JPH0617771B2

JPH0617771B2 - 光学式物理量測定装置

Info

Publication number: JPH0617771B2
Application number: JP60235033A
Authority: JP
Inventors: 淳関
Original assignee: Rion Co Ltd
Current assignee: Rion Co Ltd
Priority date: 1985-10-21
Filing date: 1985-10-21
Publication date: 1994-03-09
Anticipated expiration: 2009-03-09
Also published as: JPS6293603A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、光学式物理量測定装置に関し、特に、ファ
ブリペローの干渉計並びにサーボ制御を利用して物体の
振動、変位などの物理量を測定するための光学式物理量
測定装置に関するものである。

［従来の技術］第３図は、測定光34を繰返し反射する反射面31a，32aを
有し、互いに平行な２枚の半透明鏡31，32でなる従来の
ファブリペローの干渉計を示す。同図において、透過干
渉光35、反射干渉光36は、いずれも２枚の半透明鏡31，
32の間隔によって干渉強度が変化するが、干渉の周期性
および非直線性のため、従来、このような干渉計は、微
小変位等の測定を行うのには適さなかった。

すなわち、この種の干渉計は、外乱などによって互いに
対向する２つの半透明鏡31，32の間隔が変動することに
より、光路位相が変化し、干渉強度が大きく変化する。
このような干渉計の透過干渉強度I_t は、半透明鏡31，
32の反射率をＲ、互いの位相差をδとして、で表される。ただし、ここで位相差δは、λを光の波
長、φを鏡の間隔、ｌを鏡の間隔の変位としてである。

また、反射光の干渉強度Ｉ_ｒは、で表される。

以上の式(1)およ式(3)を図示すれば、それぞれ第４図及
び第５図に示すようであり、周期性があることが分か
る。また、透過による干渉と反射による干渉とは互いに
丁度逆位相の関係にあることが分かる。なお、第４図お
よび第５図において、ｍは任意の整数である。また、第
４図の曲線は上から下に反射率Ｒが大きくなる場合を示
し、第５図の曲線は上から下に反射率Ｒが小さくなる場
合を示している。

このような干渉光の性質を利用して半透明鏡31，32の間
隔φを適当に調節することにより、干渉強度の中点付
近、すなわち干渉の最大値と最小値の中間点付近におけ
る変位ｌの変動を、透過光または反射光の干渉強度の変
化としてとらえ、測定物理量を検出することができる。

［発明が解決しようとする問題点］以上のような従来の光学式物理量測定装置では、ファブ
リペローの干渉計の干渉強度が周期的で、ダイナミック
レンジは正負の方向にたかだか光の波長λの１／８程度
であり、直線性も非常に悪い。しかも、半透明鏡の間隔
φは、温度変化や経時変化の影響を受け易く、設定当初
から動作点が不明確となる可能性が強かった。

また、従来、変位を連続的、かつ、アナログ的に測定す
る手段として、光ヘテロダイン法に基づく装置が提案さ
れており、これは干渉をアナログ的に検出するのに干渉
光相互間の波長を変える必要があるため、波長シフタを
用いていた。しかし、波長シフタは高価であり、かつ、
装置が大形化するため、望ましくなかった。さらに、動
作の安定性についても前述と同様、充分満足すべきもの
ではなかった。

従って、従来、この種の干渉計を工業用の測定装置とし
て用いることはできないという問題点があった。

この発明は以上の問題点を除去しようとしてなされたも
のであり、単一波長による計測であっても精密な連続
的、アナログ的測定が可能な光学式測温装置を得ること
を目的とする。

なお、以上の従来技術の欠点を除去するものとして、本
願発明者による光学式変位測定装置が既に提案されてい
るが（特願昭60−117420号）、この発明はさらにこれを
改良したものである。

［問題点を解決するための手段］この発明に係る光学式物理量測定装置は、コヒーレント
な測定光を発する光源とともにファブリペローの干渉計
を形成している１対の半透明鏡の、前記測定光のほぼ光
軸方向への変位を、電気信号の印加に対応して抑制する
変位抑制手段を備えている。

さらに、この発明の別の発明に係る光学式物理量測定装
置は、上記の変位抑制手段に加え、半透明鏡が前記測定
光によって形成する干渉光を検出しその強度を電気信号
に変換する光電変換手段と、変位抑制手段を周期的に励
振する発振器と、光電変換手段の出力電気信号の励振に
よる干渉に対応した電圧を出力する変換器およびこの変
換器の出力電圧を表示する表示手段とを備え、この表示
手段の電圧値の大小から１対の半透明相互の平行度を検
知する。

