CN118111550A - 光调制器以及激光干涉仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了光调制器以及激光干涉仪，能够对激光重叠低频的调制信号，实现低成本化。一种光调制器，其特征在于，具备：振动元件，具有沿第一方向弯曲振动的振动部；衍射光栅，配置于所述振动部，并包括沿所述第一方向并列设置的多个槽，所述光调制器使入射到所述衍射光栅的激光的频率频移。此外，所述振动元件具备基部，所述振动部包括沿所述第一方向排列配置并且与所述基部连接的第一振动臂以及第二振动臂，所述第一振动臂以及所述第二振动臂沿所述第一方向弯曲振动，所述衍射光栅优选配置于所述第一振动臂以及所述第二振动臂中的至少一方。

Description

光调制器以及激光干涉仪

技术领域

本发明涉及光调制器以及激光干涉仪。

背景技术

在专利文献1中，公开了一种掌握移动物体的移动的激光多普勒测量装置。在激光多普勒测量装置中，对被测定物照射激光，基于受到多普勒频移的散射激光测量移动。具体而言，利用外差干涉，得到激光的频率的频移量，并且根据该频移量，求出移动物体的速度、位移。

专利文献1中记载的激光多普勒测量装置具备移频器型的光调制器。该光调制器具备进行厚度剪切振动的水晶AT振动子、包括在该振动子的位移方向上并列设置的多个槽的衍射光栅。在该光调制器中，由于厚度剪切振动为面内振动，即在与入射的激光的入射方向交叉的方向上振动，因此难以使激光的频率频移。换言之，为了有效地使激光的频率频移，要求激光的入射波数矢量与出射波数矢量的差和水晶AT振动子的振动矢量的内积足够大。但是，在仅使用水晶AT振动子的情况下，该内积大致为零。因此，在专利文献1中记载的光调制器中，在水晶AT振动子中组合衍射光栅。该衍射光栅在与水晶AT振动子的振动方向交叉的方向上具有槽。由此，振动矢量的方向被变换，能够使前述的内积超过零，能够进行激光的频率频移。

专利文献1：日本特开2020-165700号公报

但是，厚度剪切振动的共振频率高。因此，通过专利文献1中记载的光调制器重叠在激光的调制信号的频率也变高。这样，在专利文献1中记载的激光多普勒测量装置中，需要使处理调制信号的电路与高频对应。其结果，产生导致激光多普勒测量装置的高成本化的技术问题。

发明内容

本发明的应用例涉及的光调制器，具备：振动元件，具有沿第一方向弯曲振动的振动部；衍射光栅，配置于所述振动部，并包括沿所述第一方向并列设置的多个槽，所述光调制器使入射到所述衍射光栅的激光的频率频移。

本发明的应用例涉及的激光干涉仪，具备：激光光源，向对象物射出激光；光调制器，照射所述激光，使调制信号与所述激光重叠；受光元件，接收包括来自所述对象物的采样信号以及所述调制信号的所述激光，并输出受光信号；解调电路，基于基准信号，从所述受光信号解调所述采样信号；以及振荡电路，将所述振动元件作为信号源进行动作，向所述解调电路输出所述基准信号。

附图说明

图1是示出实施方式涉及的激光干涉仪的功能框图。

图2是示出图1所示的传感器头部的概略构成图。

图3是示出图2所示的光调制器具备的振动元件的构成例的立体图。

图4是放大示出图3的衍射光栅的立体图。

图5是示出闪耀衍射光栅即衍射光栅的一部分的截面图。

图6是示出图3的振动元件的变形例的俯视图。

图7是示出具有封装结构的光调制器的截面图。

图8是示出图7的光调制器的变形例的截面图。

图9是示出图8的光调制器的另一变形例的截面图。

图10是示出图8的光调制器的又一变形例的截面图。

图11是示出图1的传感器头部的变形例的截面图。

图12是示出图1的传感器头部的变形例的截面图。

图13是示出图1的传感器头部的变形例的截面图。

图14是示出第一变形例涉及的干涉光学系统的概略构成图。

图15是示出第二变形例涉及的干涉光学系统的概略构成图。

图16是示出第三变形例涉及的干涉光学系统的概略构成图。

图17是示出第四变形例涉及的干涉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、3a…聚光透镜、3b…聚光透镜、3c…聚光透镜、4…光分割器、5…反射元件、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、18…光路、20…光路、22…光路、24…光路、26…光纤、27…光纤、30…振动元件、32…槽、34…衍射光栅、36…振动方向、45…电路元件、50…干涉光学系统、50A…干涉光学系统、50B…干涉光学系统、50C…干涉光学系统、50D…干涉光学系统、51…传感器头部、51A…传感器头部、51B…传感器头部、51C…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、59…主体部、70…容器、72…容器主体、74…盖、75…透过窗、76…结合线、301…基部、302…第一振动臂、302a…第一振动部分、302b…第二振动部分、303…第二振动臂、303a…第一振动部分、303b…第二振动部分、304…电极、305…电极、341…缓斜面、342…陡斜面、502A…壳体、502B…壳体、502C…壳体、503…壳体主体、504A…透过窗、504B…透过窗、505…第一壳体、506…第二壳体、507…布线基板、508…布线基板、509…布线基板、531…电流电压转换器、532…ADC、533…ADC、711…入射面、721…第一凹部、722…第二凹部、L1…出射光、L1a…第一分割光、L1b…第二分割光、L2…参照光、L3…物体光、L4…反射光、N…法线、P…间距、Sd…驱动信号、Ss…基准信号、β…角度、θ…倾斜角、θ_B…闪耀角。

具体实施方式

以下，基于附图所示的实施方式对本发明涉及的光调制器以及激光干涉仪进行详细说明。

图1是示出实施方式涉及的激光干涉仪1的功能框图。图2是示出图1所示的传感器头部51的概略构成图。

图1所示的激光干涉仪1具有：具备干涉光学系统50、电流电压转换器531以及振荡电路54的传感器头部51、具备输入来自干涉光学系统50的光检测信号的解调电路52的主体部59。如图2所示，激光干涉仪1对对象物14照射激光，检测、解析反射的光。由此，测量对象物14的位移、速度。

1.传感器头部

1.1.干涉光学系统

图2所示的干涉光学系统50是迈克尔逊型干涉光学系统。如图2所示，干涉光学系统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、检偏镜9、受光元件10、以及移频器型的光调制器12。

激光光源2射出激光即出射光L1。受光元件10将受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，生成包括调制信号的参照光L2(重叠有调制信号的激光)。入射到对象物14的出射光L1作为包括来自对象物14的多普勒信号即采样信号的物体光L3(包括来自对象物14的采样信号的激光)反射。

将连接光分割器4与激光光源2的光路设为光路18。将连接光分割器4与光调制器12的光路设为光路20。将连接光分割器4与对象物14的光路设为光路22。将连接光分割器4与受光元件10的光路设为光路24。需要说明的是，本说明书的“光路”指的是，设定在光学部件彼此之间的光行进的路径。

