(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電アクチュエータの一端に鏡を付着し、前記圧電アクチュエータに印加する電圧によって前記鏡の位置を変える変位鏡装置において、
残り端に重りを付着した前記圧電アクチュエータを、長手方向の１点において固定し、前記圧電アクチュエータの前記１点から前記鏡までの第１の部分と前記１点から前記重りまでの第２の部分をそれぞれ同一の電圧で駆動したときに生じる第１の部分の変位をΔＬとし第２の部分の変位をΔＬ′としたときに、前記鏡の質量とΔＬとの第１の積と、前記重りの質量とΔＬ′との第２の積を等しくしたことを特徴とする変位鏡装置。
【請求項２】
前記圧電アクチュエータに前記鏡を付着する第１の器具と、前記圧電アクチュエータに前記重りを付着する第２の器具とを備え、
前記鏡の質量に代えて前記鏡と前記第１の器具の質量の合計を、前記重りの質量に代えて前記重りと前記第２の器具の質量の合計を、前記第１及び第２の積の計算に用いることを特徴とする請求項１に記載の変位鏡装置。
【請求項３】
前記圧電アクチュエータが、前記１点で接合された別個の圧電アクチュエータからなり、各該圧電アクチュエータが個別に駆動されることを特徴とする請求項１又は２に記載の変位鏡装置。
【請求項４】
前記１点において前記圧電アクチュエータを固定する支持枠と、該支持枠を介して前記圧電アクチュエータを保持する外筒と、該外筒を介して変位鏡装置全体が装着されるマウントとを有し、該マウントと前記外筒との結合点と前記支持枠が整列するように形成して、前記マウントによる保持面上に変位鏡装置の重心がほぼ乗るようにしたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の変位鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、干渉計や光共振器などにおいて光路長を電気的に変化させる目的で用いられる変位鏡装置に関し、特に圧電アクチュエータの一端に鏡を付着し、その圧電アクチュエータに印加する電圧によって鏡の位置を変える変位鏡装置に関する。本発明は、比較的に高速に光路長を変える際に、有限の質量を有する鏡の運動に不可避的に伴う振動を抑制することで、安定な光路長変化を実現可能にしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、この種の変位鏡装置を用いて光路長が高精度に制御された干渉計や光共振器の応用が隆盛してきている。例えば、測定用干渉系では、外乱に抗して光路長差が長時間一定に保たれれば、実質的測定時間が増し、ひいては精度・感度が向上する。このために、干渉信号を変位鏡装置に帰還して、光路長差を動的に安定化する。また、変位鏡装置をレーザ共振器に装着することで、波長の安定化、またはパルス発振の場合にはパルスの繰り返し周期の安定化が行われる。これらの場合、前者（波長の安定化）では、基準となるファブリ・ペロ共振器あるいはガス吸収セルに対し、後者（パルス発振）では高安定度発振器に対して、レーザ発振光を適当に比較することで誤差信号を得、それを変位鏡装置に帰還する。
【０００３】
さらに最近では、波長変換機能を装備した外部の共振器内にレーザ光を入射し、効率良く波長変換を行う方式が盛んであり、この場合、レーザ光を外部共振器に蓄積し、最大の効率を得るためには元のレーザ共振器または外部共振器のいずれか一方に変位鏡装置を装備し、共振器の固有モード周波数の整合を動的にとることが必要である。より簡易に波長変換光のみを外部共振器に蓄積する場合でも、パルス光を用いる場合には、変位鏡装置を用いて共振器周回時間の整合をとることが必要である。特に、産業上重要とみられている高調波発生の場合には、連続光を用いる場合であっても共振器周波数安定化が不可避となる。
【０００４】
変位鏡装置として、従来、圧電アクチュエータの一端面に鏡を付着し、他端をケースに固定した装置が用いられている。図５は、この従来例の変位鏡装置の構成を示す図であり、鏡の方位を調整するためのマウントに変位鏡装置を装着した状態を示す。
