(57)【要約】【課題】  変位量の幅が広くても正確に対象物の変位を検出すること。【解決手段】  この変位検出装置では、レーザ光源１が、変位可能な対象物１０１との間で複合共振を発生する。光量検出手段（図１では受光素子４）が、対象物１０１とレーザ光源１とによる複合共振において生成された光の光量に応じた電気信号を出力する。そして、制御手段（図１では、発光量変動検出回路５と制御回路６）が、光量検出手段により得られた光量に基づき、レーザ光源から出射するレーザ光の位相と、レーザ光源に外部から入射するレーザ光との位相の差が一定になるように複合共振の条件を変化させて、その変化量に基づき対象物の変位および／または変位量を検出する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
変位可能な対象物へレーザ光を出射する光源と、
上記光源から出射したレーザ光または上記対象物からの反射光あるいは両方を検出し光量に応じた電気信号を出力する受光手段と、
上記受光手段により検出される光量に基づき、上記光源から出射したレーザ光と上記対象物からの反射光との位相差が一定になるように、上記レーザ光の波長、並びに上記光源から上記対象物を経た上記受光手段までの光路長のうちの少なくとも１つを変化させる制御手段と、
その変化量に基づき上記対象物の変位および／または変位量を検出する検出手段と、
を備えることを特徴とする変位検出装置。
【請求項２】
変位可能な対象物との間で複合共振を発生する光源と、
上記対象物と上記光源とによる複合共振において生成された光の光量に応じた電気信号を出力する光量検出手段と、
上記光量検出手段により得られた光量に基づき、レーザ光源から出射するレーザ光の位相と、レーザ光源に外部から入射するレーザ光との位相の差が一定になるように複合共振の条件を変化させる制御手段と、
その変化量に基づき上記対象物の変位および／または変位量を検出する検出手段と、
を備えることを特徴とする変位検出装置。
【請求項３】
変位可能な対象物との間で複合共振を発生する光源と、
上記対象物と上記光源とによる複合共振において生成された光の光量に応じた電気信号を出力する光量検出手段と、
上記対象物と上記光源との距離を調整する距離調整手段と、
上記光量検出手段により得られた光量に基づき、レーザ光源から出射するレーザ光の位相と、レーザ光源に外部から入射するレーザ光との位相の差が一定になるように上記距離調整手段を制御する制御手段と、
上記距離調整手段の制御量に基づき上記対象物の変位および／または変位量を検出する検出手段と、
を備えることを特徴とする変位検出装置。
【請求項４】
前記距離調整手段は、前記対象物および／または前記光源に接続されたピエゾ素子を有することを特徴とする請求項３記載の変位検出装置。
【請求項５】
前記制御手段は、所定の周波数で振動する信号を前記距離調整手段への制御信号に重畳させ、その信号の値と前記光量検出手段により検出される光量の変化量に基づいて、前記距離調整手段による距離の調整方向および／または距離の調整量を演算することを特徴とする請求項３記載の変位検出装置。
【請求項６】
前記距離調整手段への制御信号に重畳するための所定の周波数で振動する信号を生成する発振回路と、
前記光量検出手段により検出される光量の信号を、上記発振回路により生成された信号に同期して検波して、光量の変化を検出する同期検波回路と、
を備えることを特徴とする請求項５記載の変位検出装置。
【請求項７】
前記距離調整手段への制御信号に対して直接的または間接的に重畳するための所定の周波数で振動する信号を生成する発振回路と、
前記光量検出手段により検出される光量の信号を、上記発振回路により生成された信号に同期して検波する同期検波回路と、
上記同期検波回路により検波された信号を積分する積分回路と、
を備え、
前記制御手段は、上記積分回路により積分された信号に基づいて、前記距離調整手段による距離の調整方向および／または距離の調整量を演算すること、
を特徴とする請求項５記載の変位検出装置。
【請求項８】
前記積分回路の出力電圧の偏移をキャンセルするキャンセル回路を備えることを特徴とする請求項７記載の変位検出装置。
【請求項９】
前記積分回路は、抵抗素子と、コンデンサとを有し、
前記キャンセル回路は、前記積分回路のコンデンサに並列接続されたスイッチと、前記積分回路の出力電圧に応じて上記スイッチのオン／オフを制御し上記コンデンサの蓄積電荷を放電させるスイッチ制御手段とを有すること、
を特徴とする請求項８記載の変位検出装置。
【請求項１０】
前記スイッチ制御手段は、前記対象物の変位量がゼロとなったときに前記積分回路のコンデンサの蓄積電荷を放電させることを特徴とする請求項９記載の変位検出装置。
【請求項１１】
前記キャンセル回路の動作時に、前記制御手段により検出された前記対象物の変位および／または変位量についての出力信号を遮断する出力遮断手段を備えることを特徴とする請求項８記載の変位検出装置。
【請求項１２】
変位可能な対象物との間で複合共振を発生する光源と、
上記対象物と上記光源とによる複合共振において生成された光の光量に応じた電気信号を出力する光量検出手段と、
上記光源により生成される光の波長を調整する波長調整手段と、
上記光量検出手段により得られた光量に基づき、レーザ光源から出射するレーザ光の位相と、レーザ光源に外部から入射するレーザ光との位相の差が一定になるように上記波長調整手段を制御する制御手段と、
上記波長調整手段の制御量に基づき上記対象物の変位および／または変位量を検出する検出手段と、
を備えることを特徴とする変位検出装置。
【請求項１３】
前記波長調整手段は、前記光源の駆動電流を制御することを特徴とする請求項１２記載の変位検出装置。
【請求項１４】
前記制御手段は、所定の周波数で振動する信号を前記波長調整手段への制御信号に重畳させ、その信号の値と前記光量検出手段により検出される光量の変化量に基づいて、前記波長調整手段による波長の増減方向および／または波長の調整量を演算することを特徴とする請求項１２記載の変位検出装置。
【請求項１５】
前記波長調整手段への制御信号に重畳するための所定の周波数で振動する信号を生成する発振回路と、
前記光量検出手段により検出される光量の信号を、上記発振回路により生成された信号に同期して検波して、光量の変化を検出する同期検波回路と、
を備えることを特徴とする請求項１４記載の変位検出装置。
【請求項１６】
前記波長調整手段への制御信号に対して直接的または間接的に重畳するための所定の周波数で振動する信号を生成する発振回路と、
前記光量検出手段により検出される光量の信号を、上記発振回路により生成された信号に同期して検波する同期検波回路と、
上記同期検波回路により検波された信号を積分する積分回路と、
を備え、
前記制御手段は、上記積分回路により積分された信号に基づいて、前記波長調整手段による波長の増減方向および／または波長の調整量を演算すること、
を特徴とする請求項１４記載の変位検出装置。
【請求項１７】
前記積分回路の出力偏移をキャンセルするキャンセル回路を備えることを特徴とする請求項１６記載の変位検出装置。
【請求項１８】
前記積分回路は、抵抗素子と、コンデンサとを有し、
前記キャンセル回路は、前記積分回路のコンデンサに並列接続されたスイッチと、前記積分回路の出力電圧に応じて上記スイッチのオン／オフを制御し上記コンデンサの蓄積電荷を放電させるスイッチ制御手段とを有すること、
を特徴とする請求項１７記載の変位検出装置。
【請求項１９】
前記スイッチ制御手段は、前記対象物の変位量がゼロになったときに前記積分回路のコンデンサの蓄積電荷を放電させることを特徴とする請求項１８記載の変位検出装置。
【請求項２０】
前記キャンセル回路の動作時に、前記制御手段により検出された前記対象物の変位および／または変位量についての出力信号を遮断する出力遮断手段を備えることを特徴とする請求項１７記載の変位検出装置。
【請求項２１】
前記光源は、面発光レーザであることを特徴とする請求項１から請求項２０のうちのいずれか１項記載の変位検出装置。
【請求項２２】
変位検出の対象物としての振動板と、
請求項１から請求項２１のうちのいずれか１項記載の変位検出装置であって、上記振動板の変位量に基づき音声信号を出力する変位検出装置と、
を備えることを特徴とするマイクロホン装置。
【請求項２３】
光源から変位可能な対象物へレーザ光を出射し、
上記光源から出射したレーザ光または上記対象物からの反射光あるいは両方を受光素子により検出し、
検出される光量に基づき、上記光源から出射したレーザ光と上記対象物からの反射光との位相差が一定になるように、上記レーザ光の波長、並びに上記光源から上記対象物を経た上記受光素子までの光路長のうちの少なくとも１つを変化させ、
その変化量に基づき上記対象物の変位および／または変位量を検出すること、
を特徴とする変位検出方法。
【請求項２４】
変位可能な対象物とある光源との間で複合共振を発生し、
上記対象物と上記光源とによる複合共振において生成された光の光量に基づき、レーザ光源から出射するレーザ光の位相と、レーザ光源に外部から入射するレーザ光との位相の差が一定になるように複合共振の条件を変化させて、
