JP2022131026A

JP2022131026A - レーザー干渉計

Info

Publication number: JP2022131026A
Application number: JP2021029749A
Authority: JP
Inventors: 耕平山田; Kohei Yamada
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2021-02-26
Filing date: 2021-02-26
Publication date: 2022-09-07
Also published as: US20220276098A1; CN114964352B; CN114964352A

Abstract

【課題】受光信号から測定対象物に由来する情報を復調するときの復調精度が高いレーザー干渉計を提供する。【解決手段】第１レーザー光Ｌ１を射出する光源２と、振動素子３０を備え、振動素子を用いて第１レーザー光を周波数の異なる第２レーザー光Ｌ２に変調する光変調器１２と、第１レーザー光が進行する第１光路に配置され、第１レーザー光の進行方向を第１光路と、第１光路とは異なる第２光路と、の間で切り替える光路切替部１５３と、第２光路に沿って移動し、第２光路を進行する第１レーザー光を反射する光反射面を有する光反射体１７と、第１レーザー光が測定対象物で１４反射して生成された第３レーザー光Ｌ３と、第２レーザー光と、の第１干渉光、および、第１レーザー光が光反射面で反射して生成された第４レーザー光Ｌ４と、第２レーザー光と、の第２干渉光、を受光して受光信号を出力する受光素子１０と、を備えるレーザー干渉計１。【選択図】図２

Description

本発明は、レーザー干渉計に関するものである。

特許文献１には、物体の振動速度を測定する装置として、物体に対してレーザー光を照射し、ドップラーシフトを受けた散乱レーザー光に基づいて、振動速度を計測するレーザー振動計が開示されている。このレーザー振動計では、光ヘテロダイン干渉法を用いることにより、散乱レーザー光に含まれたドップラー信号を取り出す。

また、特許文献１に記載のレーザー振動計では、電圧を変えることで振動周波数が可変となるピエゾ素子または水晶振動子が用いられており、これらの振動素子にレーザー光を照射することにより、周波数をシフトさせる。このようにして周波数がシフトしたレーザー光を参照光として用いることにより、散乱レーザー光からドップラー信号を復調している。このようにして得られたドップラー信号を用いることにより、物体の振動速度を計測することができる。

一方、特許文献２には、光変調器に正弦波信号を印加し、光ビームに対して周波数が正弦波状に遷移する参照光ビームと、光ビームを物体に照射して得られる反射光ビームと、を光検出素子で受光するとともに、受光信号に対して演算処理を行うことが開示されている。そして、参照光ビームの周波数が時間に応じて遷移する場合でも、物体由来の信号（うなり信号）が得られること、および、このうなり信号をＦＭ復調回路に通すことにより、物体の変位および振動速度が得られること、が開示されている。

特開２００７－２８５８９８号公報特開平２－３８８８９号公報

特許文献２に記載の方法では、受光信号を２つに分岐し、別々の演算処理を加えた後、加算することによって信号の不要項を消去し、最終的にうなり信号を取り出す復調処理が行われる。しかしながら、物体の振動状態が所定の条件を満たさない場合、うなり信号を精度よく復調することができず、物体の変位や振動速度を精度よく求めることができないという課題がある。

本発明の適用例に係るレーザー干渉計は、
第１レーザー光を射出する光源と、
振動素子を備え、前記振動素子を用いて前記第１レーザー光を周波数の異なる第２レーザー光に変調する光変調器と、
前記第１レーザー光が進行する第１光路に配置され、前記第１レーザー光の進行方向を前記第１光路と、前記第１光路とは異なる第２光路と、の間で切り替える光路切替部と、
前記第２光路に沿って移動し、前記第２光路を進行する前記第１レーザー光を反射する光反射面を有する光反射体と、
前記第１レーザー光が測定対象物で反射して生成された第３レーザー光と、前記第２レーザー光と、の第１干渉光、および、前記第１レーザー光が前記光反射面で反射して生成された第４レーザー光と、前記第２レーザー光と、の第２干渉光、を受光して受光信号を出力する受光素子と、
を備えることを特徴とする。

実施形態に係るレーザー干渉計を示す機能ブロック図である。図１に示すセンサーヘッド部を示す概略構成図である。図２に示す光変調器の第１構成例を示す斜視図である。光変調器の第２構成例の一部を示す平面図である。光変調器の第３構成例を示す平面図である。振動素子の表面に対して垂直な方向から入射光Ｋ_ｉが入射したとき、複数の回折光が発生することを説明する概念図である。入射光Ｋ_ｉの進行方向と参照光Ｌ２の進行方向とのなす角度が１８０°となるように構成された光変調器を説明する概念図である。入射光Ｋ_ｉの進行方向と参照光Ｌ２の進行方向とのなす角度が１８０°となるように構成された光変調器を説明する概念図である。入射光Ｋ_ｉの進行方向と参照光Ｌ２の進行方向とのなす角度が１８０°となるように構成された光変調器を説明する概念図である。パッケージ構造を有する光変調器を示す断面図である。一段インバーター発振回路の構成を示す回路図である。振動素子のＬＣＲ等価回路の例である。標準サンプルの一例を示す概念図である。標準サンプルの一例を示す概念図である。標準サンプルの一例を示す概念図である。標準サンプルの一例を示す概念図である。信号波形検出器に入力された信号が、正しいＡＧＣ係数を用いた振幅の調整を経て生成された信号であるか、または、不適なＡＧＣ係数を用いた振幅の調整を経て生成された信号であるか、を区別するための波形の一例である。位相波形検出器に入力された位相が、正しいＡＧＣ係数を用いた振幅の調整を経て算出された位相であるか、または、不適なＡＧＣ係数を用いた振幅の調整を経て算出された位相であるか、を区別するための波形の一例である。制御部による各部の制御を説明するためのフローチャートである。第１変形例に係るレーザー干渉計が備える復調回路を示す機能ブロック図である。標準サンプル信号を含む受光信号の波形の一例を示す図である。最大ＡＣ成分幅／最大ＤＣ成分幅の比と、Ｂ値と、の間に成り立つ相関関係を示すグラフの一例である。図２０に示す制御部による各部の制御を説明するためのフローチャートである。第２変形例に係るレーザー干渉計が備える復調回路を示す機能ブロック図である。第３変形例に係るレーザー干渉計が備える光学系の実装構造を示す概略構成図である。第４変形例に係るレーザー干渉計が備える光学系の実装構造を示す概略構成図である。

以下、本発明のレーザー干渉計を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、実施形態に係るレーザー干渉計を示す機能ブロック図である。

図１に示すレーザー干渉計１は、光学系５０および発振回路５４を備えるセンサーヘッド部５１と、光学系５０からの受光信号が入力される復調回路５２と、制御部５７と、を有する。

１．センサーヘッド部
図２は、図１に示すセンサーヘッド部５１を示す概略構成図である。

センサーヘッド部５１は、前述したように、光学系５０を備える。
光学系５０は、図２に示すように、光源２と、偏光ビームスプリッター４と、１／４波長板６と、１／４波長板８と、検光子９と、受光素子１０と、周波数シフター型の光変調器１２と、光路切替部１５と、被測定物１４が配置されたセット部１６と、標準サンプル１７と、を備える。

光源２は、所定の波長の出射光Ｌ１（第１レーザー光）を射出する。受光素子１０は、受けた光を電気信号に変換する。光変調器１２は、振動素子３０を備えており、出射光Ｌ１を変調し、変調信号を含む参照光Ｌ２（第２レーザー光）を生成する。セット部１６は、必要に応じて設けられればよいが、被測定物１４を配置することができるようになっている。被測定物１４に入射した出射光Ｌ１は、被測定物１４に由来するサンプル信号を含む物体光Ｌ３（第３レーザー光）として反射する。

光源２から射出される出射光Ｌ１の光路を、光路１８とする。光路１８は、偏光ビームスプリッター４の反射により、光路２０に結合される。光路２０上には、偏光ビームスプリッター４側から１／４波長板８および光変調器１２がこの順で配置されている。また、光路１８は、偏光ビームスプリッター４の透過により、光路２２に結合される。光路２２上には、偏光ビームスプリッター４側から１／４波長板６、光路切替部１５およびセット部１６がこの順で配置されている。

光路２０は、偏光ビームスプリッター４の透過により、光路２４に結合される。光路２４上には、偏光ビームスプリッター４側から検光子９および受光素子１０がこの順で配置されている。

光源２から射出された出射光Ｌ１は、光路１８および光路２０を経て、光変調器１２に入射する。また、出射光Ｌ１は、光路１８および光路２２を経て、被測定物１４に入射する。光変調器１２で生成された参照光Ｌ２は、光路２０および光路２４を経て、受光素子１０に入射する。被測定物１４での反射により生成された物体光Ｌ３は、光路２２および光路２４を経て、受光素子１０に入射する。

光路２３は、光路切替部１５と標準サンプル１７との間の光路である。光路切替部１５で出射光Ｌ１の進行方向が光路２３に変更されると、出射光Ｌ１は、標準サンプル１７で反射し、標準物体光Ｌ４として光路切替部１５に戻る。その後、標準物体光Ｌ４は、光路２２および光路２４を経て、受光素子１０に入射する。

以下、光学系５０の各部についてさらに説明する。
１．１．光源
光源２は、可干渉性を有する線幅の細い出射光Ｌ１を射出するレーザー光源である。線幅を周波数差で表すと、線幅がＭＨｚ帯以下のレーザー光源が好ましく用いられる。具体的には、ＨｅＮｅレーザーのようなガスレーザー、ＤＦＢ－ＬＤ（Distributed feedback - laser diode）、ＦＢＧ－ＬＤ（Fiber bragg Grating付き laser diode）、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）のような半導体レーザー素子等が挙げられる。

光源２は、特に半導体レーザー素子を含むことが好ましい。これにより、光源２を特に小型化することが可能になる。このため、レーザー干渉計１の小型化を図ることができる。特に、レーザー干渉計１のうち、光学系５０が収容されるセンサーヘッド部５１の小型化および軽量化が図られるため、レーザー干渉計１の操作性を高められる点でも有用である。

１．２．偏光ビームスプリッター
偏光ビームスプリッター４は、入射光を透過光と反射光とに分割する光学素子である。また、偏光ビームスプリッター４は、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射させる機能を有する。以下、直線偏光であって、Ｐ偏光とＳ偏光の比を例えば５０：５０にした出射光Ｌ１を、偏光ビームスプリッター４に入射する場合を考える。

偏光ビームスプリッター４では、前述したように、出射光Ｌ１のＳ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過させる。

偏光ビームスプリッター４で反射した出射光Ｌ１のＳ偏光は、１／４波長板８で円偏光に変換され、光変調器１２に入射する。光変調器１２に入射した出射光Ｌ１の円偏光は、ｆ_ｍ［Ｈｚ］の周波数シフトを受け、参照光Ｌ２として反射する。したがって、参照光Ｌ２は、変調周波数ｆ_ｍ［Ｈｚ］の変調信号を含む。参照光Ｌ２は、再び１／４波長板８を透過するときＰ偏光に変換される。参照光Ｌ２のＰ偏光は、偏光ビームスプリッター４および検光子９を透過して受光素子１０に入射する。

偏光ビームスプリッター４を透過した出射光Ｌ１のＰ偏光は、１／４波長板６で円偏光に変換され、動いている状態の被測定物１４に入射する。被測定物１４に入射した出射光Ｌ１の円偏光は、ｆ_ｄ［Ｈｚ］のドップラーシフトを受け、物体光Ｌ３として反射する。したがって、物体光Ｌ３は、周波数ｆ_ｄ［Ｈｚ］のサンプル信号を含む。物体光Ｌ３は、光路切替部１５を介して、再び１／４波長板６を透過するときＳ偏光に変換される。物体光Ｌ３のＳ偏光は、偏光ビームスプリッター４で反射され、検光子９を透過して受光素子１０に入射する。

前述したように、出射光Ｌ１は可干渉性を有しているため、参照光Ｌ２および物体光Ｌ３は、第１干渉光として受光素子１０に入射する。

なお、偏光ビームスプリッターに代えて無偏光ビームスプリッターを用いるようにしてもよい。この場合、１／４波長板６および１／４波長板８が不要となるため、部品点数の削減によるレーザー干渉計１の小型化を図ることができる。

１．３．検光子
互いに直交するＳ偏光およびＰ偏光は、互いに独立しているので、単純に重ね合わせただけでは干渉が現れない。そこで、Ｓ偏光とＰ偏光を重ね合わせた光波を、Ｓ偏光およびＰ偏光の双方に対して４５°傾けた検光子９に通す。検光子９を用いることにより、互いに共通した成分同士の光を透過させ、干渉を生じさせることができる。その結果、検光子９では、参照光Ｌ２と物体光Ｌ３とが干渉し、ｆ_ｍ－ｆ_ｄ［Ｈｚ］の周波数を持つ第１干渉光が生成される。