在光路18上，从光分割器4侧依次配置有1/2波长板6以及准直透镜3。在光路20上，配置有1/4波长板8。在光路22上，配置有1/4波长板7。在光路24上，配置有检偏镜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。被分割的出射光L1的一方即第一分割光L1a经过光路20入射到光调制器12。此外，被分割的出射光L1的另一方即第二分割光L1b经过光路22入射到对象物14。由光调制器12频率频移而生成的参照光L2经过光路20以及光路24入射到受光元件10。通过由对象物14的反射生成的物体光L3经过光路22以及光路24入射到受光元件10。

在如上所述的干涉光学系统50中，通过光外差干涉法求出对象物14的相位信息。具体而言，使频率稍有不同的两束光(参照光L2以及物体光L3)干涉，从得到的干涉光提取相位信息。然后，在后述的解调电路52中，根据相位信息求出对象物14的位移。根据光外差干涉法，在从干涉光提取相位信息时，不易受到干扰的影响，特别是成为噪声的频率的杂散光的影响，赋予高鲁棒性。

以下，对干涉光学系统50的各部分进一步进行说明。

1.1.1.激光光源

激光光源2是射出具有可干涉性的出射光L1的激光光源。激光光源2优选使用线宽为MHz频带以下的光源。具体而言，可以举出：He-Ne激光这样的气体激光、DFB-LD(Distributed FeedBack-Laser Diode：分布反馈型激光二极管)、FBG-LD(带Fiber BraggGrating Laser Diode：带光纤布拉格光栅的激光二极管)、VCSEL(Vertical CavitySurface Emitting Laser：垂直腔面发光激光二极管)、以及FP-LD(Fabry-Perot LaserDiode：法布里-珀罗型半导体激光二极管)这样的半导体激光元件等。

激光光源2特别优选为半导体激光元件。由此，能够使激光光源2特别小型化。因此，能够实现激光干涉仪1的小型化。特别是，在激光干涉仪1中，由于实现了收纳干涉光学系统50的传感器头部51的小型化以及轻量化，因此在提高传感器头部51的设置自由度等激光干涉仪1的操作性的这一方面是有用的。

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，可以举出非球面透镜作为一例。准直透镜3使从激光光源2射出的出射光L1平行化。需要说明的是，在从激光光源2射出的出射光L1被充分平行化的情况下，例如在使用He-Ne激光这样的气体激光作为激光光源2的情况下，也可以省略准直透镜3。

另一方面，在激光光源2为半导体激光元件的情况下，激光干涉仪1优选具备配置在激光光源2与光分割器4之间的准直透镜3。由此，能够使从半导体激光元件射出的出射光L1平行化。其结果，由于出射光L1成为准直光，因此能够抑制接收出射光L1的各种光学部件的大型化，能够实现激光干涉仪1的小型化。

成为准直光的出射光L1通过1/2波长板6，由此变换为P偏振光与S偏振光的强度比例如为50：50的直线偏振光，入射到光分割器4。

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具有透过P偏振光，使S偏振光反射的功能。根据该功能，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、以及作为光分割器4的透过光的第二分割光L1b。

由光分割器4反射的S偏振光即第一分割光L1a由1/4波长板8转换为圆偏振光，入射到光调制器12。入射到光调制器12的第一分割光L1a受到f_m[Hz]的频率频移，作为参照光L2反射。因此，参照光L2包括频率f_m[Hz]的调制信号。在参照光L2再次透过1/4波长板8时被转换为P偏振光。参照光L2的P偏振光透过光分割器4以及检偏镜9入射到受光元件10。

透过光分割器4的P偏振光即第二分割光L1b由1/4波长板7转换为圆偏振光，入射到移动状态的对象物14。入射到对象物14的第二分割光L1b受到f_d[Hz]的多普勒频移，作为物体光L3反射。因此，物体光L3包括频率f_d[Hz]的采样信号。在物体光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，透过检偏镜9入射到受光元件10。

如前所述，由于出射光L1具有可干涉性，参照光L2以及物体光L3作为干涉光入射到受光元件10。

需要说明的是，也可以使用无偏振分束器来代替偏振分束器。此时，由于不需要1/2波长板6、1/4波长板7以及1/4波长板8等，因此能够通过部件数量的减少来实现激光干涉仪1的小型化。此外，也可以使用分束器以外的光分割器。

1.1.4.检偏镜

由于相互正交的S偏振光以及P偏振光相互独立，因此仅通过简单地重合不会出现由干涉引起的拍频。因此，使S偏振光与P偏振光重合的光波通过相对于S偏振光以及P偏振光的双方倾斜45°的检偏镜9。通过使用检偏镜9，能够使相互公共的分量彼此的光透过，产生干涉。其结果，在检偏镜9中，参照光L2与物体光L3干涉，生成具有|f_m-f_d|[Hz]的频率的干涉光。

1.1.5.受光元件

当干涉光入射到受光元件10时，受光元件10输出与干涉光的强度对应的光电流(受光信号)。通过由后述的方法从该受光信号解调采样信号，最终，能够求出对象物14的运动、即位移、速度。作为受光元件10，例如可以举出光电二极管等。需要说明的是，由受光元件10接收的光，是从激光光源2射出的激光，其频率分别与光调制器12的振动以及对象物14的位移相互作用的结果，只要是重叠了调制信号以及采样信号的激光即可，并不限于上述的干涉光。此外，在本说明书中的“从受光信号解调采样信号”中，包括根据从光电流(受光信号)变换的各种各样的信号解调采样信号。

1.1.6.光调制器

图3是示出图2所示的光调制器12具备的振动元件30的构成例的立体图。需要说明的是，在图3中，作为相互正交的三个轴，设定A轴、B轴以及C轴，由箭头示出。箭头的前端侧为“正”，箭头的基端侧为“负”。此外，例如，A轴的正侧以及负侧的两个方向称为“A轴方向”。B轴方向以及C轴方向分别也是同样的。

1.1.6.1.振动元件

在图3中，使用音叉型水晶振动子作为振动元件30。图3所示的振动元件30具有具有基部301、第一振动臂302以及第二振动臂303的振动基板。这样的音叉型水晶振动子由于已确立了制造技术，因此容易获得，并且振荡也稳定。因此，适合作为振动元件30。此外，振动元件30具有设置于振动基板的电极304、305。

基部301是沿A轴延伸的部位。第一振动臂302是从基部301的A轴负侧的端部向B轴正侧延伸的部位。第二振动臂303是从基部301的A轴正侧的端部向B轴正侧延伸的部位。

电极304是设置在第一振动臂302以及第二振动臂303中的与A-B面平行的侧面的导电膜。需要说明的是，虽然在图3中未图示，但电极304分别设置在相互对置的侧面，通过以极性互不相同的方式施加电压，驱动第一振动臂302。