その変化量に基づき上記対象物の変位および／または変位量を検出すること、
を特徴とする変位検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変位検出装置、マイクロホン装置および変位検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
対象物の変位を光学的に検出する従来の方法としては、例えば、以下の３つの方法がある。
【０００３】
図１１は、対象物の変位を光学的に検出する従来の第１の方法を説明する図である。この第１の方法では、図１１に示すように、光源２０１と受光素子２０２との間に、遮光板２０３が配置され、光源２０１から出射した光が、対象物１０１で反射し、その反射光が、受光素子２０２により検出される。そして、受光素子２０２により検出される光量に基づいて、対象物１０１の変位が検出される。
【０００４】
図１２は、対象物の変位を光学的に検出する従来の第２の方法を説明する図である。この第２の方法では、図１２に示すように、対象物としての膜３０１と、受光素子３０４ａ，３０４ｂとの間に、回折格子３０２が配置される。そして、発光素子３０３により回折格子３０２へ光を入射させると、膜３０１と回折格子３０２とのギャップ長ｄに応じた反射回折光が得られる。この反射回折光のうちの０次回折光が受光素子３０４ａにより検出され、１次回折光が３０４ｂにより検出される。そして、０次回折光の光量および１次回折光の光量に基づいて、膜３０１の振幅が演算される（例えば非特許文献１参照）。
【０００５】
図１３は、対象物の変位を光学的に検出する従来の第３の方法を説明する図である。この第３の方法は、複合共振を利用したものである。この第３の方法では、図１３に示すように、対象物１０１からの反射光が光源４０１へ入射し、複合共振が発生する。複合共振では、光源４０１のみにより決定される共振条件に基づくレーザ光と、光源４０１と対象物１０１との間の距離により決定される共振条件に基づくレーザ光とが、生成される。したがって、対象物１０１が変位し、対象物１０１と光源４０１との間の距離が変動すると、光源４０１と対象物１０１との間の距離により決定される共振条件が変化し、光源４０１からの光の光量が変化する。そして、このような状態で光源４０１からの光を光学系４０２を介して受光素子４０３により検出することで、その検出された光量の大きさに基づいて対象物１０１の変位が検出される（例えば非特許文献１参照）。
【０００６】
【非特許文献１】「光マイクロマシン」（澤田廉士、羽根一博、日暮栄治著、オーム社、平成１４年１１月２５日発行）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した従来の第１の方法では、感度が低いため、比較的小さな振幅の対象物を検出することが難しい。
【０００８】
また、上述した従来の第２の方法では、回折格子、複数の受光素子などが必要となり、装置の規模が大きくなってしまう。また、従来の第２の方法では、光の波長の数分の１程度以上の変位といった対象物の比較的大きな変位に対して線形な出力信号を得るのが難しい。
【０００９】
また、上述した従来の第３の方法では、対象物の変位に対して比較的線形な出力信号を得るためには、対象物の初期位置での光量を、対象物の変位による光路長の増減に起因する光量変化が比較的線形である区間の中央に設定する必要があり、このような設定は困難である。また、良好な検出結果が得られるのは、その比較的線形である区間内での変位に限定されてしまう。
【００１０】
したがって、上述したいずれの従来の方法でも、対象物の変位量の幅（変動範囲）が広いと、対象物の変位を正確に検出することは困難である。すなわち、第１の方法では、比較的小さな変位量を正確に検出することが困難であり、第２および第３の方法では、比較的大きな変位量を正確に検出することが困難である。
【００１１】
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、変位量の幅が広くても正確に対象物の変位を検出することができる変位検出装置および変位検出方法、並びにそれらを利用したマイクロホン装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、本発明では、以下のようにした。
【００１３】
本発明の変位検出装置は、変位可能な対象物へレーザ光を出射する光源と、光源から出射したレーザ光または対象物からの反射光あるいは両方を検出し光量に応じた電気信号を出力する受光手段と、受光手段により検出される光量に基づき、光源から出射したレーザ光と対象物からの反射光との位相差が一定になるように、レーザ光の波長、並びに光源から対象物を経た受光手段までの光路長のうちの少なくとも１つを変化させる制御手段と、その変化量に基づき対象物の変位および／または変位量を検出する検出手段とを備える。
【００１４】
また、本発明の変位検出装置は、変位可能な対象物との間で複合共振を発生する光源と、対象物と光源とによる複合共振において生成された光の光量に応じた電気信号を出力する光量検出手段と、光量検出手段により得られた光量に基づき、レーザ光源から出射するレーザ光の位相と、レーザ光源に外部から入射するレーザ光との位相の差が一定になるように複合共振の条件を変化させる制御手段と、その変化量に基づき対象物の変位および／または変位量を検出する検出手段とを備える。
【００１５】
また、本発明の変位検出装置は、変位可能な対象物との間で複合共振を発生する光源と、対象物と光源とによる複合共振において生成された光の光量に応じた電気信号を出力する光量検出手段と、対象物と光源との距離を調整する距離調整手段と、光量検出手段により得られた光量に基づき、レーザ光源から出射するレーザ光の位相と、レーザ光源に外部から入射するレーザ光との位相の差が一定になるように距離調整手段を制御する制御手段と、距離調整手段の制御量に基づき対象物の変位および／または変位量を検出する検出手段とを備える。
【００１６】
さらに、本発明の変位検出装置は、上記発明の変位検出装置に加え、距離調整手段に、対象物および／または光源に接続されたピエゾ素子を有する。
【００１７】
さらに、本発明の変位検出装置は、上記発明の変位検出装置のいずれかに加え、制御手段が、所定の周波数で振動する信号を距離調整手段への制御信号に重畳させ、その信号の値と光量検出手段により検出される光量の変化量に基づいて、距離調整手段による距離の調整方向および／または距離の調整量を演算するものである。
【００１８】
さらに、本発明の変位検出装置は、上記発明の変位検出装置のいずれかに加え、距離調整手段への制御信号に重畳するための所定の周波数で振動する信号を生成する発振回路と、光量検出手段により検出される光量の信号を、発振回路により生成された信号に同期して検波して、光量の変化を検出する同期検波回路とを備える。
【００１９】
さらに、本発明の変位検出装置は、上記発明の変位検出装置のいずれかに加え、距離調整手段への制御信号に対して直接的または間接的に重畳するための所定の周波数で振動する信号を生成する発振回路と、光量検出手段により検出される光量の信号を、発振回路により生成された信号に同期して検波する同期検波回路と、同期検波回路により検波された信号を積分する積分回路とを備える。そして、制御手段は、積分回路により積分された信号に基づいて、距離調整手段による距離の調整方向および／または距離の調整量を演算する。
【００２０】
さらに、本発明の変位検出装置は、上記発明の変位検出装置のいずれかに加え、積分回路の出力偏移をキャンセルするキャンセル回路を備える。
【００２１】
さらに、本発明の変位検出装置は、上記発明の変位検出装置のいずれかに加え、積分回路に抵抗素子とコンデンサとを有し、また、キャンセル回路に、積分回路のコンデンサに並列接続されたスイッチと、積分回路の出力電圧に応じてスイッチのオン／オフを制御しコンデンサの蓄積電荷を放電させるスイッチ制御手段とを有する。
【００２２】
さらに、本発明の変位検出装置は、上記発明の変位検出装置のいずれかに加え、スイッチ制御手段が、対象物の変位量がゼロになったときに積分回路のコンデンサの蓄積電荷を放電させるものである。
【００２３】
さらに、本発明の変位検出装置は、上記発明の変位検出装置のいずれかに加え、キャンセル回路の動作時に、制御手段により検出された対象物の変位および／または変位量についての出力信号を遮断する出力遮断手段を備える。
【００２４】
また、本発明の変位検出装置は、変位可能な対象物との間で複合共振を発生する光源と、対象物と光源とによる複合共振において生成された光の光量に応じた電気信号を出力する光量検出手段と、光源により生成される光の波長を調整する波長調整手段と、光量検出手段により得られた光量に基づき、レーザ光源から出射するレーザ光の位相と、レーザ光源に外部から入射するレーザ光との位相の差が一定になるように波長調整手段を制御する制御手段と、波長調整手段の制御量に基づき対象物の変位および／または変位量を検出する検出手段とを備える。
