JP2005061928A - Speedometer, displacement gauge, vibrometer, and electronic device - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compact speedometer capable of preventing formation in large size and detecting the two-dimensional moving speed and moving direction of an object to be measured. <P>SOLUTION: A semiconductor laser 1 emits a first luminous flux 7 from a front face and a second luminous flux 8 from a rear face. The first and second luminous fluxes 7 and 8 are divided into a plurality of luminous fluxes sequentially via diffraction gratings 3a and 3b and beam splitters 9a-9d. The plurality of luminous fluxes irradiate the surface of the object to be measured 13 to form detection points 14a and 14b on an x axis and detection points 14c and 14d on a y axis. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、移動する被測定物にレーザ光を照射し、被測定物の移動速度に応じた光の周波数偏移量を物体からの散乱光を受光して被測定物の速度を検出する速度計に関する。   The present invention irradiates a moving object to be measured with laser light, detects the frequency shift amount of light according to the moving speed of the object to be measured, and receives the scattered light from the object to detect the speed of the object to be measured. Regarding the total.

一般に光源と観測者が相対的な運動をしている時、ドップラー効果により光は周波数の変化を受ける。レーザドップラー速度計（以下、ＬＤＶ（Laser Doppler Velocimeter）と言う。）はこの効果を利用して、移動する被測定物にレーザ光を照射して、その被測定物からの散乱光のドップラー周波数偏移を測定し、被測定物の移動速度を測定するものである。このＬＤＶは１９６４年にＹehとCumminsによって発表され（Appl. Phys. Lett. 4‐10 (1964) 176）、現在では一般に広く知られており、実用化されている。   In general, when the light source and the observer are moving relative to each other, the light undergoes a change in frequency due to the Doppler effect. A laser Doppler velocimeter (hereinafter referred to as LDV (Laser Doppler Velocimeter)) uses this effect to irradiate a moving object to be measured with laser light, and to apply a Doppler frequency deviation of scattered light from the object to be measured. The movement is measured and the moving speed of the object to be measured is measured. This LDV was published by Yeh and Cummins in 1964 (Appl. Phys. Lett. 4-10 (1964) 176) and is now widely known and put into practical use.

図１３に従来の代表的なＬＤＶの光学系図を示す。   FIG. 13 shows an optical system diagram of a conventional typical LDV.

図１３において、１０１は半導体レーザ（以下、ＬＤ（Lａser Diode）と言う。）、１０２は受光素子であるフォトダイオード（以下、ＰＤ（Photo Diode）と言う。）、１０３は回折格子、１０４はコリメータレンズ（以下、ＣＬと言う。）、１０５はミラー、１０６は集光レンズ、１０７は回折格子３による＋１次回折光の第１の光束、１０８は回折格子３による−１次回折光の第２の光束、１１３は被測定物である。   In FIG. 13, 101 is a semiconductor laser (hereinafter referred to as LD (Laser Diode)), 102 is a photodiode (hereinafter referred to as PD (Photo Diode)) as a light receiving element, 103 is a diffraction grating, and 104 is a collimator. A lens (hereinafter referred to as CL), 105 is a mirror, 106 is a condenser lens, 107 is a first light beam of + 1st order diffracted light by the diffraction grating 3, and 108 is a second light beam of -1st order diffracted light by the diffraction grating 3. 113 are objects to be measured.

上記構成の光学系では、ＬＤ１０１から出射したレーザ光はＣＬ１０４により平行光束に変換された後、回折格子１０３により角度θの回折角で±１次回折光に分割されて第１，第２の光束１０７，１０８となる。そして、第１，第２の光束１０７，１０８はそれぞれミラー１０５で反射した後、被測定物１１３の表面に入射角θでもって入射して再度重ね合わせられる。被測定物１１３により散乱された第１，第２の光束１０７，１０８はドップラー周波数偏移を受けており、ＬＤ１０１の発振周波数と若干異なる。このため、被測定物１１３により散乱された第１，第２の光束１０７，１０８の干渉波はうなりを生じる。このうなりをビート信号と呼ぶ。このビート信号のうなり周波数をＰＤ１０２でヘテロダイン検波することにより、被測定物１１３の移動速度を求めることができる。以下詳細に説明する。   In the optical system configured as described above, the laser light emitted from the LD 101 is converted into a parallel light beam by the CL 104, and then divided into ± first-order diffracted light at a diffraction angle of θ by the diffraction grating 103 to be first and second light beams 107. , 108. Then, the first and second light beams 107 and 108 are respectively reflected by the mirror 105, and then enter the surface of the object 113 to be measured with an incident angle θ and are superimposed again. The first and second light beams 107 and 108 scattered by the DUT 113 are subjected to Doppler frequency shift and are slightly different from the oscillation frequency of the LD 101. For this reason, the interference waves of the first and second light beams 107 and 108 scattered by the DUT 113 cause a beat. This beat is called a beat signal. The moving speed of the DUT 113 can be obtained by heterodyne detection of the beat frequency of the beat signal by the PD 102. This will be described in detail below.

いま、被測定物１１３の移動方向を図１３のように右向きを正方向とすると、第１の光束１０７に対しては−ｆ_d、第２の光束１０８に対しては＋ｆ_dのドップラー周波数偏移を受け、第１の光束１０７の見かけの周波数は（ｆ₀−ｆ_d）、第２の光束８の見かけの周波数は（ｆ₀＋ｆ_d）となる。ただし、ｆ₀はＬＤ１の発振周波数である。このとき、ＬＤ１０１から出射する光の電場は、Ｅ₀・ｃｏｓ（２πｆ₀ｔ）と表すことができるので、第１の光束１０７は次の式１で、第２の光束１０８は次の式２で表わすことができる。
（式１）

（式２）

Now, assuming that the moving direction of the DUT 113 is a positive direction as shown in FIG. 13, the Doppler frequency deviation is −f _d for the first light beam 107 and + f _d for the second light beam 108. As a result, the apparent frequency of the first light beam 107 is (f ₀ −f _d ), and the apparent frequency of the second light beam 8 is (f ₀ + f _d ). However, f ₀ is the oscillation frequency of the LD1. At this time, since the electric field of the light emitted from the LD 101 can be expressed as E ₀ · cos (2πf ₀ t), the first light beam 107 is expressed by the following equation 1, and the second light beam 108 is expressed by the following equation 2. It can be expressed as
(Formula 1)

(Formula 2)

ただし、ｆ₀はＬＤ１０１の出射光の周波数、Ｅ₀はＬＤ１０１の出射光の振幅、Ｅ_Aは第１の光束１０７の振幅、Ｅ_Bは第２の光束１０８の振幅、φ_Aは第１の光束１０７の位相、φ_Bは第２の光束１０８の位相である。 However, f ₀ is the frequency of the light emitted from the LD 101, E ₀ is the amplitude of the light emitted from the LD 101, E _A is the amplitude of the first light beam 107, E _B is the amplitude of the second light beam 108, and φ _A is the first The phase of the light beam 107, φ _B is the phase of the second light beam 108.

光の周波数は一般に１００ＴＨｚ（〜１０¹⁴Ｈｚ）であるので、式１や式２の周波数情報を直接測定することができない。このため、上記のようにヘテロダイン検波が一般に用いられ、ｆ₀≫ｆ_dが成り立つので、式１と式２の干渉波は、
（式３）

と表すことができる。ただし、式３で左辺の＜＞は時間平均を表す。よって、ＰＤ１０２によりこの干渉波の周波数を測定することができる。 Since the frequency of light is generally 100 THz (˜10 ¹⁴ Hz), the frequency information of Equation 1 and Equation 2 cannot be directly measured. For this reason, heterodyne detection is generally used as described above, and f ₀ >> f _d holds, so that the interference waves of Equations 1 and 2 are
(Formula 3)

It can be expressed as. However, <> on the left side in Equation 3 represents a time average. Therefore, the frequency of this interference wave can be measured by the PD 102.

図１４は被測定物１１３が速度Ｖで移動するとき、２つの光束がそれぞれ任意の角度α，βで被測定物１１３に入射し、任意の角度γで散乱光を受光した時の図である。   FIG. 14 is a diagram when the object to be measured 113 moves at a speed V, when two light beams enter the object to be measured 113 at arbitrary angles α and β, respectively, and receive scattered light at an arbitrary angle γ. .

ドップラー効果による周波数の偏移量は厳密には相対論によるローレンツ変換を用いて求めるが、移動速度Ｖが光速ｃに比べて十分小さいときには、近似的に以下のように求めることができる。光源Ａ、光源Ｂからの光と移動物体の相対速度Ｖ_A1，Ｖ_B1は、
（式４）

と表せる。また、上記被測定物１１３から見たそれぞれの光の見かけの周波数ｆ_A1，ｆ_B1は、
（式５）

それぞれの散乱（反射）光と移動物体の相対速度Ｖ_A2，Ｖ_B2は、
（式６）

となる。よって、観測点から見た光の周波数ｆ_A2，ｆ_B2は、
（式７）

と表すことができる。式７の周波数と入射光の周波数 との差がドップラー周波数偏移量２ｆ_dになる。いま、観測点で測定される２つの光束のうなり周波数ｆ_dは、ｃ≫Ｖを用いて、
（式８）

となり、観測点の位置（角度：γ）に依らないことがわかる。図１３においてはα=β=θであるので、図１３の一般的なＬＤＶ光学系において、式８より、
（式９）

が成立する。よって、式３で表される周波数２ｆ_dを測定し、式９を用いて計算することにより、被測定物の移動速度Ｖを求めることができる。 Strictly speaking, the amount of frequency shift due to the Doppler effect is obtained using the Lorentz transformation based on relativity, but when the moving speed V is sufficiently smaller than the light speed c, it can be obtained approximately as follows. The relative velocities V _A1 and V _B1 of the light from the light sources A and B and the moving object are
(Formula 4)

It can be expressed. The apparent frequencies f _A1 and f _B1 of the light viewed from the DUT 113 are:
(Formula 5)

The relative velocities V _A2 and V _B2 of each scattered (reflected) light and moving object are
(Formula 6)

It becomes. Therefore, the light frequencies f _A2 and f _B2 viewed from the observation point are
(Formula 7)

It can be expressed as. The difference between the frequency of the frequency of the Formula 7 the incident light is Doppler frequency shift amount 2f _d. Now, the beat frequency f _d of the two light fluxes measured at the observation point is _c >> V,
(Formula 8)

Thus, it can be seen that it does not depend on the position of the observation point (angle: γ). Since α = β = θ in FIG. 13, in the general LDV optical system of FIG.
(Formula 9)

Is established. Therefore, the moving speed V of the object to be measured can be obtained by measuring the frequency 2f _d represented by Expression 3 and calculating using the Expression 9.

