JPH02201108A - 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〕 本発明は物理量測定装置に関し、特に物理量の微少変化
を測定する場合に適用して好適なものである。

〔発明の概要〕

本発明は、フアブリペロー干渉光学系を有する物理量測
定装置において、２系列のフアブリペロー干渉光学系を
設けるようにしたことにより、測定出力信号に生ずるお
それがあるドリフト信号成分を確実に抑制することがで
きる。

〔従来の技術〕

従来、フアブリペロー干渉型物理量測定装置として、ｌ
系列の光干渉光学系から得られる検出信号に基づいて物
理量の変化、例えば加速度に対応する検出信号を得るよ
うにした構成のものが提案されている（特願昭６０−２
３５０３３号）。

この物理量測定装置は、振動によって感振部材に生ずる
位１的な変位を一対の半透明鏡開において生ずる干渉光
の変化として検出し、当該干渉光を充電変換して感振部
材に対するフィードバック信号に形成するようになされ
ている。

かくして当該フィードバック信号によって感振部材に対
してサーボ動作系を構成し、これにより感振部材が変位
する際に生ずる光電変換信号の変化が単純増加又は単純
減少するような範囲に感振部材の変位量を抑制できるよ
うになされている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この構成の物理ｍ測定装置は、感振部材が微少変位した
ときこれを高感度かつ高精度に検出することができる利
点があるのに対して、微少な物理量変化を高感度に検出
できるために例えば感振部材の構成部品に熱膨脹（又は
熱収縮）が生じたり、干渉光学系に測定光を供給するた
めの光源に波長変動が生じた場合にこれが測定結果に外
乱信号成分として混入するおそれがある。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、このよう
な外囲条件の変化に伴って生ずる外乱信号成分を有効に
低減し得るようにした物理量測定装置を提案しようとす
るものである。

〔問題点を解決するための手段〕

かかる問題点を解決するため第１の発明においては、　
それぞれ一対の反射面間において当該反射面間隔１１，
１ｇに対応する干渉光強度訊、Ｅ！を呈する干渉光ＬＡ
３、ＬＡ５を発生させ、この干渉光ＬＡ３、ＬＡ５を光
電変換することによって干渉光強度巳１、Ｅ、を表す光
電変換信号■、！、Ｉｔｓ、ＩＣ３を得る第１及び第２
のフアブリペロー干渉光学系１０Ａ、ＩＯＢを存し、こ
の第１及び第２のファブリペロ−干渉光学系１０Ａ、１
０Ｂをそれぞれ構成する一対の反射面のうち一方の反射
面を第１の変位検出部材５に固着し、かつ当該一対の反
射面のうち他方の反射面を第２の変位検出部材４Ａ、４
Ｂに固着し、第１及び第２のフアブリペロー干渉光学系
１０Ａ、ＩＯＢから得られる光電変換信号ｒ＋ｓ、Ｉｔ
ｓ、ＩＣ３に基づいて第１及び第２の変位検出部材５及
び４Ａ、４Ｂ間の相対的変位量に相当する差分情報１ｓ
、Ｉｃｓを求めることにより、反射面間隔ｅ、、ｉｔに
生ずるドリフト変位Δｌを相殺してなる測定出力信号ｅ
を得るように構成する。

また第２の発明においては、第１の発明に加えて、第１
及び第２のフアブリペロー干渉光学系１０Ａ及びＩＯＢ
はそれぞれ別個の第１及び第２の光電変換素子２２Ａ、
２２Ｂを有し、この第１及び第２の光電変換素子２２Ａ
、２２Ｂから得られる第１及び第２の光電変換信号１＋
ｓ、Ｉｔｓを減算処理又は加算処理することにより差分
情報■、を求めるように構成する。

また第３の発明においては、第１の発明に加えて、第１
及び第２のフアブリペロー干渉光学系１０Ａ、ＩＯＢは
共通の光電変換素子２２Ｃを有し、第１及び第２のフア
ブリペロー干渉光学系１０Ａ、１０Ｂにおいて発生され
る干渉光ＬＡ３、ＬＡ５を共通の光電変換素子２２Ｃに
おいて光電変換することにより、差分情報を形成する光
電変換信号ＩＣ１１を得るように構成する。

また第４の発明においては、第１の発明に加えて、第１
及び第２の変位検出部材５及び４Ａ、４Ｂ間に当該筒１
及び第２の変位検出部材５及び４Ａ、４Ｂの相対的位置
関係を変更制御できる変位制御手段２５．２７を設け、
光電変換信号Ｉ１１、ｔｔｓ、ｔｃｓに基づいて相対的
位置の変化を抑制するようなフィードバック制御信号Ｓ
２によって変位制御手段２５．２７を制御することによ
り、第１及び第２の変位検出部材５及び４Ａ、４Ｂ間の
変位量が変化したときの干渉光強度Ｅ、　、Ｅ、の変化
の直線性を維持するように構成する。

また第５の発明においては、第１の発明に加えて、第１
及び第２の変位検出部材５及び４Ａ、４Ｂ間に当該筒１
及び第２の変位検出部材５及び４Ａ、４Ｂの相対的位置
関係を変更制御できる変位制御手段２５．２７を設け、
この変位制御手段２５．２７に変位量設定信号を与える
ことにより相対的位置関係を設定できるように構成する
。

また第６の発明においては、一対の反射面間において当
該反射面間隔１＋　、ｉｔに対応する干渉光強度Ｅ、　
、Ｅ、を呈する干渉光ＬＡ３、ＬＡ５を発生し、この干
渉光ＬＡ３、ＬＡ５を光電変換することによって干渉光
強度Ｅｌ、Ｅ！を表す光電変換信号■４、■□、ｙｅｓ
を得るフアブリペロー干渉光学系！ＯＡ、ＩＯＢををし
、このフアブリペロー干渉光学系１０Ａ、ＩＯＢを構成
する一対の反射面のうち一方の反射面を第１の変位検出
部材５に固着し、かつ一対の反射面のうち他方の反射面
を第２の変位検出部材４Ａ、４Ｂに固着し、光電変換信
号ｉｔｓ、Ｉ！ｆｆｉ、ｒ　ｃｓの変化量に基づいて第
１及び第２の変位検出部材５及び４Ａ、４Ｂ間の相対的
変位に対応する測定出力信号ｅを得るようになされ、　
干渉光強度Ｅｔ、Ｅｘの変化率が一定になる反射面間隔
２．．２．の値を、第１及び第２の変位検出部材５及び
４Ａ、４Ｂ間に相対的変位が生じていない状態における
反射面間隔！、。、２□。とじて選定するように構成す
る。

