JP3217514B2 - Micro vibration detector - Google Patents

Micro vibration detector

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JP3217514B2
JP3217514B2 JP01099893A JP1099893A JP3217514B2 JP 3217514 B2 JP3217514 B2 JP 3217514B2 JP 01099893 A JP01099893 A JP 01099893A JP 1099893 A JP1099893 A JP 1099893A JP 3217514 B2 JP3217514 B2 JP 3217514B2
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  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、超伝導体を利用した高
感度な微小振動検出装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a highly sensitive microvibration detecting device using a superconductor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の微小振動検出装置では、図13 に
示すようにシリコン基板 131 を用いて片持ちばりを形
成し、その片持ちばりの先端部に重り 132 を、たわみ
部分 133に電極(不図示)を取り付けた加速度センサーが
代表的なものである。この加速度センサーがz方向に加
速度αを受けると片持ちばりの先端の重り 132(質量を
mとする)にF=mαの力が加わり、たわみ部分 133 が
たわむ。
2. Description of the Related Art In a conventional micro-vibration detecting apparatus, as shown in FIG. 13, a cantilever is formed using a silicon substrate 131, and a weight 132 is provided at the tip of the cantilever and an electrode ( A typical example is an acceleration sensor to which an unillustrated sensor is attached. When the acceleration sensor receives the acceleration α in the z direction, a force of F = mα is applied to the weight 132 (the mass is m) at the tip of the cantilever, and the bending portion 133 is bent.

【0003】このことによりたわみ部分 133 に発生し
た応力Tによるピエゾ抵抗効果によりたわみ部分 133
の抵抗が変化し、この抵抗変化をたわみ部分に取り付け
た不図示の電極で測定することにより微小振動を検出す
る。その抵抗の変化量は、次式で表わされるように応力
Tに比例する。
As a result, the flexure 133 is formed by the piezoresistive effect of the stress T generated in the flexure 133.
The micro vibration is detected by measuring the resistance change with an electrode (not shown) attached to the flexure. The amount of change in the resistance is proportional to the stress T as represented by the following equation.

【0004】|Δρ|=ρ|π||T| ρ:歪がないときの抵抗率 Δρ:応力による抵抗率の変化量 π:ピエゾ抵抗係数 このような半導体を用いた微小振動検出装置は、半導体
加工技術を利用できるため、センサーの加工精度の向上
や小型化あるいはたわみ部分の形状などを工夫すること
により、感度の改善が可能である。
| Δρ | = ρ | π || T | ρ: resistivity in the absence of strain Δρ: change in resistivity due to stress π: piezoresistive coefficient Since semiconductor processing technology can be used, the sensitivity can be improved by improving the processing accuracy of the sensor, reducing the size of the sensor, or devising the shape of the bent portion.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の微小振
動検出装置は、片持ちばりのたわみを利用するため、次
のような問題点がある。例えば、微小振動検出の感度、
精度を上げるためには、たわみ部分の厚さを薄くして、
重りの質量を大きくすればよいが、この場合、たわみ部
分の機械的強度が低下する。また、加速度の測定方向で
あるz方向だけでなくy方向やねじれ方向に体してもたわ
み部分が変形する可能性がある。
The above-mentioned conventional microvibration detecting apparatus has the following problems since it utilizes the deflection of a cantilever. For example, the sensitivity of micro vibration detection,
To increase accuracy, reduce the thickness of the flexure,
The mass of the weight may be increased, but in this case, the mechanical strength of the bent portion is reduced. In addition, there is a possibility that the bent portion may be deformed even if the body is moved not only in the z direction, which is the measurement direction of the acceleration, but also in the y direction or the torsion direction.

【0006】このため、z方向以外のたわみから発生す
る抵抗も測定することになり、加速度のz方向分解能が
低下する。片持ちばりを利用した加速度センサーの場
合、1次元方向のか速度は測定できるが、2次元、3次
元方向の測定を行なう場合にはセンサーを2個あるいは
3個使用しなければならないため、各センサーの感度補
正を行なう必要がある。加えて、ピエゾ抵抗効果の非線
形および経時変化などがある。
For this reason, the resistance generated by deflection other than in the z direction is also measured, and the resolution of acceleration in the z direction is reduced. In the case of an accelerometer using a cantilever beam, it is possible to measure the speed in one-dimensional direction, but when measuring in two-dimensional and three-dimensional directions, two or three sensors must be used. Needs to be corrected. In addition, there are non-linear and temporal changes in the piezoresistive effect.

【0007】本発明の目的は、機械的信頼性が高く、ね
じれとたわみの区別、すなわち3次元的ふるまいの検出
が可能で、線形性に優れ、経時変化の少ない微小振動検
出装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a microvibration detecting device which has high mechanical reliability, can distinguish between torsion and bending, that is, can detect three-dimensional behavior, has excellent linearity, and has little change over time. It is in.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の微小振動
検出装置は、超伝導体と、該超伝導体をマイスナー効果
により浮上させるための磁場を発生する磁気回路と、電
磁波照射源と、浮上した超伝導体の位置変化を前記電磁
波照射源の電磁波を利用して検出する検出器とを有する
微小振動検出装置において、前記位置変化を検出する検
出器がジョセフソン接合を利用した超伝導センサーであ
り、前記超伝導体および前記超伝導センサーを共に冷却
するための冷却装置を備えており、前記浮上した超伝導
体の位置検出が、前記電磁波照射源の電磁波の前記超伝
導体から反射または投影した電磁波を前記超伝導センサ
ーで検出することにより行なわれることを特徴とする。
A first minute vibration detecting device according to the present invention comprises a superconductor, a magnetic circuit for generating a magnetic field for levitating the superconductor by the Meissner effect, and an electromagnetic wave irradiation source. A detector for detecting a change in the position of the superconductor which floats using the electromagnetic waves of the electromagnetic wave irradiation source, wherein the detector for detecting the change in the position is a superconducting device using a Josephson junction. A sensor for cooling the superconductor and the superconducting sensor together, wherein the position detection of the levitated superconductor reflects the electromagnetic wave of the electromagnetic wave irradiation source from the superconductor. Alternatively, the detection is performed by detecting the projected electromagnetic wave with the superconducting sensor.

【0009】前記超伝導センサーは、ジョセフソン接合
直列アレイの各ジョセフソン接合のノーマル抵抗値が異
なる値を持つ超伝導ラインセンサーが1次元または2次
元に配列されたものであることが可能である。
[0009] The superconducting sensor may be one in which superconducting line sensors having different normal resistance values of the respective Josephson junctions of the Josephson junction series array are arranged one-dimensionally or two-dimensionally. .

【0010】前記浮上した超伝導体の位置検出は、該超
伝導体に対して照射される電磁波が1、2または3方向
より照射されることによるものであることにより、1、
2または3次元の検出を行なうことができる。
The detection of the position of the levitated superconductor is based on the fact that the superconductor is irradiated with electromagnetic waves in one, two or three directions.
Two or three dimensional detection can be performed.

【0011】前記超伝導体は、例えば、球形、板状、棒
状、それらの加工体、超伝導体を分散させた構造体、ま
たは超伝導体を球形、板状、棒状などに加工した物質の
表面もしくは内部に超伝導体を取り付けた構造体であ
る。
The superconductor may be, for example, a sphere, a plate, a rod, a processed material thereof, a structure in which the superconductor is dispersed, or a material obtained by processing the superconductor into a sphere, plate, rod, or the like. A structure with a superconductor attached to the surface or inside.

【0012】本発明の第2の微小振動検出装置は、超伝
導体と、該超伝導体のマイスナー効果により浮上する磁
石と、電磁波照射源と、浮上した磁石の位置変化を前記
電磁波照射源の電磁波を利用して検出する検出器とを有
する微小振動検出装置において、前記位置変化を検出す
る検出器がジョセフソン接合を利用した超伝導センサー
であり、前記超伝導体および前記超伝導センサーを共に
冷却するための冷却装置を備えており、前記浮上した磁
石の位置検出が、前記電磁波照射源の電磁波の前記磁石
から反射または投影された電磁波を前記超伝導センサー
で検出することにより行なわれることを特徴とする。
A second microvibration detecting apparatus according to the present invention comprises a superconductor, a magnet levitated by the Meissner effect of the superconductor, an electromagnetic wave irradiation source, and a change in position of the levitated magnet, which is detected by the electromagnetic wave irradiation source. In a microvibration detection device having a detector that detects using electromagnetic waves, the detector that detects the position change is a superconducting sensor using a Josephson junction, and both the superconductor and the superconducting sensor are used. A cooling device for cooling is provided, and the position detection of the magnet that has floated is performed by detecting the electromagnetic wave reflected or projected from the magnet of the electromagnetic wave of the electromagnetic wave irradiation source by the superconducting sensor. Features.

【0013】前記超伝導センサーは、ジョセフソン接合
直列アレイの各ジョセフソン接合のノーマル抵抗値が異
なる値を持つ超伝導ラインセンサーが1次元または2次
元に配列されたものであることが可能である。
[0013] The superconducting sensor may be a one-dimensional or two-dimensional superconducting line sensor in which the normal resistance of each Josephson junction in the Josephson junction series array has a different value. .

【0014】前記浮上した磁石の位置検出は、該磁石に
対して照射される電磁波が1、2または3方向より照射
されることによるものであることにより、1、2または
3次元の検出を行なうことができる。
The detection of the position of the levitated magnet is performed by irradiating the magnet with electromagnetic waves in one, two, or three directions, so that one-, two-, or three-dimensional detection is performed. be able to.

【0015】関連する参考発明の第1の微小振動検出装
置は、超伝導体と、該超伝導体をマイスナー効果により
浮上させるための磁場を発生する磁気回路とを有し、浮
上した超伝導体の光学位置を検出する微小振動検出装置
において、コヒーレントで波長の揃った光を発する光源
と、前記超伝導体に設けられた反射板と、前記磁気回路
に設けられた基準反射板と、前記反射板および基準反射
板にそれぞれ前記光源からの光を照射する光学系と、前
記反射板および基準反射板からの反射光のうちの一方の
周波数を実効的に空間方向に変調する光学系と、前記変
調された光と変調されない光との干渉模様を撮像する撮
像手段と、該撮像手段の出力を処理し、前記超伝導体の
光学位置を示す信号に変換する処理手段とを有すること
を特徴とする。
A first microvibration detecting apparatus according to a related invention has a superconductor and a magnetic circuit for generating a magnetic field for levitating the superconductor by the Meissner effect. A micro-vibration detection device that detects an optical position of a light source that emits coherent and uniform-wavelength light; a reflector provided on the superconductor; a reference reflector provided on the magnetic circuit; An optical system that irradiates the plate and the reference reflector with light from the light source, and an optical system that effectively modulates one of the frequencies of the reflected light from the reflector and the reference reflector in the spatial direction, Imaging means for imaging an interference pattern between modulated light and unmodulated light, and processing means for processing an output of the imaging means and converting the output into a signal indicating an optical position of the superconductor. I do.

