(57)【要約】【課題】製造コストを抑制し且つ変調による影響を解消したレーザ干渉測長装置及びレーザ干渉測長方法を提供する。【解決手段】レーザ干渉測長装置は、レーザ光の干渉に基づき測長を行う。レーザ干渉測長装置は、変調信号Ｓｇ２にて変調されたレーザ光Ｌ１を生成するレーザ光生成部１０と、レーザ光生成部１０からのレーザ光Ｌ１を移動鏡３０に照射して測長情報を含んだ計測光Ｌ４を得ると共に計測光Ｌ４を参照光Ｌ２と干渉させて受光して測長情報を含んだ電気信号φＡ、φＢを生成する干渉計測部２０と、電気信号を所定周波数に同期するようにサンプリングしてサンプリング電気信号φＡ（ｎ）、φＢ（ｎ）を生成するサンプリング部４０と、信号φＡ（ｎ）、φＢ（ｎ）に基づき測長情報を算出する変位算出部５０と、変調信号Ｓｇ２に基づき、算出された測長情報に含まれる変調成分を除去する変調成分除去部６０とを備える。【選択図】図１
2010002244.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光の干渉に基づき測長を行うレーザ干渉測長装置であって、
所定周波数の変調信号にて変調されたレーザ光を生成するレーザ光生成部と、
当該レーザ光生成部からの前記レーザ光を測定対象物に照射して測長情報を含んだ計測光を得ると共に当該計測光を参照光と干渉させて受光部で受光して測長情報を含んだ電気信号を生成する干渉計測部と、
前記電気信号を所定周波数に同期するようにサンプリングしてサンプリング信号を生成するサンプリング部と、
前記サンプリング信号に基づき前記測長情報を算出する算出部と、
前記変調信号に基づき、前記算出された測長情報に含まれる変調成分を除去する変調成分除去部と
を備えることを特徴とするレーザ干渉測長装置。
【請求項２】
前記変調成分除去部は、
前記変調信号を所定周波数に同期するようにサンプリングしてサンプリング変調信号を生成する計測部と、
前記サンプリング変調信号の振幅を調整して第１補正信号を生成するゲイン調整部と、
前記第１補正信号の位相を調整して第２補正信号を生成する位相調整部と、
前記測長情報から前記第２補正信号を減算することにより前記変調成分を除去する合成部と
を備えることを特徴とする請求項１記載のレーザ干渉測長装置。
【請求項３】
前記位相調整部は、
ｋ（ｋは自然数）番目の前記第１補正信号とｋ＋１番目の前記第１補正信号とに基づく補間によって前記第２補正信号を生成する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のレーザ干渉測長装置。
【請求項４】
前記レーザ光生成部は、ヨウ素の所定の飽和吸収線に合わせるように前記レーザ光の中心波長を調整する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のレーザ干渉測長装置。
【請求項５】
レーザ光の干渉に基づき測長を行うレーザ干渉測長方法であって、
所定周波数の変調信号にて変調されたレーザ光を生成する工程と、
生成された前記レーザ光を測定対象物に照射して測長情報を含んだ計測光を得ると共に当該計測光を参照光と干渉させて受光部で受光して測長情報を含んだ電気信号を生成する工程と、
前記電気信号を所定周波数に同期するようにサンプリングしてサンプリング信号を生成する工程と、
前記サンプリング信号に基づき前記測長情報を算出する工程と、
前記変調信号に基づき、前記算出された測長情報に含まれる変調成分を除去する工程と
を備えることを特徴とするレーザ干渉測長方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光の干渉に基づき測長を行うレーザ干渉測長装置及びレーザ干渉測長方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザにより励起するＮｄ：ＹＡＧ結晶などを利得媒体として用いた連続波発振の５３２ｎｍ領域の固体レーザの波長は、長さの標準として用いられる。実際に、レーザ光の波長を用いて測長を行うためには、レーザ光が単一周波数、すなわち単一縦モードで発振する必要がある。
【０００３】
さらに、レーザ光の波長を用いて測長を行う場合、測長の不確かさを低減するには、レーザ光の周波数安定度を高くする必要がある。ヨウ素分子の吸収線の分光技術を用いたヨウ素安定化レーザでは、飽和吸収信号の中心に発振周波数を制御することで、高い周波数安定度のレーザ光を得ることができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
上記のようなヨウ素安定化レーザには、出射光に変調がかかっている変調光源、及び出射光に変調がかかっていない無変調光源の２つのタイプがある。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２７４４９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