また、式９は幾何学的に次のように考えることも可能である。図１５は図１３の２つの光束（第１，第２の光束７，８）が再度重なり合う領域の拡大図である。それぞれ入射角θで２光束が交差しており、図中の破線はそれぞれの光束の等波面の一部を示している。この破線と破線との間隔が光の波長λとなる。また、垂直の太線が干渉縞の明部であり、その間隔をΔとすると、このΔは次の式１０で求まる。
（式１０）

Equation 9 can also be considered geometrically as follows. FIG. 15 is an enlarged view of a region where the two light beams (first and second light beams 7 and 8) of FIG. 13 overlap again. Two light beams intersect each other at an incident angle θ, and a broken line in the figure indicates a part of an equiwave surface of each light beam. The distance between the broken line and the broken line is the light wavelength λ. Also, the vertical thick line is the bright part of the interference fringes, and when the interval is Δ, this Δ is obtained by the following equation (10).
(Formula 10)

図１５のように、物体（●で図示）が速度Ｖで干渉縞に垂直に通過するとき、その周波数ｆは
（式１１）

となり、式９と等しくなる。 As shown in FIG. 15, when an object (shown by ●) passes perpendicularly to the interference fringe at a speed V, its frequency f is expressed by (Equation 11).

Which is equal to Equation 9.

また、以上のような一般的なＬＤＶにおいては上記のようにして移動速度を求めることはできるが、被測定物の移動方向を検知することはできない。これに対して、特開平３−２３５０６０号公報（特許文献１）では図１３の回折格子３を速度Ｖ_gで回転させることにより移動方向検知を可能としている。これにより、回折格子１０３で光が反射する際、それぞれの光束はＶ_gに比例したドップラー周波数偏移を受けるので、ＰＤ１０２で測定されるうなりの周波数２ｆ_dは、
（式１２）

で得られる。よって、既知の速度Ｖ_gに対し、移動速度Ｖの符号（正負）により２ｆ_dの大小関係が決まるので移動方向を求めることができる。しかし、このような光学系においては、回折格子１０３の回転機構が必要であるため、装置の大型化、コスト増大となる。また、回折格子１０３の回転速度を精密に保つ必要があるが、偏心等による誤差、回転による振動等も問題となるため精密な測定に用いることは困難であるという問題がある。 Further, in the general LDV as described above, the moving speed can be obtained as described above, but the moving direction of the object to be measured cannot be detected. On the other hand, in Japanese Patent Laid-Open No. 3-235060 (Patent Document 1), the moving direction can be detected by rotating the diffraction grating 3 of FIG. 13 at the speed V _g . Thus, when light is reflected by the diffraction grating 103, each light beam undergoes a Doppler frequency shift proportional to V _g , so that the beat frequency 2f _d measured by the PD 102 is
(Formula 12)

It is obtained with. Therefore, since the magnitude relationship of 2f _d is determined by the sign (positive / negative) of the moving speed V with respect to the known speed V _g , the moving direction can be obtained. However, in such an optical system, since the rotation mechanism of the diffraction grating 103 is necessary, the size of the apparatus is increased and the cost is increased. In addition, although it is necessary to keep the rotational speed of the diffraction grating 103 precise, there is a problem that it is difficult to use for precise measurement because errors due to eccentricity, vibration due to rotation, and the like also become problems.

このような問題を解決する速度計が特開平４−２０４１０４号公報（特許文献２）に開示されている。この特開平４−２０４１０４号公報では周波数シフタを用い、入射光束の周波数を変化させることにより被測定物の移動方向の検出を可能にしている。   A speedometer that solves such a problem is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-204104 (Patent Document 2). In Japanese Patent Laid-Open No. 4-204104, a frequency shifter is used, and the moving direction of the object to be measured can be detected by changing the frequency of the incident light beam.

図１６に特開平４−２０４１０４号公報の速度計の光学系図を示す。   FIG. 16 shows an optical system diagram of a speedometer disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-204104.

上記速度計によれば、ＬＤ１０１より出射した光は、ＣＬ１０４で平行光束となり、ビームスプリッタ（以下、ＢＳと言う。）１０９にて２つの光束に分割される。それぞれの光束はミラー１０５で反射された後、音響光学素子（以下、ＡＯＭと言う。）１１０によりｆ₁，ｆ₂の周波数シフトを受ける。そして、回折格子３により被測定物１１３の表面に再び集光されて、ＰＤ１０２を用いて被測定物１１３からの散乱光のうなり周波数を検出する。このとき検出される周波数２ｆ_dは、
（式１３）

となる。よって、被測定物１１３の移動方向によりＶの符号が変わるので、既知の周波数シフト量|ｆ₁−ｆ₂｜に対する２ｆ_dの大小関係により、被測定物の移動方向を検知することができる。 According to the speedometer, the light emitted from the LD 101 becomes a parallel light beam at the CL 104 and is split into two light beams by a beam splitter (hereinafter referred to as BS) 109. Each light beam is reflected by the mirror 105 and then subjected to a frequency shift of f ₁ and f ₂ by an acoustooptic device (hereinafter referred to as AOM) 110. Then, the light is condensed again on the surface of the measurement object 113 by the diffraction grating 3, and the beat frequency of the scattered light from the measurement object 113 is detected using the PD 102. The frequency 2f _d detected at this time is
(Formula 13)

It becomes. Therefore, since the sign of V changes depending on the moving direction of the device under test 113, the moving direction of the device under test can be detected based on the magnitude relationship of 2f _d with respect to the known frequency shift amount | f ₁ −f ₂ |.

また、特開平８−１５４３５号公報（特許文献３）では、特開平４‐２０４１０４号公報と同様の原理によって、図１７に示す電気光学素子（以下、ＥＯＭと言う。）１１１を用いて周波数を変化させている。より詳しくは、レーザ光源であるＬＤ１０１より出射した光は、ＣＬ１０４で平行光束となった後、回折格子１０３にて２つの第１，第２の光束１０７，１０８に分割される。その第１，第２の光束１０７，１０８はともにＥＯＭ１１１に入射する。このとき、第２の光束１０８に対してはバイアスを印加してｆ_Rだけ周波数をシフトさせる。そして、第１，第２の光束１０７，１０８はミラー１０５で反射された後、被測定物１１３の表面に集光する。その表面からの散乱光のうなり周波数をＰＤ１０２で検出する。このとき検出される周波数２ｆ_dは、
（式１４）

となる。よって、式１３と同様、被測定物１１３の移動方向によりＶの符号が変わるので、既知の周波数シフト量ｆ_Rに対する２ｆ_dの大小関係により移動方向を検出することができる。 In Japanese Patent Laid-Open No. 8-15435 (Patent Document 3), the frequency is set using an electro-optic element (hereinafter referred to as EOM) 111 shown in FIG. 17 according to the same principle as that of Japanese Patent Laid-Open No. 4-204104. It is changing. More specifically, the light emitted from the LD 101 which is a laser light source is converted into a parallel light beam by the CL 104 and then divided into two first and second light beams 107 and 108 by the diffraction grating 103. Both the first and second light beams 107 and 108 enter the EOM 111. At this time, a bias is applied to the second light beam 108 to shift the frequency by f _R. The first and second light beams 107 and 108 are reflected by the mirror 105 and then condensed on the surface of the object 113 to be measured. PD 102 detects the beat frequency of scattered light from the surface. The frequency 2f _d detected at this time is
(Formula 14)

It becomes. Therefore, similar to equation 13, the sign of V by the movement direction of the object 113 is changed, it is possible to detect the moving direction by the magnitude relation of 2f _d for known frequency shift amount f _R.

しかしながら、上記のような周波数シフタを用いて移動方向を検知する光学系においては、光学系が複雑になり、また周波数シフタを駆動するための電源等が必要となり、例えばＡＯＭ１１０により周波数変調を与えるために必要な電圧は約数十Ｖ、ＥＯＭ１１１により周波数変調を与えるために必要な電圧は約百Ｖであり、大型の電源が必要となるため装置が大型化してしまうという問題がある。   However, in the optical system that detects the moving direction using the frequency shifter as described above, the optical system becomes complicated, and a power source for driving the frequency shifter is required. For example, frequency modulation is performed by the AOM 110. The voltage required for the voltage is about several tens of volts, and the voltage required for applying frequency modulation by the EOM 111 is about one hundred volts. This requires a large power source, which causes a problem that the apparatus becomes large.

また、ＬＤＶを含め各種センサに対する装置小型化、低消費電力化への要望は高まる一方で、殊に民生用機器においてはそのトレンドは非常に強い。ＬＤＶでは光の散乱光を検出するため、測定する物体により異なるが、一般にその物体からの信号光は微弱である。光感度の高い光検出器である光電子増倍管を用いる方法もあるが、光電子増倍管をＬＤＶに用いると装置自体が大きくなってしまう。つまり、光電子増倍管を備えたＬＤＶを小型の民生機器に応用するには不適である。このため、装置の小型化を阻害しないように、光検出器としては光感度が劣るもののフォトダイオードを一般に用いている。そのため、できるだけ多くの信号光を光検出器に入射させることが望ましい。しかしながら、光学部品の配置等の問題により、被測定物の光の散乱面から集光レンズ６までの距離に制限があることが多く、単に受光系を接近させるには限界がある。また、入射光量を増加させることも考えられ、高出力レーザ光源としてＨｅ−ＮｅやＡｒ⁺の気体レーザ等を使用することができるが、装置の小型化や低消費電力化という観点からは半導体レーザを用いることが望ましい。
特開平３−２３５０６０号公報 特開平４−２０４１０４号公報 特開平８−１５４３５号公報 In addition, there is a growing demand for downsizing and low power consumption of various sensors including LDV, but the trend is particularly strong in consumer equipment. Since LDV detects scattered light, it varies depending on the object to be measured, but generally the signal light from the object is weak. Although there is a method using a photomultiplier tube which is a photodetector with high photosensitivity, if the photomultiplier tube is used for LDV, the apparatus itself becomes large. That is, it is unsuitable for applying LDV provided with a photomultiplier tube to a small consumer device. For this reason, in order not to hinder downsizing of the apparatus, a photodiode having a low photosensitivity is generally used as the photodetector. Therefore, it is desirable to make as much signal light as possible enter the photodetector. However, due to problems such as the arrangement of optical components, the distance from the light scattering surface of the object to be measured to the condenser lens 6 is often limited, and there is a limit to simply approaching the light receiving system. Increasing the amount of incident light is also conceivable, and a gas laser of He—Ne or Ar ⁺ can be used as a high-power laser light source. From the viewpoint of downsizing the apparatus and reducing power consumption, a semiconductor laser It is desirable to use
JP-A-3-235060 JP-A-4-204104 JP-A-8-15435

そこで、本発明は、大型化を阻止できると共に、被測定物の２次元の移動速度および移動方向を検出できる小型な速度計を提供することにある。   Therefore, the present invention provides a small speedometer that can prevent the increase in size and can detect the two-dimensional moving speed and moving direction of an object to be measured.