〔作用〕

第１及び第２のフアブリペロー干渉光学系１０Ａ、ＩＯ
Ｂから得られる充電変換信号には、反射面間隔１．　、
　ｊ！！、にドリフト変位Δ２が生じたとき、これに対
応するドリフト信号成分が光電変換信号に生ずる。

このドリフト信号成分は差分情報を求めるような処理を
実行することによって互いに相殺され、かくして測定出
力信号ｅに生ずるおそれを有効に回避し得る。

また干渉光強度Ｅ、、Ｅ、の変化率が一定になる反射面
間隔４２．　、ｆ、の値を反射面間隔ｒ８、ｌ！の変化
の中心点７！１゜、ｌｔｏとして選定することにより、
実用上直線性が一段と良好な測定結果を得ることができ
る。

（実施例〕 以下図面について、本発明の一実施例を詳述する。

〔１〕第１実施例の構成 第１図は本発明をサーボ加速度型振動検出装置に適用し
た場合の実施例を示し、振動検出装置１は円筒状ケース
２内に同心的に振動検出部本体３を収納する構成を有す
る。

振動検出部本体３は第２図にその振動系の構成を示すに
ようにケース２内に嵌め込まれ、一端面を閉塞してなる
円環状の第１の固定部材４Ａと、この固定部材４Ａの開
放端面を閉塞するように固着された円板状の第２の固定
部材４Ｂとを有し、固定部材４Ａ及び４Ｂの内部におけ
る同心位置に円筒状感振部材５が設けられている。

固定部材４Ａの内面には環状ホルダ６が一体に嵌め込ま
れ、その内側面の段部に板ばね７が固着され、板ばね７
の内方先端部に感振部材５が軸線方向に振動自在に取り
付けられている。

感振部材５の内部には、その中心軸Ｌ　ＣＥｊｌ’ｒを
横切るように保持板８が固着され、その両面に一対の可
動側半透明鏡９Ａ及び９Ｂが取り付けられており、この
可動側半透明１ｔ９Ａ及び９Ｂを含んで２系統分のフア
ブリペロー干渉光学系１０Ａ及び１０Ｂが感振部材５の
中心軸Ｌ　ＣＥＮＴとほぼ平行に沿うように形成されて
いる。

すなわち感振部材５の中心軸り、□ア上における固定部
材４Ａの外側位置に例えば半導体レーザでなる光源１５
が設けられ、当該光？ｆｌ１５から射出さた測定光ＬＡ
Ｉがコリメータ１６において平行光に変換された後可動
側半透明鏡９Ａ及び９Ｂに照射される。

この実施例の場合光［１５及びコリメータ１６は、ケー
ス２の内部にその中心線と直交するように形成された取
付板部Ｉ７に取り付けられ、コリメータ１６から射出し
た平行光の一部が第１の入射光束ＬＡ２として固定部材
４Ａの閉塞板部１４に設けられた透孔１８Ａを通り、続
いて透孔１８Ａの内側にこれを覆うように設けられた固
定側半透明鏡１９Ａを通って可動側半透明鏡９Ａに入射
するようになされている。

かくして固定側半透明鏡１９Ａ及び可動側半透明ｆｉ９
Ａの反射面間に第１系統フアブリベロー干渉光学系につ
いての第１の干渉光ＬＡ３が発生され、この第１の干渉
光ＬＡ３が固定側半透明ＩＩ１．１９Ａが固着されてい
る位置において保持板８に形成された透孔２０Ａ、固定
部材４Ｂの厚みを横切るように形成された透孔２１Ａを
通って例えば光電変換素子２２Ａに入射する。

これに対してコリメータ１６から射出した平行光束の一
部が第２の入射光束ＬＡ４として閉塞板部１４に設けら
れた透孔１ＢＢを通った後保持板８に設けられた透孔２
０Ｂを通って第２の可動側半透明鏡９Ｂに入射される。

この可動側半透明鏡９Ｂを通った光束は当該可動側半透
明鏡９Ｂと対向するように固定部材４Ｂの内面に取り付
けられた固定側半透明ｍ１９Ｂに入射され、かくして半
透明ｆｆ１９Ｂ及び１９Ｂ間に生じた干渉光ＬＡ５が固
定側半透明鏡１９Ｂから固定部材９Ｂに穿設された透孔
２１Ｂを通って光！変換素子２２Ｂに入射される。

このようにして光源１５、コリメータ１６、透孔１８Ａ
、半透明鏡１９Ａ、９Ａ、透孔２０Ａ。

２１Ａ、光電変換素子２２Ａによって第１のフアブリペ
ロー干渉光学系１０Ａが形成され、また光源１５、コリ
メータ１６、透孔１ＢＢ、２０Ｂ。

半透明鏡９Ｂ、１９Ｂ、透孔２１Ｂ、光電変換素子２２
Ｂによって第２のフアブリペロー干渉光学系１０Ｂが形
成される。これにまり感振部材５の固定部材４Ａ及び４
Ｂに対する相対的な位置変位に応じて光強度が変化する
干渉光ＬＡ３及びＬＡ５を得、その光電変換信号Ｉｔｓ
及びＩｏをファブリペロ−干渉光学系１０Ａ及びＩＯＢ
の検出信号Ｓ１として送出するようになされている。

感振部材５の外側面には、先端に電磁コイル２５を固着
してなる電磁コイル保持部材２６が取り付けられ、電磁
コイル２５がホルダ２６の内側に固着されたリング状磁
気回路部材２７に設けられた空１１１２８内に突出する
ように配設されている。

