JPH0674971B2 - 物理量測定装置 - Google Patents

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、１
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60-23503
3号）。

この物理量測定装置は、振動によつて感振部材に生ずる
位置的な変位を一対の半透明鏡間において生ずる干渉光
の変化として検出し、当該干渉光を光電変換して感振部
材に対するフイードバツク信号に形成するようになされ
ている。

かくして当該フイードバツク信号によつて感振部材に対
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〕

この構成の物理量測定装置は、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張（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つ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l₁、l₂に
対応する干渉光強度E₁、E₂を呈する干渉光LA3、LA5を発
生させ、この干渉光LA3、LA5を光電変換することによつ
て干渉光強度E₁、E₂を表す光電変換信号I_1S、I_2S、I_CS
を得る第１及び第２のフアブリペロー干渉光学系10A、1
0Bを有し、この第１及び第２のフアブリペロー干渉光学
系10A、10B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4
A、4Bに固着し、第１及び第２のフアブリペロー干渉光
学系10A、10Bから得られる光電変換信号I_1S、I_2S、I_CS
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I_S、I_CSを求めるこ
とにより、反射面間隔l₁、l₂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10B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I_1S、I_2Sを減算処理又
は加算処理することにより差分情報I_S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、10B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、L
A5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L_CS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間に当該第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
I_1S、I_2S、I_CSに基づいて相対的位置の変化を抑制する
ようなフイードバツク制御信号S2によつて変位制御手段
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E₁、E₂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間に当該第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、一対の反斜面間において当
該反射面間隔l₁、l₂に対応する干渉光強度E₁、E₂を呈す
る干渉光LA3、LA5を発生し、この干渉光LA3、LA5を光電
変換することによつて干渉光強度E₁、E₂を表す光電変換
信号I_1S、I_2S、I_CSを得るフアブリペロー干渉光学系10
A、10Bを有し、このフアブリペロー干渉光学系10A、10B
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I_1S、I_2S、I_CSの変化量に基づいて第１及び第２の
変化検出部材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E₁、E₂の
変化率が一定になる反射面間隔l₁、l₂の値を、第１及び
第２の変化検出部材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l₁₀、l₂₀として選定す
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、10Bから
得られる光電変換信号には、反射面間隔l₁、l₂にドリフ
ト変位Δｌ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
実行することによつて互いに相殺され、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E₁、E₂の変化率が一定になる反射面間隔
l₁、l₂の値を反射面間隔l₁、l₂の変化の中心点l₁₀、l₂₀
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_CENT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、この可動側半透明鏡
9A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L_CENT上における固定部材4
A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、当該光源15から射出さた測定光LA1がコリメータ1
6において平行光に変換された後可動側半透明鏡9A及び9
Bに照射される。

この実施例の場合光源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17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
つて可動側半透明鏡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及び可動側半透明鏡9Aの反
射面間に第１系統フアブリペ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
定側半透明鏡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を通つ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18Bを通つた後保持板８に設けられた透孔20Bを通つて
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を通つ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
た固定側半透明鏡19Bに入射され、かくして半透明鏡9B
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を通つて光電変換素子2
2B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によつて
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18B、20B、半透明鏡9B、19
B、透孔21B、光電変換素子22Bによつて第２のフアブリ
ペロー干渉光学系10Bが形成される。これにより感振部
材５の固定部材4A及び4B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
変換素子I_1S及びI_2Sをフアブリペロー干渉光学系10A及
び10B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に設けられた空隙28内に突出するように配設されて
いる。

ここで空隙28は感振部材５の中心軸L_CENT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から電磁コイル25に与え
られる変位制御電流S2によつて生ずる電磁力により磁気
回路部材27に対する電磁コイル25の相対的変位位置（中
心軸L_CENT方向の）、従つて固定部材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10Bからそれぞれ得られる光電変換信号I
_1S及びI_2Sを差動増幅回路構成の減算回路32において受
けてその減算出力I_S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
フイードバツク出力電流I_FBとして電磁コイル25、負荷
抵抗35を通じてアースに流すようになされている。

かくして光電変換信号I_1S及びI_2S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10Bの検出信号
の差分を表す差分情報を減算出力I_Sとして得てフイード
バツク出力電流I_FB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
38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によつ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I_SET
がフイードバツク出力電流I_FB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制定信号I_SETに
よる電磁力を中心としてフイードバツク出力電流I_FBに
よる電磁力が重畳されることになる。

