CN116625481A - 激光干涉仪 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的激光干涉仪可以抑制对象物的测量结果中的外部干扰的影响，而且能够谋求小型化。激光干涉仪的特征在于，具备：激光光源，射出第一激光；光调制器，具备振动元件，使用所述振动元件对所述第一激光进行调制，生成包含调制信号的第二激光；受光元件，接收第三激光及所述第二激光，并输出受光信号，所述第三激光是所述第一激光在对象物反射而生成的且包含采样信号；解调电路，从所述受光信号解调所述采样信号；以及校正电路，从所述振动元件的振动的变化检测作用于所述振动元件的力，并根据所述力校正所述受光信号。

Description

激光干涉仪
技术领域
本发明涉及激光干涉仪。
背景技术
在专利文献1中，作为测定物体的振动速度的装置，公开了激光振动仪。在该激光振动仪中，向被测定物照射激光，根据受到多普勒频移的散射激光测量被测定物的振动速度。
专利文献1中记载的激光振动仪具备声光调制器(Acousto-Optic Modulator：AOM)。声光调制器通过改变被供给的超声波频率而使激光的频率位移。在激光振动仪中，使用使频率位移后的激光作为参考光。而且，使源自被测定物的散射激光与源自声光调制器的参考光重合而提取拍频。可以非接触地从这样提取的拍频求出被测定物的振动速度。
另一方面，设置有激光振动仪的建筑物或设备的振动成为测量被测定物的振动速度时的外部干扰，使测量精度降低。
因此，专利文献2中提出了在非接触式振动仪安装接触式振动仪，同时测定结构物的振动的结构物的振动特性的鉴定方法。在该方法中，在将从由非接触式振动仪测定出的时序振动数据求出的频率特性设为SL(f)，将从由接触式振动仪测定出的时序振动数据求出的频率特性设为SS(f)时，进行SL(f)-SS(f)＝SM(f)的运算。通过运算求出的频率特性SM(f)是非接触式振动仪中的振动的影响被消除后的频率特性。因此，通过该运算，可以正确地测量结构物的振动。
专利文献1：日本特开2007-285898号公报
专利文献2：日本特开2004-184377号公报
然而，在专利文献2记载的方法中，需要在非接触式振动仪安装接触式振动仪，因此无法避免激光振动仪的大型化。因此，具有在对象物的测量结果中减少外部干扰的影响的功能且能够谋求小型化的激光振动仪的实现成为课题。
发明内容
本发明的应用例涉及的激光干涉仪的特征在于，具备：
激光光源，射出第一激光；
光调制器，具备振动元件，使用所述振动元件对所述第一激光进行调制，生成包含调制信号的第二激光；
受光元件，接收第三激光及所述第二激光，并输出受光信号，所述第三激光是所述第一激光在对象物反射而生成的且包含采样信号；
解调电路，从所述受光信号解调所述采样信号；以及
校正电路，从所述振动元件的振动的变化检测作用于所述振动元件的力，并根据所述力校正所述受光信号。
本发明的应用例涉及的激光干涉仪的特征在于，具备：
激光光源，射出第一激光；
光调制器，具备振动元件，使用所述振动元件对所述第一激光进行调制，生成包含调制信号的第二激光；
受光元件，接收第三激光及所述第一激光，并输出受光信号，所述第三激光是所述第二激光在对象物反射而生成的且包含采样信号及所述调制信号；
解调电路，从所述受光信号解调所述采样信号；以及
校正电路，从所述振动元件的振动的变化检测作用于所述振动元件的力，并根据所述力校正所述受光信号。
本发明的应用例涉及的激光干涉仪的特征在于，具备：
激光光源，射出第一激光；
光调制器，具备振动元件，使用所述振动元件对第三激光进行调制，生成包含采样信号及调制信号的第二激光，所述第三激光是所述第一激光在对象物反射而生成的且包含采样信号；
受光元件，接收所述第二激光及所述第一激光，并输出受光信号，所述第二激光包含所述采样信号及所述调制信号；
解调电路，从所述受光信号解调所述采样信号；以及
校正电路，从所述振动元件的振动的变化检测作用于所述振动元件的力，并根据所述力校正所述受光信号。
附图说明
图1是表示第一实施方式涉及的激光干涉仪的功能框图。
图2是表示图1所示的传感器头部的概略构成图。
图3是表示图2的光调制器的立体图。
图4是针对各种种类的石英振子而对各种特性进行比较的表。
图5是表示具有封装结构的光调制器的剖视图。
图6是表示单级逆变器振荡电路的构成的电路图。
图7是振动元件的LCR等效电路的例子。
图8是表示由图1的校正电路进行的校正处理的概念的图。
图9是表示第二实施方式涉及的激光干涉仪的功能框图。
图10是表示图9的光调制器的俯视图。
图11是表示由图9的校正电路进行的校正处理的概念的图。
图12是表示第三实施方式涉及的激光干涉仪的功能框图。
图13是表示图12的光调制器的剖视图。
图14是图13所示的光调制器的分解俯视图。
图15是图13所示的光调制器的分解俯视图。
图16是图13所示的光调制器的分解俯视图。
图17是表示第一变形例涉及的光学系统的概略构成图。
图18是表示第二变形例涉及的光学系统的概略构成图。
图19是表示第三变形例涉及的光学系统的概略构成图。
图20是表示第四变形例涉及的光学系统的概略构成图。
附图标记说明
1…激光干涉仪、2…激光光源、3…准直透镜、4…光分割器、6…1/2波长板、7…1/4波长板、8…1/4波长板、9…检偏镜、10…受光元件、12…光调制器、14…对象物、15…反射元件、18…光路、20…光路、22…光路、24…光路、30…振动元件、30A…振动元件、30B…振动元件、45…电路元件、50…光学系统、50A…光学系统、50B…光学系统、50C…光学系统、50D…光学系统、51…传感器头部、52…解调电路、53…预处理部、54…振荡电路、55…解调处理部、56…校正电路、56A…校正电路、56B…校正电路、57…角速度检测部、58…校正处理部、70…容器、72…容器主体、73…密封部件、74…盖、76…外部端子、301…基板结构体、302…基部、303…臂部、304…臂部、305…可动部、306…缩颈部、307…配重、308…接合部、311…振动梁部、312…振动梁部、313…光反射面、321…基部、322…连结臂、323…连结臂、324…驱动臂、325…驱动臂、326…驱动臂、327…驱动臂、328…检测臂、329…检测臂、330A…箭头、330B…箭头、330C…箭头、331…光反射面、340…封装件、341…基座、342…盖、343…振动部形成层、345…腔室、351…框部、352…隔膜部、353…载置部、361…框部、362…薄壁部、371…框部、372…连结部、373…振动梁部、374…振动梁部、375…光反射面、376…箭头、531…电流电压转换器、532…ADC、533…ADC、534…第一带通滤波器、535…第二带通滤波器、536…第一延迟调整器、537…第二延迟调整器、538…乘法器、539…第三带通滤波器、540…第一AGC部、541…第二AGC部、542…加法器、551…乘法器、552…乘法器、553…移相器、555…第一低通滤波器、556…第二低通滤波器、557…除法器、558…反正切运算器、559…输出电路、561…频率计数器、562…加速度转换器、563…灵敏度调整部、564…傅里叶变换部、565…傅里叶变换部、566…减法器、571…电荷放大器、572…电荷放大器、573…差动放大器、574…高通滤波器、575…AC放大器、576…同步检波部、577…GC放大器、578…低通滤波器、579…输出放大器、580…ADC、581…灵敏度调整部、582…傅里叶变换部、583…傅里叶变换部、584…减法器、591…频率计数器、592…压力转换器、593…灵敏度调整部、594…减法器、720…凹部、721…台阶部、A1…加速度检测轴、A2…角速度检测轴、C0…并联电容、C1…串联电容、C3…第三电容器、Cd…第二电容器、Cg…第一电容器、GND…GND端子、L1…出射光、L1…串联电感、L1a…第一分割光、L1b…第二分割光、L2…参考光、L3…物体光、R1…等效串联电阻、Rd…限制电阻、Rf…反馈电阻、S1…第一信号、S2…第二信号、Sd…驱动信号、Ss…基准信号、Sa(f)…加速度频谱、Sav(f)…角速度频谱、Sd(f)…解调位移频谱、Sr(f)…校正位移频谱、Vcc…端子、X1…端子、X2…端子、Xa(t)…加速度时间信号、Xav(t)…角速度时间信号、Xd(t)…解调位移时间信号、Xp(t)…气压时间信号、Xr(t)…校正位移时间信号、Y…端子、jp1…分叉部、jp2…分叉部、ps1…第一信号路径、ps2…第二信号路径、x…信号x、y…信号y。
具体实施方式
以下，根据附图所示的实施方式对本发明的激光干涉仪详细进行说明。
1.第一实施方式
首先，对第一实施方式涉及的激光干涉仪进行说明。
图1是表示第一实施方式涉及的激光干涉仪1的功能框图。
图1所示的激光干涉仪1具有传感器头部51、解调电路52以及校正电路56，传感器头部51具备光学系统50、电流电压转换器531以及振荡电路54，解调电路52被输入来自光学系统50的光检测信号。激光干涉仪1向运动的对象物14照射激光，并对反射的光进行检测、解析。由此，测量对象物14的位移、速度。
1.1.传感器头部
图2是表示图1所示的传感器头部51的概略构成图。此外，在图2中，作为相互正交的三个轴，设定a轴、b轴以及c轴，并用箭头表示。将箭头的前端侧设为“正”，将箭头的基端侧设为“负”。另外，例如将a轴的正侧及负侧这两个方向称为“a轴方向”。b轴方向及c轴方向也分别相同。
1.1.1.光学系统
如图2所示，光学系统50具备激光光源2、准直透镜3、光分割器4、1/2波长板6、1/4波长板7、1/4波长板8、检偏器9、受光元件10、移频器型的光调制器12以及反射元件15。
激光光源2射出出射光L1(第一激光)。受光元件10将接收到的光转换为电信号。光调制器12具备振动元件30，使出射光L1的频率变化，生成包含调制信号的参考光L2(第二激光)。入射至对象物14的出射光L1作为包含源自对象物14的多普勒信号即采样信号的物体光L3(第三激光)而反射。
将连结光分割器4与激光光源2的光路设为光路18。将连结光分割器4与光调制器12的光路设为光路20。将连结光分割器4与对象物14的光路设为光路22。将连结光分割器4与受光元件10的光路设为光路24。此外，本说明书的“光路”是指在光学部件彼此之间设定的光行进的路径。
在光路18上，从光分割器4侧起依次配置有1/2波长板6及准直透镜3。在光路20上，从光分割器4侧起配置有1/4波长板8及反射元件15。在光路22上配置有1/4波长板7。在光路24上配置有检偏器9。