电极305是设置在第一振动臂302以及第二振动臂303中的与A-B面交叉的侧面的导电膜。需要说明的是，虽然在图3中未图示，但电极304也分别设置在相互对置的侧面，通过以极性互不相同的方式施加电压，驱动第二振动臂303。侧面指的是沿第一振动臂302以及第二振动臂303的延伸方向延伸的面。

音叉型水晶振动子使用从水晶基板切出的水晶片。作为用于音叉型水晶振动子的制造的水晶基板，例如可以举出水晶Z切割平板等。在图3中，设定了与A轴平行的X轴、与B轴平行的Y’轴、以及与C轴平行的Z’轴。水晶Z切割平板例如是以X轴为电轴、Y’轴为机械轴、以及Z’轴为光轴的方式，从水晶的单晶切出的基板。具体而言，在由X轴、Y’轴以及Z’轴而成的正交坐标系中，优选使用从水晶的单晶切出具有使由X轴以及Y’轴而成的X-Y’平面绕X轴在逆时针方向上倾斜约1°到5°的主面的基板，作为水晶基板。然后，通过蚀刻这样的水晶基板，得到用于图3所示的振动元件30的水晶片。蚀刻可以是湿蚀刻也可以是干蚀刻。

这样的音叉型水晶振动子即振动元件30具有面内弯曲振动模式。如图3中两个方向的箭头所示，面内弯曲振动模式是在A-B面内中，产生两根第一振动臂302以及第二振动臂303反复相互接近或分离的振动的模式。即，第一振动臂302以及第二振动臂303沿着前述的振动基板的面内方向进行面内弯曲振动。在图3中，以面内弯曲振动模式下振动的第一振动臂302以及第二振动臂303相互分离的方式位移的瞬间的外形用实线图示，变形前的外形用虚线图示。在这样的面内弯曲振动中，由于各振动臂在B轴方向上足够长，因此越靠近前端位移越大。因此，在第一振动臂302以及第二振动臂303在该面内弯曲振动模式下振动时，在与A-B面平行的侧面，得到比厚度剪切振动大的位移振幅。因此，通过在与A-B面平行的侧面配置衍射光栅34，在A轴方向(面内方向)振动的衍射光栅34能够对入射的出射光L1的频率产生较大的相互作用。

需要说明的是，设置有衍射光栅34的侧面只要是不与A-B面(振动基板延伸的面)正交的面，就没有特别地限定。即，在面内弯曲振动为沿A-B面的面内的振动时，设置有衍射光栅34的侧面与A-B面所成的角度至少小于90°即可。此外，该角度根据后述的衍射光栅34的结构适当设定。

在面内弯曲振动模式中也可以包括共振频率不同的多个模式。例如，在将共振频率为32.768kHz的模式设为主振动模式时，有时包括共振频率比其高的次振动模式。在音叉型水晶振动子的情况下，举出共振频率为200～300kHz左右的模式(二次谐波模式)作为次振动模式的例子。这些主振动模式、次振动模式通过选择输入到电极304、305的信号，能够选择性地激励。

此外，面内弯曲振动与厚度剪切振动相比，共振频率(固有振动频率)低。因此，根据利用面内弯曲振动的本实施方式，与使用利用厚度剪切振动的现有的光调制器的激光干涉仪相比，能够降低调制信号、基准信号Ss的频率。

例如，厚度剪切振动的共振频率多为MHz频带，与此相对，面内弯曲振动的共振频率多为kHz频带。因此，振动元件30的共振频率优选为10kHz以上且小于1MHz，更优选为20kHz以上且100kHz以下。由此，能够降低处理调制信号、基准信号Ss的模拟-数字转换器(ADC)的采用位数、CPU、FPGA这样的处理器的处理性能。其结果，容易实现激光干涉仪1的低成本化。

振动元件30的长边的长度(沿B轴的长度)例如为0.2mm以上且5.0mm以下左右。此外，振动元件30的厚度(沿C轴的厚度)例如为0.1mm以上且0.5mm以下左右。

作为音叉型水晶振动子的形状，并不限于图3所示的具有第一振动臂302以及第二振动臂303的两脚音叉型，除了三脚音叉型、四脚音叉型的悬臂梁形状之外，可以举出由基部301支承从基部301向B轴正侧以及B轴负侧的双方延伸的振动臂的形状、由基部301支承从基部301向B轴两侧以及A轴两侧延伸的振动臂的形状等。

当从图1以及图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，振动元件30振荡。振动元件30的振荡所需的功率(激励功率)没有特别地限定，0.1μW～100mW左右很小。因此，可以不放大从振荡电路54输出的驱动信号Sd，就能够用于使振动元件30振荡。

此外，与作为现有的光调制器的声光调制器(AOM)、电光调制器(EOM)相比，振动元件30其体积非常小，并且动作所需的功率也小。因此，通过使用振动元件30，能够容易地实现激光干涉仪1的小型化以及省功率化。

此外，振动元件30不限于水晶振动子，只要是具有面内弯曲振动模式的振动子，可以是硅振动子，也可以是陶瓷振动子。水晶振动子、硅振动子以及陶瓷振动子与其他的振动子，例如压电元件等不同，是利用了共振现象的振动子，因此Q值高，能够容易地实现固有振动频率的稳定化。在本说明书中，如此，将利用了基于高的Q值，特别是满足1000≤Q的Q值的共振现象的振动子称为“自激励荡振动子”。通过使用自激励荡振动子作为振动元件30，能够实现调制信号的稳定化，并且将振动元件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，调制信号以及基准信号Ss都由解调电路52实时进行处理。因此，即使双方的信号受到干扰，也互相抵消或减少，难以影响处理结果。因此，能够以高的S/N比(信噪比)对来自对象物14的采样信号进行解调，能够实现可以更高精度地测量对象物14的速度、位移的激光干涉仪1。

硅振动子是具备使用MEMS技术从单晶硅基板制造的单晶硅片、压电膜的振动子。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、三脚音叉型等的悬臂梁形状。硅振动子的振荡频率例如为从1kHz至数100MHz左右。

陶瓷振动子是具备将压电陶瓷烧结而制造的压电陶瓷片、电极的振动子。作为压电陶瓷，例如可以举出锆钛酸铅(PZT)、钛酸钡(BTO)等。陶瓷振动子的振荡频率例如为从数100kHz至数10MHz左右。

此外，在陶瓷振动子中，不仅可以利用弯曲振动，还可以利用长度振动、扩展振动等的面内振动。

1.1.6.2.衍射光栅

图3所示的衍射光栅34分别设置在第一振动臂302以及第二振动臂303中与A-B面平行的侧面。图4是放大示出图3的衍射光栅34的立体图。通过振动元件30的面内弯曲振动，能够使衍射光栅34沿振动方向36往复振动。衍射光栅34具有在与振动方向36交叉的方向上延伸的直线状的多个槽32。即，多个槽32沿A轴方向排列。由此，能够使衍射光栅34的往复振动与入射到衍射光栅34的出射光L1的频率相互作用。

