特開 2024-68318 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】P2024068318

(43)【公開日】2024-05-20

(54)【発明の名称】レーザー干渉計

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/481 20060101AFI20240513BHJP

   G01H 9/00 20060101ALI20240513BHJP

   G01S 17/50 20060101ALI20240513BHJP

【ＦＩ】

G01S7/481 A

G01H9/00 C

G01S17/50

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022178667

(22)【出願日】2022-11-08

(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】北川 潤

【テーマコード（参考）】

2G064

5J084

【Ｆターム（参考）】

2G064AB02

2G064BA02

2G064BC05

2G064BC06

2G064BC14

2G064BC15

2G064BC22

2G064BC32

5J084AA06

5J084AA07

5J084AD08

5J084BA04

5J084BA36

5J084BB04

5J084BB15

5J084BB16

5J084BB19

5J084BB37

5J084BB40

(57)【要約】

【課題】戻り光に伴うレーザー発振の不安定化を抑制しつつ、非変調成分に伴うＳ／Ｎ比の低下を抑制可能な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と、駆動信号により振動する振動素子および前記振動素子に設けられている光反射面を備え、振動する前記光反射面で前記レーザー光を反射させることにより、前記レーザー光に変調信号を重畳させる光変調器と、対象物に由来するサンプル信号および前記変調信号を含む前記レーザー光を受光し、受光信号を出力する受光部と、を備え、前記光反射面の法線と、前記光反射面に入射する前記レーザー光の入射光軸と、のなす角を傾斜角θ_ｑｏｍとするとき、下記式（１）を満たす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と、
駆動信号により振動する振動素子および前記振動素子に設けられている光反射面を備え、振動する前記光反射面で前記レーザー光を反射させることにより、前記レーザー光に変調信号を重畳させる光変調器と、
対象物に由来するサンプル信号および前記変調信号を含む前記レーザー光を受光し、受光信号を出力する受光部と、
を備え、
前記光反射面の法線と、前記光反射面に入射する前記レーザー光の入射光軸と、のなす角を傾斜角θ_ｑｏｍとするとき、下記式（１）を満たすことを特徴とするレーザー干渉計。

【数1】

【請求項2】

前記傾斜角θ_ｑｏｍは、下記式（２）を満たす請求項１に記載のレーザー干渉計。

【数2】

【請求項3】

前記レーザー光源から射出された前記レーザー光を分割した後、前記レーザー光の一部を前記光変調器に照射させ、前記レーザー光の別の一部を前記対象物に照射させ、その後、前記光変調器から戻ってきた前記レーザー光および前記対象物から戻ってきた前記レーザー光を混合する光分割器を備える請求項１または２に記載のレーザー干渉計。

【請求項4】

前記レーザー光源と前記光分割器との間に配置され、前記レーザー光が通過する開口を有する遮蔽素子を備える請求項３に記載のレーザー干渉計。

【請求項5】

前記レーザー光源から射出された前記レーザー光の波長をλ、前記レーザー光源から射出された前記レーザー光の有効径をφ_κ、前記有効径の基準点から前記光変調器までの物理的距離をＬ_ｑとするとき、下記式（３）を満たす請求項１または２に記載のレーザー干渉計。

【数3】

【請求項6】

前記傾斜角θ_ｑｏｍは、下記式（４）を満たす請求項１または２に記載のレーザー干渉計。

【数4】

【請求項7】

前記光反射面で反射した前記レーザー光の一部が前記有効径の基準点に戻るとき、前記有効径の範囲内の出射光量に対する、前記有効径の範囲内に戻ってくる戻り光量の比率が０．１６％以下となるように、前記傾斜角θ_ｑｏｍが設定されている請求項５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、所定の周波数を発生させる振動素子を備える。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、が合波された光を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。

【0004】

しかしながら、レーザー光源では、戻り光が侵入することにより、レーザー発振が不安定になることがある。戻り光とは、レーザー光源から射出されたレーザー光が、光学部品で反射されたとき、意図せず、レーザー光源に向かって戻る光のことをいう。レーザー発振が不安定になると、レーザー光の品質が低下する。これにより、レーザー振動計では、Ｓ／Ｎ比（信号対雑音比）の低下や、レーザー光の位相の不連続化を招く。その結果、物体の振動速度の計測精度が低下する。

【0005】

戻り光を抑制する技術として、非同軸光学系が知られている。非同軸光学系は、光学部品に入射する光（入射光）と、この光が光学部品で反射してなる光（反射光）と、が互いに異なる軸に沿って伝搬するように、光学部品の反射面を傾けた光学系である。反射面を傾けることにより、反射光の一部がレーザー光源に向かって戻ったとしても、レーザー光源からずれた位置に戻ることになる。このため、レーザー光の出射部に戻り光が侵入するのを抑制することができる。

【0006】

以上のような非同軸光学系をレーザー振動計に適用することで、戻り光に伴うレーザー発振の不安定化を抑制できると考えられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【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】

【0008】

特許文献１に記載のレーザー振動計に非同軸光学系を適用する場合、振動素子に設けられた反射面の法線と、入射光の光軸と、を非平行にすればよい。ただし、その場合、反射面で生成される反射レーザー光には、入射レーザー光に対して周波数がシフトした成分だけでなく、周波数がシフトしなかった成分（非変調成分）も含まれる。

