特開 2024-134719 レーザー干渉計

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024134719

(43)【公開日】2024-10-04

(54)【発明の名称】レーザー干渉計

(51)【国際特許分類】

   G01B 9/02004 20220101AFI20240927BHJP

   G01H 9/00 20060101ALI20240927BHJP

【ＦＩ】

G01B9/02004

G01H9/00 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023045062

(22)【出願日】2023-03-22

(71)【出願人】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100179475

【弁理士】

【氏名又は名称】仲井 智至

(74)【代理人】

【識別番号】100216253

【弁理士】

【氏名又は名称】松岡 宏紀

(74)【代理人】

【識別番号】100225901

【弁理士】

【氏名又は名称】今村 真之

(72)【発明者】

【氏名】林 暢仁

【テーマコード（参考）】

2F064

2G064

【Ｆターム（参考）】

2F064AA01

2F064DD02

2F064EE01

2F064FF01

2F064FF08

2F064JJ01

2G064AB01

2G064AB02

2G064BA02

2G064BA08

2G064BC06

2G064BC15

2G064BC22

2G064BC32

(57)【要約】

【課題】干渉光学系に入射されるレーザー光の波長の安定化が図られたレーザー干渉計を提供すること。
【解決手段】レーザー光を射出するレーザー光源を備え、前記レーザー光同士を干渉させる干渉光学系と、所定の波長の光を吸収するガスが封入され、前記レーザー光が入射されるガスセルと、前記ガスセルから射出された光の光量を検出し、射出光量検出信号を出力する射出光量検出部と、前記射出光量検出信号に基づいて前記レーザー光の波長を制御する光源制御部と、を備えることを特徴とするレーザー干渉計。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザー光を射出するレーザー光源を備え、前記レーザー光同士を干渉させる干渉光学系と、
所定の波長の光を吸収するガスが封入され、前記レーザー光が入射されるガスセルと、
前記ガスセルから射出された光の光量を検出し、射出光量検出信号を出力する射出光量検出部と、
前記射出光量検出信号に基づいて前記レーザー光の波長を制御する光源制御部と、
を備えることを特徴とするレーザー干渉計。

【請求項2】

前記光源制御部は、前記射出光量検出信号に基づいて前記レーザー光源に入力する電流を調整することにより、前記レーザー光の波長を制御する請求項１に記載のレーザー干渉計。

【請求項3】

前記レーザー光源は、発光素子、および、前記発光素子の温度を調整する温調素子を備え、
前記光源制御部は、前記射出光量検出信号に基づいて前記温調素子の出力を調整することにより、前記レーザー光の波長を制御する請求項１に記載のレーザー干渉計。

【請求項4】

前記レーザー光源は、前記発光素子を収容するパッケージを有し、
前記温調素子は、前記パッケージ内に設けられている請求項３に記載のレーザー干渉計。

【請求項5】

前記レーザー光源の光出力を検出し、光出力検出信号を出力する光出力検出部を備え、
前記光源制御部は、前記光出力検出信号に基づいて前記レーザー光源に入力する電流を調整することにより、前記レーザー光の光量を制御する請求項３記載のレーザー干渉計。

【請求項6】

前記干渉光学系は、前記レーザー光が照射される振動素子、および、前記振動素子を信号源として基準信号を出力する発振回路、を備え、前記レーザー光に変調信号を重畳させる光変調器を有する請求項１ないし５のいずれか１項に記載のレーザー干渉計。

【請求項7】

前記光源制御部は、前記基準信号を用いて動作する請求項６に記載のレーザー干渉計。

【請求項8】

前記レーザー光源は、半導体レーザー素子である請求項１ないし５のいずれか１項に記載のレーザー干渉計。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザー干渉計に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、物体の振動速度を測定する装置として、レーザー振動計が開示されている。このレーザー振動計では、被測定物にレーザー光を照射し、ドップラーシフトを受けた散乱レーザー光に基づいて、振動速度を計測する。

【0003】

特許文献１に記載のレーザー振動計は、レーザー光を出力するレーザー光源部と、所定の周波数を発生させる振動素子と、を備える。この振動素子は、その振動周波数に基づいて、入射するレーザー光の周波数をシフトさせ、入射レーザー光とは異なる周波数の反射レーザー光を生成する。レーザー振動計では、この反射レーザー光を、参照光として用いる。そして、被測定物に由来する散乱レーザー光と、参照光と、が合波され、光検出器で受光することにより、ビート信号を電気的に取り出す。そして、このビート信号から被測定物の振動速度を計測する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００７－２８５８９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

レーザー光源では、経時変化等、様々な原因により、出力するレーザー光の波長が初期値から変化する場合がある。特許文献１に記載のレーザー振動計では、レーザー光の波長が初期値から変化した場合、振動速度の計測値も変化する。その結果、レーザー振動計の計測精度が初期に比べて低下するという課題がある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の適用例に係るレーザー干渉計は、
レーザー光を射出するレーザー光源を備え、前記レーザー光同士を干渉させる干渉光学系と、
所定の波長の光を吸収するガスが封入され、前記レーザー光が入射されるガスセルと、
前記ガスセルから射出された光の光量を検出し、射出光量検出信号を出力する射出光量検出部と、
前記射出光量検出信号に基づいて前記レーザー光の波長を制御する光源制御部と、
を備える。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施形態に係るレーザー干渉計を示す機能ブロック図である。

【図2】図１のレーザー干渉計が備えるセンサーヘッド部を示す概略構成図である。

【図3】セシウム原子の基底状態の超微細構造を示すエネルギー準位図である。

【図4】図３に示すＣｓＤ１線の吸収スペクトルＡＳ１である。

【図5】レーザー光源に入力されるバイアス電流と、ガスセルから射出する光の光量と、の関係を示す吸収スペクトルＡＳ２である。

【図6】レーザー光源に入力されるバイアス電流と、射出光量検出信号ＳＬ１の電圧と、の関係を示す吸収スペクトルＡＳ３、および、吸収スペクトルＡＳ３の一次微分である誤差信号ＥＳの波形を示す図である。

【図7】バイアス電流のフィードバック制御を説明するためのフローチャートである。

【図8】第１変形例に係るレーザー干渉計を示す概略構成図である。

【図9】レーザー光源の温度と、ガスセルから射出する光の光量と、の関係を示す吸収スペクトルＡＳ４である。

【図10】レーザー光源の温度のフィードバック制御を説明するためのフローチャートである。

【図11】第２変形例に係るレーザー干渉計を示す概略構成図である。

【図12】２つのフィードバック制御（温度とバイアス電流のフィードバック制御）を説明するためのフローチャートである。

【図13】第３変形例に係るレーザー干渉計を示す概略構成図である。

【図14】第４変形例に係るレーザー干渉計を示す概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、本発明のレーザー干渉計を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、実施形態に係るレーザー干渉計１を示す機能ブロック図である。図２は、図１のレーザー干渉計１が備えるセンサーヘッド部５１を示す概略構成図である。

【0009】

図１に示すレーザー干渉計１は、図２に示す対象物１４にレーザー光を照射し、反射したレーザー光を検出することにより、例えば、対象物１４の変位や速度を計測する。

【0010】

図１に示すレーザー干渉計１は、センサーヘッド部５１と、本体部５９と、を備える。
図１に示すセンサーヘッド部５１は、干渉光学系５０、信号生成部５４、ガスセル７１、射出光量検出部７２および光源制御部８を備える。センサーヘッド部５１は、小型化および軽量化が容易で、可搬性および設置容易性を持たせやすいため、例えばレーザー干渉計１による計測対象である、図２に示す対象物１４の近くに配置可能である。