１．４．受光素子
参照光Ｌ２および物体光Ｌ３は、偏光ビームスプリッター４および検光子９を介して受光素子１０に入射する。これにより、参照光Ｌ２と物体光Ｌ３とが光ヘテロダイン干渉し、ｆ_ｍ－ｆ_ｄ［Ｈｚ］の周波数を持つ第１干渉光が受光素子１０に入射する。この第１干渉光から後述する方法でサンプル信号を復調することにより、最終的に、被測定物１４の動き、すなわち振動速度や変位を求めることができる。受光素子１０としては、例えばフォトダイオード等が挙げられる。

１．５．光変調器
図３は、図２に示す光変調器１２の第１構成例を示す斜視図である。

１．５．１．光変調器の第１構成例の概要
周波数シフター型の光変調器１２は、光変調振動子１２０を有している。図３に示す光変調振動子１２０は、板形状の振動素子３０と、振動素子３０を支持する基板３１と、を備えている。

振動素子３０は、電位を加えることにより、面に沿う方向に歪むように振動するモードを繰り返す材料で構成されている。本構成例では、振動素子３０は、ＭＨｚ帯の高周波領域で、振動方向３６に沿って厚みすべり振動する水晶ＡＴ振動子である。振動素子３０の表面には、回折格子３４が形成されている。回折格子３４は、直線状の複数の溝３２が周期的に並んでなる構造を有している。

基板３１は、互いに表裏の関係を有する表面３１１および裏面３１２を有している。表面３１１には、振動素子３０が配置されている。また、表面３１１には、振動素子３０に電位を加えるためのパッド３３が設けられている。一方、裏面３１２にも、振動素子３０に電位を加えるためのパッド３５が設けられている。

基板３１の大きさは、例えば、長辺が０．５ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下程度とされる。また、基板３１の厚さは、例えば、０．１０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下程度とされる。一例として、基板３１の形状は、１辺が１．６ｍｍの正方形とされ、その厚さは０．３５ｍｍとされる。

振動素子３０の大きさは、例えば、長辺が０．２ｍｍ以上３．０ｍｍ以下程度とされる。また、振動素子３０の厚さは、例えば、０．００３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下程度とされる。

一例として、振動素子３０の形状は、１辺が１．０ｍｍの正方形とされ、その厚さ０．０７ｍｍとされる。この場合、振動素子３０は、基本発振周波数２４ＭＨｚで発振する。なお、振動素子３０の厚さを変えたり、オーバートーンまで考慮したりすることにより、発振周波数を１ＭＨｚから１ＧＨｚの範囲で調整することが可能である。

なお、図３では、回折格子３４が振動素子３０の表面全体に形成されているが、一部にのみ形成されていてもよい。

光変調器１２による光変調の強さは、光変調器１２に入射する出射光Ｌ１の波数ベクトルと光変調器１２から出射する参照光Ｌ２の波数ベクトルとの差分波数ベクトルと、振動素子３０の振動方向３６のベクトルとの内積で与えられる。本構成例では、振動素子３０が厚みすべり振動するが、この振動は面内振動であることから、振動素子３０単体の表面に対して垂直に光を入射しても、光変調はできない。そこで、本構成例では、振動素子３０に回折格子３４を設けることにより、後述する原理によって光変調を可能にしている。

図３に示す回折格子３４は、ブレーズド回折格子である。ブレーズド回折格子は、回折格子の断面形状が階段状になっているものをいう。回折格子３４の直線状の溝３２は、その延在方向が振動方向３６に対して直交するように設けられている。

図１に示す発振回路５４から図３に示す振動素子３０に駆動信号Ｓｄを供給する（交流電圧を印加する）と、振動素子３０が発振する。振動素子３０の発振に必要な電力（駆動パワー）は、特に限定されないが、０．１μＷ～１００ｍＷ程度と小さい。このため、発振回路５４から出力した駆動信号Ｓｄを増幅することなく、振動素子３０を発振させるために用いることができる。

また、従来の光変調器は、光変調器の温度を維持する構造が必要なため、体積を小さくすることが難しい。また、光変調器の消費電力が大きいため、レーザー干渉計の小型化および省電力化が困難であるという課題を有している。これに対し、本構成例では、振動素子３０の体積が非常に小さく、発振に要する電力も小さいため、レーザー干渉計１の小型化および省電力化が容易である。

１．５．２．回折格子の形成方法
回折格子３４の形成方法は、特に限定されないが、一例として、機械刻線式（ルーリングエンジン）を用いた方法で型を作り、水晶ＡＴ振動子の振動素子３０の表面に成膜した電極上に、ナノインプリント法で溝３２を形成する方法が挙げられる。ここで、電極上としたのは、水晶ＡＴ振動子の場合は、原理上、電極上で高品質な厚みすべり振動を発生させることができるためである。なお、溝３２を形成するのは、電極上に限定されず、非電極部の材料の表面上であってもよい。また、ナノインプリント法に代えて、露光およびエッチングによる加工方法、電子線描画リソグラフィー法、集束イオンビーム加工法（ＦＩＢ）等を用いるようにしてもよい。

また、水晶ＡＴ振動子のチップ上にレジスト材料で回折格子を形成し、そこに、金属膜や誘電体多層膜によるミラー膜を設けるようにしてもよい。金属膜やミラー膜を設けることにより、回折格子３４の反射率を高めることができる。

さらに、水晶ＡＴ振動子のチップやウエハー上にレジスト膜を形成し、エッチングによって加工を施した後、レジスト膜を除去し、その後、加工面に金属膜やミラー膜を形成するようにしてもよい。この場合、レジスト材料が除去されるため、レジスト材料の吸湿等による影響がなくなり、回折格子３４の化学的安定性を高めることができる。また、Ａｕ、Ａｌのような導電性の高い金属膜を設けることにより、振動素子３０を駆動する電極としても用いることができる。

なお、回折格子３４は、陽極酸化アルミナ（ポーラスアルミナ）のような技術を用いて形成されてもよい。

１．５．３．光変調器の他の構成例
振動素子３０は、水晶振動子に限定されず、例えば、Ｓｉ振動子、弾性表面波（ＳＡＷ）デバイス等であってもよい。

図４は、光変調器１２の第２構成例の一部を示す平面図である。図５は、光変調器１２の第３構成例を示す平面図である。

図４に示す振動素子３０Ａは、ＭＥＭＳ技術を用いて製造されたＳｉ振動子である。ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）は、微小電気機械システムのことである。

振動素子３０Ａは、隙間を介して同一平面上に隣り合う第１電極３０１および第２電極３０２と、第１電極３０１上に設けられた回折格子載置部３０３と、回折格子載置部３０３上に設けられた回折格子３４と、を備えている。第１電極３０１および第２電極３０２は、例えば、静電引力を駆動力として、図４の左右方向に、すなわち、図４に示す第１電極３０１と第２電極３０２とを結ぶ軸に沿って互いに接近と離間とを繰り返すように振動する。これにより、回折格子３４に面内振動を与えることができる。Ｓｉ振動子の発振周波数は、例えば１ｋＨｚから数１００ＭＨｚ程度である。

図５に示す振動素子３０Ｂは、表面波を利用するＳＡＷデバイスである。ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）は、弾性表面波のことである。

振動素子３０Ｂは、圧電基板３０５と、圧電基板３０５上に設けられた櫛歯状電極３０６と、接地電極３０７と、回折格子載置部３０３と、回折格子３４と、を備えている。櫛歯状電極３０６に交流電圧を印加すると、逆圧電効果により、弾性表面波が励振される。これにより、回折格子３４に面内振動を与えることができる。ＳＡＷデバイスの発振周波数は、例えば数１００ＭＨｚから数ＧＨｚ程度である。

以上のようなデバイスについても、回折格子３４を設けることにより、水晶ＡＴ振動子の場合と同様、後述する原理によって光変調が可能になる。

一方、振動素子３０が水晶振動子を有している場合、水晶が持つ極めて高いＱ値を利用して、高精度な変調信号を生成することができる。Ｑ値とは、共振のピークの鋭さを示す指標である。また、水晶振動子は、外乱にも影響を受けにくいという特長を持つ。したがって、水晶振動子を備える光変調器１２で変調された変調信号を用いることにより、被測定物１４に由来するサンプル信号を高精度に取得することができる。

１．５．４．振動素子による光変調
次に、振動素子３０を用いて光を変調する原理について説明する。

図６は、振動素子３０の表面に対して垂直な方向から入射光Ｋ_ｉが入射したとき、複数の回折光が発生することを説明する概念図である。

振動方向３６に沿って厚みすべり振動をしている回折格子３４に入射光Ｋ_ｉが入射すると、回折現象により、図６に示すように、複数の回折光Ｋ_ｎｓが発生する。ｎは、回折光Ｋ_ｎｓの次数であり、ｎ＝０、±１、±２、・・・である。なお、図６に示す回折格子３４には、図３に示すブレーズド回折格子ではなく、別の回折格子の例として、凹凸の繰り返しによる回折格子を図示している。また、図６では、回折光Ｋ_０ｓの図示を省略している。

図６では、入射光Ｋ_ｉが振動素子３０の表面に対して垂直な方向から入射しているが、この入射角は特に限定されず、振動素子３０の表面に対して斜めに入射するように入射角を設定するようにしてもよい。斜めに入射させた場合には、回折光Ｋ_ｎｓの進行方向もそれに対応して変化する。

なお、回折格子３４の設計によっては、│ｎ│≧２の高次の光は出現しないことがある。そこで、安定して変調信号を得るために、│ｎ│＝１に設定するのが望ましい。すなわち、図２のレーザー干渉計１において、周波数シフター型の光変調器１２は、±１次回折光が参照光Ｌ２として利用されるように配置されることが好ましい。この配置により、レーザー干渉計１による計測の安定化を実現することができる。

一方、回折格子３４から│ｎ│≧２の高次の光が出現している場合には、±１次回折光ではなく、±２次以上のいずれかの回折光が参照光Ｌ２として利用されるように、光変調器１２を配置するようにしてもよい。これにより、高次の回折光を利用することができるので、レーザー干渉計１の高周波化と小型化を実現することができる。

本実施形態では、一例として、光変調器１２に入射する入射光Ｋ_ｉの進入方向と光変調器１２から出射する参照光Ｌ２の進行方向とのなす角度が１８０°となるように、光変調器１２が構成されている。以下、３つの例について説明する。

図７ないし図９は、それぞれ、入射光Ｋ_ｉの進行方向と参照光Ｌ２の進行方向とのなす角度が１８０°となるように構成された光変調器１２を説明する概念図である。

図７では、光変調器１２が、振動素子３０に加えてミラー３７を備えている。ミラー３７は、回折光Ｋ_１ｓを反射して回折格子３４に戻すように配置されている。このとき、ミラー３７に対する回折光Ｋ_１ｓの入射角とミラー３７における反射角とのなす角度が１８０°になっている。この結果、ミラー３７から出射して回折格子３４に戻された回折光Ｋ_１ｓは、回折格子３４で再び回折し、光変調器１２に入射する入射光Ｋ_ｉの進行方向と反対の方向に進行することになる。このため、ミラー３７を追加することによって、前述した、入射光Ｋ_ｉの進入方向と参照光Ｌ２の進行方向とのなす角度が１８０°という条件を満たすことができる。

またこのようにミラー３７を経由させることで、光変調器１２で生成される参照光Ｌ２は、２回の周波数変調を受けたものとなる。したがって、ミラー３７を併用することにより、振動素子３０単体を用いた場合に比べて、より高周波の周波数変調が可能になる。

図８では、図６の配置に対し、振動素子３０を傾けている。このときの傾斜角度θは、前述した、入射光Ｋ_ｉの進入方向と参照光Ｌ２の進行方向とのなす角度が１８０°という条件を満たすように設定されている。

図９に示す回折格子３４は、ブレーズ角θ_Ｂを有するブレーズド回折格子である。そして、振動素子３０の表面の法線Ｎに対し、入射角βで進行する入射光Ｋ_ｉが回折格子３４に入射すると、法線Ｎに対してブレーズ角θ_Ｂと同じ角度で参照光Ｌ２が戻ることになる。したがって、入射角βをブレーズ角θ_Ｂと等しくすることで、前述した、入射光Ｋ_ｉの進入方向と参照光Ｌ２の進行方向とのなす角度が１８０°という条件を満たすことができる。この場合、図７に示すミラー３７を用いずに、また、図８に示すように振動素子３０自体を傾けることなく、前記条件を満たすことができるので、レーザー干渉計１のさらなる小型化および高周波化を図ることができる。特に、ブレーズド回折格子の場合には、前記条件を満たす配置を「リトロー配置」といい、回折光の回折効率を特に高めることができるという利点もある。

なお、図９のピッチＰは、ブレーズド回折格子のピッチを表しており、一例として、ピッチＰが１μｍとされる。また、ブレーズ角θ_Ｂは、２５°とされる。この場合、前記条件を満たすためには、入射光Ｋ_ｉの法線Ｎに対する入射角βも２５°にすればよい。

