２ｂは、２×１のファイバカプラを構成して、第２光ファイバ３０ｂに入射された測定光を２つに分岐して出射する。
【００８６】
第１光ファイバ３０ａおよび第２光ファイバ３０ｂから出射された後の各レーザ光の光路と、第１ファイバカプラ３２ａおよび第２ファイバカプラ３２ｂから出射された後の各レーザ光の光路とは同じである。
【００８７】
第１ファイバカプラ３２ａから出射された測定光である第１成分は、第４スプリッタ３２０に入射する。第２ファイバカプラ３２ｂから出射された第２成分は、第５スプリッタ３１８に入射する。
【００８８】
第４スプリッタ３２０は、レーザ光の偏光成分を分離する偏光ビームスプリッタである。第４スプリッタ３２０は、第１成分を主偏光成分とノイズ光成分に分割する。第４スプリッタ３２０から直進方向に透過した主偏光成分は、波長板３２６にて円偏光に変えられて、測定面２２とは別の測定面３２２に照射され、測定面３２２にて１８０度反射されて、波長板３２６にて直線偏光に変えられて第４スプリッタ３２０に入射される。なお、測定面３２２は、測定面２２と同じ測定対象であってよい。
【００８９】
第４スプリッタ３２０から直交方向に反射されたノイズ光成分は、受光部２４および受光部３２４に入光しない方向に反射される。測定面３２２から第４スプリッタ３２０に再び入射された主偏光成分は、第４スプリッタ３２０に反射されて第５スプリッタ３１８に入射される。第５スプリッタ３１８は、第３スプリッタ１８と同様に無偏光ビームスプリッタであり、入射される２つの偏光成分を干渉させる干渉部として機能する。
【００９０】
第５スプリッタ３１８は、第２成分の一部を受光部３２４に反射し、測定面３２２を経由した第１成分の主偏光成分の一部を透過させて受光部３２４に入光させる。第５スプリッタ３１８は、第１成分の主偏光成分と第２成分とを干渉させて受光部３２４に入光させる。受光部３２４は、受光部２４と同様にフォトダイオードである。このように、受光部２４および受光部３２４にて２点で計測できる。
【００９１】
図１１は、第９変形例のレーザ干渉計４００の構成を説明するための図である。第９変形例のレーザ干渉計４００は、第６変形例のレーザ干渉計１００と比べて、光源部５１２がＰ偏光のみのレーザ光を出射する構成と、Ｐ偏光の参照光を１／２波長板３４によりＳ偏光に変える構成が異なる。
【００９２】
第１スプリッタ４１４は、無偏光ビームスプリッタであり、光源部５１２から出射されたＰ偏光のレーザ光を第１成分と第２成分に分割する。第１成分は、ミラー１６および第１音響光学素子２８ａを経由して第２スプリッタ２０に入射され、１／４波長板２６を経由して測定面２２に反射されて第２スプリッタ２０に再び入射される。さらに第１成分は、第３スプリッタ１８に入射されて、所定の分割比で透過して受光部１２４に入光する。
【００９３】
第１スプリッタ４１４に反射されたＰ偏光の第２成分は、第２音響光学素子２８ｂを経由して１／２波長板３４に入射する。１／２波長板３４は、第２成分をＰ偏光からＳ偏光の状態に変える。Ｓ偏光の第２成分は、第３スプリッタ１８に入射されて、Ｓ偏光の第１成分と干渉して受光部１２４に受光される。１／４波長板２６および１／２波長板３４は、第１成分または第２成分の偏光状態を変化させる偏光状態可変部として、第１成分と第２成分の偏光状態を合わせるよう機能する。
【００９４】
図１２は、第１０変形例のレーザ干渉計５００の構成を説明するための図である。レーザ干渉計５００は、図７に示すレーザ干渉計１０と比べて、第１スプリッタ５１４および第２スプリッタ５２０が無偏光ビームスプリッタである点が異なる。
【００９５】
光源部１２は、可干渉性のあるレーザ光を第１スプリッタ１４に出射する。第１スプリッタ５１４は、光源部１２から照射されたレーザ光を２つの成分に分割し、可干渉性のある第１成分および、第１成分に直交する第２成分を出射する。
【００９６】
第１スプリッタ５１４は、無偏光ビームスプリッタである。第１スプリッタ５１４から直進方向に透過した第１成分は、ミラー１６にて直交方向に反射されて第２スプリッタ５２０に入射する。第１スプリッタ５１４から直交方向に反射された第２成分は、第３スプリッタ１８に入射する。
【００９７】
第２スプリッタ５２０は、レーザ光を分割する無偏光ビームスプリッタである。第２スプリッタ２０は、第１成分を主成分とノイズ光成分に分割する。第２スプリッタ２０から直進方向に透過した主成分は、測定面２２に照射され、測定面２２にて１８０度反射されて、第２スプリッタ２０に入射される。
【００９８】
第２スプリッタ５２０から直交方向に反射されたノイズ光成分は、第３スプリッタ１８および受光部２４側とは異なる方向に出射され、第３スプリッタ１８および受光部２４に入射しない。
【００９９】
測定面２２から第２スプリッタ５２０に再び入射された第１成分の主成分は、第２スプリッタ５２０に反射されて第３スプリッタ１８に入射される。第３スプリッタ１８は、レーザ光を分割する無偏光ビームスプリッタであり、入射される２つの光束の成分を干渉させる干渉部として機能する。第３スプリッタ１８は、第１成分の主成分と第２成分とを干渉させて受光部２４に入光させる。
【０１００】
本発明は、上述の実施例および変形例に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能である。各図に示す構成は、一例を説明するためのもので、同様な機能を達成できる構成であれば、適宜変更可能である。
【符号の説明】
【０１０１】
１０  レーザ干渉計、  １１  ヘッド、  １２  光源部、  １４  第１スプリッタ、  １６  ミラー、  １８  第３スプリッタ、  ２０  第２スプリッタ、  ２２  測定面、  ２４  受光部、  ２６  １／４波長板、  ２８ａ  第１音響光学素子、  ２８ｂ  第２音響光学素子、  ３０ａ  第１光ファイバ、  ３０ｂ  第２光ファイバ、  ３２ａ  第１ファイバカプラ、  ３２ｂ  第２ファイバカプラ、  ３４  １／２波長板。
【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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