【0011】

本体部５９は、演算部５２を備える。本体部５９は、センサーヘッド部５１から離して配置可能であり、例えばラック等に収容されていてもよい。

【0012】

１．センサーヘッド部
図１に示すセンサーヘッド部５１は、干渉光学系５０および信号生成部５４を備える。

【0013】

１．１．干渉光学系
図２に示す干渉光学系５０は、マイケルソン型干渉光学系である。干渉光学系５０は、レーザー光源２と、コリメートレンズ９１と、光分割器４１、４２と、１／２波長板９２と、１／４波長板９３と、１／４波長板９４と、検光子９５と、受光素子１０と、光変調器１２と、ガスセル７１と、射出光量検出部７２と、を備える。

【0014】

レーザー光源２は、射出光Ｌ１（レーザー光）を射出する。受光素子１０は、受けた光を電気信号に変換する。光変調器１２は、音響光学変調器１２２を備えており、射出光Ｌ１の周波数を変化させ、変調信号を含む参照光Ｌ２（変調信号を含むレーザー光）を生成する。対象物１４に入射した射出光Ｌ１は、対象物１４に由来するドップラー信号であるサンプル信号を含む物体光Ｌ３（サンプル信号を含むレーザー光）として反射する。

【0015】

光分割器４１とレーザー光源２とを結ぶ光路を、光路１８とする。光分割器４１と光変調器１２とを結ぶ光路を、光路２０とする。光分割器４１と対象物１４とを結ぶ光路を、光路２２とする。光分割器４１と受光素子１０とを結ぶ光路を、光路２４とする。光分割器４２と射出光量検出部７２とを結ぶ光路を、光路１８２とする。なお、本明細書の「光路」は、光学部品同士の間に設定された、光が進行する経路を指している。

【0016】

光路１８上には、光分割器４１側から１／２波長板９２、光分割器４２およびコリメートレンズ９１がこの順で配置されている。光路２０上には、１／４波長板９４が配置されている。光路２２上には、１／４波長板９３が配置されている。光路２４上には、検光子９５が配置されている。光路１８２上には、ガスセル７１が配置されている。

【0017】

レーザー光源２から射出された射出光Ｌ１は、光路１８を経て、光分割器４２で一部が反射されて分岐される。分岐された分岐光Ｌ１ｃは、光路１８２を経て、ガスセル７１を透過した後、射出光量検出部７２に入射する。また、光分割器４２を透過した射出光Ｌ１は、光分割器４１で２つに分割される。射出光Ｌ１の一部である第１分割光Ｌ１ａは、光路２０を経て、光変調器１２に入射する。また、射出光Ｌ１の別の一部である第２分割光Ｌ１ｂは、光路２２を経て、対象物１４に入射する。光変調器１２で周波数がシフトして生成された参照光Ｌ２は、光路２０および光路２４を経て、受光素子１０に入射する。対象物１４での反射により生成された物体光Ｌ３は、光路２２および光路２４を経て、受光素子１０に入射する。

【0018】

以上のような干渉光学系５０では、光ヘテロダイン干渉法により、物体光Ｌ３の位相情報を求める。具体的には、周波数が互いに異なる２つの光（参照光Ｌ２および物体光Ｌ３）を干渉させ、得られた干渉光から物体光Ｌ３の位相情報を取り出す。そして、後述する演算部５２において位相情報から対象物１４の変位を求める。光ヘテロダイン干渉法によれば、位相情報を取り出すとき、外乱の影響、特にノイズとなる周波数の迷光の影響を受けにくく、高いロバスト性が与えられる。

【0019】

以下、干渉光学系５０の各部についてさらに説明する。
１．１．１．レーザー光源
レーザー光源２は、可干渉性を有する射出光Ｌ１を射出するレーザー光源である。レーザー光源２には、線幅がＭＨｚ帯以下の光源が好ましく用いられる。具体的には、Ｈｅ－Ｎｅレーザーのようなガスレーザー、ＤＦＢ－ＬＤ（Distributed FeedBack - Laser Diode：分布帰還型レーザーダイオード）、ＦＢＧ－ＬＤ（Fiber Bragg Grating - Laser Diode：ファイバーブラッググレーティング付きレーザーダイオード）、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser：垂直共振器面発光レーザーダイオード）、ＦＰ－ＬＤ（Fabry-Perot Laser Diode：ファブリーペロー型半導体レーザーダイオード）のような半導体レーザー素子等が挙げられる。

【0020】

レーザー光源２は、特に半導体レーザー素子であるのが好ましい。これにより、レーザー光源２を特に小型化することが可能になる。このため、レーザー干渉計１の小型化を図ることができる。特に、レーザー干渉計１のうち、干渉光学系５０が収容されるセンサーヘッド部５１の小型化および軽量化が図られるため、センサーヘッド部５１の設置自由度といった、レーザー干渉計１の操作性を高められる点で有用である。以下の説明では、レーザー光源２が半導体レーザー素子である場合を例にして説明する。

【0021】

図２に示すレーザー光源２には、温調素子２１２が設けられている。温調素子２１２は、例えば、ペルチェ素子、ヒーター等で構成される。温調素子２１２が発熱または吸熱することにより、レーザー光源２が有する発光素子２００の温度を調整することができる。なお、以下の説明では、発光素子２００の温度を「レーザー光源２の温度」ということもある。

【0022】

１．１．２．コリメートレンズ
コリメートレンズ９１は、レーザー光源２と光分割器４１との間に配置される光学素子であり、一例として非球面レンズが挙げられる。コリメートレンズ９１は、レーザー光源２から射出された射出光Ｌ１を平行化する。なお、レーザー光源２から射出される射出光Ｌ１が十分に平行化されている場合、例えばＨｅ－Ｎｅレーザーのようなガスレーザーをレーザー光源２として用いた場合には、コリメートレンズ９１が省略されていてもよい。

【0023】

一方、レーザー光源２が半導体レーザー素子である場合には、コリメートレンズ９１を設けることが好ましい。これにより、射出光Ｌ１がコリメート光になるため、射出光Ｌ１を受光する各種光学部品の大型化を抑制することができ、レーザー干渉計１の小型化を図ることができる。

【0024】

コリメート光となった射出光Ｌ１は、１／２波長板９２を通過することにより、Ｐ偏光とＳ偏光の強度比が例えば５０：５０である直線偏光に変換され、光分割器４１に入射する。

【0025】

１．１．３．光分割器
光分割器４１は、レーザー光源２と光変調器１２との間、および、レーザー光源２と対象物１４との間に配置される偏光ビームスプリッターである。光分割器４１は、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射させる。この機能により、光分割器４１は、射出光Ｌ１を、光分割器４１での反射光である第１分割光Ｌ１ａ、および、光分割器４１の透過光である第２分割光Ｌ１ｂ、に分割する。

【0026】

光分割器４１で反射したＳ偏光である第１分割光Ｌ１ａは、１／４波長板９４で円偏光に変換され、光変調器１２に入射する。光変調器１２に入射した第１分割光Ｌ１ａは、ｆ_ｍ［Ｈｚ］の周波数シフトを受け、参照光Ｌ２として射出する。したがって、参照光Ｌ２は、周波数ｆ_ｍ［Ｈｚ］の変調信号を含む。参照光Ｌ２は、再び１／４波長板９４を透過するときＰ偏光に変換される。参照光Ｌ２のＰ偏光は、光分割器４１および検光子９５を透過して受光素子１０に入射する。