１．５．５．パッケージ構造
図１０は、パッケージ構造を有する光変調器１２を示す断面図である。

図１０に示す光変調器１２は、筐体である容器７０と、容器７０に収容されている光変調振動子１２０と、発振回路５４を構成する回路素子４５と、を備えている。なお、容器７０は、例えば、真空等の減圧雰囲気、または、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気に気密封止されている。

容器７０は、図１０に示すように、容器本体７２とリッド７４とを有している。このうち、容器本体７２は、その内部に設けられた第１凹部７２１と、第１凹部７２１の内側に設けられ、第１凹部７２１より深い第２凹部７２２と、を有している。容器本体７２は、例えば、セラミックス材料、樹脂材料等で構成されている。また、図示しないが、容器本体７２は、内面に設けられた内部端子、外面に設けられた外部端子、内部端子と外部端子とを接続する配線等を備えている。

また、容器本体７２の開口部は、図示しないシールリングや低融点ガラス等の封止部材を介して、リッド７４で塞がれている。リッド７４の構成材料には、レーザー光を透過可能な材料、例えばガラス材料等が用いられる。

第１凹部７２１の底面には、光変調振動子１２０が配置されている。光変調振動子１２０は、図示しない接合部材により、第１凹部７２１の底面に支持されている。また、容器本体７２の内部端子と光変調振動子１２０との間は、例えばボンディングワイヤー、接合金属等の図示しない導電材料を介して電気的に接続されている。

第２凹部７２２の底面には、回路素子４５が配置されている。回路素子４５は、ボンディングワイヤー７６を介して容器本体７２の内部端子と電気的に接続されている。これにより、光変調振動子１２０と回路素子４５との間も、容器本体７２が備える配線を介して電気的に接続される。なお、回路素子４５には、後述する発振回路５４以外の回路が設けられていてもよい。

このようなパッケージ構造を採用することにより、光変調振動子１２０と回路素子４５とを重ねることができるので、両者の物理的距離を近づけることができ、光変調振動子１２０と回路素子４５との間の配線長を短くすることができる。このため、駆動信号Ｓｄに外部からノイズが入ったり、反対に駆動信号Ｓｄがノイズ源になったりするのを抑制することができる。また、１つの容器７０で、光変調振動子１２０と回路素子４５の双方を外部環境から保護することができる。このため、センサーヘッド部５１の小型化を図りつつ、レーザー干渉計１の信頼性を高めることができる。

なお、容器７０の構造は、図示した構造に限定されず、例えば、光変調振動子１２０と回路素子４５とが、個別のパッケージ構造を有していてもよい。また、図示しないものの、容器７０には、発振回路５４を構成するその他の回路要素が収容されていてもよい。なお、容器７０は、必要に応じて設けられればよく、省略されていてもよい。

１．６．光路切替部
図２に示す光路切替部１５は、出射光Ｌ１が進行する光路を光路２２（第１光路）から光路２３（第２光路）に切り替える機能を有する。光路２２は、前述したように、偏光ビームスプリッター４とセット部１６とをつなぐ光路である。光路２３は、光路２２と交差する光路であって、光路切替部１５と標準サンプル１７とをつなぐ光路である。

光路切替部１５は、光路変更素子１５３と、駆動部１５５と、を備えている。光路変更素子１５３は、第１位置Ｐ１および第２位置Ｐ２に移動するように構成されている。図２では、光路変更素子１５３が第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との間を往復するように構成されているが、それ以外の位置にも移動するようになっていてもよい。光路変更素子１５３は、例えばレーザー光を反射して光路を変換するミラーである。図２では、光路変更素子１５３の光反射面を光路２２に対して傾けることにより、光路変更素子１５３が光路２２を伝搬する出射光Ｌ１の進行方向を光路２３に変更することができる。また、光路変更素子１５３は、光路２３を伝搬する標準物体光Ｌ４の進行方向を光路２２に変更することができる。

第１位置Ｐ１は、光路変更素子１５３が光路２２を横切る位置である。したがって、第１位置Ｐ１に配置された光路変更素子１５３は、出射光Ｌ１の進行方向を光路２３に変更することができる。

光路２３を伝搬する出射光Ｌ１は、標準サンプル１７に入射し、標準サンプル１７に由来する標準サンプル信号を含む標準物体光Ｌ４として反射する。標準物体光Ｌ４の進行方向は、光路変更素子１５３で光路２３から光路２２に変更される。そして、標準物体光Ｌ４は、１／４波長板６、偏光ビームスプリッター４および検光子９を経て受光素子１０で受光される。これにより、参照光Ｌ２および標準物体光Ｌ４は、第２干渉光として受光素子１０に入射する。

第２位置Ｐ２は、光路変更素子１５３が光路２２を横切らない位置である。したがって、第２位置Ｐ２に配置された光路変更素子１５３は、出射光Ｌ１の進行方向を変更しない。したがって、光路変更素子１５３が第２位置Ｐ２にあるとき、光路２２を伝搬する出射光Ｌ１は、被測定物１４に入射する。

駆動部１５５は、駆動力を発生させ、光路変更素子１５３を移動させる。また、光路変更素子１５３を目的とする位置で保持する。駆動部１５５としては、光路変更素子１５３を直線に沿って駆動するデバイスが用いられ、例えば、リニアステージ、電磁駆動アクチュエーター、ピエゾアクチュエーター等が挙げられる。なお、駆動部１５５は、光路変更素子１５３を回転軸まわりに回転させることで、第１位置Ｐ１および第２位置Ｐ２に移動させるデバイスであってもよい。かかるデバイスとしては、例えば、各種モーター等が挙げられる。

以上のように、光路切替部１５は、光路変更素子１５３と、駆動部１５５（光路変更素子駆動部）と、を備える。光路変更素子１５３は、第１位置Ｐ１および第２位置Ｐ２に移動する。駆動部１５５は、光路変更素子１５３を移動させる。第１位置Ｐ１は、光路変更素子１５３が、出射光Ｌ１（第１レーザー光）の進行方向を変更する位置である。第２位置Ｐ２は、光路変更素子１５３が、出射光Ｌ１の進行方向を変更しない位置である。

このような構成によれば、出射光Ｌ１を被測定物１４に入射させる光路２２を、簡単な構成で、標準サンプル１７に入射させる光路２３に切り替えることができる。このため、光路切替部１５によれば、ＡＧＣ係数記録モードと計測モードとを容易に切り替えることができる。また、レーザー干渉計１の小型化および軽量化を容易に図ることができる。

なお、光路変更素子１５３は、前述したようなミラーに限定されず、例えばレーザー光を遮蔽するシャッター部材であってもよい。この場合、光路切替部１５は、出射光Ｌ１を光路２２と光路２３とに分岐させる光分配器と、分岐後の光路２２または光路２３のいずれか一方を遮蔽するシャッター部材と、を備えている。光路変更素子１５３であるシャッター部材が光路２２を遮蔽する位置が、前述した第１位置Ｐ１に相当し、シャッター部材が光路２３を遮蔽する位置が、前述した第２位置Ｐ２に相当する。光分配器では、常時、出射光Ｌ１を光路２２と光路２３の双方に分配しているので、シャッター部材が第１位置Ｐ１にあるときは、出射光Ｌ１の進行方向が光路２３に変更され、シャッター部材が第２位置Ｐ２にあるときは、出射光Ｌ１の進行方向が変更されない。よって、光路切替部１５は、このようなシャッター部材を用いた構成であっても、上記と同様の機能が実現される。

また、シャッター部材は、光路２２または光路２３のいずれか一方を遮蔽する構成であってもよいが、光路２２を遮蔽する第１部材および光路２３を遮蔽する第２部材を備える構成であってもよい。後者の場合も、第１部材の作動と第２部材の作動とを連動させることにより、上記と同様の機能が実現される。

２．制御部
制御部５７は、光路切替部１５の動作および復調回路５２の動作を制御する。

具体的には、制御部５７は、復調回路５２の動作状況に応じて、光路切替部１５の動作を制御する。復調回路５２は、後述するＡＧＣ係数記録モードおよび計測モードという２つの動作モードで動作する。制御部５７は、この動作モードに応じて、光路切替部１５の動作を切り替える。

制御部５７のハードウェア構成は、図示しないが、例えば、内部バスで互いに接続されたプロセッサー、メモリーおよび外部インターフェース等を備える。メモリーに記憶されているプログラムをプロセッサーが読み出して実行することにより、例えば、ＡＧＣ係数記録モードと計測モードとの切り替え制御等、制御部５７による各種制御が実現される。

また、図１に示すレーザー干渉計１は、制御部５７と接続されている表示部５８を備えている。制御部５７は、表示部５８の表示動作を制御する。これにより、復調回路５２の出力結果、エラー内容、報知内容等を表示部５８に表示し、ユーザーに知らせることができる。表示部５８としては、例えば液晶表示装置等が挙げられる。

３．発振回路
図１に示すように、発振回路５４は、光学系５０の光変調器１２に入力される駆動信号Ｓｄを出力する。また、発振回路５４は、復調回路５２に入力される基準信号Ｓｓを出力する。

発振回路５４には、振動素子３０を発振可能な回路であれば、特に限定されず、様々な構成の回路が用いられる。図１１は、回路構成の一例として、一段インバーター発振回路の構成を示す回路図である。

図１１に示す発振回路５４は、回路素子４５と、帰還抵抗Ｒｆと、第１制限抵抗Ｒ１と、第２制限抵抗Ｒ２と、第１コンデンサーＣｇと、第２コンデンサーＣｄと、第３コンデンサーＣ３と、を備えている。

回路素子４５は、インバーターＩＣである。回路素子４５の端子Ｘ１および端子Ｘ２は、それぞれインバーターに接続された端子である。端子ＧＮＤは、グランド電位に接続され、端子Ｖｃｃは、電源電位に接続される。端子Ｙは、発振出力用の端子である。

端子Ｘ１とグランド電位との間には、第１コンデンサーＣｇが接続されている。また、端子Ｘ２とグランド電位との間には、互いに直列に接続された第１制限抵抗Ｒ１および第２コンデンサーＣｄが、端子Ｘ２側からこの順で接続されている。さらに、端子Ｘ１と第１コンデンサーＣｇとの間には、帰還抵抗Ｒｆの一端が接続され、端子Ｘ２と第１制限抵抗Ｒ１との間には、帰還抵抗Ｒｆの他端が接続されている。

また、第１制限抵抗Ｒ１と第２コンデンサーＣｄとの間には、第２制限抵抗Ｒ２の一端が接続されている。さらに、第１コンデンサーＣｇおよび帰還抵抗Ｒｆと、第２制限抵抗Ｒ２の他端と、の間には、前述した振動素子３０が接続されている。つまり、振動素子３０が、発振回路５４の信号源となっている。

図１２は、振動素子３０のＬＣＲ等価回路の例である。
図１２に示すように、振動素子３０のＬＣＲ等価回路は、直列容量Ｃ_１、直列インダクタンスＬ_１、等価直列抵抗Ｒ_１、および並列容量Ｃ_０で構成されている。

図１１に示す発振回路５４では、第１コンデンサーＣｇの容量をＣ_ｇとし、第２コンデンサーＣｄの容量をＣ_ｄとするとき、負荷容量Ｃ_Ｌが以下の式（ａ）で与えられる。

そうすると、発振回路５４の端子Ｙから出力される発振周波数ｆ_ｏｓｃは、以下の式（ｂ）で与えられる。

ｆ_Ｑは、振動素子３０の固有振動数である。
上記式（ｂ）によれば、負荷容量Ｃ_Ｌを適宜変更することにより、端子Ｙから出力される信号の発振周波数ｆ_ｏｓｃを微調整し得ることがわかる。

また、振動素子３０の固有振動数ｆ_Ｑと、発振回路５４の発振周波数ｆ_ｏｓｃと、の差Δｆは、以下の式（ｃ）で与えられる。

ここで、Ｃ_１＜＜Ｃ_０、Ｃ_１＜＜Ｃ_Ｌであるので、Δｆは、近似的に以下の式（ｄ）で与えられる。

したがって、発振回路５４の発振周波数ｆ_ｏｓｃは、振動素子３０の固有振動数ｆ_Ｑに応じた値となる。

振動素子３０が例えば容器７０に固定されるとき、固定部を介して温度による膨張応力を受けると、固有振動数ｆ_Ｑが変動する。また、振動素子３０を傾けると、自重による重力等の影響を受けて、固有振動数ｆ_Ｑが変動する。

発振回路５４では、このような理由で固有振動数ｆ_Ｑが変動したとしても、上記式（ｄ）に基づいて、その変動に連動するように発振周波数ｆ_ｏｓｃが変化することになる。つまり、発振周波数ｆ_ｏｓｃは、常にΔｆだけ、固有振動数ｆ_Ｑからずれた値となる。これにより、振動素子３０は、変位振幅Ｌ_０を安定して得ることができる。変位振幅Ｌ_０を安定させることができれば、光変調器１２の変調特性を安定化させることができ、復調回路５２におけるサンプル信号の復調精度を高めることができる。