従つて変位量設定電流源45の変位量設定信号I_SETを必要
に応じて設定し直せば、これに応じてフイードバツク出
力電流I_FBがI_FB＝０のときの半透明鏡9A及び19A並びに9
B及び19Bの反射面間隔l₁₀並びにl₂₀（従つて振動部材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に沿つて左右
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4A及び4Bによつ
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によつて互いに硬く結合されているので、当該半
透明鏡9A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従つて保持板８は板ばね７によ
つて矢印ａの方向に変位し得るようにホルダ６従つて固
定部材4Aに柔らかく結合されていることにより、可動側
半透明鏡9A及び9Bの反射面はそれぞれ対向する固定側半
透明鏡19A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、かくして感振部材５の位置変位
は半透明鏡9A及び19Aの反射面間隔l₁、並びに半透明鏡9
B及び19Bの反射面間隔l₂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10Bのように構成した場合、一般に半透明鏡
の強度反射率をＲ、反斜面間隔をｌ、光源の光強度をEi
とした場合に得られる干渉光の光強度Ｅは次式 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つて表すこ
とができる。

そこで（１）式によつ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して表せば第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ｌ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l₀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。ここでは
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のフア
ブリペロー干渉光学系10A及び10Bの反射面間隔の中心位
置l₁₀及びl₂₀として を満足するように半透明鏡9A及び19A、9B及び19B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m₁
及びm₂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l₁₀及びl₂₀は実用上
ほ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l₁₀及びl₂₀と一致
する位置に感振部材５があるとき、半透明鏡9A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l₁及びl₂の位置にまで移動し
た場合を考える。

このとき第１のフアブリペロー干渉光学系10Aの反射面
間隔l₁は l₁＝l₁₀＋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l₂は l₂＝l₂₀−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 のように表し得、これを（１）式の反射面間隔ｌ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E₂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 のように反射面9AX及び9BX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。

（10）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、三角関数の性質によつてさらに
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。

従つて光電変換素子22A及び22Bにおいて干渉光LA3及びL
A5の干渉光強度E₁及びE₂を光電変換して得られる光電変
換信号I_1S及びI_2Sは次式 のように表すことができる。

因に一般には光電変換素子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10Bの光電変換信号I_1S
及びI_2Sをそれぞれ（12）式及び（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I_1S及びI_2S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_S
を得ることができる。

この減算出力I_S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イードバツク出力
電流I_FB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、従つて半透明鏡
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を十分小さな値
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
小さな値、すなわち16/λより十分小さな変位量に抑制
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変
位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I_S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25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、この降下電圧が測定
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
（主として感振部材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R_L、変
位制御手段（電磁コイル25及び磁気回路部材27でなる）
の電流−力変換係数Af、振動部材（感振部材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。

そしてその感度は質量ｍ、抵抗値R_L、電流−力変換係数
Af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
となる反射間隔l₁₀及びl₂₀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０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ｌ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）式によつて表される干渉光強度Ｅの変
化率（従つて（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（すなわ
ち（１）式を２回微粉した値が０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
つ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I_SET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〕熱膨張等の外乱抑制動作 第１図及び第２図の振動検出装置１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つて第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LA1の波長λが変動したりした場合に、当該変
動によつて測定出力信号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10Bは、感振部材
５が変位したときこれをそれぞれ別個に検出動作して
（12）式及び（13）式によつて表すことができるような
干渉光強度E₁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l₁及びl₂（第３
図）に例えば熱膨張による間隔変化Δｌ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l₁及びl₂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l₁₁及びl₂₁は次式 のように、均一な温度変化θによつて振動検出部本体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m₁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、振動によつて生ずる感振部材
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 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 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10Bにおいて得ることができる第１及び第２の干渉光L
A3及びLA5の干渉光強度E₁₁及びE₂₁は（10）式及び（1
1）式について上述したと同様にして のように表すことができる。

実際上、外囲温度θは長い周期でゆつくり変化するの
で、干渉光強度E₁₁及びE₂₁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E₁₁及びE₂₁の干渉光LA3及びLA5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素
子I_1S及びI_2S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_Sは第１及
び第２のフアブリペロー干渉光学系10A及び10B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_Sは
（12）式及び（13）式、（14）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、熱膨脹に基づいて反射面間隔l₁及びl₂（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
の減算動作によつて相殺されることにより減算出力I_S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の演算処理によつ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、光源15において測定光LA1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。