【0027】

光分割器４１を透過したＰ偏光である第２分割光Ｌ１ｂは、１／４波長板９３で円偏光に変換され、動いている状態の対象物１４に入射する。対象物１４に入射した第２分割光Ｌ１ｂは、ｆ_ｄ［Ｈｚ］のドップラーシフトを受け、物体光Ｌ３として反射する。したがって、物体光Ｌ３は、周波数ｆ_ｄ［Ｈｚ］のサンプル信号を含む。物体光Ｌ３は、再び１／４波長板９３を透過するときＳ偏光に変換される。物体光Ｌ３のＳ偏光は、光分割器４１で反射され、検光子９５を透過して受光素子１０に入射する。

【0028】

射出光Ｌ１は可干渉性を有しているため、参照光Ｌ２および物体光Ｌ３は、干渉光として受光素子１０に入射する。したがって、換言すれば、光分割器４１は、射出光Ｌ１を一部（第１分割光Ｌ１ａ）および別の一部（第２分割光Ｌ１ｂ）に分割する機能、第１分割光Ｌ１ａを光変調器１２に照射させ、第２分割光Ｌ１ｂを対象物１４に照射させる機能、および、光変調器１２から戻ってきた参照光Ｌ２および対象物１４から戻ってきた物体光Ｌ３を混合する機能、を有する。これにより、光分割器４１でレーザー光の分割、混合を行えるため、干渉光学系５０の省スペース化を図ることができ、レーザー干渉計１の小型化に寄与できる。

【0029】

なお、偏光ビームスプリッターに代えて無偏光ビームスプリッターを用いるようにしてもよい。この場合、１／２波長板９２、１／４波長板９３および１／４波長板９４等が不要となるため、部品点数の削減によるレーザー干渉計１の小型化を図ることができる。また、ビームスプリッター以外の光分割器を用いるようにしてもよい。

【0030】

光分割器４２は、光路１８に配置される無偏光ビームスプリッターである。光分割器４２は、射出光Ｌ１の一部を反射させて光路１８２に分岐させ、分岐光Ｌ１ｃを生成する。また、光分割器４２は、射出光Ｌ１の残部を透過させて、光分割器４１に入射させる。分岐比は、特に限定されないが、反射光よりも透過光の光量が多くなるように、具体的には反射光の比率が１０％以下程度になるように設定されているのが好ましい。

【0031】

１．１．４．検光子
互いに直交するＳ偏光およびＰ偏光は、互いに独立しているので、単純に重ね合わせただけでは干渉によるうなりが現れない。そこで、Ｓ偏光とＰ偏光を重ね合わせた光波を、Ｓ偏光およびＰ偏光の双方に対して４５°傾けた検光子９５に通す。検光子９５を用いることにより、互いに共通した成分同士の光を透過させ、干渉を生じさせることができる。その結果、検光子９５では、参照光Ｌ２と物体光Ｌ３とが干渉し、｜ｆ_ｍ－ｆ_ｄ｜［Ｈｚ］の周波数を持つ干渉光が生成される。

【0032】

１．１．５．受光素子
干渉光が受光素子１０に入射すると、受光素子１０は、干渉光の強度に応じた光電流（受光信号）を出力する。この受光信号から後述する方法でサンプル信号を復調することにより、最終的に、対象物１４の動き、すなわち変位や速度を求めることができる。受光素子１０としては、例えば、フォトダイオード、フォトトランジスタ等が挙げられる。なお、受光素子１０で受光するのは、サンプル信号および変調信号を含む光であればよく、上記の干渉光に限定されない。また、本明細書における「受光信号からサンプル信号を復調する」には、光電流（受光信号）から変換された様々な信号からサンプル信号を復調することを含む。

【0033】

１．１．６．光変調器
図２に示す光変調器１２は、音響光学変調器１２２（Acousto-Optic Modulator：ＡＯＭ）と、ミラー１２４と、を有する。音響光学変調器１２２は、光弾性効果により媒体中に周期的な屈折率変化を生じさせ、透過光の周波数をシフトさせる。なお、音響光学変調器１２２は、電気光学変調器（Electro-Optic Modulator：ＥＯＭ）に代替可能である。ミラー１２４は、透過光を反射させ、再び、音響光学変調器１２２に入射させる。この光は、音響光学変調器１２２で再度、周波数のシフトを受け、変調信号を含む参照光Ｌ２として射出される。つまり、光変調器１２は、射出光Ｌ１に変調信号を重畳させる。

【0034】

音響光学変調器１２２には、信号生成部５４から出力された駆動信号Ｓｄが入力される。駆動信号Ｓｄを適宜設定することにより、音響光学変調器１２２における変調信号を制御することができる。

【0035】

１．２．信号生成部
図１に示す信号生成部５４は、光変調器１２に入力される駆動信号Ｓｄ、および、演算部５２に入力される基準信号Ｓｓを出力する。

【0036】

信号生成部５４としては、例えば、ファンクションジェネレーターやシグナルジェネレーターのような信号発生器の他、数値制御による信号発生器等であってもよい。

【0037】

１．３．ガスセル
ガスセル７１には、所定の波長の光を吸収するガスが封入されている。封入されるガスとしては、ガス状のセシウム、ルビジウムのようなアルカリ金属、ガス状のヨウ素のようなハロゲン、クリプトンのような希ガスの他、シアン化水素、アセチレン等が挙げられる。これらの原子または分子は、所定の波長の光を吸収したり、放出したりする。ガスセル７１には、図示しない温度調整機構が設けられていてもよい。これにより、ガスセル７１をより小型化してもガスの蒸気圧を十分に高められる。その結果、ガスセル７１の小型化を図ることができる。

【0038】

ガスセル７１に封入されるガス（原子または分子）と、そのガスに照射される光の波長の組み合わせ例を下記表１に示す。

【0039】

【表1】

【0040】

光分割器４２で分岐した分岐光Ｌ１ｃは、ガスセル７１に入射される。そして、ガスセル７１に封入されているガスに分岐光Ｌ１ｃが照射される。これにより、ガスを構成する原子や分子は、分岐光Ｌ１ｃのエネルギーに応じて、基底状態からエネルギーがより高い状態（励起状態）に遷移する。

【0041】

図３は、セシウム原子の基底状態の超微細構造を示すエネルギー準位図である。
セシウム原子は、図３に示すように、基底準位として６Ｓ_１／２で表されるエネルギー準位と、励起準位として６Ｐ_１／２で表されるエネルギー準位と、を有することが知られている。また、６Ｓ_１／２および６Ｐ_１／２の各エネルギー準位は、複数のエネルギー準位に分裂した超微細構造を有している。具体的には、６Ｓ_１／２は、Ｆ＝３およびＦ＝４で表される２つの基底準位を持っている。また、６Ｐ_１／２は、Ｆ’＝３およびＦ’＝４で表される２つの励起準位を持っている。

【0042】

基底準位にあるセシウム原子は、図３に示すＣｓＤ１線を吸収することで、励起準位に遷移する。

【0043】

例えば、Ｆ＝４の基底準位にあるセシウム原子は、図３に矢印（１）で示す準位間のエネルギーを吸収することにより、Ｆ’＝３の励起準位に遷移する。また、図３に矢印（２）で示す準位間のエネルギーを吸収することにより、Ｆ’＝４の励起準位に遷移する。

【0044】

また、Ｆ＝３の基底準位あるセシウム原子は、図３に矢印（３）で示す準位間のエネルギーを吸収することにより、Ｆ’＝３の励起準位に遷移する。また、図３に矢印（４）で示す準位間のエネルギーを吸収することにより、Ｆ’＝４の励起準位に遷移する。
図３の各矢印（１）～（４）の遷移に対応する共鳴波長を、下記表２に示す。