上記目的を達成するため、第１の発明の速度計は、前端面から第１の光束を出射すると共に、後端面から第２の光束を出射する半導体発光素子と、
上記第１，第２の光束を分岐する第１の光分岐素子群と、
上記第１の光分岐素子群と被測定物との間の複数の光軸上に配置され、上記第１の光分岐素子群からの光束を分岐する第２の光分岐素子群と、
上記被測定物による散乱光を受ける受光素子と、
上記受光素子の出力から周波数偏移量を算出する信号処理回路部とを備え、
上記第２の光分岐素子群で分岐した複数の光束を上記被測定物の表面に照射して、上記被測定物の表面を含む平面内において互いに交差するｘ，ｙ軸のうちの少なくとも上記ｘ軸上に第１，第２検出点を形成すると共に、少なくとも上記ｙ軸上に第３，第４検出点を形成することを特徴としている。 To achieve the above object, a speedometer according to a first aspect of the present invention includes a semiconductor light emitting element that emits a first light flux from a front end face and a second light flux from a rear end face;
A first light branching element group for branching the first and second light beams;
A second optical branching element group that is disposed on a plurality of optical axes between the first optical branching element group and the device under test and branches a light beam from the first optical branching element group;
A light receiving element that receives scattered light from the object to be measured;
A signal processing circuit unit that calculates a frequency shift amount from the output of the light receiving element,
The surface of the object to be measured is irradiated with a plurality of light beams branched by the second optical branching element group, and at least the x and y axes intersecting each other in a plane including the surface of the object to be measured. The first and second detection points are formed on the axis, and the third and fourth detection points are formed at least on the y-axis.

上記構成の速度計によれば、上記半導体発光素子が、前端面から第１の光束を出射すると共に、後端面から第２の光束を出射する。この第１，第２の光束は、第１，第２の光分岐素子群を順次経由して複数の光束に分割される。この複数の光束を被測定物の表面に照射して、少なくともｘ軸上に第１，第２検出点を形成すると共に、少なくともｙ軸上に第３，第４検出点を形成する。このように形成した第１，第２，第３，第４検出点からの散乱光は、被測定物の速度に応じた周波数偏移量を有している。したがって、上記第１，第２検出点の少なくとも一方からの散乱光の周波数偏移量を信号処理回路部で算出することにより、被測定物のｘ軸方向の移動速度を検出することができる。また、上記第３，第４検出点の少なくとも一方からの散乱光の周波数偏移量を信号処理回路部で算出することにより、被測定物のｙ軸方向の移動速度を検出することができる。   According to the speedometer having the above configuration, the semiconductor light emitting element emits the first light flux from the front end face and emits the second light flux from the rear end face. The first and second light beams are divided into a plurality of light beams through the first and second light branching element groups in sequence. The surface of the object to be measured is irradiated with the plurality of light beams to form first and second detection points on at least the x axis, and third and fourth detection points are formed on at least the y axis. The scattered light from the first, second, third, and fourth detection points formed in this way has a frequency shift amount corresponding to the speed of the object to be measured. Therefore, the moving speed of the object to be measured in the x-axis direction can be detected by calculating the frequency shift amount of the scattered light from at least one of the first and second detection points by the signal processing circuit unit. Further, the moving speed of the object to be measured in the y-axis direction can be detected by calculating the frequency shift amount of the scattered light from at least one of the third and fourth detection points by the signal processing circuit unit.

また、上記第１検出点からの散乱光の周波数と、第２検出点からの散乱光の周波数との位相ずれに基づいて、ｘ軸方向における被測定物の移動方向を検出することができる。   Further, the moving direction of the object to be measured in the x-axis direction can be detected based on the phase shift between the frequency of the scattered light from the first detection point and the frequency of the scattered light from the second detection point.

また、上記第３検出点からの散乱光の周波数と、第３検出点からの散乱光の周波数との位相ずれに基づいて、ｘ軸方向における被測定物の移動方向を検出することができる。   Further, the moving direction of the measurement object in the x-axis direction can be detected based on the phase shift between the frequency of the scattered light from the third detection point and the frequency of the scattered light from the third detection point.

また、上述したように、上記半導体発光素子の出射光の周波数を例えばＡＯＭやＥＯＭ等で変えなくても、被測定物の２次元の移動速度および移動方向を検出できるので、大型化を阻止することができる。   Further, as described above, since the two-dimensional moving speed and moving direction of the object to be measured can be detected without changing the frequency of the emitted light of the semiconductor light emitting element by, for example, AOM or EOM, the increase in size is prevented. be able to.

一実施形態の速度計は、上記第１の光分岐素子群は第１，第２回折格子を含む。   In one embodiment, the first optical branching element group includes first and second diffraction gratings.

一実施形態の速度計は、上記第１，第２回折格子は１次回折光の光量よりも０次回折光の光量が小さい。   In one embodiment, the first and second diffraction gratings have a light amount of 0th-order diffracted light smaller than that of first-order diffracted light.

一実施形態の速度計は、上記第２の光分岐素子群は第１，第２，第３，第４ビームスプリッタを含む。   In one embodiment, the second optical branching element group includes first, second, third, and fourth beam splitters.

一実施形態の速度計は、上記第２の光分岐素子群は第３，第４，第５，第６回折格子を含む。   In one embodiment, the second optical branching element group includes third, fourth, fifth, and sixth diffraction gratings.

一実施形態の速度計は、上記第３，第４，第５，第６回折格子は１次回折光の光量よりも０次回折光の光量が小さい。   In one embodiment, the third, fourth, fifth, and sixth diffraction gratings have a 0th-order diffracted light amount smaller than a first-order diffracted light amount.

一実施形態の速度計は、上記第２の光分岐素子群は第１，第２，第３，第４光分岐素子を含み、
上記第１光分岐素子により分岐された一つの光束と、上記第３光分岐素子により分岐された一つの光束とが上記第１検出点を形成し、
上記第２光分岐素子により分岐された一つの光束と、上記第４光分岐素子により分岐された一つの光束とが上記第２検出点を形成し、
上記第１光分岐素子により分岐された他の一つの光束と、上記第２光分岐素子により分岐された他の一つの光束とが上記第３検出点を形成し、
上記第３光分岐素子により分岐された他の一つの光束と、上記第４光分岐素子により分岐された他の一つの光束とが上記第４検出点を形成する。 In one embodiment, the second optical branch element group includes first, second, third, and fourth optical branch elements,
One light beam branched by the first light branching element and one light beam branched by the third light branching element form the first detection point,
One light beam branched by the second light branching element and one light beam branched by the fourth light branching element form the second detection point,
The other one light beam branched by the first light branching element and the other one light beam branched by the second light branching element form the third detection point,
The other one light beam branched by the third light branching element and the other one light beam branched by the fourth light branching element form the fourth detection point.

一実施形態の速度計は、上記第１，第２，第３，第４検出点は、上記光束同士を上記被測定物の表面上で重ね合わせて形成する。   In the speedometer of one embodiment, the first, second, third, and fourth detection points are formed by superimposing the light beams on the surface of the object to be measured.

一実施形態の速度計は、上記第１検出点に入射する２つの光束の光軸を含む第１平面と、上記第２検出点に入射する２つの光束の光軸を含む第２平面と、上記被測定物の表面を含む第３平面とが二等辺三角柱を形成し、かつ、上記第１，第２検出点のそれぞれに入射する２つの光束は上記第３平面に対して略同じ入射角である。   The speedometer of one embodiment includes a first plane including optical axes of two light beams incident on the first detection point, a second plane including optical axes of two light beams incident on the second detection point, The third plane including the surface of the object to be measured forms an isosceles triangular prism, and two light beams incident on each of the first and second detection points have substantially the same incident angle with respect to the third plane. It is.

この場合は、上記第１，第２の光束の出射方向は上記被測定物の表面に対して平行であり、上記第１の光束は上記第１回折格子に入射する一方、上記第２の光束は上記第２回折格子に入射するのが好ましい。   In this case, the emission directions of the first and second light beams are parallel to the surface of the object to be measured, and the first light beam is incident on the first diffraction grating, while the second light beam Is preferably incident on the second diffraction grating.

一実施形態の速度計は、上記第３検出点に入射する２つの光束の光軸を含む第４平面と上記第３平面とがなす角と、上記第４検出点に入射する２つの光束の光軸を含む第５平面と上記第３平面とがなす角とが略等しく、かつ、上記第３，第４検出点のそれぞれに入射する２つの光束は上記第３平面に対して略同じ入射角である。   In one embodiment, the speedometer includes an angle formed by the fourth plane including the optical axes of the two light beams incident on the third detection point and the third plane, and the two light beams incident on the fourth detection point. The angles formed by the fifth plane including the optical axis and the third plane are substantially equal, and the two light beams incident on the third and fourth detection points are substantially the same incident on the third plane. It is a horn.

この場合は、上記第１，第２の光束の出射方向は上記被測定物の表面に対して平行であり、上記第１の光束は上記第１回折格子に入射する一方、上記第２の光束は上記第２回折格子に入射するのが好ましい。   In this case, the emission directions of the first and second light beams are parallel to the surface of the object to be measured, and the first light beam is incident on the first diffraction grating, while the second light beam Is preferably incident on the second diffraction grating.

一実施形態の速度計は、上記ｘ軸と上記ｙ軸とは直交する。   In one embodiment, the x-axis and the y-axis are orthogonal to each other.

一実施形態の速度計は、上記第１，第２，第３，第４検出点のそれぞれから上記受光素子に入射する光の光軸は、上記第１，第２，第３，第４検出点のそれぞれに入射する２つの光束がなす角の２等分線と略一致する。   In the speedometer according to an embodiment, the optical axis of light incident on the light receiving element from each of the first, second, third, and fourth detection points is the first, second, third, and fourth detections. This substantially coincides with the bisector of the angle formed by the two light beams incident on each point.

一実施形態の速度計は、上記ｘ，ｙ軸に対して垂直なｚ軸を設定したとき、上記第１，第２，第３，第４検出点のそれぞれに入射する２つの光束が重なる領域の上記ｚ軸方向の長さは、上記被測定物の表面が位置する領域の上記ｚ軸方向の長さよりも長い。   In the speedometer according to an embodiment, when the z axis perpendicular to the x and y axes is set, the two light beams incident on the first, second, third, and fourth detection points overlap each other. The length in the z-axis direction is longer than the length in the z-axis direction of the region where the surface of the object to be measured is located.

一実施形態の速度計は、上記第２回折格子による−１次回折光が通過するように配置され、上記第２回折格子の−１次回折光の位相を変更する位相変更部を備えている。   The velocimeter of one embodiment is arranged so that -1st order diffracted light by the 2nd diffraction grating passes, and is provided with a phase change part which changes the phase of -1st order diffracted light of the 2nd diffraction grating.