ここで空［２Ｂは感振部材５の中心軸Ｌ　Ｃ１ＨＴに沿
う方向に延長するように左側端面に右側方向に切り込ま
れており、これにより駆動制御回路３１から＠磁コイル
２５に与えられる変位制御電流Ｓ２によって生ずる電磁
力により磁気回路部材２７に対するｉＭ１コイル２５の
相対的変位位置（中心軸Ｌ　ｅｔＮｔ方向の）、従って
固定部材４Ａ及び４Ｂに対する感振部材５の変位位置を
制御する変位制御手段が形成されている。

駆動制御回路３１は、第１及び第２のフアブリペロー干
渉光学系１０Ａ及びＩＯＢからそれぞれ得られる光電変
換信号Ｉｔ！及び１０を差動増幅回路構成の減算回路３
２において受けてその減算出力！、を微分回路構成の移
相回路３３において所定の位相に移相させた後、駆動出
力増幅回路３４からフィードバック出力電流Ｉ□として
ｔＭ１コイル２５、負荷抵抗３５を通してアースに流す
ようになされている。

かくして光ｔｉ換信号Ｉｔ！及び＋、に基づいて、第１
及び第２のフアブリペロー干渉光学系１０Ａ及びＩＯＢ
の検出信号の差分を表す差分情報を減算出力■、として
得てフィードバック出力電流ＩＦＩＩを得るためのサー
ボ駆動回路部３６が駆動制御回路３１の一部として形成
され、この実施例の場合負荷抵抗３５の両端電圧が測定
出力信号ｅとして出力端子３７に送出される。

駆動制御回路３１は光源１５に対して光源駆動信号Ｓ３
を供給する光源回路３８と一緒にプリント回路基板３９
上に搭載され、また光電変換素子２２Ａ及び２２Ｂ及び
プリント回路基板３日はケース２の右側端面を閉塞する
ように設けられたケース部材４０に装着されていると共
に、ケース２の両端面はシールド板４１及び４２によっ
てシールドされている。

サーボ駆動回路部３６は定電流源でなる変位量設定用電
流源４５を有し、その出力端に得られる変位量設定信号
ｌ５ｔｙがフィードバック出力電流Ｉ□と合成されて変
位制御信号Ｓ２として送出される。かくして電磁コイル
２５及び磁気回路部材２７間に発生する電磁力は変位量
設定信号Ｉ　ａｌｌによる電磁力を中心としてフィード
バック出力電流Ｉ□によるＮ磁力が重畳されることにな
る。

従って変位量設定用電流源４５の変位量設定信号Ｉ。、
を必要に応じて設定し直せば、これに応じてフィードバ
ック出力電流１□がＩｙｍ＝Ｏのときの半透明鏡９Ａ及
び１９Ａ並びに９Ｂ及び１９Ｂの反射面間隔１１゜並び
にｊ！□。（従って振動部材５の変位位置）を設定し直
すことができるようになされている。

〔２〕変位検出動作 第１図及び第２図の構成の振動検出装置１は、振動検出
部本体３の光学系の構成を第３図に示すように、感振部
材５が保持板８上に固着された可動側半透明鏡９Ａ及び
９Ｂと一体に矢印ａで示すように中心線Ｌ　ＣＥＮＴに
沿って左右方向に振動したとき、その変位量を以下に述
べる動作原理に基づいて検出する。

ここで固定側半透明鏡１９Ａ及び１９Ｂの位置関係は、
当該半透明鏡１９Ａ及び１９Ｂが剛体でなる固定部材４
Ａ及び４Ｂによって互いに硬く結合されているので、ケ
ース２が振動しても半透明鏡１９Ａ及び１９Ｂの反射面
間の間隔に変化は生じない、同様にして可動側半透明鏡
９Ａ及び９Ｂは剛体でなる保持板８によって互いに硬く
結合されているので、当該半透明ｊｉ１９Ａ及び９Ｂの
反射面間の間隔に変化は生じない。

これに対して感振部材５従って保持板８は仮ばね７によ
って矢印ａの方向に変位し得るようにホルダ６従って固
定部材４Ａに柔らかく結合されていることにより、可動
側半透明ｍ９Ａ及び９Ｂの反射面はそれぞれ対向する固
定側半透明Ｉｔ　９Ａ及び１９Ｂの反射面に対して感振
部材５の変位に応じて相対的に変位し、　かくして惑振
部材５の位置変位は半透明鏡９Ａ及び１９Ａの反射面間
隔Ｑｌ、並びに半透明鏡９Ｂ及び１９Ｂの反射面間隔１
１の変化として表れる。

ところで第３図の第１及び第２のフアブリペロー干渉光
学系１０Ａ及びＩＯＢのように構成した場合、一般に半
透明鏡の強度反射率をＲ１反射面間隔をｌ、光源の光強
度をＥ、とした場合に得られる干渉光の光強度Ｅは次式 ％式％（１） のように、反射面間隔ｌを変数とした場合、２π／λを
周期とする正弦関数に類似した周期関数によって表すこ
とができる。

そこで（１）式によって表される干渉光強度Ｅを強度反
射率Ｒをパラメータとして曲線図とじて表せば第４図に
示すような関係にあることが分かる。

第４図の曲線図において、反射面間隔！が微少量だけ変
化したときこれを良好な直線性を維持しながら検出する
ためには、強度反射率Ｒが指定されたとき反射面間隔ｌ
の変化に対して干渉光強度Ｅが直線的に変化するような
領域に限定すれば良いことが分かる。

例えば強度反射率ＲがＲ＝０．２５　（＝２５　（％〕
）に選定したとき、反射面間隔ｌが変化したとき実用上
十分な直線性が得られる範囲の中心位置ｌ。

が、第４図の図表から次式 のような点に選定すれば良いことが分り、また強度反射
率Ｒを数〔％〕以下に選定した場合には実用上次式 のような関係に選定すれば良いことが分かる。ここでｍ
は整数（ｍ−０，１，２・・・・・・）である。

第１図及び第２図の実施例の場合、第１及び第２のファ
ブリペロ−干渉光学系１０Ａ及びＩＯＢの反射面間隔の
中心位置ｉ、。及びＩｌよ。とじてλ を満足するように半透明＠９Ａ及び１９Ａ、９Ｂ及び１
９Ｂの厚さ及びこれらの半透明鏡を結合する部材の寸法
を設定するようになされている。（４）式及び（５）式
においてｍ、及びｍ３はほぼ等しい整数（等しい値又は
近傍の値）に選定されており、かくして反射面間隔Ｌ１
１及び２８゜は実用上はぼ等しい距離になるように構成
されている。