一例として、Δｆ＝ｆ_ｏｓｃ－ｆ_Ｑ≦６００［Ｈｚ］であるのが好ましく、２４０［Ｈｚ］≦Δｆ≦４５０［Ｈｚ］であるのがより好ましい。

なお、発振回路５４に代えて、例えばファンクションジェネレーターやシグナルジェネレーター等の信号生成器を用いてもよい。

４．復調回路
復調回路５２は、受光素子１０から出力された受光信号から、被測定物１４に由来するサンプル信号を復調する復調処理を行う。サンプル信号には、例えば位相情報および周波数情報が含まれている。そして、位相情報からは、被測定物１４の変位情報を取得することができ、周波数情報からは、被測定物１４の速度情報を取得することができる。このように異なる情報を取得することができれば、変位計や速度計としての機能を持たせられるため、レーザー干渉計１の高機能化を図ることができる。

復調回路５２は、変調処理の方式に応じて、その回路構成が設定される。本実施形態に係るレーザー干渉計１では、振動素子３０を備えた光変調器１２が用いられている。振動素子３０は、単振動する素子であるため、振動速度が刻々と変化する。このため、変調周波数も時間で変化することになり、従来の復調回路をそのまま用いることはできない。

従来の復調回路とは、音響光学変調器（ＡＯＭ）を用いて変調された変調信号を含む受光信号からサンプル信号を復調する回路を指す。音響光学変調器では、変調周波数が変化しない。このため、従来の復調回路は、変調周波数が変化しない光変調器で変調された変調信号を含む受光信号からサンプル信号を復調することはできるが、変調周波数が変化する光変調器１２で変調された変調信号を含む場合、そのままでは復調することはできない。

そこで、図１に示す復調回路５２は、前処理部５３と、復調処理部５５と、を備えている。受光素子１０から出力された受光信号は、まず、前処理部５３を通された後、復調処理部５５に導かれる。前処理部５３は、受光信号に前処理を施す。この前処理により、従来の復調回路で復調可能な信号が得られる。したがって、復調処理部５５では、公知の復調方式により、被測定物１４由来のサンプル信号を復調する。

４．１．前処理部
図１に示す前処理部５３は、第１バンドパスフィルター５３４と、第２バンドパスフィルター５３５と、第１遅延調整器５３６と、第２遅延調整器５３７と、乗算器５３８と、第３バンドパスフィルター５３９と、第１信号振幅検出器５４０と、第２信号振幅検出器５４１と、基準信号振幅検出器５４２と、ＡＧＣ部５４３と、Ｂ値算出器５４４と、和算器５４６と、信号波形検出器５４７と、を備えている。なお、ＡＧＣは、Auto Gain Controlである。

また、受光素子１０と前処理部５３との間には、受光素子１０側から電流電圧変換器５３１およびＡＤＣ５３２がこの順で接続されている。電流電圧変換器５３１は、トランスインピーダンスアンプであり、受光素子１０からの電流出力を電圧信号に変換する。ＡＤＣ５３２は、アナログ－デジタル変換器であり、所定のサンプリングビット数でアナログ信号をデジタル信号に変換する。

受光素子１０から出力された電流出力は、電流電圧変換器５３１で電圧信号に変換される。電圧信号は、ＡＤＣ５３２でデジタル信号に変換され、分岐部ｊｐ１で第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ２の２つに分割される。図１では、第１信号Ｓ１の経路を第１信号経路ｐｓ１とし、第２信号Ｓ２の経路を第２信号経路ｐｓ２とする。

さらに、発振回路５４と第２遅延調整器５３７との間には、ＡＤＣ５３３が接続されている。ＡＤＣ５３３は、アナログ－デジタル変換器であり、所定のサンプリングビット数でアナログ信号をデジタル信号に変換する。

第１バンドパスフィルター５３４、第２バンドパスフィルター５３５および第３バンドパスフィルター５３９は、それぞれ、特定の周波数帯の信号を選択的に透過させるフィルターである。

第１遅延調整器５３６および第２遅延調整器５３７は、それぞれ、信号の遅延を調整する回路である。乗算器５３８は、２つの入力信号の積に比例した出力信号を生成する回路である。

第１信号振幅検出器５４０は、第１遅延調整器５３６から出力された第１信号Ｓ１の振幅を検出する回路である。

第２信号振幅検出器５４１は、第３バンドパスフィルター５３９から出力された第２信号Ｓ２の振幅を検出する回路である。

基準信号振幅検出器５４２は、第２遅延調整器５３７から出力された基準信号Ｓｓの振幅を検出する回路である。

ＡＧＣ部５４３は、基準信号Ｓｓの振幅およびＡＧＣ係数に基づいて、第２信号Ｓ２の振幅を調整する。これにより、第１信号Ｓ１の振幅と第２信号Ｓ２の振幅とを揃えることができる。

Ｂ値算出器５４４は、ＡＧＣ係数の算出に用いたパラメーターから、Ｂ値を算出し、記録する。Ｂ値とは、後述するように、変調信号の位相偏移である。

和算器５４６は、２つの入力信号の和に比例した出力信号を生成する回路である。
信号波形検出器５４７は、和算器５４６から出力された信号の波形を検出し、検出結果を制御部５７に出力する回路である。

次に、第１信号Ｓ１、第２信号Ｓ２および基準信号Ｓｓの流れに沿って、前処理部５３の作動を説明する。

第１信号Ｓ１は、第１信号経路ｐｓ１上に配置された第１バンドパスフィルター５３４に通された後、第１遅延調整器５３６で群遅延が調整される。第１遅延調整器５３６で調整する群遅延は、後述する第２バンドパスフィルター５３５による第２信号Ｓ２の群遅延に相当する。この遅延調整によって、第１信号Ｓ１が通過する第１バンドパスフィルター５３４と、第２信号Ｓ２が通過する第２バンドパスフィルター５３５および第３バンドパスフィルター５３９と、の間でフィルター回路の通過に伴う遅延時間を揃えることができる。第１遅延調整器５３６を通過した第１信号Ｓ１は、２つに分割され、一方は第１信号振幅検出器５４０に入力され、他方は和算器５４６に入力される。第１信号振幅検出器５４０では、後述するＡＧＣ係数記録モードにおいて、第１信号Ｓ１の振幅Ｖ１を検出する。検出した振幅Ｖ１は、ＡＧＣ部５４３およびＢ値算出器５４４に入力される。

第２信号Ｓ２は、第２信号経路ｐｓ２上に配置された第２バンドパスフィルター５３５に通された後、乗算器５３８に入力される。乗算器５３８では、第２信号Ｓ２に対し、第２遅延調整器５３７から出力された基準信号Ｓｓが乗算される。具体的には、発振回路５４から出力されたｃｏｓ（ω_ｍｔ）で表される基準信号Ｓｓは、ＡＤＣ５３３でデジタル変換、第２遅延調整器５３７で位相の調整が行われ、乗算器５３８に出力される。ω_ｍは、光変調器１２による変調信号の角周波数であり、ｔは、時間である。その後、第２信号Ｓ２は、第３バンドパスフィルター５３９に通された後、２つに分割され、一方は第２信号振幅検出器５４１に入力され、他方はＡＧＣ部５４３に入力される。第２信号振幅検出器５４１では、後述するＡＧＣ係数記録モードにおいて、第２信号Ｓ２の振幅Ｖ２を検出する。検出した振幅Ｖ２は、ＡＧＣ部５４３およびＢ値算出器５４４に入力される。

基準信号Ｓｓは、ＡＤＣ５３３および第２遅延調整器５３７を経た後、基準信号振幅検出器５４２に入力される。基準信号振幅検出器５４２では、後述するＡＧＣ係数記録モードにおいて、基準信号Ｓｓの振幅Ｖｑを検出する。検出した振幅Ｖｑは、ＡＧＣ部５４３およびＢ値算出器５４４に入力される。

ＡＧＣ部５４３では、ＡＧＣ係数記録モードにおいて、第１信号Ｓ１の振幅Ｖ１、第２信号Ｓ２の振幅Ｖ２および基準信号Ｓｓの振幅Ｖｑに基づいて、ＡＧＣ係数を算出し、記録する。また、計測モードでは、ＡＧＣ部５４３が、記録しておいたＡＧＣ係数、新たに検出した第２信号Ｓ２の振幅および基準信号Ｓｓの振幅に基づいて、第２信号Ｓ２の振幅を調整する。そして、振幅調整後の第２信号Ｓ２は、和算器５４６に入力される。なお、本実施形態では、ＡＧＣ部５４３が第２信号Ｓ２の振幅のみを調整するよう構成されているが、ＡＧＣ部５４３は、第１信号Ｓ１の振幅のみを調整するよう構成されていてもよいし、双方の信号の振幅を調整するよう構成されていてもよい。また、第１信号経路ｐｓ１に第２信号Ｓ２を通過させ、第２信号経路ｐｓ２に第１信号Ｓ１を通過するように構成されていてもよい。

Ｂ値算出器５４４では、ＡＧＣ係数記録モードにおいて検出した第１信号Ｓ１の振幅Ｖ１、第２信号Ｓ２の振幅Ｖ２および基準信号Ｓｓの振幅Ｖｑに基づいて、Ｂ値を算出する。Ｂ値を算出することにより、光変調器１２の変位振幅を算出することができる。このため、Ｂ値をモニターすることにより、光変調器１２の変位振幅を継続して監視し、異常の有無を検出することができる。

和算器５４６では、第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ２の和に比例する出力信号が、復調処理部５５に出力される。

４．２．前処理部の基本原理
次に、前処理部５３における前処理の基本原理について説明する。なお、ここでいう基本原理とは、特開平２－３８８８９号公報に記載されている原理のことをいう。また、この基本原理では、変調信号として周波数が正弦波状に変化し、かつ被測定物の変位も光軸方向に単振動で変化している系について考える。ここで、Ｅ_ｍ、Ｅ_ｄ、φを、

としたとき、受光素子１０から出力される受光信号強度Ｉ_ＰＤは、理論的に次式で表される。

なお、Ｅ_ｍ、Ｅ_ｄ、φ_ｍ、φ_ｄ、φ、ω_ｍ、ω_ｄ、ω_０、ａ_ｍ、ａ_ｄは、それぞれ以下のとおりである。

また、式（４）中の＜＞は、時間平均を表している。
上記式（４）の第１項および第２項は、直流成分を表しており、第３項は、交流成分を表している。この交流成分をＩ_{ＰＤ．ＡＣ}とすると、Ｉ_{ＰＤ．ＡＣ}は次式のようになる。

ここで、次式のようなν次ベッセル関数が知られている。

上記式（５）を上記式（８）および式（９）のベッセル関数を使って級数展開すると、次のように変形できる。

ただし、Ｊ_０（Ｂ）、Ｊ_１（Ｂ）、Ｊ_２（Ｂ）、・・・は、それぞれベッセル係数である。

以上のように展開すると、理論的には、特定の次数に対応する帯域をバンドパスフィルターによって抽出することが可能であるといえる。

そこで、前述した前処理部５３では、この理論に基づいて、以下のフローで受光信号に前処理を行っている。

まず、前述したＡＤＣ５３２から出力された受光信号は、分岐部ｊｐ１で第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ２の２つに分割される。第１信号Ｓ１は、第１バンドパスフィルター５３４に通される。第１バンドパスフィルター５３４は、中心角周波数がω_ｍに設定されている。これにより、第１バンドパスフィルター５３４を通過後の第１信号Ｓ１は、次式で表される。

一方、第２信号Ｓ２は、第２バンドパスフィルター５３５に通される。第２バンドパスフィルター５３５の中心角周波数は、第１バンドパスフィルター５３４の中心角周波数とは異なる値に設定されている。ここでは、一例として、第２バンドパスフィルター５３５の中心角周波数が２ω_ｍに設定されている。これにより、第２バンドパスフィルター５３５通過後の第２信号Ｓ２は、次式で表される。

第２バンドパスフィルター５３５通過後の第２信号Ｓ２には、乗算器５３８で基準信号Ｓｓが乗算される。乗算後の第２信号Ｓ２は、次式で表される。

乗算器５３８通過後の第２信号Ｓ２は、第３バンドパスフィルター５３９に通される。第３バンドパスフィルター５３９の中心角周波数は、第１バンドパスフィルター５３４の中心角周波数と同じ値に設定されている。ここでは、一例として、第３バンドパスフィルター５３９の中心角周波数がω_ｍに設定されている。これにより、第３バンドパスフィルター５３９通過後の第２信号Ｓ２は、次式で表される。