【0045】

【表2】

【0046】

図４は、図３に示すＣｓＤ１線の吸収スペクトルＡＳ１である。図４に示す吸収スペクトルＡＳ１には、４本の吸収ピークＰ１～Ｐ４が認められる。この吸収ピークＰ１～Ｐ４の周波数は、図３に矢印（１）～（４）で表された４つの遷移周波数に対応している。

【0047】

後述するように、光源制御部８では、レーザー光源２に入力する電流、具体的にはバイアス電流を調整する。バイアス電流が変更されると、それに応じて、レーザー光源２から射出される射出光Ｌ１の光量が変化するとともに、中心波長（中心周波数）が変化する。したがって、分岐光Ｌ１ｃをガスセル７１に入射し、ガスセル７１から射出する光の光量変化を観測すると、図５に示すような吸収スペクトルが得られる。

【0048】

図５は、レーザー光源２に入力されるバイアス電流と、ガスセル７１から射出する光の光量と、の関係を示す吸収スペクトルＡＳ２である。図５の横軸は、レーザー光源２に入力されるバイアス電流であり、縦軸は、ガスセル７１から射出する光の光量である。バイアス電流が大きくなると、レーザー光源２から射出される射出光Ｌ１の中心波長は長く、中心周波数は小さくなるため、図５では、横軸に付した矢印の向きでそれを表している。

【0049】

図５に示すように、バイアス電流を大きくすると、ガスセル７１から射出する光の光量も大きくなる。このため、図５に示す吸収スペクトルＡＳ２は、基本的に単調増加のスペクトルとなる。一方、レーザー光源２では、バイアス電流に応じて射出光Ｌ１の中心波長も変化する。このため、バイアス電流が変化する過程で、分岐光Ｌ１ｃの中心波長（中心周波数）と前述した４つの遷移周波数とが一致するとき、ガスセル７１から射出する光の光量がそれぞれ極小値をとる。そこで、後述する光源制御部８は、ガスセル７１から射出する光の光量が、この４つの吸収ピークＰ１～Ｐ４のいずれかに対応する極小値をとるように、バイアス電流を調整する。その結果、レーザー光源２から射出される射出光Ｌ１の中心波長を安定させることができる。

【0050】

なお、図５において、バイアス電流が最も大きい吸収ピークが好ましく選択される。これにより、レーザー光源２の光出力が最も大きくなるため、干渉光学系５０の受光素子１０に入射する干渉光の光量を最大化することができる。その結果、受光信号のＳ／Ｎ比（信号対雑音比）を高めることができる。

【0051】

１．４．射出光量検出部
射出光量検出部７２は、ガスセル７１から射出された光の光量を検出する。そして、光量に応じた射出光量検出信号ＳＬ１を出力する。射出光量検出部７２としては、例えば、フォトダイオード、フォトトランジスタ等が挙げられる。

【0052】

１．５．光源制御部
光源制御部８は、射出光量検出信号ＳＬ１に基づいて、レーザー光源２から射出される射出光Ｌ１（レーザー光）の波長を制御する。

【0053】

図２に示す光源制御部８は、低周波発振器８１、検波回路８２、変調回路８３、光源駆動回路８４および温調素子駆動回路８５を有する。

【0054】

低周波発振器８１は、例えば、数Ｈｚ～数百Ｈｚ程度の低い周波数で発振し、低周波信号を出力する。

【0055】

検波回路８２には、射出光量検出信号ＳＬ１が入力される。射出光量検出信号ＳＬ１は、後述する変調回路８３でバイアス電流に変調が印加されているため、低周波信号の振幅によって決まる範囲でバイアス電流が掃引された結果を含んでいる。つまり、射出光Ｌ１の波長（周波数）が所定の範囲で振動し、それに応じた射出光量の変化の振動を含んでいる。このため、検波回路８２では、バイアス電流と射出光量との関係が得られることになり、図６に示す吸収スペクトルＡＳ３が得られる。

【0056】

図６は、レーザー光源２に入力されるバイアス電流と、射出光量検出信号ＳＬ１の電圧と、の関係を示す吸収スペクトルＡＳ３、および、吸収スペクトルＡＳ３の一次微分である誤差信号ＥＳの波形を示す図である。

【0057】

図６の吸収スペクトルＡＳ３の横軸は、レーザー光源２に入力されるバイアス電流であり、縦軸は、電圧信号である射出光量検出信号ＳＬ１である。また、図６の誤差信号ＥＳは、吸収スペクトルＡＳ３を微分することによって生成される。誤差信号ＥＳの波形の横軸は、レーザー光源２に入力されるバイアス電流であり、縦軸は、誤差信号ＥＳの電圧である。

【0058】

誤差信号ＥＳは、図６に示すように、吸収スペクトルＡＳ３の吸収ピークに対応したゼロクロス点を持ち、その前後では、誤差信号が単調に変化している。このため、図２に示す光源駆動回路８４では、この吸収ピークに対応する誤差信号ＥＳに基づいて、ガスセル７１から射出される光の光量が極小値をとるようにバイアス電流を調整できる。これにより、レーザー光源２から射出される射出光Ｌ１の中心波長（中心周波数）は、吸収ピークＰ１～Ｐ４のいずれかの周波数にロックされ、安定する。

【0059】

以上のように、検波回路８２は、低周波信号を用いてその周波数で、射出光量検出信号ＳＬ１を同期検波する。これにより、図６に示す誤差信号ＥＳを生成し、出力する。

【0060】

変調回路８３は、低周波信号を用いて誤差信号ＥＳに変調を印加する。そして、変調が印加された誤差信号ＥＳを出力する。

【0061】

光源駆動回路８４は、変調が印加された誤差信号ＥＳを用いて、レーザー光源２に入力されるバイアス電流を調整する。例えば、誤差信号ＥＳの電圧が正であれば、バイアス電流を減少させ、誤差信号ＥＳの電圧が負であれば、バイアス電流を増加させる。また、光源駆動回路８４は、バイアス電流を所定の幅で掃引する。以上の動作により、ガスセル７１から射出される光の光量が極小値からずれても、そのずれがバイアス電流にフィードバックされ、極小値に近づくように調整される。その結果、射出光Ｌ１の中心波長（中心周波数）が吸収ピークＰ１～Ｐ４のいずれかのピークトップにロックされ、安定する。

【0062】

なお、吸収ピークＰ１～Ｐ４は、ガスセル７１に封入されている原子や分子の動きに伴うドップラー拡がりを持つ。ドップラー拡がりは、例えばセシウム原子の場合、６０℃で３８０ＭＨｚ程度になる。射出光Ｌ１の中心波長をピークトップにロックするためには、変調の周波数幅をドップラー拡がりより小さくしておくのが好ましい。つまり、バイアス電流の変調幅は、変調の周波数幅がドップラー拡がり未満になるように設定されるのが好ましい。また、より安定して動作させることを考慮すれば、ドップラー拡がりの１／２以下に設定するのが好ましく、１／３以下に設定するのがより好ましい。一方、下限値は、フィードバック制御が安定するように適宜設定されるが、一例としてドップラー拡がりの１／２０以上とされる。

【0063】

図７は、以上で説明したバイアス電流のフィードバック制御を説明するためのフローチャートである。

【0064】

図７に示すステップＳ１０２では、バイアス電流を掃引し、吸収スペクトルＡＳ３を観測する。
ステップＳ１０４では、所望の吸収ピークを検出し、バイアス電流の値を設定する。