【０００５】
この例において、変位鏡装置は、圧電変換素子からなる圧電アクチュエータ４０１、圧電アクチュエータ４０１の一端に固着した反射鏡４０２、圧電アクチュエータ４０１の他端を固定して支持するシリンダ状の外筒４０５とにより構成される。この変位鏡装置全体が装着されるマウントは、例えば、機器本体の床に固定されるマウント固定部４２０、マウント可動部４２１、鏡４０２の方位を調整するためのマウント調整ノブ４２２，４２３とを有する。
【０００６】
ここで、適当な偏倚（バイアス）電圧に制御電圧を重畳して圧電アクチュエータ４０１に印加することにより、反射鏡４０２が外筒４０５に対し、その制御電圧に概ね比例して平行に変位する。反射鏡４０２にほぼ垂直に入射する光線の光路長は、その反射鏡４０２の変位量に相応して変化し、その結果、制御電圧により光路長を変化させる機能が実現される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の変位鏡装置には、以下の問題がある。
【０００８】
反射鏡４０２は、必ず有限の質量を有するので、反射鏡４０２の変位を生ぜしむるために圧電アクチュエータ４０１が力を発生する際、ニュートンの第３法則により、必然的に外筒４０５側にも力が加わることとなる。急速に変化する制御電圧に応答して反射鏡４０１が変位する場合には、この外筒側に加わる力の変化も急速となり、その結果、外筒４０５に振動を誘発することとなる。この外筒４０５の振動は、さらに外筒４０５が接しているマウント（４２０〜４２３）に伝搬して行く。
【０００９】
ここで当該マウントの振動に対する応答が問題となる。マウントは、鏡の方位を調整する機能を持たせるために、常に、図５に示した様に、マウント固定部４２０と、マウント可動部４２１の２つの部分から構成されており、マウント可動部４２１はマウント固定部４２１にスプリング（図示しない）で圧着されている。これらマウント固定部４２０とマウント可動部４２１との間隙の傾斜を、マウント調整ノブ４２２，４２３によって変化することで、外筒４０５と圧電アクチュエータ４０１を介して、鏡４０２の方位角と仰角を調整できるようになっている。マウント固定部４０２は上記のように床に固定されており、一方、変位鏡装置はマウント可動部４２１に装着される。
【００１０】
まず、マウント固定部４２０とマウント可動部４２１の相互運動を無視して考察すると、変位鏡装置が装着されたマウントを、マウント可動部４２１と変位鏡装置の合計の質量を荷った倒立振り子と見做すことができる。鏡４０２の方位を調整する機能を持たせない場合、換言すると、マウント固定部４２０に直接変位鏡装置を固着した場合でも、この倒立振り子に対応する振動モードは常に残存する。
【００１１】
実用上は、変位鏡装置が装備される光学系の初期調整、また、経年変化に対応した再調整のために、鏡４０２の方位を調整する余地を残すことが必要である。この場合、外筒４０５の上記振動モードに加えて、マウント固定部４２０とマウント可動部４２１のスプリングを介した相互運動に伴う振動モードが併存することとなる。
【００１２】
図６に、マウントの共鳴特性を測定することにより、こうした振動モードを調べた例を示す。ここでは、マウント固定部４２０が固着されている床に振動を与えた時の、マウント上の鏡４０２の振れ幅の相対値（ｄＢ）を、与えた振動の周波数（Ｈｚ）の関数として示してある。図６中、２５Ｈｚと５０Ｈｚの振動のピークは、電源周波数に由来し、周辺の床振動を拾ったもので、マウントの共鳴特性に係るものではない。周波数が最低の共鳴ピークは、図６中の２２０Ｈｚに現れている。これが、上記の倒立振り子としての振動モードに対応する。より高い共鳴周波数としては、７００Ｈｚ，２．５ｋＨｚ，４ｋＨｚ，５ｋＨｚなどが明瞭に現れており、これらはマウント固定部４２０とマウント可動部４２１の相互運動に由来する振動モードである。
【００１３】