【0016】関連する参考発明の第2の微小振動検出装
置は、超伝導体と、該超伝導体のマイスナー効果により
浮上する磁石とを有し、浮上した磁石の光学位置を検出
する微小振動検出装置において、コヒーレントで波長の
揃った光を発する光源と、前記磁石に設けられた反射板
と、前記超伝導体に設けられた基準反射板と、前記反射
板および基準反射板にそれぞれ前記光源からの光を照射
する光学系と、前記反射板および基準反射板からの反射
光のうちの一方の周波数を実効的に空間方向に変調する
光学系と、前記変調された光と変調されない光との干渉
模様を撮像する撮像手段と、該撮像手段の出力を処理
し、前記磁石の光学位置を示す信号に変換する処理手段
とを有することを特徴とする。
A second microvibration detecting apparatus according to a related invention has a superconductor and a magnet levitated by the Meissner effect of the superconductor, and detects a micro-vibration of the levitated magnet. In the device, a light source that emits coherent and uniform-wavelength light, a reflector provided on the magnet, a reference reflector provided on the superconductor, and the reflector and the reference reflector are each provided from the light source. An optical system that irradiates the light, an optical system that effectively modulates one of the frequencies of the reflected light from the reflection plate and the reference reflection plate in the spatial direction, and the modulated light and the unmodulated light. An image pickup means for picking up an image of the interference pattern, and a processing means for processing the output of the image pickup means and converting it into a signal indicating the optical position of the magnet.

【0017】関連する参考発明の第3の微小振動検出装
置は、超伝導体と、該超伝導体をマイスナー効果により
浮上させるための磁場を発生する磁気回路とを有し、浮
上した超伝導体の光学位置を検出する微小振動検出装置
において、コヒーレントで波長の揃った光を発する光源
と、前記超伝導体に設けられた反射板と、前記磁気回路
に設けられた基準反射板と、前記光源からの光の周波数
を変調する光学系と、前記反射板および基準反射板にそ
れぞれ変調された光および変調されない光を照射する光
学系と、入射する光の強度を検出する第1および第2の
光強度感受手段と、前記変調された光と変調されない光
とを第1の光強度感受手段に入射してこれらの光を干渉
させる光学系と、前記反射板および基準反射板からの反
射光を第2の光強度感受手段に入射してこれらの光を干
渉させる光学系と、第1および第2の光強度感受手段の
出力を光の強度分布に変更し、前記超伝導体の位置変化
を示す信号に変換する処理手段とを有することを特徴と
する。
A third microvibration detecting apparatus according to the related invention has a superconductor and a magnetic circuit for generating a magnetic field for levitating the superconductor by the Meissner effect. A micro-vibration detection device that detects the optical position of a light source that emits coherent and uniform-wavelength light, a reflector provided on the superconductor, a reference reflector provided on the magnetic circuit, and the light source An optical system for modulating the frequency of light from the optical system, an optical system for irradiating the modulated light and the unmodulated light to the reflector and the reference reflector, respectively, and a first and a second for detecting the intensity of the incident light. A light intensity sensing means, an optical system for causing the modulated light and the unmodulated light to enter the first light intensity sensing means and cause the light to interfere with the first light intensity sensing means, and the reflected light from the reflection plate and the reference reflection plate. Second light intensity An optical system which enters the sensing means and interferes with these lights, and outputs of the first and second light intensity sensing means are changed to a light intensity distribution and converted into a signal indicating a change in the position of the superconductor. And processing means.

【0018】関連する参考発明の第4の微小振動検出装
置は、超伝導体と、該超伝導体のマイスナー効果により
浮上する磁石とを有し、浮上した磁石の光学位置を検出
する微小振動検出装置において、コヒーレントで波長の
揃った光を発する光源と、前記磁石に設けられた反射板
と、前記超伝導体に設けられた基準反射板と、前記光源
からの光の周波数を変調する光学系と、前記反射板およ
び基準反射板にそれぞれ変調された光および変調されな
い光を照射する光学系と、入射する光の強度を検出する
第1および第2の光強度感受手段と、前記変調された光
と変調されない光とを第1の光強度感受手段に入射して
これらの光を干渉させる光学系と、前記反射板および基
準反射板からの反射光を第2の光強度感受手段に入射し
てこれらの光を干渉させる光学系と、第1および第2の
光強度感受手段の出力を光の強度分布に変更し、前記超
伝導体の位置変化を示す信号に変換する処理手段とを有
することを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a microvibration detecting apparatus having a superconductor and a magnet floating by the Meissner effect of the superconductor, and detecting an optical position of the floating magnet. In the device, a light source that emits coherent and uniform-wavelength light, a reflector provided on the magnet, a reference reflector provided on the superconductor, and an optical system that modulates the frequency of light from the light source An optical system for irradiating the modulated light and the unmodulated light to the reflector and the reference reflector, first and second light intensity sensing means for detecting the intensity of the incident light, An optical system for causing light and non-modulated light to enter the first light intensity sensing means and causing the light to interfere with each other; and reflecting light from the reflection plate and the reference reflection plate to the second light intensity sensing means. Dry these lights An optical system for the output of the first and second light intensity sensing means to change the intensity distribution of the light, and having a processing means for converting a signal indicating the position change of the superconductor.

【0019】関連する参考発明の第1の微小振動制御装
置は、超伝導体と、該超伝導体をマイスナー効果により
浮上させるための磁場を発生する電気的に磁力制御可能
な磁気回路とを有し、浮上した超伝導体の微小振動を制
御する微小振動制御装置において、コヒーレントで波長
の揃った光を発する光源と、前記超伝導体に設けられた
反射板と、前記磁気回路に設けられた基準反射板と、前
記反射板および基準反射板にそれぞれ前記光源からの光
を照射する光学系と、前記反射板および基準反射板から
の反射光のうちの一方の周波数を実効的に空間方向に変
調する光学系と、前記変調された光と変調されない光と
の干渉模様を撮像する撮像手段と、該撮像手段の出力を
処理し、前記超伝導体の位置を示す信号に変換する処理
手段と、前記処理手段の出力を基に、前記磁気回路の磁
力を制御する制御手段とを有することを特徴とする。
A first microvibration control apparatus according to the related invention has a superconductor and a magnetic circuit capable of controlling the magnetic force for generating a magnetic field for levitating the superconductor by the Meissner effect. And a micro-vibration control device that controls micro-vibration of the superconductor that floats, a light source that emits coherent, uniform-wavelength light, a reflector provided on the superconductor, and a magnetic circuit provided on the magnetic circuit. A reference reflector, an optical system for irradiating the reflector and the reference reflector with light from the light source, respectively, and effectively changing one frequency of the reflected light from the reflector and the reference reflector in the spatial direction. An optical system for modulating, an imaging unit for imaging an interference pattern between the modulated light and the unmodulated light, a processing unit for processing an output of the imaging unit, and converting the output to a signal indicating a position of the superconductor; , The processing Based on the output of the stage, and having a control means for controlling the magnetic force of the magnetic circuit.

【0020】関連する参考発明の第2の微小振動制御装
置は、超伝導体と、該超伝導体をマイスナー効果により
浮上させるための磁場を発生する電気的に磁力制御可能
な磁気回路とを有し、浮上した超伝導体の光学位置を検
出する微小振動制御装置において、コヒーレントで波長
の揃った光を発する光源と、前記超伝導体に設けられた
反射板と、前記磁気回路に設けられた基準反射板と、前
記光源からの光の周波数を変調する光学系と、前記反射
板および基準反射板にそれぞれ変調された光および変調
されない光を照射する光学系と、入射する光の強度を検
出する第1および第2の光強度感受手段と、前記変調さ
れた光と変調されない光とを第1の光強度感受手段に入
射してこれらの光を干渉させる光学系と、前記反射板お
よび基準反射板からの反射光を第2の光強度感受手段に
入射してこれらの光を干渉させる光学系と、第1および
第2の光強度感受手段の出力を光の強度分布に変更し、
前記超伝導体の位置変化を示す信号に変換する処理手段
と、前記処理手段の出力を基に、前記磁気回路の磁力を
制御する制御手段とを有することを特徴とする。
A second microvibration control apparatus according to the related invention has a superconductor and a magnetic circuit capable of controlling the magnetic force for generating a magnetic field for levitating the superconductor by the Meissner effect. Then, in the micro-vibration control device for detecting the optical position of the floating superconductor, a light source that emits coherent and uniform-wavelength light, a reflector provided on the superconductor, and the magnetic circuit are provided. A reference reflector, an optical system that modulates the frequency of light from the light source, an optical system that irradiates the reflector and the reference reflector with modulated and unmodulated light, and detects the intensity of incident light. First and second light intensity sensing means, an optical system for causing the modulated light and the unmodulated light to enter the first light intensity sensing means and causing the light to interfere with the first and second light intensity sensing means, A reflector An optical system for causing interference of these light and the reflected light is incident on the second light intensity sensitive means, change the output of the first and second light intensity perceived means to the intensity distribution of the light,
It is characterized by comprising processing means for converting a signal indicating a change in the position of the superconductor, and control means for controlling a magnetic force of the magnetic circuit based on an output of the processing means.

【0021】[0021]

【作用】本発明の第1および第2の微小振動検出装置で
は、磁気回路(または超伝導体)および浮上体である超伝
導体(または磁石)間に相対的な振動が発生すると、マイ
スナー効果により、磁気回路または超伝導体の中心線上
で浮上している浮上体と磁気回路(または超伝導体)との
相対的位置が微小振動により変化する。この相対的位置
変化を検出器としての超伝導センサーにより検出する。
In the first and second minute vibration detecting devices of the present invention, when a relative vibration is generated between the magnetic circuit (or the superconductor) and the superconductor (or the magnet) which is a floating body, the Meissner effect is generated. Accordingly, the relative position between the magnetic circuit (or the superconductor) floating on the center line of the magnetic circuit or the superconductor changes due to the minute vibration. This relative position change is detected by a superconducting sensor as a detector.

【0022】また、電磁波の発生源および検出器を2次
元または3次元方向に配置することにより、2次元また
は3次元の変位を検出することが可能である。さらに、
本発明の第1および第2の微小振動検出装置では、電磁
波発生源からの電磁波をマイスナー効果で浮上している
浮上体に照射してその投影波により位置変化を検出する
だけでなく、電磁波を検出する検出器の配置を変えて、
反射波によっても位置変化を検出することができる。
By disposing the electromagnetic wave source and the detector in a two-dimensional or three-dimensional direction, it is possible to detect a two-dimensional or three-dimensional displacement. further,
In the first and second minute vibration detecting devices of the present invention, not only the electromagnetic wave from the electromagnetic wave generation source is irradiated to the floating body floating by the Meissner effect, and the position change is detected by the projected wave, but also the electromagnetic wave is detected. Change the position of the detector to detect,
The position change can also be detected by the reflected wave.

【0023】このように、本発明の第1および第2の微
小振動検出装置は、従来の半導体の機械的歪を利用する
のではなく、超伝導体とそのマイスナー効果を利用して
1次元から3次元方向の微小振動を正確に検出できるよ
うにしたものである。
As described above, the first and second minute vibration detecting devices of the present invention do not use the conventional mechanical strain of a semiconductor, but use a superconductor and its Meissner effect to perform one-dimensional detection. This is such that minute vibrations in three-dimensional directions can be accurately detected.