このようにして設定された反射面間隔ｊ！１゜及びｌｔ
６と一致する位置に惑振部材５があるとき、半透明鏡９
Ａ及び９Ｂの反射面９ＡＸ及び９ＢＸが第５図において
破線で示す位置にある状態から矢印ａ１で示すように右
方に位置変位δだけ感振部材５が変位したことにより、
反射面９ＡＸ及び９ＢＸが実線で示すように反射面間隔
！、及びｌ。

の位置にまで移動した場合を考える。

このとき第１のファブリペロ−干渉光学系１０Ａの反射
面間隔１１は ｆ、　　＝ｊｌ！、。＋δ ・・・・・・　（６） のように距離δだけ増加するような変化を呈するのに対
して、第２のフアブリペロー干渉光学系１０Ｂの反射面
間隔１２は ｊ！、　　＝２．。−δ ・・・・・・　（７） のように距離δだけ減少するような変化を呈する。

そこで（６）式及び（７）式に（４）式及び（５）式を
代入すると λ よってさらに次式 のように表し得、これを（１）式の反射面間隔ｉとして
代入することにより、第１及び第２のフアブリペロー干
渉光学系において得られる干渉光ＬＡ３及びＬＡ５の干
渉光強度Ｅ１及びＥ８を求めることができる。

ところが実際上かかる演算処理において近似による式の
簡略化をすることができ、かかる簡略化の結果干渉光強
度Ｅ１及びＥ２は次式 のように簡略化し得、　結局干渉光強度Ｅ１及びＥ２は
変位量δに対してリニアな比例関係があることが分かる
。

従って光電変換素子２２Ａ及び２２Ｂにおいて干渉光Ｌ
Ａ３及びＬＡ５の干渉光強度Ｅ、及びＥ、を光電変換し
て得られる光電変換信号ｉｔｓ及び■。は次式 のように反射面９ＡＸ及び９８Ｘの変位量δを変数とす
る三角関数として表すことができる。

（ｌＯ）式及び（１１）式は、さらに変位量δが８／λ
よりも十分に小さい場合には、三角関数の性質にス のように表すことができる。

因に一触には充電変換素子２２Ａ及び２２Ｂには感度の
ばらつきがあるが、当該感度のばらつきはサーボ駆動回
路部３６において補正することができるので、第１及び
第２のフアブリペロー干渉光学系１０Ａ及びＩＯＢの光
電変換信号Ｉｌ！及びＩｔｓをそれぞれ（１２）弐及び
（１３）式から（１４）式及び（１５）式の関係に変換
することができると考えて良い。

この光電変換信号■９．及び■８．はサーボ駆動回路部
３６の減算回路３２において減算され、これにより次式 のように、変位量δに対して比例関係にある減算出力Ｉ
、を得ることができる。

この減算出力Ｉ、は、移相回路３３において微分されて
その変化率の変化に対応するような位相に移相された後
駆動出力増幅回路３４において増幅されてフィードバッ
ク出力電流ＩＦｍとして電磁コイル２５に与えられる。

かくして電磁コイル２５は、感振部材５、従って半透明
鏡９Ａ及び９Ｂが矢印ａの方向に振動すれば、その加速
度に対応する抑制力を与えるようなサーボ制御動作をす
ることになり、その結果感振部材５の変位量δを十分型
さな値に制限することができる。

実際上（１２）式及び（１３）式について上述したよう
に、（１０）式及び（１１）式から簡略化演算し得る程
度に十分型さな値、すなわち１６／λより十分型さな変
位量に抑制することができ、これにより感振部材５が変
位したとき当該変位と第１及び第２の干渉光ＬＡ３及び
ＬＡ５に生ずる干渉光強度の変化との間の直線性を実用
上十分に良好な範囲に制限することができ、かくして感
振部材５の微少変位を高い精度で減算出力■、に変換す
ることができる。

このようにしてサーボ駆動回路部３６から電磁コイル２
５に供給された変位制御電流Ｓ２は負荷抵抗３５を通じ
てアースに流れることにより、負荷抵抗３５の両端に変
位制御電流Ｓ２に対応する降下電圧を発生させ、この隣
下電圧が測定出力信号ｅとして出力端子３７に送出され
る。

このような構成のサーボ振動系においては一般に可動部
（主として悪報部材５及び保持板８でなる）の質量をｍ
、サーボ抵抗（負荷抵抗３５でなる）の抵抗値をＲＬ、
変位制御手段（［磁コイル２５及び磁気回路部材２７で
なる）のｔ流−力変換係数Ａｔ、振動部材（悪報部材５
でなる）の振動量をａとしたとき測定出力信号ｅは次式
のように振動量ａの大きさに応じて変化する電気的信号
として得ることができる。

そしてその感度はｉｔｉｔｍ、抵抗値Ｒｔ、電流−力変
換係数Ａｔを必要に応じて設定することにより調整する
ことができ、かくして被測定対象となる振動を適確に測
定することができる。

〔３〕反射面間隔の選定 （４）式及び（５）式について上述した変位の中心位置
となる反射面間隔Ｌ１１及びｌ、。を選定するにつき、
その最適条件は、（１）式を反射面間隔ｌについて２回
微分した結果がＯとなる条件として求めることができる
。

因に第４図の干渉光強度Ｅの特性曲線において、反射面
間隔２の変化に対する干渉光強度Ｅが直線性よく変化す
る範囲は、（１）式によって表される干渉光強度Ｅの変
化率（従って（１）式を１回変微分した値）が実用上一
定値である範囲を選定すれば良い、実用上その中心点と
して干渉光強度Ｅの変化率が理論的に一定な点くすなわ
ち（１）式を２回微分した値がＯとなる点）に選定すれ
ば、実用上その周囲の条件について直線性が良好な範囲
があると言い得るからである。

このようにして理論的に最適な中心位置を表す反射面間
隔は、半透明鏡の強度反射率Ｒに応じて第１０図に示す
ように計算により求めることができ、当該中心位置近傍
においては実用上直線性が良好な干渉光強度Ｅの変化、
従って測定検出結果を得ることができる。