［作用］この発明においては、ファブリペローの干渉計の半透明
鏡の間隔が外乱によって変動しようとするのを、サーボ
制御によって制限する。

この発明の他の発明においては、２つの平行に調整され
た半透明鏡で生ずる干渉は周期性があり（第４図）、振
動によって２つの半透明鏡の間隔の変位ｌが数ミクロン
程度の大きさである場合には、第６図に示すように、こ
の間隔の変位に対応して位相差δが変化し干渉の明暗が
いくつも生ずる。

このような場合であっても、干渉の中点付近での微小部
分に着目すれば、位相差δの変化と干渉強度とは、第７
図に示すように、良好な比例関係がある。しかし、一般
には、振動などによる間隔の変化は数ミクロン以上あ
り、干渉の中点での微小部分だけで考えることはできな
い。従って、この発明によれば、２つの半透明鏡の間隔
変化による位相差δの変化を干渉の中点付近の極く僅か
の部分に抑制するようにする。

この発明の別の発明においては、半透明鏡の平行度調整
のため発振器を作動させると、変位抑制手段を形成して
いる電磁コイルが振動し、その干渉変化に応じた出力電
圧の波形を監視して、半透明鏡の平行度をチェックす
る。

［実施例］以下、添付図面に従ってこの発明の実施例を説明する。
なお、各図において同一の符号は同一または相当する部
分を示すものとする。

第１図は、この発明の透過干渉により振動加速度を検出
する一実施例を示し、図において、ケーシング１内に、
加速度を検知するためのウェイト部材２が支持手段３に
よって弾性的に支持されている。ケーシング１に固定さ
れて磁界形成手段をなし永久磁石を含む磁気回路４には
電磁手段である電磁コイル５が係合している。ファブリ
ペローの干渉計は半透明鏡６，７、レーザ光源８を備え
ており、コリメートレンズ10は、光源８からの測定光ビ
ーム９を平行光ビームとする。光電変換手段12は測定光
９によって形成される干渉光を検出し、その強度を電気
信号に変換する。支持プレート13は半透明鏡７と光電変
換手段12とを支持しており、角度調整手段14は支持プレ
ート13の支持角度を調節する。

ケーシング１は、透過干渉光を形成しこれを検出するす
べての要素を収納しているが、装置を固定する場所によ
ってはこれらを１つのケーシングに装備しなくてよい場
合、または１つのケーシングに装備することができない
場合もある。ケーシング１を形成する材料も適宜選定す
ることができる。

ケーシング１の左側端部のフレーム部材１Ｄには、コヒ
ーレントな測定光９を発生するレーザダイオードなどの
光源８が固定されている。この光源８は、レーザダイオ
ードに限らず、ガスレーザなど各種の光源を用いること
ができる。光源８から出射する測定光９は、フレーム部
材１Ｄの開口部１Ｆに装備したコリメートレンズ10で平
行光束となる。

ウェイト部材２は例えば円筒状であり、その中央部に、
後述する測定光９の光軸とほぼ同軸状の貫通孔２Ａを有
する。測定光９はこの貫通孔２Ａを通過する。この貫通
孔２Ａに沿ったウェイト部材２の測定光入射側端の表面
付近には電磁コイル５が配置されている。また、他端に
は半透明鏡６が固定されている。

支持手段３はバネなどの弾性部材でなり、測定光９が貫
通孔２Ａを通過することができるようにウェイト部材２
を支持する。このため、加速度の存在によってウェイト
部材２は測定光９の光軸に沿って矢印Ｘ方向に自由に運
動することができる。支持手段３の他端はケーシング１
に固定されている。

磁気回路４は、ウェイト部材２に配備した電磁コイル５
と共に、ウェイト部材２の変位を抑制制御するための変
位抑制手段をなしている。この磁気回路４は、例えば扁
平な円筒状であり、その中央部付近には測定光９を通過
させるための貫通孔４Ａが形成されている。

ウェイト部材２に固定された半透明鏡６と支持プレート
13に固定された半透明鏡７とはそれぞれの反射面６Ｒ，
７Ｒがほぼ平行になるように角度調整手段14で支持プレ
ート13の角度を調整する。なお、これらの反射面６Ｒ，
７Ｒは互いに平行であることが理想的であるが、干渉が
発生すればよいのであるから、必ずしも平行である必要
はない。