レーザ干渉測長に変調光源を用いる場合、干渉信号に変調信号が重畳され、測長の不確かさが増大するという問題がある。一方、無変調光源は、ＡＯＭ(Acousto-Optic Modulator)又はＥＯＭ（Electro-Optic Modulator）等の光学素子を使用した外部変調方式を必要とするため、装置が複雑化し、その製造コストも増大する。
【０００７】
そこで、本発明は、レーザ光源の製造コストを抑制し且つレーザ干渉測長における変調による影響を解消したレーザ干渉測長装置及びレーザ干渉測長方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るレーザ干渉測長装置は、レーザ光の干渉に基づき測長を行うレーザ干渉測長装置であって、所定周波数の変調信号にて変調されたレーザ光を生成するレーザ光生成部と、当該レーザ光生成部からの前記レーザ光を測定対象物に照射して測長情報を含んだ計測光を得ると共に当該計測光を参照光と干渉させて受光部で受光して測長情報を含んだ電気信号を生成する干渉計測部と、前記電気信号を所定周波数に同期するようにサンプリングしてサンプリング信号を生成するサンプリング部と、前記サンプリング信号に基づき前記測長情報を算出する算出部と、前記変調信号に基づき、前記算出された測長情報に含まれる変調成分を除去する変調成分除去部とを備えることを特徴とする。
【０００９】
このような構成により、レーザ干渉測長装置は、変調成分除去部において、変調信号に基づき、算出された測長情報に含まれる変調成分を除去することができる。
【００１０】
前記変調成分除去部は、前記変調信号を所定周波数に同期するようにサンプリングしてサンプリング変調信号を生成する計測部と、前記サンプリング変調信号の振幅を調整して第１補正信号を生成するゲイン調整部と、前記第１補正信号の位相を調整して第２補正信号を生成する位相調整部と、前記測長情報から前記第２補正信号を減算することにより前記変調成分を除去する合成部とを備える構成であってもよい。さらに、前記位相調整部は、ｋ（ｋは自然数）番目の前記第１補正信号とｋ＋１番目の前記第１補正信号とに基づく補間によって前記第２補正信号を生成する構成であってもよい。また、前記レーザ光生成部は、ヨウ素の所定の飽和吸収線に合わせるように前記レーザ光の中心波長を調整する構成であってもよい。
【００１１】
本発明に係るレーザ干渉測長方法は、レーザ光の干渉に基づき測長を行うレーザ干渉測長方法であって、所定周波数の変調信号にて変調されたレーザ光を生成する工程と、生成された前記レーザ光を測定対象物に照射して測長情報を含んだ計測光を得ると共に当該計測光を参照光と干渉させて受光部で受光して測長情報を含んだ電気信号を生成する工程と、前記電気信号を所定周波数に同期するようにサンプリングしてサンプリング信号を生成する工程と、前記サンプリング信号に基づき前記測長情報を算出する工程と、前記変調信号に基づき、前記算出された測長情報に含まれる変調成分を除去する工程とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、製造コストを抑制し且つレーザ干渉測長における変調による影響を解消したレーザ干渉測長装置及びレーザ干渉測長方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るレーザ干渉測長装置、及びレーザ干渉測長方法について説明する。
【００１４】
（本実施形態に係るレーザ干渉測長装置の構成）
先ず、図１を参照して、本発明の実施形態に係るレーザ干渉測長装置の構成を説明する。図１は、本発明の実施形態に係るレーザ干渉測長装置の構成概略図である。本実施形態に係るレーザ干渉測長装置は、所謂、シングルパスマイケルソン型に構成されている。図１に示すように、本実施形態に係るレーザ干渉測長装置は、レーザ光生成部１０、干渉計測部２０、移動鏡（測定対象物）３０、サンプリング部４０、変位算出部（算出部）５０、及び変調成分除去部６０を備える。
【００１５】
レーザ光生成部１０は、変調周波数ｆｍの変調信号Ｓｇ２にて変調されたレーザ光Ｌ１を生成する機能を有する。干渉計測部２０は、レーザ光生成部１０からのレーザ光Ｌ１を光分割合成部２０ａにおいて移動鏡（測定対象物）３０に照射して測長情報を含んだレーザ光Ｌ４（計測光）を得る。干渉計測部２０は、レーザ光Ｌ４を受光部２０ｂで受光して測長情報を含んだ第１、第２電気信号φＡ、φＢを生成する。移動鏡３０は、干渉計測部２０からのレーザ光Ｌ３を反射させる。サンプリング部４０は、サンプリング周波数ｆｓに同期するように第１、第２電気信号φＡ、φＢをサンプリングする。変位算出部５０は、移動鏡３０に係る測長情報（変位情報）Ｐ１（ｎ）を算出する。変調成分除去部６０は、測長情報Ｐ１（ｎ）に含まれる変調成分を除去する。各部の構成の詳細は、以下において順に説明する。