ここで中心位置の設定は、駆動制御回路３１において変
位量設定用電流源４５の変位量設定信号■□７の電流値
を必要に応じて設定し直すことによりなし得る。

〔４〕熱膨脹等の外乱抑制動作 第１図及び第２図の振動検出装置ｌは上述の振動検出動
作をするにつき、例えば外囲温度の変化によって第１及
び第２のフアブリペロー干渉光学系１０Ａ及び１０Ｂの
構成部分に熱膨張又は熱収縮が生じたり、光源１５から
射出される測定光ＬＡｌの波長λが変動したりした場合
に、当該変動によって測定出力信号ｅが変動するような
動作を有効に抑制できる。

すなわち第１図及び第２図の構成において、第１及び第
２のフアブリペロー干渉光学系１０Ａ及びＩＯＢは、悪
報部材５が変位したときこれをそれぞれ別個に検出動作
をして（１２）式及び（１３）式によって表すことがで
きるような干渉光強度Ｅ、及びＥ２の変化を生じさせる
ことができるが、かかる動作をする間に反射面間隔１１
及びＲｔ　　（第３図）に例えば熱膨張による間隔変化
Δｉが発生したとすれば、その影響を受けて反射面間隔
が増大することにより、第６図に示すように、（８）式
及び（９）式について上述した反射面間隔２１及び１□
に加えて熱膨張による間隔変化Δｌが生ずることにより
、熱膨張が生じた後の反射面間隔！、及び１□は次式 ・・・・・・　（１９） のように、均一な温度変化θによって振動検出部本体３
が構成する部材が熱膨張率αで膨張することにより反射
面間隔が増大する。

ここで整数ｍ、及びｍ２は上述のように互いにほぼ等し
い値に選定されていると共に、振動によって生ずる悪報
部材５の変位量δは小さい値に抑制されているので、（
１８）式及び（１９）式の第２項の値は λ のように互いにほぼ等しい変化量Δｌになると考えるこ
とができ、（１８）式及び（１９）式は次式λ λ ・・・・・・　（２２） のように表すことができる。

そこで第１及び第２のフアブリペロー干渉光学系１０Ａ
及びＩＯＢにおいて得ることができる第１及び第２の干
渉光ＬＡ３及びＬＡ５の干渉光強度Ｅｌｌ及びＥ□は（
１０）式及び（１１）式について上述したと同様にして 三Δｐ ・・・・・・　（２０） ・・・・・・　（２３） ・・・・・・　（２４） のように表すことができる。

実際上、外囲温度θは長い周期でゆっくり変化するので
、干渉光強度Ｅ１１及びＥ！１に低周波数のドリフトを
生じさせることになる。

この干渉光強度Ｅｌｌ及びＥ□の干渉光ＬＡ３及びＬＡ
５を光電変換素子２２Ａ及び２２Ｂにおいて光電変換し
て得た光電変換信号ｒ＋ｓ及びＩ。をサーボ駆動回路部
３６（第１図）の減算回路３２において減算演算すれば
、その減算出力Ｉ、は第１及び第２のフアブリペロー干
渉光学系１０Ａ及びＩＯＢの検出信号の差分を表す差分
情報でなる。

そして減算出力Ｉ、は（１２）式及び（１３）式、（１
４）式及び（１５）式、（１６）式について上述したと
同様の処理を実行することにより次式 のように、熱膨張に基づいて反射面間隔り及びｉｔ　　
（第３図）に生じた間隔変化Δｌの雑音信号成分が減算
回路３２の減算動作によって相殺されることにより減算
出力Ｉ、に混入させないように処理をすることができる
。

この結果測定出力信号ｅには、熱膨張による雑音信号成
分、すなわち低周波ドリフト成分が生ずるおそれを有効
に回避することができることになり、この分振動測定結
果の精度を一段と高めることができる。

上述においては熱膨張時のドリフトの影響について述べ
たが、熱収縮が生じた場合にも同様にして当該雑音信号
成分を減算回路３２の減算処理によって有効に除去する
ことができることにより、これにより測定出力信号ｅに
ドリフトを生じさせるようなおそれを有効に回避し得る
。

これに加えて、熱膨張現象、又は熱膨張現象が生じてい
ることに加えて、光ｓｉ５において測定光ＬＡＩの波長
λに変化が生ずるような外乱が発生した場合にも、これ
に基づいて測定出力信号ｅにドリフトを生じさせないよ
うにできる。

囚に減算回路３２の出力端に得られる減算出力Ｉ、は、
（２５）式について上述したように、ドリフト変動成分
Δｌを相殺した信号として得ることができることにより
、波長λの変化によってドリフトが生ずるおそれを有効
に回避している。

これに加えて、（２５）式において、変位量δがδ−０
のとき（このことば悪報部材５が振動していないことを
表す）のとき、　減算出力Ｉ、がＩ。

−〇になり、これによりフィードバック出力電流Ｉ□に
基づいて磁気回路部材２７、従って悪報部材５に電磁力
を与えないような状態に維持できる。

かくしてたとえ光源１５から射出される測定光ＬＡＩの
波長λに変動が生じたとしても、その影響は悪報部材５
が振動変位したときの測定感度に影響を与えるだけで、
悪報部材５が振動していない状態においては当該悪報部
材５を常に所定の初期位置に位置決めできることにより
、測定出力信号ｅに無振動時のドリフトを生じさせない
ようにし得、これにより一段と高い精度で振動の測定結
果を得ることができる。

〔５〕第２実施例 第７図は本発明の第２実施例を示すもので、第３図との
対応部分に同一符号を付して示すように、第１及び第２
のフアブリペロー干渉光学系１．ＯＡ及びＩＯＢのうち
、第１及び第２の干渉光ＬＡ３及びＬＡ５を光電変換す
る手段として両系統に共通に１つの光電変換素子２２Ｃ
を設けるように構成され、かくして光電変換素子２２Ｇ
から第１及び第２の干渉光ＬＡ３及びＬＡ５の合成光を
光電変換することにより得られる光電変換信号ｉｃｙを
第１及び第２のファブリペロ−干渉光学系１０Ａ及びＩ
ＯＢの検出信号の差分を表す差分情報として、送出する
ようになされている。