振动方向36与槽32的延伸方向所成的角度超过0°且90°以下即可，优选为45°以上且90°以下，更优选为60°以上且90°以下。由此，能够更有效地使衍射光栅34的往复振动与出射光L1的频率相互作用。

需要说明的是，由于衍射光栅34只要设置在第一振动臂302的侧面以及第二振动臂303的侧面的至少一方即可，因此也可以省略两个衍射光栅34中的一方。

衍射光栅34的长边的长度例如为0.1mm以上且3.0mm以下左右。此外，衍射光栅34的厚度例如为0.003mm以上且0.5mm以下左右。

图4所示的衍射光栅34作为一例是闪耀衍射光栅。闪耀衍射光栅是指，构成衍射光栅的凹凸的截面形状为阶梯状。需要说明的是，构成衍射光栅34的凹凸的截面形状没有特别地限定。例如，作为凹凸形状，可以举出矩形、曲线形、二进制形状等。

图5是示出闪耀衍射光栅即衍射光栅34的一部分的截面图。

设置在图5所示的衍射光栅34的槽32由缓斜面341和陡斜面342构成。光调制器12优选以图5所示的衍射光栅34为利特罗配置的方式配置。利特罗配置是在入射到衍射光栅34的出射光L1衍射，并将衍射光的一部分作为参照光L2出射时，可以特别提高以与入射的出射光L1相同的路径出射的参照光L2的衍射效率的配置。

此外，图5所示的衍射光栅34具有闪耀角θ_B。在设置衍射光栅34的面的法线为N时，由于图5所示的衍射光栅34为利特罗配置，因此当出射光L1相对于法线N以与闪耀角θ_B相等的角度β入射时，强烈地产生相对于法线N以角度β出射的衍射光。该强的衍射光利用为参照光L2。此时，由于衍射效率特别高，因此能够提高参照光L2中包含的调制信号的S/N比。此外，出射光L1的进入方向与参照光L2的行进方向所成的角度为180°，光分割器4的有效直径小即可，因此容易实现光分割器4的小型化。

需要说明的是，图5的间距P表示闪耀衍射光栅的间距。间距P根据目标的频率的频移量、振动元件30的共振频率等适当设定，例如，为100nm以上且10000nm以下左右，优选为300nm以上且3000nm以下左右。

闪耀角θ_B也没有特别地限定，例如为10°以上且70°以下，优选为20°以上且60°以下。

衍射光栅34的形成方法没有特别地限定，作为一例，可以举出由使用机械刻线式(刻划引擎)的方法制作模具，在在振动元件30的侧面成膜的金属膜上，举出用纳米压印法形成槽32的方法。该金属膜可以是前述的电极304的至少一部分，也可以是与电极304分开设置的。此外，代替纳米压印法，也可以使用曝光以及蚀刻的加工方法、电子射线描绘光刻法、以及聚焦离子束加工法(FIB)等。此外，也可以使用阳极氧化铝(多孔氧化铝)这样的技术形成衍射光栅34。

此外，也可以在振动元件30的侧面上由抗蚀材料形成凹凸，在那里，通过设置金属膜、电介质多层膜的镜膜，从而形成衍射光栅34。即，衍射光栅34也可以是树脂材料与镜膜的复合部件。

作为金属膜的构成材料，例如可以举出铝单体及其合金、镍单体及其合金、银单体及其合金、以及金单体及其合金等。

1.1.6.3.变形例

图6是示出图3的振动元件30的变形例的俯视图。

图6所示的振动元件30除了第一振动臂302以及第二振动臂303的俯视观察形状不同之外，与图3所示的振动元件30是同样的。需要说明的是，在图6中，省略了电极的图示。

在图3所示的振动元件30中，第一振动臂302的宽度以及第二振动臂303的宽度分别在全长上大致恒定。宽度是A轴方向的宽度。与此相对，在图6所示的振动元件30中，第一振动臂302的宽度以及第二振动臂303的宽度分别部分不同。

具体而言，图6所示的第一振动臂302包括：位于基端侧、即基部301侧的第一振动部分302a、位于比第一振动部分302a靠前端侧的第二振动部分302b。此外，图6所示的第二振动臂303包括：位于基端侧的第一振动部分303a、位于比第一振动部分303a靠前端侧的第二振动部分303b。

形成这样的形状的第一振动臂302以及第二振动臂303分别被称为锤头型的振动臂。通过使用锤头型的振动臂，能够使第二振动部分302b、303b更大。而且，衍射光栅34配置于该第二振动部分302b、303b。由此，能够在更宽的面积的区域配置衍射光栅34。此外，也可以在维持衍射光栅34的大小的同时，实现振动元件30的小型化。其结果，对衍射光栅34的位置偏移的容许性变大，因此能够提高光调制器12的组装容易性。

1.1.6.4.封装结构

光调制器12也可以具有封装结构。图7是示出具有封装结构的光调制器12的截面图。封装结构指的是，在图7所示的容器70(框体)内气密密封振动元件30以及衍射光栅34的结构。

图7所示的光调制器12具备具有收纳部的容器70。在收纳部收纳有振动元件30以及衍射光栅34。

图7所示的容器70具备容器主体72和盖74。其中，容器主体72具有设置在其内部的第一凹部721、设置在第一凹部721的内侧，比第一凹部721深的第二凹部722。容器主体72例如由陶瓷材料、玻璃材料等构成。此外，虽然未图示，但容器主体72具备设置在内表面的内部端子、设置在外表面的外部端子、以及连接内部端子与外部端子的布线等。

此外，容器主体72的开口部经由未图示的密封环、低熔点玻璃等的密封部件，被盖74堵塞。盖74能够透过出射光L1、参照光L2，并且，也是构成容器70的一部分的部件。即，在维持容器70的气密性的同时，能够在收纳部和外部进行激光的入射和出射。盖74的构成材料使用能够透过激光的材料，例如玻璃材料、结晶材料等。此外，优选在盖74设置防反射膜。由此，能够抑制透过的出射光L1、参照光L2在盖74中无意地被反射。

容器70的收纳部，如上所述，被气密密封。由此，能够将收纳部维持在减压的状态。通过减压收纳部，能够减少振动元件30的面内振动中的空气阻力。因此，能够提高收纳在收纳部的振动元件30的振动效率，进一步增大衍射光栅34的振幅，并且能够实现振动元件30的振荡的稳定化。此外，能够抑制衍射光栅34的经时劣化，良好地维持衍射效率。其结果，能够进一步提高调制信号的S/N比。

减压的收纳部的压力只要小于大气压，就没有特别地限定，但优选为100Pa以下。另一方面，如果考虑良好地维持减压状态，则也可以将下限值设定为10Pa左右。

此外，在容器70中收纳有电路元件45。电路元件45配置在第二凹部722的底面。电路元件45构成振荡电路54的至少一部分。此外，电路元件45经由结合线76与容器主体72的内部端子电连接。需要说明的是，也可以在电路元件45设置振荡电路54以外的电路。此外，在容器70也可以收纳其他的电路要素。