【0024】また、本発明及び関連発明では、いずれも
超伝導体のマイスナー効果を利用するため、装置の一部
または全体を超伝導体の臨界温度以下に冷却する必要が
ある。超伝導体の臨界温度は、現在最も高い材料でも約
130Kであり、この材料を用いても電磁波(例えば可視
光)の検出器の部分は約 80Kよりも低くなることが多
い。この温度領域で通常の光センサーを使用すると、セ
ンサーによっては感度の低下、動作速度の低下などの問
題が発生することがあるため、検出器部と浮上した超伝
導体部分を熱的に分離する必要がある。
Further, in the present invention and related inventions, in order to utilize the Meissner effect of the superconductor, it is necessary to cool a part or the whole of the device to a temperature lower than the critical temperature of the superconductor. The critical temperature of superconductors is about
It is 130K, and even if this material is used, the part of the detector for electromagnetic waves (for example, visible light) is often lower than about 80K. If a normal optical sensor is used in this temperature range, problems such as reduced sensitivity and reduced operation speed may occur depending on the sensor, so the detector section and the superconductor part that floated are thermally separated. There is a need.

【0025】本発明の第1および第2の微小振動検出装
置では、このような熱的分離を行なわないで高精度の微
小振動を検出するために、検出器も超伝導体のセンサー
を利用するものである。このような超伝導センサーを1
次元または2次元に配列し、各超伝導センサーからの出
力を測定すれば浮上体の移動方向、大きさを知ることが
できる。
In the first and second minute vibration detecting devices of the present invention, in order to detect the minute vibration with high accuracy without performing such thermal separation, the detector also uses a superconductor sensor. Things. One such superconducting sensor
The moving direction and the size of the levitation body can be known by arranging them in two or two dimensions and measuring the output from each superconducting sensor.

【0026】一方、関連発明の第1ないし第4の微小振
動検出装置では、光の干渉を利用して、光の波長以下の
精度をもって浮上体である超伝導体(または磁気回路)の
光学位置を検出することができる。そして、関連発明の
第1および第2の微小振動制御装置は、検出された光学
位置を基に磁気回路の磁力を制御することにより、浮上
体の微小振動を制御するものである。
On the other hand, in the first to fourth minute vibration detecting devices according to the related invention, the optical position of the superconductor (or magnetic circuit) as a floating body is accurately controlled to the wavelength of light or less by utilizing the interference of light. Can be detected. The first and second minute vibration control devices of the related invention control the minute vibration of the floating body by controlling the magnetic force of the magnetic circuit based on the detected optical position.

【0027】[0027]

【実施例】次に、本発明の実施例ならびに関連発明の参
考例について図面を参照して説明する。
Next, an embodiment of the present invention and a reference example of a related invention will be described with reference to the drawings.

【0028】図1は本発明の微小振動検出装置の第1実
施例の構成図、図2は本実施例の超伝導センサーを示す
概略説明図である。
FIG. 1 is a block diagram of a first embodiment of the microvibration detecting device of the present invention, and FIG. 2 is a schematic explanatory view showing a superconducting sensor of the present embodiment.

【0029】図1において、磁気回路 11 は、Sm-Co
磁石を外径が2cm、内径が 0.6cmのリング状に加工さ
れたものであり、不図示の台等に固定設置されている。
超伝導体 12 は、直径 0.4cmの球形に加工された酸化
物超伝導体(Y1Ba2Cu37-x超伝導体)であり、臨界温
度は約 90Kである。この超伝導体 12 は、マイスナー
効果によって非接触のまま磁気回路 11 の磁場が形成さ
れた空中に浮上し、照射された光を遮断する。
In FIG. 1, the magnetic circuit 11 is composed of Sm-Co
The magnet is formed into a ring shape having an outer diameter of 2 cm and an inner diameter of 0.6 cm, and is fixedly installed on a table (not shown).
The superconductor 12 is an oxide superconductor (Y 1 Ba 2 Cu 3 O 7-x superconductor) processed into a spherical shape having a diameter of 0.4 cm, and has a critical temperature of about 90K. The superconductor 12 floats in the air where the magnetic field of the magnetic circuit 11 is formed in a non-contact manner due to the Meissner effect, and blocks irradiated light.

【0030】電磁波(光)の発生源として用いられる光発
生源 13 は、レーザーダイオードで構成されている。シ
リンドリカルレンズ 14 は、光発生源 13 からの光の形
状を円形から線形に修正させ、マイスナー効果により浮
上している超伝導体 12 に光を照射する。超伝導センサ
ー 15 は、超伝導体 12 で遮断されなかった光を検出す
るための検出器であり、10μmの間隔で配列されたジョ
セフソン接合部を有している。
The light source 13 used as a source of electromagnetic waves (light) is composed of a laser diode. The cylindrical lens 14 corrects the shape of the light from the light source 13 from a circle to a linear shape, and irradiates the superconductor 12 floating by the Meissner effect. The superconducting sensor 15 is a detector for detecting light not blocked by the superconductor 12, and has Josephson junctions arranged at intervals of 10 μm.

【0031】これら磁気回路 11、超伝導体 12 および
超伝導センサー 15 は、冷却部分 16として、不図示の
冷却装置により超伝導体 12 の臨界温度以下に冷却され
る。また、磁気回路 11、光発生源 13、シリンドリカル
レンズおよび超伝導センサー15 はそれらの相対的位置
が変化しないように同一の構造体で固定されている。
The magnetic circuit 11, the superconductor 12, and the superconductor sensor 15 are cooled as a cooling portion 16 to a temperature not higher than the critical temperature of the superconductor 12 by a cooling device (not shown). The magnetic circuit 11, the light source 13, the cylindrical lens, and the superconducting sensor 15 are fixed by the same structure so that their relative positions do not change.

【0032】本実施例で利用する超伝導センサー 15 を
以下に示す。すなわち、この超伝導センサー 15 は、ジ
ョセフソン接合部を直列に接続し、これを1次元または
2次元に配列した(本実施例では図1の x方向)超伝導ラ
インセンサーで、各ジョセフソン接合部のノーマル抵抗
値が各々異なる値を持つものである。
The superconducting sensor 15 used in this embodiment is shown below. That is, this superconducting sensor 15 is a superconducting line sensor in which Josephson junctions are connected in series and one-dimensionally or two-dimensionally arranged (in this embodiment, the x direction in FIG. 1). The normal resistance values of the sections have different values.

【0033】図2において、超伝導センサー 15 は、ジ
ョセフソン接合部 21〜25 と負荷抵抗Rと直流電圧源E
の閉回路を構成する(説明を簡単にするため、ここでは
5個のジョセフソン接合部のものを示す)。このとき各
ジョセフソン接合部 21〜25のノーマル抵抗値を r,2r,
4r,8r,16r(Ω)に設定しておく。
In FIG. 2, the superconducting sensor 15 includes Josephson junctions 21 to 25, a load resistor R, and a DC voltage source E.
(For simplicity, five Josephson junctions are shown here). At this time, the normal resistance of each of the Josephson junctions 21 to 25 is r, 2r,
Set to 4r, 8r, 16r (Ω).

【0034】電磁波が入射していないときは、各ジョセ
フソン接合部 21〜25 には抵抗がないが、電磁波を入射
すると、例えばジョセフソン接合部 21 の部分に入射し
たならば rΩ、ジョセフソン接合部 23,24 の2か所に
入射したならば4r+8r=12r(Ω)の抵抗が発生する。
このことを利用することにより、ジョセフソン接合アレ
イの両端の電圧を測定することでアレイ中のどのジョセ
フソン接合部に電磁波が入射したかが一義的に決定でき
る。
When no electromagnetic wave is incident, there is no resistance in each of the Josephson junctions 21 to 25. However, when an electromagnetic wave is incident, for example, if it is incident on the portion of the Josephson junction 21, rΩ, Josephson junction If the light is incident on two places of the parts 23 and 24, a resistance of 4r + 8r = 12r (Ω) is generated.
By utilizing this fact, it is possible to uniquely determine which of the Josephson junctions in the array the electromagnetic wave has entered by measuring the voltage across the Josephson junction array.

【0035】つまり、ジョセフソン接合部 21,24 に電
磁波が入射した場合には V=E(r+8r)/(R+(r+8R)) =(E・9r)/(R+9r) となり、R>>rと設定すれば、V=9rE/Rとなる。
ジョセフソン接合部 21,24 の組み合わせ以外に係数
の"9"は存在しないので、ジョセフソン接合部 21,24
に電磁波が入射したことがわかる。
That is, when electromagnetic waves are incident on the Josephson junctions 21 and 24, V = E (r + 8r) / (R + (r + 8R)) = (E · 9r) / (R + 9r), and R >> r If set, V = 9rE / R.
Since there is no coefficient "9" other than the combination of the Josephson junctions 21, 24, the Josephson junctions 21, 24
It can be seen that the electromagnetic wave has entered.

【0036】なお、超伝導センサーは、一般に短い波長
で高感度が得られる。また、ジョセフソン接合のノーマ
ル抵抗値を異なる値に設定する手段としては、例えば弱
結合型のジョセフソン接合を採用する場合には弱結合部
の幅を変化させる方法、弱結合部にゲートを設け、この
ゲートに電圧を印加する方法、該ゲート部に準粒子を注
入する方法などがある。いずれの場合も弱結合部の形状
を正確に作成することで実現できるが、これは、フォト
リソグラフィーなど通常のパターニング技術で行なえば
よい。さらに、通常の場合、本実施例のセンサーは、弱
結合型ジョセフソン接合を利用する方がセンサーを作成
する場合にはプロセスが簡単になるが、ポイントコンタ
クトやトンネル接合を利用してもよい。
In general, a superconducting sensor can obtain high sensitivity at a short wavelength. Also, as means for setting the normal resistance value of the Josephson junction to a different value, for example, when employing a weak coupling type Josephson junction, a method of changing the width of the weak coupling portion, providing a gate at the weak coupling portion There are a method of applying a voltage to the gate and a method of injecting quasiparticles into the gate. In any case, this can be realized by accurately forming the shape of the weakly coupled portion, but this may be performed by a normal patterning technique such as photolithography. Further, in the normal case, the process of the sensor according to the present embodiment is simpler when a weakly coupled Josephson junction is used to fabricate the sensor, but a point contact or a tunnel junction may be used.

【0037】次に、本実施例の動作について図1を参照
して説明する。
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG.

【0038】冷却部分 16 を約 77K以下に冷却する
と、超伝導体 12 はマイスナー効果により図1のように
浮上する。この超伝導体 12 に光発生源 13 からの光 1
7 をシリンドリカルレンズ 14 で線状に光形状を変形さ
せて図示下方に照射する。
When the cooling part 16 is cooled to about 77 K or less, the superconductor 12 floats as shown in FIG. 1 due to the Meissner effect. The light from the light source 13 is applied to the superconductor 12.
7 is linearly deformed by a cylindrical lens 14 to irradiate the light downward.