【００１６】
次に、図２を参照して、レーザ光生成部１０の構成の詳細について説明する。図２は、レーザ光生成部１０の概略図である。
【００１７】
レーザ光生成部１０は、励起用レーザ光発生部１１、レーザ共振部１２、分光検出部１３、及びレーザ周波数制御部１４を有する。
【００１８】
励起用レーザ光発生部１１は、所定の電流を与えられることにより波長８０８ｎｍの励起光Ｌ１１を放出する。
【００１９】
レーザ共振部１２は、励起光Ｌ１１の光路に順次配置されたＮｄ：ＹＶＯ４結晶１２１、ＫＴＰ結晶１２２、エタロン１２３、反射鏡１２４、及びアクチュエータ１２５を有する。
【００２０】
Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶１２１は、ダイオードレーザ励起固体レーザ用の結晶である。Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶１２１は、励起光Ｌ１１の照射により、Ｎｄ原子が励起され、誘導輻射から波長１０６４ｎｍの光を発光する。Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶１２１は、励起用レーザ光発生部１１側の側面に、波長１０６４ｎｍの光を反射するコーティングを有する。
【００２１】
ＫＴＰ結晶１２２は、非線形光学結晶である。ＫＴＰ結晶１２２は、誘導輻射による波長１０６４ｎｍの光の一部を２次高調波である５３２ｎｍの光とする。
【００２２】
エタロン１２３は、高反射フィルタを向かい合わせに配置した構成を有する。エタロン１２３は、周波数フィルタとしての機能を有する。
【００２３】
反射鏡１２４は、波長１０６４ｎｍの光を反射し、波長５３２ｎｍの光を透過するようにコーティングを有する。上記構成のように、波長１０６４ｎｍの光に対してのみ、Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶１２１と反射鏡１２４によって共振器が構成される。
【００２４】
アクチュエータ１２５は、ピエゾ素子にて構成されている。アクチュエータ１２５は、印加する電圧により変形（膨張、伸縮）する。つまり、アクチュエータ１２５は、その変形により反射鏡１２４をＮｄ：ＹＶＯ４結晶１２１に対して相対移動させ、共振器長を変化させる。共振器長を制御することにより、レーザ共振部１２は、５３２ｎｍのレーザ光Ｌ１２を照射する。
【００２５】
分光検出部１３は、レーザ光分割部１３１、及びレーザ光検出部１３２を有する。レーザ光分割部１３１は、レーザ光Ｌ１２を分割し、レーザ光Ｌ１及びレーザ光Ｌ１３を生成する。レーザ光分割部１３１は、レーザ光Ｌ１を干渉計測部２０へと導光し、レーザ光Ｌ１３をレーザ光検出部１３２へと導光する。レーザ光Ｌ１は、測長用に使用され、レーザ光Ｌ１３は、周波数安定化のための参照用に使用される。レーザ光検出部１３２は、ヨウ素セル１３２ａを有する。レーザ光検出部１３２は、レーザ光Ｌ１３をヨウ素セル１３２ａに透過させるように構成されている。レーザ光Ｌ１３においては、ヨウ素セル１３２ａを透過する際に、所定の幅をもつ発振周波数の光がヨウ素に吸収される。一方、その所定の幅をもつ発振周波数内の特定の周波数（共鳴周波数）においては、飽和により、ヨウ素による光の吸収は減少する。したがって、レーザ光Ｌ１３は、ヨウ素セル１３２ａ（レーザ光検出部１３２）を透過することにより、レーザ周波数の制御のための検出光Ｌ１４となる。
【００２６】
レーザ周波数制御部１４は、光信号検出部１４１、ロックインアンプ１４２、アクチュエータ制御部１４３、変調波発生部１４４、及び制御電圧生成部１４５を有する。
【００２７】
光信号検出部１４１は、レーザ光検出部１３２からの検出光Ｌ１４を検出する。光信号検出部１４１は、検出光Ｌ１４に基づき光出力信号Ｓｇ１を生成する。光信号検出部１４１は、光出力信号Ｓｇ１をロックインアンプ１４２へ出力する。
【００２８】
ロックインアンプ１４２は、入力された光出力信号Ｓｇ１を変調周波数３ｆｍの変調信号Ｓｇ３で復調し、３次微分信号Ｓｇ４を生成する。ロックインアンプ１４２は、生成した３次微分信号Ｓｇ４をアクチュエータ制御部１４３へ出力する。
【００２９】
アクチュエータ制御部１４３は、例えば、パーソナルコンピュータにて構成されている。アクチュエータ制御部１４３は、各種プログラムを格納する記憶部、及びそのプログラムを読み出し実行する制御部を有する。アクチュエータ制御部１４３は、格納した各種プログラムに従って、レーザ光Ｌ１の発振周波数を制御する。アクチュエータ制御部１４３は、入力された３次微分信号Ｓｇ４に基づき、アクチュエータ制御信号Ｓｇ５を生成する。アクチュエータ制御部１４３は、アクチュエータ制御信号Ｓｇ５を制御電圧生成部１４５へ出力する。
【００３０】