以上において、貫通孔や開口はすべて同軸状に配列され
ているため、光源８からの光は、レンズ10、貫通孔４
Ａ、貫通孔２Ａ、半透明鏡６，７を介して、直線的に光
電変換手段12に到達する。

第２図は、第１図に示した装置を駆動制御するための電
気回路を示す。電磁コイル５の端子15および光電変換手
段12の端子16が、この電気回路と第１図のものとのイン
タフェイスをなしている。

図において、プリアンプ20は光電変換手段12で得られる
干渉電気信号Ｉ_Ｓを後段処理のために増幅する。比較器
21は端子24に加わる基準電圧Ｖ_０とプリアンプ増幅出力
信号Ｖ_Ｓとの差分ΔＶを出力する。22は移相回路、23は
駆動アンプである。プリアンプ20と比較器21の接続順序
は逆でもよく、場合によっては１つの回路にすることも
できる。

移相回路22は、比較器21の出力信号ΔＶを電気的に微分
することにより、干渉電気信号の位相を変移させ、ウェ
イト部材２の振動を適度に減衰させて変位抑制動作が円
滑に作動するように作用する。駆動アンプ23は、電磁コ
イル５の端子15の一端に接続されており、位相変移した
偏差信号ΔＶを電流増幅し、電磁コイル５を駆動する。
電磁コイル５の端子15の他方には、接地した負荷抵抗Ｒ
_Ｌが接続されており、この接続点から出力端子25を引き
出している。

なお、移相回路22や駆動アンプ23などは場合によっては
省略でき、例えば電磁コイル５の電流感度が大きかった
り、前段回路の出力電流が大きい場合などには、駆動ア
ンプ23を省略することができる。

以上の構成により、２つの半透明鏡６，７で生ずる干渉
信号が増幅され、比較され、また微分された後、その電
流が電磁コイル５を流れ、振動によって生じるウェイト
部材２の変位、すなわち、ウェイト部材２に固定されて
いる半透明鏡６の変位を抑制して、干渉の強度が常に干
渉の中点に漸近するフィードバックループを形成してい
る。このフィードバック系では、変位抑制手段の単体で
の電圧に対する変位抑制力を考慮し、充分大きな抑制電
圧を印加する必要があり、このためにはプリアンプ20を
含む増幅系のゲインを充分に大きくする必要がある。

ところで上記の実施例では、磁気回路４がケーシング１
に固定されており、電磁コイル５は可動状態におかれて
いる。しかしながら、そもそもかような駆動形態は相対
的なものであり、固定側と可動側を互いに逆にしてもよ
い。すなわち、電磁コイル５をケーシング１側に固定、
磁気回路４をウェイト部材２に結合固定し、この磁気回
路４の方を可動状態においてもよい。さらに、以上の説
明では、いずれの場合も磁気回路４および電磁コイル５
のうち、いずれか一方が固定状態に、他方が可動状態に
ある場合についてであるが、これ以外の手段もあり得
る。例えば一体化された磁気回路４と電磁コイル５をケ
ーシング１側に固定し、ウェイト部材２側に鉄等の磁性
材料を設けておき、磁気回路４、電磁コイル５およびウ
ェイト部材２との間に、電磁気的な力を働かせるような
手段でもよい。

もちろも、ウェイト部材２と一体化された磁気回路４と
電磁コイル５を固定し、ケーシング１側に磁性材料を設
けた、逆の構成であってもよい。

また、測定光９の光軸と磁気回路４の軸とは、一致して
いなくともよい。すなわち、変位抑制手段はその形状、
構造について限定されることがなく、どのような形であ
っても変位抑制の機能をすればよい。

以上のような電磁気的な力による変位抑制手段のほか、
圧電や静電力による変位抑制手段も考えられる。要は、
変位抑制の動作原理、構造についての制限はなく、変位
抑制動作機能を有する周知の技術を適宜に用いることが
できる。

次に、この実施例の原理並びに動作を説明する。測定に
先立って、第１図のユニットを加速度を測定すべき対象
に固定する。第２図の電気回路は第１図のユニットに組
込んでもよいし、別にしてもよい。