その後、上記式（１１）で表される第１信号Ｓ１は、第１遅延調整器５３６で位相を調整される。

また、上記式（１４）で表される第２信号Ｓ２も、ＡＧＣ部５４３で振幅が調整され、第１信号Ｓ１の振幅に対して第２信号Ｓ２の振幅が揃えられる。

そして、第１信号Ｓ１および第２信号Ｓ２は、和算器５４６で和算される。和算結果は、次式で表される。

上記式（１５）のように、和算の結果、不要項が消え、必要項を取り出すことができる。この結果が復調処理部５５に出力される。

４．３．復調処理部の構成
復調処理部５５は、前処理部５３から出力された信号から被測定物１４に由来する情報を復調する復調処理を行う。復調処理としては、特に限定されないが、公知の直交検波法が挙げられる。直交検波法は、入力信号に対し、互いに直交する信号を外部から混合する操作を行うことにより、復調処理を施す方法である。

図１に示す復調処理部５５は、乗算器５５１と、乗算器５５２と、移相器５５３と、第１ローパスフィルター５５５と、第２ローパスフィルター５５６と、除算器５５７と、逆正接演算器５５８と、出力回路５５９と、位相波形検出器５６０と、を備えたデジタル回路である。

４．４．復調処理部による復調処理の原理
復調処理では、まず、前処理部５３から出力された信号を、２つに分割する。分割後の一方の信号に対し、乗算器５５１において、発振回路５４から出力した、ｃｏｓ（ω_ｍｔ）で表される基準信号Ｓｓを乗算する。分割後の他方の信号に対しては、乗算器５５２において、発振回路５４から出力した基準信号Ｓｓの位相を移相器５５３で－９０°シフトさせた、－ｓｉｎ（ω_ｍｔ）で表される信号を乗算する。基準信号Ｓｓ、および、基準信号Ｓｓの移動をシフトさせた信号は、互いに位相が９０°ずれた信号である。

乗算器５５１を通過した信号は、第１ローパスフィルター５５５を通され、その後、信号ｘとして除算器５５７に入力される。乗算器５５２を通過した信号は、第２ローパスフィルター５５６を通され、その後、信号ｙとして除算器５５７に入力される。除算器５５７では、信号ｙを信号ｘで除する除算を行い、その出力ｙ／ｘを逆正接演算器５５８に通して、出力ａｔａｎ（ｙ／ｘ）を求める。

その後、出力ａｔａｎ（ｙ／ｘ）を出力回路５５９に通すことにより、被測定物１４由来の情報として位相φ_ｄが求められる。出力回路５５９では、位相アンラップ処理により、隣り合う点に２πの位相飛びがある場合の位相接続を行う。復調処理部５５から出力された位相情報から、被測定物１４の変位情報を算出することができる。これにより、被測定物１４の変位を計測する変位計が実現される。また、変位情報から、速度情報を求めることができる。これにより、被測定物１４の速度を計測する速度計が実現される。

以上、復調処理部５５の回路構成について説明したが、上記のデジタル回路の回路構成は、一例であり、これに限定されない。また、復調処理部５５は、デジタル回路に限定されず、アナログ回路であってもよい。アナログ回路には、Ｆ／Ｖコンバーター回路やΔΣカウンター回路が含まれていてもよい。

また、上述した復調処理部５５の回路構成は、被測定物１４由来の周波数情報が求められるようになっていてもよい。周波数情報に基づいて、被測定物１４の速度情報を算出することができる。

４．５．復調可能条件
ここで、前述した前処理部５３の基本原理では、ＡＧＣ部５４３において、第１信号Ｓ１の振幅に対して第２信号Ｓ２の振幅が揃えられる。つまり、式（１１）に含まれる係数－２Ｊ_１（Ｂ）と、式（１４）に含まれる係数Ｊ_２（Ｂ）と、を揃えることが必要になる。これらの係数に含まれるＪ_１（Ｂ）、Ｊ_２（Ｂ）は、前述したベッセル係数であるが、このうちのＢ値は、前述したように、変調信号の位相偏移であり、具体的には、変調信号の周波数に対する変調信号のドップラー周波数偏移の比である。一方、式（１１）および式（１４）に含まれるＡ値は、サンプル信号の位相偏移であり、具体的には、サンプル信号の周波数に対するサンプル信号のドップラー周波数偏移の比である。Ｂ値は、光学系５０の設定によって決定され、設定が同じであれば原則として一定値となる。このような理由から、ＡＧＣ部５４３では、ＡＧＣ係数記録モードにおいて、第１信号Ｓ１の振幅Ｖ１、第２信号Ｓ２の振幅Ｖ２および基準信号Ｓｓの振幅Ｖｑに基づいて、Ｊ_１（Ｂ）とＪ_２（Ｂ）の比を含む「ＡＧＣ係数」を算出する。そして、計測モードでは、このＡＧＣ係数に基づいて、ＡＧＣ部５４３は、第２信号Ｓ２の振幅を第１信号Ｓ１の振幅に揃えることができる。

しかしながら、このような振幅の調整が可能になるのは、式（１１）中の係数－２Ｊ_１（Ｂ）以外の部分と、式（１４）中の係数Ｊ_２（Ｂ）以外の部分が、それぞれ最大値１、最小値－１の範囲で周期変動している場合に限られる。式（１１）中の係数－２Ｊ_１（Ｂ）以外の部分は、以下の式（１６）で表される。式（１４）中の係数Ｊ_２（Ｂ）以外の部分は、以下の式（１７）で表される。

したがって、ＡＧＣ部５４３において振幅の調整を可能にするためには、式（１６）および式（１７）が、それぞれ最大値１、最小値－１の範囲で周期変動しているという条件を満たす必要がある。

ここで、変調信号の角周波数ω_ｍは、サンプル信号の角周波数ω_ｄに比べて十分に大きく、ω_ｍ＞＞ω_ｄが成り立つ。したがって、上記条件を満たすためには、式（１６）のうち、ｓｉｎ（Ａｓｉｎω_ｄｔ－φ）の絶対値の最大値が１であること、および、式（１７）のうち、ｃｏｓ（Ａｓｉｎω_ｄｔ－φ）の絶対値の最大値が１であること、が条件となる。この条件が満たされることにより、前処理部５３での前処理が可能になり、最終的に復調処理部５５での復調処理が可能になる。したがって、この条件を「復調可能条件」という。

以上をまとめると、以下の式（１８）および式（１９）の双方が成り立つことが、復調可能条件となる。

この復調可能条件が成り立つためには、Ａｓｉｎω_ｄｔ－φの値の範囲がπ以上である必要がある。ここで、光路位相差φは、通常、任意の値をとることができない。そうすると、Ａｓｉｎω_ｄｔ－φの値の範囲がπ以上であるためには、特にＡ値について、以下の式を満たすことが求められる。

一方、裏を返すと、式（２０）が成り立たない場合には、復調可能条件を満たすことができないということになる。そこで、本実施形態では、式（２０）の条件によらずにＡＧＣ部５４３における第２信号Ｓ２の振幅の調整を可能にするため、被測定物１４とは別の標準サンプル１７を用いる。具体的には、標準サンプル１７からの標準物体光Ｌ４を受光する機構を設け、標準物体光Ｌ４から、前述したＪ_１（Ｂ）とＪ_２（Ｂ）の比を求める。標準サンプル１７には、式（２０）の条件を満たすものを選択する。これにより、被測定物１４の状態によらず、ＡＧＣ部５４３の作動に必要なＡＧＣ係数を求めることができる。そして、計測モードでは、算出したＡＧＣ係数を用いることで、被測定物１４によらず、被測定物１４由来の位相情報や周波数情報を求めることができ、被測定物１４の変位情報や速度情報を求めることができる。

４．６．ＡＧＣ部の作動原理
次に、ＡＧＣ部５４３が作動する原理について説明する。

ＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣは、前述した基本原理に基づき、第２信号Ｓ２の振幅を第１信号Ｓ１の振幅に揃えるための係数であるから、以下の式（２１）で表される。

ここで、Ｖｑは、基準信号Ｓｓの振幅である。
このＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣは、標準物体光Ｌ４の受光信号を分割した第１信号Ｓ１の振幅Ｖ１と第２信号Ｓ２の振幅Ｖ２の比から算出することができる。具体的には、振幅Ｖ１および振幅Ｖ２と、ＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣと、の間には、以下の式（２２）で表される関係が成り立つ。

以上のようにしてＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣを求めることができる。そして、後述する計測モードでは、算出したＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣを用いることにより、ＡＧＣ部５４３において第２信号Ｓ２の振幅を第１信号Ｓ１の振幅に揃えることができる。これにより、前述した式（２０）が成り立たない場合でも、復調回路５２における復調処理が可能になる。

４．７．レーザー干渉計の動作モード
レーザー干渉計１の動作モードには、前述したように、ＡＧＣ係数記録モードと、計測モードと、がある。以下、これらを順に説明する。

４．７．１．ＡＧＣ係数記録モード
４．７．１．１．ＡＧＣ係数の算出および記録
レーザー干渉計１の制御部５７は、ＡＧＣ係数記録モードを選択すると、光路変更素子１５３を第１位置Ｐ１に配置するように光路切替部１５の動作を制御する。光路変更素子１５３を第１位置Ｐ１に配置すると、出射光Ｌ１が標準サンプル１７に入射し、標準物体光Ｌ４が生成される。標準物体光Ｌ４が受光素子１０に受光されると、第１信号振幅検出器５４０により第１信号Ｓ１の振幅Ｖ１が得られ、第２信号振幅検出器５４１により第２信号Ｓ２の振幅Ｖ２が得られる。また、一方、基準信号振幅検出器５４２により、基準信号Ｓｓの振幅Ｖｑが得られる。ＡＧＣ部５４３では、これらのパラメーターに基づいて、ＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣを算出し、記録する。

標準サンプル１７は、標準サンプル信号の位相偏移、具体的には、標準サンプル信号の周波数に対する標準サンプル信号のドップラー周波数偏移の比であるＡ値について、前述した式（２０）の条件を満たすものである。標準サンプル１７は、好ましくは光路２３に沿って単振動している光反射体である。このため、前述した式（２０）を標準サンプル１７に適用した場合、式（２３）のように変形することができる。

式（２３）において、ｆａｍａｘは、標準サンプル１７由来の標準サンプル信号のドップラー周波数偏移であり、ｆａは、標準サンプル信号の周波数であり、Ｌａは、標準サンプル１７の光路２３に沿った変位量であり、λは、出射光Ｌ１の波長である。式（２３）から標準サンプル１７に必要な変位量Ｌａは、式（２４）で表される。

式（２４）から、標準サンプル１７では、光路２３に沿った変位量Ｌａが出射光Ｌ１の波長λの１／８以上であることが好ましい。このような条件を満たす標準サンプル１７を用いることで、ＡＧＣ係数記録モードでは、式（２３）の条件を満たした状態で第１信号Ｓ１の振幅Ｖ１および第２信号Ｓ２の振幅Ｖ２を求めることができる。その結果、ＡＧＣ係数記録モードでは、理論的には、正しいＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣを求めることができる。なお、変位量Ｌａがこのような条件を満たしていれば、標準サンプル１７は、必ずしも往復振動していなくてもよい。つまり、標準サンプル１７は、変位量Ｌａ以上で一方向に移動するように構成されたデバイスであってもよい。

標準サンプル１７は、前述したように、出射光Ｌ１を反射する光反射面を有する光反射体である。標準サンプル１７は、面内振動、すなわち光反射面と平行に変位するデバイスであってもよいが、好ましくは面外振動、すなわち光反射面と交差する面外方向に変位するデバイスとされる。このような面外方向に変位するデバイスを用いることにより、光路２３に沿った変位量Ｌａを効率よく確保することができる。

標準サンプル１７の具体例としては、圧電素子、ＭＥＭＳ素子等が挙げられる。
このうち、圧電素子は、逆圧電効果による変位を利用して光反射面を振動させる素子である。圧電素子としては、例えば、水晶振動子、ピエゾアクチュエーター等が挙げられる。

水晶振動子は、例えば、水晶で構成された振動片と、振動片に設けられた光反射面と、を有する。そして、水晶が示す逆圧電効果により、例えば振動片が厚み方向に屈曲振動する。この屈曲振動に基づいて、出射光Ｌ１を反射する光反射面を光路２３に沿って往復振動させる。これにより、標準物体光Ｌ４が生成される。

なお、振動片としては、振動安定性等を考慮すると、屈曲振動モードで３２ｋＨｚの共振周波数を有する音叉型の振動片が好ましく用いられる。このような音叉型の水晶振動片では、例えば振動片に印加する電圧が３Ｖ程度であっても、１μｍ以上の変位量Ｌａを確保することができる。このため、特に標準サンプル１７の低電圧駆動が可能になり、自励発振が可能であることも踏まえると、標準サンプル１７の小型化および省電力化を図ることができる。

ピエゾアクチュエーターは、圧電体と、圧電体に設けられた電極層および光反射面と、を有する。圧電体を構成する圧電材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸バリウム、チタン酸鉛等の圧電セラミックス、ポリフッ化ビニリデン等の圧電プラスチック等が挙げられる。圧電体は、交流電界が印加されることにより、例えば伸縮振動する。この伸縮振動に基づいて、出射光Ｌ１を反射する光反射面を光路２３に沿って往復振動させる。これにより、標準物体光Ｌ４が生成される。