需要说明的是，对容器70进行气密密封以及对收纳部进行减压，彼此并不是必须的，也可以省略。

图8是示出图7的光调制器12的变形例的截面图。图8所示的光调制器12除了盖74的构成之外，与图7所示的光调制器12是同样的。

图8所示的盖74的一部分设置有通孔。而且，以堵塞该通孔的方式设置有透过窗75。

透过窗75只要是能够透过激光的部件，其形状、构成材料、大小等就没有特别地限定。作为透过窗75的构成材料，例如，可以举出玻璃材料、结晶材料等。图8所示的透过窗75作为一例呈平板状。通过设置透过窗75，对图8所示的盖74的构成材料，能够重视气密性、绝缘性等而自由地选择。因此，能够实现更长期可靠性优异的光调制器12。此外，也可以在透过窗75的表面设置有防反射膜。由此，能够抑制透过的出射光L1、参照光L2在透过窗75无意地反射。

图9是示出图8的光调制器12的另一变形例的截面图。图9所示的光调制器12除了透过窗75的形状不同之外，与图8所示的光调制器12是同样的。

图9所示的透过窗75其表面呈曲面形状。由此，透过窗75不仅具有透过出射光L1以及参照光L2的功能，还能够赋予调整这些光的行进方向的功能。作为一例，能够对透过窗75赋予作为聚光透镜的功能。由此，能够使出射光L1会聚，缩小入射到衍射光栅34的范围。其结果，即使衍射光栅34小，能更可靠地照射出射光L1。此外，也可以使参照光L2平行化，缩小入射到光分割器4的范围。

作为曲面形状，可以举出凸曲面形状，特别优选使用非球面形状。由此，能够减少透镜中的各种像差。此外，也可以在图9所示的透过窗75的表面设置防反射膜。

图10是示出图8的光调制器12的又一变形例的截面图。图10所示的光调制器12除了透过窗75的姿态不同之外，与图8所示的光调制器12是同样的。

图10所示的透过窗75与图8所示的透过窗75同样，由能够透过激光的材料构成，呈平板状。而且，图10所示的透过窗75以相对于出射光L1的入射方向倾斜的姿态设置。换言之，以使出射光L1相对于入射面711的入射角(入射面711的法线与出射光L1的入射路径所成的角度)超过0°的方式倾斜的姿态设置。由此，即使入射到入射面711的出射光L1被入射面711反射而产生反射光L4，也能够降低该反射光L4入射到受光元件10、激光光源2的概率。在反射光L4入射到受光元件10的情况下，受光信号的S/N比有可能降低。此外，在反射光L4入射到激光光源2的情况下，激光光源2中的激光振荡有可能变得不稳定。因此，通过使用具有以倾斜的姿态设置的透过窗75的容器70，能够抑制受光信号的S/N比的降低，并且能够抑制激光振荡的不稳定化。

入射面711的倾斜角θ优选为5.0°以下，更优选为0.05°以上且3.0°以下，进一步优选为0.10°以上且2.0°以下。由此，能够降低反射光L4入射到受光元件10、激光光源2的概率，同时能够抑制透过窗75中的出射光L1的效率的降低。

如上所述的光调制器12可以应用于激光干涉仪1以外的用途、即使用使入射的光的频率频移的功能的各种用途。

1.2.气密密封结构

在图7至图10中，图示对振动元件30以及衍射光栅34进行气密密封的封装结构，但传感器头部51的一部分或全部也可以具有气密密封结构。

图11至图13分别是示出图1的传感器头部51的变形例的截面图。气密密封结构指的是在图11至图13所示的壳体502A、502B、502C(框体)内至少对振动元件30以及衍射光栅34进行气密密封的结构。

图11所示的传感器头部51A具备：具有收纳部的壳体502A、收纳于壳体502A的干涉光学系统50、以及布线基板507、508、509。需要说明的是，在图11中，省略图2的干涉光学系统50具备的光学要素的一部分的图示。

如图11所示，壳体502A具备壳体主体503和透过窗504A。壳体主体503例如由金属材料、陶瓷材料等构成。

透过窗504A嵌入设置在壳体主体503的孔。透过窗504A的构成材料使用能够透过激光的材料，例如使用玻璃材料、结晶材料等。需要说明的是，透过窗504A也可以具有与图8所示的透过窗75同样的构成以及功能。即，透过窗504A可以以相对于基准面倾斜的姿态设置，也可以在表面设置防反射膜。

布线基板507支承光调制器12，并且与光调制器12电连接。布线基板508支承受光元件10以及激光光源2，并且与它们电连接。布线基板509与布线基板507、508电连接，并且与外部电连接。需要说明的是，电连接指的是通过功率线以及通信线连接。

此外，在图11所示的干涉光学系统50追加有反射元件5。反射元件5配置在光路24上，改变参照光L2以及物体光L3的行进方向。

图12所示的传感器头部51B具备：具有收纳部的壳体502B、收纳于壳体502B的干涉光学系统50、以及布线基板507、508、509。需要说明的是，在图12中，省略图2的干涉光学系统50具备的光学要素的一部分的图示。

如图12所示，壳体502B具备壳体主体503和透过窗504B。透过窗504B嵌入设置在壳体主体503的孔。透过窗504B具有与图9所示的透过窗75同样的构成以及功能。即，对透过窗504B赋予作为聚光透镜的功能。需要说明的是，在透过窗504B的表面也可以设置防反射膜。

图13所示的传感器头部51C具备：具有收纳部的壳体502C、收纳于壳体502C的干涉光学系统50、以及布线基板507、508、509。需要说明的是，在图13中，省略图2的干涉光学系统50具备的光学要素的一部分的图示。

如图13所示，壳体502C具备第一壳体505、第二壳体506。此外，在图13所示的干涉光学系统50追加有聚光透镜3a、3b、3c以及光纤26、27。

第一壳体505具备壳体主体503、透过窗504B。在第一壳体505中收纳有干涉光学系统50中的准直透镜3、聚光透镜3a、光分割器4、反射元件5以及光调制器12、布线基板507。另一方面，在第二壳体506中收纳有干涉光学系统50中的激光光源2、受光元件10、聚光透镜3b以及聚光透镜3c、布线基板508、509。

此外，光纤26、27其大部分配置在外部，光学地连接第一壳体505的收纳部、第二壳体506的收纳部。

在连接光分割器4与激光光源2的光路18上，从光分割器4侧，依次配置有准直透镜3、光纤26以及聚光透镜3b。在连接光分割器4与受光元件10的光路24上，从光分割器4侧，依次配置有反射元件5、聚光透镜3a、光纤27以及聚光透镜3c。

壳体502A、502B、502C的各收纳部优选被气密密封。由此，能够将收纳部维持在减压的状态。通过减压收纳部，即使光调制器12不具有封装结构，也能够减少收纳部中收纳的振动元件30的面内振动中的空气阻力。因此，能够提高振动元件30的振动效率。