図３は、光出力信号Ｓｇ１、及び３次微分信号Ｓｇ４を示す図である。図３に示すように、所定の周波数領域における３次微分信号Ｓｇ４には、ピーク及びバレーにて構成される複数の飽和吸収線Ｑ１〜Ｑｎ（ｎは自然数）が観測される。
【００３１】
変調波発生部１４４は、変調周波数ｆｍの変調信号Ｓｇ２を制御電圧生成部１４５、及び変調成分除去部６０へ出力する。変調波発生部１４４は、変調周波数３ｆｍの変調信号Ｓｇ３をロックインアンプ１４２へ出力する。
【００３２】
制御電圧生成部１４５は、アクチュエータ制御信号Ｓｇ５に基づき、所定の制御電圧を生成する。さらに、制御電圧生成部１４５は、生成した制御電圧を変調信号Ｓｇ２によって変調させ、変調制御電圧Ｓｇ６を生成する。制御電圧生成部１４５は、変調制御電圧Ｓｇ６をアクチュエータ１２５に印加する。これにより、アクチュエータ１２５が駆動され、レーザ共振部１２において、Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶１２１と反射鏡１２４との間の共振器長は、所望の長さとなり、レーザ光Ｌ１は、所望の周波数となる。
【００３３】
続いて、再び図１を参照して、干渉計測部２０の構成の詳細について説明する。
【００３４】
干渉計測部２０は、図１に示すように、光分割合成部２０ａ、及び受光部２０ｂを有する。光分割合成部２０ａは、レーザ光生成部１０からのレーザ光Ｌ１を移動鏡（測定対象物）３０に照射するレーザ光Ｌ３（測定光）と固定鏡（参照面）２４に照射するレーザ光（参照光）Ｌ２とに分割すると共に、固定鏡２４で反射したレーザ光Ｌ２と移動鏡（測定対象物）３０で反射したレーザ光Ｌ３を合成（干渉）させてレーザ光Ｌ４とする。受光部２０ｂは、レーザ光Ｌ４を受光すると共にそのレーザ光Ｌ４に基づく第１、第２電気信号φＡ、φＢを生成する。
【００３５】
光分割合成部２０ａは、偏光板（Ｐ）２１、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２２、第１及び第２のλ／４板（ＱＷＰ）２３ａ，２３ｂ、固定鏡２４、λ／２板２５を有する。偏光板２１は、レーザ光Ｌ１にて照射される位置に設けられている。偏光ビームスプリッタ２２は、偏光板２１を介した光が照射される位置に設けられている。第１のλ／４板２３ａは、偏光ビームスプリッタ２２にて反射された光が照射される位置に設けられている。第２のλ／４板２３ｂは、偏光ビームスプリッタ２２を透過した光が照射される位置に設けられている。固定鏡２４は、第１のλ／４板２３ａを介した光が照射される位置に設けられている。λ／２板２５は、第１、第２のλ／４板２３ａ、２３ｂを介して偏光ビームスプリッタ２２にて干渉させた光が照射される位置に設けられている。
【００３６】
受光部２０ｂは、ビームスプリッタ（ＢＳ）２６、第３のλ／４板（ＱＷＰ）２３ｃ、及び第１，第２フォトディテクタ（ＰＤ）２７ａ，２７ｂを有する。ビームスプリッタ２６は、λ／２板２５を介した光が照射される位置に設けられている。第３のλ／４板２３ｃは、ビームスプリッタ２６を透過した光が照射される位置に設けられている。第１フォトディテクタ２７ａは、ビームスプリッタ２６にて反射した光が照射される位置に設けられている。第２フォトディテクタ２７ｂは、第３のλ／４板２３ｃを介した光が照射される位置に設けられている。
【００３７】
干渉計測部２０において、先ず、レーザ光生成部１０からのレーザ光Ｌ１は、偏光板２１を介して偏光ビームスプリッタ２２に照射される。レーザ光Ｌ１は、偏光ビームスプリッタ２２にて、レーザ光Ｌ２及びレーザ光Ｌ３に分割される。
【００３８】
レーザ光Ｌ２は、第１のλ／４板２３ａを介して固定鏡２４にて反射され、再び第１のλ／４板２３ａを通り偏光ビームスプリッタ２２へと照射される。一方、レーザ光Ｌ３は、第２のλ／４板２３ｂを介して移動鏡３０にて反射され、再び第２のλ／４板２３ｂを通り偏光ビームスプリッタ２２へと照射される。
【００３９】
続いて、偏光ビームスプリッタ２２にて、固定鏡２４にて反射されたレーザ光Ｌ２、及び移動鏡３０にて反射されたレーザ光Ｌ３は、合成されレーザ光Ｌ４とされる。レーザ光Ｌ４は、λ／２板２５を介してビームスプリッタ２６に照射される。
【００４０】
レーザ光Ｌ４は、ビームスプリッタ２６にて、レーザ光Ｌ５及びレーザ光Ｌ６に分割される。レーザ光Ｌ５は、第１フォトディテクタ２７ａにて検出される。第１フォトディテクタ２７ａは、レーザ光Ｌ５に基づく第１電気信号φＡをサンプリング部４０に出力する。一方、レーザ光Ｌ６は、第３のλ／４板２３ｃを介して、レーザ光Ｌ５から９０度位相がずれたレーザ光Ｌ７となる。そして、レーザ光Ｌ７は、第２フォトディテクタ２７ｂにて検出される。第２フォトディテクタ２７ｂは、レーザ光Ｌ７に基づく第２電気信号φＢをサンプリング部４０に出力する。
【００４１】