因に減算回路32の出力端に得られる減算出力I_Sは、（2
5）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の変化によつ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（このことは感振部材５が振動していないことを表
す）のとき、減算出力I_SがI_S＝０になり、これによりフ
イードバツク出力電流I_FBに基づいて磁気回路部材27、
従つて感振部材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LA1の波長
λに変動が生じたとしても、その影響は感振部材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、感振
部材５が振動していない状態においては当該感振部材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10A及び10B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22C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I_CSを第１及び第２のフアブリペロ
ー干渉光学系10A及び10B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のフアブリペロ
ー干渉光学系10A及び10Bの反射面間隔l₁及びl₂について
感振部材５が振動していないときの基準値l₁₀及びl
₂₀は、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E₁は、第４図に
おいて、ｌ＝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l₁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E₂は、第４図において、ｌ＝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l₂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E₁及びE₂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E₁及びE₂は（1
0）式及び（11）式について上述したと同様にして次式 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において光電変換して得られる光
電変換信号I_CSは 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つことになる。

この（30）式の関係は、第１の実施例について上述した
ように（（16）式）、第１及び第２のフアブリペロー干
渉光学系10A及び10Bの干渉光LA3及びLA5間の偏差を減算
回路32により減算出力I_S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（2
5）式について上述したと同様にして熱膨張（又は熱収
縮）や、光源15から得られる測定光LA1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LA5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
おける光電変換処理の間に互いに相殺されることにな
り、結局光電変換信号I_CS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。

従つて第７図のように構成しても第１実施例の場合と同
様の効果を得ることができる。

〔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LA1に基づいて得られる平行入射光束LA2
及びLA4をビームスプリツタ51を通じて透孔18A及び18B
に入射する。

この実施例の場合第１のフアブリペロー干渉光学系10A
側の入射光束LA2は半透明鏡19Aを通つた後当該半透明鏡
19Aと対向するように保持板８に取り付けられた反射鏡4
9に入射し、この反射鏡49の反対面と半透明鏡19A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19A、透孔18Aを通つた
後ビームスプリツタ51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のフアブリペロー干渉光学系10B側の
入射光束LA4は同様にしてビームスプリツタ51を通つて
透孔18B、20Bを通つて半透明鏡9B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がハーフミラー9B、透
孔20B、18Bを通つてビームスプリツタ51の反射面によつ
て光電変換素子22Bに引き出される。

かくして光電変換素子22A及び22Bにおいて得られる光電
変換信号I_1S及びI_2S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10Bから得られる干渉光LA3及びLA5は感
振部材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）式によつて表されるような干
渉光強度E₁及びE₂を呈する。

そしてこれに加えて熱膨張（又は熱収縮）や、測定光LA
1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）式によつ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実施例によつても第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
ツタ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、ビームスプリツタ52を通じて干渉光LA
3を光電変換素子22Aに引き出すことにより光電変換I_1S
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10Bについ
ては第３図の場合と同様にして半透明鏡9B及び19Bによ
つて形成された干渉光LA5を半透明鏡19B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_2S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I_S（第３
図、第８図、第９図）、光電変換信号I_CS（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において移相及び大きさを調整する
ようにしたが、場合によつては移相回路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に基づいて感振部材５の振動を抑圧す
るにつき、感振部材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感振部材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を設けると共に感振部材５側に電磁
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
る結合部材を感振部材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感振部材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感振部材
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、感振部材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10B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10Bに共通に設けた１つの光源15から射
出される測定光LA1をコリメータ16及び透孔18A及び18B
を通すことによつ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1
0B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
源から透孔18A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LA3、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〔μｍ〕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10A及び10Bを構成する一対の反射
面間隔を、振動検出部本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のフア
ブリペロー干渉光学系10A及び10Bから干渉光強度E₁及び
E₂の干渉光を得るにつき、半透明鏡9A及び9B、19A及び1
9B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10Bに
おいて感振部材５が振動していない状態における反射面
間隔l₁₀及びl₂₀として、（26）式及び（27）式について
上述したように、ほぼ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によつて合成しながら光電変換すること
によつ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を別個の光電変換素子によつ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
さの抑制力を感振部材５に与えることにより当該感振部
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適用しても、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。

（10） 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。

（11） 干渉光強度Ｅを示す（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をもつている場合には強度反射率Ｒとして次式 を用いれば良い。

〔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
す略線的縦断面図、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略線図、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。 １……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……感振部材、６……ホ
ルダ、７……板ばね、15……光源、16……コリメータ、
10A、10B……フアブリペロー干渉光学系、9A、9B、19
A、19B……半透明鏡、9AX、19BX……反射面、49、50…
…反射鏡、22A、22B、22C……光電変換素子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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すると共に、 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 ことを特徴とする物理量測定装置。