从激光光源2射出的出射光L1经过光路18被光分割器4分割为两个。作为被分割后的出射光L1的一方的第一分割光L1a经由光路20入射至光调制器12。在图2的例子中，第一分割光L1a的入射光轴、即入射至光调制器12的光路20与a轴平行。另外，作为被分割后的出射光L1的另一方的第二分割光L1b经由光路22入射至对象物14。在图2的例子中，第二分割光L1b的入射光轴、即光路22与a轴平行。由光调制器12对频率进行调制而生成的参考光L2经由光路20及光路24入射至受光元件10。通过对象物14的反射而生成的物体光L3经由光路22及光路24入射至受光元件10。
以下，对光学系统50的各部进一步进行说明。
1.1.1.1.激光光源
激光光源2是射出具有相干性的出射光L1的激光光源。激光光源2优选使用线宽为MHz频段以下的光源。具体而言，可以举出He-Ne激光器这样的气体激光器、DFB-LD(Distributed FeedBack-Laser Diode：分布反馈式激光二极管)、FBG-LD(Laser Diodewith Fiber Bragg Grating：带光纤布拉格光栅的激光二极管)、VCSEL(Vertical CavitySurface Emitting Laser：垂直腔面发射激光器)、FP-LD(Fabry-Perot Laser Diode：法布里-珀罗激光二极管)这样的半导体激光器元件等。
激光光源2尤其优选为半导体激光器元件。由此，能够尤其使激光光源2小型化。因此，可以谋求激光干涉仪1的小型化。特别是，由于能够谋求激光干涉仪1中收纳光学系统50的传感器头部51的小型化及轻量化，因此，在提高激光干涉仪1的操作性、如传感器头部51的设置自由度的方面有用。
1.1.1.2.准直透镜
准直透镜3是配置于激光光源2与光分割器4之间的光学元件，作为一例，可以举出非球面透镜。准直透镜3使从激光光源2射出的出射光L1平行化。此外，在从激光光源2射出的出射光L1被充分平行化的情况下，当激光光源2使用例如He-Ne激光器这样的气体激光器时，也可以省略准直透镜3。
另一方面，在激光光源2为半导体激光器元件的情况下，激光干涉仪1优选具备配置于激光光源2与光分割器4之间的准直透镜3。由此，可以使从半导体激光器元件射出的出射光L1平行化。其结果是，出射光L1成为准直光，因此可以抑制接收出射光L1的各种光学部件的大型化，可以谋求激光干涉仪1的小型化。
成为准直光的出射光L1通过1/2波长板6，被转换为P偏振光与S偏振光的强度比例如为50：50的直线偏振光，并入射至光分割器4。
1.1.1.3.光分割器
光分割器4是配置于激光光源2与光调制器12之间、以及激光光源2与对象物14之间的偏振分束器。光分割器4具有使P偏振光透过而使S偏振光反射的功能。通过该功能，光分割器4将出射光L1分割为作为光分割器4的反射光的第一分割光L1a、及作为光分割器4的透射光的第二分割光L1b。
作为由光分割器4反射的S偏振光的第一分割光L1a被1/4波长板8转换为圆偏振光，并入射至光调制器12。入射至光调制器12的第一分割光L1a受到fm[Hz]的频移，并作为参考光L2而反射。因此，参考光L2包含频率fm[Hz]的调制信号。参考光L2再次透过1/4波长板8时被转换为P偏振光。参考光L2的P偏振光透过光分割器4及检偏器9并入射至受光元件10。
作为透过了光分割器4的P偏振光的第二分割光L1b被1/4波长板7转换为圆偏振光，并入射至运动状态的对象物14。入射至对象物14的第二分割光L1b受到fd[Hz]的多普勒频移，并作为物体光L3而反射。因此，物体光L3包含频率fd[Hz]的采样信号。物体光L3再次透过1/4波长板7时被转换为S偏振光。物体光L3的S偏振光被光分割器4反射，并透过检偏器9入射至受光元件10。
如前所述，由于出射光L1具有相干性，因此，参考光L2及物体光L3作为干涉光入射至受光元件10。
此外，也可以取代偏振分束器而使用无偏振分束器。该情况下，不需要1/2波长板6、1/4波长板7以及1/4波长板8等，因此可以通过削减部件数量而谋求激光干涉仪1的小型化。另外，也可以使用分束器以外的光分割器。
1.1.1.4.检偏器
相互正交的S偏振光及P偏振光相互独立，因此仅单纯地重合不会因为干涉而出现拍频。因此，使叠加了S偏振光和P偏振光的光波通过相对于S偏振光及P偏振光双方倾斜45°的检偏器9。通过使用检偏器9，可以使相互共通的成分彼此的光透过，从而产生干涉。其结果是，在检偏器9中，参考光L2与物体光L3干涉，生成具有|fm-fd|[Hz]的频率的干涉光。
1.1.1.5.受光元件
当干涉光入射至受光元件10时，受光元件10输出与干涉光的强度相应的光电流(受光信号)。通过利用后述方法从该受光信号解调采样信号，最终可以求出对象物14的运动、即位移或速度。作为受光元件10，例如可以举出光电二极管等。此外，由受光元件10接收的光只要是包含参考光L2及物体光L3的光即可，并不仅限定于这些干涉光。另外，本说明书中的“从受光信号解调采样信号”包括从由光电流(受光信号)转换来的各种信号解调采样信号。
1.1.1.6.光调制器
图3是表示图2的光调制器12的立体图。此外，在图3中，作为相互正交的三个轴，设定X轴、Y轴以及Z轴，并用箭头表示。将箭头的前端侧设为“正”，将箭头的基端侧设为“负”。另外，例如将X轴的正侧及负侧这两个方向称为“X轴方向”。Y轴方向及Z轴方向也分别相同。
1.1.1.6.1.振动元件
图3所示的光调制器12具备基板结构体301、可动部305、缩颈部306、配重307以及振动元件30，基板结构体301具有基部302及臂部303、304。
臂部303、304分别以前端部为Y轴负侧、基端部为Y轴正侧的方式沿Y轴方向延伸。可动部305配置于X轴方向上的臂部303与臂部304之间，并经由缩颈部306与基部302连接。可动部305是以缩颈部306为支点的悬臂。
作为一例，图3所示的振动元件30为双音叉型石英振子。振动元件30沿Y轴方向延伸，在从Z轴方向观察的俯视中，跨越缩颈部306而配置。振动元件30的Y轴负侧的端部安装于可动部305，Y轴正侧的端部安装于基部302。
振动元件30具有包含图3所示的两根振动梁部311、312的石英片、未图示的电极以及光反射面313。石英片例如是对石英Z板进行加工而制作。电极设置于石英片的表面。当向电极施加交流电压时，振动梁部311、312以反复相互分离和接近的方式挠曲。由此，振动梁部311、312在X轴方向上进行弯曲振动。
光反射面313设置于与振动梁部311的X-Y面平行的面，并具有反射出射光L1的功能。此外，光反射面313既可以是设置于该面的未图示的电极的表面，也可以是与电极分开设置的光反射膜的表面。
配重307例如由不锈钢或铜等金属材料构成。配重307经由接合部308安装于可动部305。由此，配重307与可动部305一起在Z轴方向上位移。另外，臂部303、304抑制配重307过度位移。
当振动梁部311、312在X轴方向上进行弯曲振动时，光反射面313也在X轴方向上进行振动。此处将这样的X轴方向的弯曲振动称为面内振动。
另一方面，当使振动梁部311、312产生面内振动时，与此同时，激励出使光反射面313在Z轴方向上振动的Z反相杂散振动。Z反相杂散振动是面外振动的一例。
这样的面外振动通过在能量上与面内振动耦合而被激励。通常，与面内振动耦合的面外振动被避免或抑制，但在本实施方式中，通过积极地激励出该面外振动，使光反射面313与出射光L1的频率相互作用。为了使面外振动与面内振动耦合，只要调整振动元件30的形状或未图示的电极的配置等即可。例如，通过将振动梁部311、312的剖面形状从长方形变为平行四边形，容易激励面外振动。
当在产生了这样的面外振动的状态下，使出射光L1入射至光反射面313时，在光反射面313的振动与出射光L1的频率之间产生相互作用。由此，可以实现进行出射光L1的频率调制的光调制器12。其结果是，可以从出射光L1生成参考光L2。
此外，面外振动的模式有各种模式。振动元件30中使用的面外振动并不限定于Z反相杂散振动，也可以为任意模式的振动。
振动元件30的Y轴方向的长度例如为0.2mm以上且5.0mm以下左右。振动元件30的Z轴方向的厚度例如为0.003mm以上且0.5mm以下左右。
此外，振动元件30所具备的石英片的形状并不限定于图3所示那样的双音叉型，也可以为任意形状。另外，振动元件30也可以为具有弯曲振动以外的振动模式的振动元件。
当从图1及图2所示的振荡电路54向图3所示的振动元件30供给驱动信号Sd(施加交流电压)时，如前所述振动元件30进行振荡。振动元件30的振荡所需的电力(驱动功率)并无特别限定，小至0.1μW～100mW左右。因此，无需对从振荡电路54输出的驱动信号Sd进行放大，便可以用于使振动元件30振荡。
另外，在作为现有的光调制器的声光调制器(AOM)或电光调制器(EOM)中，有时也需要维持光调制器的温度的结构，因此难以减小体积。另外，这些光调制器的消耗电力大，因此，具有激光干涉仪的小型化及省电化困难这一问题。相对于此，在本实施方式中，振动元件30的体积非常小，振荡所需的电力也小，因此，激光干涉仪1的小型化及省电化容易。
另一方面，振动元件30不仅被用于调制出射光L1的频率，还具有作为加速度传感器的功能。
当在振动梁部311、312在X轴方向上弯曲振动的状态下，例如向Z轴方向施加加速度时，惯性力作用于配重307。当可动部305随着该惯性力在Z轴方向上位移时，在振动梁部311、312中应力发生变化。当应力发生变化时，与变化前相比，振动元件30的谐振频率发生变化。通过检测该谐振频率的变化，可以检测惯性力，求出加速度。由此，可以使振动元件30作为加速度传感器发挥功能。
后述校正电路56逐次读取从将振动元件30作为信号源进行动作的振荡电路54输出的基准信号Ss的频率值。而且，从频率值的变化检测振动元件30的谐振频率的变化，从该变化量求出惯性力及加速度。校正电路56根据作用于振动元件30的力校正受光信号。此外，本说明书中“基于作用于振动元件30的力”例如包括从作用于振动元件30的力求出物理量并基于该物理量的情况。另外，本说明书中“校正受光信号”是指对从受光元件10输出的受光信号(光电流)或者从受光信号转换的各种信号进行校正。
通过进行这样的校正，即使在对激光干涉仪1施加了作为外部干扰的加速度的情况下，也可以从对象物14的测量结果除去外部干扰的影响、或者减少外部干扰的影响。由此，可以更高精度地测量对象物14的位移或速度。
此外，施加于激光干涉仪1的加速度中与入射至对象物14的出射光L1的入射光轴平行的方向的加速度对对象物14的测量结果产生较大影响。因此，优选以检测出的加速度的方向与出射光L1相对于对象物14的入射光轴平行的方式配置振动元件30。由此，可以更准确地检测对对象物14的测量精度造成影响的加速度。其结果是，可以更加提高对象物14的测量精度。
