JPS63225171A - 光学式物理量測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、光の干渉を利用して変位量、加速度などの
物理量を測定する光学式物理量測定装置に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

従来、この種の装置として本出願の先の出願（特願昭６
０−２３５０３３号）に係るファプリペローの干渉計を
利用したものがあり、これを第４図について説明すると
、筺体６１内にウェイト部材６２が弾性部材３６によっ
て支持されており、光源３４から送出されるコヒーレン
トな測定光４０が、磁気回路３５の中空孔５５ａおよび
ウェイト部材３２の貫通孔Ｓ２ａを通り、互いに平行に
対向している半透明鏡３６．３７を介して光電変換要素
３８に入射するようになっている。一方の半透明鏡３６
はウェイト部材３２に固定されており、他方の半透明鏡
３７は支持部材３９に固定されている。さらに、ウェイ
ト部材３２には磁気回路３５と磁気結合する電磁コイル
４１が固定されている。

以上の構成により、いま、被測定体の加速度を測定する
には、筐体３１を被測定体に固定し、被測定体に生じる
加速度に対応して生じる半透明鏡’６６．５７間の間隔
の変化に伴う測定光４０の干渉強度の変化を電気的に検
出する。このとき、ウェイト部材３２の変位が犬きくな
ると測定誤差が大きくなるので、光電変換要素３８の出
力端４３に生ずる干渉信号を、適当な電気回路により電
磁コイル４１の端子４２に供給し、ウェイト部材６２の
変位を一定以下に抑制して正確な測定値が得られるよう
にしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上のような従来のファブリペロ−干渉計による光学式
物理量測定装置では、ウェイト部材３２や磁気回路６５
などに貫通孔５２ａ、３５ａを設け、これを同軸的に配
置する要があシ、かつ、半透明鏡３６．３７を正確に互
いに平行に位置決めする必要があった。このため、製造
および保守が繁雑となり、また、製造および保守におい
て注意を怠ると、半透明鏡の平行が崩れるなどにより正
確な測定が不可能になるという問題点があった。

この発明はかかる問題点を解消するためになされたもの
で、製造並びに保守が容易で、高精度の測定を可能とす
る光学式物理量測定装置を得ることを目的とするもので
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、マイケルソン
拳モーレの干渉計を利用するもので、半透明鏡により透
過および反射したコヒーレントな測定光がそれぞれ垂直
に入射される位置に”固定鏡と可動鏡を配置し、これら
可動鏡および固定鏡からの反射光を受光する光電変換要
素と、可動鏡が固定され測定光の光軸方向に変位自在な
ウェイト部材と、ウェイト部材の変位を制御する制御手
段とを備えている。

〔作　用〕

この発明においては、半透明鏡で透過、反射した測定光
が可動鏡、固定鏡で反射し、さらに半透明鏡で反射、透
過して光電変換要素に至る光路の行路差によって干渉を
生じる。そうして、ウェイト部材や磁気回路等は光路を
遮る位置に配置する要がなく、かつ、可動鏡と固定鏡は
互いに平行であることを要しない。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示し、測定ユニット１０
０は、筐体１内に円柱状のウェイト部材２が、円環状の
弾性部材３によって水平軸方向に可動に支持されている
。弾性部材３は、ウェイト部材２の変位方向を一定に制
御する。

筐体１に取付けられ永久磁石を含む磁気回路４には、ウ
ェイト部材２に固定された電磁コイル４１が磁気結合し
て可動に配置されている。レーザのような光源３４から
送出されるコヒーレントな光はコリメートレンズ５によ
り平行な測定光るとされる。ウェイト部材２には、半透
明鏡９を透過した測定光６が垂直に入射する可動鏡７が
固定されている。筐体１の内壁には、半透明鏡９で反射
した測定光６が垂直に入射する固定鏡８が可動鏡７と直
角の向きに固定されている。半透明鏡９は光源３４から
の測定光軸に対して４５°をなしている。

以上の構成により、半透明鏡９を透過して可動鏡７で反
射され半透明鏡９で反射されて光電変換要素３８に到達
する光路と、半透明鏡９で反射して固定鏡８で反射し半
透明鏡９を透過して光電変換要素３８に到達する光路と
の行路差により干渉が生じる。

なお、上記実施例では、可動鏡７と固定鏡８とが互いに
９０°　をなしているが、必ずしも９０°　である必要
はない。要は測定光６が可動鏡７および固定鏡８にそれ
ぞれ垂直に入射すれば足りるのであるから、たとえば、
半透明鏡９を測定光るに対して３０°　に設定したとき
は、可動鏡７に対して固定鏡８を６０°の角度に設定す
ればよいことになる。また、半透明鏡９からの透過光お
よび反射光をそれぞれ固定鏡８および可動鏡７へ入射す
るように配置してもよい。

また、筐体１は、干渉光を形成しこれを検出するすべて
の要素を含んでいて、被測定体に取付けられるものであ
るが、筐体１を固定する被測定体の形状等によっては、
すべての要素を１つの筐体に装備しなくともよい場合、
または装置することができない場合もある。筐体の材料
も適宜に選択することができる。