【0009】

本発明者による検討の結果、この非変調成分はノイズとなり、ビート信号のＳ／Ｎ比を低下させることがわかってきた。そこで、レーザー振動計に非同軸光学系を適用するにあたり、非変調成分に伴うＳ／Ｎ比の低下を抑えることが課題となっている。

【課題を解決するための手段】

【0010】

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と、
駆動信号により振動する振動素子および前記振動素子に設けられている光反射面を備え、振動する前記光反射面で前記レーザー光を反射させることにより、前記レーザー光に変調信号を重畳させる光変調器と、
対象物に由来するサンプル信号および前記変調信号を含む前記レーザー光を受光し、受光信号を出力する受光部と、
を備え、
前記光反射面の法線と、前記光反射面に入射する前記レーザー光の入射光軸と、のなす角を傾斜角θ_ｑｏｍとするとき、下記式（１）を満たす。

【数1】

【図面の簡単な説明】

【0011】

【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】図２に示す光変調器が、変調信号を含む参照光Ｌ２（変調信号を含むレーザー光）を生成する原理を説明する模式図である。

【図4】傾斜角θ_ｑｏｍと、ノイズ比率η_Ｎと、の関係を示すグラフである。

【図5】ノイズ比率η_Ｎを７段階に変えながらレーザー干渉計によって対象物の変位を計測するとき、変位の真値および計測精度を示すグラフである。

【図6】図２の干渉光学系の部分拡大図であって、遮蔽素子および光変調器のみを抜き出し、位置関係を簡素化して示す図である。

【図7】シミュレーションによって求めた、傾斜角θ_ｑｏｍと、うなり信号成分の強度に対するノイズ成分の強度の割合（ノイズ比率η_Ｎ）と、の関係を示すグラフである。

【図8】シミュレーションによって求めた、傾斜角θ_ｑｏｍと、出射光量に対する戻り光量の比率と、の関係を示すグラフである。

【図9】図２の光変調器の構成例を示す斜視図である。

【図10】図９に示す光変調器の光反射面近傍を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

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および信号生成部６０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。

【0015】

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。

【0016】

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６０を備える。

【0017】

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３と、遮蔽素子１７と、光分割器４と、１／２波長板６と、１／４波長板７と、１／４波長板８と、検光子９と、受光素子１０と、光変調器１２と、を備える。

【0018】

レーザー光源２は、出射光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、振動素子３０を備えており、出射光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に入射した出射光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。

【0019】

光分割器４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４と光変調器１２とを結ぶ光路を、光路２０とする。光分割器４と対象物１４とを結ぶ光路を、光路２２とする。光分割器４と受光素子１０とを結ぶ光路を、光路２４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。

【0020】

光路１８上には、光分割器４側から１／２波長板６、遮蔽素子１７およびコリメートレンズ３がこの順で配置されている。光路２０上には、１／４波長板８が配置されている。光路２２上には、１／４波長板７が配置されている。光路２４上には、検光子９が配置されている。

【0021】

レーザー光源２から射出された出射光Ｌ１は、光路１８を経て、光分割器４で２つに分割される。出射光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、出射光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。

【0022】

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。また、後述する「光軸」とは、光路を通過する光束の中心軸を指している。

【0023】

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、対象物１４の位相情報を求める。具体的には、周波数がわずかに異なる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、干渉光から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。

【0024】

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、可干渉性を有する出射光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付き 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。

【0025】

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。

【0026】

１．１．２．コリメートレンズ
コリメートレンズ３は、レーザー光源２と光分割器４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３は、レーザー光源２から射出された出射光Ｌ１を平行化する。なお、レーザー光源２から射出される出射光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３が省略されていてもよい。

【0027】

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３を設けることが好ましい。これにより、出射光Ｌ１がコリメート光になるため、出射光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。

【0028】

コリメート光となった出射光Ｌ１は、１／２波長板６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４に入射する。

【0029】

１．１．３．遮蔽素子
遮蔽素子１７は、コリメートレンズ３と光分割器４との間に配置される絞りである。遮蔽素子１７は、光路１８に対応して設けられた開口１７２を有する。遮蔽素子１７は、図２に示すように、光変調器１２や対象物１４等で発生した戻り光Ｌ５がレーザー光源２に入射するのを抑制する。なお、遮蔽素子１７は、スリットやピンホール等を備える部材であればよく、その構造は特に限定されない。また、遮蔽素子１７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。

【0030】

１．１．４．光分割器
光分割器４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４は、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射させる機能を有する。この機能により、光分割器４は、出射光Ｌ１を、光分割器４での反射光である第１分割光Ｌ１ａ、および、光分割器４の透過光である第２分割光Ｌ１ｂ、に分割する。

【0031】

光分割器４で反射したＳ偏光である第１分割光Ｌ１ａは、１／４波長板８で円偏光に変換され、光変調器１２に入射する。光変調器１２に入射した第１分割光Ｌ１ａは、ｆ_ｍ［Ｈｚ］の周波数シフトを受け、参照光Ｌ２として反射する。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８を透過するときＰ偏光に変換される。参照光Ｌ２のＰ偏光は、光分割器４および検光子９を透過して受光素子１０に入射する。

【0032】

光分割器４を透過したＰ偏光である第２分割光Ｌ１ｂは、１／４波長板７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７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４で反射され、検光子９を透過して受光素子１０に入射する。

【0033】

出射光Ｌ１は可干渉性を有しているため、参照光Ｌ２および物体光Ｌ３は、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４は、出射光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４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。