ここで、第１、第２電気信号φＡ、φＢは、以下の（数式１）及び（数式２）で表すことができる。なお、後述する測長情報Ｐ１（ｎ）がピッチ「λ１」変化すると、（数式１）及び（数式２）における「θ」は、「２πｒａｄ」変化する。「λ１」は、レーザ光Ｌ１の波長の１／２の値である。「Δθ」は、位相の変動成分である。すなわち、レーザ光Ｌ１の発振周波数は、変調信号Ｓｇ２（変調周波数ｆｍ）で変調されているので、その影響が、位相の変動成分「Δθ」として現れる。同様に、ピッチ「λ１」にも、変動成分「Δθ」に基づくピッチの変動成分「Δλ１」が現れる。
【００４２】
【数１】
2010002244.tif 000003
【００４３】
次に、図１を参照して、移動鏡３０の構成の詳細について説明する。移動鏡３０は、図１に示すように、レーザ光Ｌ３を反射させるように構成されている。また、移動鏡３０は、偏光ビームスプリッタ２２から離れる方向又は近づく方向に移動可能に構成されている。
【００４４】
続いて、図１を参照して、サンプリング部４０の構成の詳細について説明する。サンプリング部４０は、第１Ａ／Ｄコンバータ４１、及び第２Ａ／Ｄコンバータ４２を有する。
【００４５】
第１Ａ／Ｄコンバータ４１は、サンプリング周波数ｆｓに同期するように第１電気信号φＡをサンプリングする。第１Ａ／Ｄコンバータ４１は、サンプリングした第１電気信号φＡ（ｎ）（以下、第１サンプリング電気信号）を変位算出部５０に出力する。
【００４６】
第２Ａ／Ｄコンバータ４２は、サンプリング周波数ｆｓに同期するように第２電気信号φＢをサンプリングする。第２Ａ／Ｄコンバータ４２は、サンプリングした第２電気信号φＢ（ｎ）（以下、第２サンプリング電気信号）を変位算出部５０に出力する。
【００４７】
ここで、上記第１、第２サンプリング電気信号φＡ（ｎ）、φＢ（ｎ）は、以下の（数式３）及び（数式４）で表すことができる。（数式３）及び（数式４）における「ｎ」は、サンプリングした番号を示す。
【００４８】
【数２】
2010002244.tif 000004
【００４９】
次に、図１を参照して、変位算出部５０の構成の詳細について説明する。変位算出部５０は、コンピュータにて構成されている。変位算出部５０は、移動鏡３０に係る測長情報Ｐ１（ｎ）を以下に示す（数式５）を用いて算出する。測長情報Ｐ１（ｎ）は、移動鏡３０の変位ΔＤに関する情報である。変位算出部５０は、算出した測長情報Ｐ１（ｎ）を変調成分除去部６０に出力する。なお、変位算出部５０は、ピッチ「λ１」に変動「Δλ１」が生じないものとして移動鏡３０の測長情報Ｐ１（ｎ）を算出する。
【００５０】
【数３】
2010002244.tif 000005
【００５１】
次に、図１を参照して、変調成分除去部６０の構成の詳細について説明する。変調成分除去部６０は、変調信号Ｓｇ２に基づき、算出された測長情報Ｐ１（ｎ）に含まれる変調成分を除去する。より具体的には、変調信号除去部６０は、変調信号Ｓｇ２に基づき生成した第２補正信号ＰＣ２（ｎ）を測長情報Ｐ１（ｎ）から減算することで、変調成分を除去する。
【００５２】
変調成分除去部６０は、Ａ／Ｄコンバータ（計測部）６１、ゲイン調整部６２、位相調整部６３、及び合成部６４を備える。
【００５３】
Ａ／Ｄコンバータ６１は、サンプリング周波数ｆｓに同期して変調信号Ｓｇ２をサンプリングする。Ａ／Ｄコンバータ６１は、サンプリングした変調信号Ｓｇ２（ｎ）（以下、サンプリング変調信号）をゲイン調整部６２に出力する。
【００５４】
ゲイン調整部６２は、サンプリング変調信号Ｓｇ２（ｎ）の振幅（ゲイン）を調整して第１補正信号ＰＣ１（ｎ）を生成する。すなわち、ゲイン調整部６２は、以下の（数式６）に示すように、サンプリング変調信号Ｓｇ２（ｎ）に係数Ａ１（ｍｍ／Ｖ）を掛けて、第１補正信号ＰＣ１（ｎ）を生成する。ゲイン調整部６２は、第１補正信号ＰＣ１（ｎ）を位相調整部６３へ出力する。
【００５５】
【数４】
2010002244.tif 000006
【００５６】
ここで、上述したように測長情報Ｐ１（ｎ）には変調信号Ｓｇ２による影響が含まれている。すなわち、測長情報Ｐ１（ｎ）は、変調信号Ｓｇ２の変調周波数ｆｍで変動し、測長情報Ｐ１（ｎ）に含まれる変調成分の振幅（ｍｍ）は、変調信号Ｓｇ２の振幅（Ｖ）に比例する。その比例係数は、上記（数式６）に示した「Ａ１」である。
【００５７】
また、変調信号Ｓｇ２の振幅は一定なので、出力されるレーザ光Ｌ１の周波数変調幅も一定となる。レーザ光Ｌ１の周波数変調波幅が一定であれば、測長情報Ｐ１（ｎ）に含まれる変調成分の振幅も一定となるため、係数Ａ１は定数として扱うことができる。
【００５８】
位相調整部６３は、第１補正信号ＰＣ１（ｎ）の位相を調整して第２補正信号ＰＣ２（ｎ）を生成する。すなわち、位相調整部６３は、第１補正信号ＰＣ１（ｎ）に基づき、以下の（数式７）に示す演算を行い、第２補正信号ＰＣ２（ｎ）を生成する。位相調整部６３は、第２補正信号ＰＣ２（ｎ）を合成部６４に出力する。
【００５９】
【数５】
2010002244.tif 000007
【００６０】