まず、比較器21の端子24に干渉の中点に対応する基準電
圧Ｖ_０を印加する。従って、測定対象が静止し、または
等速度運動をしているときは、加速度が零であり、半透
明鏡６，７の間隔が干渉の中点に対応する距離になって
いれば、プリアンプ20の出力電圧Ｖ_ＳはＶ_０に等しく、
比較器21の偏差出力信号ΔＶは、ΔＶ＝０である。この
ため、電磁コイル５には電流が流れず、ウェイト部材
２、従って半透明鏡６に電気的な力は働かない。

しかし、一般には、このような加速度が零の状態でも半
透明鏡の間隔は干渉の中点に対応する距離になっていな
い。半透明鏡の間隔Ａ，Ｂ，Ｃに対応するそれぞれの干
渉強度Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃの関係は第８図に示すようにな
る。間隔Ｄおよび干渉強度Ｉｄは、干渉の中点に対応す
る関係を示している。

このため、プリアンプ20の出力電圧Ｖ_Ｓは基準電圧Ｖ_０
と異なり、比較器21は相応の出力電圧ΔＶを発生し、移
相回路22および駆動アンプ23を介して電磁コイル５が励
磁されて電気力が作用する。このため、ウェイト部材
２、従って半透明鏡６が移動する。この移動方向は、電
磁コイル５の巻回方向、磁気回路、電気回路などの極性
によって決定される。しかし、いずれの方向に動いて
も、半透明鏡の間隔が干渉の中点に近づくにつれて、基
準電圧Ｖ_０とプリアンプ出力電圧Ｖ_Ｓとの差が小さくな
り、ΔＶが零に近づき、電磁コイル５に流れる電流も零
に近づき、この状態で半透明鏡６が静止する。

電磁コイル、磁気回路、電気回路などの極性が一定の場
合、鏡の静止する位置はそれぞれ第９図のＡ′，Ｂ′，
Ｃ′で示す位置であり、このときの干渉強度はＩ′ａ，
Ｉ′ｂ，Ｉ′ｃで示したようになる。このように半透明
鏡６の静止する位置Ａ′，Ｂ′，Ｃ′は、最初の位置か
ら干渉の中点付近に半透明鏡を動かすのに要する機械的
な力と、支持手段３の弾性力に逆らい干渉の中点とのず
れを補正するために流れる電流とが平衡する点である。

この平衡点を決定するファクタは、最初の半透明鏡の位
置条件は勿論であるが、支持手段３のバネ定数とサーボ
動作量も大きく寄与する。すなわち、電気回路の増幅率
を上げるなどして電磁コイル５に流れる電流を増し、サ
ーボ動作のゲインを充分大きくすることにより、Ｉ′
ａ，Ｉ′ｂ，Ｉ′ｃをほぼ干渉の中点と等しくすること
ができる。

この平衡点での比較器21の出力信号の電圧値は、極く小
さく零に近い値であるが、駆動アンプ23によって増幅さ
れる大きな電流が電磁コイル５に流れるため、半透明鏡
の間隔を補正するのに必要な電磁気力を得ることができ
る。

以上の一連の動作は、観点を変えてみた場合、外力によ
って生じるウェイト部材２、すなわち半透明鏡６の変位
を、干渉を利用することによって規定の位置に抑制する
動作にほかならない。

以上のように、電気的なサーボ動作によって干渉の中点
に対応する位置に半透明鏡６が位置決めされた状態で、
加速度を検出する場合を考える。

加速度によってウェイト部材２に位置変化が生じ、半透
明鏡６，７間の間隔が変化すると、光の干渉強度も変化
する。ここで、ウェイト部材２の位置変化は連続的であ
り、しかも微視的に見ると徐々に変化しているので、前
述の加速度の無い場合のサーボ動作と同様に、干渉信号
と基準電圧との差分によって発生する電流が電磁コイル
５に流れ、振動加速度による力とは逆向きの電磁気力が
ウェイト部材２に働き、その動きを抑制する。従って干
渉の中点に対応する位置からわずかにずれた位置を振動
の中点、すなわち基準点として、半透明鏡６は電磁気力
で抑制されながら極くわずかに動く。

ところで、サーボ受振器（半透明鏡６を含むサーボ系の
駆動対象）では、支持手段３のバネ定数をｋ、ウェイト
部材２の質量をｍ、変位制御手段の電流に対する感度を
Ａ_ｆ、光干渉によるウェイト部材２の変位検出感度を
Ａ、第１図のｘ方向の加速度をａとして、半透明鏡６の
変位Ｘを、で表すことができる。この式(4)から、ウェイト部材２
の質量ｍ、支持手段３のバネ定数ｋが一定の場合に、上
記の感度ＡまたはＡ_ｆを大きくすることにより、電磁気
的な抑制力が大きくなり、サーボ受振器の変位量Ｘをい
くらでも小さくできることが分かる。