前述したように、図５の従来例の変位鏡装置では、制御電圧変化に追随して反射鏡４０２が変位する場合、外筒４０５に振動が誘発され、この振動がマウントに伝播するので、その結果、図６で観測したようなマウントの共鳴振動が励起されるに至る。この共鳴振動により、変位鏡装置において、反射鏡変位の制御電圧に対する応答特性上に、複雑な起伏、いわゆるアバレが生ずる。
【００１４】
図７は、従来例の変位鏡装置の応答特性を示す図であり、制御電圧として、正弦波電圧を、圧電アクチュエータ端で一定振幅となるように給電した際の、反射鏡変位の振幅（相対値）と位相角（度）を、その正弦波周波数（Ｈｚ）について示した。図７中、右端付近、８ｋＨｚ周りに見られる振幅カーブ上のピークは、弾性体としての圧電アクチュエータに質量有限の反射鏡が付着されることで構成されるばね振り子としての共鳴である。この共鳴周波数ｆ０  は、付着された質量ｍ、圧電アクチュエータ材料のヤング率Ｅ、圧電アクチュエータの断面積Ｓおよび同長さｌを用いて、
【００１５】
【数１】
0003596707.tif 000002
【００１６】
と表すことができる。
【００１７】
この振幅ピークをよぎって位相は１８０度回転する。この性質により、この変位鏡装置によって光路長の制御を行い得る周波数帯域の上限は、上記共鳴周波数ｆ０  により限られる。何となれば、周波数ｆ＜ｆ０  で負帰還がかかるように設定された制御系は、周波数ｆがｆ０  を越えると正帰還に転じてしまい不安定となるからである。従って、ｆ０  での帰還利得が１を越えないように、周波数とともに利得が減る回路、典型的には積分器、または低域濾過器（ローパス・フィルタ）を制御系に含めることが一般に行われる。
【００１８】
ここで、図７中で、ｆ０  の共鳴以外にも、ｆ＜ｆ０  の範囲に小さな共鳴特性が現れていることに注目されたい。これらは、反射鏡の変位に伴なう振動により、マウントの共鳴が励振された結果に他ならない。図６の振動モードに対応する周波数に共鳴特性が見られることにより、この解釈が裏付けられるであろう。
【００１９】
このような余分な共鳴特性の出現は、制御系の設計を複雑にする。例えば、図７の場合には、倒立振り子としての２２０Ｈｚの共鳴に、１０度程度の位相の回転が付随している。もし、圧電アクチュエータの静電容量に対して駆動増幅器の出力インピーダンスが高い結果、既にこの周波数近傍で１８０度に近い位相の周りが制御系に存した場合、上の共鳴に伴う位相回転が一転して系を不安定化することともなりかねない。図７の場合、同様の懸念は、さらに２．５ｋＨｚ，４ｋＨｚ，５ｋＨｚなどの共鳴に伴ってある。しかも周波数が高いほど、静電容量負荷に由来する制御系の元々の位相の周りが大きいので、共鳴に伴なう位相の回転による不安定化の起きる危険は増すのである。
【００２０】
こうした不安定化を避けるためには、位相回転が１８０度を越える可能性のある周波数の全てにおいて帰還利得を１未満に抑える方策を採ることが必要である。最も簡易な方法は、帰還利得を全周波数に亙って一様に減らすことであるが、これは制御系の性能自体の低下に通ずる。より良い方策としては、低域濾過器等を用いて問題となる共鳴周波数での帰還利得を減らすことが考えられるが、制御系の応答を犠牲にすることは免れない。根本的対策としては、図７のような詳細な応答特性を測定し、その逆特性の等価器を設計して制御系内に挿入することが考えられる。これは原理的には可能であるが、実用的とは言い難い。まず、マウントの共鳴特性は一般にマウントの仕様と認められていないので、現状では、カタログデータとして入手できず、また個体毎の偏差についても何ら保証されていない。また、共鳴特性は元来、フレームやスプリングの弾性体としての性質に由来する特性なので、温度変化や経年変化を蒙る可能性が多分にある。従って上記のような等価器は、その設計が容易でない上に、構築した等価器が逆特性を維持し続ける保証も無いのである。
【００２１】