例えば、積層ピエゾアクチュエーターの場合、圧電体に１０ｋＨｚの周波数で７Ｖ程度の交流電圧を印加すると、波長８５０ｎｍの出射光Ｌ１について前述した式（２４）の条件を満たす変位量Ｌａを確保し得る素子がある。

一方、ＭＥＭＳ素子としては、例えば、シリコン振動子、ＭＥＭＳ振動ミラー素子等が挙げられる。なお、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）とは、微小電気機械システムのことである。

シリコン振動子は、例えば、シリコンで構成された振動片と、振動片に設けられた圧電体層および電極層と、振動片に設けられた光反射面と、を有する。圧電体層は、交流電界が印加されることにより、例えば振動片を屈曲振動させる。この屈曲振動に基づいて、出射光Ｌ１を反射する光反射面を光路２３に沿って往復振動させる。これにより、標準物体光Ｌ４が生成される。

ＭＥＭＳ振動ミラー素子は、例えば、一対のトーションバーと、トーションバー同士の間に懸架された可動部と、可動部に設けられた光反射面と、を有する。可動部は、トーションバーとともに、ＭＥＭＳ技術を用いて形成されている。そして、可動部は、トーションバーを回動軸として、回動軸まわりに回動往復振動する。この回動往復振動に基づいて、出射光Ｌ１を反射する光反射面を光路２３に沿って往復振動させる。これにより、標準物体光Ｌ４が生成される。なお、可動部を駆動する方式としては、例えば、電磁駆動方式、静電駆動方式、圧電駆動方式等が挙げられる。

以上のように、標準サンプル１７（光反射体）には、圧電素子またはＭＥＭＳ素子が好ましく用いられる。これらの素子は、高いＱ値により、自励発振が可能であるため、発振回路を用いて簡単な発振機構でも、精度の高い振動特性を示す。このため、これらの素子を標準サンプル１７に用いることで、より精度の高いＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣを求めることができ、かつ、レーザー干渉計１の小型化および軽量化を容易に図ることができる。また、発振機構が簡単であれば、消費電力を抑えることができるため、レーザー干渉計１の省電力化を容易に図ることができる。

一方、標準サンプル１７は、上述した圧電素子やＭＥＭＳ素子以外の構造体であってもよい。

図１３ないし図１６は、それぞれ、標準サンプル１７の一例を示す概念図である。
図１３に示す標準サンプル１７Ａは、片持ち梁１７１と、片持ち梁１７１に設けられた光反射面１７２と、片持ち梁１７１を駆動する駆動部１７３と、を有する。駆動部１７３は、例えば、回転軸ＡＸまわりに回転する回転部１７４と、回転部１７４に設けられた突起部１７５と、を備える。回転部１７４が回転軸ＡＸまわりに１回転するたびに、突起部１７５が片持ち梁１７１に当たって弾く動きを与える。これにより、光反射面１７２は、光路２３に沿って往復振動しながら出射光Ｌ１を反射し、標準物体光Ｌ４が生成される。

図１４に示す標準サンプル１７Ｂは、図１３に示す片持ち梁１７１を音叉型振動片１７６に変更した以外、標準サンプル１７Ａと同様である。

図１５に示す標準サンプル１７Ｃは、図１３に示す駆動部１７３を励振器１７７に変更した以外、標準サンプル１７Ａと同様である。励振器１７７としては、例えば、音響スピーカー等が挙げられる。音響スピーカーは、片持ち梁１７１に向けて音波を発生することにより、片持ち梁１７１に振動を与える。これにより、光反射面１７２は、光路２３に沿って往復運動しながら出射光Ｌ１を反射し、標準物体光Ｌ４が生成される。

図１６に示す標準サンプル１７Ｄは、図１５に示す片持ち梁１７１を音叉型振動片１７６に変更した以外、標準サンプル１７Ｃと同様である。

以上のように、標準サンプル１７Ａ、１７Ｂは、光反射面１７２を移動させる光反射面駆動部として駆動部１７３を有し、標準サンプル１７Ｃ、１７Ｄは、光反射面１７２を移動させる光反射面駆動部として励振器１７７を有する。

このような構成によれば、特に簡単な構成でも、光反射面１７２を光路２３に沿って往復振動させることができる。このため、レーザー干渉計１の小型化、軽量化、省電力化および低コスト化を容易に図ることができる。

また、標準サンプル１７では、前述したように、光反射面１７２が、光路２３（第２光路）に沿って単振動する。出射光Ｌ１（第１レーザー光）の波長をλとしたとき、単振動する光反射面１７２の変位量Ｌａは、Ｌａ≧λ／８を満たすことが好ましい。これにより、標準物体光Ｌ４に含まれる標準サンプル信号は、単振動の１周期を超える時間の信号を含むことになる。これにより、より精度の高いＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣを求めることができる。

なお、正しいＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣ、すなわち、復調処理部５５で十分な精度の復調処理を行うことができるＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣが算出できたか否かは、ＡＧＣ部５４３において記録したＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣを用いて第２信号Ｓ２の振幅を実際に調整し、信号波形検出器５４７に入力された信号の波形から確認することができる。

図１７は、信号波形検出器５４７に入力された信号が、正しいＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣを用いた振幅の調整を経て生成された信号であるか、または、不適なＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣを用いた振幅の調整を経て生成された信号であるか、を区別するための波形の一例である。

ＡＧＣ部５４３において正しいＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣを用いた振幅の調整が行われた場合には、信号波形検出器５４７に入力される信号の波形、すなわち入力電圧の時間変化を表す振動波形は、図１７にＯＫで示すように、２本の包絡線が互いにほぼ平行な直線になる。これに対し、ＡＧＣ部５４３において不適なＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣを用いた振幅の調整が行われた場合には、信号波形検出器５４７に入力される信号の波形が、図１７にＮＧで示すように、２本の包絡線がそれぞれ波状の曲線になる。信号波形検出器５４７では、このような包絡線の形状を検出し、検出結果を制御部５７に出力する。制御部５７は、この検出結果を表示部５８に表示させることにより、ＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣの良否をユーザーに知らせる。これにより、ユーザーは、例えばＡＧＣ係数記録モードを再度実行したり、ＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣが不良になった原因を調査したりすることができる。

また、正しいＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣが算出できたか否かは、信号波形検出器５４７に入力された信号の波形だけではなく、復調処理部５５から出力され、位相波形検出器５６０に入力された位相の波形からも確認することができる。

図１８は、位相波形検出器５６０に入力された位相が、正しいＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣを用いた振幅の調整を経て算出された位相であるか、または、不適なＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣを用いた振幅の調整を経て算出された位相であるか、を区別するための波形の一例である。

ＡＧＣ部５４３において正しいＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣを用いた振幅の調整が行われた場合には、位相波形検出器５６０に入力される位相の波形、すなわち位相の時間変化を表す波形は、図１８にＯＫで示すように、標準サンプル１７に由来して、例えば単振動を表す正弦波状の曲線になる。これに対し、ＡＧＣ部５４３において不適なＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣを用いた振幅の調整が行われた場合には、位相波形検出器５６０に入力される位相の波形が、図１８にＮＧで示すように、正弦波状ではない曲線になる。位相波形検出器５６０では、このような位相の波形を検出し、検出結果を制御部５７に出力する。制御部５７は、この検出結果を表示部５８に表示させることにより、ＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣの良否をユーザーに知らせる。これにより、ユーザーは、例えばＡＧＣ係数記録モードを再度実行したり、ＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣが不良になった原因を調査したりすることができる。

また、正しいＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣが用いられていたことを確認すると、復調処理部５５から出力された変位も十分な精度を有していると認められる。

標準サンプル１７について求めた変位情報や周波数情報は、標準サンプル１７の健全性を評価する指標となる。このため、例えば出力回路５５９は、標準サンプル１７の変位情報や周波数情報を取得し、制御部５７に出力する機能を有していてもよい。制御部５７は、これらの情報を表示部５８に表示させる機能や、保存しておいたしきい値に基づいて標準サンプル１７の異常の有無を評価し、評価結果を表示部５８に表示させる機能等を有していてもよい。これらの機能により、ユーザーは、標準サンプル１７の健全性を知ることができ、必要に応じて、標準サンプル１７を修理したり、交換したりすることができる。

４．７．１．２．Ｂ値の算出
以上のようにして、ＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣを算出した後、必要に応じて、Ｂ値を算出し、記録するようにしてもよい。

Ｂ値算出器５４４は、ＡＧＣ係数記録モードにおいて、第１信号Ｓ１の振幅Ｖ１、第２信号Ｓ２の振幅Ｖ２および基準信号Ｓｓの振幅Ｖｑから、式（２２）に基づいてベッセル係数の比Ｊ_１（Ｂ）／Ｊ_２（Ｂ）の実測値を求める。

一方、ベッセル係数Ｊ_１（Ｂ）の理論値およびベッセル係数Ｊ_２（Ｂ）の理論値は、それぞれ、公知のベッセル関数の式から算出することができる。そうすると、ベッセル係数の比Ｊ_１（Ｂ）／Ｊ_２（Ｂ）の実測値を、理論値に対してフィッティングすることにより、Ｂ値の近似値を求めることができる。

なお、ベッセル係数の比Ｊ_１（Ｂ）／Ｊ_２（Ｂ）と、その比から算出されるＢ値と、の関係をテーブル化し、Ｂ値算出器５４４に格納しておいてもよい。これにより、Ｂ値算出器５４４は、算出したＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣからベッセル係数の比Ｊ_１（Ｂ）／Ｊ_２（Ｂ）を求め、さらにＢ値を簡単に求めることができる。このため、演算の負荷を減らすことができ、Ｂ値算出器５４４の構成を簡素化することができる。

４．７．２．計測モード
制御部５７は、計測モードを選択すると、光路変更素子１５３を第２位置Ｐ２に配置するように、すなわち、第１位置Ｐ１にあった場合には第２位置Ｐ２に移動させるように、光路切替部１５の動作を制御する。光路変更素子１５３を第２位置Ｐ２に配置すると、出射光Ｌ１が被測定物１４に入射し、物体光Ｌ３が生成される。物体光Ｌ３が受光素子１０に受光されると、ＡＧＣ部５４３では、記録しておいたＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣに基づいて、物体光Ｌ３に由来する第２信号Ｓ２の振幅を調整する。具体的には、前述した式（２２）の右辺を、第２信号Ｓ２に乗算する。これにより、第１信号Ｓ１の振幅に対して第２信号Ｓ２の振幅が揃えられる。これにより、和算器５４６における和算によって不要項を消去し、必要項を取り出すことができる。その結果、復調処理部５５における復調処理が可能な信号を出力することができる。

なお、ＡＧＣ部５４３では、ＡＧＣ係数記録モードで記録したＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣの固定値を用いて第２信号Ｓ２の振幅を調整してもよいが、ＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣに含まれる基準信号Ｓｓの振幅Ｖｑについては、リアルタイムに取得した値に置き換えるようにしてもよい。すなわち、計測モードでは、第２信号Ｓ２の振幅を調整するタイミングで、ＡＧＣ部５４３は、基準信号振幅検出器５４２で検出した基準信号Ｓｓの振幅Ｖｑを取得し、取得した振幅Ｖｑを記録しておいたＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣに反映させる機能、および、更新後のＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣを用いて第２信号Ｓ２の振幅を調整する機能、を有していてもよい。これにより、電源電圧の変動、発振回路５４の温度特性等の原因によって、基準信号Ｓｓの振幅Ｖｑが変化した場合でも、その変化後の振幅ＶｑをＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣに反映させることができる。その結果、より精度の高いＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣを用いて第２信号Ｓ２の振幅を調整することができる。

以上のように、本実施形態に係るレーザー干渉計１は、光源２と、光変調器１２と、光路切替部１５と、標準サンプル１７（光反射体）と、受光素子１０と、を備える。

光源２は、出射光Ｌ１（第１レーザー光）を射出する。光変調器１２は、振動素子３０を備え、振動素子３０を用いて出射光Ｌ１を周波数の異なる参照光Ｌ２（第２レーザー光）に変調する。光路切替部１５は、出射光Ｌ１が進行する光路２２（第１光路）に配置され、出射光Ｌ１の進行方向を光路２２と、光路２２とは異なる光路２３（第２光路）と、の間で切り替える。標準サンプル１７は、光路２３に沿って移動し、光路２３を進行する出射光Ｌ１を反射する光反射面１７２を有する。受光素子１０は、出射光Ｌ１が被測定物１４（測定対象物）で反射して生成された物体光Ｌ３（第３レーザー光）と、参照光Ｌ２と、の第１干渉光、および、出射光Ｌ１が光反射面１７２で反射して生成された標準物体光Ｌ４（第４レーザー光）と、参照光Ｌ２と、の第２干渉光、を受光して受光信号を出力する。