【００２５】
さらに、本発明の変位検出装置は、上記発明の変位検出装置に加え、波長調整手段が光源の駆動電流を制御するものである。
【００２６】
さらに、本発明の変位検出装置は、上記発明の変位検出装置のいずれかに加え、制御手段が、所定の周波数で振動する信号を波長調整手段への制御信号に重畳させ、その信号の値と光量検出手段により検出される光量の変化量に基づいて、波長調整手段による波長の増減方向および／または波長の調整量を演算するものである。
【００２７】
さらに、本発明の変位検出装置は、上記発明の変位検出装置のいずれかに加え、波長調整手段への制御信号に重畳するための所定の周波数で振動する信号を生成する発振回路と、光量検出手段により検出される光量の信号を、発振回路により生成された信号に同期して検波して、光量の変化を検出する同期検波回路とを備える。
【００２８】
さらに、本発明の変位検出装置は、上記発明の変位検出装置のいずれかに加え、波長調整手段への制御信号に対して直接的または間接的に重畳するための所定の周波数で振動する信号を生成する発振回路と、光量検出手段により検出される光量の信号を、発振回路により生成された信号に同期して検波する同期検波回路と、同期検波回路により検波された信号を積分する積分回路とを備える。そして、制御手段は、積分回路により積分された信号に基づいて、波長調整手段による波長の増減方向および／または波長の調整量を演算する。
【００２９】
さらに、本発明の変位検出装置は、上記発明の変位検出装置のいずれかに加え、積分回路の出力偏移をキャンセルするキャンセル回路を備える。
【００３０】
さらに、本発明の変位検出装置は、上記発明の変位検出装置のいずれかに加え、積分回路に抵抗素子とコンデンサとを有し、また、キャンセル回路に、積分回路のコンデンサに並列接続されたスイッチと、積分回路の出力電圧に応じてスイッチのオン／オフを制御しコンデンサの蓄積電荷を放電させるスイッチ制御手段とを有する。
【００３１】
さらに、本発明の変位検出装置は、上記発明の変位検出装置のいずれかに加え、スイッチ制御手段が、対象物の変位量がゼロになったときに積分回路のコンデンサの蓄積電荷を放電させるものである。
【００３２】
さらに、本発明の変位検出装置は、上記発明の変位検出装置のいずれかに加え、キャンセル回路の動作時に、制御手段により検出された対象物の変位および／または変位量についての出力信号を遮断する出力遮断手段を備える。
【００３３】
さらに、本発明の変位検出装置は、上記発明の変位検出装置のいずれかに加え、光源として、面発光レーザを有する。
【００３４】
本発明のマイクロホン装置は、変位検出の対象物としての振動板と、上述のいずれかの変位検出装置であって、振動板の変位量に基づき音声信号を出力する変位検出装置とを備える。
【００３５】
本発明の変位検出方法は、光源から変位可能な対象物へレーザ光を出射し、光源から出射したレーザ光または対象物からの反射光あるいは両方を受光素子により検出し、検出される光量に基づき、光源から出射したレーザ光と対象物からの反射光との位相差が一定になるように、レーザ光の波長、並びに光源から対象物を経た受光素子までの光路長のうちの少なくとも１つを変化させ、その変化量に基づき対象物の変位および／または変位量を検出する。
【００３６】
また、本発明の変位検出方法は、変位可能な対象物とある光源との間で複合共振を発生し、対象物と光源とによる複合共振において生成された光の光量に基づき、レーザ光源から出射するレーザ光の位相と、レーザ光源に外部から入射するレーザ光との位相の差が一定になるように複合共振の条件を変化させて、その変化量に基づき対象物の変位および／または変位量を検出する。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、感度が高く、変位量の幅が広くても正確に対象物の変位を検出することができる変位検出装置および変位検出方法、並びにそれらを利用したマイクロホン装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【００３９】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る変位検出装置の構成を示すブロック図である。図１において、レーザ光源１は、レーザ光を出射するとともに、対象物１０１の反射部１０１ａからの反射光の入射を受け、複合共振を発生する光源である。すなわち、レーザ光源１は、対象物１０１との間で複合共振が発生する位置に配置される。レーザ光源１としては、レーザダイオードなどの半導体レーザが使用される。また、レーザ光源１として、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser）を使用してもよい。レーザ光源１として面発光レーザを使用する場合、レーザ光源１での消費電流を抑制することができる。
【００４０】
また、対象物１０１の反射部１０１ａは、反射板を付設して実現してもよいし、乾燥後に光を反射する塗料を塗布して実現してもよい。また、対象物１０１の表面が、光を反射する材質である場合には、別の材料を使用して反射部１０１ａを設ける必要は特にない。すなわち、対象物１０１の一部を反射部１０１ａとすればよい。
【００４１】
また、駆動回路２は、レーザ光源１に駆動電流を供給し、レーザ光を発生させる回路である。
【００４２】
また、光学系３は、レーザ光源１と対象物１０１との間の光路に挿入され、複合共振により生成された光を分岐する光学系である。なお、この光学系３、およびレーザ光源１および対象物１０１の反射部１０１ａにより、レーザ光源１から出射した光や対象物１０１からの反射光の一部を受光素子４へ導く光学系が構成される。
【００４３】
また、受光素子４は、光学系３により導かれた光を検出しその光量に応じた電気信号を出力する受光手段としての素子である。受光素子４としては、ホトダイオード、ホトトランジスタなどといったホトデテクタが使用される。
【００４４】
また、発光量変動検出回路５は、受光素子４により検出される光量の変動を検出し、その変動量に応じた信号を出力する回路である。
【００４５】
また、制御回路６は、発光量変動検出回路５からの信号に基づいてアクチュエータ７を制御し、受光素子４により検出される光量に基づき、レーザ光源から出射するレーザ光の位相と、レーザ光源に外部から入射するレーザ光との位相の差が一定になるように、レーザ光源１と対象物１０１との間の距離、すなわち、レーザ光源１から対象物１０１を経た受光素子４までの光路長を変化させる回路である。なお、この実施の形態１では、受光素子４により検出される光量が一定になるように、レーザ光源１と対象物１０１との間の距離、すなわち、レーザ光源１から対象物１０１を経た受光素子４までの光路長が制御される。これにより、実施の形態１では、受光素子４により検出される光量が所定の値で一定になるように複合共振の条件が変化される。さらに、制御回路６は、このアクチュエータ７の制御量（すなわち動作量）に基づき、対象物１０１の変位および／または変位量を検出し、それを示す信号を出力する回路である。
【００４６】
上記発光量変動検出回路５および制御回路６により、レーザ光源から出射するレーザ光の位相と、レーザ光源に外部から入射するレーザ光との位相の差が一定になるように、この実施の形態１の光学系全体の条件を制御し、その制御の際の各部の制御量に基づき対象物の変位および／または変位量を検出する制御手段が実現される。
【００４７】
アクチュエータ７は、電気信号を供給され、その電圧などに応じて付勢力を発生する装置である。アクチュエータ７としては、例えばピエゾ素子が使用される。実施の形態１では、このアクチュエータ７は、レーザ光源１に直接または間接的に接続され、レーザ光源１の出射面を、光路に平行に移動させる。
【００４８】
すなわち、実施の形態１では、アクチュエータ７は、固定され、レーザ光源１の出射面は、光路に平行に移動可能にアクチュエータ７に接続され、さらに、対象物１０１は、光路と平行な変位成分を含む変位が可能な状態で配置される。
【００４９】
次に、上記装置の動作について説明する。
【００５０】
まず、駆動回路２が駆動電流をレーザ光源１に供給すると、レーザ光源１は、レーザ光を出射する。レーザ光とは、レーザ光源内部で共振により増幅され、位相が揃った光のことである。この共振しているレーザ光源に、外部から同じ波長の光を加えると、共振の状態が大きく影響されることが知られている。レーザ光源１から出射したレーザ光は、対象物１０１の反射部１０１ａで反射し、レーザ光源１へ入射する。このレーザ光源１に入射するレーザ光の波長は、レーザ光源内部で共振によって出射されたレーザ光と同じ波長である。ただし、レーザ光源１を出てから、対象物１０１の反射部１０１ａで反射して再びレーザ光源１に入射するまでの光路長によって位相が異なってくる。例えば、光路長が波長の整数倍ならば、出射するレーザ光と戻ってくるレーザ光とは同位相となり、レーザ光源１の内部の共振が増強されて発光量が増加することになる。また、逆に、光路長が波長の整数倍に半波長を加えた長さならば、出射するレーザ光と反射して戻ってくるレーザ光の位相は逆位相となり、レーザ光源１の内部の共振が抑圧されて発光量が減少する。この現象は、外部からの光に対しても共振したようにも解釈できるので、多重共振とも呼ばれる。図２は、実施の形態１において、対象物１０１の正弦波状の変位量と多重共振を起こしているレーザ光源１の発光量との関係の一例を示す図（制御回路を動作させないで、多重共振の状態が変化するようにした場合の図）である。多重共振では、干渉などと異なり、発光量は、図のように非線形に変化するが、発光量の極大部分で同位相、極小部分で逆位相であるということは同じである。