以上では、変位鏡装置を装着したマウントに考察の対象を限って来たが、実は問題をこのように局限化することは必ずしも許されない。なぜならば、変位鏡装置を用いる干渉計や光共振器は、一般に変位鏡装置以外にも鏡等の光学部品を含み、それらを保持するマウントにも上述と同様の共鳴特性がある。一旦変位鏡装置からマウントに伝播した振動は、床を伝わってこれらの他のマウントにも達し、それらの共鳴振動を誘起する可能性がある。現に、上の図６で、床を通じた励起によって、マウントの共鳴特性を測定していたことを想起されたい。振動が床を伝わってマウントに達し、その共鳴振動を誘起するからこそ、このような測定が行えるのである。そもそも変位鏡装置を用いる目的は、干渉計や光共振器の光路長の制御のためであり、この光路長は変位鏡以外の鏡等の光学部品の変位によっても当然変化する。従って、もし、図７のようにして、干渉計や光共振器の総体としての光路長の応答特性を測定したならば、変位鏡装置の振動の影響の及ぶ限りのマウントの共鳴特性が全て混在して現れて来るのである。これらを全て勘案して逆特性を与える等価器を設計・維持することは、全く非現実的と言わざるを得ない。
【００２２】
変位鏡装置の振動がマウント、また床に伝わりにくくすれば、こうした問題を緩和できる。この着眼に立って、変位鏡装置を、振動遮断材料、例えば防振ゴム等を介して、マウントに装着することが考えられる。ところが、こうした材料は数ｋＨｚ以上の周波数には有効であるものの、それ以下の低周波における効果は小さい。また、突発的あるいは経年的変形によって変位鏡装置の方位が変化してしまう危惧を増し、かえって変位鏡装置を用いる干渉計や光共振器の長期的安定性の低下を招く結果となることが避けられなかった。
【００２３】
他方、変位鏡装置を用いる干渉計や光共振器を、剛性の高い構造とする対策もとられてきた。例えば、図５のマウント固定部４２０は底面のみで床に固着されているが、これを上面でも不動面に固着される構造に替えることで剛性を向上できる。しかし、こうした方法は、装置の長大化・高価格化を来たし、それゆえ、近年の光学機器の軽量・小型・低価格化の要請に逆行する。また剛性を増せば共鳴周波数は高周波側にシフトするが、共鳴現象自体が無くなるわけではなく、畢竟、問題の根本的解決とは言い難かったのである。
【００２４】
以上述べたように、従来例の変位鏡装置には、不可避的に振動を惹起し、
（１）自身の応答特性にアバレを生じる結果、高速制御を阻み、また
（２）床を通じて伝播する振動により、光学系の他部分にも振動を誘発する、
という解決すべき課題があった。
【００２５】
本発明は、本願発明者が見出した上述の課題を解決して、振動を惹起することが無く、安定な光路長変化を実現し、高速制御が可能な変位鏡装置を提供することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明では、振動を惹起することが無く、安定な光路長変化を実現し、高速制御が可能な変位鏡装置を実現するため、比較的高速に光路長を変える際に、有限の質量を有する鏡の運動に不可避的に伴う振動を抑制できるようにした。
【００２７】
具体的には、請求項１の本発明は、圧電アクチュエータの一端に鏡を付着し、上記圧電アクチュエータに印加する電圧によって上記鏡の位置を変える変位鏡装置において、残り端に重りを付着した上記圧電アクチュエータを、長手方向の１点において固定し、上記圧電アクチュエータの上記１点から上記鏡までの第１の部分と上記１点から上記重りまでの第２の部分をそれぞれ同一の電圧で駆動したときに生じる第１の部分の変位をΔＬとし第２の部分の変位をΔＬ′としたときに、上記鏡の質量とΔＬとの第１の積と、上記重りの質量とΔＬ′との第２の積を等しくした。
【００２８】
請求項２の本発明は、上記圧電アクチュエータに上記鏡を付着する第１の器具と、上記圧電アクチュエータに上記重りを付着する第２の器具とを備え、上記鏡の質量に代えて上記鏡と上記第１の器具の質量の合計を、上記重りの質量に代えて上記重りと上記第２の器具の質量の合計を、上記第１及び第２の積の計算に用いた。
【００２９】
請求項３の本発明は、上記圧電アクチュエータが、上記１点で接合された別個の圧電アクチュエータからなり、各圧電アクチュエータが個別に駆動されるようにした。
