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公開番号2025144307
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-02
出願番号2024044027
出願日2024-03-19
発明の名称レーザー干渉計および分光装置
出願人セイコーエプソン株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類G01S 17/32 20200101AFI20250925BHJP(測定;試験)
要約【課題】復調回路で演算処理される信号の周波数を低下させることができ、復調回路の低コスト化が可能なレーザー干渉計、および、かかるレーザー干渉計を備える分光装置を提供すること。
【解決手段】振動素子を用いてレーザー光に変調信号を付加する光変調器と、サンプル信号および変調信号を含むレーザー光の強度変化を検出し、レーザー光受光信号を出力する受光素子と、振動素子を源振として第1周波数の基準信号を発生させる信号発振部と、基準信号に基づいて、レーザー光受光信号からサンプル信号を復調する復調回路と、を備え、復調回路は、オフセットを除去するDCオフセット除去部と、基準信号の位相を調整する第1位相調整器と、レーザー光受光信号と基準信号とを乗算する第1乗算器と、第1フィルターと、第1乗算信号と基準信号とを乗算する第2乗算器と、第2フィルターと、位相を算出する位相算出器と、を有するレーザー干渉計。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
対象物にレーザー光を照射し、前記対象物を経た前記レーザー光を受光して、前記対象物の変位を取得するレーザー干渉計であって、
前記レーザー光を射出するレーザー光源と、
振動素子を備え、前記振動素子を用いて前記レーザー光に変調信号を付加する光変調器と、
前記対象物で付加された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の強度変化を検出し、レーザー光受光信号を出力する受光素子と、
前記振動素子を源振として第１周波数の基準信号を発生させる信号発振部と、
前記基準信号に基づいて、前記レーザー光受光信号から前記サンプル信号を復調し、前記対象物の変位を取得する復調回路と、
を備え、
前記復調回路は、
前記レーザー光受光信号の直流成分のオフセットを除去するＤＣオフセット除去部と、
前記基準信号の位相を調整する第１位相調整器と、
前記ＤＣオフセット除去部から出力された前記レーザー光受光信号と前記第１位相調整器から出力された前記基準信号とを乗算し、第１乗算信号を出力する第１乗算器と、
前記第１乗算信号が含む高周波成分を除去する第１フィルターと、
前記第１乗算信号と前記第１位相調整器から出力された前記基準信号とを乗算し、第２乗算信号を出力する第２乗算器と、
前記第２乗算信号が含む高周波成分を除去する第２フィルターと、
前記第１フィルターから出力された信号と前記第２フィルターから出力された信号とに基づいて、前記サンプル信号として前記対象物に由来する位相を算出する位相算出器と、
を有することを特徴とするレーザー干渉計。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記復調回路は、
前記信号発振部と前記第１位相調整器との間に設けられ、前記基準信号に含まれる前記第１周波数の成分を抽出する第３フィルター、
を有する請求項１に記載のレーザー干渉計。
【請求項３】
前記復調回路は、
前記第１フィルターから出力された前記第１乗算信号の振幅および前記第２フィルターから出力された前記第２乗算信号の振幅を互いに揃える振幅調整部、
を有する請求項１または２に記載のレーザー干渉計。
【請求項４】
前記ＤＣオフセット除去部は、
前記変調信号の周波数の成分が通過するときの位相遅延量と、前記変調信号の２倍の周波数の成分が通過するときの位相遅延量と、の差をψ
１
とするとき、ψ
１
≦１０［ｄｅｇ］を満たすように設定されている請求項１または２に記載のレーザー干渉計。
【請求項５】
前記ＤＣオフセット除去部は、前記位相遅延量の差ψ
１
が、ψ
１
≦１［ｄｅｇ］を満たすように設定されている請求項４に記載のレーザー干渉計。
【請求項６】
前記復調回路は、
前記第１フィルターから出力された前記第１乗算信号の振幅および前記第２フィルターから出力された前記第２乗算信号の振幅の少なくとも一方を調整する振幅調整部、
を有し、
前記振幅調整部は、
前記第１乗算信号の振幅および前記第２乗算信号の振幅を互いに揃えるように調整する機能と、
前記位相遅延量の差ψ
１
が反映された振幅変化量を相殺するように、前記第２乗算信号の振幅を調整する機能と、
を有する請求項４に記載のレーザー干渉計。
【請求項７】
前記第１位相調整器は、前記レーザー光受光信号に含まれる前記変調信号の基本周波数成分と同相になるように、前記基準信号の位相を調整する請求項１に記載のレーザー干渉計。
【請求項８】
前記復調回路は、
前記信号発振部と前記第２乗算器との間に設けられ、前記レーザー光受光信号に含まれる前記変調信号と同相になる位相に合わせるとともに、前記同相となる位相から、前記第１周波数の成分が前記ＤＣオフセット除去部の通過帯域における位相遅延量の差と同じ位相調整量が生じるように、前記基準信号の位相を調整する第２位相調整器、
を有する請求項７に記載のレーザー干渉計。
【請求項９】
前記復調回路は、
前記第１位相調整器と前記第２乗算器との間に設けられ、前記第１位相調整器から出力された前記基準信号の位相から、前記第１周波数の成分が前記ＤＣオフセット除去部の通過帯域における位相遅延量の差と同じ位相調整量が生じるように、前記基準信号の位相を調整する請求項７または８に記載のレーザー干渉計。
【請求項１０】
請求項１または２に記載のレーザー干渉計と、
移動ミラーを含む分光光学系を有し、試料に由来する分光スペクトル情報を生成する分光分析部と、
を備え、
前記レーザー干渉計は、前記移動ミラーの変位を計測し、