【0039】振動がない場合には、光 17 の一部分は超
伝導体 12 に反射されて、超伝導センサー 15 に到達し
ないが、反射されない光 17 は超伝導センサー 15 で検
出される。超伝導センサー 15 は、複数のジョセフソン
接合部からなる光センサーがx方向に配置されており、x
方向に超伝導体 12 が移動した場合には超伝導体 12に
反射されなかった光 17 によりその移動を検出すること
ができる。
In the absence of vibration, a portion of the light 17 is reflected by the superconductor 12 and does not reach the superconducting sensor 15, but the unreflected light 17 is detected by the superconducting sensor 15. In the superconducting sensor 15, an optical sensor including a plurality of Josephson junctions is arranged in the x direction.
When the superconductor 12 moves in the direction, the movement can be detected by the light 17 not reflected by the superconductor 12.

【0040】振動が発生した場合、磁気回路 11 は振動
により変位するが、超伝導体 12 は慣性により振動発生
の直後はその位置を変化させない。このことは、超伝導
体 12 と磁気回路 11 の相対的位置が振動により変化す
ることになるため、超伝導センサー 15 で検出する光 1
7 の位置変化により振動を検出できる。検出できる振動
の振幅は、超伝導センサー 15 に配置したジョセフソン
接合部の間隔で決定され、本実施例では 10μmの間隔
でジョセフソン接合部を配列したラインセンサーを使用
したので、10μmの変化を検出できる。
When a vibration is generated, the magnetic circuit 11 is displaced by the vibration, but the position of the superconductor 12 is not changed immediately after the vibration is generated due to inertia. This means that the relative position between the superconductor 12 and the magnetic circuit 11 changes due to vibration.
Vibration can be detected by the position change of 7. The amplitude of the vibration that can be detected is determined by the interval between the Josephson junctions arranged in the superconducting sensor 15. In the present embodiment, a line sensor having the Josephson junctions arranged at an interval of 10 μm was used. Can be detected.

【0041】次に、本発明の第2実施例について説明す
る。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.

【0042】図1において、光発生源 13 をハロゲンラ
ンプとし、シリンドリカルレンズ4に代えてガラスレン
ズを用いた光学系でハロゲンランプからの光を平行光線
にする。さらに超伝導センサー 15 を2次元(x,y方向)
に配列する。このような構成にすることにより、2次元
方向、すなわちxy方向の微小振動を検出できる。また、
ハロゲンランプおよび光学系に代えて、波長 0.5mm程
度の平行なミリ波を照射できるガンオシレータを用いて
もよい。
In FIG. 1, a light source 13 is a halogen lamp, and light from the halogen lamp is converted into parallel rays by an optical system using a glass lens instead of the cylindrical lens 4. Furthermore, the superconducting sensor 15 is two-dimensional (x, y directions)
Array. With such a configuration, a minute vibration in the two-dimensional direction, that is, the xy direction can be detected. Also,
Instead of the halogen lamp and the optical system, a gun oscillator that can emit parallel millimeter waves having a wavelength of about 0.5 mm may be used.

【0043】次に、関連発明の第1参考例について説明
する。
Next, a first reference example of the related invention will be described.

【0044】図3は関連発明の微小振動検出装置の第1
参考例の構成図である。本実施例では、超伝導体 32 が
不図示の台等に固定設置され、磁石 31 が浮上する。磁
石 31 は、外径が 10mm、厚さが1mmのSm-Co磁
石の中心に 0.5mmの円柱状の穴が開いたリング状に加
工されたものである。超伝導体 32 は第1実施例の超伝
導体 12 と同材料の酸化物超伝導体であり、外径 15m
m、内径5mm、厚さ1mmとした。
FIG. 3 shows a first embodiment of a micro-vibration detecting apparatus according to the present invention.
It is a block diagram of a reference example. In this embodiment, the superconductor 32 is fixedly installed on a table (not shown) or the like, and the magnet 31 floats. The magnet 31 is formed by processing an Sm-Co magnet having an outer diameter of 10 mm and a thickness of 1 mm into a ring shape having a cylindrical hole of 0.5 mm at the center thereof. The superconductor 32 is an oxide superconductor of the same material as the superconductor 12 of the first embodiment, and has an outer diameter of 15 m.
m, the inner diameter was 5 mm, and the thickness was 1 mm.

【0045】超伝導体 32、超伝導センサー 35 は不図
示の冷却装置により冷却されている。冷却温度は、超伝
導体 32、超伝導センサー 35 の臨界温度約 90Kより低
い温度であればよいが、約 70Kまで下げることが好ま
しい。
The superconductor 32 and the superconductor sensor 35 are cooled by a cooling device (not shown). The cooling temperature may be lower than the critical temperature of the superconductor 32 and the superconducting sensor 35 of about 90K, but is preferably lowered to about 70K.

【0046】超伝導センサー 35 は2×2mmの大きさ
にジョセフソン接合アレイが2次元に配列されたもので
ある。各ジョセンフソン接合部の間隔は1μm程度であ
る。光発生源 133 からレンズ 34 を介して照射され、
磁石 31 に中心の穴を通過してきた光 37 の超伝導セン
サー 35 上での移動より、第2実施例と同様に微小変化
を検出できる。
The superconducting sensor 35 has a 2 × 2 mm Josephson junction array two-dimensionally arranged. The interval between the Josephson junctions is about 1 μm. Irradiated from light source 133 through lens 34,
By moving the light 37 passing through the center hole of the magnet 31 on the superconducting sensor 35, a minute change can be detected as in the second embodiment.

【0047】次に、関連発明の第2参考例について説明
する。
Next, a second reference example of the related invention will be described.

【0048】図4は関連発明の微小振動検出装置の第2
参考例の構成図である。
FIG. 4 shows a second embodiment of the micro-vibration detecting device of the related invention.
It is a block diagram of a reference example.

【0049】図4において、磁気回路 41 は図1の磁気
回路 11 と同等のものである。超伝導体 42 は直径3m
m、厚さ1mmの円盤状のもので、材料は第1実施例の
超伝導体 12 と同じであるが、上面には光の反射板とし
て厚さ 0.1mmのAlの薄板が取り付けられている。
In FIG. 4, the magnetic circuit 41 is equivalent to the magnetic circuit 11 of FIG. Superconductor 42 is 3m in diameter
m, 1 mm thick disk-shaped, the same material as the superconductor 12 of the first embodiment, but a 0.1 mm thick Al thin plate is attached on the upper surface as a light reflecting plate. .

【0050】超伝導センサー 45 は2次元の光センサー
である。また、光発生源 43、シリンドリカルレンズ 44
および超伝導センサー 45 の各上側(z方向側)に、これ
らと同等の光学系である光発生源 43a、シリンドリカル
レンズ 44a および超伝導センサー 45a が、超伝導体 4
2 の上面の1点を向くようにそれぞれ配置されている。
The superconducting sensor 45 is a two-dimensional optical sensor. Light source 43, cylindrical lens 44
A light source 43a, a cylindrical lens 44a, and a superconducting sensor 45a, which are equivalent optical systems, are provided on the upper side (z direction side) of the superconducting sensor 45 and the superconducting sensor 45a.
2 are arranged so as to face one point on the upper surface.

【0051】さらに、図4では省略してあるが、光発生
源 43、シリンドリカルレンズ 44および超伝導センサー
45 と同じ光学系が紙面に対して垂直方向にも配置され
ている。第1実施例と同様に超伝導体 42 および超伝導
センサー 45,45a を冷却することにより、超伝導体 42
はマイスナー効果で浮上する。
Further, although omitted in FIG. 4, the light source 43, the cylindrical lens 44 and the superconducting sensor
The same optical system as in 45 is also arranged perpendicular to the plane of the paper. By cooling the superconductor 42 and the superconductor sensors 45 and 45a in the same manner as in the first embodiment, the superconductor 42 is cooled.
Emerges due to the Meissner effect.

【0052】光発生源 43、シリンドリカルレンズ 44
および超伝導センサー 45 により、zおよびy方向の変位
が検出され、紙面に垂直に配置された光学系により zお
よびx方向が、また、光発生源 43a、シリンドリカルレ
ンズ 44a および超伝導センサー 45a により超伝導体 4
2 の水平方向(xy平面)からの傾きが検出される。各光学
系からの検出データを総合的に解析することにより、3
次元方向の微小振動を同時に検出できる。
Light source 43, cylindrical lens 44
And the superconducting sensor 45 detects the displacement in the z and y directions, the z and x directions are detected by the optical system arranged perpendicular to the plane of the drawing, and the light source 43a, the cylindrical lens 44a and the superconducting sensor 45a Conductor 4
2 is detected from the horizontal direction (xy plane). By comprehensively analyzing the detection data from each optical system, 3
Micro vibrations in the dimensional direction can be detected simultaneously.

【0053】次に、関連発明の第3参考例について説明
する。
Next, a third reference example of the related invention will be described.

【0054】図5は関連発明の微小振動検出装置の第3
参考例の構成図である。
FIG. 5 shows a third embodiment of the micro-vibration detecting device according to the present invention.
It is a block diagram of a reference example.

【0055】本参考例では、磁気回路 51 により浮上す
る超伝導体 52 が 1.2×1.2×1.0mmの直方体であり、
各面の中心に 100μmの細孔が開けられている。この細
孔は、どのような方法で加工してもよいが、例えば、ア
ルゴンイオンレーザー光を相対する面から入射させて加
工を行なうイオンミリングなどの方法により作成するこ
とができる。
In this embodiment, the superconductor 52 levitated by the magnetic circuit 51 is a rectangular parallelepiped of 1.2 × 1.2 × 1.0 mm.
A pore of 100 μm is opened at the center of each surface. The pores may be processed by any method. For example, the pores can be formed by a method such as ion milling in which an argon ion laser beam is incident from an opposite surface to perform processing.

【0056】各々3個の光発生源 53 およびシリンドリ
カルレンズ 54(図5では各々2個のみを示す)は、x,y,z
の3方向から超伝導体 53 に光 57 を照射し、対応す
る3個の超伝導センサー 55(図5では2個のみを示す)
により第2参考例と同じように3次元方向の微小振動を
測定できる。図5では、紙面に垂直方向の光学系は省略
してある。
Each of the three light sources 53 and the cylindrical lens 54 (only two of them are shown in FIG. 5) has x, y, z
The superconductor 53 is irradiated with light 57 from three directions, and three corresponding superconducting sensors 55 (only two are shown in FIG. 5)
As a result, as in the second reference example, a minute vibration in a three-dimensional direction can be measured. In FIG. 5, the optical system in the direction perpendicular to the paper is omitted.

【0057】なお、本参考例では、光が通る細孔が、完
全な円柱状ではなく、円錐状になるため、円錐面で反射
した迷光により超伝導センサー 55 上での光像がぼけて
しまう可能性がある。このため、光学系 54b により透
過光を平行光線に修正する。また、この光学系 54b に
より、ビームを 100倍に拡大できるため、超伝導センサ
ー 55 の分解能である2μmよりも振動振幅の分解能は
改善され、0.02μmの微小振動を検出できる。
In the present embodiment, the light-passing pores are not perfectly cylindrical but conical, so that the stray light reflected by the conical surface blurs the light image on the superconducting sensor 55. there is a possibility. Therefore, the transmitted light is corrected into a parallel light by the optical system 54b. Further, since the beam can be enlarged by 100 times by the optical system 54b, the resolution of the vibration amplitude is improved from 2 μm which is the resolution of the superconducting sensor 55, and a minute vibration of 0.02 μm can be detected.