【００３０】
請求項４の本発明は、上記１点において上記圧電アクチュエータを固定する支持枠と、この支持枠を介して上記圧電アクチュエータを保持する外筒と、この外筒を介して変位鏡装置全体が装着されるマウントとを有し、このマウントと上記外筒との結合点と上記支持枠が整列するように形成して、上記マウントによる保持面上に変位鏡装置の重心がほぼ乗るようにした。
【００３１】
本発明では、上記のように、一端に反射鏡を付着した圧電アクチュエータの他端に重り（平衡質量）を付着し、この圧電アクチュエータを長手方向の一点（以下、固定点）において固定し、反射鏡の質量Ｍと固定点から反射鏡までの距離Ｌの積ＭＬと、重りの質量Ｍ′と固定点から重りまでの距離Ｌ′の積Ｍ′Ｌ′を等しくしたので（ＭＬ＝Ｍ′Ｌ′）、反射鏡に掛る力の反作用と重りに掛る力の反作用が、その固定点上で互いに打ち消し合い、結果として固定点あるいはこれを保持するマウントには力が加わらない結果、振動の誘発が防がれる。また、固定点に対して反射鏡側の圧電アクチュエータの部分と、同じく重り側の圧電アクチュエータの部分を別々の圧電アクチュエータによって構成することもできるが、この場合は、２つの圧電アクチュエータを並列に接続し、同一の制御電圧が給電されるように構成する。以上により、振動を惹起することが無く高速制御可能な変位鏡装置の実現が可能となる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００３３】
図１は本発明の一実施形態の変位鏡装置の基本構成を示し、変位鏡装置を鏡の方位を調整するためのマウントに装着した状態を示す。
【００３４】
この構成において、変位鏡装置は圧電アクチュエータ１０１、反射鏡１０２、平衡質量（重り）１０３、支持枠１０４、および外筒１０５により構成される。支持枠１０４は外筒１０５の内周面に固定している。この変位鏡装置全体が装着されるマウントは、例えば、マウント固定部１２０、マウント可動部１２１、鏡の方位を調整するためのマウント調整ノブ１２２，１２３を持つ。
【００３５】
一端に反射鏡１０２を付着した圧電アクチュエータ１０１の他端に重りである平衡質量１０３を付着し、この圧電アクチュエータ１０１を長手方向の一点（以下、固定点）において支持枠１０４により固定し支持している。したがって、この場合は、その固定点は厳密には細い環状の面であり、支持面と称することもできる。図１では、典型的な構成として、反射鏡１０２の質量（重さ）と平衡質量１０３の質量とを同一にし、支持枠１０４の固定点から反射鏡１０２までの距離と平衡質量１０３までの距離とを同一にした場合を例示しているが、以下に述べる（５）式の条件を満たせば、本発明はこれに限らない。
【００３６】
本発明の変位鏡装置において、反射鏡１０２の質量およびその圧電アクチュエータ１０１への付着に要する器具の質量の合計をＭ、圧電アクチュエータ１０１を支持する支持面（固定点）と反射鏡１０２の付着される端面間の距離をＬとする。反射鏡１０２の変位ΔＬに対する加速度ｄ２  ΔＬ／ｄｔ２  （ｔは時間）に伴う反作用として、支持面には力
【００３７】
【数２】
0003596707.tif 000003
【００３８】
が加わる。従来例の変位鏡装置が不可避的に振動を惹起したのは、まさにこの力が存在するためであった。
【００３９】
そこで、本発明の変位鏡装置では、支持面に対し反対側に、距離Ｌ′分の圧電アクチュエータ１０１を設置し、その端面に平衡質量１０３を付着した。この平衡質量１０３およびその付着に要する器具の質量の合計をＭ′とする。平衡質量１０３の変位ΔＬ′に伴って、上記支持面には力
【００４０】
【数３】
0003596707.tif 000004
【００４１】
が加わる。
【００４２】
このため、本発明の変位鏡装置では、支持面に、以上２つの力の和Ｆ＋Ｆ′が加わることになる。これら２つの力Ｆ，Ｆ′が相殺し、支持面に加わる力がゼロとなる条件は、
【００４３】
【数４】
ＭΔＬ−Ｍ′ΔＬ′＝０                                                  （４）