作为对激光干涉仪1施加加速度的状况，例如可以举出对放置激光干涉仪1的房间或建筑物施加振动的状况。当施加了振动时，施加于激光干涉仪1的加速度随着时间变化。此时，由于振动元件30的振动也产生变化，因此，可以根据该变化求出加速度的时间变化。
在图3所示的振动元件30的情况下，加速度检测轴A1与Z轴平行。另外，入射至对象物14的出射光L1的入射光轴与图2的a轴平行。因此，具备图3所示的振动元件30的光调制器12只要以图3的Z轴(加速度检测轴A1)与图2的a轴优选平行的方式设置即可。
此外，振动元件30并不限定于双音叉型石英振子，例如，也可以为音叉型石英振子、AT切型石英振子、纵石英振子、SAW(Surface Acoustic Wave：表面声波)谐振子这样的各种石英振子。
图4是针对各种种类的石英振子而对各种特性进行比较的表。此外，图4所示的特性值是一例，并不限定于此。
如图4所示，对应力灵敏度、动态范围等特性进行比较后可知，与其他的石英振子相比，双音叉型石英振子良好。应力灵敏度是检测作用于振动元件30的力时的灵敏度。另外，动态范围是能够检测的力的范围。若这些良好的话，则可以实现作为加速度传感器的性能优异的振动元件30。因此，振动元件30特别优选为双音叉型石英振子。
另外，振动元件30并不限定于石英振子，既可以为硅振子，也可以为陶瓷振子。石英振子、硅振子以及陶瓷振子与其他的振子、例如压电元件等不同，由于是利用了共振现象的振子，因此Q值高，可以容易地谋求固有振动频率的稳定化。在本说明书中，将这样利用了基于高Q值的共振现象的振子称为“自激振荡振子”。通过使用自激振荡振子作为振动元件30，可以谋求调制信号的稳定化，并且，以振动元件30作为信号源进行动作的振荡电路54能够输出更高精度的基准信号Ss。而且，调制信号及基准信号Ss均被解调电路52实时处理。因此，即使双方的信号受到外部干扰，也会相互抵消或降低，难以对处理结果造成影响。因此，可以以高S/N比(信噪比)解调源自对象物14的采样信号，可以实现能够更高精度地测量对象物14的速度或位移的激光干涉仪1。
另外，通过作为振动元件30而使用自激振荡振子，还可以提高作为加速度传感器或后述角速度传感器(陀螺仪传感器)、气压传感器等各种传感器的性能。其结果是，可以提高校正电路56中的校正处理的精度，最终可以更高精度地测量对象物14的位移或速度。
硅振子是具备使用MEMS技术从单晶硅基板制造的单晶硅片和压电膜的振子。MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)是微机电系统。作为单晶硅片的形状，例如可以举出两脚音叉型、三脚音叉型等的单支撑梁形状、双支撑梁形状等。硅振子的振荡频率例如为1kHz至数百MHz左右。
陶瓷振子是具备将压电陶瓷烧结固化而制造的压电陶瓷片和电极的振子。作为压电陶瓷，例如可举出锆钛酸铅(PZT)、钛酸钡(BTO)等。陶瓷振子的振荡频率例如为数百kHz至数十MHz左右。
1.1.1.6.2.封装结构
光调制器12也可以具有封装结构。图5是表示具有封装结构的光调制器12的剖视图。封装结构是指将振动元件30气密密封在图5所示的容器70(框体)内的结构。
图5所示的光调制器12具备：具有作为内部空间的收纳部的容器70、收纳于容器70的振动元件30、以及构成振荡电路54的一部分的电路元件45。
如图5所示，容器70具有容器主体72和盖74。其中，容器主体72具有设置于其内部的凹部720和载置于凹部720的底面的台阶部721。容器主体72例如由陶瓷材料、树脂材料等构成。另外，容器主体72具备设置于内表面的未图示的内部端子、设置于外表面的外部端子76、以及连接内部端子与外部端子76的未图示的布线等。
另外，容器主体72的开口部经由密封环或低熔点玻璃等的密封部件73而被盖74堵塞。进而，在从振动元件30引出与Z轴平行的直线时，在与该直线交叉的盖74的一部分上设置有供出射光L1或参考光L2透过的透过窗。由此，可以使出射光L1入射至图3所示的光反射面313，另外，可以使生成的参考光L2出射至容器主体72的外部。
容器70的收纳部优选被气密密封。由此，可以将收纳部维持为减压的状态、或者维持为填充了各种气体的状态。通过对收纳部进行减压，可以降低振动元件30的面外振动中的空气阻力。因此，可以提高收纳于收纳部的振动元件30的振动效率，进一步增大光反射面313的位移。另外，也可以谋求振动元件30的振荡的稳定化。其结果是，可以进一步提高调制信号的S/N比，最终可以以更高的S/N比解调采样信号。另外，通过填充各种气体，例如可以抑制振动元件30的劣化等。
被减压的收纳部的压力只要小于大气压便无特别限定，但优选为100Pa以下。另一方面，考虑到良好地维持减压状态的话，也可以将下限值设定为10Pa左右。
此外，设置容器70、或者将容器70气密密封并非必须的，也可以省略。
振动元件30由台阶部721支撑。容器主体72的内部端子与振动元件30之间经由例如接合线、接合金属等未图示的导电材料电连接。
凹部720的底面上配置有电路元件45。电路元件45经由未图示的导电材料与容器主体72的内部端子电连接。由此，振动元件30与电路元件45之间也经由容器主体72所具备的布线电连接。此外，也可以在电路元件45设置后述振荡电路54以外的电路。
通过采用这样的封装结构，可以使振动元件30与电路元件45重叠，因此，可以使两者的物理距离靠近，从而可以缩短振动元件30与电路元件45之间的布线长度。因此，可以抑制噪声从外部进入驱动信号Sd、或者相反地驱动信号Sd成为噪声源。另外，可以利用一个容器70保护振动元件30和电路元件45双方免受外部环境的影响。因此，可以谋求传感器头部51的小型化，而且提高激光干涉仪1的可靠性。
另外，封装结构例如与将光学系统50整体气密密封时相比，可以将成为使真空度恶化的原因的脱气抑制得较少。由此，在采用了封装结构的光调制器12中，容易提高长期可靠性。
进而，构成上述封装结构的容器70也可以与振动元件30一起通过晶圆级的制造工艺进行制造。因此，采用了封装结构的光调制器12容易降低制造成本。
此外，容器70的结构并不限定于图示的结构，例如，振动元件30及电路元件45也可以具有独立的封装结构。另外，虽未图示，但容器70中也可以收纳构成振荡电路54的其他的电路要素或其以外的电路要素。此外，容器70只要根据需要设置即可，也可以省略。
另外，图3中的出射光L1的入射方向并不限定于Z轴方向，例如也可以为X轴方向。
1.1.2.电流电压转换器
电流电压转换器531也被称为跨阻放大器(TIA)，将从受光元件10输出的光电流(受光信号)转换为电压信号，并作为光检测信号输出。
在电流电压转换器531与解调电路52之间配置有图1所示的ADC532。ADC532是模拟-数字转换器，以规定的采样位数将模拟信号转换为数字信号。ADC532设置于传感器头部51。
此外，光学系统50也可以具备多个受光元件10。该情况下，通过在多个受光元件10与电流电压转换器531之间设置差动放大电路，可以对光电流实施差动放大处理，提高光检测信号的S/N比。此外，差动放大处理也可以对电压信号进行。
1.1.3.振荡电路
振荡电路54向振动元件30输出驱动信号Sd。另外，振荡电路54向解调电路52输出基准信号Ss。
振荡电路54只要是能够使振动元件30振荡的电路便无特别限定，可以使用各种构成的电路。作为电路构成的一例，图6中例示出表示单级逆变器振荡电路的构成的电路图。
图6所示的振荡电路54具备电路元件45、反馈电阻Rf、限制电阻Rd、第一电容器Cg、第二电容器Cd以及第三电容器C3。
电路元件45是逆变器IC。电路元件45的端子X1及端子X2分别是与电路元件45的内部的逆变器连接的端子。端子GND与接地电位连接，端子Vcc与电源电位连接。端子Y是振荡输出用的端子。
端子X1与接地电位之间连接有第一电容器Cg。另外，在端子X2与接地电位之间，从端子X2侧起依次连接有相互串联连接的限制电阻Rd及第二电容器Cd。进而，反馈电阻Rf的一端连接于端子X1与第一电容器Cg之间，反馈电阻Rf的另一端连接于端子X2与限制电阻Rd之间。
另外，振动元件30的一端连接于第一电容器Cg与反馈电阻Rf之间，振动元件30的另一端连接于第二电容器Cd与限制电阻Rd之间。由此，振动元件30成为振荡电路54的信号源。
图7是振动元件30的LCR等效电路的例子。
如图7所示，振动元件30的LCR等效电路由串联电容C1、串联电感L1、等效串联电阻R1以及并联电容C0构成。
在图6所示的振荡电路54中，在将第一电容器Cg的电容设为Cg、将第二电容器Cd的电容设为Cd时，负载电容CL由以下的式(a)给出。
于是，从振荡电路54的端子Y输出的信号的频率即振荡频率fosc由以下的式(b)给出。
fQ是振动元件30的固有振动频率。
根据上述式(b)可知，通过适当地变更负载电容CL，可以对从端子Y输出的信号的振荡频率fosc进行微调整。
另外，振动元件30的固有振动频率fQ与作为从振荡电路54输出的信号的频率的振荡频率fosc之差Δf由以下的式(c)给出。
在此，由于C1＜＜CO、C1＜＜CL，因此，Δf近似性地由以下的式(d)给出。
因此，振荡电路54的振荡频率fosc成为与振动元件30的固有振动频率fQ相应的值。
在此，当振动元件30例如被固定于容器70时，若经由固定部受到温度引起的膨胀应力，则固有振动频率fQ发生变动。另外，若使振动元件30倾斜，则固有振动频率fQ受到因自重而产生的重力等的影响发生变动。
在振荡电路54中，即使由于这样的理由而使固有振动频率fQ发生了变动，基于上述式(d)，振荡频率fosc也以与该变动相联动的方式发生变化。也就是说，振荡频率fosc始终为从固有振动频率fQ偏离Δf的值。由此，振动元件30的振动稳定，位移振幅稳定。通过使位移振幅稳定，光调制器12的调制特性稳定，因此可以进一步提高调制信号的S/N比。其结果是，可以提高解调电路52中的采样信号的解调精度。
作为一例，优选Δf＝|fosc-fQ|≤3000[Hz]，更优选Δf≤600[Hz]。
另外，激光干涉仪1具备解调电路52和振荡电路54。解调电路52根据基准信号Ss从基于光电流(受光信号)的光检测信号解调源自对象物14的采样信号。振荡电路54将振动元件30作为信号源进行动作，并如图1所示向解调电路52输出基准信号Ss。
根据这样的构成，即使振动元件30的固有振动频率fQ发生了变动，也可以使振荡电路54的振荡频率fosc变化为与振动元件30的固有振动频率fQ相应的值，因此，可以容易地使振动元件30的振动稳定化。由此，可以使调制信号的温度特性与振动元件30的温度特性相对应，从而可以使光调制器12的调制特性稳定。其结果是，可以提高解调电路52中的采样信号的解调精度。
另外，由于振荡电路54的消耗电力低，因此，可以容易地谋求激光干涉仪1的省电化。
此外，也可以取代振荡电路54而使用例如函数发生器或信号发生器等的信号生成器。
1.2.解调电路