一実施形態の速度計は、上記第１回折格子による＋１次回折光が通過するように配置され、上記第１回折格子の＋１次回折光の位相を変更する第１位相変更部と、
上記第１回折格子による−１次回折光が通過するように配置され、上記第１回折格子の−１次回折光の位相を変更する第２位相変更部と、
上記第２回折格子による＋１次回折光が通過するように配置され、上記第２回折格子の＋１次回折光の位相を変更する第３位相変更部とを備えている。 The velocimeter of one embodiment is arranged so that the + 1st order diffracted light by the first diffraction grating passes, and a first phase changing unit that changes the phase of the + 1st order diffracted light of the first diffraction grating,
A second phase changing unit arranged to pass the −1st order diffracted light by the first diffraction grating, and changing the phase of the −1st order diffracted light of the first diffraction grating;
And a third phase changing unit that changes the phase of the + 1st order diffracted light of the second diffraction grating.

一実施形態の速度計は、上記位相変更部による光の位相変更量をφ₀としたとき、上記φ₀が０＜φ₀＜λ／２を満たす。 In the speedometer of one embodiment, when the phase change amount of the light by the phase change unit is φ ₀ , the φ ₀ satisfies 0 <φ ₀ <λ / 2.

一実施形態の速度計は、上記φ₀がλ／４である。 In the speedometer of one embodiment, the φ ₀ is λ / 4.

一実施形態の速度計は、上記位相変更部の材料として複屈折材料が用いられている。   In the speedometer of one embodiment, a birefringent material is used as the material of the phase changing unit.

一実施形態の速度計は、上記第１検出点を形成する各光束の位相差と、上記第２検出点とを形成する各光束の位相差との差の絶対値はπ／２より小さく、
上記第３検出点を形成する各光束の位相差と、上記第４検出点を形成する各光束の位相差との差の絶対値はπ／２より小さい。 The speedometer of one embodiment has an absolute value of a difference between a phase difference of each light beam forming the first detection point and a phase difference of each light beam forming the second detection point smaller than π / 2.
The absolute value of the difference between the phase difference of each light beam forming the third detection point and the phase difference of each light beam forming the fourth detection point is smaller than π / 2.

一実施形態の速度計は、上記第１，第２，第３，第４検出点と上記受光素子との間に配置された集光レンズを備えている。   The speedometer of one embodiment includes a condenser lens disposed between the first, second, third, and fourth detection points and the light receiving element.

一実施形態の速度計は、上記集光レンズがレンズアレイからなる単一部品である。   In one embodiment, the speedometer is a single component in which the condenser lens is a lens array.

一実施形態の速度計は、上記第２の分岐素子群が含む複数の素子は同一の第１基板に形成されている。   In the speedometer of one embodiment, the plurality of elements included in the second branch element group are formed on the same first substrate.

一実施形態の速度計は、上記第２の分岐素子群が含む複数の素子が同一の第１基板に形成され、上記位相変更部が上記第１基板上に配置されている。   In the speedometer according to an embodiment, a plurality of elements included in the second branch element group are formed on the same first substrate, and the phase changing unit is disposed on the first substrate.

一実施形態の速度計は、上記第２の分岐素子群が含む複数の素子が同一の第１基板に形成され、上記集光レンズは上記第１基板に形成されている。   In one embodiment, a plurality of elements included in the second branch element group are formed on the same first substrate, and the condenser lens is formed on the first substrate.

一実施形態の速度計は、上記第１，第２，第３，第４検出点と上記受光素子との間に配置された集光レンズを備え、上記集光レンズは上記第１基板に形成されている。   A speedometer according to an embodiment includes a condenser lens disposed between the first, second, third, and fourth detection points and the light receiving element, and the condenser lens is formed on the first substrate. Has been.

一実施形態の速度計は、上記半導体発光素子と上記第１の光分岐素子群との間に配置され、上記第１の光束の光軸の方向を変える第１光軸向変更部と、
上記半導体発光素子と上記第１の光分岐素子群との間に配置され、上記第２の光束の光軸の方向を変える第２光軸向変更部とを備え、
上記第１の分岐素子群が含む複数の素子は同一の第２基板に形成されている。 The speedometer of one embodiment is disposed between the semiconductor light emitting element and the first optical branching element group, and a first optical axis direction changing unit that changes the direction of the optical axis of the first light flux;
A second optical axis direction changing unit that is disposed between the semiconductor light emitting element and the first optical branching element group and changes the direction of the optical axis of the second light flux;
The plurality of elements included in the first branch element group are formed on the same second substrate.

一実施形態の速度計は、上記第１基板と上記第２基板とが平行に配置される。   In the speedometer of one embodiment, the first substrate and the second substrate are arranged in parallel.

一実施形態の速度計は、上記第１基板と第２基板が同一の光学ブロックに含まれる。   In one embodiment, the first substrate and the second substrate are included in the same optical block.

一実施形態の速度計は、上記受光素子は、少なくとも上記第１，第２，第３，第４検出点からの散乱光を受ける１チップの素子である。   In one embodiment, the light receiving element is a one-chip element that receives scattered light from at least the first, second, third, and fourth detection points.

一実施形態の速度計は、上記受光素子は分割型フォトダイオードである。   In one embodiment, the light receiving element is a split photodiode.

一実施形態の速度計は、上記受光素子は信号処理回路を内蔵している。   In one embodiment, the light receiving element includes a signal processing circuit.

一実施形態の速度計は、上記半導体発光素子は、上記第１光軸向変更部と上記第２光軸向変更部との間の略中点に配置されている。   In the speedometer of one embodiment, the semiconductor light emitting element is disposed at a substantially midpoint between the first optical axis direction changing unit and the second optical axis direction changing unit.

一実施形態の速度計は、上記半導体発光素子と上記受光素子とは同一の基板を共有して一体化している。   In one embodiment, the semiconductor light emitting device and the light receiving device share the same substrate and are integrated.

一実施形態の速度計は、上記第１，第２，第３，第４検出点のそれぞれに入射する複数の光束の光量が略等しくなるように、上記半導体発光素子の端面に処理が施されている。   In the speedometer according to an embodiment, the end surface of the semiconductor light emitting element is processed so that the light amounts of the plurality of light beams incident on the first, second, third, and fourth detection points are substantially equal. ing.

一実施形態の速度計は、上記半導体発光素子と上記第１光軸向変更部との間には、上記第１の光束が通過する第１絞りが配置され、
上記半導体発光素子と上記第２光軸向変更部との間には、上記第２の光束が通過する第２絞りが配置されている。 In the speedometer of one embodiment, a first diaphragm through which the first light flux passes is disposed between the semiconductor light emitting element and the first optical axis direction changing unit,
A second diaphragm through which the second light flux passes is disposed between the semiconductor light emitting element and the second optical axis direction changing unit.

一実施形態の速度計は、上記半導体発光素子と上記第１光軸向変更部との間には、上記第１の光束が通過する第１のレンズ群が配置され、
上記半導体発光素子と上記第２光軸向変更部との間には、上記第２の光束が通過する第２のレンズ群が配置されている。 In the speedometer of one embodiment, a first lens group through which the first light flux passes is disposed between the semiconductor light emitting element and the first optical axis direction changing unit,
A second lens group through which the second light beam passes is disposed between the semiconductor light emitting element and the second optical axis direction changing unit.

一実施形態の速度計は、上記半導体発光素子がレーザダイオードである。   In one embodiment, the semiconductor light emitting element is a laser diode.

一実施形態の速度計は、上記半導体発光素子が複数の発光点を有する。   In one embodiment, the semiconductor light emitting element has a plurality of light emitting points.

第２の発明の変位計は、上記第１の発明の速度計を備え、上記被測定物に関する速度情報および時間情報に基づいて上記被測定物の位置情報を算出することを特徴としている。   A displacement meter according to a second aspect of the invention includes the speedometer according to the first aspect of the invention, and calculates position information of the measurement object based on speed information and time information regarding the measurement object.

第３の発明の振動計は、上記第１の発明の速度計を備え、上記被測定物に関する速度情報および時間情報に基づいて上記被測定物の位置情報を算出することを特徴としている。   A vibrometer according to a third aspect of the invention includes the speedometer according to the first aspect of the invention, and calculates position information of the object to be measured based on speed information and time information regarding the object to be measured.

第４の発明の電子機器は、上記第１の発明の速度計、上記第２の発明の変位計および上記第３の発明の振動計のうちの１つを備えたことを特徴としている。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an electronic apparatus including one of the speedometer according to the first aspect, the displacement meter according to the second aspect, and the vibration meter according to the third aspect.

第１の発明の速度計によれば、第１，第２の光分岐素子群で得た複数の光束によって少なくとも第１，第２，第３，第４検出点を形成するので、第１，第２，第３，第４検出点の散乱光の周波数偏移量から、被測定物の２次元の移動速度と移動方向を検出できる。   According to the speedometer of the first invention, at least the first, second, third, and fourth detection points are formed by a plurality of light beams obtained by the first and second optical branching element groups. The two-dimensional moving speed and moving direction of the object to be measured can be detected from the frequency shift amount of the scattered light at the second, third and fourth detection points.

また、半導体発光素子の出射光の周波数を例えばＡＯＭやＥＯＭ等で変えなくても、被測定物の２次元の移動速度および移動方向を検出できるので、大型化を阻止することができる。   Further, since the two-dimensional moving speed and moving direction of the object to be measured can be detected without changing the frequency of the emitted light of the semiconductor light emitting element by, for example, AOM or EOM, an increase in size can be prevented.

本発明の実施の形態を説明する前に、まずこの発明をより理解し易くするために参考例を説明する。   Before describing the embodiments of the present invention, reference examples will be described in order to make the present invention easier to understand.

参考例１Reference example 1

図１に、本発明の参考例１の速度計の概略構成図を示す。図１では、各光学部品等の配置のみを表示してあり、その他の各光学部品を保持する部品や検出した信号の信号処理回路等は省略している。   In FIG. 1, the schematic block diagram of the speedometer of the reference example 1 of this invention is shown. In FIG. 1, only the arrangement of each optical component is displayed, and other components that hold each optical component, a signal processing circuit for a detected signal, and the like are omitted.

上記速度計は、ＬＤ１、ＰＤ２、ＣＬ４ａ，４ｂ、ミラー５ａ，５ｂ、集光レンズ６、信号処理回路部１０および絞り１２ａ，１２ｂを備えている。   The speedometer includes LD1, PD2, CL4a and 4b, mirrors 5a and 5b, a condenser lens 6, a signal processing circuit unit 10, and apertures 12a and 12b.