である。
【００４４】
ここで、上記の変位ΔＬ，ΔＬ′はそれぞれ長さＬ，Ｌ′分の圧電アクチュエータの部分を同一の電圧で駆動したときに生じる変位である。従って、それらの間に比例関係、ΔＬ／Ｌ＝ΔＬ′／Ｌ′が成り立つ。これを式（４）に用いると、支持面に加わる力をゼロとする条件を、
【００４５】
【数５】
ＭＬ＝Ｍ′Ｌ′                                                                  （５）
と表すことができる。
【００４６】
図１の例においては、反射鏡１０２と平衡質量１０３は等質量であり、それぞれ圧電アクチュエータ１０１の合い対向する端面に直接接着されている。したがって、Ｍ＝Ｍ′が成り立っている。また、圧電アクチュエータ１０１は支持枠１０４を貫通し、圧電アクチュエータの長手方向の中点で支持枠に接着されている。そのため、支持枠１０４と圧電アクチュエータ１０１の接着点の張る面である支持面（固定点）から、反射鏡１０２の接着された端面と平衡質量１０３の接着された端面までの距離は相等しく、Ｌ＝Ｌ′が成立する。これらの結果、上式（５）が充たされている。
【００４７】
支持枠１０４は外筒１０５に接合され、この外筒１０５の突起部がマウント可動部１２１の鏡保持部に嵌められる形でマウントに装着されている。図１に示す様に支持枠１０４と外筒１０５の突起部が整列するように形成すれば、マウントによる保持面上に変位鏡装置の重心がほぼ乗ることとなり、マウント可動部１２１に静的トルクを及ぼすことが避けられる。上式（５）は、このようにして静的トルクを相殺するための条件をも与えている。反射鏡１０２の方向は、マウント調整ノブ１２２，１２３によって外筒１０５の全体の方位角と仰角を変えることで調整できる。上記のように静的トルクが相殺されていると、この調整機構に余分な負荷を与えることが防がれる。
【００４８】
ここで、適当な偏倚電圧（バイアス電圧）に制御電圧を重畳して圧電アクチュエータ１０１に印加することにより、反射鏡１０２が外筒１０５に対し、その制御電圧に概ね比例して平行に変位する。同時に平衡質量１０３が逆向きに等量だけ変位する。これら２つの変位を生ぜしむる力の反作用は常に支持枠１０４上で相殺される結果、制御電圧による運動に伴って支持枠１０４に加わる力は恒等的にゼロとなっている。従って支持枠１０４には何らの振動も誘発されず、振動が外筒１０５ないしマウントに伝播して行くことも当然無い。
【００４９】
図２は、本発明を適用した図１の変位鏡装置の応答特性を示す図であり、制御電圧として、正弦波電圧を、圧電アクチュエータ端で一定振幅となるように給電した際の、反射鏡変位の振幅と位相を、その正弦波周波数について示したものである。既に図７に示した従来例の変位鏡装置の応答特性との、直接的な比較を行うために、この測定では、従来例と同一の反射鏡１０２を使用し、従来例の圧電アクチュエータと同材質、同一断面積で長さが丁度２倍の圧電アクチュエータ１０１を長手方向の中点で支持枠１０４に接着して変位鏡装置を構成し、それを装着するマウント（１２０〜１２３）も従来例と同一とした。
【００５０】
本発明では、圧電アクチュエータ１０１の長さが２倍となった結果、駆動増幅器（図示しない）には２倍の静電容量負荷がかかることになるが、その影響は、圧電アクチュエータ端で一定振幅となる給電条件で測定した図２の特性上には現れない。図２中、右端付近、８ｋＨｚ周りに見られる振幅カーブ上のピークは、従来例の個所で既述したように、圧電アクチュエータと反射鏡とで構成されるばね振り子としての共鳴ｆ０  である。
【００５１】
ここで、平衡質量１０３側の圧電アクチュエータと平衡質量１０３とで構成されるばね振り子の共鳴はどうなるのであろうか。実は、その共鳴周波数は反射鏡１０２側のばね振り子の共鳴周波数に一致する。これを見るには、上式（１）を求めればよい。上式（５）が成立しているとき、上式（１）は、支持枠１０４の両側の２つのばね振り子に対して等しい共鳴周波数を与える。この性質により、平衡質量１０３の設置が、制御系に余分の共鳴特性を加えるという副作用は生じないのである。