従って、第10図に示すように、同図(a)のサーボ動作が
行われない場合の変位Ｘ_０は、サーボが動作することに
より、電磁気的な抑制力が働いて同図(b)の変位Ｘ_Ｓの
ように小さくなる。また、これに応じて、光干渉の変化
する領域が直線性の良好なごく狭い範囲に制限されて、
干渉信号から変位を容易に検出することができる。

なお、式(4)において、ｋ＜＜Ａ×Ａ_ｆの場合には機械
的なバネ定数ｋを無視することができ、変位量Ｘは、となる。また、第２図の出力端子25の出力電圧ｅは、と表される。

この式には光干渉法によるウェイト部材２の変位検出感
度Ａが含まれていないので、出力電圧ｅは光干渉感度に
全く影響されない。すなわち従来の光干渉法のように光
干渉の周期性によって生じる非直線性をこの実施例では
本質的に出力することはなく、加速度ａに対する出力電
圧ｅを直線性よく出力することができる。

ここで、出力電圧ｅの感度は、ウェイト部材２などの質
量ｍ、変位抑制感度Ａ_ｆ、電磁コイル５に電流を流しサ
ーボ動作を行うための抵抗Ｒ_Ｌなどによって決まるの
で、抵抗Ｒ_Ｌの選択によって電磁コイル５に流れる電流
を変えてサーボ量をコントロールし、適切な感度で直線
性良好に加速度を検出することができる。

なお、光干渉の非直線性は(6)式で示されるように出力
電圧ｅに影響しないが、ここで(5)式に注目してみる
と、光干渉法によるウェイト部材２の変位検出感度Ａ
は、ウェイト部材２の変位、すなわち加速度ａの関数で
あるので、加速度ａに対して変化する。

このためウェイト部材２の変位量Ｘは加速度ａに対応せ
ず、非直線的に抑制されて動く。このような動作は、ウ
ェイト部材２、すなわち半透明鏡６を干渉の非直線性と
は逆向きに非直線的に動かすことによって光干渉の非直
線動作を補正していることにほかならない。

なお、以上の動作において、半透明鏡６，７が狂い、干
渉強度の最大、最小値が若干変化しても、出力電圧ｅに
影響を与えない利点も持ち合わせている。

以上、説明したように、光干渉とサーボ動作を組み合わ
せることによって、光干渉の非直線問題を本質的になく
し、光干渉の特質である高感度性を生かし、かつ、直線
性が良好な物理量測定が可能になる。

また、第２図の出力端子25の出力電圧ｅは、と表される。このため、サーボ量Ａの増減によって変位
Ｘおよび出力電圧ｅを、光干渉の特性を考慮しつつ、目
的に応じた制御が可能となる。

また、上記実施例に関して、一般的な従来のフアブリペ
ローの光学系では、第11図に示すように、２つの半透明
鏡６，７による反射光30がレーザ光源８に戻り、光フィ
ードバックが生じて発振が不安定となり大きなノイズ光
を生じる。

このため、第12図に示すように、反射光30の戻る光路に
ポラライザ31および１／４波長板32を配置し、反射光を
光源８の手前で遮断するようにする。このような構成に
よれば、レーザ光源８の出射光はこれらの光学素子を通
過できるが、半透明鏡６，７による反射光30は、１／４
波長板32によって偏光面が回転されポラライザ31を通過
できなくなる。従って、レーザ光源８への光フィードバ
ックはほとんど無くなる。

あるいは、第13図に示すように、２つの半透明鏡６，７
の光軸に対する角度を直角から僅かにずらし、その反射
光30を光吸収体33で吸収するようにする。このような構
成によれば、１／４波長板やポラライザなどの高価な光
学素子を用いずに上記の目的を達成することができる。
光吸収体33の材質や形状は、光学条件を考慮して決定す
べきものであるが、例えばベルベットコート（商品名）
を用いることができる。また、鏡６，７の傾斜角度も検
出感度並びに反射光の帰還率などを考慮して適宜決定す
べきであるが、一般的に１〜６度程度が望ましいであろ
う。なお、反射光30が光源８に戻らなければよいのであ
るから、光吸収体33は必ずしも設ける必要はなく、光路
にあるものの内面反射が無視できる場合には、光吸収体
33をわざわざ設ける必要はない。