【００５１】
そして、レーザ光源１から出射した光あるいは対象物１０１から反射した光の一部（または全部）は、光学系３を介して受光素子４に入射する。この光学系３は、レーザ光源１の発光量を検出可能な程度の光量が受光素子４に入射するならば、実態のないものでも構わない。例えば、レーザ光の自然な拡散などで受光素子４に光が到達してもよい。受光素子４は、この入射光の光量に応じた電圧の信号を出力する。
【００５２】
発光量変動検出回路５は、受光素子４により検出された光量の変動を検出し、その変動に応じた信号を出力する。制御回路６は、発光量変動検出回路５からの信号に基づいて、アクチュエータ７への制御信号を生成する。アクチュエータ７への制御信号は、受光素子４での、レーザ光源から出射するレーザ光の位相と、レーザ光源に外部から入射するレーザ光との位相の差が一定になるように生成される。すなわち、この位相差に対応する光量に変動が生じた場合には、その変動の方向（光量の増加か減少か）および変動の量に基づいて、アクチュエータ７の動作方向（光路長を長くする方向か短くする方向か）および動作量が決まりそれに応じた制御信号が生成される。アクチュエータ７は、制御回路６からの制御信号を受け、それに応じてレーザ光源１を移動させる。また、制御回路６は、アクチュエータ７への制御信号を、対象物１０１の変位量を示す信号として別に出力する。なお、制御回路６は、発光量変動検出回路５からの信号またはアクチュエータ７への制御信号に所定の処理を施した信号を対象物１０１の変位または変位量を示す信号として出力するようにしてもよい。
【００５３】
このようにして、対象物１０１の移動に追随してレーザ光源１の位置が制御され、受光素子４での、レーザ光源から出射するレーザ光の位相と、レーザ光源に外部から入射するレーザ光との位相の差が一定に保たれる。
【００５４】
例えば、図２における点Ａの状態で受光している場合、対象物１０１の所定の基準点からの変位（すなわち対象物１０１とレーザ光源１との距離）が減少すると受光量は増加するため、受光素子４による受光量が増加したときには、制御回路６は、アクチュエータ７を制御してレーザ光源１を対象物１０１から遠ざけるように移動させる。この移動により、対象物１０１とレーザ光源１との距離が増加し、受光量が減少する。これにより、受光量が一定に保たれる。つまり、対象物１０１が移動すると、その変位の分だけ、レーザ光源１が追随して移動する。そして、レーザ光源１の移動のための制御信号などから、対象物１０１の変位に関する情報が得られ出力される。
【００５５】
以上のように、上記実施の形態１によれば、対象物１０１の変位に追随してレーザ光源１の位置が制御されるため、機械的または構造的な制約がなければ、対象物１０１の小さな変位だけではなく比較的大きな変位も正確に検出することができる。すなわち、変位量の幅が広くても正確に対象物１０１の変位を検出することができる。
【００５６】
また、上記実施の形態１では、アクチュエータ７としてピエゾ素子が使用される。その場合、レーザ光源１の微小な変位を正確に行うことができる。
【００５７】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る変位検出装置は、対象物１０１の位置を制御し、対象物１０１を所定の位置に静止させるようにしたものである。図３は、本発明の実施の形態２に係る変位検出装置の構成を示すブロック図である。
【００５８】
図３において、アクチュエータ７Ａは、電気信号を供給され、その電圧などに応じて付勢力を発生する装置である。アクチュエータ７Ａとしては、例えばピエゾ素子が使用される。実施の形態２では、このアクチュエータ７Ａは、対象物１０１に直接または間接的に接続され、対象物１０１の反射部１０１ａを、光路に平行に移動させる。
【００５９】
また、制御回路６Ａは、発光量変動検出回路５からの信号に基づいてアクチュエータ７Ａを制御し、受光素子４での、レーザ光源から出射するレーザ光の位相と、レーザ光源に外部から入射するレーザ光との位相の差が一定になるように、レーザ光源１と対象物１０１との間の距離、すなわち、レーザ光源１から対象物１０１を経た受光素子４までの光路長を変化させる回路である。なお、この実施の形態２では、受光素子４により検出される光量が一定になるように、レーザ光源１と対象物１０１との間の距離、すなわち、レーザ光源１から対象物１０１を経た受光素子４までの光路長が制御される。これにより、実施の形態２では、受光素子４により検出される光量が所定の値で一定になるように複合共振の条件が変化される。さらに、制御回路６Ａは、このアクチュエータ７Ａの制御量（すなわち動作量）に基づき、対象物１０１の変位および／または変位量を検出し、その信号を出力する回路である。
【００６０】
実施の形態２では、発光量変動検出回路５および制御回路６Ａにより、受光素子４での、レーザ光源から出射するレーザ光の位相と、レーザ光源に外部から入射するレーザ光との位相の差が一定になるように、この実施の形態２における光学系全体の条件を制御し、その制御の際の各部の制御量に基づき対象物の変位および／または変位量を検出する制御手段が実現される。
【００６１】
なお、図３におけるその他の構成要素については、実施の形態１（図１）の場合と同様であるので、その説明を省略する。
【００６２】
次に、上記装置の動作について説明する。
【００６３】
実施の形態２に係る変位検出装置では、対象物１０１に変位が生じると、受光素子４による受光量が変化し、その変化を打ち消す方向にアクチュエータ７Ａを駆動させるための制御信号が、制御回路６Ａからアクチュエータ７Ａに供給される。そして、アクチュエータ７Ａは、対象物１０１に生じた変位を打ち消す方向へ対象物１０１を付勢する。これにより、対象物１０１は、変位が生じる前の位置へと向かって移動する。このようにして、実施の形態２に係る変位検出装置は、対象物１０１を所定の位置に静止させる。
【００６４】
なお、実施の形態２に係る変位検出装置のその他の動作については実施の形態１の場合と同様であるので、その説明を省略する。
【００６５】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係る変位検出装置は、対象物１０１の変位に応じて、レーザ光源１によるレーザ光の波長を制御するようにしたものである。図４は、本発明の実施の形態３に係る変位検出装置の構成を示すブロック図である。
【００６６】
図４において、レーザ光源１Ａは、レーザ光源１と同様に複合共振系を構成する光源であって、外部からの制御信号に基づき波長を調整可能なレーザ光源である。駆動回路２Ａは、レーザ光源１Ａに電力を供給するとともに、例えば駆動電流を増減させて、レーザ光源１Ａのレーザ光の波長を調整する回路である。制御回路６Ｂは、発光量変動検出回路５からの信号に基づいて駆動回路２Ａを制御し、レーザ光源１Ａから出射するレーザ光の位相と、レーザ光源１Ａに外部から入射するレーザ光との位相の差が一定になるように、レーザ光源１Ａから出射されるレーザ光の波長を変化させる回路である。これにより、実施の形態３では、レーザ光源から出射するレーザ光の位相と、レーザ光源に外部から入射するレーザ光との位相の差が一定になるように複合共振の条件が変化される。さらに、制御回路６Ｂは、この駆動回路２Ａの制御量（すなわち波長の変化量）に基づき、対象物１０１の変位および／または変位量を検出し、その信号を出力する回路である。
【００６７】
実施の形態３では、発光量変動検出回路５および制御回路６Ｂにより、受光素子４での、レーザ光源から出射するレーザ光の位相と、レーザ光源に外部から入射するレーザ光との位相の差が一定になるように、この実施の形態３における光学系全体の条件を制御し、その制御の際の各部の制御量に基づき対象物の変位および／または変位量を検出する制御手段が実現される。例えば、２つのレーザ光の位相差を一定にする方法としては、光量が極大値や極小値になるような制御をした場合、発光量全体の変動の影響は受けない。
【００６８】
なお、図４におけるその他の構成要素については、実施の形態１（図１）の場合と同様であるので、その説明を省略する。
【００６９】
次に、上記装置の動作について説明する。
【００７０】
実施の形態３に係る変位検出装置では、対象物１０１に変位が生じると、受光素子４による受光量が変化する。そして、制御回路６Ｂは、その変化を打ち消すために、レーザ光の波長を長くさせるか短くさせるための制御信号を駆動回路２Ａへ供給する。駆動回路２Ａは、制御回路６Ｂからの制御信号に基づいてレーザ光源１Ａを制御し、出射されるレーザ光の波長を変化させる。レーザ光源１Ａから出射されるレーザ光の波長が変化すると、複合共振の条件が変わるため、受光素子４による受光量が変化する。