上記（数式７）に示す”ｎ−Ｎ”は、「”ｎ”番目から”Ｎ”番前のサンプリング」を意味している。ここで、サンプリング変調信号Ｓｇ２（ｎ）に含まれる変調成分と測長情報Ｐ１（ｎ）に含まれる変調成分との位相差を「Δα」とした場合、「Ｎ」は、以下に示す（数式８）で表すことができる。なお、上述したように、「ｆｍ」は、変調信号Ｓｇ２の変調周波数、「ｆｓ」は、サンプリング周波数である。
【００６１】
【数６】
2010002244.tif 000008
【００６２】
なお、（数式８）において、位相差Δαは、制御電圧生成部１４５及びアクチュエータ（ピエゾ素子）１２５の応答、Ａ／Ｄコンバータ４１、４２、６１の変換時間などにより発生する。しかしながら、変調周波数ｆｍ及びサンプリング周波数ｆｓは一定なので、位相差Δαも一定となり、「Ｎ」を定数として扱うことができる。
【００６３】
ここで、（数式８）の「Ｎ」は整数とは限らない。図４を参照して、他の方式による第２補正信号ＰＣ２（ｎ）の生成方法について説明する。位相調整部６３は、図４に示すように、上記（数式８）の「Ｎ」が整数でない場合に、以下の（数式９）を用いた線形補間により第２補正信号ＰＣ２（ｎ）を求める。換言すると、位相調整部６３は、ｋ（ｋは自然数）番目の第１補正信号ＰＣ１（ｋ）とｋ＋１番目の第１補正信号ＰＣ１（ｋ＋１）とに基づく補間によって第２補正信号ＰＣ２（ｎ）を生成する。
【００６４】
【数７】
2010002244.tif 000009
【００６５】
合成部６４は、以下の（数式１０）を用いて、測長情報Ｐ１（ｎ）から第２補正信号ＰＣ２（ｎ）を減算し、変調成分が除去された測長情報Ｐ２（ｎ）を生成し、出力する。
【００６６】
【数８】
2010002244.tif 000010
【００６７】
なお、上記演算に用いられる係数Ａ１、及び位相差Δαは、例えば、以下のように求めることができる。すなわち、先ず、移動鏡３０を固定した時のサンプリング変調信号Ｓｇ２（ｎ）及び測長情報Ｐ２（ｎ）に含まれる変調成分を観測する。次に、その変調成分が最小となるように、係数Ａ１、及び位相差Δαを求める。
【００６８】
（本実施形態に係るレーザ干渉測長装置の動作）
次に、図５を参照して、本実施形態に係るレーザ干渉測長装置の動作について説明する。図５は、本実施形態に係るレーザ干渉測長装置の動作を示すフローチャートである。
【００６９】
先ず、図５に示すように、レーザ光生成部１０（レーザ周波数制御部１４）において、アクチュエータ制御部１４３は、レーザ光Ｌ１３の発振周波数を所定の飽和吸収線Ｑｋに合わせるように、アクチュエータ制御信号Ｓｇ５を生成する（ステップＳ１０１）。
【００７０】
続いて、制御電圧生成部１４５は、アクチュエータ制御信号Ｓｇ５に基づき、変調信号Ｓｇ２の変調周波数ｆｍにて変調した変調制御電圧Ｓｇ６を生成する（ステップＳ１０２）。
【００７１】
つまり、ステップＳ１０１及びステップＳ１０２の工程において、アクチュエータ１２５にて共振部１２の共振器長が制御される。これにより、レーザ光生成部１０は、変調周波数ｆｍの変調信号Ｓｇ２にて変調されたレーザ光Ｌ１を生成する。
【００７２】
次に、干渉計測部２０は、レーザ光Ｌ１を移動鏡３０に照射して測長情報を含んだレーザ光（計測光）Ｌ４を得ると共にレーザ光Ｌ４を受光部２０ｂで受光して測長情報を含んだ第１、第２電気信号φＡ，φＢを生成する（ステップＳ１０３）。
【００７３】
続いて、サンプリング部４０は、サンプリング周波数ｆｓに同期して第１、第２電気信号φＡ、φＢをサンプリングし、第１、第２サンプリング電気信号φＡ（ｎ）、φＢ（ｎ）を生成する（ステップＳ１０４）。
【００７４】
次に、変位算出部５０は、上述したように第１、第２サンプリング電気信号φＡ（ｎ）、φＢ（ｎ）に基づき、測長情報Ｐ１（ｎ）を生成する（ステップＳ１０５）。
【００７５】
続いて、変調成分除去部６０は、変調信号Ｓｇ２に基づき測長情報Ｐ１（ｎ）に含まれる変調成分を除去し、測長情報Ｐ２（ｎ）を生成する（ステップＳ１０６）。以上で、本実施形態に係るレーザ干渉測長装置の動作は、終了する。
【００７６】
次に、図６を参照して上記ステップＳ１０６について、より詳細に説明する。図６は、ステップＳ１０６を詳細に説明するフローチャートである。
【００７７】
図６に示すように、先ず、Ａ／Ｄコンバータ６１は、サンプリング周波数ｆｓに同期して、変調信号Ｓｇ２をサンプリングし、サンプリング変調信号Ｓｇ２（ｎ）
を生成する（ステップＳ２０１）。
【００７８】
次に、ゲイン調整部６２は、サンプリング変調信号Ｓｇ２（ｎ）の振幅を調整して、第１補正信号ＰＣ１（ｎ）を生成する（ステップＳ２０２）。
【００７９】
続いて、位相調整部６３は、第１補正信号ＰＣ１（ｎ）の位相を調整して第２補正信号ＰＣ２（ｎ）を生成する（ステップＳ２０３）。
【００８０】
次に、合成部６４は、測長情報Ｐ１（ｎ）から第２補正信号ＰＣ２（ｎ）を減算し、変調成分が除去された測長情報Ｐ２（ｎ）を生成し、出力する（ステップＳ２０４）。以上で、ステップＳ１０６に係るレーザ干渉測長装置の動作は、終了する。