そしてこの実施例の場合、第１及び第２のファブリペロ
−干渉光学系１０Ａ及びＩＯＢの反射面間隔１１及びＩ
ｌｔについて悪報部材５が振動していないときの基準値
ｒ１゜及び１８゜は、次式において、　　１−１５λ／
１６のときの値を含む右上がりの直線部分の特性を利用
して反射面間隔１Ｋを表すことだできるようになされ、
　かくして干渉光ＬＡ３及びＬＡ５の干渉光強度Ｅ、及
びＥ、を互いにほぼπだけ移相をずらせた位置において
光電変換処理を実行するようになされている。

このとき干渉光ＬＡ３及びＬＡ５の干渉光強度Ｅ、及び
Ｅｌは（１０）式及び（１１）弐について上述したと同
様にして次式 のように選定されている。かくして第１のフアブリペロ
ー干渉光学系１０Ａの光干渉光ＬＡ３の光強度Ｅ、は、
第４図において、！＝λ／１６のときの値を含む直線部
分、すなわちｌ＝０近傍に、おいて右下がりに変化する
直線部分の変換特性を利用して反射面間距離１１を表す
ことができるようになされている。

これに対して第２のフアブリペロー干渉光学系１０Ｂの
光干渉光ＬＡ５の光強度Ｅ、は、第４図ス のように表すことができ、干渉光ＬＡ３及びＬＡ５でな
る合成光を光電変換素子２２Ｃにおいて充電変換して得
られる光電変換信号ｉｃｓは場合と同様の効果を得るこ
とができる。

のように干渉光ＬＡ３及びＬＡ５に生ずる干渉光強度の
変化の和に対応する値をもっことになる。

この（３０）弐の関係は、第１の実施例について上述し
たように（（１６）弐）、第１及び第２のフアブリペロ
ー干渉光学系ｔＯＡ及びＩＯＢの干渉光ＬＡ３及びＬＡ
５間の偏差を減算回路３２により減算出力Ｉ、として求
めたことと等価な結果を得ることができたことを意味し
ている。

そこで第７図の実施例の場合にも、（１８）式ないしく
２５）弐について上述したと同様にして熱膨脹（又は熱
収縮）や、光源１５から得られる測定光ＬＡｌの波長λ
にドリフト変動が生じたとしても、干渉光ＬＡ３及びＬ
Ａ５にそれぞれ含まれているドリフト変動成分が光電変
換素子２２Ｃにおける光電変換信号の間に互いに相殺さ
れることになり、結局光電変換信号ｉｃｘとして当該ド
リフト変動成分を有効に抑制した検出信号を得ることが
できる。

従って第７図のように構成しても第１実施例の〔６〕第
３実施例 第８図は第３実施例を示すもので、第３図との対応部分
に同一符号を付して示すように、光源１５（第１図及び
第２図）の測定光ＬＡＩに基づいて得られる平行入射光
束ＬＡ２及びり、　Ａ　４をビームスプリッタ５】を通
じて透孔１８Ａ及び１８Ｉ３に入射する。

この実施例の場合筒１のフアブリペロー干渉光学系１０
Ａ側の入射光束ＬＡ２は半透明ｆｉ１９Ａを通った後当
該半透明Ｉｌｌ　９Ａと対向するように保持板８に取り
付けられた反射鏡４９に入射し、この反射鏡４９の反射
面と半透明ｆｉ１９Ａの反射面間において光干渉を生じ
させるようになされ、かくして得られる干渉光ＬＡ３は
半透明鏡１．９　Ａ、透孔１８Ａを通った後ビームスプ
リッタ５工において反射されて光電変換素子２２Ａに引
き出される。

これに対して第２のファブリペロ−干渉光学系１０Ｂ側
の入射光束ＬＡ４は同様にしてビームスプリッタ５１を
通って透孔１８Ｂ、２０Ｂを通って半透明Ｍ９Ｂに入射
するようになされていると共に、この半透明鏡９Ｂと対
向するように反射鏡５０が固定部材４Ｂ上に取り付けら
れている。

かくして反射鏡５０の反射面及び半透明鏡９Ｂの反射面
間に光干渉が発生し、当該干渉光ＬＡ５がハーフミラ−
９Ｂ、透孔２ＯＢ１１８Ｂを通ってビームスプリッタ５
１の反射面によって充電変換素子２２Ｂに引き出される
。

かくして光電変換素子２２Ａ及び２２Ｂにおいて得られ
る充電変換信号【０．及び１０はサーボ駆動回路部３６
の減算回路３２（第１図）に供給される。

以上の構成において、第１及び第２のフアブリペロー干
渉光学系１０Ａ及びＩＯＢがら得られる干渉光ＬＡ３及
びＬＡ５は悪報部材５が振動したとき第５図について上
述したと同様にして（１２）式及び（１３）式によって
表されるような干渉光強度Ｅ１及びＥ８を呈する。

そしてこれに加えて熱膨脹（又は熱収量）や、測定光Ｌ
ＡＩの波長λに変動が生ずると、第６図について上述し
たと同様にして（２５）式によって表されるようにドリ
フト信号成分を相殺するような動作をする。

かくして第３実施例によっても第１実施例について上述
したと同様の効果を得ることができる。

〔７〕第４実施例 第９図は第４実施例を示すもので、第３図及び第８図と
の対応部分に同一符号を付して示すように、第１のフア
ブリペロー干渉光学系１０Ａの入射光束ＬＡ２をビーム
スプリッタ５２を通じて透孔１８Ａ、半透明鏡１９Ａ、
反射鏡４９に入射することにより、ビームスプリッタ５
２を通じて干渉光ＬＡ３を光電変換素子２２Ａに引き出
すことにより光電変換信号ｒａｙを得るように構成し、
この点については第８図の実施例の場合と同様の構成を
有する。

これに対して第２フアブリペロー干渉光学系１ＯＢにつ
いては第３図の場合と同様にして半透明鏡９Ｂ及び１９
Ｂによって形成された干渉光ＬＡ５を半透明Ｍ１９Ｂを
通して引き出すことにより、光電変換素子２２Ｂから光
電変換信号Ｉ。を得るように構成する。