解调电路52进行从由电流电压转换器531输出的光检测信号解调源自对象物14的采样信号的解调处理。采样信号中例如包含相位信息及频率信息。而且，可以从相位信息获取对象物14的位移，可以从频率信息获取对象物14的速度。若可以像这样获取不同的物理量，则可以具有作为位移计或速度计的功能，因此，可以谋求激光干涉仪1的高功能化。
在解调电路52中，根据调制处理的方式设定其电路构成。在本实施方式涉及的激光干涉仪1中，使用具备振动元件30的光调制器12。振动元件30是进行简谐振动的元件，因而在周期内振动速度时刻变化。因此，调制频率也随时间而变化，无法直接使用现有的解调电路。
现有的解调电路是指例如从包含使用声光调制器(AOM)调制后的调制信号的受光信号解调采样信号的电路。在声光调制器中，调制频率不变化。因此，现有的解调电路可以从包含调制频率不变化的调制信号的受光信号解调采样信号，但在包含利用调制频率变化的光调制器12调制后的调制信号的情况下，无法直接进行解调。
因此，图1所示的解调电路52具备预处理部53和解调处理部55。从电流电压转换器531输出的光检测信号首先由预处理部53实施预处理，然后被引导至解调处理部55。通过该预处理，得到能够利用现有的解调电路解调的信号。因此，在解调处理部55中，通过公知的解调方式解调源自对象物14的采样信号。
解调电路52所具有的上述功能例如通过具备处理器、存储器、外部接口、输入部、显示部等硬件而实现。具体而言，通过由处理器读出并执行存储于存储器的程序而实现。此外，这些构成要素可以通过内部总线相互通信。
作为处理器，例如可以举出CPU(Central Processing Unit：中央处理器)、DSP(Digital Signal Processor：数字信号处理器)等。此外，也可以取代由这些处理器执行软件的方式而采用由FPGA(Field-Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)或ASIC(Application Specific Integrated Circuit：专用集成电路)等实现上述功能的方式。
作为存储器，例如可以举出HDD(Hard Disk Drive：硬盘驱动器)、SSD(SolidState Drive：固态驱动器)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-OnlyMemory：电可擦可编程只读存储器)、ROM(Read-Only Memory：只读存储器)、RAM(RandomAccess Memory：随机存取存储器)等。
作为外部接口，例如可以举出USB(Universal Serial Bus：通用串行总线)等数字输入输出端口、以太网(注册商标)端口等。
作为输入部，例如可以举出键盘、鼠标、触摸面板、触摸板等各种输入装置。作为显示部，例如可以举出液晶显示面板、有机EL(Electro Luminescence：电致发光)显示面板等。
1.2.1.预处理部的构成
图1所示的预处理部53具备第一带通滤波器534、第二带通滤波器535、第一延迟调整器536、第二延迟调整器537、乘法器538、第三带通滤波器539、第一AGC部540、第二AGC部541以及加法器542。此外，AGC是Auto Gain Control(自动增益控制)。
从电流电压转换器531输出的光检测信号在分叉部jp1中被分割为第一信号S1和第二信号S2这两个信号。在图1中，将第一信号S1的路径设为第一信号路径ps1，将第二信号S2的路径设为第二信号路径ps2。
在振荡电路54与第二延迟调整器537之间连接有ADC533。ADC533是模拟-数字转换器，以规定的采样位数将模拟信号转换为数字信号。此外，ADC533设置于传感器头部51。
第一带通滤波器534、第二带通滤波器535以及第三带通滤波器539分别为选择性地使特定频带的信号透过的滤波器。
第一延迟调整器536及第二延迟调整器537分别是调整信号的延迟的电路。乘法器538是生成与两个输入信号之积成比例的输出信号的电路。加法器542是生成与两个输入信号之和成比例的输出信号的电路。
接着，沿着第一信号S1、第二信号S2以及基准信号Ss的流程对预处理部53的动作进行说明。
第一信号S1在通过配置于第一信号路径ps1上的第一带通滤波器534之后，利用第一延迟调整器536调整群延迟。利用第一延迟调整器536调整的群延迟相当于由后述第二带通滤波器535引起的第二信号S2的群延迟。通过该延迟调整，从而可以在第一信号S1通过的第一带通滤波器534与第二信号S2通过的第二带通滤波器535及第三带通滤波器539之间使随着滤波器电路的通过而产生的延迟时间一致。从第一延迟调整器536通过后的第一信号S1经过第一AGC部540被输入加法器542。
第二信号S2在通过配置于第二信号路径ps2上的第二带通滤波器535之后被输入乘法器538。在乘法器538中，对第二信号S2乘以从第二延迟调整器537输出的基准信号Ss。具体而言，从振荡电路54输出的由cos(ωmt)表示的基准信号Ss在ADC533中被数字转换，在第二延迟调整器537中被进行相位的调整，并被输入乘法器538。ωm是光调制器12的调制信号的角频率，t是时间。然后，第二信号S2在通过第三带通滤波器539之后，经过第二AGC部541被输入加法器542。
加法器542输出与第一信号S1和第二信号S2之和成比例的输出信号。
1.2.2.预处理的基本原理
接着，对预处理部53中的预处理的基本原理进行说明。在以下的说明中，作为一例，考虑作为调制信号而频率呈正弦波状变化、且对象物14的位移也在光轴方向上以简谐振动变化的系统。在此，在将Em、Ed、设为
Em＝am{cos(ω0t+B sinωmt+φm)+i sin(ω0t+B sinωmt+φm)} (1)
Ed＝ad{cos(ω0t+A sinωdt+φd)+i sin(ω0t+A sinωdt+φd)} (2)
φ＝φm-φd (3)
时，从电流电压转换器531输出的光检测信号IPD理论上由下式表示。
IPD＝<|Em+Ed|2>
＝<|Em 2+Ed 2+2EmEd|>
＝am 2+ad 2+2amadcos(B sinωmt-A sinωdt+φ) (4)
此外，Em、Ed、ωm、ωd、ωO、am、ad分别如下所示。
Em：源自光调制器的调制信号的电场成分
Ed：源自测定对象物的采样信号的电场成分
φm：源自光调制器的调制信号的初始相位
φd：源自测定对象物的采样信号的初始相位
φ：激光干涉仪的光路相位差
ωm：源自光调制器的调制信号的角频率
ωd：源自测定对象物的采样信号的角频率
ω0：从光源射出的出射光的角频率
am：系数
ad：系数
另外，式(4)中的＜＞表示时间平均。
上述式(4)的第一项及第二项表示直流成分，第三项表示交流成分。若将该交流成分设为IPD·AC，则IPD·AC如下式所示。
IPD-AC＝2amad cos(B sinωmt-A sinωdt+φ)
＝2amad{cos(B sinωmt)cos(A sinωdt-φ)+sin(B sinωmt)sin(A sinωdt-φ)} (5)
A：采样信号的相位偏移
fdmax：采样信号的多普勒频率偏移
fd：采样信号的频率
B：调制信号的相位偏移
fmax：调制信号的多普勒频率偏移
fm：调制信号的频率
在此，已知有下述式(8)及式(9)那样的ν次贝塞尔函数。
cos{ζsin(2πfvt)}＝J0(ζ)+2J2(ζ)cos(2·2πfvt)+2J4(ζ)cos(4·2πfvt)+… (8)
sin{ζsin(2πfvt)}＝2J1(ζ)sin(1·2πfvt)+2J3(ζ)sin(3·2πfvt)+… (9)
若使用上述式(8)及式(9)的贝塞尔函数对上述式(5)进行级数展开，则可以如下述式(10)那样变形。
IPDAC＝2amad[{J0(B)+2J2(B)cos(2·ωmt)+2J4(B)cos(4·ωmt)+…}cos(A sinωdt-φ)-{2J1(B)sin(1·ωmt)+2J3(B)sin(3·ωmt)+…}sin(A sinωdt-φ)] (10)
其中，J0(B)、J1(B)、J2(B)、……分别为贝塞尔系数。
若如以上那样变形，则理论上可以说能够通过带通滤波器提取与特定的次数对应的频带。
因此，在前述的预处理部53中，根据该理论按以下的流程对光检测信号进行预处理。
首先，从电流电压转换器531输出的光检测信号在分叉部jp1中被分割为第一信号S1和第二信号S2这两个信号。第一信号S1通过第一带通滤波器534。第一带通滤波器534的中心角频率被设定为ωm。由此，通过第一带通滤波器534后的第一信号S1由下式表示。
Ipass1＝J1(B){-cos(ωmt+A sinωdt-φ)+cos(ωnt-A sinωdt+φ)}
＝-2J1(B)sin(ωmt)sin(A sin ωdt-φ) (11)
另一方面，第二信号S2通过第二带通滤波器535。第二带通滤波器535的中心角频率被设定为与第一带通滤波器534的中心角频率不同的值。在此，作为一例，将第二带通滤波器535的中心角频率设定为2ωm。由此，通过第二带通滤波器535后的第二信号S2由下式表示。
通过第二带通滤波器535后的第二信号S2被乘法器538乘以基准信号Ss。通过乘法器538后的第二信号S2由下式表示。
通过乘法器538后的第二信号S2通过第三带通滤波器539。第三带通滤波器539的中心角频率被设定为与第一带通滤波器534的中心角频率相同的值。在此，作为一例，将第三带通滤波器539的中心角频率设定为ωm。由此，通过第三带通滤波器539后的第二信号S2由下式表示。
然后，由上述式(11)表示的第一信号S1通过第一延迟调整器536调整相位，通过第一AGC部540调整振幅。
另外，由上述式(14)表示的第二信号S2也通过第二AGC部541调整振幅，使第二信号S2的振幅与第一信号S1的振幅一致。
而且，第一信号S1及第二信号S2被加法器542相加。相加结果由下述式(15)表示。
I53＝cos(ωmt+A sinωd-φ) (15)
如上述式(15)那样，相加的结果是，不必要项消失，可以提取必要项。也就是说，由式(15)表示的加算结果I53是提取频率调制成分而成的信号。该加算结果I53被输入解调处理部55。
1.2.3.解调处理部的构成
解调处理部55进行从由预处理部53输出的信号解调源自对象物14的采样信号的解调处理。作为解调处理，并无特别限定，可以举出公知的正交检波法。正交检波法是通过对输入信号进行从外部混合相互正交的信号的操作而进行解调处理的方法。
图1所示的解调处理部55是具备乘法器551、乘法器552、移相器553、第一低通滤波器555、第二低通滤波器556、除法器557、反正切运算器558以及输出电路559的数字电路。