【００８１】
（本実施形態に係るレーザ干渉測長装置の効果）
次に、図７〜図１４を参照して、本実施形態に係るレーザ干渉測長装置の効果について説明する。
【００８２】
先ず、図７〜図１１を参照し、シミュレーション結果を用いて、本実施形態に係るレーザ干渉測長装置の効果を説明する。図７〜図１１は、本実施形態に係るレーザ干渉測長装置のシミュレーション結果を示す図である。図７は、時間に伴う第１、第２サンプリング電気信号φＡ（ｎ）、φＢ（ｎ）の強度変化を示す図である。図８は、時間に伴う測長情報Ｐ１（ｎ）（λ１にて正規化）の変化を示す図である。図９は、測長情報Ｐ１（ｎ）のＦＦＴ解析の結果を示す図である。図１０は、時間に伴う測長情報Ｐ２（ｎ）（λ１にて正規化）の変化を示す図である。図１１は、測長情報Ｐ２（ｎ）のＦＦＴ解析の結果を示す図である。
【００８３】
図７〜図１１に示すシミュレーションは、以下に示す条件に従って行った。
・移動鏡３０の移動速度                        １秒あたり５０λ１
・変調信号Ｓｇ２の変調周波数ｆｍ              １［ｋＨｚ］
・変調信号Ｓｇ２の振幅                        ０．１［Ｖ］
・測長情報Ｐ１（ｎ）の変調成分の振幅          λ１の１％
・位相差Δα                                  ０［ｒａｄ］
・サンプリング周波数ｆｓ                      １０［ｋＨｚ］
【００８４】
上述したように、第１、第２サンプリング電気信号φＡ（ｎ）、φＢ（ｎ）は、レーザ光Ｌ１の変調（変調信号Ｓｇ２）の影響を受けている。したがって、図７に示すように、その波形は、ノイズがのったサインカーブとなっている。このノイズは、図８に示すように、測長情報Ｐ１（ｎ）にも影響を与え、測長情報Ｐ１（ｎ）にもノイズが確認される。また、図９に示すように、そのＦＦＴ解析結果において、周波数１ｋＨｚ（変調信号Ｓｇ２の変調周波数ｆｍ）にピーク（ノイズ）が確認される。
【００８５】
一方、図１０に示すように、変調成分除去部６０にて生成した測長情報Ｐ２（ｎ）には、ノイズが確認されない。また、図１１に示すように、そのＦＦＴ解析結果において、上記図９と異なり、周波数１ｋＨｚ（変調信号Ｓｇ２の変調周波数ｆｍ）にピーク（ノイズ）は、確認されない。
【００８６】
以上、シミュレーション結果に示すように、本実施形態におけるレーザ干渉測長装置は、変調成分除去部６０によって、測長情報Ｐ１（ｎ）に含まれる変調成分の影響を取り除くことができる。
【００８７】
次に、図１２を参照し、第１、第２電気信号φＡ、φＢの変動に対する効果について説明する。図１２は、第１、第２電気信号φＡ、φＢによるリサージュ波形を示す図である。
【００８８】
第１、第２電気信号φＡ、φＢは、移動鏡３０の反射率等の影響で、上記（数式１）及び（数式２）に示す振幅が変動し、図１２に示すようにＲ倍されることがある。これに伴い、第１、第２サンプリング電気信号φＡ（ｎ）、φＢ（ｎ）も、Ｒ倍されることになる。この場合、サンプリング部４０は、以下の（数式１１）及び（数式１２）にて示すように、Ｒ倍された第１、第２サンプリング電気信号φ１Ａ（ｎ）、φ１Ｂ（ｎ）を出力する。
【００８９】
【数９】
2010002244.tif 000011
【００９０】
一方、変位算出部５０にて算出される測長情報Ｐ１（ｎ）は、以下の（数式１３）に示すように、第１、第２電気信号φＡ、φＢの変動に関わらず、一定である。
【００９１】
【数１０】
2010002244.tif 000012
【００９２】
つまり、本実施形態におけるレーザ干渉測長装置は、第１、第２サンプリング電気信号φＡ、φＢに対して補正を直接行うのではなく、測長情報Ｐ１（ｎ）に対して補正を行う。これにより、本実施形態におけるレーザ干渉測長装置は、第１、第２電気信号φＡ、φＢの振幅の変動（反射率等）の影響を受けずに測長情報Ｐ１（ｎ）から変調成分の除去を行うことができる。
【００９３】
次に、図１３及び図１４を参照して、サンプリング周波数ｆｓ、及び位相差Δαに伴う、効果を説明する。図１３は、サンプリング周波数ｆｓを変調周波数ｆｍの２〜２０倍に変化させたときの測長情報Ｐ２（ｎ）に含まれる変調周波数ｆｍの周波数成分を示す図である。図１４は、位相差Δαを０〜２πｒａｄに変化させたときの測長情報Ｐ２（ｎ）に含まれる変調周波数ｆｍの周波数成分を示す図である。
【００９４】
図１３及び図１４に示すように、サンプリング周波数ｆｓを大きくすると、変調周波数ｆｍの周波数成分が小さくなることが確認できる。また、図１３に示すように、上記（数式８）の「Ｎ」が整数となる場合に、変調周波数ｆｍの周波数成分が小さくなることが確認できる。
【００９５】