【0065】

ステップＳ１０６では、レーザー光源２の電流変調の同期検波により、誤差信号ＥＳを観測する。

【0066】

ステップＳ１０８では、誤差信号ＥＳの電圧が正であるか否かを判定する。正である場合、ステップＳ１１０に移行する。ステップＳ１１０では、バイアス電流を減少させる方向に調整する。一方、負である場合、ステップＳ１１２に移行する。ステップＳ１１２では、バイアス電流を増加させる方向に調整する。

【0067】

ステップＳ１１４では、誤差信号ＥＳの電圧がゼロ近傍に収束したか否かを判定する。収束していない場合、ステップＳ１０６に戻る。収束していた場合、フローを終了する。

【0068】

そして、必要に応じて、以上のフローを繰り返す。これにより、射出光Ｌ１の中心波長（中心周波数）を安定させることができる。このようなバイアス電流のフィードバック制御は、中心波長の安定化におけるレスポンスが比較的高いという点で有用である。

【0069】

なお、上記のフィードバック制御は、常時実行されるようになっていてもよいし、必要に応じて随時実行されるようになっていてもよい。例えば、対象物１４に対する計測を行う場合には、フィードバック制御を停止するようになっていてもよい。これにより、フィードバック制御が計測精度に影響するのを避けることができる。

【0070】

温調素子駆動回路８５は、温調素子２１２に対し、温度調整信号を出力する。これにより、温調素子２１２の発熱または吸熱を調整し、レーザー光源２の温度を目的とする温度に制御する。図２に示す温調素子駆動回路８５は、レーザー光源２の温度を好ましくは一定値に固定するようになっている。これにより、光源駆動回路８４の動作が阻害されるのを防止できる。なお、本実施形態において、温調素子２１２および温調素子駆動回路８５は、省略されていてもよい。

【0071】

２．本体部
図１に示す本体部５９は、演算部５２を備える。演算部５２は、前処理部５３、復調処理部５５および復調信号出力部５７を有する。これらの機能部が発揮する機能は、例えば、プロセッサー、メモリー、外部インターフェース、入力部、表示部等を備えるハードウェアによって実現される。具体的には、メモリーに格納されているプログラムをプロセッサーが読み出し、実行することによって実現される。なお、これらの構成要素は、外部バスによって互いに通信可能になっている。

【0072】

プロセッサーとしては、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等が挙げられる。なお、これらのプロセッサーがソフトウェアを実行する方式に代えて、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等が上述した機能を実現する方式を採用するようにしてもよい。

【0073】

メモリーとしては、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）、ＲＯＭ（Read-Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等が挙げられる。

【0074】

外部インターフェースとしては、例えば、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）等のデジタル入出力ポート、イーサネット（登録商標）ポート等が挙げられる。

【0075】

入力部としては、例えば、キーボード、マウス、タッチパネル、タッチパッド等の各種入力装置が挙げられる。表示部としては、例えば、液晶ディスプレイパネル、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイパネル等が挙げられる。

【0076】

なお、入力部および表示部は、必要に応じて設けられればよく、省略されていてもよい。

【0077】

また、前述した光源制御部８の機能も、上記と同様のハードウェアによって実現される。

【0078】

前処理部５３および復調処理部５５には、例えば、特開２０２２－３８１５６号公報に開示されている前処理部および復調部が適用できる。

【0079】

前処理部５３は、基準信号Ｓｓに基づいて受光信号に前処理を行う。前処理は、受光信号を２つの信号ＰＡＳＳ１、ＰＡＳＳ２に分けた後、一方に基準信号を乗算し、その後、２つの信号ＰＡＳＳ１、ＰＡＳＳ２を合算して前処理済み信号を出力する。

【0080】

復調処理部５５は、前処理部５３から出力された前処理済み信号から、基準信号Ｓｓに基づいて対象物１４の速度や位置に応じたサンプル信号を復調する。

【0081】

復調信号出力部５７は、復調処理部５５から出力された復調処理済み信号に対し、例えば位相アンラップ処理等を施すことにより、位相接続を行う。これにより、対象物１４の位置を算出する。これにより、レーザー干渉計１は、変位計となる。また、対象物１４の位置から速度を求めることができる。これにより、レーザー干渉計１は、速度計となる。

【0082】

レーザー干渉計１で対象物１４の変位を計測する場合、計測変位ｄは、下記式（Ａ）で表される。

【0083】

【数1】

【0084】

上記式（Ａ）のλは、射出光Ｌ１の波長であり、ｎは、雰囲気の屈折率であり、φは、復調処理部５５で復調されたサンプル信号の位相である。

【0085】

上記式（Ａ）からわかるように、計測変位ｄは、射出光Ｌ１の波長λの影響を受ける。例えば、経時変化等により、初期の波長λがλ’になった場合を考える。この場合の計測変位をｄ’とすると、計測変位ｄ’は、下記式（Ａ’）で表される。

【0086】

【数2】

【0087】

ここで、初期の計測変位ｄが計測変位ｄ’に変化した場合の変化率をΔｄ／ｄとする。計測変位の変化率Δｄ／ｄは、下記式（Ｂ）で表される。

【0088】

【数3】

【0089】

したがって、波長の変化率Δλ／λは、計測変位の変化率Δｄ／ｄに影響を及ぼすことがわかる。よって、射出光Ｌ１の波長を安定させることができれば、計測変位の精度を高めることができる。

【0090】

３．第１変形例
次に、レーザー干渉計１の第１変形例について説明する。
図８は、第１変形例に係るレーザー干渉計１を示す概略構成図である。

【0091】

以下、第１変形例について説明するが、以下の説明では、前記実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図８において、前記実施形態と同様の事項については、同一の符号を付している。

【0092】

第１変形例は、光源制御部８が、バイアス電流の調整に代えてレーザー光源２の温度の調整を行うように構成されている以外、前記実施形態と同様である。

【0093】

図８に示す光源制御部８は、変調回路８３から出力される信号、つまり変調が印加された誤差信号が、温調素子駆動回路８５に入力されるようになっている。一方、図８に示す光源駆動回路８４は、バイアス電流を好ましくは一定値に固定するようになっている。これにより、温調素子駆動回路８５の動作が阻害されるのを防止できる。

【0094】

図８に示す温調素子駆動回路８５は、変調が印加された誤差信号を用いて、温調素子２１２に入力される温度調整信号を調整する。例えば、誤差信号の電圧が正であれば、温調素子２１２に吸熱させてレーザー光源２の温度を低下させ、誤差信号の電圧が負であれば、温調素子２１２を発熱させてレーザー光源２の温度を上昇させる。

【0095】

図９は、レーザー光源２の温度と、ガスセル７１から射出される光の光量と、の関係を示す吸収スペクトルＡＳ４である。図９の横軸は、レーザー光源２の温度であり、縦軸は、ガスセル７１から射出される光の光量である。レーザー光源２の温度が高くなると、レーザー光源２から射出される射出光Ｌ１の中心波長は長く、中心周波数は小さくなるため、図９では、横軸に付した矢印の向きでそれを表している。