此外，根据这样的壳体502A、502B、502C，激光光源2也能够保持在减压下。由此，能够抑制因湿度、气压变化引起的激光光源2的劣化，具体而言，能够抑制振荡波长的变动等。

需要说明的是，构成干涉光学系统50的光学要素的一部分也可以配置在壳体502A、502B、502C的外部。

1.3.电流电压转换器

电流电压转换器531也称为互阻抗放大器(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。此外，在后述的振荡电路54与解调电路52之间配置有图1所示的ADC533。ADC532、533是模拟-数字转换器，由预定的采用位数将模拟信号转换为数字信号。ADC532、533设置在传感器头部51。

需要说明的是，干涉光学系统50也可以具备多个受光元件10。此时，在多个受光元件10与电流电压转换器531之间，通过设置差动放大电路，对光电流施加差动放大处理，能够提高光检测信号的S/N比。需要说明的是，差动放大处理也可以对电压信号进行。

1.4.振荡电路

振荡电路54向振动元件30输出驱动信号Sd。此外，振荡电路54向解调电路52输出基准信号Ss。

振荡电路54将振动元件30作为信号源进行动作，生成精度高的周期信号。由此，振荡电路54输出精度高的驱动信号Sd，并且输出基准信号Ss。这样，驱动信号Sd以及基准信号Ss在受到干扰的情况下，互相受到相同的影响。其结果，经由通过驱动信号Sd驱动的振动元件30附加的调制信号、以及基准信号Ss也互相受到相同的影响。因此，在调制信号以及基准信号Ss被提供给解调电路52中的运算时，在运算的过程中，能够相互抵消或减少双方所包括的干扰的影响。其结果，在解调电路52中，即使受到干扰，也能够高精度地求出对象物14的位置、速度。

作为振荡电路54，例如，可举出日本特开2022-38156号公报中公开的振荡电路。

2.解调电路

解调电路52根据从电流电压转换器531输出的光检测信号，进行解调来自对象物14的采样信号的解调处理。采样信号中例如包括相位信息以及频率信息。然后，能够从相位信息获取对象物14的位移，能够从频率信息获取对象物14的速度。如果能够这样获取不同的物理量，则具有作为位移计、速度计的功能，因此能够实现激光干涉仪1的高功能化。

解调电路52具有预处理部53以及解调处理部55。这些功能部发挥的功能例如通过具备处理器、存储器、外部接口、输入部、以及显示部等的硬件实现。具体而言，通过处理器读出并执行存储器中存储的程序来实现。需要说明的是，这些构成要素能够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。需要说明的是，代替这些处理器执行软件的方式，也可以采用FPGA(Field-Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit：应用型专用集成电路)等来实现上述的功能的方式。

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：带电可擦可编程只读存储器)、ROM(Read-Only Memory：只读存储器)、以及RAM(Random Access 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)等的数字输入输出端口、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、以及触摸板等的各种输入装置。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。

需要说明的是，外部接口、输入部以及显示部可以根据需要设置，也可以省略。

对于预处理部53以及解调处理部55，例如可以应用日本特开2022-38156号公报中公开的预处理部以及解调部。

预处理部53基于基准信号Ss对光检测信号进行预处理。预处理在将光检测信号分为两种信号PASS1、PASS2后，将一方与基准信号Ss相乘，然后，将两种信号PASS1、PASS2合计并输出预处理完毕信号。

解调处理部55根据从预处理部53输出的预处理完毕信号，基于基准信号Ss，解调与对象物14的速度、位置对应的采样信号。

此处，在将预处理部53中的两种信号PASS1、PASS2的各振幅值设为J₁(B)、J₂(B)的情况下，当它们相等时，预处理完毕信号的S/N比变得特别高。各振幅值J₁(B)、J₂(B)分别为贝塞尔系数，J₁(B)为一次的贝塞尔系数，J₂(B)为二次的贝塞尔系数。B是调制信号的相位偏移。J₁(B)、J₂(B)分别根据B值独立地变化，在J₁(B)＝J₂(B)时的B值约为2.6。因此，如果能够以B＝2.6的方式构成干涉光学系统50，则能够特别提高预处理完毕信号的S/N比。

例如，在使共振频率为32kHz的音叉型水晶振动子以驱动电压3V振荡时，即使在大气压下，也存在振动臂前端的A轴方向(水晶的X轴方向)上的振动位移Lq为1200nm左右的实测数据。在基于该振动位移Lq将使用波长λ＝850nm的激光时的调制信号的相位偏移B通过B＝4πLq/λ计算时，B＝17.7。因此，在振动臂前端配置利特罗配置的衍射光栅34，计算在555～1667nm的范围内改变衍射光栅34的槽32的间距P时的B值，得到下述表1所示的B值。

表1

在表1中，假设一次衍射光到三次衍射光作为衍射光，分别相对于图5所示的法线N算出角度β。如表1所示，即使改变间距P，在一次衍射光到三次衍射光的任一种中，都存在角度β与闪耀角θ_B相等的衍射光，可知利特罗配置成立。而且，当算出这样的利特罗配置成立时的B值时，B＝9.0～13.6。因此可知，通过组合激励面内振动的振动元件30与衍射光栅34，能够得到足够大的B值。

此外，在进行面内弯曲振动的振动臂中，越从基部301向振动臂的前端，振动位移Lq越大。因此，通过在振动臂的长度方向适当选择衍射光栅34的位置，具体而言，通过在更靠近基端侧而不是振动臂的前端配置衍射光栅34，能够减小振动位移Lq，能够使B值比上述的计算值小。这样，为了得到恰当的B值，选择衍射光栅34的位置即可。

另一方面，振动元件30的振动位移Lq能够基于驱动电压(激励功率)进行调整。一般地，驱动电压越高，振动位移Lq越大。因此，例如，通过从3V降低驱动电压，能够减小振动位移Lq。由此，能够使B值最优化，并且能够实现光调制器12的省功率化。

需要说明的是，根据解调电路52的构成，有时希望尽可能增大B值。通过增大B值，例如在进行对象物14的位移测量的情况下，测量结果越难以受到干扰的影响。即，能够提高测量的鲁棒性。此外，通过增大B值，也能够提高测量精度。B值优选为0.5以上，更优选为1.0以上。

3.光学系的变形例

接着，对干涉光学系统50的第一～第四变形例进行说明。

图14是示出第一变形例涉及的干涉光学系统50A的概略构成图。图15是示出第二变形例涉及的干涉光学系统50B的概略构成图。图16是示出第三变形例涉及的干涉光学系统50C的概略构成图。图17是示出第四变形例涉及的干涉光学系统50D的概略构成图。

以下，对干涉光学系统50的第一～第四变形例进行说明，但在以下的说明中，以与前述的干涉光学系统50不同的点为中心进行说明，对于同样的事项省略其说明。需要说明的是，在图14至图17中，对于与图2同样的事项，标注相同的附图标记。此外，在图14至图17中，省略一部分光学要素的图示。