上記ＬＤ１は（０，０，ｚ₁）に設置される。このＬＤ１の代わりとしては、ＬＥＤ（Laser Emission Diode：発光ダイオード）等があるが、ＬＥＤを用いるよりもＬＤを用いる方が好ましい。これは、ＬＤはＬＥＤに比べてコヒーレンス性が非常によく、上記式３で示される２つの光束の干渉によるうなりを容易に生じるからである。また、上記ＰＤ２は（０，０，ｚ₂）、ＣＬ４ａは（０，−ｙ₄，ｚ₁）、ＣＬ４ｂは（０，ｙ₄，ｚ₁）、ミラー５ａは（０，−ｙ₅，ｚ₁）、ミラー５ｂは（０，ｙ₅，ｚ₁）、絞り１２ａは（０，−ｙ₁₂，ｚ₁）、絞り１２ｂは（０，ｙ₁₂，ｚ₁）に設置される。また、上記信号処理回路部１０はＰＤ２の出力Ｓから周波数偏移量を算出する。 The LD ₁ is installed at (0, 0, z ₁ ). As an alternative to this LD1, there is an LED (Laser Emission Diode) or the like, but it is preferable to use an LD rather than an LED. This is because the LD has very good coherence compared to the LED, and the beat due to the interference between the two light beams expressed by the above equation 3 is easily generated. Further, the PD2 is (0,0, z _2), CL4a is _{(0, -y 4, z 1} ), CL4b is _{(0, y 4, z 1} ), the mirror 5a is (0, -y _5, z _1), the mirror 5b is placed in (0, y _5, z _1), the aperture 12a is (0, -y _12, z _1), the diaphragm 12b is _{(0, y 12, z 1} ). The signal processing circuit unit 10 calculates a frequency shift amount from the output S of the PD 2.

また、図１において、７は第１の光束、８は第２の光束、１４は検出点（ビーム重なり領域）、１５はｚ軸上に進行するビート信号を示している。上記第１，第２の光束７，８はＬＤ１から端面からｙ軸と平行に出射する。また、ｘ軸およびｙ軸を含む平面、つまりｘｙ平面は被測定物の表面と略一致している。そして、（ｘ，ｙ，ｚ）＝（０，０，０）、つまり原点には検出点１４が位置する。   In FIG. 1, reference numeral 7 denotes a first light beam, 8 denotes a second light beam, 14 denotes a detection point (beam overlap region), and 15 denotes a beat signal that travels on the z-axis. The first and second light beams 7 and 8 are emitted from the end face of the LD 1 in parallel with the y-axis. In addition, the plane including the x-axis and the y-axis, that is, the xy plane substantially coincides with the surface of the object to be measured. Then, (x, y, z) = (0, 0, 0), that is, the detection point 14 is located at the origin.

上記ＬＤ１は、一般に、ウエハに所定の工程を施した後、ウエハをある長さでへき開してチップ状に切り分けられて作製される。通常、ほとんどの電子機器においては、ＬＤの前端面（前方の端面）より出射するレーザ光を各種用途に応じて使用し、ＬＤの後端面（後方の端面）より出射するレーザ光を直接ＰＤで受光している。このＰＤの出力はＬＤのドライバーにフィードバックされて、ＬＤの発光強度の安定化が図られている。   In general, the LD 1 is manufactured by subjecting a wafer to a predetermined process and then cleaving the wafer to a certain length and cutting it into chips. Usually, in most electronic devices, laser light emitted from the front end face (front end face) of the LD is used in accordance with various applications, and laser light emitted from the rear end face (rear end face) of the LD is directly applied to the PD. It is receiving light. The output of the PD is fed back to the LD driver to stabilize the light emission intensity of the LD.

以下、図１の光学系の構成および機能を説明する。   The configuration and function of the optical system shown in FIG. 1 will be described below.

ＬＤ１の前端面から第１の光束７がｙ軸と平行に出射すると共に、半導体素子１の後端面から第２の光束８がｙ軸と平行に出射する。そして、第１，第２の光束７，８は絞り１２およびＣＬ４ａ，４ｂを介して理想的な平行光束となる。一般に、ＬＤ１より出射した光の強度分布は光軸を中心にガウス分布をしており、そのガウス分布の裾の広がり方は光の変更方向に対して異なるファーフィールドパターン（ＦＦＰ）となる。このため、上記ＬＤ１が出射した光をそのまま検出点１４に照射すると、検出点１４上で光強度のムラができ、図１５で示した干渉縞の強度が一様でなくなるため、ビート信号を高精度に評価することが困難になる。このため、図１のように絞り１２ａ，１２ｂを設けることにより、ＬＤ１が出射した光束の外側の光強度の弱い部分をカットし、光強度の一様な光束を形成できる。   The first light beam 7 is emitted in parallel with the y axis from the front end surface of the LD 1, and the second light beam 8 is emitted in parallel with the y axis from the rear end surface of the semiconductor element 1. The first and second light beams 7 and 8 become ideal parallel light beams through the diaphragm 12 and the CLs 4a and 4b. In general, the intensity distribution of the light emitted from the LD 1 has a Gaussian distribution centering on the optical axis, and the way in which the tail of the Gaussian distribution spreads becomes a far field pattern (FFP) that differs depending on the light changing direction. For this reason, if the light emitted from the LD 1 is irradiated to the detection point 14 as it is, unevenness of the light intensity occurs on the detection point 14 and the intensity of the interference fringes shown in FIG. It becomes difficult to evaluate the accuracy. For this reason, by providing the diaphragms 12a and 12b as shown in FIG. 1, it is possible to cut a portion having a low light intensity outside the light beam emitted from the LD 1 and form a light beam having a uniform light intensity.

また、ＬＤ１より出射する光はある角度でもって広がりをもって進行する。その光をそのまま被測定物１３に照射すると、進行距離が長くなるほど、その光は波面が球面状になり、平面波でなくなるため検出点１４で図１５のような干渉縞を形成しなくなってしまう。また、上記光の光束は広がるため、光強度が分散されてしまい、信号のＳ／Ｎが悪くなるという問題もある。このため、図１のようにＣＬ４ａ，４ｂを適切な位置に設けることにより、ＬＤ１より出射する光を平行光束にできるため、その光の波面はその進行距離によらず平面波となる。   Further, the light emitted from the LD1 travels with a certain angle and spreads. When the measurement object 13 is irradiated with the light as it is, the longer the traveling distance is, the more the wavefront becomes spherical and the plane wave is not generated, so that the interference fringes as shown in FIG. Further, since the light flux of the light spreads, there is a problem that the light intensity is dispersed and the S / N of the signal is deteriorated. For this reason, by providing the CL 4a and 4b at appropriate positions as shown in FIG. 1, the light emitted from the LD 1 can be made into a parallel light flux, so that the wave front of the light becomes a plane wave regardless of the traveling distance.

以上、図１の各構成要素について説明した内容は、以下全ての参考例および実施例においても該当するが、その説明は本参考例のみで行い、以降においては省略する。   The contents described above for each component in FIG. 1 also apply to all the reference examples and examples below, but the description will be given only in this reference example and will be omitted hereinafter.

ＬＤ１から出射された光は、ＣＬ４ａ，４ｂにより平行光束にビーム整形されて第１，第２の光束７，８となる。その後、第１，第２の光束７，８はミラー５ａ，５ｂによりそれぞれ反射角θ₁、θ₂で反射し、被測定物１３の表面の検出点１４にそれぞれ入射角θ₃、θ₄で照射される。そして、被測定物１３の移動速度Ｖに比例した周波数偏移を受けた散乱光は、集光レンズ６にて集光されてＰＤ２で受光する。このＰＤ２の出力Ｓに基づいてうなり周波数２ｆ_dが検知される。このとき、検出される２ｆ_dは上記式８より、
（式１５）

となる。本参考例の光学系では、図１のようにＬＤ１が出射する２つの光束がｙ軸と平行になるように設置されており、ミラー５ａ，５ｂでの反射はその反射角が第１の光束７と第２の光束８とで等しくミラー５ａにおいて第１の光束７は反射角θ₁で反射する一方、ミラー５ｂにおいて第２の光束８は反射角θ₂で反射する。この反射角θ₁と反射角θ₂とが等しくなっているため、第１の光束７の被測定物１３への入射角と第２の光束８の被測定物１３への入射角とが等しくなる。つまり、θ₃=θ₄となる。また、図２（ａ）のように反射後の２つの第１，第２の光束７，８はｙｚ平面内にあり、被測定物１３の表面はｘｙ平面内にある。よって、このとき、検出される２ｆ_dは上記式１５より、
（式１６）

となり、各光学部品の設置角度の調整項目を一つ減らすことができる。 The light emitted from the LD 1 is shaped into a parallel light beam by the CLs 4 a and 4 b to become first and second light beams 7 and 8. Thereafter, the first and second light beams 7 and 8 are reflected by the mirrors 5a and 5b at the reflection angles θ ₁ and θ ₂ , respectively, and are incident on the detection points 14 on the surface of the object to be measured 13 at the incident angles θ ₃ and θ ₄ , respectively. Irradiated. And the scattered light which received the frequency shift proportional to the moving speed V of the to-be-measured object 13 is condensed by the condensing lens 6, and received by PD2. The beat frequency 2f _d is detected based on the output S of the PD2. In this case, 2f _d to be detected from the above equation 8,
(Formula 15)

It becomes. In the optical system of the present reference example, as shown in FIG. 1, the two light beams emitted from the LD 1 are installed so as to be parallel to the y axis, and the reflection at the mirrors 5a and 5b has a reflection angle of the first light beam. 7 and the second light beam 8 are equally reflected by the mirror 5a at the first light beam 7 at the reflection angle θ ₁ , while the second light beam 8 is reflected at the mirror 5b at the reflection angle θ ₂ . Since the reflection angle θ ₁ and the reflection angle θ ₂ are equal, the incident angle of the first light beam 7 to the measured object 13 and the incident angle of the second light beam 8 to the measured object 13 are equal. Become. That is, θ ₃ = θ ₄ . Further, as shown in FIG. 2A, the two first and second light beams 7 and 8 after reflection are in the yz plane, and the surface of the DUT 13 is in the xy plane. Therefore, 2f _d detected at this time is obtained from the above equation 15.
(Formula 16)

Thus, the adjustment item of the installation angle of each optical component can be reduced by one.

また、上記式３で示されるように、ビート信号は２つの光束の干渉で生じる。２つの光束の重ね合わせ領域が図２（ｂ）のようにずれると、重ね合わされていない領域からの散乱光はＤＣノイズとなってＰＤ２で検出されるため、Ｓ／Ｎを低下させる要因となってしまう。ＬＤ１が出射した２つの光束はｙ軸に平行に出射され、ミラー５ａ，５ｂで同じ角度で、かつ同一平面内に反射されるため、両光束は検出点１４上で良好に重ね合わせられる。   Further, as shown in the above equation 3, the beat signal is generated by the interference of two light beams. If the overlapping region of the two light fluxes is shifted as shown in FIG. 2B, the scattered light from the non-overlapping region becomes DC noise and is detected by the PD2, which causes a decrease in S / N. End up. The two light beams emitted from the LD 1 are emitted in parallel to the y-axis and reflected by the mirrors 5 a and 5 b at the same angle and in the same plane, so that both light beams are superposed well on the detection point 14.