乘法器551、552是生成与两个输入信号之积成比例的输出信号的电路。移相器553是生成振幅未变化而使输入信号的相位反转后的输出信号的电路。第一低通滤波器555及第二低通滤波器556分别是将高频带的信号截止的滤波器。
除法器557是生成与两个输入信号之商成比例的输出信号的电路。反正切运算器558是输出输入信号的反正切的电路。输出电路559从由反正切运算器558获得的相位算出相位/>作为源自对象物14的信息。另外，在输出电路559中，通过相位展开处理进行相邻两点处存在2π的相位跳变时的相位连接。而且，从得到的相位信息算出对象物14的位移。由此，实现位移计。另外，可以从位移求出对象物14的速度。由此，实现速度计。
此外，上述解调处理部55的电路构成为一例，并不限定于此。例如，解调处理部55并不限定于数字电路，也可以为模拟电路。模拟电路中也可以包括F/V转换器电路或ΔΣ计数器电路。
1.2.4.解调处理部的解调处理
在解调处理中，首先，利用分叉部jp2将从预处理部53输出的信号分割为两个。在乘法器551中，对分割后的一方信号乘以从振荡电路54输出的由cos(ωmt)表示的基准信号Ss。在乘法器552中，对分割后的另一方信号乘以通过移相器553使从振荡电路54输出的基准信号Ss的相位偏移-90°的由-sin(ωmt)表示的信号。基准信号Ss及使基准信号Ss的相位偏移后的信号是相位彼此偏移90°的信号。
从乘法器551通过后的信号通过第一低通滤波器555，然后，作为信号x被输入除法器557。从乘法器552通过后的信号通过第二低通滤波器556，然后，作为信号y被输入除法器557。在除法器557中，进行信号y除以信号x的除法运算，并使其输出y/x通过反正切运算器558，求出输出atan(y/x)。
然后，通过使输出atan(y/x)通过输出电路559，求出相位作为源自对象物14的信息。在输出电路559中，通过相位展开处理进行相邻点处存在2π的相位跳变时的相位连接。而且，可以从相位信息算出对象物14的位移。由此，实现位移计。另外，可以从位移求出速度。由此，实现速度计。
另一方面，在输出电路559中，也可以求出频率信息。可以根据频率信息算出对象物14的速度。
1.3.校正电路
校正电路56从振动元件30的振动的变化检测作用于振动元件30的力即惯性力，并根据从该惯性力求出的加速度的时间变化校正受光信号。在本实施方式中，校正电路56逐次读取从将振动元件30作为信号源进行动作的振荡电路54输出的基准信号Ss的频率值。接着，校正电路56从频率值的变化检测振动元件30的谐振频率的变化，并从该变化量求出加速度。而且，校正电路56根据加速度的时间变化校正受光信号。由此，即使在对激光干涉仪1施加了作为外部干扰的振动的情况下，也可以从对象物14的测量结果除去外部干扰的影响、或者减少外部干扰的影响。其结果是，可以更高精度地测量对象物14的位移或速度。
校正电路56所具有的上述功能与解调电路52同样通过例如具备处理器、存储器、外部接口、输入部、显示部等硬件而实现。
1.3.1.校正电路的构成
图1所示的校正电路56具有频率计数器561、加速度转换器562、灵敏度调整部563、傅里叶变换部564、565以及减法器566。
频率计数器561针对从ADC533输出的基准信号Ss测定频率。
加速度转换器562对由频率计数器561测定出的基准信号Ss的频率进行运算，算出施加于振动元件30的加速度。由此，从加速度转换器562输出表示施加于振动元件30的加速度的时间变化的加速度时间信号Xa(t)。
灵敏度调整部563调整加速度的检测灵敏度。由此，针对从加速度转换器562输出的加速度时间信号Xa(t)调整振幅。
傅里叶变换部564针对从灵敏度调整部563输出的加速度时间信号Xa(t)实施傅里叶变换，并进行光谱分析。由此，由频率空间表示加速度时间信号Xa(t)，得到加速度频谱Sa(f)。
傅里叶变换部565针对从输出电路559输出的输出信号实施傅里叶变换，进行光谱分析。在从输出电路559输出的输出信号例如为对象物14的解调位移时间信号Xd(t)的情况下，通过傅里叶变换而由频率空间表示，得到解调位移频谱Sd(f)。
减法器566实施从解调位移频谱Sd(f)减去加速度频谱Sa(f)的减法处理。由此，得到校正位移频谱Sr(f)。而且，该校正位移频谱Sr(f)作为校正电路56的输出信号被输出。
此外，校正电路56的构成并不限定于上述。校正电路56例如既可以为包含倒数计数器的电路，也可以为包含ΔΣ型转换器的电路。根据校正电路56的构成的不同，也可以将从振荡电路54输出的模拟信号输入校正电路56。
1.3.2.由校正电路进行的校正处理
图8是表示由图1的校正电路56进行的校正处理的概念的图。
在校正处理中，如图8所示，从解调位移频谱Sd(f)减去加速度频谱Sa(f)。加速度频谱Sa(f)是由频率空间表示施加于振动元件30的加速度的时间信号(加速度时间信号Xa(t))的频谱，表示加速度的频率特性。认为施加于振动元件30的加速度与施加于激光干涉仪1的加速度相等。施加于激光干涉仪1的加速度成为使对象物14的测量精度降低的外部干扰。作为施加于激光干涉仪1的加速度的例子，可以举出由施加于放置激光干涉仪1的房间或建筑物的振动引起的加速度等。激光干涉仪1的对象物14的测量精度是达到nm级的高精度，因此这样的振动会导致测量精度降低。
在从由输出电路559输出的解调位移时间信号Xd(t)得到的解调位移频谱Sd(f)中，包含有该外部干扰对频率的影响。因此，通过从解调位移频谱Sd(f)减去加速度频谱Sa(f)可以除去或减少外部干扰的影响。由此，可以得到外部干扰的影响被除去或减少的校正位移频谱Sr(f)。
此外，从图1所示的校正电路56输出的信号是校正位移频谱Sr(f)，但也可以对其实施傅里叶逆变换，得到校正位移时间信号Xr(t)。得到的校正位移时间信号Xr(t)能够谋求减少外部干扰的影响，因此与未校正时相比，测量精度提高。
校正处理并不限定于上述方法。例如，也可以从解调位移时间信号Xd(t)减去加速度时间信号Xa(t)。该情况下，能够在不经过傅里叶逆变换的情况下得到校正位移时间信号Xr(t)。另外，也可以使用内置于生命传感器等的用于除去体动噪声的公知的检测算法来除去或减少外部干扰的影响。
此外，在取代振荡电路54而使用了函数发生器或信号发生器等的信号生成器的情况下，只要通过与基准信号Ss不同的路径获取加速度时间信号Xa(t)，并提供给上述校正处理即可。
另一方面，在使用振荡电路54的情况下，可以从基准信号Ss检测加速度。由此，由于校正电路56的电路构成变得简单，因此，可以容易地谋求激光干涉仪1的低成本化。
1.4.第一实施方式实现的效果
如以上所述，本实施方式涉及的激光干涉仪1具备激光光源2、光调制器12、受光元件10、解调电路52以及振荡电路56。
激光光源2射出出射光L1(第一激光)。光调制器12具备振动元件30，使用振动元件30对出射光L1进行调制，生成包含调制信号的参考光L2(第二激光)。受光元件10接收物体光L3(第三激光)及参考光L2，并输出受光信号，该物体光L3是出射光L1在对象物14反射而生成的且包含采样信号。解调电路52从受光信号解调采样信号。校正电路56从振动元件30的振动的变化检测作为作用于振动元件30的力的惯性力，并根据惯性力校正解调位移时间信号Xd(t)(校正受光信号)。
根据这样的构成，即使在对激光干涉仪1施加了作为外部干扰的加速度的情况下，也可以从对象物14的测量结果除去外部干扰的影响、或者减少外部干扰的影响。由此，可以实现能够更高精度地测量对象物14的位移或速度的激光干涉仪1。另外，振动元件30的体积非常小，振荡所需的电力也小。因此，可以容易地谋求激光干涉仪1的小型化。而且，不仅可以将振动元件30用于调制出射光L1的频率，还可以作为加速度传感器发挥功能。因此，无需新设置加速度传感器，就可以进行上述那样的校正处理。因此，可以在谋求激光干涉仪1的高精度化的同时，谋求进一步小型化及低成本化。
另外，校正电路56检测作为随着加速度作用于振动元件30的力的惯性力。
由此，例如可以检测通过振动施加于激光干涉仪1的加速度，并实施校正处理。其结果是，可以可靠地校正振动所引起的影响，从而可以实现对于振动等外部干扰具有优异的耐性的激光干涉仪1。
另外，将与惯性力作用于振动元件30时的加速度的方向对应的直线轴如前所述设为加速度检测轴A1。加速度检测轴A1优选与入射至对象物14的出射光L1(第一激光)的入射光轴平行。
由此，可以更准确地检测对对象物14的测量精度造成影响的加速度。其结果是，可以更加提高对象物14的测量精度。
另外，本实施方式涉及的激光干涉仪1具备振荡电路54。振荡电路54将振动元件30作为信号源进行动作，向解调电路52输出基准信号Ss。解调电路52根据基准信号Ss从受光信号解调源自对象物14的采样信号。
根据这样的构成，即使振动元件30的固有振动频率fQ发生了变动，也可以使振荡电路54的振荡频率fosc变化为与振动元件30的固有振动频率fQ相应的值，因此，可以容易地使振动元件30的振动稳定化。其结果是，可以提高解调电路52中的采样信号的解调精度。
另外，由于振动元件30成为振荡电路54的信号源，因此可以使调制信号的温度特性及基准信号Ss的温度特性分别与振动元件30的温度特性对应。由于调制信号及基准信号Ss均由解调电路52实时处理，因此，伴随于温度变化的调制信号的变动的举动与基准信号Ss的变动的举动一致或近似。因此，即使振动元件30的温度发生了变化，也可以抑制对解调精度的影响，可以提高源自对象物14的采样信号的解调精度。由此，可以实现对于外部干扰的耐性优异的激光干涉仪1。
2.第二实施方式
接着，对第二实施方式涉及的激光干涉仪进行说明。
图9是表示第一实施方式涉及的激光干涉仪2的功能框图。图10是表示图9的光调制器12的俯视图。此外，在图10中，作为相互正交的三个轴，设定X轴、Y轴以及Z轴，并用箭头表示。将箭头的前端侧设为“正”，将箭头的基端侧设为“负”。另外，例如将X轴的正侧及负侧这两个方向称为“X轴方向”。Y轴方向及Z轴方向也分别相同。
以下，对第二实施方式进行说明，但在以下的说明中，以与上述实施方式的不同点为中心进行说明，省略相同事项的说明。此外，在各图中，对于与第一实施方式相同的构成赋予相同的附图标记。
第二实施方式涉及的激光干涉仪1除了图10所示的振动元件30A及图9所示的校正电路56A的构成不同以外，与第一实施方式涉及的激光干涉仪1相同。
在第二实施方式涉及的激光干涉仪1中，振动元件30A不仅被用于调制出射光L1的频率，还具有作为角速度传感器(陀螺仪传感器)的功能。当对振动元件30A施加角速度时，振动元件30A的谐振频率随着科里奥利力的变化而变化，从其变化量求出角速度。校正电路56A根据角速度来校正受光信号。
2.1.振动元件