【００７１】
このようにして、対象物１０１に変位が生じた場合には、それに応じて、レーザ光源１Ａからのレーザ光の波長が調整され、受光素子４での、レーザ光源から出射するレーザ光の位相と、レーザ光源に外部から入射するレーザ光との位相の差が一定に保たれる。そして、制御回路６Ｂは、駆動回路２Ａへの制御信号に対応する信号を、対象物１０１の変位や変位量を示す信号として出力する。
【００７２】
すなわち、発光側と反射光側の位相差は、レーザ光の波長でも制御することができる。例えば、反射面がレーザ側に動いて光路長が短くなったとしても、それに合わせるようにレーザ光の波長を短くすると位相関係を変えないようにすることができる。この場合も、位相関係が変わらないようにレーザ光の波長を制御する信号は、振動板の動きの場合と同じものになる。なお、実施の形態３に係る変位検出装置のその他の動作については実施の形態１の場合と同様であるので、その説明を省略する。
【００７３】
以上のように、上記実施の形態３によれば、受光素子４での、レーザ光源から出射するレーザ光の位相と、レーザ光源に外部から入射するレーザ光との位相の差が一定のままで、レーザ光源１Ａにより生成されるレーザ光の波長が制御されるため、対象物１０１の小さな変位だけではなく比較的大きな変位も正確に検出することができる。すなわち、変位量の幅が広くても正確に対象物１０１の変位を検出することができる。
【００７４】
実施の形態４．
本発明の実施の形態４に係る変位検出装置は、実施の形態１〜３に係る変位検出装置のいずれかにおいて、受光素子４の受光量をある極小値または極大値に保つように、対象物１０１の動きに、レーザ光源１の位置または波長を追随させるようにしたものである。なお、以下、実施の形態４では、一例として、実施の形態１に係る変位検出装置を基礎としたものについて説明する。
【００７５】
図５は、本発明の実施の形態４に係る変位検出装置における発光量変動検出回路５および制御回路６の構成を示すブロック図である。図６は、図５に示す制御回路６における同期検波回路２３および積分回路２５の一例を示す回路図である。
【００７６】
図５に示す発光量変動検出回路５において、フィルタ２１は、受光素子４により検出される光量の信号の直流成分を除去する回路または素子である。また、アンプ２２は、フィルタ２１を通過した交流成分を増幅する回路である。
【００７７】
図５に示す制御回路６において、同期検波回路２３は、発振回路２４により生成された信号に同期してフィルタ２１を通過した信号を検波し、光量の変動分を検出する回路である。また、発振回路２４は、アクチュエータ７への制御信号に重畳するための所定の周波数で振動する信号を生成する回路である。なお、発振回路２４は、対象物１０１の変位速度あるいは変位周波数に比べ、弁別可能な程度に高い周波数の矩形波を生成する。
【００７８】
さらに、制御回路６において、積分回路２５は、同期検波回路２４により検波された信号を積分する回路である。また、係数器２６は、発振回路２４からの信号の振幅を所定の定数倍にして出力する回路である。また、加算回路２７は、積分回路２５の出力に、係数器２６からの出力を重畳する回路である。
【００７９】
そして、出力回路２８は、加算回路２７の出力信号を、アクチュエータ７の入出力特性に応じて校正し、さらに必要に応じて電力増幅した信号を出力する回路である。なお、出力回路２８からの信号は、制御信号としてアクチュエータ７に供給される。すなわち、積分回路２５により積分された信号に基づいて、出力回路２８により、アクチュエータ７による距離の調整方向および／または距離の調整量に対応する制御信号が生成される。
【００８０】
また、出力回路２９は、積分回路２５の出力信号を、必要に応じて補償処理を施した上で、外部へ出力する回路である。
【００８１】
図６に示す同期検波回路２３において、バッファ４１は、高入力インピーダンスかつ低出力インピーダンスの回路である。また、反転回路４２は、バッファ４１に直列に接続され、バッファ４１を介して入力された信号の正負を逆転させて出力する回路である。また、スイッチ４３，４４は、それぞれバッファ４１の出力端および反転回路４２の出力端に直列に接続され、制御信号の値に応じてオン／オフする素子または回路である。また、反転回路４５は、発振回路２４からの矩形波の正負を反転させる回路である。
【００８２】
図６に示す積分回路２５において、増幅器５１は、正側入力端を接地され、負側入力端に抵抗５２，５３およびコンデンサ５４を接続された演算増幅器である。また、抵抗５２，５３は、一端をスイッチ４３，４４にそれぞれ直列に接続され、他端を増幅器５１に接続された素子である。また、コンデンサ５４は、一端を増幅器５１の負側入力端に、他端を増幅器５１の出力端に接続された素子である。
【００８３】
すなわち、抵抗５２，５３の抵抗値をそれぞれＲとし、コンデンサの静電容量をＣとし、抵抗５２に印加された電圧をＶ１（ｔ）とし、抵抗５３に印加された電圧をＶ２（ｔ）とすると、積分回路２５の出力電圧Ｖｏ（ｔ）は、電圧Ｖ１（ｔ）と電圧Ｖ２（ｔ）との和の時間積分（∫Ｖ１（ｔ）＋Ｖ２（ｔ）ｄｔ）に係数（−１／（Ｒ・Ｃ））を乗じた電圧となる。ただし、この電圧Ｖｏ（ｔ）の範囲は、増幅器５１の正側電源電圧と負側電源電圧との間の範囲に限定される。
【００８４】
なお、実施の形態４に係る変位検出装置におけるその他の構成要素については、実施の形態１（図１）の場合と同様であるので、その説明を省略する。
【００８５】
次に、上記装置の動作について説明する。
【００８６】
まず、対象物１０１に変位が発生していない場合の動作について説明する。
【００８７】
実施の形態４では、制御回路６の発振回路２４により生成された所定の周波数の信号（発振信号という）が、係数器２６を介して、加算回路２７により間接的にアクチュエータ７への制御信号に重畳される。したがって、対象物１０１に変位が発生していなくても、アクチュエータ７が動作し、この信号の振幅（係数器２６による処理後の振幅）に対応する変位量だけ、レーザ光源１が、光路と平行な方向に振動する。
【００８８】
他方、受光素子４からの電気信号は、発光量変動検出回路５のフィルタ２１に供給される。受光素子４からの電気信号には、対象物１０１に変位が生じていない場合の受光量に対応する電圧値である直流成分と、発振信号によるレーザ光源１の機械的振動に起因する受光量の変動に対応する交流成分が含まれる。フィルタ２１は、この受光素子４からの電気信号における交流成分を通過させ、直流成分を遮断する。そして、発光量変動検出回路５のアンプ２２は、フィルタ２１を通過した交流成分を増幅し、増幅後の信号を制御回路６に供給する。
【００８９】
制御回路６では、発光量変動検出回路５のアンプ２２からの信号が同期検波回路２３に供給される。同期検波回路２３は、発振信号によるレーザ光源１の機械的振動に対応する受光量の変動を示す交流信号を、その発振信号に同期して検波する。
【００９０】
同期検波回路２３では、矩形波である発振信号が正である期間では、スイッチ４３がオンとなり、スイッチ４４がオフとなる。これにより、その期間における発振信号によるレーザ光源１の機械的振動に対応する受光量の変動を示す交流信号は、バッファ４１およびスイッチ４３を介してそのままの位相で積分回路２５の抵抗５２へ出力される。一方、矩形波である発振信号が負である期間では、スイッチ４３がオフとなり、スイッチ４４がオンとなる。これにより、その期間における発振信号によるレーザ光源１の機械的振動に対応する受光量の変動を示す交流信号は、バッファ４１、反転回路４２およびスイッチ４４を介して正負を反転されて積分回路２５の抵抗５３へ出力される。
【００９１】
そして、積分回路２５は、抵抗５２へ入力された信号および抵抗５３へ入力された信号の和を積分していき、その積分値に応じた電圧Ｖｏ（ｔ）がコンデンサ５４の両端に誘起する。積分回路２５の出力電圧は、加算回路２７および出力回路２９に印加される。加算回路２７は、その積分回路２５の出力電圧に、発振信号の電圧を加算した電圧を出力回路２８に印加する。出力回路２８は、その入力電圧の値に応じた電圧値または電流値の制御信号をアクチュエータ７に供給する。一方、出力回路２９は、積分回路２５からの入力電圧に応じた信号を出力する。
【００９２】
例えば、図２の点Ａを中心にして、発振信号により光路長が増減する場合であって、発振信号が負であるときには光路長（対象物１０１とレーザ光源１との距離）が長くなり発振信号が正であるときには光路長が短くなる場合では、発振信号が負である期間では、受光素子４による受光量が減少し、発振信号が正である期間では、受光素子４による受光量が増加する。そして、発振信号が負である期間では、受光素子４による受光量の変動を示す信号は、同期検波回路２３を介して、正負を反転されて積分回路２５へ供給され、発振信号が正である期間では、受光素子４による受光量の変動を示す信号が、同期検波回路２３を介してそのまま積分回路２５へ供給される。