この条件に合致して重ね合わせる場合に限らず、任意の角度でもって重ね合わせても信号を得ることはできるが、上記条件が信号を高精度に検出できる。   The signal can be obtained not only in the case of overlapping in accordance with this condition but also in the case of overlapping at an arbitrary angle, but the above condition can detect the signal with high accuracy.

さらに、図１のように被測定物１３の移動方向がｙ軸と平行になるように光学系全体を設置することにより、図１４に示したように検出点１４の干渉縞方向と被測定物１３の移動方向が垂直になるため、被測定物１３の移動速度を精度よく測定することができる。   Further, by installing the entire optical system so that the moving direction of the device under test 13 is parallel to the y-axis as shown in FIG. 1, the interference fringe direction at the detection point 14 and the device under test as shown in FIG. Since the moving direction of 13 is vertical, the moving speed of the DUT 13 can be measured with high accuracy.

また、本参考例においてＰＤ２がビート信号を連続的に検知するには、図３に示すようにｚ軸方向において被測定物１３の凹凸のばらつき（=ｈ）が、第１の光束７と第２の光束８との重なり領域のｚ軸方向の長さ（=ｄ）よりも小さい必要がある。いま、図１のように２つの光束のなす角度は２・θ₃であるので、ｄは次の式１７で表すことができる。
（式１７）

Further, in this reference example, in order for the PD 2 to continuously detect the beat signal, as shown in FIG. 3, the unevenness (= h) of the unevenness of the DUT 13 in the z-axis direction is 2 must be smaller than the length in the z-axis direction (= d). Now, as shown in FIG. 1, since the angle formed by the two light beams is 2 · θ ₃ , d can be expressed by the following Expression 17.
(Formula 17)

上記式１７を用いて、ｈ＜ｄを満たすように、角度θ₃を設定してビート信号の不連続を防止することができる。この条件は以後すべての参考例および実施例において成立し、今後の説明は省略する。 Using the above equation 17, the angle θ ₃ can be set so as to satisfy h <d, and discontinuity of the beat signal can be prevented. This condition is satisfied in all the reference examples and examples hereinafter, and further explanation is omitted.

また、検出点１４からＰＤ２へ入射する光軸が検出点１４への第１，第２の光束７，８の交差角の２等分線上（ｘｙ平面内）にある。このとき、第１，第２の光束７，８からの散乱光の強度が略等しくなるため、ビート信号１５が鮮明化するため、高精度に移動速度を検出できる。   The optical axis incident on the PD 2 from the detection point 14 is on the bisector (in the xy plane) of the intersection angle of the first and second light beams 7 and 8 to the detection point 14. At this time, since the intensity of the scattered light from the first and second light beams 7 and 8 becomes substantially equal, the beat signal 15 becomes clear, so that the moving speed can be detected with high accuracy.

さらに、図１では、ＰＤ２に入射する２つの光束の形成する平面（ｙｚ平面）内にＰＤ２がある。つまり、ＰＤ２はｚ軸上に設置されている。このとき、上記のようにビート信号が鮮明化する効果に加えて、その信号強度も最大となるため、Ｓ／Ｎを向上させることができる。   Further, in FIG. 1, PD2 is in a plane (yz plane) formed by two light beams incident on PD2. That is, PD2 is installed on the z axis. At this time, in addition to the effect of sharpening the beat signal as described above, the signal intensity is also maximized, so that the S / N can be improved.

さらに、図１では、ＬＤ１がミラー５ａ，５ｂ間の中点に位置するように設置されている。このとき、ＬＤ１とＰＤ２は、同じｚ軸上に配置されているため、同一基板の表と裏側にそれぞれ組み込むことができる。つまり、ＬＤ１とＰＤ２を同一基板に作りこんで一体化できる。これにより、装置構成全体を小型化することができる。   Furthermore, in FIG. 1, LD1 is installed so that it may be located in the middle point between mirror 5a, 5b. At this time, since LD1 and PD2 are arranged on the same z-axis, they can be incorporated on the front and back sides of the same substrate. That is, LD1 and PD2 can be integrated on the same substrate. Thereby, the whole apparatus structure can be reduced in size.

本参考例においては、ＬＤ１から出射した光をＣＬ４ａ，４ｂにて平行光束にするケースを例にとって説明したが、例えばビート信号強度が弱いとき、ＣＬ４ａ，４ｂとＬＤ１との間の距離を本レンズの焦点距離よりずらして、光束が緩やかに集光するようにし、検出点１４で光束が十分絞られている状態になるようにＣＬ４ａ，４ｂを配置してもよい。また、検出点１４に入射する２つの光束を介するように、レンズを配置してもよい。つまり、ミラー５ａ，５ｂと検出点１４との間の光路上にレンズを配置してもよい。こうすると、光束は検出点１４へ入射するとき十分絞られるので、検出点１４での単位面積あたりの光量が増大して、ＰＤ２で得られる信号強度が増大する。このためＳ／Ｎの向上したビート信号を検知することができ、高精度な速度の検知が可能となる。以後の参考例および実施例についても、検出点１４に入射する光束が平行光束になるようＣＬ４ａ，４ｂを配置し、検出点１４に入射する光束を集光するレンズを省略して説明するが、本参考例と同様に平行光束とするように限定したものではない。   In this reference example, the case where the light emitted from the LD 1 is converted into a parallel light beam by the CL 4a and 4b has been described as an example. However, when the beat signal intensity is weak, for example, the distance between the CL 4a and 4b and the LD 1 The CLs 4a and 4b may be arranged so that the light beam is gradually converged by shifting from the focal length of the light source, and the light beam is sufficiently focused at the detection point 14. Further, a lens may be arranged so as to pass through two light beams incident on the detection point 14. That is, a lens may be arranged on the optical path between the mirrors 5a and 5b and the detection point 14. In this way, since the light beam is sufficiently narrowed when entering the detection point 14, the amount of light per unit area at the detection point 14 increases, and the signal intensity obtained by the PD 2 increases. For this reason, a beat signal with improved S / N can be detected, and a highly accurate speed can be detected. In the following reference examples and examples, CL4a and 4b are arranged so that the light beam incident on the detection point 14 becomes a parallel light beam, and a lens that collects the light beam incident on the detection point 14 is omitted. It is not limited to a parallel light beam as in this reference example.

さらに、図１では、ＰＤ２と検出点１４との間に集光レンズ６が設置されている。この集光レンズ６により、検出点１４から散乱するビート信号をＰＤ２へと集光するので、ＰＤ２で得られる信号強度が増大する。この集光レンズ６についても、以後の参考例および実施例で共通に設置されているが、説明は省略する。   Further, in FIG. 1, the condenser lens 6 is installed between the PD 2 and the detection point 14. The condensing lens 6 condenses the beat signal scattered from the detection point 14 onto the PD2, so that the signal intensity obtained by the PD2 increases. This condensing lens 6 is also commonly installed in the following reference examples and examples, but the description thereof is omitted.

また、ビート信号１５は検出点１４に入射する２つの光束の光量が等しいほど鮮明になり、ＰＤ２で移動速度を高精度に検出できる。上記式３において、Ｅ_A＋Ｅ_Bの値はＬＤ１からの出射光量であるため一定値であるから、Ｅ_A＝Ｅ_Bのときビート信号のうなり強度（Peak to Peak）が最大になり、そのバランスが崩れる程うなり強度が小さくなる。本参考例においては、ＬＤ１の両端面を適切に処理することにより、検出点１４に入射する第１の光束７および第２の光束８の光量を等しくすることができ、ビート信号１５を鮮明に検出できるため、移動速度を高精度に検知することができる。以後の全ての参考例および実施例においても、各検出点に入射する２つの光束の光強度が等しくなるようにＬＤ１の両端面に処理が施されている。以後、全ての参考例および実施例においても同様に上記両端面処理がなされているが、説明は省略する。 Further, the beat signal 15 becomes clearer as the two light beams incident on the detection point 14 become equal, and the movement speed can be detected with high accuracy by the PD 2. In Eq. 3, the value of E _A + E _B is a constant value because it is the amount of light emitted from LD1, so when E _A = E _B , the beat signal beat intensity (Peak to Peak) is maximized and the balance The beat strength decreases as the level of the breaks. In the present reference example, by appropriately processing both end faces of the LD 1, the light amounts of the first light beam 7 and the second light beam 8 incident on the detection point 14 can be made equal, and the beat signal 15 is clearly displayed. Since it can be detected, the moving speed can be detected with high accuracy. In all the reference examples and examples thereafter, the both end surfaces of the LD 1 are processed so that the light intensities of the two light beams incident on the respective detection points are equal. After that, all the reference examples and examples are similarly processed on both end surfaces, but the description is omitted.

参考例２Reference example 2

図４に、本発明の参考例２の速度計の概略構成図を示す。図４では、各光学部品等の配置のみを表示してあり、その他の各光学部品を保持する部品や検出した信号の信号処理回路等の図示を省略している。また、図４の破線の矢印は座標軸を示す。   In FIG. 4, the schematic block diagram of the speedometer of the reference example 2 of this invention is shown. In FIG. 4, only the arrangement of each optical component or the like is displayed, and the illustration of the components that hold the other optical components, the signal processing circuit of the detected signal, and the like is omitted. Also, the broken-line arrows in FIG. 4 indicate coordinate axes.

上記速度計は、ＬＤ１、ＰＤ２ａ，２ｂ、回折格子３ａ，３ｂ、ＣＬ４ａ，４ｂ、集光レンズ６ａ，６ｂ、信号処理回路部１０および絞り１２ａ，１２ｂを備えている。   The speedometer includes LD1, PD2a and 2b, diffraction gratings 3a and 3b, CL4a and 4b, condenser lenses 6a and 6b, a signal processing circuit unit 10, and apertures 12a and 12b.

上記ＬＤ１は（０，０，ｚ₁）に、ＰＤ２ａ，２ｂは（０，０，ｚ₂）に、回折格子３ａ，３ｂは（０，±ｙ₃，ｚ₁）に、ＣＬ４ａ，４ｂは（０，±ｙ₄，ｚ₁）に、集光レンズ６ａ，６ｂは（０，±ｙ６，ｚ６）に、絞り１２ａ，１２ｂは（０，±ｙ₁₂，ｚ₁）に設置される。また、上記信号処理回路部１０は、ＰＤ２ａの出力Ｓ_aと、ＰＤ２ｂの出力Ｓ_bとから周波数偏移量を算出する。 The LD1 is (0, 0, z ₁ ), the PDs 2a and 2b are (0, 0, z ₂ ), the diffraction gratings 3a and 3b are (0, ± y ₃ , z ₁ ), and the CLs 4a and 4b are ( 0, ± y ₄ , z ₁ ), the condenser lenses 6a, 6b are installed at (0, ± y 6, z6), and the stops 12a, 12b are installed at (0, ± y ₁₂ , z ₁ ). Further, the signal processing circuit unit 10 calculates a frequency shift amount from the output S _a of the PD 2a and the output S _{b of} the PD 2b.