图10所示的光调制器12具备振动元件30。作为一例，振动元件30A是双T字型石英振子。振动元件30A具有呈双T字型的石英片、未图示的电极以及光反射面331。石英片例如是对石英Z板进行加工而制作。石英片具有基部321、连结臂322、323、驱动臂324、325、326、327以及检测臂328、329。
基部321呈矩形状。检测臂328从基部321朝向Y轴正侧延伸，检测臂329从基部321朝向Y轴负侧延伸。另外，连结臂322从基部321朝向X轴正侧延伸，连结臂323从基部321朝向X轴负侧延伸。
驱动臂324从连结臂322的前端部朝向Y轴正侧延伸，驱动臂325从连结臂322的前端部朝向Y轴负侧延伸。驱动臂326从连结臂323的前端部朝向Y轴正侧延伸，驱动臂327从连结臂323的前端部朝向Y轴负侧延伸。
驱动臂324、325、326、327上分别设置有未图示的驱动用的电极，检测臂328、329上分别设置有未图示的检测用的电极。当输入驱动用的电极的驱动信号时，驱动臂324、325、326、327进行图10中箭头330A所示那样的弯曲振动。具体而言，驱动臂324、326以反复相互分离和接近的方式挠曲。另外，驱动臂325、327也以反复相互分离和接近的方式挠曲。也就是说，驱动臂324、325、326、327在X轴方向上弯曲振动。
光反射面331设置于驱动臂324的与Y-Z面平行的面上，并具有对出射光L1进行反射的功能。光反射面331也可以设置于其他的驱动臂的面上。另外，光反射面331既可以是设置于这些面的未图示的电极的表面，也可以是与电极分开设置的光反射膜的表面。
当驱动臂324在X轴方向上弯曲振动时，光反射面331也在X轴方向上进行振动。当在该状态下，使出射光L1入射至光反射面331时，在光反射面331的振动与出射光L1的频率之间产生相互作用。由此，可以实现进行出射光L1的频率调制的光调制器12。其结果是，可以从出射光L1生成参考光L2。因此，具备图10所示的振动元件30A的光调制器12优选以图10的X轴与图2的a轴平行的方式设置。此外，光调制器12例如也可以优选以图10的X轴与图2的b轴平行的方式设置。
振动元件30A的Y轴方向的长度例如为0.2mm以上且5.0mm以下左右。振动元件30A的Z轴方向的厚度例如为0.003mm以上且0.5mm以下左右。
此外，振动元件30A也可以是具有弯曲振动以外的振动模式的振动元件。
振动元件30A不仅被用于调制出射光L1的频率，还具有作为角速度传感器(陀螺仪传感器)的功能。
当在驱动臂324、325、326、327在X轴方向上弯曲振动的状态下，施加例如以Z轴为旋转轴的角速度时，在驱动臂324、325、326、327上作用有箭头330B所示方向的科里奥利力。当该科里奥利力作用于驱动臂324、325、326、327时，将产生箭头330B的方向的振动成分。该振动成分经由连结臂322、323传递至基部321，从而检测臂328、329在箭头330C的方向上弯曲振动。利用检测用的电极检测该弯曲振动。从检测用的电极输出的检测信号是与施加于振动元件30A的角速度相应的信号。因此，可以从检测信号求出角速度。由此，可以使振动元件30A作为角速度传感器发挥功能。
后述校正电路56A根据从科里奥利力求出的角速度校正受光信号。由此，可以更高精度地测量对象物14的位移或速度。
此外，施加于激光干涉仪1的角速度中以与入射至对象物14的出射光L1的入射光轴正交的轴为旋转轴的角速度对对象物14的测量结果造成较大影响。因此，优选以所检测的角速度的旋转轴与出射光L1相对于对象物14的入射光轴正交的方式配置振动元件30A。由此，可以更准确地检测对对象物14的测量精度造成影响的角速度。其结果是，可以更加提高对象物14的测量精度。
作为对激光干涉仪1施加角速度的状况，例如可以举出对放置激光干涉仪1的房间或建筑物施加振动的状况。当施加振动时，施加于激光干涉仪1的角速度随着时间而变化。此时，由于振动元件30A的振动也产生变化，因此，可以根据该变化求出角速度的时间变化。
另外，例如在使用机械臂对工件进行各种作业的机器人中，由于在机械臂的驱动时产生振动，因此存在其收敛之前无法向下一动作转移这一课题。通过在机械臂安装激光干涉仪1，可以在对振动的影响进行校正的同时充分准确地测量机械臂与工件之间的位移。于是，可以根据测量结果控制机械臂的驱动，因此，无需等待振动收敛就可以使机械臂开始进行下一动作。
图10所示的振动元件30A不仅被用于调制出射光L1的频率，还能够作为角速度传感器(陀螺仪传感器)发挥功能。
另外，在图10所示的振动元件30A的情况下，角速度检测轴A2与Z轴平行。进而，入射至对象物14的出射光L1的入射光轴与图2的a轴平行。因此，图10的X轴与图2的a轴平行这样的姿势是在对对象物14的测量结果造成较大影响的振动等的检测中优选的姿势。因此，可以根据角速度传感器检测出的角速度而准确地对受光信号进行校正，从而可以提高对象物14的测量精度。
此外，光调制器12的姿势并不限定于上述姿势，也可以以图10的Z轴(角速度检测轴A2)与图2的a轴正交这样的姿势、例如图10的Z轴与图2的b轴或c轴平行的姿势设置。换言之，只要成为图10的Z轴与图2的b-c面平行的姿势即可。
此外，振动元件30A并不限定于双T字型石英振子，例如也可以为音叉型石英振子、H字型石英振子这样的各种石英振子。
另外，振动元件30并不限定于石英振子，既可以为硅振子，也可以为陶瓷振子。通过作为振动元件30A而使用自激振荡振子，可以谋求调制信号的稳定化，并且，以振动元件30作为信号源进行动作的振荡电路54能够输出更高精度的基准信号Ss。
此外，图10所示的光调制器12也可以具有前述封装结构。
2.2.校正电路
图9所示的校正电路56A从振动元件30A的振动的变化检测作为作用于振动元件30A的力的科里奥利力，并根据从该科里奥利力求出的角速度的时间变化对受光信号进行校正。由此，即使在对激光干涉仪1施加了作为外部干扰的振动的情况下，也可以从对象物14的测量结果除去外部干扰的影响、或者减少外部干扰的影响。其结果是，可以更高精度地测量对象物14的位移或速度。
图9所示的校正电路56A具有角速度检测部57和校正处理部58。
2.2.1.角速度检测部
首先，对角速度检测部57进行说明。
图9所示的角速度检测部57是对来自振动元件30A的检测信号进行放大，并作为直流信号向校正处理部58输出的电路。
角速度检测部57具有电荷放大器571、572、差动放大器573、高通滤波器574、AC放大器575、同步检波部576、GC放大器577、低通滤波器578、输出放大器579以及ADC580。
电荷放大器571、572例如将从检测臂328、329输出的交流即检测信号转换为交流电压信号并输出。
差动放大器573对由电荷放大器571的输出信号及电荷放大器572的输出信号构成的信号对进行差动放大。在双T字型石英振子的情况下，由于从检测臂328、329输出的交流互为反相，因此，通过差动放大而使所需的信号成分被放大，从而使不需要的同相成分被抵消或减少。
高通滤波器574是选择性地使差动放大器573的输出信号中频率比屏蔽频率高的成分通过的滤波器。
AC放大器575对高通滤波器574的输出信号进行放大。
同步检波部576将AC放大器575的输出信号作为被检波信号，根据检波信号进行同步检波。在图9的例子中，使用从振荡电路54输出的基准信号Ss作为检波信号。通过该同步检波，提取出来自AC放大器575的输出信号中包含的角速度信号相位成分，并进行直流转换。
GC放大器577是增益控制放大器，使同步检波部576的输出信号放大或衰减，调整检测灵敏度的偏差。
低通滤波器578是选择性地使GC放大器577的输出信号中频率比屏蔽频率低的成分通过的滤波器。
输出放大器579对低通滤波器578的输出信号进行放大。
ADC580是模拟-数字转换器，以规定的采样位数将模拟信号转换为数字信号。由此，能够得到表示施加于振动元件30A的角速度的时间变化的角速度时间信号。
角速度检测部57的配置没有特别限定，但优选为传感器头部51。由此，由于可以缩短检测臂328、329与角速度检测部57的物理距离，因此，噪声不易混入从检测臂328、329输出的检测信号。
2.2.2.校正处理部
接着，对校正处理部58进行说明。
2.2.2.1.校正处理部的构成
图9所示的校正处理部58具有灵敏度调整部581、傅里叶变换部582、583以及减法器584。
灵敏度调整部581调整角速度的检测灵敏度。由此，针对从角速度检测部57输出的角速度时间信号Xav(t)调整振幅。
傅里叶变换部582对从灵敏度调整部581输出的角速度时间信号Xav(t)实施傅里叶变换，并进行光谱分析。由此，角速度时间信号Xav(t)由频率空间表示，得到角速度频谱Sav(f)。
傅里叶变换部583针对从输出电路559输出的输出信号实施傅里叶变换，进行光谱分析。在从输出电路559输出的输出信号例如为对象物14的解调位移时间信号Xd(t)的情况下，通过傅里叶变换而由频率空间表示，得到解调位移频谱Sd(f)。
减法器584实施从解调位移频谱Sd(f)减去角速度频谱Sav(f)的减法处理。由此，得到校正位移频谱Sr(f)。得到的校正位移频谱Sr(f)作为校正电路56A的输出信号而被输出。
此外，校正电路56A的构成并不限定于上述。
2.2.2.2.校正处理部的校正处理
图11是表示由图9的校正电路56A进行的校正处理的概念的图。
在校正处理中，如图11所示，从解调位移频谱Sd(f)减去角速度频谱Sav(f)。角速度频谱Sav(f)是由频率空间表示施加于振动元件30A的角速度的时间信号(角速度时间信号Xav(t))的频谱，表示角速度的频率特性。认为施加于振动元件30A的角速度与施加于激光干涉仪1的角速度相等。施加于激光干涉仪1的角速度成为使对象物14的测量精度降低的外部干扰。作为施加于激光干涉仪1的角速度的例子，可以举出由施加于放置激光干涉仪1的房间或建筑物的振动引起的角速度等。
在从由输出电路559输出的解调位移时间信号Xd(t)得到的解调位移频谱Sd(f)中，包含有该外部干扰对频率的影响。因此，通过从解调位移频谱Sd(f)减去角速度频谱Sav(f)，可以除去或减少外部干扰的影响。由此，可以得到外部干扰的影响被除去或减少的校正位移频谱Sr(f)。
此外，从图9所示的校正电路56A输出的信号是校正位移频谱Sr(f)，但也可以对其实施傅里叶逆变换，得到校正位移时间信号Xr(t)。得到的校正位移时间信号Xr(t)能够谋求减少外部干扰的影响，因此与未校正时相比，测量精度提高。
2.3.第二实施方式实现的效果
如以上所述，本实施方式涉及的激光干涉仪1具备激光光源2、光调制器12、受光元件10、解调电路52以及振荡电路56A。