图14所示的第一变形例涉及的干涉光学系统50A除了入射到受光元件10、光调制器12以及对象物14的光不同之外，与图2所示的干涉光学系统50是同样的。具体而言，在图14所示的干涉光学系统50A中，出射光L1(激光)入射到受光元件10以及光调制器12。在图14所示的光调制器12中，调制出射光L1，生成包括调制信号的参照光L2。该参照光L2接着入射到对象物14。然后，通过参照光L2被对象物14反射，生成包括调制信号以及采样信号的物体光L3，该物体光L3入射到受光元件10。

图15所示的第二变形例涉及的干涉光学系统50B除了受光元件10、光调制器12以及对象物14的配置之外，与图14所示的干涉光学系统50A是同样的。

具备如上所述的第一、第二变形例涉及的干涉光学系统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14以及图15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。光调制器12使用振动元件调制出射光L1，生成包括调制信号的参照光L2。该参照光L2接着入射到对象物14。然后，包括来自调制信号以及对象物14的采样信号的物体光L3、以及出射光L1入射到受光元件10。因此，图14以及图15所示的受光元件10接收包括来自对象物14的采样信号、以及调制信号的激光。解调电路基于基准信号从受光信号解调采样信号。振荡电路将振动元件作为信号源进行动作，向解调电路输出基准信号。

根据这样的构成，可以得到与所述实施方式同样的效果。即，能够实现不使用衍射光栅，而能够进行频率频移的光调制器12。其结果，能够降低光调制器12的制造难易度，能够实现激光干涉仪的低成本化。此外，可以得到测量精度高，并且抗干扰性优异的激光干涉仪。

图16所示的第三变形例涉及的干涉光学系统50C除了光调制器12以及对象物14的配置不同，并且入射到受光元件10、光调制器12以及对象物14的光不同之外，与图14所示的干涉光学系统50A是同样的。具体而言，在图16所示的干涉光学系统50C中，出射光L1(激光)入射到受光元件10以及对象物14。通过出射光L1被对象物14反射来生成物体光L3。该物体光L3接着入射到光调制器12。然后，通过物体光L3被光调制器12反射，来生成包括调制信号以及采样信号的参照光L2，该参照光L2入射到受光元件10。

图17所示的第四变形例涉及的干涉光学系统50D除了受光元件10、光调制器12以及对象物14的配置之外，与图16所示的干涉光学系统50C是同样的。

具备如上所述的第三、第四变形例涉及的干涉光学系统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、图16以及图17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。出射光L1入射到对象物14，生成包括采样信号的物体光L3。光调制器12使用振动元件调制物体光L3，生成包括调制信号的参照光L2。然后，包括来自对象物14的采样信号以及调制信号的参照光L2、以及出射光L1入射到受光元件10。因此，图16以及图17所示的受光元件10接收包括来自对象物14的采样信号、以及调制信号的激光。解调电路基于基准信号，从受光信号解调采样信号。振荡电路将振动元件作为信号源进行动作，向解调电路输出基准信号。

根据这样的构成，可以得到与所述实施方式同样的效果。即，能够实现不使用衍射光栅，而能够进行频率频移的光调制器12。其结果，能够降低光调制器12的制造难易度，能够实现激光干涉仪的低成本化。此外，可以得到测量精度高，并且抗干扰性优异的激光干涉仪。

4.所述实施方式起到的效果

如上所述，所述实施方式涉及的光调制器12具备振动元件30、衍射光栅34，使入射到衍射光栅34的出射光L1(激光)的频率频移。振动元件30具有第一振动臂302以及第二振动臂303作为沿A轴方向(第一方向)进行弯曲振动的振动部。衍射光栅34配置于第一振动臂302以及第二振动臂303，包括沿A轴方向并列设置的多个槽32。

根据这样的构成，通过振动元件30的面内弯曲振动，能够使衍射光栅34沿A轴方向往复振动。衍射光栅34具有在与A轴方向交叉的方向上延伸的直线状的多个槽32。即，多个槽32沿A轴方向排列。由此，能够使衍射光栅34的往复振动与入射到衍射光栅34的出射光L1的频率相互作用。而且，振动元件30的面内弯曲振动与厚度剪切振动相比，共振频率(固有振动频率)低。即，可以实现能够对入射的激光重叠低频的调制信号的光调制器12。因此，在检测调制后的光，由具有模拟-数字转换器(ADC)、CPU、FPGA这样的处理器的处理电路对包含的信号进行处理时，能够降低ADC的采用位数、处理器的处理性能。其结果，能够实现包括光调制器12的装置的低成本化。

此外，振动元件30的面内弯曲振动与厚度剪切振动相比，振动位移大。因此，通过利用面内弯曲振动，能够确保衍射光栅34的往复振动的振幅更大。其结果，能够容易地提高调制后的光中包含的调制信号的相位偏移B。

此外，优选振动元件30具备基部301，以及前述的振动部包括沿A轴方向(第一方向)排列配置的，并且与基部301连接的第一振动臂302以及第二振动臂303。此外，优选第一振动臂302以及第二振动臂303沿A轴方向弯曲振动、以及衍射光栅34配置于第一振动臂302以及第二振动臂303的至少一方。

根据这样的构成，由于第一振动臂302以及第二振动臂303足够长，因此越靠近前端位移越大。因此，在第一振动臂302以及第二振动臂303在该面内弯曲振动模式下振动时，可以得到比厚度剪切振动大的位移振幅。因此，通过在各振动臂的侧面配置衍射光栅34，在A轴方向振动的衍射光栅34能够对入射的出射光L1的频率产生较大的相互作用。

此外，第一振动臂302以及第二振动臂303包括：位于基端侧的第一振动部分302a、303a、位于比第一振动部分302a、303a靠前端侧，宽度比第一振动部分302a、303a宽的第二振动部分302b、303b，衍射光栅34优选配置于第二振动部分302b、303b。

根据这样的构成，能够配置更大的衍射光栅34。此外，能够在维持衍射光栅34的大小的同时，实现振动元件30的小型化。其结果，对衍射光栅34的位置偏移的容许性变大，因此能够提高光调制器12的组装容易性。

此外，光调制器12具备具有收纳振动元件30以及衍射光栅34的收纳部的容器70(框体)，收纳部优选被减压。

由此，能够减少振动元件30的面内振动中的空气阻力。因此，能够提高收纳在收纳部的振动元件30的振动效率，实现振动的稳定化。此外，能够抑制衍射光栅34的经时劣化，良好地维持衍射效率。其结果，能够进一步提高调制信号的S/N比。

此外，容器70(框体)优选具有激光透过的盖74或透过窗75。

由此，在维持容器70的气密性的同时，能够在收纳部和外部进行激光的入射和出射。此外，在容器70中，对容器主体72的构成材料，能够重视气密性、绝缘性等而自由地选择。因此，能够实现更长期可靠性优异的光调制器12。