第９図のように構成しても、第８図の場合と同様の動作
及び効果を得ることができる。

〔８〕他の実施例 （１）上述の実施例においては、減算出力Ｉｓ　　（第
３図、第８図、第９図）、光電変換信号１ｃ３（第７図
）に基づいて変位制御電流Ｓ２を得るにつき、移相回路
３３及び駆動出力増幅回路３４において位相及び大きさ
を調整するようにしたが、場合によっては移相回路３３
及び又は駆動出力増幅回路３４を省略しても良い。

（２）上述の実施例においては、サーボ駆動回路部３６
の変位制御信号Ｓ２に基づいて惑振部材５の振動を抑圧
するにつき、悪報部材５側に電磁コイル２５を設けると
共にケース２側（すなわち固定部材４Ａ、４Ｂ側）に磁
気回路部材２７を設けることにより悪報部材５に対する
制御力となる電磁力を発生させるようにしたが、これに
代え、固定部側に電磁コイル２５を設けると共に悪報部
材５側に１！磁回路部材２７を設けるようにしたり、電
磁回路部材２７及び電磁コイル２５を一体にして固定部
側に設けると共に、これと磁気的に結合する磁性材料（
例えば鉄などの）でなる結合部材を悪報部材５側に設け
るようにしたり、これとは逆に固定部側に磁性材料を設
けると共に悪報部材５側に磁気回路部材２７及び電磁コ
イル２５を設けるようにすると種々の構成のものを適用
し得る。

さらに磁気回路部材２７、電磁コイル２５等の電磁制御
力発生手段の形状、構造、配置などとして種々のものを
適用し得、要はケース２側、すなわち固定部側及び悪報
部材５間に相互に制御力を生じさせるように構成すれば
良い。

（３）上述の実施例においては、悪報部材５に対する制
御力発生手段として電磁力を利用した構成のものについ
て述べたが、これに代え、静電力、圧電力等を利用する
ようにしたものを適用しても良い。

（４）上述の実施例においては、第１及び第２のフアブ
リペロー干渉光学系１０Ａ及びＩＯＢに入射光束ＬＡ２
、ＬＡ４を供給する手段として、第１及び第２のフアブ
リペロー干渉光学系１０Ａ及び１、　ＯＢに共通に設け
た１つの光源１５から射出される測定光ＬＡＩをコリメ
ータ１６及び透孔１８Ａ及び１８Ｂを通すことによって
形成するようにしたが、これに代え、第１及び第２のフ
アブリペロー干渉光学系１０Ａ及びＩＯＨに対してそれ
ぞれ別個に光源を設け、各光源から各干渉光学系に対す
る平行光束を発生するようにしたり、光源がら透孔１８
Ａ及び１８Ｂを全体として照射できるような大口径の平
行光束を発生させることによりコリメータ１６を省略す
るようにしたりする等、種々の構成のものを適用し得る
。

（５）上述の実施例においては、第１及び第２のフアブ
リペロー干渉光学系を構成する一対の反射面に対して平
行光束ＬＡ２、ＬＡ４を入射することにより干渉光ＬＡ
３、ＬＡ５を得るようにした場合について述べたが、当
該反射面間隔を数十〔ｐｍ〕以下に設定すると同時にこ
れに発散光束を直接照射するようにしても反射面間隔を
表す干渉光を得ることができ、このようにしても上述の
場合と同様の効果を得ることができる。

（６）上述の実施例においては、第１及び第２のフアブ
リペロー干渉光学系！ＯＡ及びＩＯＢを構成する一対の
反射面間隔を、振動検出部本体３を構成する部材の厚み
を選定することにより必要に応じて設定するようにした
が、これに代え、反射面間隔を調整するための専用の調
整手段を設けるようにしても良い。

（７）　　上述の実施例においては、第１及び第２のフ
ァブリペロ−干渉光学系１０Ａ及びＩＯＢから干渉光強
度Ｅ１及びＥｔの干渉光を得るにつき、半透明鏡９Ａ及
び９Ｂ、１９Ａ及び１９Ｂの強度反射率Ｒを２５〔％〕
に選定した場合の実施例として述べたが、強度反射率Ｒ
はこれに限らず種々の値に設定し得、当該種々の値に対
して最適な反射面間隔を設定するようにすれば、上述の
場合と同様の効果を得ることができる。

（８）第７図について詳述した第２実施例において、第
１及び第２のフアブリペロー干渉光学系１０Ａ及びＩＯ
Ｂにおいて悪報部材５が振動していない状態における反
射面間隔Ｌｏ及びｉ！工。として、（２Ｇ）武及び（２
７）弐について上述したように、はぼπの位相差をもた
せるように設定すると同時に各干渉光ＬＡ３、ＬＡ５を
共通に設けた１つの光電変換素子２２Ｃによって合成し
なから光電変換することによってドリフト成分を相殺す
るように構成したが、光電変換素子２２Ｃを１個設ける
ことに代え、各干渉光ＬＡ３及びＬＡ５を別個の充電変
換素子によって光電変換した後当該πの位相差をもつ変
換出力を加算することにより合成するようにしても第７
図の場合と同様の効果を得ることができる。

（９）上述の実施例においては、サーボ駆動回路部３６
（第１図）において得た変位制御信号Ｓ２に相当する大
きさの抑制力を悪報部材５に与えることにより当該悪報
部材５の変位量を直線性がよい領域に制限するようにし
た場合について述べたが、このようなサーボ動作による
抑制をしないような構成のものに本発明を通用しても、
熱膨張（又は熱収縮）や、光源から供給される測定光の
波長の変動に基づいて生ずるおそれがあるドリフト信号
成分を生じさせないようにし得る効果を上述の場合と同
様に得ることができる。

かかる効果は第１図ないし第６図、第７図の場合のよう
に半透明鏡だけを用いてフアブリペロー干渉光学系を構
成した場合や、第８図について上述したように反射鏡を
用いてフアブリペロー干渉光学系を構成した場合や、第
９図について上述したように半透明鏡及び反射鏡を組み
合わせてフアブリペロー干渉光学系を構成した場合のそ
れぞれについてサーボ動作をさせた場合と同様の効果を
得ることができる。