また、図４において、７は第１の光束、７ａ，７ｂは回折格子３ａの±１次回折光、８は第２の光束、８ａ，８ｂは回折格子３ｂの±１次回折光、１３は被測定物、１４ａ，１４ｂは検出点（ビーム重なり領域）、１５ａ，１５ｂはビート信号を示している。なお、上記検出点１４ａ，１４ｂは（０，±ｙ₁₄，０）に形成される。そして、上記被測定物１３の表面は第３平面の一例としてのｘｙ平面と略一致する。 In FIG. 4, 7 is a first light beam, 7a and 7b are ± 1st order diffracted lights of the diffraction grating 3a, 8 is a second light beam, 8a and 8b are ± 1st order diffracted lights of the diffraction grating 3b, and 13 is a measured object. 14a and 14b are detection points (beam overlapping regions), and 15a and 15b are beat signals. The detection points 14a and 14b are formed at (0, ± y ₁₄ , 0). The surface of the device under test 13 substantially coincides with the xy plane as an example of the third plane.

以下、図４の光学系の構成と機能を説明する。   Hereinafter, the configuration and function of the optical system in FIG. 4 will be described.

ＬＤ１の前端面から第１の光束７が出射すると共に、半導体素子１の後端面から第２の光束８が出射する。第１，第２の光束７，８は、絞り１２ａ，１２ｂを通過した後、ＣＬ４ａ，４ｂを介して平行光束となる。その後、第１，第２の光束７，８は回折格子３ａ，３ｂによりそれぞれ複数の光束に分割される。ここで、回折格子３ａ，３ｂは入射光束を等角に分割し、その分割角度は入射光束の波長に依存するため、各検出点１４ａ，１４ｂにおいて２つの光束の重ね合わせが容易になる。したがって、回折格子３ａ，３ｂは本参考例において光分岐素子として好適である。   A first light beam 7 is emitted from the front end surface of the LD 1, and a second light beam 8 is emitted from the rear end surface of the semiconductor element 1. The first and second light beams 7 and 8 become parallel light beams through the CLs 4a and 4b after passing through the apertures 12a and 12b. Thereafter, the first and second light beams 7 and 8 are divided into a plurality of light beams by the diffraction gratings 3a and 3b, respectively. Here, since the diffraction gratings 3a and 3b divide the incident light beam into equal angles, and the division angle depends on the wavelength of the incident light beam, the two light beams can be easily overlapped at the detection points 14a and 14b. Therefore, the diffraction gratings 3a and 3b are suitable as an optical branching element in this reference example.

図４には±ｎ次回折光（ｎは零を含む自然数）のうち±１次回折光７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂのみ図示している。この±１次回折光７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂによって検出点１４ａ，１４ｂが形成される。検出点１４ａから散乱されるビート信号１５ａは集光レンズ６ａを介してＰＤ２ａで検出される一方、検出点１４ｂから散乱されるビート信号１５ｂは集光レンズ１５ｂを介してＰＤ２ｂで検出される。このように検出してビート信号を用いて、上記参考例１と同様に被測定物１３の移動速度を検出する。   FIG. 4 shows only ± 1st order diffracted light 7a, 7b, 8a, 8b among ± nth order diffracted light (n is a natural number including zero). Detection points 14a and 14b are formed by the ± first-order diffracted lights 7a, 7b, 8a and 8b. The beat signal 15a scattered from the detection point 14a is detected by the PD 2a via the condenser lens 6a, while the beat signal 15b scattered from the detection point 14b is detected by the PD 2b via the condenser lens 15b. Using the beat signal thus detected, the moving speed of the DUT 13 is detected in the same manner as in the first reference example.

一般に、コヒーレントな光が光学的に粗い面に入射したとき、その面からの散乱光は様々な方向に反射するため、それらの散乱光の干渉によりスペックルパターンと呼ばれる明暗の模様が現れる。明部がＰＤ２ａ，２ｂに入射している間はＰＤ２ａ，２ｂはビート信号を検出し、被測定物１３の移動速度を検知することができるが、暗部が連続的にＰＤ２ａ，２ｂへ入射されると所謂ドロップアウトと呼ばれる信号不感状態になってしまう。本参考例においては、２つの検出点１４ａ，１４ｂを形成し、２つの受光系にて信号を検出しているため、一方の出力がドロップアウトにより検出不可能な場合でも、他方の出力を検知して信号不感状態を防ぐことができる。   In general, when coherent light is incident on an optically rough surface, scattered light from the surface is reflected in various directions, and thus a light and dark pattern called a speckle pattern appears due to interference of the scattered light. While the bright part is incident on the PDs 2a and 2b, the PDs 2a and 2b can detect the beat signal and detect the moving speed of the DUT 13, but the dark part is continuously incident on the PDs 2a and 2b. This results in a signal insensitive state called so-called dropout. In this reference example, since two detection points 14a and 14b are formed and signals are detected by two light receiving systems, even if one output cannot be detected due to dropout, the other output is detected. Thus, a signal insensitive state can be prevented.

また、本参考例の光学系においては、光束の分割に回折格子３ａ，３ｂを用いているが、ビート信号強度を大きくするために、検出点１４ａ，１４ｂに入射する光量を大きくする必要がある。一般に、回折格子により光束は０次回折光、±１次回折光、・・・±ｎ次回折光と各次等角に分割されるが、回折格子の溝深さによる光学的距離差を入射光の波長の１／４にすると、反射による光路長差が波長の１／２となり、光の位相がπずれるため０次回折光はほとんど出射しない。このような条件を回折格子３ａ，３ｂに適用すると、±１次回折光７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂの強度は入射光量に対して片側約４０．５%となり最大となり、検出点１４ａ，１４ｂへの入射光量が最大となるため、ビート信号１５ａ，１５ｂを高感度に検知できる。以上のことは、回折格子３ａ，３ｂに垂直に光が入射し、回折格子３ａ，３ｂがその光の光軸に対して垂直に配置される場合であるが、図４に示す本参考例では、入射光束である第１，第２の光束７，８を被測定物１３へ入射させるために回折格子３ａ，３ｂを−ｚ方向に傾けているため、厳密には回折格子３ａ，３ｂの溝深さをこの角度に合わせた調整が必要となる。   In the optical system of this reference example, the diffraction gratings 3a and 3b are used for splitting the light beam. However, in order to increase the beat signal intensity, it is necessary to increase the amount of light incident on the detection points 14a and 14b. . In general, the light beam is divided into zero-order diffracted light, ± 1st-order diffracted light,... ± n-order diffracted light by each diffraction angle by the diffraction grating, but the optical distance difference depending on the groove depth of the diffraction grating is used as the wavelength of the incident light. Is 1/4, the optical path length difference due to reflection becomes 1/2 of the wavelength, and the phase of the light is shifted by π, so that the 0th-order diffracted light is hardly emitted. When such conditions are applied to the diffraction gratings 3a and 3b, the intensity of the ± first-order diffracted lights 7a, 7b, 8a, and 8b is about 40.5% on one side with respect to the amount of incident light, and becomes the maximum. Since the amount of incident light is maximized, the beat signals 15a and 15b can be detected with high sensitivity. The above is the case where light enters the diffraction gratings 3a and 3b perpendicularly and the diffraction gratings 3a and 3b are arranged perpendicular to the optical axis of the light. In this reference example shown in FIG. Since the diffraction gratings 3a and 3b are inclined in the -z direction in order to make the first and second light beams 7 and 8 that are incident light beams enter the object 13 to be measured, strictly speaking, the grooves of the diffraction gratings 3a and 3b. It is necessary to adjust the depth to this angle.

また、本参考例の光学系では、図４に示すように、ＬＤ１から出射する２つの光束がｙ軸と平行になるようにＬＤ１を設置しており、回折格子３ａ，３ｂの溝が延びる方向はｙｚ平面と平行に切ってあるため、第１，第２，第３平面が二等辺三角柱を形成する（図中左右両端（±ｙ方向）に破線で、その二等辺三角柱の天面，底面となる二等辺三角形を図示）。ここで、上記第１平面とは、回折格子３ａによる＋１次回折光束７ａと、回折格子３ｂによる＋１次回折光束８ａとを含む平面である。また、上記第２平面とは、回折格子３ａによる−１次回折光束７ｂと、回折格子３ｂによる−１次回折光束８ｂとを含む平面である。また、上記第３平面とは、被測定物１３の表面を含む平面を指し、ｘｙ平面に相当する。   Further, in the optical system of this reference example, as shown in FIG. 4, the LD 1 is installed so that the two light beams emitted from the LD 1 are parallel to the y axis, and the grooves of the diffraction gratings 3a and 3b extend. Is cut in parallel with the yz plane, the first, second and third planes form isosceles triangular prisms (broken lines at the left and right ends (± y direction) in the figure, the top and bottom surfaces of the isosceles triangular prism) Isosceles triangle is shown). Here, the first plane is a plane including the + 1st order diffracted light beam 7a by the diffraction grating 3a and the + 1st order diffracted light beam 8a by the diffraction grating 3b. The second plane is a plane including a −1st order diffracted light beam 7b by the diffraction grating 3a and a −1st order diffracted light beam 8b by the diffraction grating 3b. The third plane refers to a plane including the surface of the DUT 13 and corresponds to the xy plane.

第１，第２，第３平面が二等辺三角柱を形成する場合、図１５に示す干渉縞の間隔と向きが検出点１４ａと検出点１４ｂとで等しくなるため、上記のように検出点１４ａ，検出点１４ｂの一方からの信号がドロップアウトにより信号不感になっても、両検出点１４ａ，１４ｂから検知される速度の誤差を最小にすることができる。   When the first, second, and third planes form an isosceles triangular prism, the interval and direction of the interference fringes shown in FIG. 15 are equal at the detection point 14a and the detection point 14b. Even if the signal from one of the detection points 14b becomes insensitive due to dropout, the speed error detected from both detection points 14a and 14b can be minimized.

さらに、両検出点１４ａ，１４ｂを結ぶ線がｘ軸、被測定物１３の移動方向がｙ軸方向となるように光学系全体を設置することにより、図１５に示すように、干渉縞が延びる方向と、被測定物１３の移動方向とが垂直になるため、被測定物１３の移動速度を高精度に測定することができる。   Further, the interference fringes extend as shown in FIG. 15 by installing the entire optical system so that the line connecting both detection points 14a and 14b is the x axis and the moving direction of the DUT 13 is the y axis direction. Since the direction and the moving direction of the DUT 13 are perpendicular, the moving speed of the DUT 13 can be measured with high accuracy.