激光光源2射出出射光L1(第一激光)。光调制器12具备振动元件30A，使用振动元件30A对出射光L1进行调制，生成包含调制信号的参考光L2(第二激光)。受光元件10接收物体光L3(第三激光)及参考光L2，并输出受光信号，该物体光L3是出射光L1在对象物14反射而生成的且包含采样信号。解调电路52从受光信号解调采样信号。校正电路56A从振动元件30A的振动的变化检测作为作用于振动元件30A的力的科里奥利力，并根据科里奥利力校正解调位移时间信号Xd(t)(校正受光信号)。
根据这样的构成，即使在对激光干涉仪1施加了作为外部干扰的角速度的情况下，也可以从对象物14的测量结果除去外部干扰的影响、或者减少外部干扰的影响。由此，可以实现能够更高精度地测量对象物14的位移或速度的激光干涉仪1。另外，振动元件30A的体积非常小，振荡所需的电力也小。因此，可以容易地谋求激光干涉仪1的小型化。而且，不仅可以将振动元件30A用于调制出射光L1的频率，还可以作为角速度传感器(陀螺仪传感器)发挥功能。因此，无需新设置角速度传感器，就可以进行上述那样的校正处理。因此，可以在谋求激光干涉仪1的高精度化的同时，谋求进一步小型化及低成本化。
另外，校正电路56A检测作为随着角速度作用于振动元件30A上的力的科里奥利力。
由此，例如可以检测通过振动施加于激光干涉仪1的角速度，并实施校正处理。其结果是，可以可靠地校正振动所引起的影响，从而可以实现对于振动等外部干扰具有优异的耐性的激光干涉仪1。
另外，将与科里奥利力作用于振动元件30A时的角速度的方向相对应的旋转轴如前所述设为角速度检测轴A2。角速度检测轴A2优选与入射至对象物14的出射光L1(第一激光)的入射光轴正交。
由此，可以更准确地检测对对象物14的测量精度造成影响的角速度。其结果是，可以更加提高对象物14的测量精度。
在以上这样的第二实施方式中，也能够得到与第一实施方式相同的效果。
3.第三实施方式
接着，对第三实施方式涉及的激光干涉仪进行说明。
图12是表示第一实施方式涉及的激光干涉仪3的功能框图。图13是表示图12的光调制器12的剖视图。图14至图16是图13所示的光调制器12的分解俯视图。此外，在图13至图16中，作为相互正交的三个轴，设定X轴、Y轴以及Z轴，并用箭头表示。另外，例如将X轴的正侧及负侧这两个方向称为“X轴方向”。Y轴方向及Z轴方向也分别相同。
以下，对第三实施方式进行说明，但在以下的说明中，以与第一实施方式的不同点为中心进行说明，省略相同事项的说明。此外，在各图中，对于与第一实施方式相同的构成赋予相同的附图标记。
第三实施方式涉及的激光干涉仪1除了图13至图16所示的振动元件30B及图12所示的校正电路56B的构成不同以外，与第一实施方式涉及的激光干涉仪1相同。
在第三实施方式涉及的激光干涉仪1中，振动元件30B不仅被用于调制出射光L1的频率，还具有作为气压传感器的功能。当激光干涉仪1的周围的气压发生变化时，伴随于此作用于振动元件30B的按压力发生变化，并且，振动元件30B的谐振频率发生变化，从该变化量求出气压。校正电路56B根据气压校正受光信号。
3.1.振动元件
图13所示的光调制器12具备振动部形成层343，该振动部形成层343具有振动元件30B。作为一例，振动元件30B为双音叉型石英振子。
另外，图13所示的光调制器12具备封装件340，封装件340具有基座341及盖342和振动部形成层343所具有的框部371，且在内部具有腔室345。振动元件30B被收纳于该封装件340的腔室345中。
基座341具有框部351、隔膜部352以及两个载置部353、353。框部351呈框状。隔膜部352配置于框部351的内侧，比框部351薄且具有挠性。两个载置部353、353以沿Y轴排列的方式配置于隔膜部352，呈朝向振动元件30B突出的突起状。
盖342具有框部361和薄壁部362。框部361呈框状。薄壁部362比框部361薄，在腔室345中产生必要的空间。
作为基座341及盖342的各构成材料，例如可以举出金属材料、玻璃材料、结晶材料等。其中，优选使用石英。通过分别由石英构成基底341及盖342，可以使光调制器12整体的主材料为石英。由此，可以提高光调制器12的制造效率，从而可以实现低成本化。另外，由于石英具有透光性，因此，作为用于使出射光L1入射的光路，能够设定透过封装件340这样的光路。
振动部形成层343具有振动元件30B、框部371以及连结部372。振动元件30B具有包含两根振动梁部373、374的石英片、未图示的电极以及光反射面375。石英片例如是对X切型的石英板进行加工而制作，呈双音叉型。
框部371呈框状，并以隔着间隙将振动元件30B包围的方式配置。振动元件30B的Y轴方向的各端部经由连结部372与框部371连结。
基底341、盖342以及振动部形成层343例如通过粘接剂或直接接合而相互粘接。由此，可以将收纳于腔室345的振动元件30B气密密封。由此，可以将腔室345维持为减压的状态、或者维持为填充了各种气体的状态。另外，如图13所示，通过该粘接，两个载置部353、353配置于按压振动元件30B的位置。
电极设置于石英片的表面。当向电极施加交流电压时，振动梁部373、374以反复相互分离和接近的方式挠曲。由此，振动梁部373、374在X轴方向上进行弯曲振动。
光反射面375设置于与振动梁部373的X-Y面平行的面，并具有反射出射光L1的功能。此外，光反射面375既可以是设置于该面的未图示的电极的表面，也可以是与电极分开设置的光反射膜的表面。
当振动梁部373、374在X轴方向上进行弯曲振动时，光反射面375也在X轴方向上进行振动。此处将这样的X轴方向的弯曲振动称为面内振动。
另一方面，当使振动梁部373、374产生面内振动时，与此同时，激励出使光反射面375在Z轴方向上振动的Z反相杂散振动。Z反相杂散振动是面外振动的一例。
这样的面外振动通过在能量上与面内振动耦合而被激励。通常，与面内振动耦合的面外振动被避免或抑制，但在本实施方式中，通过积极地激励出该面外振动，使光反射面375与出射光L1的频率相互作用。为了使面外振动与面内振动耦合，只要调整振动元件30B的形状或未图示的电极的配置等即可。例如，通过将振动梁部373、374的剖面形状从长方形变为平行四边形，容易激励面外振动。
当在产生了这样的面外振动的状态下，使出射光L1入射至光反射面375时，在光反射面375的振动与出射光L1的频率之间产生相互作用。由此，可以实现进行出射光L1的频率调制的光调制器12。其结果是，可以从出射光L1生成参考光L2。因此，具备图13所示的振动元件30B的光调制器12被设置为图13的Z轴与图2的a轴平行。
振动元件30B的Y轴方向的长度例如为0.2mm以上且5.0mm以下左右。振动元件30B的Z轴方向的厚度例如为0.003mm以上且0.5mm以下左右。
此外，振动元件30B也可以为具有弯曲振动以外的振动模式的振动元件。
振动元件30B不仅被用于调制出射光L1的频率，还具有作为气压传感器的功能。
当在振动梁部373、374在X轴方向上弯曲振动的状态下，例如光调制器12周围的气压上升时，向图13所示的箭头376的方向施加按压力。由此，隔膜部352挠曲，两个载置部353、353的距离扩大。其结果是，在被两个载置部353、353按压的振动元件30B中，应力发生变化。当应力发生变化时，与变化前相比，振动元件30B的谐振频率发生变化。通过检测该谐振频率的变化，可以检测按压力，求出气压。由此，可以使振动元件30B作为气压传感器发挥功能。
后述校正电路56B根据从按压力求出的气压校正受光信号。由此，可以更高精度地测量对象物14的位移或速度。
此外，在利用激光干涉仪1测量对象物14的位移时，测量误差Δd由下述式(I)表示。
λ：出射光L1的波长
Δφ：采样信号的相位
n：空气折射率
d：几何学距离
Δλ：出射光L1的波长波动
Δn：空气折射率的波动
上述式(I)的右边第三项包含空气折射率的波动Δn。空气折射率的波动一般为每1hPa约0.3ppm。当假定几何学距离d、也就是从激光干涉仪1至对象物14的物理距离为10cm时，右边第三项成为每1hPa约0.03ppm。于是，测量精度Δd成为每1hPa约30nm。
该水准的测量误差在激光干涉仪1中可能成为显著的误差。在本实施方式中，即使在对激光干涉仪1施加了作为外部干扰的气压变化的情况下，也对对象物14的测量结果进行校正。由此，可以更高精度地测量对象物14的位移或速度。
作为对激光干涉仪1施加气压变化的状况，例如可以举出设置场所的标高随着移动激光干涉仪1的设置场所而变化的状况。在例如存在1000m的标高差的情况下，气压的差达到100hPa。于是，在将从激光干涉仪1至对象物14的物理距离假定为10cm的情况下，测量结果之差也成为约3μm。因此，根据气压变化校正对象物14的测量结果是有用的。
另外，在振动元件30B例如为双音叉型石英振子的情况下，所检测的气压的分辨率作为一例为0.05Pa。于是，可以说振动元件30B具有足以根据较小的气压变化校正受光信号的气压检测的分辨率。
此外，振动元件30B并不限定于双音叉型石英振子，例如，也可以为音叉型石英振子、AT切型石英振子、纵石英振子、SAW(Surface Acoustic Wave：表面声波)谐振子这样的各种石英振子。
另外，振动元件30B并不限定于石英振子，既可以为硅振子，也可以为陶瓷振子。通过使用自激振荡振子作为振动元件30B，可以谋求调制信号的稳定化，并且，以振动元件30B作为信号源进行动作的振荡电路54能够输出更高精度的基准信号Ss。
3.2.校正电路
图12所示的校正电路56B从振动元件30B的振动的变化检测作为作用于振动元件30B的力的按压力，并根据从该按压力求出的气压的时间变化校正受光信号。在本实施方式中，校正电路56B逐次读取从将振动元件30B作为信号源进行动作的振荡电路54输出的基准信号Ss的频率值。接着，校正电路56B从频率值的变化检测振动元件30B的谐振频率的变化，并从该变化量求出气压的时间变化。而且，校正电路56B根据气压的时间变化校正受光信号。由此，即使在对激光干涉仪1施加了作为外部干扰的气压变化的情况下，也可以从对象物14的测量结果除去外部干扰的影响、或者减少外部干扰的影响。其结果是，可以更高精度地测量对象物14的位移或速度。
图12所示的校正电路56B具有频率计数器591、压力转换器592、灵敏度调整部593以及减法器594。
频率计数器591针对从ADC533输出的基准信号Ss测定频率。
压力转换器592对由频率计数器591测定出的基准信号Ss的频率进行运算，算出施加于振动元件30B的气压。由此，从压力转换器592输出表示施加于振动元件30B的气压的时间变化的气压时间信号Xp(t)。
灵敏度调整部593调整气压的检测灵敏度。由此，针对从压力转换器592输出的气压时间信号Xp(t)而调整振幅。