【0058】以上本発明の第1および第2実施例、およ
び関連発明の第1ないし第3参考例では、超伝導体とし
てY1Ba2Cu37-x を用いたが、本発明はこれに限定
されるものではなく、Nbなどの金属やNb3Tiなどの合
金超伝導体あるいはBi-Sr-Ca-Cu-OやTl-Sr-Ca-
Cu-O系の酸化物超伝導体など超伝導性を示す材料であ
ればよい。超伝導体の形状および使用する数は必要に応
じて変化させることが可能である。つまり、磁石(磁気
回路)との相対的関係でこれらは決まるものであり、マ
イスナー効果により超伝導体あるいは磁石が最も浮上し
やすいように配置すればよい。
In the first and second embodiments of the present invention and the first to third reference examples of the related invention, Y 1 Ba 2 Cu 3 O 7-x is used as the superconductor. However, the present invention is not limited to this. Metals such as Nb, alloy superconductors such as Nb 3 Ti, Bi-Sr-Ca-Cu-O, and Tl-Sr-Ca-
Any material that exhibits superconductivity, such as a Cu—O-based oxide superconductor, may be used. The shape and number of superconductors can be varied as needed. That is, these are determined by the relative relationship with the magnet (magnetic circuit), and the superconductor or the magnet may be arranged so as to float most easily by the Meissner effect.

【0059】また、各実施例および各参考例では磁気回
路の形状はリング状であったが、この形状も数も特に制
限はなく、これらは磁場の勾配を考慮して決定すればよ
い。磁気回路としては、永久磁石、電磁石、超伝導マグ
ネット等、超伝導体を浮上させるものであれば特に限定
されない。さらに、磁石もSm-Coなどの永久磁石に限
定されるものではなく、電磁石や超伝導マグネットも使
用できることはいうまでもない。
In each of the embodiments and the reference examples, the shape of the magnetic circuit is a ring. However, the shape and the number are not particularly limited, and may be determined in consideration of the magnetic field gradient. The magnetic circuit is not particularly limited as long as the superconductor floats, such as a permanent magnet, an electromagnet, and a superconducting magnet. Further, the magnet is not limited to a permanent magnet such as Sm-Co, and it goes without saying that an electromagnet or a superconducting magnet can be used.

【0060】光(電磁波)発生源の種類についても、直進
性のあるものであれば何でもよく、ジョセフソン接合を
利用した超伝導センサーを使用するため、ガンダイオー
ドなどのミリ波領域の発信源も利用可能である。すなわ
ち、電磁波の波長は超伝導体ラインセンサーの臨界温度
で決まる長波長限界より短いものであれば特に制限はな
く、例えばマイクロ波やX線も使用可能である。また、
電磁波は特にコヒーレント波である必要はないが、でき
るだけ平行なものが好ましい。さらに、超伝導センサー
の大きさも半導体加工技術を応用することにより小さく
することができ、その限界は半導体の微細加工限界と同
様である(なお、磁気回路、超伝導体、光発生源につい
ては特開平4-131716号公報参照)。
Any kind of light (electromagnetic wave) generation source may be used as long as it has straightness. Since a superconducting sensor using a Josephson junction is used, a source in the millimeter wave region such as a gun diode is also used. Available. That is, the wavelength of the electromagnetic wave is not particularly limited as long as it is shorter than the long wavelength limit determined by the critical temperature of the superconductor line sensor. For example, microwaves and X-rays can be used. Also,
The electromagnetic wave need not be a coherent wave, but is preferably as parallel as possible. Furthermore, the size of the superconducting sensor can be reduced by applying semiconductor processing technology, and its limits are the same as those of semiconductor microfabrication (note that magnetic circuits, superconductors, and light generation sources are notably limited). See Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 4-317716).

【0061】次に、関連発明の第4参考例について説明
する。
Next, a fourth reference example of the related invention will be described.

【0062】図6は関連発明の微小振動検出装置の第4
参考例の要部概略図、図7は図6の超伝導体 61 および
磁気回路 62 を示す斜視図、図8は磁気回路の他の態様
である磁気回路 82 を示す斜視図、図9は第4参考例に
よって得られる光学信号に関する説明図、図10(a),(b)
は第4参考例によって得られる電気信号に関する説明図
である。
FIG. 6 shows a fourth embodiment of the minute vibration detecting apparatus according to the present invention.
FIG. 7 is a perspective view showing a superconductor 61 and a magnetic circuit 62 shown in FIG. 6, FIG. 8 is a perspective view showing a magnetic circuit 82 which is another embodiment of the magnetic circuit, and FIG. 4 (a), (b) are explanatory diagrams relating to optical signals obtained by the fourth reference example.
FIG. 9 is an explanatory diagram relating to an electric signal obtained by the fourth reference example.

【0063】図6および図7に示すように、超伝導体 6
1 は、その上面の所定位置に十分平に磨かれた複数の反
射板 63 を備えており、マイスナー効果によって非接触
のまま空中に浮上している。磁気回路 62 は、その上面
の所定位置に十分平に磨かれた複数の基準反射板 64 を
備えており、超伝導体 61 を浮上させる磁力を発生する
電気的に制御できる電磁石である。
As shown in FIGS. 6 and 7, the superconductor 6
1 has a plurality of sufficiently polished reflectors 63 at predetermined positions on its upper surface, and floats in the air without contact by the Meissner effect. The magnetic circuit 62 is provided with a plurality of reference reflectors 64 polished sufficiently at predetermined positions on the upper surface thereof, and is an electrically controllable electromagnet that generates a magnetic force for floating the superconductor 61.

【0064】磁気回路 62 としては、強磁場を発生する
永久磁石であってもかまわないが、この磁気回路 62 が
微小振動の基準となるため、十分振動のない安定した地
面あるいは床に固定されていることが必要であり、ま
た、経時的変化がないことが必要である。制御回路 75
は磁気回路 62 の電力の制御を行なう。
The magnetic circuit 62 may be a permanent magnet that generates a strong magnetic field. However, since the magnetic circuit 62 serves as a reference for a minute vibration, it is fixed to a stable ground or floor without sufficient vibration. It is necessary that there is no change over time. Control circuit 75
Controls the power of the magnetic circuit 62.

【0065】レーザー光源 65 は十分コヒーレントで波
長の揃った光線を発生するものであり、本参考例におい
ては水平に設置されたヘリウムネオンレーザーが使用さ
れる。レーザー光源 65 の前方(光線の発射方向)で、基
準反射板 64 の上方には、45°下方に傾けられたハーフ
ミラー 66 が設置されている。
The laser light source 65 generates a light beam having a sufficiently coherent and uniform wavelength. In the present embodiment, a helium-neon laser horizontally installed is used. In front of the laser light source 65 (in the direction in which light rays are emitted), above the reference reflector 64, a half mirror 66 inclined downward by 45 ° is installed.

【0066】ハーフミラー 66 のさらに前方で、反射板
63 の上方には、同様に 45°下方に傾けられたミラー
70 が設置されている。ハーフミラー 66 および基準反
射板64 の間には、ハーフミラー 66 と同様に 45°下方
に傾けられたハーフミラー67 が設置されている。ミラ
ー 70 および反射板 63 の間には、45°よりも微小角度
α異なる角度で下方に傾けられたハーフミラー 71 が設
置されている。ハーフミラー 67,71 はほぼ同じ高さに
設置されている。
Further in front of the half mirror 66, a reflection plate
Above 63, a mirror also tilted 45 ° down
70 are installed. Between the half mirror 66 and the reference reflector 64, a half mirror 67 that is inclined downward by 45 ° is installed similarly to the half mirror 66. Between the mirror 70 and the reflection plate 63, there is provided a half mirror 71 which is tilted downward at an angle different from the angle of 45 ° by a small angle α. The half mirrors 67 and 71 are installed at almost the same height.

【0067】ハーフミラー 67 の図示右側(下方からの
光線のハーフミラー 67 による反射光の進行方向)に
は、結像レンズ 68 および撮像装置 69 が設けられてい
る。撮像装置 69 は前処理装置 72 を介して信号処理装
置 73 に接続され、信号処理装置 73 は演算装置 74 に
接続されている。演算装置 74 は制御装置 75 に接続さ
れている。
An imaging lens 68 and an image pickup device 69 are provided on the right side of the half mirror 67 in the drawing (in the traveling direction of light reflected by the half mirror 67 from below). The imaging device 69 is connected to a signal processing device 73 via a preprocessing device 72, and the signal processing device 73 is connected to an arithmetic device 74. The arithmetic unit 74 is connected to the control unit 75.

【0068】前処理装置 72 は、撮像装置 69 から出力
される信号の画像積算を行なうとともに、その平均値が
設定値になるようにレベル制御し、また、画像の不要な
部分(縁部)をカットし、ノイズを除去するなどの前処理
を行なう。信号処理装置 73は、前処理装置 72 により
前処理が行なわれた信号の位相差φ(図10(a),(b)参照)
を計算し、反射板 63 すなわち超伝導体 61 の位置変化
を示す信号を演算装置74 に出力する。演算装置 74
は、信号処理装置 73 より入力した信号を適切な物理
量、例えば振動の振幅、周波数等に変換する。
The preprocessing device 72 performs image integration of the signal output from the imaging device 69, controls the level so that the average value becomes a set value, and removes unnecessary portions (edges) of the image. Perform pre-processing such as cutting and removing noise. The signal processing device 73 has a phase difference φ of the signal preprocessed by the preprocessing device 72 (see FIGS. 10A and 10B).
Is calculated, and a signal indicating a change in the position of the reflector 63, that is, the superconductor 61 is output to the arithmetic unit 74. Arithmetic unit 74
Converts the signal input from the signal processing device 73 into an appropriate physical quantity, for example, the amplitude and frequency of vibration.

【0069】超伝導体 61 は、レーザー光源 65 の光の
波長のほぼ2分の1の精度であらかじめ粗い位置合わせ
を終えており、超伝導体 61 と磁気回路 62 の相対位置
は上記の精度の範囲で定まっているとし、レーザー光源
65 の光の波長の2分の1以上の振幅を持つ振動は存在
しないと仮定する。レーザー光源 65 の光の波長の2分
の1以上の振幅を持つ振動については他の手段を使用す
ることにより、そのような状況は十分一般的である。
The superconductor 61 has already undergone rough alignment with an accuracy of approximately one half of the wavelength of the light from the laser light source 65, and the relative position between the superconductor 61 and the magnetic circuit 62 has the above accuracy. The laser light source
Assume that no vibration has an amplitude greater than half the wavelength of the 65 light. For vibrations having an amplitude greater than half the wavelength of the light of the laser light source 65, such a situation is sufficiently common by using other means.

【0070】次に、第4参考例による振動検出について
説明する。
Next, vibration detection according to the fourth reference example will be described.