【0034】

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６、１／４波長板７および１／４波長板８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。

【0035】

１．１．５．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９に通す。検光子９を用いることにより、互いに共通した成分同士の光を透過させ、干渉を生じさせることができる。その結果、検光子９では、参照光Ｌ２と物体光Ｌ３とが干渉し、｜ｆ_ｍ－ｆ_ｄ｜［Ｈｚ］の周波数を持つ干渉光が生成される。

【0036】

１．１．６．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。

【0037】

１．１．７．光変調器
次に、振動素子３０を備える光変調器１２について説明する。

【0038】

１．１．７．１．振動素子を用いた光変調
まず、振動素子３０を用いて光を変調する原理について説明する。

【0039】

図３は、図２に示す光変調器１２が、変調信号を含む参照光Ｌ２（変調信号を含むレーザー光）を生成する原理を説明する模式図である。

【0040】

図３に示す振動素子３０には、レーザー光源２から射出された出射光Ｌ１を反射する光反射面３００が設けられている。振動素子３０は、この光反射面３００を振動方向３９に沿って振動させる。これにより、出射光Ｌ１は、光反射面３００で反射するときに周波数がシフトし、変調信号を含む参照光Ｌ２が生成される。つまり、光変調器１２は、出射光Ｌ１に変調信号を重畳させる。

【0041】

１．１．７．２．傾斜角θ_ｑｏｍの範囲
光反射面３００の法線ＮＬと、光反射面３００に入射する出射光Ｌ１の入射光軸Ａ１と、のなす角を「傾斜角θ_ｑｏｍ」とするとき、本実施形態では、傾斜角θ_ｑｏｍが０［ｄｅｇ］超になっている。つまり、光反射面３００に対して出射光Ｌ１が垂直に入射するのではなく、斜めに入射するように、入射光軸Ａ１に対して法線ＮＬが傾くように、光変調器１２の姿勢が設定されている。

【0042】

そうすると、光反射面３００の法線ＮＬと、光反射面３００から出射する参照光Ｌ２の出射光軸Ａ２と、のなす角も、前述した傾斜角θ_ｑｏｍと同じになる。その結果、入射光軸Ａ１および出射光軸Ａ２は、同一ではなく、図３に示すように互いに異なる。つまり、本実施形態では、干渉光学系５０が非同軸光学系になっている。これにより、干渉光学系５０では、仮に、参照光Ｌ２が、光分割器４で反射された後、意図せず、戻り光としてレーザー光源２に向かった場合でも、出射光Ｌ１の出射点からずれた位置に到達することになる。このため、レーザー光源２におけるレーザー発振の不安定化を抑制できる。なお、出射点とは、出射光Ｌ１が射出される面の中心点を指す。

【0043】

一方、光変調器１２における光変調の効率は、光反射面３００に入射する出射光Ｌ１の入射ベクトルの方向と、光反射面３００から出射する参照光Ｌ２の出射ベクトルの方向と、が互いに逆であるとき、最大となる。つまり、非同軸光学系では、光変調の効率が最大値よりもやや低下し、光変調されなかった成分が参照光Ｌ２に含まれることになる。

【0044】

図３には、光反射面３００に入射する出射光Ｌ１を、概念的に、光変調される成分（変調成分Ｌ１ｍ）と、光変調されない成分（非変調成分Ｌ１ｎ）と、に分解したイメージを示している。図３に示す変調成分Ｌ１ｍは、法線ＮＬと平行であるため、光変調される。一方、非変調成分Ｌ１ｎは、法線ＮＬと直交しているため、光変調されない。

【0045】

このような出射光Ｌ１が光反射面３００で反射されると、光反射面３００から出射する参照光Ｌ２も、概念的に、光変調された成分（変調成分Ｌ２ｍ）と、光変調されなかった成分（非変調成分Ｌ２ｎ）と、に分解できる。図３には、そのイメージを示している。図３に示す変調成分Ｌ２ｍは、法線ＮＬと平行であるため、最大の効率で光変調されている。一方、非変調成分Ｌ２ｎは、法線ＮＬと直交しているため、光変調されていない。

【0046】

参照光Ｌ２には、上記のように、変調成分Ｌ２ｍだけでなく、非変調成分Ｌ２ｎも含まれている。この非変調成分Ｌ２ｎは、幾何光学的に分離して除去することは困難である。このため、非変調成分Ｌ２ｎは、最終的に、受光素子１０から出力される受光信号においてノイズ成分となり、Ｓ／Ｎ比を低下させる原因となる。

【0047】

そこで、本発明者による検討の結果、傾斜角θ_ｑｏｍが下記式（１）を満たすとき、レーザー光源２におけるレーザー発振の不安定化を抑制しつつ、非変調成分に伴う受光信号のＳ／Ｎ比の低下を抑制できることが見出された。

【0048】

【数2】

【0049】

これにより、受光信号のＳ／Ｎ比の低下を抑制することができるので、レーザー干渉計１によって対象物１４の変位や速度を計測するとき、十分に高い計測精度を実現することができる。

【0050】

傾斜角θ_ｑｏｍが上記式（１）の下限値を下回ると、干渉光学系５０が非同軸光学系ではなくなる。このため、参照光Ｌ２の一部が戻り光となった場合、レーザー光源２の出射部に戻り光が到達してしまう。その結果、レーザー光源２においてレーザー発振が不安定化する。一方、傾斜角θ_ｑｏｍが上記式（１）の上限値を上回ると、非変調成分Ｌ２ｎが顕在化し、受光信号のＳ／Ｎ比の低下が許容範囲を超えてしまう。
また、傾斜角θ_ｑｏｍは、下記式（２）を満たすのが好ましいことも見出された。