【００９３】
発振信号が負である期間では、受光素子４による受光量が減少するため、同期検波回路２３へ供給される信号（つまり、受光量の変化に対応する信号）は、負となり、同期検波回路２３により正負を反転された正の信号が、積分回路２５へ供給される。一方、発振信号が正である期間では、受光素子４による受光量が増加するため、同期検波回路２３へ供給される信号は、正となり、さらに、そのまま積分回路２５へ供給される。
【００９４】
したがって、この場合では積分回路２５の積分係数が負であるため、積分回路２５の出力電圧が負となり、アクチュエータ７の制御信号が減少し、発振信号が負である場合と同様に、光路長が長くなる。したがって、図２の点Ａにて動作している場合、動作点が、点Ｂに向かって移動していくことになる。
【００９５】
そして、図２の点Ｂ（極小点）を中心にして、発振信号により光路長が増減する場合であって、発振信号が負であるときには光路長（対象物１０１とレーザ光源１との距離）が長くなり発振信号が正であるときには光路長が短くなる場合では、発振信号が負である期間でも、発振信号が正である期間でも、発振信号がない場合に比べ、受光素子４による受光量が増加する。そして、発振信号が正である期間では、受光素子４による受光量の変動を示す信号が、同期検波回路２３を介してそのまま積分回路２５へ供給され、発振信号が負である期間では、受光素子４による受光量の変動を示す信号は、同期検波回路２３を介して、正負を反転されて積分回路２５へ供給される。
【００９６】
したがって、発振信号が正である期間における受光量の増加量と、発振信号が負である期間における受光量の増加量とが均衡する位置（すなわち極小点である点Ｂ付近）において、積分回路２５の出力電圧は、一定となる。
【００９７】
このようにして、この変位検出装置の制御系の動作点が決定される。
【００９８】
次に、対象物１０１に変位が発生した場合の動作について説明する。
【００９９】
上述したように、制御系の動作点が、光路長−光量変動特性における極小点近傍に決定されると、その状態での、積分回路２５の出力値、アクチュエータ７によるレーザ光源１の変位量などといった各パラメータの値が基準値となり、対象物１０１に変位が発生した場合には、この基準値からそれぞれのパラメータの値が変動することになる。ただし、受光素子４での、レーザ光源から出射するレーザ光の位相と、レーザ光源に外部から入射するレーザ光との位相の差は一定に保たれる。
【０１００】
制御系の動作点が、光路長−光量変動特性における極小点近傍に存在する状態で、対象物１０１に変位が発生した場合には、一時的に、動作点が動き受光量が変動するが、上述した場合のように、積分回路２５の出力電圧が変化していき、動作点が、元の極小点近傍に戻る。そして、出力回路２９は、動作点が一定に保持された状態での、この積分回路２５の出力電圧の変化量を、対象物１０１の変位量として出力する。
【０１０１】
例えば、上述の例のようにして対象物１０１の変位が生じていないときの動作点が決定され、図２に示す点Ｂ近傍に動作点が存在する場合に、対象物１０１に変位が生じ光路長が短くなると、点Ａに向かって動作点が動く。これにより、上述の点Ａに動作点があるときと同様に、積分回路２５の出力電圧は、減少していく。そして、アクチュエータ７は、この積分回路２５の出力電圧の減少分に対応する変位量だけレーザ光源１を移動させ、光路長を元の長さに調整する。光路長が元の長さに調整されると、動作点は、点Ｂに戻っており、受光素子４の受光量も元の受光量となっており、その時点で、積分回路２５の出力電圧の減少は停止する。このように、対象物１０１の変位量に応じて積分回路２５の出力電圧が変化するため、出力回路２９は、この積分回路２５の出力電圧の変化量に基づき、対象物１０１の変位量を示す信号を出力する。
【０１０２】
このようにして、対象物１０１の変位に追随して、レーザ光源１が移動していき、動作点が一定に保たれるとともに、変位に応じた信号が制御回路６から出力される。
【０１０３】
この実施の形態４では、極小点（極小点付近）に動作点が設定されるように、同期検波回路２３および積分回路２５を構成しているが、例えば図２における点Ｃのような極大点（極大点付近）に動作点が設定されるように、同期検波回路２３および積分回路２５を構成してもよい。
【０１０４】
なお、実施の形態４に係る変位検出装置のその他の動作については実施の形態１の場合と同様であるので、その説明を省略する。
【０１０５】
以上のように、上記実施の形態４によれば、制御回路６が、所定の周波数で振動する発振信号を、アクチュエータ７への制御信号に重畳させ、その発振信号の値と受光素子４により検出される光量の変化量に基づいて、アクチュエータ７による距離の調整方向および／または距離の調整量を演算する。これにより、受光素子４での、レーザ光源から出射するレーザ光の位相と、レーザ光源に外部から入射するレーザ光との位相の差を一定に保つことができる。なお、ここでは、実施の形態１への応用について主に述べたが、実施の形態２，３にも同様に応用可能であり、その場合にも、受光素子４での、レーザ光源から出射するレーザ光の位相と、レーザ光源に外部から入射するレーザ光との位相の差を一定に保つことができる。
【０１０６】
さらに、上記実施の形態４では、同期検波回路２３が、発振回路２４により生成された発振信号に同期してフィルタ２１を通過した信号を検波し、光量の変化を検出する。これにより、受光素子４の受光量の増減方向を正確に検出することができる。
【０１０７】
さらに、上記実施の形態４では、積分回路２５が、同期検波回路２３の出力電圧を積分し、アクチュエータ７のための制御信号を生成する。これにより、複合共振の際の光量変化特性を利用して、複合共振の際の光量変化特性における光量の極小値または極大値に、制御系の動作点が設定し、その動作点の光量が極大値または極小値を保つように、対象物１０１の変位の変化に追随するようにレーザ光源１の位置が正確に制御される。
【０１０８】
実施の形態５．
本発明の実施の形態５に係る変位検出装置は、実施の形態４に係る変位検出装置における積分回路２５の出力電圧の偏移をキャンセルするようにしたものである。
【０１０９】
図７は、本発明の実施の形態５に係る変位検出装置における積分回路２５Ａの構成を示す回路図である。図７に示す積分回路２５Ａにおいて、増幅器５１、抵抗５２，５３およびコンデンサ５４は、実施の形態４（図６）における積分回路２５と同様のものである。また、コンデンサ６１および抵抗６２は、微分回路７１を構成し、増幅器５１、抵抗５２，５３およびコンデンサ５４による積分回路の出力電圧の変化に応じた電圧を発生する回路である。
【０１１０】
なお、出力回路２９には、積分回路２５の出力の代わりに微分回路７１の出力が入力される。
【０１１１】
また、スイッチ６３は、コンデンサ５４に対して並列に設けられ、制御信号の値に応じてオン／オフする素子または回路である。スイッチ６４は、コンデンサ６１に対して並列に設けられ、制御信号の値に応じてオン／オフする素子または回路である。スイッチ６５は、一端が接地点に接続され、他端がコンデンサ６１と抵抗６２の接続点に接続され制御信号の値に応じてオン／オフする素子または回路である。
【０１１２】
ウィンドウコンパレータ６６は、積分回路２５の出力電圧の絶対値が所定の閾値を超えた場合には、ローレベルの信号を出力し、それ以外の場合には、ハイレベルの信号を出力する回路である。
【０１１３】
ゼロクロス検出回路６７は、微分回路７１の出力電圧の値が正から負または負から正へ変化した際に（すなわち対象物１０１の変位量がゼロになった際に）、一定期間、ハイレベルの信号を出力する回路である。
【０１１４】
反転回路６８は、ウィンドウコンパレータ６６からの信号のレベルを反転させる回路である。また、演算回路６９は、反転回路６８からの信号のレベルと、ゼロクロス検出回路６７からの信号のレベルとの論理積を演算する回路である。すなわち、演算回路６９は、反転回路６８からの信号のレベルがハイレベルであり、かつ、ゼロクロス検出回路６７からの信号のレベルがハイレベルである場合にのみハイレベルの信号を出力し、そうでない場合には、ローレベルの信号を出力する。
【０１１５】
ワンショットパルス生成回路７０は、演算回路６９からの信号がローレベルからハイレベルへ変化すると、一定期間において、ハイレベルの信号を出力するスイッチ制御手段としての回路である。
【０１１６】
なお、実施の形態５に係る変位検出装置におけるその他の構成要素については、実施の形態１（図１）の場合と同様であるので、その説明を省略する。
【０１１７】
次に、上記装置の動作について説明する。
【０１１８】
実施の形態５における制御回路６の積分回路２５Ａでは、実施の形態４の場合と同様にして、積分回路２５の出力電圧が、対象物１０１の変位量に応じた電圧となる。それに続く微分回路７１の出力電圧は、その変位量の変化に応じた電圧となる。
【０１１９】
例えば、周囲温度の変化などに起因してレーザ光源１からのレーザ光の波長が変化した場合、積分回路２５の出力電圧が、偏移し、電圧動作範囲の上限値または下限値近くに達する可能性がある。通常、積分回路２５の出力電圧の範囲は、増幅器５１の正側電源電圧および負側電源電圧により決定され、積分回路２５の出力電圧は、それらの電源電圧の範囲外にはならない。