また、この場合、第14図に示すように、半透明鏡６の移
動方向は、測定光の入射方向141、鏡７と直角な方向14
2、および反射光30の進行方向143のいずれの方向であっ
てもよい。これら３つの方向に違いはわずかであり、検
出感度に有意の差は出ないためである。

第15図はこの発明の他の実施例を示すものであり、レー
ザ光のパワー変動やレーザ光に含まれるノイズを抑制す
るようにしている。

すなわち、プリアンプ20の出力に含まれるレーザ光源８
のパワー変動とノイズ成分は、振動変位による干渉成分
と区別できず、比較器21は上記パワー変動などのノイズ
成分を干渉の変化として処理する。従って、比較器21
は、基準電圧Ｖ_０とパワー変動ノイズ成分との差を出力
し、通常の加速度検出と同様のサーボ動作を実行する。

これを近似式で示せば、プリアンプ20の出力信号Ｖ
_Ｓは、入射光パワーをＥとして、干渉強度I_t を表す関
係、 I_t＝Ｅ（１＋Ｒcosδ）＝Ｖ_Ｓ・・・(7) に等しい。レーザパワーＥに近い値の電圧Ｖ_０が基準電
圧端子24に加えられる結果、比較器21の出力ΔＶは、 ΔＶ＝Ｅ−Ｖ_０＋ＥＲcosδ ・・・(8) となる。ＥＲcosδは振動成分であり、レーザパワーＥ
のノイズ成分によってΔＶは若干の影響を受けるが、振
動が無いときには殆んど０であるので、この成分は無視
することができる。しかし、Ｅ−Ｖ_０は振動が無いとき
でも出力するノイズ成分であり、無視することはできな
い。

レーザパワーＥに含まれるノイズ成分のうちパワー変動
は、パワー制御によって抑制することができても、レー
ザ発振に伴って本質的に発生するその他のノイズ成分を
少なくすることは困難であり、微小加速度の測定に支障
を来すおそれがある。この実施例ではこの点を解決して
いる。

すなわち、この実施例によれば、第２図の実施例の電気
回路に加えてレーザ光源８の光パワーの変動を電気回路
40で検出して基準電圧Ｖ_０を与えるゲイン調整回路41を
備えている。すなわち、一般に、半導体などのレーザ光
源は、外因によるパワー変動が大きいため、電源にパワ
ー制御回路を備えている。例えば、半導体レーザの場
合、レーザケース内部にパワー制御用のホトダイオード
が組込まれており、レーザ光の光パワーを検出して電源
回路40を制御し、光パワーを一定に保つようにしてい
る。この場合、ホトダイオードの出力にはレーザ光源の
ノイズも含まれており、またホトダイオード自身で発生
するノイズもわずかに含まれているが、レーザ光源のノ
イズに比べて小さいので無視できる。

この場合、ホトダイオードの出力は、αをホトダイオー
ドなどによって定まる感度の定数として、レーザ光パワ
ーＥに対応しており、αＥと表すことができる。このα
Ｅには当然レーザ光源のノイズが含まれている。このた
め、このホトダイオードの出力を１／αのゲインのゲイ
ン調整回路41に通すことにより出力電圧Ｅを得、比較器
21の端子２４の入力を基準電圧Ｖ_０とすることができ
る。

この場合、比較器21の出力ΔＶは、 △Ｖ＝Ｅ（１＋Ｒcosδ）−Ｅ＝ＥＲcosδ ・・・(9) となり、ノイズ成分によって干渉感度が多少変化するこ
とはあっても、無振動時にはノイズ成分は出力しない。

第16図はこの発明のさらに他の実施例であり、透過干渉
光および反射干渉光の双方を用いて、前述の実施例と同
様にノイズを抑制するようにしている。

この実施例によれば、透過干渉光検出系は前述のものと
何等変わらない。ここでは、反射干渉光を検出するため
に、コリメートレンズ10の前方に半透明鏡51と設けて反
射光を第２の光電変換手段50で検出している。この光電
変換手段50の出力信号はプリアンプ29で増幅された後、
比較器21の一方の入力（基準電圧入力）となる。