【0051】

【数3】

【0052】

これにより、受光信号のＳ／Ｎ比の低下をより少なく抑えることができる。その結果、レーザー干渉計１によって対象物１４の変位や速度を計測するとき、より高い計測精度を実現することができる。

【0053】

１．１．７．３．傾斜角θ_ｑｏｍの上限値の意義
ここで、上記式（１）の上限値の意義について説明する。

【0054】

まず、傾斜角θ_ｑｏｍが０［ｄｅｇ］である場合について説明する。この場合、非変調成分Ｌ１ｎ、Ｌ２ｎは生じない。そうすると、光変調器１２の光反射面３００から出射する参照光Ｌ２の電界強度Ｅ_ｒは、下記式（Ａ）で表される。

【0055】

【数4】

【0056】

上記式（Ａ）のａ_ｒは、参照光Ｌ２の光振幅、ω_０は、出射光Ｌ１の角周波数、ｆ_Ｍ（ｔ）は、光変調器１２による周波数シフト量である。

【0057】

次に、傾斜角θ_ｑｏｍが０［ｄｅｇ］超である場合について説明する。この場合、参照光Ｌ２の電界強度Ｅ_ｒは、下記式（Ｂ－１）、（Ｂ－２）に示すように、光反射面３００に垂直な成分Ｅ_ｒｖと、光反射面３００に平行な成分Ｅ_ｒｐと、にベクトル分解できる。

【0058】

【数5】

【0059】

【数6】

【0060】

上記式（Ｂ－１）のｅ_ｖは、光反射面３００に垂直な単位ベクトルである。上記式（Ｂ－２）のｅ_ｐは、光反射面３００に平行な単位ベクトルである。

【0061】

また、垂直な成分Ｅ_ｒｖと、平行な成分Ｅ_ｒｐと、の間には、下記式（Ｃ）が成り立つ。

【0062】

【数7】

【0063】

なお、上記式（Ｂ－１）および上記式（Ｂ－２）は、電界強度を信号成分とノイズ成分とに切り分けるための便宜的な表記である。上記式（Ｂ－１）が信号成分であり、上記式（Ｂ－２）がノイズ成分である。

【0064】

そして、参照光Ｌ２の光強度Ｐ_ｒｅｆは、電界強度の２乗で与えられるため、下記式（Ｄ）で表される。

【0065】

【数8】

【0066】

上記式（Ｄ）で表されるように、参照光Ｌ２の光強度Ｐ_ｒｅｆにおける信号成分とノイズ成分との比は、ｃｏｓθ_ｑｏｍ ^２：ｓｉｎθ_ｑｏｍ ^２となる。

【0067】

続いて、受光素子１０に入射する干渉光について説明する。
前述したように、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。物体光Ｌ３の電界強度Ｅ_ｓは、下記式（Ｅ）で表される。

【0068】

【数9】

【0069】

そうすると、上記式（Ａ）および上記式（Ｅ）により、参照光Ｌ２および物体光Ｌ３の各電界強度が与えられる。

【0070】

ここで、光ヘテロダイン干渉法では、干渉光の光強度の交流成分、つまり「うなり信号（ビート信号）成分」から位相情報を取り出す。

【0071】

干渉光の光強度Ｉ_０は、電界強度の時間平均の２乗で表されるため、上記式（Ａ）および上記式（Ｅ）から、下記式（Ｆ）が導かれる。

【0072】

【数10】

【0073】

ただし、上記式（Ｆ）で表される光強度Ｉ_０は、上記式（Ａ）に基づいているため、傾斜角θ_ｑｏｍが０［ｄｅｇ］である場合に対応する。

【0074】

これに対し、傾斜角θ_ｑｏｍが０［ｄｅｇ］超である場合、上記式（Ｄ）および上記式（Ｅ）から、下記式（Ｇ）が導かれる。

【0075】

【数11】

【0076】

上記式（Ｇ）で表される光強度Ｉ_ｑは、傾斜角θ_ｑｏｍが０［ｄｅｇ］超である場合に対応する。上記式（Ｆ）および上記式（Ｇ）によれば、干渉光の光強度に含まれるうなり信号成分の強度は、傾斜角θ_ｑｏｍを０［ｄｅｇ］超にした結果、傾斜角θ_ｑｏｍを０［ｄｅｇ］としたときの強度に対してｃｏｓθ_ｑｏｍ倍の減衰になっていることがわかる。

【0077】

以上を踏まえると、うなり信号成分の強度に対するノイズ成分の強度の割合（ノイズ比率η_Ｎ）は、下記式（Ｈ）で与えられる。

【0078】

【数12】

【0079】

なお、上記式（Ｈ）では、参照光Ｌ２の光振幅と物体光Ｌ３の光振幅とが一致していること、つまり、ａ_ｒ＝ａ_ｓが成り立っていることを仮定している。

【0080】

図４は、傾斜角θ_ｑｏｍと、ノイズ比率η_Ｎと、の関係を示すグラフである。図４に示すように、ノイズ比率η_Ｎは、傾斜角θ_ｑｏｍの増加に応じて、二次関数的に増加する。このため、傾斜角θ_ｑｏｍには、上限値が設定される必要がある。そこで、許容できるノイズ比率η_Ｎについて検討する。