【０１２０】
そこで、実施の形態５では、積分回路２５の出力電圧が、電圧動作範囲の上限値より低い所定の正側閾値より高くなるか、電圧動作範囲の下限値より高い所定の負側閾値より低くなった場合に、積分回路２５の出力電圧をゼロにリセットする。なお、リセットの前後で、アクチュエータ７の位置、すなわち、レーザ光源１の状態はそのまま維持される。
【０１２１】
すなわち、実施の形態５では、積分回路２５の出力電圧が、電圧動作範囲の上限値より低い所定の正側閾値より高くなるか、あるいは電圧動作範囲の下限値より高い所定の負側閾値より低くなった場合に、ウィンドウコンパレータ６６は、ローレベルの信号を出力し、反転回路６８は、その信号を反転し、ハイレベルの信号を演算回路６９に供給する。他方、ゼロクロス検出回路６７は、対象物１０１の変位量の変化がなく積分回路２５の出力電圧の変化がなくなったときに、ハイレベルの信号を演算回路６９に供給する。そして、演算回路６９は、ウィンドウコンパレータ６６からの信号とゼロクロス検出回路６７からの信号の両方がハイレベルとなると、ワンショットパルス発生回路７０への信号のレベルをローレベルからハイレベルへ切り換える。ワンショットパルス発生回路７０は、入力されている信号のレベルがローレベルからハイレベルへ切り換わると、一定期間、スイッチ６３，６４，６５をオンさせその後オフさせるために、１つのパルス信号を制御信号としてスイッチ６３，６４，６５に供給する。そのパルス信号を供給されると、スイッチ６３，６４，６５は一時的にすべてオンとなり、コンデンサ５４の両端、コンデンサ６１の両端および接地点は、すべて電気的に接続され、コンデンサ５４，６１の蓄積電荷はゼロとなり、コンデンサ５４，６１の両端電圧はゼロとなり、積分回路２５の出力電圧の偏移がキャンセルされる。
【０１２２】
これにより、積分回路２５の出力電圧が、電圧動作範囲の上限値または下限値に近くなったとしても、積分回路２５の出力電圧がゼロにリセットされるため、受光量（すなわち、レーザ光の位相差）の制御に不都合は生じない。
【０１２３】
なお、実施の形態５では、変位量の出力が、微分回路７１から出力回路２９を介して得られるため、変位量の出力のゼロクロスのタイミングでリセットをすることで、リセットに起因する、変位量の出力への影響が抑制される。
【０１２４】
なお、実施の形態５に係る変位検出装置のその他の動作については実施の形態１の場合と同様であるので、その説明を省略する。
【０１２５】
以上のように、上記実施の形態５によれば、スイッチ６３、ウィンドウコンパレータ６６などで構成されるキャンセル回路が、積分回路２５の出力偏移をキャンセルする。これにより、周囲温度の変化などに起因して積分回路２５の出力電圧に、初期設定値からの偏移が生じてもキャンセルされるため、対象物１０１の変位の検出のための制御を継続的に円滑に行うことができる。
【０１２６】
さらに、上記実施の形態５によれば、ワンショットパルス発生回路７０が、対象物１０１の変位（つまり、微分回路７１の出力）がゼロとなったときに積分回路２５のコンデンサ５４の蓄積電荷を放電させる。これにより、ポップノイズなどといったノイズの、出力信号への重畳を抑制することができる。
【０１２７】
実施の形態６．
本発明の実施の形態６に係る変位検出装置は、実施の形態５におけるリセット処理の際に、対象物１０１の変位および／または変位量についての出力信号を遮断するようにしたものである。
【０１２８】
実施の形態６に係る変位検出装置では、図７に示すスイッチ６５が、出力信号を遮断するスイッチとして機能する。そして、図７に示すスイッチ６５は、スイッチ６３，６４と同様のタイミングでオン／オフ制御される。
【０１２９】
なお、実施の形態６に係る変位検出装置のその他の構成および動作については実施の形態５の場合と同様であるので、その説明を省略する。
【０１３０】
以上のように、上記実施の形態６によれば、出力遮断手段としてのスイッチ６５が、上述のキャンセル回路の動作時に、制御回路６により検出された対象物の変位および／または変位量についての出力信号を遮断するため、ポップノイズなどといったノイズの、出力信号への重畳を抑制することができる。
【０１３１】
実施の形態７．
本発明の実施の形態７に係る変位検出装置は、光学現象として複合共振を利用する代わりにレーザ光の干渉を利用したものである。また、本発明の実施の形態７に係る変位検出装置における光学系全体を制御する制御系は、実施の形態１のものと同様である。
【０１３２】
図８は、本発明の実施の形態７に係る変位検出装置の構成を示すブロック図である。図８において、レーザ光源８１は、変位可能な対象物１０１へレーザ光を出射する光源である。レーザ光源８１としては、レーザダイオードなどの半導体レーザが使用される。また、レーザ光源８１として、面発光レーザを使用してもよい。レーザ光源８１として面発光レーザを使用する場合、レーザ光源１での消費電流を抑制することができる。
【０１３３】
また、対象物１０１の反射部１０１ａは、反射板を付設して実現してもよいし、乾燥後に光を反射する塗料を塗布して実現してもよい。また、対象物１０１の表面が、光を反射する材質である場合には、別の材料を使用して反射部１０１ａを設ける必要は特にない。すなわち、対象物１０１の一部を反射部１０１ａとすればよい。
【０１３４】
また、駆動回路８２は、レーザ光源８１に駆動電流を供給し、レーザ光を発生させる回路である。
【０１３５】
また、光学系８３は、レーザ光源８１からのレーザ光を分岐し、分岐後の一方のレーザ光を対象物１０１へ向けて出射させ、分岐後の他方のレーザ光を受光素子８４へ向けて出射させるとともに、対象物１０１からの反射光を受光素子８４へ向けて出射させる光学系である。なお、この光学系８３、レーザ光源８１および対象物１０１の反射部１０１ａにより、レーザ光源８１から出射したレーザ光と対象物１０１からの反射光とを互いに干渉させる光学系が構成される。
【０１３６】
また、受光素子８４は、光学系８３により導かれた光を検出しその光量に応じた電気信号を出力する受光手段としての素子である。受光素子８４としては、ホトダイオード、ホトトランジスタなどといったホトデテクタが使用される。
【０１３７】
レーザ光源８１からのレーザ光と対象物１０１からの反射光が重なった場合、これらのレーザ光についてのレーザ光源８１から受光素子８４までの光路長が同一ではないため、受光素子８４では、これらのレーザ光の位相差に応じて光量が変化する。これらのレーザ光の位相が同一となると、受光素子８４での光量が大きくなり、これらのレーザ光の位相が逆となると、受光素子８４での光量が小さくなる。また、対象物１０１の位置が変化すると、対象物１０１からの反射光についての光路長が変化するため、受光素子８４での光量が変化する。つまり、対象物１０１の変位に起因するこれらのレーザ光の位相差の変化に応じて、受光素子８４による受光量が変化する。
【０１３８】
これを利用して、この実施の形態７では、受光素子８４による受光量に基づいて、これらのレーザ光の位相差が一定となるように、レーザ光源８１の位置、つまり光路長が、発光量変動検出回路５、制御回路６およびアクチュエータ７により調整され、その際に、対象物１０１の変位または変位量を示す信号が、制御回路６から出力される。その際、レーザ光源８１とともに光学系３の一部または全部の位置を調整するようにしてもよい。
【０１３９】
なお、発光量変動検出回路５、制御回路６およびアクチュエータ７の構成および動作については、実施の形態１の場合と同様であるので、その説明を省略する。
【０１４０】
以上のように、上記実施の形態７によれば、対象物１０１の変位に追随してレーザ光源８１の位置が制御されるため、機械的または構造的な制約がなければ、対象物１０１の小さな変位だけではなく比較的大きな変位も正確に検出することができる。すなわち、変位量の幅が広くても正確に対象物１０１の変位を検出することができる。
【０１４１】
実施の形態８．
本発明の実施の形態８に係る変位検出装置は、光学現象として複合共振を利用する代わりにレーザ光の干渉を利用したものである。また、本発明の実施の形態８に係る変位検出装置における光学系全体を制御する制御系は、実施の形態２のものと同様である。
【０１４２】
図９は、本発明の実施の形態８に係る変位検出装置の構成を示すブロック図である。図９において、レーザ光源８１、駆動回路８２、光学系８３および受光素子８４は、実施の形態７のものと同様である。すなわち、本発明の実施の形態８に係る変位検出装置における光学系全体は、実施の形態７のものと同様である。
【０１４３】
この実施の形態８では、実施の形態７の場合と同様に、レーザ光源８１からのレーザ光と対象物１０１からの反射光との位相差に応じて、受光素子８４による受光量が変化する。
【０１４４】