【００５２】
以上を総合すると、上式（５）は、支持枠１０４に加わる力の相殺条件、マウント可動部１２１への静的トルクの相殺条件、さらに支持枠１０４の両側のばね振り子の共鳴周波数の一致条件の３つを、一挙に与えていることが分かる。
【００５３】
図２中には、以上考察した共鳴周波数ｆ０  の共鳴以外には、全く共鳴特性が現れていないことに注目されたい。これは図７に示した従来の変位鏡装置の特性と比較して著しい相違である。この結果は、反射鏡１０２の変位が振動を全然伴わずになされており、マウント、または床の共鳴が励振されないという本発明の効果の発現を示すものに他ならない。こうして本発明の変位鏡装置では、如何なるマウントに取り付けた状態でも、同一の応答特性を期待することができる。
【００５４】
【実施例】
以下、図面を参照してより具体的な本発明の実施例を詳細に説明する。
【００５５】
（第１の実施例）
図３は単一の圧電アクチュエータを用いた本発明の第１の実施例を示す断面図であり、既に、本発明の変位鏡装置は、その特性が取り付けられるマウントに依らないことを示していることを鑑みて、マウントを省いた変位鏡装置本体のみを示してある。
【００５６】
本実施例装置において、圧電アクチュエータ３０１の両端には、互いに等しい形状・質量となるように製作した継ぎ手３１０，３１１が接着されている。反射鏡３０２は反射鏡枠３０９に固定され、この反射鏡枠３０９が継ぎ手３１０にネジ込まれる。一方、他端の継ぎ手３１１には、平衡質量（重り）３０３がネジ込まれる。このように反射鏡３０２および平衡質量３０３を継ぎ手３１０、３１１を介して着脱自由に圧電アクチュエータ３０１に付着することで、反射鏡３０２の交換が可能となる。
【００５７】
平衡質量３０３は、反射鏡３０２と反射鏡枠３０９の質量の合計Ｍに等しい質量Ｍ′を持つように製作する。
【００５８】
例えば、直径２０ｍｍ、厚み５ｍｍのＢＫ７ガラス製基板を持つ反射鏡３０２の質量は、３．９３ｇであり、アルミ合金製の反射鏡枠３０９の質量との合計は、４．９３ｇとなった。ここで、平衡質量の材質を真ちゅうに選び、外径１５ｍｍ、内径１０ｍｍ部分の長さ４ｍｍ、内径８ｍｍ部分の長さ１．５ｍｍの段付き中空円筒に切削加工して、上記質量の合計に等しい質量を持つ小型の平衡質量３０３を得た。
【００５９】
また、直径２５ｍｍ、厚み１０ｍｍのＢＫ７ガラス製基板を持つ反射鏡３０２の場合、その質量は、１２．２７ｇであり、これをアルミ合金製の反射鏡枠３０９の質量と合わせて、１３．７９ｇとなった。このとき平衡質量の材質はやはり真ちゅうに選び、外径１５ｍｍ、内径１０ｍｍ部分の長さ５ｍｍ、内径８ｍｍ部分の長さ９ｍｍの段付き中空円筒に切削加工して、質量の釣り合う小型の平衡質量３０３を得た。
【００６０】
本実施例装置で、圧電アクチュエータ３０１は、支持枠３０４を貫通する形で、自身の長手方向の中点で接着固定されている。反射鏡３０２の交換に付随して、外筒３０５内に収納された平衡質量３０３の交換が必要となるが、そうした際に、圧電アクチュエータ３０１を支持枠３０４ごと外筒３０５から引き出すために、支持枠３０４は、外筒３０５にネジ止めされる。圧電アクチュエータ３０１から出るリード線は、給電端子３１２にはんだ付けされ、給電端子３１２は、外筒３０５にネジ止めされる給電端子枠３１３に取り付けられている。
【００６１】
外筒３０５の外面には、支持枠３０４と整列したつば３０５−１が設けられている。このつば３０５−１の外径は、本変位鏡装置を装着する円形鏡用のマウントの、鏡保持部に嵌まる寸法に製作する。つば３０５−１と支持枠３０４とを整列することで、既に述べた様に、本変位鏡装置がマウントに及ぼす静的トルクを低減できる。
【００６２】