【0081】

図５は、ノイズ比率η_Ｎを７段階に変えながらレーザー干渉計１によって対象物１４の変位を計測するとき、変位の真値および計測精度を示すグラフである。なお、図５に示すグラフの横軸は、対象物１４の変位の真値であり、縦軸は、レーザー干渉計１でその変位を計測したときの計測精度である。

【0082】

図５に示すように、ノイズ比率η_Ｎが大きくなると、それに伴って計測精度が悪化する。ただし、計測精度が５ｎｍ以下であれば、十分な精度があるとみなすことができ、許容範囲内であるといえる。

【0083】

図５から読み取れるように、ノイズ比率η_Ｎが１．００％以下であるとき、対象物１４の変位によらず、計測精度５ｎｍ以下を達成することができる。よって、下記式（Ｊ）が導かれる。

【0084】

【数13】

【0085】

以上のようにして、前記式（１）の上限値が求められる。
また、計測精度が２ｎｍ以下であれば、より高い精度があるとみなすことができる。

【0086】

図５から読み取れるように、ノイズ比率η_Ｎが０．１０％以下であるとき、対象物１４の変位によらず、計測精度２ｎｍ以下を達成することができる。よって、下記式（Ｋ）が導かれる。

【0087】

【数14】

【0088】

以上のようにして、前記式（２）の上限値が求められる。

【0089】

１．１．７．４．傾斜角θ_ｑｏｍの下限値の意義
一方、傾斜角θ_ｑｏｍは、下記式（３）を満たすことが好ましい。

【0090】

【数15】

【0091】

傾斜角θ_ｑｏｍが上記式（３）の下限値を下回ると、参照光Ｌ２の一部が戻り光Ｌ５となった場合、レーザー光源２の出射部に戻り光Ｌ５が到達するおそれがある。

【0092】

以下、上記式（３）の導出過程について説明する。
図６は、図２の干渉光学系５０の部分拡大図であって、遮蔽素子１７および光変調器１２のみを抜き出し、位置関係を簡素化して示す図である。なお、図６では、図示の便宜上、図２において光分割器４での反射を介して９０°曲がっている光路を、直線的に図示している。

【0093】

レーザー光源２から射出された出射光Ｌ１は、コリメートレンズ３で平行光化され、遮蔽素子１７で光束径が絞られている。しかし、遮蔽素子１７を通過した出射光Ｌ１は、光の回折現象によって徐々に拡散する。

【0094】

一般的に、光源の光束径をｒとし、この光源から射出された光線の放射角をθ［ｒａｄ］とするとき、光源からの距離ｘにおける光線の光束径Ｒは、下記式（ａ）で求められる。

【0095】

【数16】

【0096】

レーザー光の放射角θは、一般にθ≪１を満たすので、上記式（ａ）は、下記式（ｂ）のように書き換えられる。

【0097】

【数17】

【0098】

上記式（ｂ）のλは、光線の波長である。上記式（ｂ）を図２に示す干渉光学系５０に当てはめた場合、下記式（ｃ）が成り立つ。

【0099】

【数18】

【0100】

上記式（ｃ）において、φ_ｒｅｆは、参照光Ｌ２が遮蔽素子１７に到達した場合の光束径である。φ_ｐｉｎは、遮蔽素子１７の開口１７２の口径である。Ｌ_ｑは、遮蔽素子１７と光変調器１２の光反射面３００との物理的距離である。なお、前述した傾斜角θ_ｑｏｍは、微小角度であるため、遮蔽素子１７を通過した出射光Ｌ１が光反射面３００に到達するまでの伝搬距離および参照光Ｌ２が遮蔽素子１７に到達するまでの伝搬距離は、上記式（ｃ）において、Ｌ_ｑの２倍であると近似している。また、上記式（ｃ）において、λは、出射光Ｌ１の波長である。

【0101】

そうすると、遮蔽素子１７の位置において、出射光Ｌ１の光軸と参照光Ｌ２の光軸とのずれ量Ｌ_ｘは、下記式（ｄ）で表される。

【0102】

【数19】

【0103】

このずれ量Ｌ_ｘが、遮蔽素子１７の開口１７２の半径（φ_ｐｉｎ／２）および参照光Ｌ２の光束径の半分（φ_ｒｅｆ／２）の和よりも大きければ、参照光Ｌ２が開口１７２を通過することが防止される。したがって、干渉光学系５０では、下記式（ｅ）が成り立っていることが好ましい。

【0104】

【数20】

【0105】

そうすると、上記式（ｅ）に上記式（ｄ）を代入すると、下記式（ｆ）が導かれる。

【0106】

【数21】

【0107】

上記式（ｆ）を傾斜角θ_ｑｏｍについて整理すると、下記式（g）が導かれる。

【0108】

【数22】

【0109】

なお、遮蔽素子１７が省略されている場合には、φ_ｐｉｎは、コリメートレンズ３の有効径で置き換えることができ、コリメートレンズ３も省略されている場合には、レーザー光源２の出射部の直径で置き換えることができる。

【0110】

そこで、遮蔽素子１７の開口１７２、コリメートレンズ３の有効径、および、レーザー光源２の出射部を包含する概念を「出射光Ｌ１の有効径φ_κ」とする。戻り光Ｌ５は、この出射光Ｌ１の有効径φ_κに到達しなければよいと考えることができる。
そうすると、上記式（ｇ）は、下記式（３）のように書き換えることができる。