【0071】レーザー光源 65 から発せられた光線は、
ハーフミラー 66 によって2つの光に分割される。ハー
フミラー 66 によって方向を変更した光線 66a は、磁
気回路 62 上に取り付けられた基準反射板 64 に入射し
た後に反射する。反射光はハーフミラー 67 によって方
向を変更し、結像レンズ 68 を透過した後に撮像装置69
に結像する。他方、ハーフミラー 66 を透過した光線
70a は、ミラー 70で方向を変更した後に、超伝導体 61
の反射板 63 で反射され、ハーフミラー 71 に入射す
る。
The light beam emitted from the laser light source 65 is
The light is split by the half mirror 66 into two lights. The light ray 66a whose direction has been changed by the half mirror 66 is reflected after being incident on a reference reflector 64 mounted on the magnetic circuit 62. The direction of the reflected light is changed by a half mirror 67, and after passing through an imaging lens 68, an imaging device 69 is formed.
Image. On the other hand, the light transmitted through the half mirror 66
70a is a superconductor 61
The light is reflected by the reflecting plate 63 of FIG.

【0072】ハーフミラー 71 は 45°、すなわち、2
本の光線 66a,70a の波面が平行になる角度より、微小
角度α傾いている。そのため、各光線 66a,70a の波面
は微小角度αで交差する。このようにしてハーフミラー
71 で反射した光線は、結像レンズ 68 を透過して撮像
装置 69 に入射する。
The half mirror 71 is 45 °, that is, 2
The light beams 66a and 70a are inclined by a small angle α from the angle at which the wavefronts of the light beams become parallel. Therefore, the wavefronts of the light beams 66a and 70a intersect at a small angle α. Half mirror in this way
The light beam reflected by 71 passes through the imaging lens 68 and enters the imaging device 69.

【0073】上記微小角度αの傾きのために2本の光線
66a,70a の空間周波数が実効的に異なることによっ
て、撮像装置 69 の表面上には、図9に示すように干渉
模様(縞模様)ができる。超伝導体 61 の光学的位置が変
化すると、この縞模様が図9の矢印方向または逆方向に
移動する。
Two light beams are generated due to the inclination of the small angle α.
When the spatial frequencies of 66a and 70a are effectively different, an interference pattern (striped pattern) is formed on the surface of the imaging device 69 as shown in FIG. When the optical position of the superconductor 61 changes, the stripe pattern moves in the direction of the arrow in FIG. 9 or in the opposite direction.

【0074】このように撮像装置 69 で得られた光信号
は、前処理装置 72 を経て、電気信号として信号処理装
置 73 に伝送される。得られた電気信号は、図10(a)の
ように空間分布をもっている。この空間分布の波長λは
微小角度αによって決定される。図10(a)の位相差φが
磁気回路 62 上に設けられた基準反射板 64 と超伝導体
61 の表面に設けられた反射板 63 との間の2πの法で
みた際の光学位置の差である。
The optical signal obtained by the image pickup device 69 is transmitted to the signal processing device 73 as an electric signal via the preprocessing device 72. The obtained electric signal has a spatial distribution as shown in FIG. The wavelength λ of this spatial distribution is determined by the minute angle α. The phase difference φ in FIG. 10 (a) corresponds to the reference reflector 64 provided on the magnetic circuit 62 and the superconductor.
This is the difference in optical position between the reflector 61 and the reflector 63 provided on the surface of the lens 61 when viewed by the 2π method.

【0075】信号処理装置 73 ではこの位相差φを時系
列として随時計算する。すなわち、図10(b)に示すよう
に、この位相差φの時間変化をもって超伝導体 61 の時
間変化すなわち微小振動として観測する。信号処理装置
73 において得られた微小振動の情報は演算装置 74 に
伝送され、位相差φの時系列は適切な物理量に変換され
る。
The signal processor 73 calculates the phase difference φ as a time series as needed. That is, as shown in FIG. 10 (b), the time change of the phase difference φ is observed as a time change of the superconductor 61, that is, a minute vibration. Signal processing device
The information of the minute vibration obtained in 73 is transmitted to the arithmetic unit 74, and the time series of the phase difference φ is converted into an appropriate physical quantity.

【0076】図7、図8に示すように、超伝導体 61、
磁気回路 62 の4点において同様の装置を設定し、同様
の計測を行なうことによって超伝導体 61 の傾きの変化
等を知ることができる。説明を簡単にするため、図6に
はそれらの重複した装置は示していないが、その設定等
は容易に推測し得るものである。この場合、演算装置74
は、各4点の位置情報を総合的に監視し、傾き等の情
報について演算する。
As shown in FIGS. 7 and 8, the superconductor 61,
By setting similar devices at four points of the magnetic circuit 62 and performing similar measurements, it is possible to know a change in the inclination of the superconductor 61 and the like. For the sake of simplicity, FIG. 6 does not show such redundant devices, but their settings and the like can be easily guessed. In this case, the arithmetic unit 74
Monitors the position information of each of the four points comprehensively and calculates information such as inclination.

【0077】図7に示す磁気回路 62 に代えて、図8に
示すように、コイル(不図示)が空間方向に幾分かに分割
され、各々独立に制御できるように構成された磁気回路
82を用いれば、その電力の制御によって超伝導体 61
を超水平に保つようにフィードバックをかけるようにす
ることができる。すなわち、図8に示すように、磁気回
路 82 を分割制御し、検出された微小振動の情報を基
に、磁気回路 82 の各々の発生する磁気強度を制御する
ことによって、振動を起こしたり減衰させたりするよう
に制御することができる。この場合、演算装置 74 で得
られた物理量を基に制御装置 75 にフィードバックをか
けて、制御装置 75 で磁気回路 82 の各々の電流値を変
化させることで、微小振動を自由に制御できる。
Instead of the magnetic circuit 62 shown in FIG. 7, as shown in FIG. 8, a coil (not shown) is divided in the spatial direction to some extent, and is configured so that each can be controlled independently.
If 82 is used, the superconductor 61
Can be fed back to keep the super level. That is, as shown in FIG. 8, the magnetic circuit 82 is divided and controlled, and based on the information on the detected minute vibration, the magnetic intensity generated by each of the magnetic circuits 82 is controlled to generate or attenuate the vibration. Or can be controlled. In this case, the minute vibration can be freely controlled by giving feedback to the control device 75 based on the physical quantity obtained by the arithmetic device 74 and changing the current value of each of the magnetic circuits 82 by the control device 75.

【0078】本参考例における微小振動は、その周波数
がきわめて高い振動についても適用できる。すなわち、
微小振動の周波数の十分高い極限は実質的に振動のない
状態と同様であり、換言すると微小位置検出あるいは微
小位置合わせに相当する。
The micro-vibration in this embodiment can be applied to a vibration having a very high frequency. That is,
The limit of the sufficiently high frequency of the minute vibration is substantially the same as the state without vibration, in other words, it corresponds to minute position detection or minute position alignment.

【0079】次に、関連発明の第5参考例について説明
する。
Next, a fifth reference example of the related invention will be described.

【0080】図11 は関連発明の微小振動検出装置の第
5参考例の要部概略図、図12(a),(b)は第5参考例によ
って得られる電気信号に関する説明図である。
FIG. 11 is a schematic view of a main part of a fifth embodiment of the microvibration detecting apparatus of the related invention, and FIGS. 12 (a) and 12 (b) are explanatory diagrams relating to electric signals obtained by the fifth embodiment.

【0081】第5参考例は、干渉光学測定の分野では周
知のヘテロダイン干渉法に従って形成されている(武田
光夫、光学、第13巻第1号、第55〜65 ページ、日本光
学会(応用物理学会)、1984年2月発行参照)。図11 に示
すように、超伝導体 111 は、その上面の所定位置に十
分平に磨かれた複数の反射板 113 を備えており、マイ
スナー効果によって非接触のまま空中に浮上している。
The fifth reference example is formed according to the heterodyne interferometry well known in the field of interferometric optical measurement (Mitsuo Takeda, Optics, Vol. 13, No. 1, pp. 55-65, Japan Optical Society (Applied Physics) Society), published February 1984). As shown in FIG. 11, the superconductor 111 has a plurality of sufficiently polished reflectors 113 at predetermined positions on the upper surface thereof, and floats in the air without contact by the Meissner effect.

【0082】磁気回路 112 は、その上面の所定位置に
十分平に磨かれた複数の基準反射板114 を備えており、
超伝導体 111 を浮上させる磁力を発生する電気的に制
御できる電磁石である。磁気回路 111 としては、強磁
場を発生する永久磁石であってもかまわないが、この磁
気回路 112 が微小振動の基準となるため、十分振動の
ない安定した地面あるいは床に固定されていることが必
要であり、また、経時的変化が十分小さいことが必要で
ある。なお、超伝導体 111 および磁気回路 112 は、図
7の超伝導体 61 および磁気回路 62 と同様のものであ
る。制御回路 131 は磁気回路 112 の電力の制御を行な
う。
The magnetic circuit 112 has a plurality of reference reflectors 114 which are polished sufficiently flat at predetermined positions on the upper surface thereof.
An electromagnet that can be electrically controlled to generate a magnetic force that causes the superconductor 111 to float. The magnetic circuit 111 may be a permanent magnet that generates a strong magnetic field.However, since the magnetic circuit 112 serves as a reference for minute vibration, it is necessary that the magnetic circuit 112 is fixed to a stable ground or floor that does not vibrate sufficiently. It is necessary that the change with time be sufficiently small. The superconductor 111 and the magnetic circuit 112 are the same as the superconductor 61 and the magnetic circuit 62 in FIG. The control circuit 131 controls the power of the magnetic circuit 112.

【0083】レーザー光源 115 は十分コヒーレントで
波長の揃った光線を発生するものであり、本実施例にお
いては水平に設置されたヘリウムネオンレーザーが使用
される。レーザー光源 115 の前方(光線の発射方向)
で、基準反射板 114 の上方には、45°下方に傾けられ
たハーフミラー 116 が設置されている。
The laser light source 115 generates a light beam having a sufficiently coherent and uniform wavelength. In this embodiment, a horizontally installed helium neon laser is used. In front of laser light source 115 (light emission direction)
Above the reference reflector 114, a half mirror 116 tilted downward by 45 ° is provided.

【0084】ハーフミラー 116 のさらに前方で、反射
板 113 の上方には、同様に 45°下方に傾けられたミラ
ー 126 が設置されている。ハーフミラー 116 および基
準反射板 114 の間には、ハーフミラー 116 と同様に 4
5°下方に傾けられたハーフミラー 119 が設置されてい
る。ハーフミラー 116 およびハーフミラー 119 の間に
は、ハーフミラー 119 とは逆に 45°上方に傾けられた
ハーフミラー 117が設置されている。
Further in front of the half mirror 116 and above the reflection plate 113, a mirror 126 which is similarly inclined downward by 45 ° is provided. Between the half mirror 116 and the reference reflector 114, 4
A half mirror 119 tilted 5 ° downward is installed. Between the half mirror 116 and the half mirror 119, a half mirror 117 inclined upward by 45 ° opposite to the half mirror 119 is provided.

【0085】ミラー 126 および反射板 113 の間には、
ミラー 126 と同様に 45°下方に傾けられたハーフミラ
ー 124 が設置されている。ミラー 126 およびハーフミ
ラー124 の間には、ハーフミラー 124 とは逆に 45°上
方に傾けられたハーフミラー 123 が設置されている。
Between the mirror 126 and the reflecting plate 113,
As with the mirror 126, a half mirror 124 which is inclined downward by 45 ° is provided. Between the mirror 126 and the half mirror 124, a half mirror 123 inclined upward by 45 ° opposite to the half mirror 124 is provided.