００）上述の実施例においては、本発明を加速度型振動
検出装置に適用した場合の実施例について述べたが、本
発明はこれに限らず、要はフアブリペロー干渉光学系を
構成する一対の反射面の間隔が測定すべき物理量に応じ
て変化する場合に本発明を広く適用し得る。

００　　干渉光強度Ｅを表す（１）式において、強度反
射率Ｒは一対の反射面の反射率が互いに等しい場合の当
該反射率を表すが、反射率Ｒが互いに等しくない値Ｒ１
及びＲ２をもっている場合には強度反射率Ｒとして次式 Ｃ発明の効果〕 上述のように本発明によれば、２系統のフアブリペロー
干渉光学系を設け、各フアブリペロー干渉光学系から得
ることができる変位検出信号に基づいて測定すべき物理
量に相当する差分情報を得る際にドリフト信号成分を相
殺するようにしたことにより、熱膨張（又は熱収縮）、
光源の波長の変動などに基づいて測定結果に生ずるおそ
れがあるドリフトを有効に抑制し得る物理量測定装置を
実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による物理量測定装置の第１実施例を示
す路線的縦断面図、第２図はその振動検出部本体の詳細
構成を示す縦断面図、第３図は第１図の光学系の詳細構
成を示す部分的縦断面図、第４図は干渉光強度特性を示
す特性曲線図、第５図及び第６図は振動時及び熱膨張時
の反射面間隔の変化の説明に供する路線図、第７図は第
２実施例を示す部分的縦断面図、第８図は第３実施例を
示す部分的縦断面図、第９図は第４実施例を示す部分的
縦断面図、第１０図は反射面間隔の最適条件を示す図表
である。 ■・・・・・・振動検出装置、２・・・・・・ケース、
３・・・・・・振動検出部本体、４Ａ、４Ｂ・・・・・
・固定部材、５・・・・・・悪報部材、６・・・・・・
ホルダ、７・・・・・・仮ばね、１５・・・・・・光源
、１６・・・・・・コリメータ、ＩＯＡ、ＩＯＢ・・・
・・・ファブリペロ−干渉光学系、９Ａ、９Ｂ、１９Ａ
、１９Ｂ・・・・・・半透明鏡、９ＡＸ、１９ＢＸ・・
・・・・反射面、４９．５０・・・・・・反射鏡、２２
Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ・・・・・・光電変換素子。 代 理 人 田 辺 恵 基 ！り 反射面間隔 ｆｉ 光学系の詳細構成 第３　図 振動時の動作 め　５　図 熱膨張晴の動Ａ乍 第　６　図 第 図 第４史施府ｒ１の構成 第 ワ 図 第３実権例の構成 第　８　区 中ノし・イ立菫の舒６定 第　　ＩＯ図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）それぞれ一対の反射面間において当該反射面間隔
   に対応する干渉光強度を呈する干渉光を発生させ、上記
   干渉光を光電変換することによつて上記干渉光強度を表
   す光電変換信号を得る第１及び第２のフアブリペロー干
   渉光学系を有し、 上記第１及び第２のフアブリペロー干渉光学系をそれぞ
   れ構成する上記一対の反射面のうち一方の反射面を第１
   の変位検出部材に固着し、かつ上記一対の反射面のうち
   他方の反射面を第２の変位検出部材に固着し、 上記第１及び第２のフアブリペロー干渉光学系から得ら
   れる上記光電変換信号に基づいて上記第１及び第２の変
   位検出部材間の相対的変位量に相当する差分情報を求め
   ることにより、上記反射面間隔に生ずるドリフト変位を
   相殺してなる測定出力信号を得るようにした ことを特徴とする物理量測定装置。
2. （２）上記第１及び第２のフアブリペロー干渉光学系は
   それぞれ別個の第１及び第２の光電変換素子を有し、上
   記第１及び第２の光電変換素子から得られる第１及び第
   ２の上記光電変換信号を減算処理又は加算処理すること
   により、上記差分情報を求めるようにした ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の物理量
   測定装置。
3. （３）上記第１及び第２のフアブリペロー干渉光学系は
   共通の光電変換素子を有し、上記第１及び第２のフアブ
   リペロー干渉光学系において発生される上記干渉光を上
   記共通の光電変換素子において光電変換することにより
   、上記差分情報を含んでなる上記光電変換信号を得るよ
   うにした ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の物理量
   測定装置。
4. （４）上記第１及び第２の変位検出部材間に当該第１及
   び第２の変位検出部材の相対的位置関係を変更制御でき
   る変位制御手段を設け、上記光電変換信号に基づいて上
   記相対的位置の変化を抑制するようなフィードバック制
   御信号によつて上記変位制御手段を制御することにより
   、上記第１及び第２の変位検出部材間の変位量が変化し
   たときの上記干渉光強度の変化の直線性を維持するよう
   にした ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の物理量
   測定装置。
5. （５）上記第１及び第２の変位検出部材間に当該第１及
   び第２の変位検出部材の相対的位置関係を変更制御でき
   る変位制御手段を設け、上記変位制御手段に変位量設定
   信号を与えることにより上記相対的位置関係を設定でき
   るようにした ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の物理量
   測定装置。
6. （６）一対の反射面間において当該反射面間隔に対応す
   る干渉光強度を呈する干渉光を発生させ、上記干渉光を
   光電変換することによつて上記干渉光強度を表す光電変
   換信号を得るフアブリペロー干渉光学系を有し、 上記フアブリペロー干渉光学系を構成する上記一対の反
   射面のうち一方の反射面を第１の変位検出部材に固着し
   、かつ上記一対の反射面のうち他方の反射面を第２の変
   位検出部材に固着し、上記光電変換信号の変位量に基づ
   いて上記第１及び第２の変位検出部材間の相対的変位に
   対応する測定出力信号を得るようになされ、 上記干渉光強度の変化率が一定になる上記反射面間隔の
   値を、上記第１及び第２の変位検出部材間に上記相対的
   変位が生じていない状態における上記反射面間隔として
   選定する ことを特徴とする物理量測定装置。