つまり、本実施形態に係るレーザ干渉測長装置は、サンプリング周波数ｆｓを十分に大きく設定する（例えば、２０ｆｍ）ことにより、変調周波数ｆｍの周波数成分を抑えることができる。
【００９６】
或いは、本実施形態に係るレーザ干渉測長装置は、（数式８）の「Ｎ」が整数となるようにサンプリング周波数ｆｓ及び位相差Δαを設定することにより、変調周波数ｆｍの周波数成分を抑えることができる。位相差Δαの設定は、制御電圧生成部１４５等の位相特性を調整することにより行うことができる。
【００９７】
（その他実施形態）
以上、レーザ干渉測長装置の一実施形態を説明してきたが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更、追加、置換等が可能である。
【００９８】
例えば、上記実施形態のレーザ干渉測長装置は、図３に示すようにヨウ素による飽和吸収線でレーザ光Ｌ１の発振周波数を制御する構成であるが、本発明に係るレーザ干渉測長装置は、その構成に限定されるものではない。
【００９９】
また、上記実施形態のレーザ干渉測長装置は、図４に示すように線形補間により第２補正信号ＰＣ２（ｎ）を求める構成であるが、本発明に係るレーザ干渉測長装置は、他の補間方式により第２補正信号ＰＣ２（ｎ）を求める構成であってもよい。
【０１００】
また、上記実施形態のレーザ干渉測長装置は、ディジタル処理を用いた構成であるが、本発明に係るレーザ干渉測長装置は、アナログ処理を用いた構成であってもよい。
【０１０１】
また、上記実施形態のレーザ干渉測長装置は、シングルパスマイケルソン型干渉計であるが、本発明に係るレーザ干渉測長装置は、変調レーザ光源を用いたレーザ干渉測長装置全般に適応可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の実施形態に係るレーザ干渉測長装置の構成概略図である。
【図２】図１に示すレーザ光生成部１０の概略図である。
【図３】本発明の実施形態に係るレーザ干渉測長装置の制御時に検出する光出力信号Ｓｇ１、及び３次微分信号Ｓｇ４を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係るレーザ干渉測長装置における、他の方式による第２補正信号ＰＣ２（ｎ）の生成方法を説明する図である。
【図５】本発明の実施形態に係るレーザ干渉測長装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】図５のステップＳ１０６を詳細に説明するフローチャートである。
【図７】本実施形態のシミュレーション結果における、時間に伴う第１、第２サンプリング電気信号φＡ（ｎ）、φＢ（ｎ）の強度変化を示す図である。
【図８】本実施形態のシミュレーション結果における、時間に伴う測長情報Ｐ１（ｎ）の変化を示す図である。
【図９】本実施形態のシミュレーション結果における、測長情報Ｐ１（ｎ）のＦＦＴ解析の結果を示す図である。
【図１０】本実施形態のシミュレーション結果における、時間に伴う測長情報Ｐ２（ｎ）の変化を示す図である。
【図１１】本実施形態のシミュレーション結果における、測長情報Ｐ２（ｎ）のＦＦＴ解析の結果を示す図である。
【図１２】本実施形態における、第１、第２電気信号φＡ、φＢによるリサージュ波形を示す図である。
【図１３】本実施形態における、サンプリング周波数ｆｓを変調周波数ｆｍの２〜２０倍に変化させたときの測長情報Ｐ２（ｎ）に含まれる変調周波数ｆｍの周波数成分を示す図である。
【図１４】本実施形態における、位相差Δαを０〜２πｒａｄに変化させたときの測長情報Ｐ２（ｎ）に含まれる変調周波数ｆｍの周波数成分を示す図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１０…レーザ光生成部、１１…励起用レーザ光発生部、１２…レーザ共振部、１３…分光検出部、１４…レーザ周波数制御部、２０…干渉計測部、２０ａ…光分割合成部、２０ｂ…受光部、３０…移動鏡、４０…サンプリング部、５０…変位算出部、６０…変調成分除去部。
【図１】
2010002244.tif 000013
【図２】
2010002244.tif 000014
【図３】
2010002244.tif 000015
【図４】
2010002244.tif 000016
【図５】
2010002244.tif 000017
【図６】
2010002244.tif 000018
【図７】
2010002244.tif 000019
【図８】
2010002244.tif 000020
【図９】
2010002244.tif 000021
【図１０】
2010002244.tif 000022
【図１１】
2010002244.tif 000023
【図１２】
2010002244.tif 000024
【図１３】
2010002244.tif 000025
【図１４】
2010002244.tif 000026