【0086】さらに、ミラー 126 とハーフミラー 123
の間には、周波数微小変更装置 122が設けられている。
周波数微小変更装置 122 としては、超音波ブラッグセ
ル方法やゼーマン効果方法等によるものが使用可能であ
る(武田光夫、光学、第13巻第1号、第55〜65 ページ、
日本光学会(応用物理学会)、1984年2月発行参照)。
Further, the mirror 126 and the half mirror 123
Between them, a minute frequency changing device 122 is provided.
As the minute frequency changing device 122, a device based on an ultrasonic Bragg cell method, a Zeeman effect method, or the like can be used (Mitsuo Takeda, Optics, Vol. 13, No. 1, pp. 55-65,
Optical Society of Japan (Japan Society of Applied Physics), published February 1984).

【0087】ハーフミラー 117 はハーフミラー 123 よ
りやや高い高さに設置されている。ハーフミラー 119
はハーフミラー 124 よりやや低い高さに設置されてい
る。ハーフミラー 117,123 の図示右側(上方からの光
線のハーフミラー 117,123 による反射光の進行方向)
には、レンズ 125 および光強度感受素子 118 が設けら
れている。ハーフミラー 119,124 の図示右側(下方か
らの光線のハーフミラー119,124 による反射光の進行
方向)には、レンズ 120 および光強度感受素子 121 が
設けられている。
The half mirror 117 is installed at a slightly higher height than the half mirror 123. Half mirror 119
Is installed at a slightly lower height than the half mirror 124. Right side of the half mirrors 117 and 123 shown in the figure (the traveling direction of light reflected from the half mirrors 117 and 123 from above)
Is provided with a lens 125 and a light intensity sensing element 118. A lens 120 and a light intensity sensing element 121 are provided on the right side of the half mirrors 119 and 124 (in the direction in which the light reflected from the lower mirrors 119 and 124 travels from below).

【0088】光強度感受素子 118,121 は、撮像素子で
ある必要はなく、例えばフォトダイオード等、受光面の
光の強度を検出できるものであればよい。光強度感受素
子 118,121 はそれぞれ前処理装置 127,128 を介して
信号処理装置 129 に接続され、信号処理装置 129 は演
算装置 130 に接続されている。
The light intensity sensing elements 118 and 121 do not need to be image pickup elements, but may be any element such as a photodiode which can detect the light intensity on the light receiving surface. The light intensity sensing elements 118 and 121 are connected to a signal processing device 129 via preprocessing devices 127 and 128, respectively, and the signal processing device 129 is connected to an arithmetic device 130.

【0089】演算装置 130 は制御装置 131 に接続され
ている。前処理装置 127,128 は、光強度感受素子 11
8,121 から出力される信号のの平均値が設定値になる
ようにレベル制御し、また、ノイズを除去するなどの前
処理を行なう。信号処理装置 129 は、前処理装置 12
7,128 により前処理が行なわれた信号の位相差φ(図 1
2(a),(b)参照)を計算し、反射板 113 すなわち超伝導体
111 の位置変化を示す信号を演算装置 130 に出力す
る。演算装置 130 は、信号処理装置 129 より入力した
信号を適切な物理量、例えば振動の振幅、周波数等に変
換する。
The arithmetic unit 130 is connected to the control unit 131. The pre-processing devices 127 and 128
Level control is performed so that the average value of the signals output from 8, 121 becomes a set value, and preprocessing such as noise removal is performed. The signal processing device 129 is used for the preprocessing device 12.
The phase difference φ of the signal preprocessed by
2 (a), (b)) and calculate the reflector 113, that is, the superconductor
A signal indicating the position change of 111 is output to the arithmetic unit 130. The arithmetic unit 130 converts the signal input from the signal processing unit 129 into an appropriate physical quantity, for example, the amplitude and frequency of vibration.

【0090】超伝導体 111 は、レーザー光源 115 の光
の波長のほぼ2分の1の精度であらかじめ粗い位置合わ
せを終えており、超伝導体 111 と磁気回路 112 の相対
位置は上記の精度の範囲で定まっているとし、レーザー
光源 115 の光の波長の2分の1以上の振幅を持つ振動
は存在しないと仮定する。レーザー光源 115 の光の波
長の2分の1以上の振幅を持つ振動については他の手段
を使用することにより、そのような状況は十分一般的で
ある。
The superconductor 111 has already been roughly aligned with an accuracy of approximately one half of the wavelength of the light from the laser light source 115, and the relative positions of the superconductor 111 and the magnetic circuit 112 have the above accuracy. It is assumed that the vibration is defined by the range, and that there is no vibration having an amplitude of half or more of the wavelength of the light of the laser light source 115. For vibrations having an amplitude greater than half the wavelength of the light of laser light source 115, such a situation is sufficiently common by using other means.

【0091】次に、第5参考例による振動検出について
説明する。
Next, the vibration detection according to the fifth reference example will be described.

【0092】レーザー光源 115 から発せられた光線
は、ハーフミラー 116 によって2つの光に分割され
る。ハーフミラー 116 によって方向を変更した光線
は、さらにハーフミラー 117 で2つに分割され、片方
はハーフミラー 117 を通過してそのまま磁気回路 112
上に取り付けられた基準反射板 114 に入射し、他方は
基準光としてレンズ 125 を経て、光強度感受素子 118
に入射する。
The light beam emitted from the laser light source 115 is split by the half mirror 116 into two light beams. The light beam whose direction has been changed by the half mirror 116 is further split into two by the half mirror 117, and one of the light beams passes through the half mirror 117 and is directly passed through the magnetic circuit 112.
The light enters the reference reflector 114 mounted on the upper side, and the other passes through the lens 125 as reference light and passes through the light intensity sensing element 118.
Incident on.

【0093】磁気回路 112 上に取り付けられた基準反
射板 114 に入射した光は、基準反射板 114 で垂直に反
射され、ハーフミラー 119 によって方向を変更し、レ
ンズ 120 で再び方向を微小に変更した後に光強度感受
素子 121 に入射する。
The light incident on the reference reflector 114 mounted on the magnetic circuit 112 is vertically reflected by the reference reflector 114, the direction is changed by the half mirror 119, and the direction is minutely changed again by the lens 120. Later, it enters the light intensity sensing element 121.

【0094】一方、ハーフミラー 116 を透過した光線
は、ミラー 126 によって方向を変更した後に周波数微
小変更装置 112 によって周波数が微小に変更される。
周波数微小変更装置 112 によって周波数が微小に変更
された光線は、ハーフミラー 123 によって2つに分割
され、ハーフミラー 123 によって方向を変えた光線は
基準光としてレンズ 125 を経て光強度感受素子 118 に
入射する。
On the other hand, the light beam transmitted through the half mirror 116 is changed in direction by the mirror 126 and then the frequency is minutely changed by the minute frequency changing device 112.
The light beam whose frequency is minutely changed by the minute frequency changing device 112 is split into two by the half mirror 123, and the light beam whose direction is changed by the half mirror 123 is incident on the light intensity sensing element 118 through the lens 125 as reference light. I do.

【0095】光強度感受素子 118 の表面では、ハーフ
ミラー 117 によって方向を変更した光線と干渉し、経
時的にその干渉縞を変化させる(明るくなったり暗くな
ったりする)。この変化の位相をもって基準位相とす
る。光強度感受素子 118 からは周期Tのビート信号が
出力される。
On the surface of the light-intensity sensing element 118, the half-mirror 117 interferes with the light beam whose direction has been changed, and the interference fringes change with time (brighter or darker). The phase of this change is defined as a reference phase. The light intensity sensing element 118 outputs a beat signal having a period T.

【0096】他方、ハーフミラー 123 を通過した光線
は、超伝導体 111 に取り付けられている反射板 113 に
入射し、そこで反射され、ハーフミラー 124 によって
方向を変更し、さらにレンズ 120 で再び方向を微小に
変更した後に光強度感受素子 121 に入射する。光強度
感受素子 101 の表面においては、ハーフミラー 119 か
らの光とハーフミラー 124 からの光とが干渉して、経
時的に変化する(明るくなったり暗くなったりする)。こ
の時間的変化の位相成分に、磁気回路 112 上に設けら
れた基準反射板 114 と超伝導体 111 の表面に設けられ
た反射板 113 との間の光学位置の情報が織り込まれて
いる。
On the other hand, the light beam that has passed through the half mirror 123 enters the reflector 113 attached to the superconductor 111, is reflected there, changes its direction by the half mirror 124, and changes its direction again by the lens 120. After being changed to a very small value, the light enters the light intensity sensing element 121. On the surface of the light intensity sensing element 101, the light from the half mirror 119 and the light from the half mirror 124 interfere with each other and change with time (becomes brighter or darker). The phase component of this temporal change incorporates information on the optical position between the reference reflector 114 provided on the magnetic circuit 112 and the reflector 113 provided on the surface of the superconductor 111.

【0097】このように光強度感受素子 118,121 に得
られた光信号は、前処理装置 127,128 を経て、電気信
号として信号処理装置 129 に伝送される。得られた電
気信号は、図12(a)に示すように、位相差φが経時的に
変化している。この位相差φが磁気回路 112 上に設け
られた基準反射板 114 と超伝導体 111 の表面に設けら
れた反射板 113 との間の2πの法でみた際の光学位置
の差である。
The optical signals obtained by the light intensity sensing elements 118 and 121 are transmitted to the signal processing device 129 as electric signals through the preprocessing devices 127 and 128. In the obtained electric signal, as shown in FIG. 12A, the phase difference φ changes with time. This phase difference φ is the difference in the optical position between the reference reflector 114 provided on the magnetic circuit 112 and the reflector 113 provided on the surface of the superconductor 111 as seen by the 2π method.

【0098】信号処理装置 129 ではこの位相差φを時
系列として随時計算する。すなわち、図12(b)に示すよ
うに、この位相差φの時間変化をもって超伝導体 111
の時間変化すなわち微小振動として観測する。信号処理
装置 129 において得られた微小振動の情報は演算装置
130 に伝送され、位相差φの時系列は適切な物理量に変
換される。
The signal processor 129 calculates the phase difference φ as a time series as needed. That is, as shown in FIG. 12 (b), the superconductor 111
Is observed as a time change, that is, a minute vibration. The information of the minute vibration obtained in the signal processing device 129 is
130, and the time series of the phase difference φ is converted into an appropriate physical quantity.

【0099】本参考例では、振動の分解能は基準となる
光強度感受素子 118 のビート信号の周期Tによって規
定される。したがって、本参考例ではこの分解能以下の
信号については検出できない。しかしながら、ヘテロダ
イン法の特徴である空間分解能の高さのため、周期Tに
対して十分緩やかな振動成分に対しては高感度な計測が
行なえる。
In this embodiment, the resolution of the vibration is defined by the period T of the beat signal of the light intensity sensing element 118, which serves as a reference. Therefore, in this embodiment, signals with a resolution lower than this resolution cannot be detected. However, due to the high spatial resolution, which is a feature of the heterodyne method, highly sensitive measurement can be performed for a vibration component that is sufficiently slow with respect to the period T.