【0111】

【数23】

【0112】

なお、遮蔽素子１７が省略されている場合には、Ｌ_ｑは、コリメートレンズ３と光反射面３００との物理的距離であり、コリメートレンズ３も省略されている場合には、レーザー光源２の出射部と光反射面３００との物理的距離である。

【0113】

そこで、上記式（３）におけるＬ_ｑは、有効径φ_κの基準点から光変調器１２の光反射面３００までの物理的距離とする。有効径φ_κの基準点とは、本実施形態では、遮蔽素子１７が配置されている位置であり、遮蔽素子１７が省略されている場合には、コリメートレンズ３が配置されている位置であり、コリメートレンズ３も省略されている場合には、レーザー光源２の出射部の位置である。

【0114】

また、上記式（ｇ）において、遮蔽素子１７の開口１７２の口径φ_ｐｉｎ、遮蔽素子１７と光変調器１２の光反射面３００との物理的距離Ｌ_ｑ、および、出射光Ｌ１の波長λ、に具体的な数値を入れると、傾斜角θ_ｑｏｍの具体的な数値が求められる。

【0115】

例えば、Ｌ_ｑ＝１００ｍｍ、φ_ｐｉｎ＝０．８ｍｍ、λ＝８５０ｎｍとすると、下記式（４）が導かれる。

【0116】

【数24】

【0117】

また、例えば、Ｌ_ｑ＝８９．３ｍｍ、φ_ｐｉｎ＝０．８ｍｍ、λ＝８５０ｎｍとすると、下記式（５）が導かれる。

【0118】

【数25】

【0119】

１．１．７．５．波動光学的な観点による傾斜角θ_ｑｏｍの検証
前項では、幾何光学的な観点から、傾斜角θ_ｑｏｍの上限値および下限値の意義を説明したが、ここでは、波動光学的な観点から、前述した説明を検証する。

【0120】

波動光学的な観点による検証では、シミュレーションソフトを用いた計算を行う。シミュレーションソフトには、例えば、波動光学解析ソフトウェアＶｉｒｔｕａｌＬａｂ、照明設計ソフトウェアＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓ等が用いられる。

【0121】

図７は、シミュレーションによって求めた、傾斜角θ_ｑｏｍと、うなり信号成分の強度に対するノイズ成分の強度の割合（ノイズ比率η_Ｎ）と、の関係を示すグラフである。

【0122】

図７に示すグラフは、図４に示すグラフとほぼ一致している。このため、前述した幾何光学的な観点による傾斜角θ_ｑｏｍは、波動光学的な観点からも妥当であるといえる。したがって、前記式（１）および式（２）の上限値の意義が波動光学的な観点からも裏付けられたといえる。

【0123】

なお、このシミュレーションでは、Ｌ_ｑ＝８９．３ｍｍ、φ_ｐｉｎ＝０．８ｍｍ、λ＝８５０ｎｍとしている。

【0124】

図８は、シミュレーションによって求めた、傾斜角θ_ｑｏｍと、出射光量に対する戻り光量の比率と、の関係を示すグラフである。なお、出射光量とは、有効径φ_κの基準点において有効径φ_κの範囲内を通過して出射した出射光Ｌ１の光量である。また、戻り光量とは、有効径φ_κの基準点において有効径φ_κの範囲内に戻ってきた戻り光Ｌ５の光量である。

【0125】

図８に示すグラフでは、前記式（５）を満たす範囲、つまり、傾斜角θ_ｑｏｍが０．２９［ｄｅｇ］より大きい範囲で、戻り光Ｌ５の光量比率０．０１％以下が実現されていることがわかる。この光量比は、光学濃度ＯＤ＞４という減衰率に相当し、戻り光Ｌ５が十分に抑制されていることを示している。したがって、前記式（５）の下限値の意義が波動光学的な観点からも裏付けられたといえる。また、それに伴い、前記式（４）の下限値の意義も同様に裏付けられたといえる。

【0126】

また、前記式（４）や前記式（５）の導出に用いた前記式（ｇ）やそれを概念的に拡張した前記式（３）の下限値の意義も、同様に、波動光学的な観点において裏付けられたといえる。

【0127】

なお、過去の実績を踏まえた本発明者の検討により、上記傾斜角θ_ｑｏｍの範囲を逸脱しても、図８に示す「戻り光量／出射光量」の比率が０．１６％以下であれば、良好な結果が得られることがわかっている。このため、干渉光学系５０の構成によっては、上記傾斜角θ_ｑｏｍの下限値を緩和できる場合もある。例えば、Ｌ_ｑ＝８９．３ｍｍ、φ_ｐｉｎ＝０．８ｍｍ、λ＝８５０ｎｍとした場合、図８の戻り光量／出射光量＝０．１６％から導かれるθ_ｑｏｍ＝０．２５［ｄｅｇ］を傾斜角θ_ｑｏｍの下限値としてもよい。つまり、傾斜角θ_ｑｏｍは、０．２５［ｄｅｇ］＜θ_ｑｏｍを満たすのが好ましく、０．２６［ｄｅｇ］＜θ_ｑｏｍを満たすのがより好ましく、０．２９［ｄｅｇ］＜θ_ｑｏｍを満たすのがさらに好ましい。