【0096】

図９に示すように、レーザー光源２の温度を高くすると、ガスセル７１から射出される光の光量は小さくなる。このため、図９に示す吸収スペクトルＡＳ４は、基本的に単調減少のスペクトルとなる。一方、レーザー光源２では、温度に応じて射出光Ｌ１の中心波長も変化する。このため、温度が変化する過程で、分岐光Ｌ１ｃの中心波長（中心周波数）と前述した４つの遷移周波数とが一致するとき、ガスセル７１から射出される光の光量がそれぞれ極小値をとる。そこで、図８に示す光源制御部８は、ガスセル７１から射出される光の光量が、この４つの吸収ピークのいずれかに対応する極小値をとるように、レーザー光源２の温度を調整する。その結果、レーザー光源２から射出される射出光Ｌ１の中心波長を安定させることができる。

【0097】

以上の動作により、ガスセル７１から射出される光の光量が極小値からずれても、そのずれがレーザー光源２の温度にフィードバックされ、極小値に近づくように調整される。その結果、射出光Ｌ１の中心波長（中心周波数）が吸収ピークＰ１～Ｐ４のいずれかのピークトップにロックされ、安定する。

【0098】

図１０は、以上で説明したレーザー光源２の温度のフィードバック制御を説明するためのフローチャートである。

【0099】

図１０に示すステップＳ２０２では、レーザー光源２の温度を掃引し、吸収スペクトルを観測する。

【0100】

ステップＳ２０４では、所望の吸収ピークを検出し、レーザー光源２の温度の値を設定する。

【0101】

ステップＳ２０６では、レーザー光源２の温度変調の同期検波により、誤差信号を観測する。

【0102】

ステップＳ２０８では、誤差信号の電圧が正であるか否かを判定する。正である場合、ステップＳ２１０に移行する。ステップＳ２１０では、レーザー光源２の温度を低下させる方向に調整する。一方、負である場合、ステップＳ２１２に移行する。ステップＳ２１２では、レーザー光源２の温度を上昇させる方向に調整する。

【0103】

ステップＳ２１４では、誤差信号の電圧がゼロ近傍に収束したか否かを判定する。収束していない場合、ステップＳ２０６に戻る。収束していた場合、フローを終了する。

【0104】

そして、必要に応じて、以上のフローを繰り返す。これにより、射出光Ｌ１の中心波長（中心周波数）を安定させることができる。

【0105】

以上のような第１変形例においても、前記実施形態と同様の効果が得られる。
また、第１変形例では、射出光Ｌ１の波長を所定量調整するときの光量の変化量を、前記実施形態に比べて抑えることができる。これにより、前記実施形態に比べて、干渉光学系５０の受光素子１０に入射する干渉光の光量の変化を抑えることができる。その結果、受光信号のＳ／Ｎ比（信号対雑音比）の経時的な変動を抑制することができる。

【0106】

例えば、一般的な面発光レーザー素子をレーザー光源２として用い、射出光Ｌ１の中心波長を０．１ｎｍ長くする調整を行う場合を例に考える。下記表３は、この例における電流波長制御（前記実施形態）と、温度波長制御（第１変形例）とで、射出光Ｌ１の中心波長を０．１ｎｍ長くする調整を行う場合の電流または温度の変化幅と、調整に伴う光量の変化幅と、を示している。

【0107】

【表3】

【0108】

前記実施形態では、バイアス電流を０．３８ｍＡ大きくする必要があり、それに伴って、射出光Ｌ１の光量が１１．５％増加する。これに対し、第１変形例では、レーザー光源２の温度を１．７℃高くする必要があり、それに伴って、射出光Ｌ１の光量が０．７％減少する。このように、第１変形例における光量の変化量は、前記実施形態の１／１０以下に抑えられている。

【0109】

なお、上記計算例は、下記表４に示す面発光レーザー素子の各種パラメーターを用いて計算したものである。

【0110】

【表4】

【0111】

４．第２変形例
次に、レーザー干渉計１の第２変形例について説明する。
図１１は、第２変形例に係るレーザー干渉計１を示す概略構成図である。

【0112】

以下、第２変形例について説明するが、以下の説明では、前記実施形態や変形例との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図１１において、前記第１変形例と同様の事項については、同一の符号を付している。

【0113】

第２変形例は、光源制御部８が、レーザー光源２の温度の調整に加え、レーザー光源２の光出力に基づくバイアス電流の調整を行うように構成されている以外、前記第１変形例と同様である。

【0114】

図１１に示す干渉光学系５０は、さらに、光分割器４３、光出力検出部７３およびＡＰＣ部８６を備える。

【0115】

光分割器４３は、光分割器４２で分岐された光路１８２に配置される無偏光ビームスプリッターである。光分割器４３は、分岐光Ｌ１ｃの一部を反射させて光路１８４に分岐させ、分岐光Ｌ１ｄを生成する。また、光分割器４３は、分岐光Ｌ１ｃの残部を透過させて、ガスセル７１に入射させる。分岐比は、特に限定されない。また、光分割器４３の配置は、上記に限定されない。

【0116】

光出力検出部７３は、光分割器４３により光路１８４に分岐された分岐光Ｌ１ｄの光量を検出する。本明細書では、この光量を「光出力」という。光出力は、レーザー光源２から射出された射出光Ｌ１の光量に略比例しているので、射出光Ｌ１の光量をモニターするために用いられる。光出力検出部７３は、分岐光Ｌ１ｄの光量に応じた光出力検出信号ＳＬ２を出力する。光出力検出部７３としては、例えば、フォトダイオード、フォトトランジスタ等が挙げられる。

【0117】

ＡＰＣ部８６は、光出力検出信号ＳＬ２に基づいて、レーザー光源２の光出力が一定になるようにバイアス電流を制御するための光出力制御信号を出力する。図１１に示す光源駆動回路８４は、光出力制御信号に基づいてバイアス電流を調整する。ＡＰＣは、Auto Power Control（自動光量制御）である。

【0118】

以上のように、第２変形例では、第１変形例が有する構成（温度のフィードバック制御）に、ＡＰＣ部８６を用いたバイアス電流のフィードバック制御の構成が追加されている。これにより、レーザー光源２から射出される射出光Ｌ１の中心波長（中心周波数）を安定させ、かつ、光出力を一定に制御することができる。

【0119】

図１２は、以上で説明した２つのフィードバック制御（温度とバイアス電流のフィードバック制御）を説明するためのフローチャートである。

【0120】

図１２に示すステップＳ３０２では、レーザー光源２の温度を掃引し、吸収スペクトルを観測する。

【0121】

ステップＳ３０４では、所望の吸収ピークを検出し、レーザー光源２の温度の値を設定する。

【0122】

ステップＳ３０６では、レーザー光源２の温度変調の同期検波により、誤差信号を観測する。

【0123】

ステップＳ３０８では、誤差信号の電圧が正であるか否かを判定する。正である場合、ステップＳ３１０に移行する。ステップＳ３１０では、レーザー光源２の温度を低下させる方向に調整する。一方、負である場合、ステップＳ３１２に移行する。ステップＳ３１２では、レーザー光源２の温度を上昇させる方向に調整する。

【0124】

ステップＳ３１４では、誤差信号の電圧がゼロ近傍に収束したか否かを判定する。収束していない場合、ステップＳ３０６に戻る。収束していた場合、ステップＳ３２２に移行する。

【0125】

ステップＳ３２２では、光出力検出部７３から出力される電圧信号である光出力検出信号ＳＬ２の電圧値を測定する。なお、電圧値の初期値は、あらかじめ図示しないメモリーに記憶させておく。

【0126】

ステップＳ３２４では、測定した光出力検出信号ＳＬ２の電圧値が初期値より大きいか否かを判定する。大きい場合、ステップＳ３２６に移行する。ステップＳ３２６では、バイアス電流を減少させる方向に調整する。一方、小さい場合、ステップＳ３２８に移行する。ステップＳ３２８では、バイアス電流を増加させる方向に調整する。