以上の構成によれば、式(3)の反射干渉強度Ｉ_ｒを、Ｉ_ｒ＝Ｅ（１−Ｒcosδ）・・・(10) で近似して表せば、比較器21の出力ΔＶは、式(7)と式
(10)との差分で得られ、 ΔＶ＝２ＥＲcosδ ・・・(11) となり、ノイズ成分が出力されないことが分かる。この
様子を模式的に示したのが第17図であり、第４図および
第５図の透過干渉と反射干渉とを同一図で示している。
第17図によれば、最初、半透明鏡の間隔がＡのときには
透過および反射の干渉強度がそれぞれＩ_Ａｒ及びＩ_Ａｔ
であったのが、差分信号によってサーボ動作が実行さ
れ、最終的に２つの干渉強度が一致し、半透明鏡の間隔
はＡ′に落着いている。

この実施例の有利な点は、レーザ光源８のノイズが出力
されないことのほかに、透過干渉と反射干渉との差分を
とることにより、何らかの原因による干渉条件の変化の
影響を受けにくいということである。また、レーザ光源
８のパワー制御をしなくてもよいため、装置の大形化を
回避できる。

第18図はこの発明の別の実施例を示すものであり、２つ
の半透明鏡６，７の平行度を調節する手段を有するもの
で、図において、発振器61は電磁コイル５を数十から数
百ヘルツの周波数で交番的に励磁する。62は振幅−電圧
変換器、63は電圧計である。

以上の構成によれば、一度、互いに平行に調整した半透
明鏡６，７が、運搬の衝撃などによって最初の設定から
ずれてしまった場合の再調整が可能となる。すなわち、
調整のため発振器61を作動させることにより、コイル５
が周期的に振動し干渉変化が生じる。この場合の干渉
は、第19図に示すように、発振周波数に対応して周期性
がある。この場合、干渉の最大値と最小値との差すなわ
ち干渉の度合は、コイルに流れる電流によらず、２つの
半透明鏡６，７の平行度に依存する。平行度がよい場合
には第20図(a)に示すように干渉信号が大きくなり、平
行度が悪い場合には同図(b)に示すように干渉信号が小
さくなる。従って、プリアンプ20の出力を振幅−電圧変
換器62に入力し、角度調節手段14で角度を調節すること
により、電圧計63でこの変換器62の出力電圧を監視しつ
つ半透明鏡６，７の平行度をチェックすることができ
る。電圧計63の値が最大となったときが、平行度が最良
となったときであることは、容易に理解されるであろ
う。

このような実施例によれば、発振器の周波数や、コイル
を流れる電流に対して干渉の度合が依存しないため、精
度がよく安定した発振器を用いる必要が無いため、半透
明鏡の平行度調整を安価容易に実行することができ、実
際的である。

また、電磁コイル５を二重に巻回して、１つのコイルに
半透明鏡の間隔φを調整するための直流電流を流し、他
のコイルをサーボ動作用のコイルとして用いることもで
きる。すなわち、サーボ動作を円滑に行うためには、前
述のように、ｋ＜＜Ａ×Ａ_ｆである必要があり、支持手
段３のバネ定数ｋを余り大きくすることはできない。こ
のため、支持手段３が柔かくなり、装置の設置条件によ
っては２つの半透明鏡６，７が互いに接触したり、ウェ
イト部材２がストッパ（図示せず）や周辺部に接触した
り、あるいは支持手段３のバネ弾性限界を越えたりする
可能性がある。

これらを防止するためには、それぞれの構成要素の間隔
を拡げるなどすればよいが、光源の波長変動の影響が大
きくなるため望ましくない。このことは干渉の近似式
(7)において鏡の変位ｌを零とすれば干渉強度I_tは、となり、半透明鏡の間隔φが波長λに比べて非常に大き
い場合には、ごくわずかの波長変動に対してcos項の変
動が大きいため、干渉強度が大きく変化することが分か
る。一般哲には波長λは１μｍ以下であるため、半透明
鏡の間隔φは波長よりも大きくなり、波長変動の影響を
無視することができない。

従って電磁コイル５を二重に形成し、一方のコイルを流
れる電流を調整することによって半透明鏡６を動かして
二つの半透明鏡６，７の間隔φをせばめ、波長変化の影
響を小さくすることができる。これによって設置角度な
どの条件によらず、２つの半透明鏡６，７の間隔を近づ
いた状態で一定に保つことが可能であり、光源の波長変
化の影響を受けにくい間隔で、かつ、支持手段３が円滑
に動く位置に半透明鏡６を設定することができる。