【0128】

１．１．７．６．振動素子および回折格子
図９は、図２の光変調器１２の構成例を示す斜視図である。

【0129】

光変調器１２は、図９に示すように、振動素子３０を有している。振動素子３０は、板形状の振動片３１と、振動片３１に設けられた回折格子３４と、を備えている。

【0130】

振動片３１は、電位を加えることにより、面に沿う方向に歪むように振動するモードを繰り返す材料で構成されている。図９に示す振動片３１は、ＭＨｚ帯の高周波領域で、振動方向３６に沿って厚みすべり振動する水晶ＡＴ振動子である。また、振動片３１の表面には、回折格子３４が設けられている。回折格子３４は、振動方向３６と交差する成分を持つ溝３２、すなわち、振動方向３６と交差する方向に延在する直線状の複数の溝３２を有している。

【0131】

振動片３１は、互いに表裏の関係を有する表面３１１および裏面３１２を有している。表面３１１には、回折格子３４が配置されている。また、表面３１１には、振動片３１に電位を加えるためのパッド３３が設けられている。一方、裏面３１２にも、振動片３１に電位を加えるためのパッド３５が設けられている。

【0132】

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

【0133】

回折格子３４の大きさは、例えば、長辺が０．２ｍｍ以上３．０ｍｍ以下程度とされる。また、回折格子３４の厚さは、例えば、０．００３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下程度とされる。

【0134】

本実施形態では、振動片３１が厚みすべり振動するが、この振動は、図９に振動方向３６として示すように、面内振動であることから、振動片３１単体の表面に対して垂直に光を入射しても、光変調はできない。そこで、光変調器１２では、振動片３１に回折格子３４を設けることにより、光変調を可能にしている。

【0135】

図９に示す回折格子３４は、一例としてブレーズド回折格子である。ブレーズド回折格子とは、回折格子の断面形状が階段状になっているものをいう。なお、回折格子３４の形状は、これに限定されない。また、振動片３１の振動方向３６が光変調器１２に入射する出射光Ｌ１の入射方向と平行な成分を含んでいる場合、例えば、振動片３１が図９の表面３１１を含む平面に対して直交する成分を持つ方向に振動する素子である場合には、回折格子３４が省略されていてもよい。

【0136】

振動片３１は、前述した水晶振動子の他、Ｓｉ振動子、弾性表面波（ＳＡＷ）デバイス、セラミック振動子等であってもよい。

【0137】

図１０は、図９に示す光変調器１２の光反射面３００近傍を示す断面図である。
図１０に示す回折格子３４に設けられた溝３２は、緩斜面３４１と、急斜面３４２と、で構成されている。振動片３１の表面３１１に対し、緩斜面３４１は、急斜面３４２よりも緩い角度になるように配置されている。なお、ブレーズド回折格子の場合、緩斜面３４１をブレーズ面ともいう。

【0138】

回折格子３４に入射した出射光Ｌ１は、この緩斜面３４１で鏡面反射する方向において、最も高い回折効率を示す。本実施形態では、この緩斜面３４１と平行な平面を「光反射面３００」とみなすことができる。そして、図１０に示す光変調器１２は、緩斜面３４１の法線ＮＬと入射光軸Ａ１とのなす角を傾斜角θ_ｑｏｍが０［ｄｅｇ］であるとき、リトロー配置になるように設定されている例である。この例では、傾斜角θ_ｑｏｍをゼロ超とした場合、この傾斜角θ_ｑｏｍと同じ回折角で、参照光Ｌ２が出射する。

【0139】

図１０に示す振動方向３６に沿って振動片３１が面内振動すると、回折格子３４の緩斜面３４１は、振動方向３９に沿って面外振動することになる。このため、緩斜面３４１に出射光Ｌ１が入射することで、出射光Ｌ１に対する光変調が可能になる。そして、変調信号を含む参照光Ｌ２を生成することができる。

【0140】

１．２．信号生成部
図１に示す信号生成部６０は、振動素子３０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。

【0141】

本実施形態では、図１に示すように、信号生成部６０が発振回路６１を備えている。発振回路６１は、振動素子３０を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６１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。

【0142】

発振回路６１としては、例えば、特開２０２２－３８１５６号公報に開示されている発振回路が挙げられる。

【0143】

また、信号生成部６０は、発振回路６１に代えて、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を備えていてもよい。

【0144】

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、内部バスによって互いに通信可能になっている。

【0145】

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。

【0146】

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。

【0147】

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。

【0148】

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。

【0149】

なお、外部インターフェース、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。

【0150】

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。

【0151】

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。

【0152】

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。

【0153】

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。

【0154】

３．実施形態が奏する効果
以上のように、実施形態に係るレーザー干渉計１は、レーザー光源２と、光変調器１２と、受光素子１０（受光部）と、を備える。レーザー光源２は、レーザー光である出射光Ｌ１を射出する。光変調器１２は、駆動信号Ｓｄにより振動する振動素子３０および振動素子３０に設けられている光反射面３００を備え、振動する光反射面３００で出射光Ｌ１を反射させることにより、出射光Ｌ１に変調信号を重畳させる。受光素子１０は、対象物１４に由来するサンプル信号および前述した変調信号を含む干渉光（レーザー光）を受光し、受光信号を出力する。そして、レーザー干渉計１は、光反射面３００の法線ＮＬと、光反射面３００に入射する出射光Ｌ１の入射光軸Ａ１と、のなす角を傾斜角θ_ｑｏｍとするとき、下記式（１）を満たす。