これを利用して、この実施の形態８では、これらのレーザ光の位相差が一定となるように、受光素子８４による受光量に基づいて、対象物１０１の位置が、発光量変動検出回路５、制御回路６およびアクチュエータ７Ａにより調整され、その際に、対象物１０１の変位または変位量を示す信号が、制御回路６Ａから出力される。したがって、実施の形態８に係る変位検出装置では、対象物１０１に変位が生じると、受光素子８４による受光量が変化し、その変化を打ち消す方向にアクチュエータ７Ａを駆動させるための制御信号が、制御回路６Ａからアクチュエータ７Ａに供給される。そして、アクチュエータ７Ａは、対象物１０１に生じた変位を打ち消す方向へ対象物１０１を付勢する。これにより、対象物１０１は、変位が生じる前の位置へと向かって移動する。このようにして、実施の形態８に係る変位検出装置は、対象物１０１を所定の位置に静止させる。
【０１４５】
実施の形態９．
本発明の実施の形態９に係る変位検出装置は、光学現象として複合共振を利用する代わりにレーザ光の干渉を利用したものである。また、本発明の実施の形態９に係る変位検出装置における光学系全体を制御する制御系は、実施の形態３のものと同様である。
【０１４６】
図１０は、本発明の実施の形態９に係る変位検出装置の構成を示すブロック図である。図１０において、レーザ光源８１Ａは、外部からの制御信号に基づき波長を調整可能なレーザ光源である。駆動回路８２Ａは、レーザ光源８１Ａに電力を供給するとともに、例えば駆動電流を増減させて、レーザ光源８１Ａのレーザ光の波長を調整する回路である。なお、実施の形態９における発光量変動検出回路５および制御回路６Ｂは、実施の形態３のものと同様であり、光学系８３および受光素子８４は、実施の形態７のものと同様であるので、その説明を省略する。
【０１４７】
そして、これにより、実施の形態９では、受光素子８４での、レーザ光源８１からのレーザ光と対象物１０１からの反射光との位相差に応じて、受光素子８４による受光量が変化する。
【０１４８】
これを利用して、この実施の形態８では、レーザ光源８１からのレーザ光と対象物１０１からの反射光との位相差が一定となるように、受光素子８４による受光量に基づいて、レーザ光源８１Ａのレーザ光の波長が、発光量変動検出回路５、制御回路６および駆動回路８２Ａにより調整され、その際に、対象物１０１の変位または変位量を示す信号が、制御回路６Ｂから出力される。
【０１４９】
以上のように、上記実施の形態９によれば、受光素子８４の受光量が一定のままで、レーザ光源８１Ａにより生成されるレーザ光の波長が制御されるため、対象物１０１の小さな変位だけではなく比較的大きな変位も正確に検出することができる。すなわち、変位量の幅が広くても正確に対象物１０１の変位を検出することができる。
【０１５０】
実施の形態１０．
本発明の実施の形態１０に係るマイクロホン装置は、上述の実施の形態１〜９のいずれかの変位検出装置を利用して振動板の変位を検出し、その変位に応じた出力信号を音声信号として出力するものである。
【０１５１】
実施の形態１０に係るマイクロホン装置では、図示せぬ筐体に、音波により振動する振動板と、上述の変位検出装置が配置され、図示せぬケーブルなどを介して制御回路６から音声信号が出力される。なお、このマイクロホン装置の場合、振動板の内側面（つまり外部から音波を受ける面とは反対側の面）に反射部１０１ａを設けその面にレーザ光が入射するようにしてもよいし、振動板の外側面（つまり外部から音波を受ける面）に反射部１０１ａを設けその面にレーザ光が入射するようにしてもよい。ただし、いずれの場合においても、受光素子４によりそのレーザ光が受光される。
【０１５２】
以上のように、上記実施の形態１０によれば、小型でかつ高感度のマイクロホン装置を実現することができる。
【０１５３】
なお、上述の各実施の形態は、本発明の好適な例であるが、本発明は、これらに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能である。
【０１５４】
例えば、実施の形態４，５，６で開示した技術は、主に実施の形態１に対して適用したものであるが、同様に、実施の形態２，３，７，８，９に適用可能である。それらの技術を実施の形態２，３，７，８，９に適用する場合には、受光素子４（８４）の受光量に基づき２つのレーザ光の位相差を一定に保つために変化させるパラメータが、実施の形態１の場合と異なるだけであり、同様の制御方式を適用可能である。
【０１５５】
また、上述の実施の形態１〜６では、複合共振により生成される光の光量を受光素子４により検出しているが、その代わりに、駆動回路２，２Ａが、レーザ光源１への駆動電流の変動に基づいて、複合共振により生成される光の光量を検出するようにしてもよい。
【０１５６】
また、上述の各実施の形態では、光学系の一部に複合共振系を利用しているが、その代わりに、レーザ光源１からの出射光と対象物１０１からの反射光とにより干渉などの何らかの現象が生じ、その光学現象に起因して、いずれかの光学条件を変化させたときに受光素子４の受光量が変化する光学系を採用してもよい。
【０１５７】
また、上述の各実施の形態に係る変位検出装置の一応用例として、実施の形態７にマイクロホン装置を挙げているが、その他、一般的な用途の変位センサにも勿論応用可能である。
【０１５８】
また、上述の各実施の形態では、非接触で変位を検出する媒体としてレーザ光を使用しているが、電波や音波を媒体して同様の原理を使用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１５９】
本発明は、例えば、マイクロホン装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１６０】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る変位検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、実施の形態１において、対象物の変位量と受光素子により検出される光量との関係の一例を示す図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態２に係る変位検出装置の構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態３に係る変位検出装置の構成を示すブロック図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態４に係る変位検出装置における発光量変動検出回路および制御回路の構成を示すブロック図である。
【図６】図６は、図５に示す制御回路６における同期検波回路および積分回路の一例を示す回路図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態５に係る変位検出装置における積分回路の構成を示す回路図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態７に係る変位検出装置の構成を示すブロック図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態８に係る変位検出装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態９に係る変位検出装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】図１１は、対象物の変位を光学的に検出する従来の第１の方法を説明する図である。
【図１２】図１２は、対象物の変位を光学的に検出する従来の第２の方法を説明する図である。
【図１３】図１３は、対象物の変位を光学的に検出する従来の第３の方法を説明する図である。
【符号の説明】
【０１６１】
１，１Ａ，８１，８１Ａ  レーザ光源（光源）
２Ａ，８２Ａ  駆動回路（波長調整手段）
３，８３  光学系
４，８４  受光素子（光量検出手段）
５  発光量変動検出回路（制御手段の一部）
６，６Ａ，６Ｂ  制御回路（制御手段の一部、検出手段）
７，７Ａ  アクチュエータ（距離調整手段）
２３  同期検波回路
２４  発振回路
２５，２５Ａ  積分回路  
５２，５３  抵抗（抵抗素子）
５４  コンデンサ
６３  スイッチ（キャンセル回路の一部）
７０  ワンショットパルス発生回路（キャンセル回路の一部、スイッチ制御手段）
１０１  対象物
【図１】
2005221267.tif 000003
【図２】
2005221267.tif 000004
【図３】
2005221267.tif 000005
【図４】
2005221267.tif 000006
【図５】
2005221267.tif 000007
【図６】
2005221267.tif 000008
【図７】
2005221267.tif 000009
【図８】
2005221267.tif 000010
【図９】
2005221267.tif 000011
【図１０】
2005221267.tif 000012
【図１１】
2005221267.tif 000013
【図１２】
2005221267.tif 000014
【図１３】
2005221267.tif 000015