【0127】

ステップＳ３３０では、光出力検出信号ＳＬ２の電圧値が初期値近傍に収束したか否かを判定する。収束していない場合、ステップＳ３２２に戻る。収束していた場合、フローを終了する。

【0128】

そして、必要に応じて、以上のフローを繰り返す。これにより、射出光Ｌ１の中心波長（中心周波数）および光出力の双方を安定させることができる。

【0129】

５．第３変形例
次に、レーザー干渉計１の第３変形例について説明する。
図１３は、第３変形例に係るレーザー干渉計１を示す概略構成図である。

【0130】

以下、第３変形例について説明するが、以下の説明では、前記実施形態や変形例との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図１３において、前記第２変形例と同様の事項については、同一の符号を付している。

【0131】

第３変形例は、光出力検出部７３が、レーザー光源２が有するパッケージＰＫＧ内に設けられていること以外、前記第２変形例と同様である。

【0132】

図１３に示すレーザー光源２は、発光素子２００と、パッケージＰＫＧと、を有する。発光素子２００は、例えば前述した半導体レーザー素子等である。パッケージＰＫＧは、発光素子２００を収容する容器である。

【0133】

また、図１３では、光出力検出部７３がパッケージＰＫＧ内に設けられている。これにより、干渉光学系５０のさらなる小型化を図ることができる。
以上のような第３変形例においても、第２変形例と同様の効果が得られる。

【0134】

６．第４変形例
次に、レーザー干渉計１の第４変形例について説明する。
図１４は、第４変形例に係るレーザー干渉計１を示す概略構成図である。

【0135】

以下、第４変形例について説明するが、以下の説明では、前記実施形態や変形例との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図１４において、前記実施形態と同様の事項については、同一の符号を付している。

【0136】

第４変形例は、光変調器１２の構成が異なるとともに、低周波発振器８１が省略されていること以外、前記実施形態と同様である。

【0137】

図１４に示す光変調器１２は、振動素子３０を有する。振動素子３０としては、例えば、水晶振動子、シリコン振動子、セラミック振動子等が挙げられる。これらの振動子は、共振現象を利用した振動子であるため、Ｑ値が高く、固有振動数の安定化を容易に図ることができる。これにより、光変調器１２が射出光Ｌ１に印加する変調信号のＳ／Ｎ比を高めることができ、かつ、基準信号Ｓｓの精度を高めることができる。これにより、対象物１４に由来するサンプル信号を高いＳ／Ｎ比で復調することができ、対象物１４の速度や変位をより高精度に計測し得るレーザー干渉計１を実現することができる。

【0138】

図１４に示す信号生成部５４は、発振回路５４２を有する。発振回路５４２は、振動素子３０が信号源として動作し、精度の高い周期信号を生成する。これにより、発振回路５４２は、精度の高い駆動信号Ｓｄを出力するとともに、基準信号Ｓｓを出力する。そうすると、駆動信号Ｓｄおよび基準信号Ｓｓは、外乱を受けた場合、互いに同じ影響を受けることになる。その結果、駆動信号Ｓｄにより駆動された振動素子３０を介して付加される変調信号、および、基準信号Ｓｓも、互いに同じ影響を受ける。このため、変調信号を含む受光信号および基準信号Ｓｓが、演算部５２における演算に供されたとき、演算の過程で、双方が含む外乱の影響を互いに相殺または低減させることができる。その結果、演算部５２では、外乱を受けても、対象物１４の位置や速度を精度よく求めることができる。

【0139】

振動素子３０および発振回路５４２としては、例えば、特開２０２２－３８１５６号公報に開示されている振動素子および発振回路が挙げられる。

【0140】

また、図１４に示す光源制御部８では、低周波発振器８１が省略されている。そして、検波回路８２および変調回路８３にそれぞれ入力される低周波信号として、発振回路５４２で生成される基準信号Ｓｓを用いるように構成されている。これにより、前記実施形態よりも光源制御部８の構成を簡素化することができ、レーザー干渉計１のさらなる小型化および低コスト化を図ることができる。

【0141】

以上のような第４変形例においても、前記実施形態と同様の効果が得られる。また、振動素子３０は、ＡＯＭやＥＯＭに比べて、小型、軽量、低消費電力等の特長を有する。このため、第４変形例によれば、レーザー干渉計１の小型化、軽量化、低消費電力化を図ることができる。

【0142】

なお、本変形例は、低周波発振器８１を省略した例であるが、基準信号Ｓｓを用いるのではなく、他の変形例と同様、低周波発振器８１から出力される信号を用いるようになっていてもよい。つまり、本変形例に低周波発振器８１が追加された構成例も、変形例の１つとして挙げられる。

【0143】

７．第５変形例
次に、レーザー干渉計１の第５変形例について説明する。

【0144】

第５変形例は、前述した第１変形例と第４変形例とを組み合わせた構成を有する。つまり、第５変形例は、レーザー光源２の温度のフィードバック制御を可能にする構成と、振動素子３０を有する光変調器１２と、を備えている。これにより、第１変形例が奏する効果に、小型、軽量、低コスト、低消費電力等の効果を付加することができる。

【0145】

８．第６変形例
次に、レーザー干渉計１の第６変形例について説明する。

【0146】

第６変形例は、前述した第２変形例と第４変形例とを組み合わせた構成を有する。つまり、第６変形例は、前述した２つのフィードバック制御を可能にする構成と、振動素子３０を有する光変調器１２と、を備えている。これにより、第２変形例が奏する効果に、小型、軽量、低コスト、低消費電力等の効果を付加することができる。

【0147】

９．第７変形例
次に、レーザー干渉計１の第７変形例について説明する。

【0148】

第７変形例は、前述した第３変形例と第４変形例とを組み合わせた構成を有する。つまり、第７変形例は、前述した２つのフィードバック制御をより省スペースで可能にする構成と、振動素子３０を有する光変調器１２と、を備えている。これにより、第３変形例が奏する効果に、小型、軽量、低コスト、低消費電力等の効果を付加することができる。

【0149】

１０．前記実施形態および前記変形例が奏する効果
以上のように、前記実施形態および前記変形例に係るレーザー干渉計１は、干渉光学系５０と、ガスセル７１と、射出光量検出部７２と、光源制御部８と、を備える。干渉光学系５０は、レーザー光である射出光Ｌ１を射出するレーザー光源２を備え、レーザー光同士、例えば参照光Ｌ２と物体光Ｌ３とを干渉させる。ガスセル７１は、所定の波長の光を吸収するガスが封入され、分岐光Ｌ１ｃ（レーザー光）が入射される。射出光量検出部７２は、ガスセル７１から射出された光の光量を検出し、射出光量検出信号ＳＬ１を出力する。光源制御部８は、射出光量検出信号ＳＬ１に基づいて射出光Ｌ１の波長を制御する。

【0150】

このような構成によれば、ガスセル７１に封入されたガスによる光の吸収を利用して、射出光Ｌ１の中心波長（中心周波数）が一定になるように、レーザー光源２の駆動を調整することができる。これにより、射出光Ｌ１の波長の安定化が図られているレーザー干渉計１を実現することができる。このようなレーザー干渉計１では、例えば対象物１４の計測変位の精度を高めることができる。

【0151】

また、光源制御部８は、射出光量検出信号ＳＬ１に基づいてレーザー光源２に入力する電流（バイアス電流）を調整することにより、射出光Ｌ１（レーザー光）の波長を制御することが好ましい。