さらに、光源８としては、レーザダイオードやガスレー
ザなど任意に選択して使用することができる。

また、可動のウェイト部材２と磁気回路４を一体とし、
電磁コイル４１を筐体１に固設してもよい。

次に、以上の構成になる測定ユニット１００により微少
変位などの物理量を精密に測定するには、前出の先願技
術に示したような各種の電気回路が用いられる。すなわ
ち、第２図において、測定ユニット１００に設けられた
光電変換要素３８で得られる干渉電気信号■８　は、後
段処理のためにプリアンプ１０で増幅される。比較器１
１は、端子１２に加わる基準電圧ｖ０．と干渉信号■８
　　との差分Δ■を出力する。移相回路１３は、比較器
１１の出力信号ΔＶを微分して干渉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るように作
用する。すなわち、電磁コイル４１の端子１４の一端に
接続されている駆動アンプ１５が、位相変移した偏差信
号Δ■を電流増幅し、電磁コイル４１で流れる電流によ
ってウェイト部材２の動作を制御する。端子１４の他方
には接地した負荷抵抗ＲＬ　が接続されており、この接
続点から出力端子１６を引出している。

なお、移相回路１３や駆動アンプ１５などは、場合によ
っては省略することができる。たとえば、電磁コイル４
１の電流感度が犬であったり、前段回路の出力電流が大
きい場合などには、駆動アンプ１５を省略することがで
きる。

次に、第３図は光源３４からの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機能を併有した電
気回路である。プリアンプ１０の出力に含まれるレーザ
光源３４のパワー変動とノイズ成分は、振動変位などに
よる干渉成分と区別することができず、比較器１１はパ
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
。したがって比較器１１は、基準電圧■。とパワー変動
ノイズ成分との差を出力し、通常の加速度検出などにお
ける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１０の出力信号は、入射光パワーなＥ
として、干渉強度工、を表わす関係、 Ｉ　　−Ｅ　（１＋Ｒｃｏｓδ）−−−−（１１を− に等しく、レーザパワーＥに近い値の電圧■。

が基準電圧端子１２に加えられる結果、比較器１１の出
力Ｅｄ　は、 Ｅ　　＝Ｅ−Ｖ　　＋ＥＲｃｏｓ　　δ　　　−・　・
　・　　（２）ｄ　　　　　　　０ となり、振動成分ＥＲｃｏｓδ　のほかにノイズ成分Ｅ
−Ｖｏを含んでいる。このようなノイズ成分のうち、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
、その他のノイズ成分を低減することは困難であり、測
定に支障を来すことになる。そこで、レーザ光源３４の
光パワーの変動を電源回路１７で検出し、ゲイン調整回
路１８を介して端子１２に基準電圧Ｖ。を与える。

たとえば、光源が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いて、
レーザ光の光パワーを検出して電源回路１７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３４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。ホトダイオードの出力は、αを
定数としてレーザ光パワーＥに対応しており、αＥと表
わすことができる。したがって、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１已に通すことによ
り出力電圧Ｅを得、比較器１１の端子１２への入力を基
準電圧ｖ０　　とすることができる。この場合、比較器
１１の出力Ｅｄ　は、 Ｅｄ＝Ｅ　（１＋Ｒｃｏｓδ）−Ｅ＝ＥＲｃｏｓδ　−
■（３）となり、ノイズ成分は表われない。

〔発明の効果〕

この発明は、以上の説明から明らかなように、マイケル
ソン・モーレの干渉計を用いたことから、測定光を通過
させるための貫通孔を構成要素に加工したり、この貫通
孔を光軸に正確に一致させ、かつ、１対の半透明鏡の平
行度を高精度に設定する等の必要がないので、製造、保
守が容易で、精度の高い測定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要部側断面図、第２図は
当該実施例の電気回路結線図、第６図は他の実施例の電
気回路結線図、第４図は従来の光学式物理量測定装置の
要部側断面図である。 １・Φ筺体、２・・ウェイト部材、６−・弾性部材、４
・−磁気回路、６・・測定光、７・・可動鏡、８・・固
定鏡、９・・半透明鏡、３４・・光源、６８・・光電変
換要素、４１・・電磁コイル。 第２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源からのコヒーレントな測定光を透過光と反射
   光に分割する半透明鏡と、 前記透過光および前記反射光の一方が垂直 に入射される可動鏡と、他方が垂直に入射される固定鏡
   と、 前記可動鏡および前記固定鏡からの反射光 を受光する光電変換要素と、 被測定体に取付けられるべき筐体に、前記 測定光の光軸方向に変位可能に弾性部材により支持され
   、前記可動鏡が固定されているウェイト部材と、 前記ウェイト部材の変位を制御するウェイ ト部材制御手段と、 を備えてなる光学式物理量測定装置。
2. （２）光源からの測定光の光軸に対して４５°傾斜して
   配置された半透明鏡と、互いに９０°をなす可動鏡と固
   定鏡とを備えた特許請求の範囲第１項記載の光学式物理
   量測定装置。
3. （３）ウェイト部材の変位に伴つて互いに相対変位する
   磁気回路と電磁コイルからなるウェイト部材制御手段を
   備えた特許請求の範囲第１項記載の光学式物理量測定装
   置。