この発明は、以上の実施例および変形例に限定されるも
のでなく、この発明の技術的範囲内において、各種の他
の変形が考えられ、また、同等の構成要素の交換が可能
であることは、当業者にとって明らかであろう。例え
ば、以上の各実施例などでは、加速度検出を目的として
説明したが、これに限定されるものでない。また、変位
制御手段も電磁的なものに限らず、例えば圧電素子の変
位などを利用することができる。

［発明の効果］以上の説明から明らかなように、この発明は、フアブリ
ペローの干渉計の一対の干渉用鏡の変位を制限する変位
抑制手段を設けたので、当該一対の干渉用鏡の間隔が外
乱によつて変動しようとするのを制限し、測定のダイナ
ミツクレンジと直線性を大幅に改善することができる効
果がある。

この発明にあつては、一対の干渉用鏡間を強制的に周期
的に励振すると共に、その励振状態を表わす調整出力信
号を形成し、これを調整表示手段に表示すようにしたこ
とにより、一対の干渉用鏡間の平行度を常時監視するこ
とができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の縦断面図、第２図は第１
図のものを作動させるための電気回路図、第３図は従来
のファブリペローの干渉計の光学系統図、第４図および
第５図は第３図のものにおけるそれぞれ透過干渉および
反射干渉の位相差−干渉強度特性線図、第６図はファブ
リペローの干渉計の動作の一般的説明図、第７図〜第１
０図はそれぞれ当該実施例の動作説明のための特性線
図、第11図は第１図のものの一部変形例の必要性を示す
ための側面図、第12図および第13図はそれぞれ第１図の
ものの一部変形例の側面図、第14図は第13図のものの動
作説明図、第15図は他の実施例の光学・電気回路図、第
16図はさらに他の実施例の光学・電気回路図、第17図は
第16図の実施例の動作説明線図、第18図は別の実施例の
光学・電気回路図、第19図および第20図は第18図のもの
の動作説明線図である。１……ケーシング、２……ウェイト部材、３……支持手
段、４，５……変位抑制手段をなす磁気回路および電磁
コイル、６，７……半透明鏡、８……光源、９……測定
光、12，50……光電変換手段、20，29……プリアンプ、
21……比較器、23……駆動アンプ、41……ゲイン調整回
路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の干渉用鏡間の変位に応じて、上記一
対の干渉用鏡間に生ずる干渉光の変化を検出して、干渉
光検出信号を送出する変位検出部と、上記干渉光検出信号に基づいて形成したサーボ出力によ
つて上記一対の干渉用鏡間の変位に対するサーボ制御力
を生じさせるように上記変位検出部をサーボ動作させる
ことにより、上記一対の干渉用鏡間の変位量の変化に対
する上記干渉光検出信号の直線性が良好な微小範囲に上
記一対の干渉用鏡間の変位を抑制すると共に、上記サー
ボ出力に対応する変位検出出力を送出するサーボ回路部
とを具えることを特徴とする光学式物理量測定装置。
【請求項２】上記変位検出部は、一定の磁界を形成する磁界形成手段と、上記磁界内において上記一対の干渉用鏡と一体に変位で
きるように配設された電磁コイルでなる電磁手段とを有し、上記サーボ出力を上記電磁手段に与えることに
より、上記電磁手段によつて上記変位手段に対する上記
サーボ制御力を生じさせることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の光学式
物理量測定装置。
【請求項３】一対の干渉用鏡間の変位に応じて、上記一
対の干渉用鏡間に生ずる干渉光の変化を検出して、干渉
光検出信号を送出する変位検出部と、上記干渉光検出信号に基づいて形成したサーボ出力によ
つて上記一対の干渉用鏡間の変位に対するサーボ制御力
を生じさせるように上記変位検出部をサーボ動作させる
と共に、上記サーボ出力に対応する変位検出出力を送出
するサーボ回路部とを有する光学式物理量測定装置において、上記一対の干渉用鏡間を所定の周期で所定の変位量だけ
強制的に変位させる変位駆動手段と、上記変位駆動手段によつて上記一対の干渉用鏡間を駆動
している状態において上記変位検出部から得られる上記
干渉光検出信号に基づいて上記一対の干渉用鏡間の駆動
状態を表す調整出力信号を得る調整出力信号形成手段
と、上記調整出力信号を表示する調整表示手段とを具え、上記調整表示手段の表示に基づいて上記一対の
干渉用鏡間の平行度を検知できるようにしたことを特徴
とする光学式物理量測定装置。