此外，透过窗75的表面优选呈曲面形状。由此，透过窗75不仅具有透过出射光L1以及参照光L2的功能，还能够赋予调整这些光的行进方向的功能。由此，可以缩小激光入射到衍射光栅34的范围，实现干涉光学系统50的小型化，并且可以使透过窗75代替准直透镜3的功能，减少干涉光学系统50的部件数量。

此外，透过窗75优选具有相对于出射光L1(入射的激光)的入射方向倾斜的入射面711。

根据这样的构成，即使在透过窗75的入射面711反射出射光L1而产生反射光L4，也能够降低入射到受光元件10、激光光源2的概率。反射光L4在入射到受光元件10的情况下，成为使受光信号的S/N比降低的原因。此外，在反射光L4入射到激光光源2的情况下，激光光源2中的激光振荡可能变得不稳定。因此，通过使用以倾斜的姿态设置的透过窗75，能够抑制受光信号的S/N比的降低，并且能够抑制激光振荡的不稳定化。

此外，振动元件30优选为水晶振动子、硅振动子或陶瓷振动子。

由于这些振动子是利用了共振现象的振动子，因此Q值高，能够容易地实现固有振动频率的稳定化。由此，能够提高调制信号的S/N比，并且能够提高基准信号Ss的精度。由此，能够以高的S/N比对来自对象物14的采样信号进行解调，能够实现可以更高精度地测量对象物14的速度、位移的激光干涉仪1。

此外，所述实施方式涉及的激光干涉仪1具备：激光光源2、所述实施方式涉及的光调制器12、受光元件10、解调电路52、以及振荡电路54。激光光源2向对象物14射出激光。光调制器12照射激光，使调制信号与激光重叠。受光元件10接收包括来自对象物14的采样信号以及调制信号的激光，并输出受光信号。解调电路52基于基准信号Ss，从受光信号解调采样信号。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。

根据这样的构成，通过振动元件30的面内弯曲振动，能够使衍射光栅34沿A轴方向往复振动。由此，能够使衍射光栅34的往复振动与入射到衍射光栅34的出射光L1的频率相互作用。而且，振动元件30的面内弯曲振动与厚度剪切振动相比，共振频率(固有振动频率)低。因此，在检测调制后的光，由具有模拟-数字转换器(ADC)、CPU、FPGA这样的处理器的处理电路对包含的信号进行处理时，能够降低ADC的采用位数、处理器的处理性能。其结果，能够实现激光干涉仪1的低成本化。

此外，振动元件30的面内弯曲振动与厚度剪切振动相比，振动位移大。因此，通过利用面内弯曲振动，能够容易地提高调制信号的相位偏移B。由此，能够提高受光信号的S/N比，最终能够实现位移、速度等的测量精度高，并且抗干扰性优异的激光干涉仪1。

此外，由于振动元件30成为振荡电路54的信号源，因此能够使调制信号的温度特性以及基准信号Ss的温度特性分别与振动元件30的温度特性对应。由于调制信号以及基准信号Ss都由解调电路52实时进行处理，因此随着温度变化的调制信号的变动的行为与基准信号Ss的变动的行为一致或近似。因此，即使振动元件30的温度变化，也能够抑制对解调精度的影响，能够提高来自对象物14的采样信号的解调精度。由此，能够实现抗干扰性优异的激光干涉仪1。

此外，衍射光栅34优选为闪耀衍射光栅。而且，光调制器12优选以闪耀衍射光栅为利特罗配置的方式配置。

根据这样的构成，能够特别提高以与入射的出射光L1相同的路径出射的参照光L2的衍射效率。由此，能够提高参照光L2中包含的调制信号的S/N比。此外，出射光L1的进入方向与参照光L2的行进方向所成的角度为180°，光分割器4的有效直径小即可，因此容易实现光分割器4的小型化。

以上，基于图示的实施方式以及其变形例对本发明涉及的光调制器以及激光干涉仪进行了说明，但本发明涉及的光调制器以及激光干涉仪并不限于所述实施方式及其变形例，各部分的构成可以置换为具有同样的功能的任意的构成。此外，在所述实施方式及其变形例涉及的光调制器以及激光干涉仪也可以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、速度计之外，例如，也可以应用于振动计、倾斜计、以及距离计(测长器)等。此外，作为本发明涉及的激光干涉仪的用途，可以举出能够进行距离测量、3D成像、分光等的光梳干涉测量技术、实现角速度传感器、角加速度传感器等的光纤陀螺仪。

此外，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，能够容易地实现光学系统的小型化以及轻量化，并且能够提高组装容易性。

此外，所述实施方式以及其变形例具有所谓的迈克尔逊型干涉光学系统，但本发明涉及的激光干涉仪也可以应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。

Claims (10)

1.一种光调制器，其特征在于，具备：

振动元件，具有沿第一方向弯曲振动的振动部；以及

衍射光栅，配置于所述振动部，并包括沿所述第一方向并列设置的多个槽，

所述光调制器使入射到所述衍射光栅的激光的频率频移。

2.根据权利要求1所述的光调制器，其特征在于，

所述振动元件具备基部，

所述振动部包括沿所述第一方向排列配置并且与所述基部连接的第一振动臂以及第二振动臂，

所述第一振动臂以及所述第二振动臂沿所述第一方向弯曲振动，

所述衍射光栅配置于所述第一振动臂以及所述第二振动臂中的至少一方。

3.根据权利要求2所述的光调制器，其特征在于，

所述第一振动臂以及所述第二振动臂包括：位于基端侧的第一振动部分、位于比所述第一振动部分更靠前端侧的位置且宽度比所述第一振动部分宽的第二振动部分，

所述衍射光栅配置于所述第二振动部分。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的光调制器，其特征在于，

所述光调制器具备框体，所述框体具有收纳所述振动元件以及所述衍射光栅的收纳部，

所述收纳部被减压。

5.根据权利要求4所述的光调制器，其特征在于，

所述框体具有供所述激光透过的盖或透过窗。

6.根据权利要求5所述的光调制器，其特征在于，

所述透过窗的表面形成曲面形状。

7.根据权利要求5所述的光调制器，其特征在于，

所述透过窗具有相对于入射的所述激光的入射方向倾斜的入射面。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的光调制器，其特征在于，

所述振动元件为水晶振动子、硅振动子或陶瓷振动子。

9.一种激光干涉仪，其特征在于，具备：

激光光源，向对象物射出激光；

权利要求1至3中任一项所述的光调制器，照射所述激光，使调制信号与所述激光重叠；

受光元件，接收包括来自所述对象物的采样信号以及所述调制信号的所述激光，并输出受光信号；

解调电路，基于基准信号，从所述受光信号解调所述采样信号；以及

振荡电路，将所述振动元件作为信号源进行动作，向所述解调电路输出所述基准信号。

10.根据权利要求9所述的激光干涉仪，其特征在于，

所述衍射光栅为闪耀衍射光栅，

所述光调制器被配置为使所述闪耀衍射光栅为利特罗配置。