このような構成によれば、被測定物１４の状態に依存するＡ値が復調回路５２における復調処理において適当でない値である場合でも、ＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣを用いることで、復調処理に必要な前処理、そしてその後の復調処理を適切に行うことができる。これにより、被測定物１４の状態によらず、被測定物１４に由来する情報を受光信号から高い復調精度で復調することができ、精度の高い変位情報や速度情報等を求めることが可能なレーザー干渉計１を実現することができる。また、光変調器１２が備える振動素子３０は、体積が非常に小さく、発振に要する電力も小さいため、レーザー干渉計１の小型化および省電力化を容易に図ることができる。

また、レーザー干渉計１は、復調回路５２を備える。復調回路５２は、前述したように、被測定物１４（測定対象物）に由来する情報を復調する回路である。また、復調回路５２は、分岐部ｊｐ１と、第１信号経路ｐｓ１と、第２信号経路ｐｓ２と、第１信号振幅検出器５４０と、第２信号振幅検出器５４１と、ＡＧＣ部５４３と、を含む。分岐部ｊｐ１は、受光信号を第１信号Ｓ１および第２信号Ｓ２に分割する。第１信号経路ｐｓ１は、第１信号Ｓ１を伝搬する。第２信号経路ｐｓ２は、第２信号Ｓ２を伝搬する。第１信号振幅検出器５４０は、第１信号Ｓ１の振幅を検出する。第２信号振幅検出器５４１は、第２信号Ｓ２の振幅を検出する。ＡＧＣ部５４３は、光路切替部１５が出射光Ｌ１の進行方向を光路２３（第２光路）に切り替えているとき、すなわち、一例としてＡＧＣ係数記録モードが選択されているとき、第１信号Ｓ１の振幅および第２信号Ｓ２の振幅に基づくＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣを記録する。また、ＡＧＣ部５４３は、光路切替部１５が出射光Ｌ１の進行方向を光路２２（第１光路）に切り替えているとき、すなわち、一例として計測モードが選択されているとき、ＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣに基づいて第２信号Ｓ２の振幅を調整する。

このような構成によれば、計測モードで被測定物１４についての計測を行う前に、ＡＧＣ係数記録モードにおいて、ＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣを記録することができる。これにより、環境の変化によってＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣが変化している場合でも、最新の値に更新することができる。その結果、より正しいＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣを用いて復調処理を行うことができ、最終的に精度の高い変位情報や速度情報等を求めることができる。

５．制御部の作動
図１９は、制御部による各部の制御を説明するためのフローチャートである。

図１９に示すステップＳ１０２では、制御部５７が、光源２、光変調器１２、標準サンプル１７等を起動する。

ステップＳ１０４では、制御部５７の制御により、光路変更素子１５３を第１位置Ｐ１に配置する。

ステップＳ１０６では、制御部５７においてＡＧＣ係数記録モードを実行する。これにより、復調回路５２のＡＧＣ部５４３は、ステップＳ１０８において、ＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣを算出し、ステップＳ１１０において、算出したＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣを記録する。その後、必要に応じて、算出したＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣが正しいか否かを確認し、正しくない場合には再度ＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣを算出するようにしてもよい。

ステップＳ１１２では、制御部５７の制御により、光路変更素子１５３を第２位置Ｐ２に配置する。

ステップＳ１１４では、制御部５７において計測モードを実行する。これにより、復調回路５２は、ステップＳ１１６において、記録しておいたＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣを用いて復調処理を行う。その結果、被測定物１４由来の情報を得ることができる。

ステップＳ１１８では、制御部５７において計測モードを終了するか否かを判断する。ＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣが不適である場合には、一旦、計測モードを終了し、後述するステップＳ１２０を経てＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣを更新すればよい。ＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣが正しく、計測を続けてもよい場合には、ステップＳ１１４に戻って計測を継続する。

ステップＳ１２０では、ＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣを維持するか否かを判断する。ＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣが正しい場合には、フローを終了し、ＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣが不適である場合には、ステップＳ１０４に戻る。

６．第１変形例
次に、第１変形例に係るレーザー干渉計について説明する。

図２０は、第１変形例に係るレーザー干渉計が備える復調回路を示す機能ブロック図である。

以下、第１変形例について説明するが、以下の説明では、前記実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、各図において、前記実施形態と同様の構成については、同一の符号を付している。

図２０に示す復調回路５２Ａは、ＡＧＣ部５４３ＡおよびＢ値算出器５４４Ａの構成が異なること以外、図１に示す復調回路５２と同様である。

前述した実施形態では、ＡＧＣ部５４３において、第１信号Ｓ１の振幅Ｖ１、第２信号Ｓ２の振幅Ｖ２および基準信号Ｓｓの振幅ＶｑからＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣを算出している。また、ＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣの算出に用いたパラメーターから、Ｂ値算出器５４４においてＢ値を算出している。

これに対し、第１変形例では、前処理部５３に入力される前の受光信号に基づいて、Ｂ値算出器５４４ＡにおいてＢ値を算出する。そして、ＡＧＣ部５４３Ａは、第１信号Ｓ１の振幅Ｖ１、第２信号Ｓ２の振幅Ｖ２、基準信号Ｓｓの振幅Ｖｑおよび算出したＢ値に基づいて、ＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣを算出する。

図２０に示す前処理部５３Ａは、前述した前処理部５３が備える構成に加え、最大ＡＣ成分幅検出器５６２と、最大ＤＣ成分幅検出器５６３と、Ｂ値算出器５４４Ａと、ＡＧＣ部５４３Ａと、を含む。

前処理部５３Ａでは、ＡＤＣ５３２から出力された受光信号が、分岐部ｊｐ２で第３信号Ｓ３と第４信号Ｓ４の２つに分割される。第３信号Ｓ３は、最大ＡＣ成分幅検出器５６２に入力され、第４信号Ｓ４は、最大ＤＣ成分幅検出器５６３に入力される。最大ＡＣ成分幅検出器５６２は、ＡＧＣ係数記録モードにおいて、標準サンプル信号を含む受光信号について最大ＡＣ成分幅を検出する。最大ＤＣ成分幅検出器５６３は、ＡＧＣ係数記録モードにおいて、標準サンプル信号を含む受光信号について最大ＤＣ成分幅を検出する。

図２１は、標準サンプル信号を含む受光信号の波形の一例を示す図である。
図２１に示す波形は、相対的に長い周期を持つ成分と、相対的に短い周期を持つ成分と、が重なっている。相対的に長い周期を持つ成分がＤＣ成分に相当し、相対的に短い周期を持つ成分がＡＣ成分に相当する。なお、ＡＣ成分は、その周期が非常に短いため、図２１では波形が分解されず、塗りつぶされた状態に描かれている。なお、図２１に示す波形は、標準サンプル信号の周波数が１０ｋＨｚ、標準サンプル１７における光反射面１７２の変位量Ｌａが１５０ｎｍ、光変調器１２の変調信号の周波数が５ＭＨｚ、出射光Ｌ１の波長が８５０ｎｍであるときの波形例である。

最大ＤＣ成分幅は、図２１に示すように、ＡＣ成分を除いたときの受光信号全体の最大幅であり、最大ＡＣ成分幅は、図２１に示すように、ＤＣ成分の幅の中心位置におけるＡＣ成分の振幅である。最大ＡＣ成分幅検出器５６２では、最大ＡＣ成分幅を検出する機能を有する。最大ＤＣ成分幅検出器５６３は、最大ＤＣ成分幅を検出する機能を有する。

ここで、本発明者は、最大ＡＣ成分幅／最大ＤＣ成分幅の比が、Ｂ値との間に相関関係を有することを見出した。この相関関係を用いることにより、Ｂ値算出器５４４Ａでは、最大ＡＣ成分幅／最大ＤＣ成分幅の比からＢ値を算出することができる。そして、ＡＧＣ部５４３Ａでは、このＢ値を用いて、ＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣを算出することができる。

図２２は、最大ＡＣ成分幅／最大ＤＣ成分幅の比と、Ｂ値と、の間に成り立つ相関関係を示すグラフの一例である。図２２に示すグラフでは、横軸（ｘ軸）を最大ＡＣ成分幅／最大ＤＣ成分幅の比とし、縦軸（ｙ軸）をＢ値としている。図２２に示すように、最大ＡＣ成分幅／最大ＤＣ成分幅の比、および、Ｂ値は、決定係数Ｒ^２が十分に大きい関数が成り立つ。したがって、この関数に基づくことで、Ｂ値算出器５４４Ａでは、Ｂ値を容易に算出することができる。なお、図２２に示す関数の式は一例であり、これに限定されない。

また、この関数をテーブル化し、Ｂ値算出器５４４Ａに格納しておいてもよい。これにより、Ｂ値算出器５４４Ａは、Ｂ値を簡単に求めることができる。このため、演算の負荷を減らすことができ、Ｂ値算出器５４４Ａの構成を簡素化することができる。

ＡＧＣ部５４３Ａでは、第１信号Ｓ１の振幅Ｖ１、第２信号Ｓ２の振幅Ｖ２、基準信号Ｓｓの振幅Ｖｑおよび算出したＢ値に基づいて、ＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣを算出する。そして、算出したＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣを記録する。

図２３は、図２０に示す制御部による各部の制御を説明するためのフローチャートである。以下、図１９に示すフローチャートとの相違点のみ説明する。

ステップＳ１０７では、復調回路５２のＢ値算出器５４４Ａが、Ｂ値を算出する。ステップＳ１０８では、ＡＧＣ部５４３Ａが、算出したＢ値等に基づいてＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣを算出する。

以上のように、第１変形例に係るレーザー干渉計１は、復調回路５２Ａを備える。復調回路５２Ａは、前述したように、被測定物１４（測定対象物）に由来する情報を復調する回路である。また、復調回路５２Ａは、分岐部ｊｐ１と、第１信号経路ｐｓ１と、第２信号経路ｐｓ２と、第１信号振幅検出器５４０と、第２信号振幅検出器５４１と、Ｂ値算出器５４４Ａ（指標算出部）と、ＡＧＣ部５４３Ａと、を含む。分岐部ｊｐ１は、受光信号を第１信号Ｓ１および第２信号Ｓ２に分割する。第１信号経路ｐｓ１は、第１信号Ｓ１を伝搬する。第２信号経路ｐｓ２は、第２信号Ｓ２を伝搬する。第１信号振幅検出器５４０は、第１信号Ｓ１の振幅を検出する。第２信号振幅検出器５４１は、第２信号Ｓ２の振幅を検出する。Ｂ値算出器５４４Ａは、光路切替部１５が出射光Ｌ１の進行方向を光路２３（第２光路）に切り替えているとき、すなわち、一例としてＡＧＣ係数記録モードが選択されているとき、受光信号の波形と、Ｂ値（光変調器１２に関する指標）と、の間に成り立つ相関関係に基づいて、受光信号からＢ値を算出し、記録する。ＡＧＣ部５４３Ａは、光路切替部１５が出射光Ｌ１の進行方向を光路２２（第１光路）に切り替えているとき、すなわち、一例として計測モードが選択されているとき、ＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣに基づいて第２信号Ｓ２の振幅を調整する。

７．第２変形例
次に、第２変形例に係るレーザー干渉計について説明する。

図２４は、第２変形例に係るレーザー干渉計が備える復調回路を示す機能ブロック図である。

以下、第２変形例について説明するが、以下の説明では、前記実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、各図において、前記実施形態と同様の構成については、同一の符号を付している。

図２４に示す復調回路５２Ｂは、復調処理部５５Ｂの構成が異なること以外、図１に示す復調回路５２と同様である。なお、復調回路５２Ｂは、信号処理の順序が異なっているものの、基本的な復調原理は、復調回路５２と同様である。

復調回路５２Ｂは、前述した前処理部５３の構成要素に加え、遅延調整器５６５と、移相器５６６と、乗算器５６７と、ＡＧＣ部５４３Ｂと、Ｂ値算出器５４４Ｂと、を備えている。

第１信号経路ｐｓ１には、分岐部ｊｐ１と除算器５５７との間に、分岐部ｊｐ１側から、第１バンドパスフィルター５３４、乗算器５５１および第１ローパスフィルター５５５がこの順で設けられている。

第２信号経路ｐｓ２には、分岐部ｊｐ１と除算器５５７との間に、分岐部ｊｐ１側から、第２バンドパスフィルター５３５、乗算器５５２、第２ローパスフィルター５５６およびＡＧＣ部５４３Ｂがこの順で設けられている。

第１信号Ｓ１は、第１信号経路ｐｓ１上に配置された第１バンドパスフィルター５３４に通された後、乗算器５５１で信号が乗算される。乗算器５５１で乗算される信号は、基準信号Ｓｓを第３バンドパスフィルター５３９、遅延調整器５６５および移相器５６６に順次通した信号である。なお、遅延調整器５６５は、図１に示す第１遅延調整器５３６と同様の構成を有する。また、移相器５６６は、図１に示す移相器５５３と同様の構成を有する。乗算器５５１の出力信号は、第１ローパスフィルター５５５を通された後、除算器５５７に入力される。除算器５５７に入力される第１信号Ｓ１を信号ｘとする。