前記分光分析部は、前記レーザー干渉計による前記移動ミラーの変位の計測結果に基づいて、前記分光スペクトル情報を生成することを特徴とする分光装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー干渉計および分光装置に関するものである。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、動いている物の動きを把握するレーザードップラー計測装置が開示されている。レーザードップラー計測装置では、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被測定物の動きを計測する。具体的には、光ヘテロダイン干渉法により、レーザー光の周波数のシフト量を得るとともに、このシフト量から、動いている物の速度や変位を求める。
【０００３】
特許文献１に記載のレーザードップラー計測装置は、周波数シフター型の光変調器を備える。この光変調器は、厚みすべり振動する水晶ＡＴ振動子と、この振動子の変位方向に並設された複数の溝を含む回折格子と、を備える。この回折格子は、水晶ＡＴ振動子の振動方向と交差する方向に溝を有する。回折格子にレーザー光が照射されると、レーザー光が回折するとともに、レーザー光の周波数がシフトする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２０－１６５７００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、厚みすべり振動は、共振周波数が高い。このため、特許文献１に記載の光変調器によってレーザー光に重畳される変調信号の周波数も高くなる。そうすると、特許文献１に記載のレーザードップラー計測装置では、変調信号に対して演算処理を行う回路や、アナログ信号をデジタル信号に変換する回路を、高周波の信号に対応させる必要が生じる。その結果、これらの回路の高コスト化を招く。
【０００６】
そこで、復調回路で演算処理される信号の周波数を低下させることができ、復調回路の低コスト化が可能なレーザー干渉計の実現が課題となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の適用例に係るレーザー干渉計は、
対象物にレーザー光を照射し、前記対象物を経た前記レーザー光を受光して、前記対象物の変位を取得するレーザー干渉計であって、
前記レーザー光を射出するレーザー光源と、
振動素子を備え、前記振動素子を用いて前記レーザー光に変調信号を付加する光変調器と、
前記対象物で付加された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の強度変化を検出し、レーザー光受光信号を出力する受光素子と、
前記振動素子を源振として第１周波数の基準信号を発生させる信号発振部と、
前記基準信号に基づいて、前記レーザー光受光信号から前記サンプル信号を復調し、前記対象物の変位を取得する復調回路と、
を備え、
前記復調回路は、
前記レーザー光受光信号の直流成分のオフセットを除去するＤＣオフセット除去部と、
前記基準信号の位相を調整する第１位相調整器と、
前記ＤＣオフセット除去部から出力された前記レーザー光受光信号と前記第１位相調整器から出力された前記基準信号とを乗算し、第１乗算信号を出力する第１乗算器と、
前記第１乗算信号が含む高周波成分を除去する第１フィルターと、
前記第１乗算信号と前記第１位相調整器から出力された前記基準信号とを乗算し、第２乗算信号を出力する第２乗算器と、
前記第２乗算信号が含む高周波成分を除去する第２フィルターと、
前記第１フィルターから出力された信号と前記第２フィルターから出力された信号とに基づいて、前記サンプル信号として前記対象物に由来する位相を算出する位相算出器と、
を有する。
【０００８】
本発明の適用例に係る分光装置は、
本発明の適用例に係るレーザー干渉計と、
移動ミラーを含む分光光学系を有し、試料に由来する分光スペクトル情報を生成する分光分析部と、
を備え、
前記レーザー干渉計は、前記移動ミラーの変位を計測し、
前記分光分析部は、前記レーザー干渉計による前記移動ミラーの変位の計測結果に基づいて、前記分光スペクトル情報を生成する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
第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１の干渉光学系を示す概略構成図である。
図２に示す光変調器の構成例を示す斜視図である。
図２に示す光変調器の他の構成例を示す斜視図である。
レーザー光受光信号の級数表示におけるＤＣ項および高調波成分を表す項に含まれる係数を示す一覧表である。
図１に示すハイパスフィルターを通過する交流成分の位相遅延量の周波数特性の一例を示すグラフである。
図６に示す設計例において、位相遅延量の差ψ
１
が変位の計測精度に及ぼす影響をシミュレートした結果を示すグラフである。
図６に示す設計例において、位相遅延量の差ψ
１
が変位の正確度に及ぼす影響をシミュレートした結果を示すグラフである。
ＬＣＲ回路で構成されたハイパスフィルターにおいて、段数を１段、２段および３段に変化させたときのゲインの周波数特性（帯域特性）、および、位相遅延量の周波数特性（位相特性）を計算して作成したグラフである。
第３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。
第４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。
第５実施形態に係る分光装置を示す機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明のレーザー干渉計および分光装置を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
（【００１１】以降は省略されています）

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