【0155】

【数26】

【0156】

このような構成によれば、戻り光Ｌ５に伴うレーザー光源２におけるレーザー発振の不安定化を抑制しつつ、非変調成分に伴う受光信号のＳ／Ｎ比の低下を抑制できる。その結果、レーザー干渉計１によって対象物１４の変位や速度を計測するとき、十分に高い計測精度を実現することができる。
また、傾斜角θ_ｑｏｍは、下記式（２）を満たすことが好ましい。

【0157】

【数27】

【0158】

これにより、受光信号のＳ／Ｎ比の低下をより少なく抑えることができる。その結果、レーザー干渉計１によって対象物１４の変位や速度を計測するとき、より高い計測精度を実現することができる。

【0159】

また、実施形態に係るレーザー干渉計１は、光分割器４を備える。光分割器４は、レーザー光源２から射出された出射光Ｌ１（レーザー光）を分割した後、第１分割光Ｌ１ａ（レーザー光の一部）を光変調器１２に照射させ、第２分割光Ｌ１ｂ（レーザー光の別の一部）を対象物１４に照射させ、その後、参照光Ｌ２（光変調器１２から戻ってきたレーザー光）および物体光Ｌ３（対象物１４から戻ってきたレーザー光）を混合する。

【0160】

このような構成によれば、光分割器４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。

【0161】

また、実施形態に係るレーザー干渉計１は、遮蔽素子１７を備える。遮蔽素子１７は、レーザー光源２と光分割器４との間に配置され、出射光Ｌ１（レーザー光）が通過する開口１７２を有する。

【0162】

これにより、光変調器１２や対象物１４等で発生した戻り光Ｌ５がレーザー光源２に入射するのを抑制することができる。

【0163】

また、レーザー光源２から射出された出射光Ｌ１（レーザー光）の波長をλ、レーザー光源２から射出された出射光Ｌ１の有効径をφ_κ、有効径の基準点から光変調器１２までの物理的距離をＬ_ｑとするとき、レーザー干渉計１は、下記式（３）を満たすことが好ましい。

【0164】

【数28】

【0165】

これにより、参照光Ｌ２の一部が戻り光Ｌ５となったとしても、レーザー光源２の出射部に戻り光Ｌ５が到達する確率を下げることができる。その結果、レーザー発振の不安定化を特に抑制することができる。
また、傾斜角θ_ｑｏｍは、下記式（４）を満たすことが好ましい。

【0166】

【数29】

【0167】

これにより、参照光Ｌ２の一部が戻り光Ｌ５となったとしても、レーザー光源２の出射部に戻り光Ｌ５が到達する確率を下げることができる。その結果、レーザー発振の不安定化を特に抑制することができる。

【0168】

また、光反射面３００で反射した参照光Ｌ２（レーザー光）の一部が前述した有効径の基準点に戻るとき、有効径の範囲内の出射光量に対する、有効径の範囲内に戻ってくる戻り光量の比率が０．１６％以下となるように、傾斜角θ_ｑｏｍが設定されていてもよい。

【0169】

これにより、参照光Ｌ２の一部が戻り光Ｌ５となったとしても、レーザー光源２の出射部に戻り光Ｌ５が到達する確率を下げることができる。その結果、レーザー発振の不安定化を特に抑制することができる。

【0170】

以上、本発明のレーザー干渉計を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明のレーザー干渉計は、前記実施形態に限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、前記実施形態に係るレーザー干渉計には、他の任意の構成物が付加されていてもよい。

【0171】

本発明のレーザー干渉計は、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、本発明の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。

【0172】

また、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、干渉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。

【0173】

また、前記実施形態は、いわゆるマイケルソン型干渉光学系を有するが、本発明のレーザー干渉計は、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。

【0174】

また、前記実施形態は、参照光Ｌ２と物体光Ｌ３との干渉光が受光部に入射するよう構成されているが、受光部には、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部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部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】

【0175】

１…レーザー干渉計、２…レーザー光源、３…コリメートレンズ、４…光分割器、６…１／２波長板、７…１／４波長板、８…１／４波長板、９…検光子、１０…受光素子、１２…光変調器、１４…対象物、１７…遮蔽素子、１８…光路、２０…光路、２２…光路、２４…光路、３０…振動素子、３１…振動片、３２…溝、３３…パッド、３４…回折格子、３５…パッド、３６…振動方向、３９…振動方向、５０…干渉光学系、５１…センサーヘッド部、５２…演算部、５３…前処理部、５５…復調処理部、５７…復調信号出力部、５９…本体部、６０…信号生成部、６１…発振回路、１７２…開口、３００…光反射面、３１１…表面、３１２…裏面、３４１…緩斜面、３４２…急斜面、Ａ１…入射光軸、Ａ２…出射光軸、Ｌ１…出射光、Ｌ１ａ…第１分割光、Ｌ１ｂ…第２分割光、Ｌ１ｍ…変調成分、Ｌ１ｎ…非変調成分、Ｌ２…参照光、Ｌ２ｍ…変調成分、Ｌ２ｎ…非変調成分、Ｌ３…物体光、Ｌ５…戻り光、Ｌ_ｑ…物理的距離、Ｌ_ｘ…ずれ量、ＮＬ…法線、Ｓｄ…駆動信号、Ｓｓ…基準信号、θ_ｑｏｍ…傾斜角、φ_ｐｉｎ…口径、φ_ｒｅｆ…光束径

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】