第２信号Ｓ２は、第２信号経路ｐｓ２上に配置された第２バンドパスフィルター５３５に通された後、乗算器５５２で信号が乗算される。乗算器５５２で乗算される信号は、基準信号Ｓｓを第３バンドパスフィルター５３９および遅延調整器５６５に順次通した後、乗算器５６７で２乗された信号である。

ＡＧＣ部５４３Ｂでは、ＡＧＣ係数記録モードにおいて、第１信号Ｓ１の振幅Ｖ１、第２信号Ｓ２の振幅Ｖ２および基準信号Ｓｓの振幅Ｖｑに基づいて、ＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣを算出し、記録する。また、計測モードでは、ＡＧＣ部５４３Ｂが、記録しておいたＡＧＣ係数Ｃ_ＡＧＣ、新たに検出した第２信号Ｓ２の振幅および基準信号Ｓｓの振幅に基づいて、第２信号Ｓ２の振幅を調整する。そして、振幅調整後の第２信号Ｓ２は、除算器５５７に入力される。除算器５５７に入力される第２信号Ｓ２を信号ｙとする。

除算器５５７では、信号ｙを信号ｘで除する除算を行い、その出力ｙ／ｘを逆正接演算器５５８に通して、出力ａｔａｎ（ｙ／ｘ）を求める。その後、出力ａｔａｎ（ｙ／ｘ）を出力回路５５９に通すことにより、被測定物１４由来の情報として位相φ_ｄが求められる。

また、Ｂ値算出器５４４Ｂでは、ＡＧＣ係数記録モードにおいて検出した第１信号Ｓ１の振幅Ｖ１、第２信号Ｓ２の振幅Ｖ２および基準信号Ｓｓの振幅Ｖｑに基づいて、Ｂ値を算出する。
以上のような第２変形例においても、前記実施形態と同様の効果が得られる。

８．第３、第４変形例
次に、第３、第４変形例に係るレーザー干渉計について説明する。

図２５は、第３変形例に係るレーザー干渉計が備える光学系の実装構造を示す概略構成図である。図２６は、第４変形例に係るレーザー干渉計が備える光学系の実装構造を示す概略構成図である。

以下、第３、第４変形例について説明するが、以下の説明では、前記実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図２５および図２６において、前記実施形態と同様の構成については、同一の符号を付している。

図２５に示すレーザー干渉計１の光学系５０Ｄは、基板３９を備えている。光源２、光変調器１２および受光素子１０は、それぞれ、この基板３９上に実装されている。そして、図２５に示す基板３９には、光路２２と直交する方向に沿って、受光素子１０、光源２および光変調器１２がこの順で並ぶように配置されている。

また、図２５に示す光学系５０Ｄは、プリズム４０、４２を備えている。プリズム４０は、受光素子１０と検光子９との間の、光路２４上に設けられている。プリズム４２は、光変調器１２と１／４波長板８との間の、光路２０上に設けられている。

さらに、図２５に示す光学系５０Ｄは、凸レンズ４４を備えている。凸レンズ４４は、光源２と偏光ビームスプリッター４との間の、光路１８上に設けられている。凸レンズ４４を設けることにより、光源２から出た出射光Ｌ１を集束させて、有効に利用することができる。

そして、図２５に示す光路切替部１５は、偏光ビームスプリッター４と被測定物１４との間の光路２２上に配置されている。

図２６に示すレーザー干渉計１の光学系５０Ｅは、素子等の配置が異なる以外、図２５に示す光学系５０Ｄと同様である。

図２６に示す基板３９には、光路２２と直交する方向に沿って、光源２、受光素子１０および光変調器１２がこの順で並ぶように配置されている。プリズム４０は、光路１８上に設けられ、プリズム４２は、光路２０上に設けられている。

そして、図２６に示す光路切替部１５は、偏光ビームスプリッター４と被測定物１４との間の光路２２上に配置されている。

以上のような図２５および図２６に示す実装構造によれば、レーザー干渉計１の小型化を容易に図ることができる。なお、素子の配置は、図示した配置に限定されない。

また、図２５および図２６に示す実装構造では、受光素子１０のサイズが例えば０．１ｍｍ角であり、光源２のサイズが例えば０．１ｍｍ角であり、光変調器１２のサイズが例えば０．５～１０ｍｍ角である。そして、これらを実装する基板３９のサイズについては、例えば１～１０ｍｍ角とされる。これにより、この基板３９のサイズ程度まで、光学系の小型化を図ることができる。
以上のような第３、第４変形例においても、前記実施形態と同様の効果が得られる。

以上、本発明のレーザー干渉計を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明のレーザー干渉計は、前記実施形態に限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、前記実施形態に係るレーザー干渉計には、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、本発明の実施形態は、前記実施形態および前記各変形例のうちの任意の２つ以上を含み合わせたものであってもよい。

１…レーザー干渉計、２…光源、４…偏光ビームスプリッター、６…１／４波長板、８…１／４波長板、９…検光子、１０…受光素子、１２…光変調器、１４…被測定物、１５…光路切替部、１６…セット部、１７…標準サンプル、１７Ａ…標準サンプル、１７Ｂ…標準サンプル、１７Ｃ…標準サンプル、１７Ｄ…標準サンプル、１８…光路、２０…光路、２２…光路、２３…光路、２４…光路、３０…振動素子、３０Ａ…振動素子、３０Ｂ…振動素子、３１…基板、３２…溝、３３…パッド、３４…回折格子、３５…パッド、３６…振動方向、３７…ミラー、３９…基板、４０…プリズム、４２…プリズム、４４…凸レンズ、４５…回路素子、５０…光学系、５０Ｄ…光学系、５０Ｅ…光学系、５１…センサーヘッド部、５２…復調回路、５２Ａ…復調回路、５２Ｂ…復調回路、５３…前処理部、５３Ａ…前処理部、５４…発振回路、５５…復調処理部、５５Ｂ…復調処理部、５７…制御部、５８…表示部、７０…容器、７２…容器本体、７４…リッド、７６…ボンディングワイヤー、１２０…光変調振動子、１５３…光路変更素子、１５５…駆動部、１７１…片持ち梁、１７２…光反射面、１７３…駆動部、１７４…回転部、１７５…突起部、１７６…音叉型振動片、１７７…励振器、３０１…第１電極、３０２…第２電極、３０３…回折格子載置部、３０５…圧電基板、３０６…櫛歯状電極、３０７…接地電極、３１１…表面、３１２…裏面、５３１…電流電圧変換器、５３２…ＡＤＣ、５３３…ＡＤＣ、５３４…第１バンドパスフィルター、５３５…第２バンドパスフィルター、５３６…第１遅延調整器、５３７…第２遅延調整器、５３８…乗算器、５３９…第３バンドパスフィルター、５４０…第１信号振幅検出器、５４１…第２信号振幅検出器、５４２…基準信号振幅検出器、５４３…ＡＧＣ部、５４３Ａ…ＡＧＣ部、５４３Ｂ…ＡＧＣ部、５４４…Ｂ値算出器、５４４Ａ…Ｂ値算出器、５４４Ｂ…Ｂ値算出器、５４６…和算器、５４７…信号波形検出器、５５１…乗算器、５５２…乗算器、５５３…移相器、５５５…第１ローパスフィルター、５５６…第２ローパスフィルター、５５７…除算器、５５８…逆正接演算器、５５９…出力回路、５６０…位相波形検出器、５６２…最大ＡＣ成分幅検出器、５６３…最大ＤＣ成分幅検出器、５６５…遅延調整器、５６６…移相器、５６７…乗算器、７２１…第１凹部、７２２…第２凹部、ＡＸ…回転軸、Ｃ_０…並列容量、Ｃ_１…直列容量、Ｃ３…第３コンデンサー、Ｃｄ…第２コンデンサー、Ｃｇ…第１コンデンサー、ＧＮＤ…端子、Ｋ_－２ｓ…回折光、Ｋ_－１ｓ…回折光、Ｋ_０ｓ…回折光、Ｋ_１ｓ…回折光、Ｋ_２ｓ…回折光、Ｋ_ｉ…入射光、Ｌ_１…直列インダクタンス、Ｌ１…出射光、Ｌ２…参照光、Ｌ３…物体光、Ｌ４…標準物体光、Ｎ…法線、Ｐ…ピッチ、Ｐ１…第１位置、Ｐ２…第２位置、Ｒ１…第１制限抵抗、Ｒ_１…等価直列抵抗、Ｒ２…第２制限抵抗、Ｒ^２…決定係数、Ｒｆ…帰還抵抗、Ｓ１…第１信号、Ｓ１０２…ステップ、Ｓ１０４…ステップ、Ｓ１０６…ステップ、Ｓ１０７…ステップ、Ｓ１０８…ステップ、Ｓ１１０…ステップ、Ｓ１１２…ステップ、Ｓ１１４…ステップ、Ｓ１１６…ステップ、Ｓ１１８…ステップ、Ｓ１２０…ステップ、Ｓ２…第２信号、Ｓ３…第３信号、Ｓ４…第４信号、Ｓｄ…駆動信号、Ｓｓ…基準信号、Ｖｃｃ…端子、Ｘ１…端子、Ｘ２…端子、Ｙ…端子、ｊｐ１…分岐部、ｊｐ２…分岐部、ｐｓ１…第１信号経路、ｐｓ２…第２信号経路、ｘ…信号、ｙ…信号、β…入射角、θ…傾斜角度、θ_Ｂ…ブレーズ角

Claims

第１レーザー光を射出する光源と、
振動素子を備え、前記振動素子を用いて前記第１レーザー光を周波数の異なる第２レーザー光に変調する光変調器と、
前記第１レーザー光が進行する第１光路に配置され、前記第１レーザー光の進行方向を前記第１光路と、前記第１光路とは異なる第２光路と、の間で切り替える光路切替部と、
前記第２光路に沿って移動し、前記第２光路を進行する前記第１レーザー光を反射する光反射面を有する光反射体と、
前記第１レーザー光が測定対象物で反射して生成された第３レーザー光と、前記第２レーザー光と、の第１干渉光、および、前記第１レーザー光が前記光反射面で反射して生成された第４レーザー光と、前記第２レーザー光と、の第２干渉光、を受光して受光信号を出力する受光素子と、
を備えることを特徴とするレーザー干渉計。
前記光路切替部は、
第１位置および第２位置に移動する光路変更素子と、
前記光路変更素子を移動させる光路変更素子駆動部と、
を備え、
前記第１位置は、前記光路変更素子が、前記第１レーザー光の進行方向を変更する位置であり、
前記第２位置は、前記光路変更素子が、前記第１レーザー光の進行方向を変更しない位置である請求項１に記載のレーザー干渉計。
前記光反射面は、前記第２光路に沿って単振動し、
前記第１レーザー光の波長をλとしたとき、前記光反射面の変位量Ｌａは、Ｌａ≧λ／８を満たす請求項１または２に記載のレーザー干渉計。
前記光反射体は、圧電素子またはＭＥＭＳ素子である請求項１ないし３のいずれか１項に記載のレーザー干渉計。
前記光反射体は、前記光反射面を移動させる光反射面駆動部を有する請求項１ないし３のいずれか１項に記載のレーザー干渉計。
前記受光信号から前記測定対象物に由来する情報を復調する復調回路を備え、
前記復調回路は、
前記受光信号を第１信号および第２信号に分割する分岐部と、
前記第１信号を伝搬する第１信号経路と、
前記第２信号を伝搬する第２信号経路と、
前記第１信号の振幅を検出する第１信号振幅検出器と、
前記第２信号の振幅を検出する第２信号振幅検出器と、
前記光路切替部が前記第１レーザー光の進行方向を前記第２光路に切り替えているとき、前記第１信号の振幅および前記第２信号の振幅に基づくＡＧＣ係数を記録し、前記光路切替部が前記第１レーザー光の進行方向を前記第１光路に切り替えているとき、前記ＡＧＣ係数に基づいて前記第２信号の振幅を調整するＡＧＣ部と、
を含む請求項１ないし５のいずれか１項に記載のレーザー干渉計。
前記受光信号から前記測定対象物に由来する情報を復調する復調回路を備え、
前記復調回路は、
前記受光信号を第１信号および第２信号に分割する分岐部と、
前記第１信号を伝搬する第１信号経路と、
前記第２信号を伝搬する第２信号経路と、
前記第１信号の振幅を検出する第１信号振幅検出器と、
前記第２信号の振幅を検出する第２信号振幅検出器と、
前記光路切替部が前記第１レーザー光の進行方向を前記第２光路に切り替えているとき、前記受光信号の波形と前記光変調器に関する指標との間に成り立つ相関関係に基づいて、前記受光信号から前記指標を算出し、記録する指標算出部と、
前記指標からＡＧＣ係数を算出し、前記光路切替部が前記第１レーザー光の進行方向を前記第１光路に切り替えているとき、前記ＡＧＣ係数に基づいて前記第２信号の振幅を調整するＡＧＣ部と、
を含む請求項１ないし５のいずれか１項に記載のレーザー干渉計。