减法器594实施从解调位移时间信号Xd(t)减去气压时间信号Xp(t)的减法处理。由此，得到校正位移时间信号Xr(t)。校正位移时间信号Xr(t)与解调位移时间信号Xd(t)相比，能够谋求减少外部干扰的影响，因此，与未校正时相比，能够提高测量精度。
此外，校正电路56B的构成并不限定于上述。校正电路56B例如既可以为包含倒数计数器的电路，也可以为包含ΔΣ型转换器的电路。根据校正电路56B的构成的不同，也可以将从振荡电路54输出的模拟信号输入校正电路56B。
另外，在取代振荡电路54而使用了函数发生器或信号发生器等的信号生成器的情况下，只要通过与基准信号Ss不同的路径获取气压时间信号，并提供给上述校正处理即可。
另一方面，在使用振荡电路54的情况下，可以从基准信号Ss检测气压变化。由此，由于校正电路56B的电路构成变得简单，因此，可以容易地谋求激光干涉仪1的低成本化。
3.3.第三实施方式实现的效果
如以上所述，本实施方式涉及的激光干涉仪1具备激光光源2、光调制器12、受光元件10、解调电路52以及校正电路56B。
激光光源2射出出射光L1(第一激光)。光调制器12具备振动元件30B，使用振动元件30B对出射光L1进行调制，生成包含调制信号的参考光L2(第二激光)。受光元件10接收物体光L3(第三激光)及参考光L2，并输出受光信号，该物体光L3是出射光L1在对象物14反射而生成的且包含采样信号。解调电路52从受光信号解调采样信号。校正电路56B从振动元件30B的振动的变化检测作为作用于振动元件30B的力的按压力，并根据按压力校正解调位移时间信号Xd(t)(校正受光信号)。
根据这样的构成，即使在对激光干涉仪1施加了作为外部干扰的气压变化的情况下，也可以从对象物14的测量结果除去外部干扰的影响、或者减少外部干扰的影响。由此，可以实现能够更高精度地测量对象物14的位移或速度的激光干涉仪1。另外，振动元件30B的体积非常小，振荡所需的电力也小。因此，可以容易地谋求激光干涉仪1的小型化。而且，不仅将振动元件30B用于调制出射光L1的频率，还可以使其作为气压传感器发挥功能。因此，无需新设置气压传感器，就可以进行上述那样的校正处理。因此，可以在谋求激光干涉仪1的高精度化的同时，谋求进一步小型化及低成本化。
另外，校正电路56B检测作为随着气压作用于振动元件30B的力的按压力。
由此，例如可以检测施加于激光干涉仪1的气压变化，并实施校正处理。其结果是，可以可靠地校正气压变化所引起的影响，从而可以实现对于气压变化等外部干扰具有优异的耐性的激光干涉仪1。
在以上这样的第三实施方式中，也能够得到与第一实施方式相同的效果。
4.光学系统的变形例
接着，对光学系统50的第一～第四变形例进行说明。
图17是表示第一变形例涉及的光学系统50A的概略构成图。图18是表示第二变形例涉及的光学系统50B的概略构成图。图19是表示第三变形例涉及的光学系统50C的概略构成图。图20是表示第四变形例涉及的光学系统50D的概略构成图。
以下，对光学系统50的第一～第四变形例进行说明，但在以下的说明中，以与前述的光学系统50的不同点为中心进行说明，省略相同事项的说明。此外，在图17至图20中，对与图2相同的事项标注相同的附图标记。另外，在图17至图20中，省略了一部分光学要素的图示。
图17所示的光学系统50A除了入射至受光元件10、光调制器12以及对象物14的光不同以外，与图2所示的光学系统50相同。具体而言，在图17所示的光学系统50A中，出射光L1(第一激光)入射至受光元件10及光调制器12。在图17所示的光调制器12中，对出射光L1进行调制，生成包含调制信号的参考光L2(第二激光)。该参考光L2接着入射至对象物14。而且，通过参考光L2在对象物14反射而生成的包含采样信号的物体光L3(第三激光)入射至受光元件10。因此，图17所示的受光元件10接收包含采样信号及调制信号的物体光L3以及出射光L1。
图18所示的光学系统50B除了受光元件10、光调制器12以及对象物14的配置不同以外，与图17所示的光学系统50A相同。
具有以上那样的第一、第二变形例涉及的光学系统50A、50B的激光干涉仪具备激光光源2、光调制器12、受光元件10、图17及图18中未图示的解调电路以及振荡电路。激光光源2射出出射光L1(第一激光)。光调制器12具备振动元件，使用振动元件对出射光L1进行调制，生成包含调制信号的参考光L2(第二激光)。受光元件10接收参考光L2在对象物14反射而生成的包含采样信号及调制信号的物体光L3(第三激光)以及出射光L1，并输出受光信号。解调电路从受光信号解调采样信号。校正电路从振动元件的振动的变化检测作用于振动元件的力，并根据该力校正受光信号。
通过这样的构成，能够得到与所述实施方式同样的效果。即，即使在对激光干涉仪施加了外部干扰的情况下，也可以从对象物14的测量结果除去外部干扰的影响、或者减少外部干扰的影响。由此，可以实现能够更高精度地测量对象物14的位移或速度的激光干涉仪。
图19所示的光学系统50C除了光调制器12及对象物14的配置不同，并且入射至受光元件10、光调制器12以及对象物14的光不同以外，与图17所示的光学系统50A相同。具体而言，在图19所示的光学系统50C中，出射光L1(第一激光)入射至受光元件10及对象物14。出射光L1通过在对象物14反射而生成包含采样信号的物体光L3(第三激光)。该物体光L3接着入射至光调制器12。而且，在图19所示的光调制器12中，对物体光L3进行调制，生成包含采样信号及调制信号的参考光L2(第二激光)。该参考光L2入射至受光元件10。因此，图19所示的受光元件10接收包含采样信号及调制信号的参考光L2以及出射光L1。
图20所示的光学系统50D除了受光元件10、光调制器12以及对象物14的配置不同以外，与图19所示的光学系统50C相同。
具有以上那样的第三、第四变形例涉及的光学系统50C、50D的激光干涉仪具备激光光源2、光调制器12、受光元件10以及图19及图20中未图示的解调电路及振荡电路。激光光源2射出出射光L1(第一激光)。光调制器12具备振动元件，使用振动元件对出射光L1在对象物14反射而生成的包含采样信号的物体光L3进行调制，生成包含采样信号及调制信号的参考光L2(第二激光)。受光元件10接收包含采样信号及调制信号的物体光L2及出射光L1，并输出受光信号。解调电路从受光信号解调采样信号。校正电路从振动元件的振动的变化检测作用于振动元件的力，并根据该力校正受光信号。
通过这样的构成，能够得到与所述实施方式同样的效果。即，即使在对激光干涉仪施加了外部干扰的情况下，也可以从对象物14的测量结果除去外部干扰的影响、或者减少外部干扰的影响。由此，可以实现能够更高精度地测量对象物14的位移或速度的激光干涉仪。
以上，根据图示的实施方式及其变形例对本发明的激光干涉仪进行了说明，但本发明的激光干涉仪并不限定于所述实施方式及其变形例，各部分的构成可以替换为具有相同功能的任意构成。另外，也可以对所述实施方式及其变形例涉及的激光干涉仪附加其他任意的构成物。
本发明的激光干涉仪除了前述的位移计和速度计以外，例如还能够适用于振动仪、倾斜仪、测距仪(测长器)等。另外，作为本发明的激光干涉仪的用途，可以举出实现能够测量距离、3D成像、分光等的光梳干涉测量技术、角速度传感器、角加速度传感器等的光纤陀螺仪。
另外，激光光源、光调制器以及受光元件中的两个以上也可以载置于同一基板上。由此，容易谋求光学系统的小型化及轻量化，且可以提高组装容易度。
进而，所述各实施方式及其变形例具有所谓的迈克尔逊型干涉光学系统，但本发明的激光干涉仪也能够适用于具有其他方式的干涉光学系统、例如马赫-曾德尔型干涉光学系统的激光干涉仪。

Claims (9)

1.一种激光干涉仪，其特征在于，具备：
激光光源，射出第一激光；
光调制器，具备振动元件，使用所述振动元件对所述第一激光进行调制，生成包含调制信号的第二激光；
受光元件，接收第三激光及所述第二激光，并输出受光信号，所述第三激光是所述第一激光在对象物反射而生成的且包含采样信号；
解调电路，从所述受光信号解调所述采样信号；以及
校正电路，从所述振动元件的振动的变化检测作用于所述振动元件的力，并根据所述力校正所述受光信号。
2.一种激光干涉仪，其特征在于，具备：
激光光源，射出第一激光；
光调制器，具备振动元件，使用所述振动元件对所述第一激光进行调制，生成包含调制信号的第二激光；
受光元件，接收第三激光及所述第一激光，并输出受光信号，所述第三激光是所述第二激光在对象物反射而生成的且包含采样信号及所述调制信号；
解调电路，从所述受光信号解调所述采样信号；以及
校正电路，从所述振动元件的振动的变化检测作用于所述振动元件的力，并根据所述力校正所述受光信号。
3.一种激光干涉仪，其特征在于，具备：
激光光源，射出第一激光；
光调制器，具备振动元件，使用所述振动元件对第三激光进行调制，生成包含采样信号及调制信号的第二激光，所述第三激光是所述第一激光在对象物反射而生成的且包含采样信号；
受光元件，接收所述第二激光及所述第一激光，并输出受光信号，所述第二激光包含所述采样信号及所述调制信号；
解调电路，从所述受光信号解调所述采样信号；以及
校正电路，从所述振动元件的振动的变化检测作用于所述振动元件的力，并根据所述力校正所述受光信号。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的激光干涉仪，其特征在于，
所述校正电路检测作为随着加速度作用于所述振动元件的所述力的惯性力。
5.根据权利要求4所述的激光干涉仪，其特征在于，
在将与所述惯性力作用于所述振动元件时的所述加速度的方向对应的直线轴设为加速度检测轴时，
所述加速度检测轴与入射至所述对象物的所述第一激光的入射光轴平行。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的激光干涉仪，其特征在于，
所述校正电路检测作为随着角速度作用于所述振动元件的所述力的科里奥利力。
7.根据权利要求6所述的激光干涉仪，其特征在于，
在将与所述科里奥利力作用于所述振动元件时的所述角速度的方向对应的旋转轴设为角速度检测轴时，
所述角速度检测轴与入射至所述对象物的所述第一激光的入射光轴正交。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的激光干涉仪，其特征在于，
所述校正电路检测作为随着气压作用于所述振动元件的所述力的按压力。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的激光干涉仪，其特征在于，
所述激光干涉仪具备振荡电路，所述振荡电路将所述振动元件作为信号源进行动作，并向所述解调电路输出基准信号，
所述解调电路根据所述基准信号从所述受光信号解调所述采样信号。
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