【0100】本参考例では、第4参考例と同様に、超伝
導体 111、磁気回路 112 の4点において同様の装置を
設定し、同様の計測を行なうことによって超伝導体 111
の傾きの変化等を知ることができる。また、コイルが
空間方向に幾分かに分割され、各々独立に制御できるよ
うに構成された磁気回路を用いれば、その電力の制御に
よって超伝導体 111 を超水平に保つようにフィードバ
ックをかけるようにすることができることも第4参考例
と同様である。
In the present embodiment, similar to the fourth embodiment, the same device is set at the four points of the superconductor 111 and the magnetic circuit 112, and the same measurement is performed to obtain the same.
Changes in the slope of the object. Also, if a magnetic circuit configured so that the coil is divided somewhat in the spatial direction and can be controlled independently of each other is used, feedback is applied to keep the superconductor 111 super-horizontal by controlling its power. This is also the same as in the fourth reference example.

【0101】[0101]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、超
伝導体のマイスナー効果を利用することにより、1〜3
次元の微小振動を同時に検出することが可能となった。
また、本発明では、マイスナー効果により浮上した超伝
導体あるいは磁石が検出器を構成する他の部分と接触し
ないため、機械的疲労による性能低下は全くない。
As described above, according to the present invention, by utilizing the Meissner effect of the superconductor, 1 to 3 can be obtained.
It has become possible to detect dimensional minute vibrations at the same time.
Further, in the present invention, since the superconductor or the magnet levitated by the Meissner effect does not come into contact with other parts constituting the detector, there is no performance deterioration due to mechanical fatigue.

【0102】さらに、光学的に振動を検出するためにx,
yおよびz方向の検出分解能も極めて優れており、例え
ば、超伝導体と検出器の中間に光の拡大機構を入れるこ
とにより、微細な相対的変化を容易に検出することがで
きる。加えて、本発明は、ピエゾ素子のような非線形素
子を必要としないので、線形性に優れている。
Further, in order to optically detect vibration, x,
The detection resolution in the y and z directions is also extremely excellent. For example, a minute relative change can be easily detected by inserting a light expansion mechanism between the superconductor and the detector. In addition, the present invention does not require a non-linear element such as a piezo element, and thus has excellent linearity.

【0103】また、本発明によって微小振動を光の波長
以下の精度で検出できるようになった。微小振動の方向
についても感知できるようになった。そのため、従来の
技術では不可能であった、微小振動の制御についても可
能になった。
Further, according to the present invention, a minute vibration can be detected with an accuracy smaller than the wavelength of light. The direction of minute vibration can be sensed. For this reason, it is possible to control minute vibrations, which is impossible with the conventional technology.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の微小振動検出装置の第1実施例の構成
図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment of a microvibration detection device of the present invention.

【図2】本実施例の超伝導センサーを示す概略説明図で
ある。
FIG. 2 is a schematic explanatory view showing a superconducting sensor of the present embodiment.

【図3】関連発明の微小振動検出装置の第1参考例の構
成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram of a first reference example of a minute vibration detection device of a related invention.

【図4】関連発明の微小振動検出装置の第2参考例の構
成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram of a second reference example of the minute vibration detection device of the related invention.

【図5】関連発明の微小振動検出装置の第3参考例の構
成図である。
FIG. 5 is a configuration diagram of a third reference example of the minute vibration detection device of the related invention.

【図6】関連発明の微小振動検出装置の第4参考例の要
部概略図である。
FIG. 6 is a schematic diagram of a main part of a fourth reference example of the microvibration detection device of the related invention.

【図7】図6の超伝導体 61 および磁気回路 62 を示す
斜視図である。
FIG. 7 is a perspective view showing a superconductor 61 and a magnetic circuit 62 of FIG. 6;

【図8】磁気回路の他の態様である磁気回路 82 を示す
斜視図である。
FIG. 8 is a perspective view showing a magnetic circuit 82 which is another embodiment of the magnetic circuit.

【図9】関連発明の第4参考例によって得られる光学信
号に関する説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram regarding an optical signal obtained by a fourth reference example of the related invention.

【図10】(a),(b)は関連発明の第4参考例によって得
られる電気信号に関する説明図である。
FIGS. 10 (a) and (b) are explanatory diagrams relating to electric signals obtained by a fourth embodiment of the related invention.

【図11】関連発明の微小振動検出装置の第5参考例の
要部概略図である。
FIG. 11 is a schematic diagram of a main part of a fifth reference example of the microvibration detection device of the related invention.

【図12】(a),(b)は関連発明の第5参考例によって得
られる電気信号に関する説明図である。
FIGS. 12 (a) and 12 (b) are explanatory diagrams relating to electric signals obtained by a fifth embodiment of the related invention.

【図13】微小振動検出装置の従来例を示す斜視図であ
る。
FIG. 13 is a perspective view showing a conventional example of a minute vibration detecting device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11,41,51,62,112 :磁気回路 12,32,42,52,61,111 :超伝導体 13,33,43,53 : 光発生源 14,44 : シリンドリカルレンス 15,35,45,55 : 超伝導センサー 31 : 磁石 34 : レンズ 65,115 : レーザー光源 66,67,71,116,117,119,123,124 :ハーフミラー 70,126 : ミラー 68 : 結像レンズ 69 : 撮像装置 72,127,128 : 前処理装置 73,129 : 信号処理装置 74,130 : 演算装置 75,131 : 制御装置 11, 41, 51, 62, 112: Magnetic circuit 12, 32, 42, 52, 61, 111: Superconductor 13, 33, 43, 53: Light source 14, 44: Cylindrical lense 15, 35, 45, 55: Superconducting sensor 31: Magnet 34: Lens 65, 115: Laser light source 66, 67, 71, 116, 117, 119, 123, 124: Half mirror 70, 126: Mirror 68: Imaging lens 69: Imaging device 72 , 127, 128: Preprocessor 73, 129: Signal processor 74, 130: Arithmetic unit 75, 131: Controller

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01H 9/00 G01H 11/02 G01H 17/00 ZAA ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01H 9/00 G01H 11/02 G01H 17/00 ZAA

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 超伝導体と、該超伝導体をマイスナー効
果により浮上させるための磁場を発生する磁気回路と、
電磁波照射源と、浮上した超伝導体の位置変化を前記電
磁波照射源の電磁波を利用して検出する検出器とを有す
る微小振動検出装置において、 前記位置変化を検出する検出器がジョセフソン接合を利
用した超伝導センサーであり、 前記超伝導体および前記超伝導センサーを共に冷却する
ための冷却装置を備えており、 前記浮上した超伝導体の位置検出が、前記電磁波照射源
の電磁波の前記超伝導体から反射または投影した電磁波
を前記超伝導センサーで検出することにより行なわれる
ことを特徴とする微小振動検出装置。
1. A superconductor, a magnetic circuit for generating a magnetic field for levitating the superconductor by the Meissner effect,
An electromagnetic wave irradiation source, and a micro-vibration detection device having a detector that detects a change in the position of the superconductor that floats using the electromagnetic waves of the electromagnetic wave irradiation source, wherein the detector that detects the change in position uses a Josephson junction. A superconducting sensor using a cooling device for cooling both the superconductor and the superconducting sensor, and detecting the position of the superconductor that has floated, A micro-vibration detecting device, which is performed by detecting electromagnetic waves reflected or projected from a conductor with the superconducting sensor.
【請求項2】 前記超伝導センサーが、ジョセフソン接
合直列アレイの各ジョセフソン接合のノーマル抵抗値が
異なる値を持つ超伝導ラインセンサーが1次元または2
次元に配列されたものであることを特徴とする請求項1
記載の微小振動検出装置。
2. The superconducting sensor according to claim 1, wherein the superconducting line sensor is a one-dimensional or two-dimensional superconducting line sensor having a normal resistance value of each of the Josephson junctions in the Josephson junction series array.
2. The arrangement according to claim 1, wherein the arrangement is in a dimension.
The microvibration detection device according to the above.
【請求項3】 前記浮上した超伝導体の位置検出が、該
超伝導体に対して照射される電磁波が1、2または3方
向より照射されることによるものであることを特徴とす
る請求項1または2記載の微小振動検出装置。
3. The method according to claim 1, wherein the detecting of the position of the levitated superconductor is performed by irradiating the superconductor with an electromagnetic wave irradiated in one, two, or three directions. 3. The minute vibration detecting device according to 1 or 2.
【請求項4】 前記超伝導体が、球形、板状、棒状、そ
れらの加工体、超伝導体を分散させた構造体、または超
伝導体を球形、板状、棒状などに加工した物質の表面も
しくは内部に超伝導体を取り付けた構造体であることを
特徴とする請求項1、2または3記載の微小振動検出装
置。
4. The superconductor may be a sphere, a plate, a rod, a processed body thereof, a structure in which the superconductor is dispersed, or a substance obtained by processing the superconductor into a sphere, a plate, a rod, or the like. 4. The micro-vibration detecting device according to claim 1, wherein the micro-vibration detecting device is a structure having a superconductor attached to a surface or inside thereof.
【請求項5】 超伝導体と、該超伝導体のマイスナー効
果により浮上する磁石と、電磁波照射源と、浮上した磁
石の位置変化を前記電磁波照射源の電磁波を利用して検
出する検出器とを有する微小振動検出装置において、 前記位置変化を検出する検出器がジョセフソン接合を利
用した超伝導センサーであり、 前記超伝導体および前記超伝導センサーを共に冷却する
ための冷却装置を備えており、 前記浮上した磁石の位置検出が、前記電磁波照射源の電
磁波の前記磁石から反射または投影された電磁波を前記
超伝導センサーで検出することにより行なわれることを
特徴とする微小振動検出装置。
5. A superconductor, a magnet levitated by the Meissner effect of the superconductor, an electromagnetic wave irradiation source, and a detector for detecting a change in position of the levitated magnet using the electromagnetic wave of the electromagnetic wave irradiation source. In the micro-vibration detection device having: a detector for detecting the position change is a superconducting sensor using a Josephson junction; and a cooling device for cooling both the superconductor and the superconducting sensor. The position detection of the floating magnet is performed by detecting the electromagnetic wave reflected or projected from the magnet by the electromagnetic wave of the electromagnetic wave irradiation source by the superconducting sensor.
【請求項6】 前記超伝導センサーが、ジョセフソン接
合直列アレイの各ジョセフソン接合のノーマル抵抗値が
異なる値を持つ超伝導ラインセンサーが1次元または2
次元に配列されたものであることを特徴とする請求項5
記載の微小振動検出装置。
6. The superconducting line sensor may be a one-dimensional or two-dimensional superconducting line sensor having a normal resistance value of each Josephson junction of the Josephson junction series array having a different value.
6. An array arranged in a dimension.
The microvibration detection device according to the above.
【請求項7】 前記浮上した磁石の位置検出が、該磁石
に対して照射される電磁波が1、2または3方向より照
射されることによるものであることを特徴とする請求項
5または6記載の微小振動検出装置。
7. The method according to claim 5, wherein the detection of the position of the levitating magnet is based on the fact that the electromagnetic wave applied to the magnet is irradiated in one, two or three directions. Micro vibration detector.
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