【0152】

このような構成によれば、中心波長の安定化におけるレスポンスが比較的高いレーザー干渉計１を実現することができる。

【0153】

また、レーザー干渉計１は、発光素子２００、および、発光素子２００の温度を調整する温調素子２１２を備えていてもよい。この場合、光源制御部８は、射出光量検出信号ＳＬ１に基づいて温調素子２１２の出力を調整することにより、射出光Ｌ１（レーザー光）の波長を制御する機能を有している。

【0154】

このような構成によれば、射出光Ｌ１の波長を調整するときの光量の変化量を抑えることができる。これにより、干渉光学系５０の受光素子１０に入射する干渉光の光量の変化を抑えることができる。その結果、受光信号のＳ／Ｎ比の経時的な変動を抑制することができる。

【0155】

また、レーザー光源２は、発光素子２００を収容するパッケージＰＫＧを有していてもよい。この場合、温調素子２１２は、パッケージＰＫＧ内に設けられている。
このような構成によれば、干渉光学系５０のさらなる小型化を図ることができる。

【0156】

また、レーザー干渉計１は、光出力検出部７３を備えていてもよい。光出力検出部７３は、レーザー光源２の光出力を検出し、光出力検出信号ＳＬ２を出力する。この場合、光源制御部８は、光出力検出信号ＳＬ２に基づいてレーザー光源２に入力する電流（バイアス電流）を調整することにより、射出光Ｌ１（レーザー光）の光量を制御する。

【0157】

このような構成によれば、２つのフィードバック制御（温度とバイアス電流のフィードバック制御）を行うことができる。これにより、レーザー光源２から射出される射出光Ｌ１の中心波長（中心周波数）を安定させ、かつ、光出力を一定に制御することができる。

【0158】

また、干渉光学系５０は、第１分割光Ｌ１ａ（レーザー光）が照射される振動素子３０、および、振動素子３０が信号源として基準信号Ｓｓを出力する発振回路５４２、を備えていてもよい。この場合、レーザー干渉計１は、第１分割光Ｌ１ａに変調信号を重畳させる光変調器１２を有する。

【0159】

このような構成によれば、変調信号を含む受光信号および基準信号Ｓｓが、演算部５２における演算に供されたとき、演算の過程で、双方が含む外乱の影響を互いに相殺または低減させることができる。その結果、演算部５２では、外乱を受けても、対象物１４の位置や速度を精度よく求めることができる。また、レーザー干渉計１の小型化、軽量化、低消費電力化を図ることができる。
また、光源制御部８は、基準信号Ｓｓを用いて動作してもよい。

【0160】

このような構成によれば、光源制御部８の構成を簡素化することができ、レーザー干渉計１のさらなる小型化および低コスト化を図ることができる。

【0161】

また、レーザー光源２は、半導体レーザー素子であるのが好ましい。
これにより、レーザー光源２を特に小型化することが可能になる。このため、レーザー干渉計１の小型化を図ることができる。

【0162】

以上、本発明に係るレーザー干渉計を図示の実施形態およびその変形例に基づいて説明したが、本発明に係るレーザー干渉計は、前記実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、各部の構成は、同様の任意の構成のものに置換することができる。また、前記実施形態およびその変形例に係るレーザー干渉計には、他の任意の構成物が付加されていてもよい。さらに、前記実施形態およびその変形例のうち、２つ以上を組み合わせるようにしてもよい。

【0163】

本発明に係るレーザー干渉計は、前述した変位計や速度計の他、例えば、振動計、傾斜計、距離計（測長器）等にも適用可能である。また、本発明に係るレーザー干渉計の用途としては、距離計測、３Ｄイメージング、分光等を可能にする光コム干渉計測技術、角速度センサー、角加速度センサー等を実現する光ファイバージャイロ、移動ミラーデバイスを備えるフーリエ分光器等が挙げられる。

【0164】

また、レーザー光源、光変調器および受光素子のうちの２つ以上は、同一の基板上に載置されていてもよい。これにより、光学系の小型化および軽量化を容易に図るとともに、組立容易性を高めることができる。

【0165】

さらに、前記実施形態およびその変形例は、いわゆるマイケルソン型干渉光学系を有するが、本発明に係るレーザー干渉計は、その他の方式の干渉光学系、例えばマッハツェンダー型干渉光学系を有するものにも適用可能である。

【0166】

また、前記実施形態は、参照光Ｌ２と物体光Ｌ３との干渉光が受光素子に入射するよう構成されているが、受光素子には、サンプル信号および変調信号を含むレーザー光が入射すればよいので、レーザー光が辿る光路は、前記実施形態に限定されない。例えば、レーザー光源から射出されたレーザー光が、光変調器および対象物を順次経由して受光素子に入射するように干渉光学系が構成されていてもよい。また、これとは反対に、レーザー光源から射出されたレーザー光が、対象物および光変調器を順次経由して受光素子に入射するように干渉光学系が構成されていてもよい。

【符号の説明】

【0167】

１…レーザー干渉計、２…レーザー光源、８…光源制御部、１０…受光素子、１２…光変調器、１４…対象物、１８…光路、２０…光路、２２…光路、２４…光路、３０…振動素子、４１…光分割器、４２…光分割器、４３…光分割器、５０…干渉光学系、５１…センサーヘッド部、５２…演算部、５３…前処理部、５４…信号生成部、５５…復調処理部、５７…復調信号出力部、５９…本体部、７１…ガスセル、７２…射出光量検出部、７３…光出力検出部、８１…低周波発振器、８２…検波回路、８３…変調回路、８４…光源駆動回路、８５…温調素子駆動回路、８６…ＡＰＣ部、９１…コリメートレンズ、９２…１／２波長板、９３…１／４波長板、９４…１／４波長板、９５…検光子、１２２…音響光学変調器、１２４…ミラー、１８２…光路、１８４…光路、２００…発光素子、２１２…温調素子、５４２…発振回路、ＡＳ１…吸収スペクトル、ＡＳ２…吸収スペクトル、ＡＳ３…吸収スペクトル、ＡＳ４…吸収スペクトル、ＥＳ…誤差信号、Ｌ１…射出光、Ｌ１ａ…第１分割光、Ｌ１ｂ…第２分割光、Ｌ１ｃ…分岐光、Ｌ１ｄ…分岐光、Ｌ２…参照光、Ｌ３…物体光、Ｐ１…吸収ピーク、Ｐ２…吸収ピーク、Ｐ３…吸収ピーク、Ｐ４…吸収ピーク、ＰＫＧ…パッケージ、Ｓ１０２…ステップ、Ｓ１０４…ステップ、Ｓ１０６…ステップ、Ｓ１０８…ステップ、Ｓ１１０…ステップ、Ｓ１１２…ステップ、Ｓ１１４…ステップ、Ｓ２０２…ステップ、Ｓ２０４…ステップ、Ｓ２０６…ステップ、Ｓ２０８…ステップ、Ｓ２１０…ステップ、Ｓ２１２…ステップ、Ｓ２１４…ステップ、Ｓ３０２…ステップ、Ｓ３０４…ステップ、Ｓ３０６…ステップ、Ｓ３０８…ステップ、Ｓ３１０…ステップ、Ｓ３１２…ステップ、Ｓ３１４…ステップ、Ｓ３２２…ステップ、Ｓ３２４…ステップ、Ｓ３２６…ステップ、Ｓ３２８…ステップ、Ｓ３３０…ステップ、ＳＬ１…射出光量検出信号、ＳＬ２…光出力検出信号、Ｓｄ…駆動信号、Ｓｓ…基準信号

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】