本実施例装置で、圧電アクチュエータ３０１に、５ｍｍ角、長さ１８ｍｍの積層型の製品を用い、反射鏡３０２として第１例の反射鏡（直径２０ｍｍ、厚み５ｍｍ）を取り付けた状態で、ばね振り子としての共鳴周波数ｆ０  は、１７ｋＨｚとなった。この変位鏡装置をレーザ共振器の光路長制御に用いたところ、マウント等の共鳴を顧慮することなく、共鳴周波数ｆ０  に対処するためだけの簡単な低域濾過器を制御系に挿入することで、帯域が５ｋＨｚに及ぶ制御効果をあげることができた。
【００６３】
（第２の実施例）
図４は本発明の第２の実施例として、２つの圧電アクチュエータを用いた実施例を示す断面図である。
【００６４】
本実施例装置においては、中仕切りを持つ支持枠３０８を使用し、この中仕切りの表裏に、材質、断面積および長さの等しい２個の圧電アクチュエータ３０６，３０７が接着固定されている。２つの圧電アクチュエータ３０６、３０７から出るリード線は、並列に接続した上で、給電端子３１２にはんだ付けされる。支持枠３０８は、第１の実施例と同様に、外筒３０５にネジ止めされる。
【００６５】
その他は、第１の実施例に準ずる。
【００６６】
本実施例装置で、２つの圧電アクチュエータ３０６，３０７に、それぞれ５ｍｍ角、長さ１０ｍｍの積層型の製品を用い、反射鏡３０２として第１例の反射鏡（直径２０ｍｍ、厚み５ｍｍ）を取り付けた状態での、ばね振り子としての共鳴周波数ｆ０  は、１７ｋＨｚとなった。この変位鏡装置をレーザ共振器の光路長制御に用いて、第１の実施例と同じ制御効果をあげることができた。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、長手方向に伸縮する圧電アクチュエータを長手方向の一点（固定点）において固定し、反射鏡の質量Ｍと固定点から反射鏡までの部分の変位ΔＬとの積ＭΔＬと、重りの質量Ｍ′と固定点から重りまでの部分の変位ΔＬ′との積Ｍ′ΔＬ′を等しくしたので、反射鏡に掛かる力の反作用と重りに掛かる力の反作用が、その固定点上で互いに打ち消し合い、結果として固定点あるいはこれを保持するマウントには力が加わらない結果、振動の誘発が防がれる。従って、本発明によれば、振動を誘発することなく反射鏡の変位を行なえるので、取り付けるマウントによらない応答特性を実現することができ、光学系の他部分に振動を誘発するおそれも無い。このため、本発明は、干渉計および光共振器に広く用いることができ、高速の光路長制御を容易に達成できるので、工業的に大きな効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の変位鏡装置の基本構成を示す断面図である。
【図２】本発明装置により得られた応答特性を示すグラフである。
【図３】単一の圧電アクチュエータを用いた本発明の第１の実施例の構成を示す断面図である。
【図４】２つの圧電アクチュエータを用いた本発明の第２の実施例の構成を示す断面図である。
【図５】従来例の変位鏡装置の構成を示す断面図である。
【図６】変位鏡装置が装着されるマウントの共鳴特性の例を示すグラフである。
【図７】従来例装置の応答特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１０１    圧電アクチュエータ
１０２    反射鏡
１０３    平衡質量
１０４    支持枠
１０５    外筒
１２０    マウント固定部
１２１    マウント可動部
１２２，１２３    マウント調整ノブ
３０１    圧電アクチュエータ
３０２    反射鏡
３０３    平衡質量
３０４    支持枠
３０５    外筒
３０５−１  つば
３０６，３０７    圧電アクチュエータ
３０８    支持枠
３０９    反射鏡枠
３１０，３１１    継ぎ手
３１２    給電端子
３１３    給電端子枠
４０１    圧電アクチュエータ
４０２    反射鏡
４０５    外筒
４２０    マウント固定部
４２１    マウント可動部
４２２，４２３    マウント調整ノブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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