また、検出点１４ａからＰＤ２ａへ入射する光束の光軸は、検出点１４ａへ入射する２つの光束（＋１次回折光７ａ，８ａ）の交差角の２等分線と略一致すると共に、検出点１４ｂからＰＤ２ｂへ入射する光束の光軸は、検出点１４ｂへ入射する２つの光束（−１次回折光７ｂ，８ｂ）の交差角の２等分線と略一致する。このような場合、上記２つの光束からの散乱光の強度が略等しくなるため、ビート信号１５ａ，１５ｂが鮮明化するため、被測定物１３の移動速度を高精度に検出できる。   The optical axis of the light beam incident on the PD 2a from the detection point 14a substantially coincides with the bisector of the intersection angle of the two light beams (+ 1st order diffracted beams 7a and 8a) incident on the detection point 14a, and the detection point 14b. The optical axis of the light beam incident on the PD 2b from the light beam approximately coincides with the bisector of the intersection angle of the two light beams (-1st order diffracted light 7b, 8b) incident on the detection point 14b. In such a case, since the intensity of the scattered light from the two light beams becomes substantially equal, the beat signals 15a and 15b become clear, so that the moving speed of the DUT 13 can be detected with high accuracy.

また、本参考例の光学系では、図４のようにＰＤ２ａ，２ｂはそれぞれ上記第１平面および第２平面においてｘｙ平面に対する正反射方向（入射角＝反射角）に設置している。一般に、直進する光が反射するとき、その強度は正反射方向に最も強く反射する。よって、上記のように受光系を設置することにより、ビート信号を最も高感度に検知することが可能である。   In the optical system of this reference example, as shown in FIG. 4, the PDs 2a and 2b are installed in the regular reflection direction (incident angle = reflection angle) with respect to the xy plane in the first plane and the second plane, respectively. Generally, when light traveling straight is reflected, the intensity is reflected most strongly in the regular reflection direction. Therefore, it is possible to detect the beat signal with the highest sensitivity by installing the light receiving system as described above.

図５に、本参考例の速度計の変形例の概略構成図を示す。図５では各光学部品等の配置のみを表示してあり、その他の各光学部品を保持する部品や検出した信号の信号処理回路等は省略している。また、図５の破線の矢印は座標軸を示している。また、図５において、図４に示した構成部と同一構成部は、図４における構成部と同一参照番号を付して説明を省略する。   In FIG. 5, the schematic block diagram of the modification of the speedometer of this reference example is shown. In FIG. 5, only the arrangement of each optical component is shown, and other components for holding each optical component, a signal processing circuit for a detected signal, and the like are omitted. In addition, broken line arrows in FIG. 5 indicate coordinate axes. In FIG. 5, the same components as those shown in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals as those of the components in FIG.

図５の速度計は、回折格子３ｂによる−１次回折光８ｂが通過する１／４波長板１６を（−ｘ₁₆，ｙ₁₆，ｚ₁₆）に設けている点が図４の速度計と異なる。 The speedometer of FIG. 5 is different from the speedometer of FIG. 4 in that a quarter-wave plate 16 through which the first-order diffracted light 8b by the diffraction grating 3b passes is provided at (−x ₁₆ , y ₁₆ , z ₁₆ ). .

一般に、１／４波長板１６の光学軸を入射する偏光方向に対して４５°傾けて設置することにより、遅相軸成分の光の位相が進相軸成分に比べてπ／２だけ遅れるので直線偏光は円偏光に変換される。図５において、１／４波長板１６より、１／４波長板１６と被測定物１３との間において−１次回折光８ｂは円偏光になっている。このような状態で４つの光束（±１次回折光７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂ）が図５のように被測定物１３に入射するときのＰＤ２ａ，２ｂで検出されるビート信号について説明する。   In general, when the optical axis of the quarter-wave plate 16 is inclined by 45 ° with respect to the incident polarization direction, the phase of the light of the slow axis component is delayed by π / 2 compared to the fast axis component. Linearly polarized light is converted to circularly polarized light. In FIG. 5, the −1st order diffracted light 8 b is circularly polarized between the ¼ wavelength plate 16 and the DUT 13 from the ¼ wavelength plate 16. The beat signals detected by the PDs 2a and 2b when the four light beams (± first-order diffracted lights 7a, 7b, 8a, and 8b) enter the device under test 13 as shown in FIG. 5 will be described.

回折格子３ａ，３ｂにより分割された各光束（±１次回折光７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂ）は、回折格子３ａ，３ｂから検出点１４ａ，１４ｂまでの距離が等しいとすると、以下のように表すことができる。ただし、１／４波長板１６を通過する光束（−１次回折光８ｂ）については、１／４波長板１６通過後の遅相軸成分のみを示す。
（式１８）

（式１９）

（式２０）

（式２１）

Each light beam (± first-order diffracted light 7a, 7b, 8a, 8b) divided by the diffraction gratings 3a, 3b is expressed as follows assuming that the distances from the diffraction gratings 3a, 3b to the detection points 14a, 14b are equal. be able to. However, only the slow axis component after passing through the quarter-wave plate 16 is shown for the light beam passing through the quarter-wave plate 16 (-1st order diffracted light 8b).
(Formula 18)

(Formula 19)

(Formula 20)

(Formula 21)

ここで、Ｅ_1a，Ｅ_1b，Ｅ_2a，Ｅ_2bは光の振幅、ｆ₀は光の周波数、ｔは時間である。 Here, E _1a , E _1b , E _2a , and E _2b are light amplitudes, f ₀ is the light frequency, and t is time.

次に、被測定物１３の移動方向は＋ｙ軸方向を正とすると、被測定物１３で散乱後の各光束の成分は、被測定物１３の移動速度Ｖに起因したドップラー周波数偏移成分をｆ_dとすると、上記式１８〜２１は、
（式２２）

（式２３）

（式２４）

（式２５）

となる。よって、ＰＤ２ａ，２ｂで検出されるビート信号１５ａ，１５ｂは、
（式２６）

（式２７）

となる。上記式２７において、第２項の余弦の中の位相成分の符号は被測定物１３の移動方向により異なり、＋ｙ方向に移動するとき＋π／２、−ｙ方向に移動するとき−π／２となる。 Next, assuming that the movement direction of the object to be measured 13 is positive in the + y-axis direction, the components of each light beam scattered by the object to be measured 13 are Doppler frequency shift components caused by the moving speed V of the object to be measured 13. Assuming f _d , the above equations 18 to 21 are
(Formula 22)

(Formula 23)

(Formula 24)

(Formula 25)

It becomes. Therefore, the beat signals 15a and 15b detected by the PDs 2a and 2b are
(Formula 26)

(Formula 27)

It becomes. In the above equation 27, the sign of the phase component in the cosine of the second term differs depending on the moving direction of the device 13 to be measured: + π / 2 when moving in the + y direction, and −π / 2 when moving in the −y direction. Become.

図６（ａ）〜（ｃ）にビート信号１５ａ，１５ｂを示す。より詳しくは、図６（ａ）には上記式２６で表されるビート信号１５ａを示す。このビート信号１５ａは被測定物１３の移動方向に依存しない。図６（ｂ）には被測定物１３が左方向（−ｙ方向）に移動するときビート信号１５ｂを示し、図６（ｃ）には被測定物１３が右方向（＋ｙ方向）に移動するときのビート信号１５ｂを示している。   6A to 6C show beat signals 15a and 15b. More specifically, FIG. 6A shows the beat signal 15a expressed by the above equation 26. This beat signal 15 a does not depend on the moving direction of the DUT 13. FIG. 6B shows the beat signal 15b when the DUT 13 moves in the left direction (−y direction), and FIG. 6C shows the DUT 13 moving in the right direction (+ y direction). The beat signal 15b is shown.

図６（ａ）〜（ｃ）から、ビート信号１５ｂは被測定物１３の移動方向により位相がπ／２ずれることがわかる。したがって、ＰＤ２ｂと検出点１４ｂとの間に直線偏光子（図示せず）を上記遅相軸成分が通過する方向に設置してビート信号１５を検出することにより、被測定物１３の移動方向を検出できる。このように、−１次回折光８ｂが通過する１／４波長板１６を設けることにより、被測定物１３の速度と移動方向を検知することができる。また、以後の参考例および実施例において、移動方向を検出するための直線偏光子の図示および説明は同様であるため省略する。   6A to 6C, it can be seen that the phase of the beat signal 15 b is shifted by π / 2 depending on the moving direction of the DUT 13. Therefore, by installing a linear polarizer (not shown) between the PD 2b and the detection point 14b in the direction in which the slow axis component passes and detecting the beat signal 15, the moving direction of the DUT 13 is determined. It can be detected. Thus, by providing the quarter wavelength plate 16 through which the −1st order diffracted light 8b passes, the speed and moving direction of the DUT 13 can be detected. Further, in the following reference examples and examples, the illustration and description of the linear polarizer for detecting the moving direction are the same and will be omitted.

ただし、被測定物１３の移動方向を検知するには、ビート信号１５ａの位相に対し、ビート信号１５ｂの位相が進んでいるのか、遅れているのかが判断できればよいので、ビート信号１５ａとビート信号１５ｂとの位相差をξとすると、
（式２８）

の範囲にあればよい。このとき、位相変更手段による位相変更量：φは、
（式２９）

であることが必要である。このような光の位相差を与える部材の材料としては、一般的には光の入射方向に対し屈折率が異なる複屈折材料が用いられる。この複屈折材料は位相変更手段の材料として適している。 However, in order to detect the moving direction of the DUT 13, it is only necessary to determine whether the phase of the beat signal 15b is advanced or delayed with respect to the phase of the beat signal 15a. If the phase difference from 15b is ξ,
(Formula 28)

If it is in the range. At this time, the phase change amount by the phase change means: φ is
(Formula 29)

It is necessary to be. As a material for the member that gives such a light phase difference, a birefringent material having a refractive index different from that of the light incident direction is generally used. This birefringent material is suitable as a material for the phase changing means.

しかし、実際の光学系においては各光学部品の設置によるズレ等により、各光束の検出点までの距離が異なってくる。このとき、各検出点からの散乱光は、
（式３０）

（式３１）

（式３２）

（式３３）

となる。ただし、−１次回折光８ｂについては、１／４波長板１６通過後の遅相軸成分のみを示してあり、φ_1a、φ_1b、φ_2a、φ_2bは各光束（±１次回折光７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂ）の位相成分であり、φ₀は位相変更手段による位相変更量である。よって、ＰＤ２ａ，２ｂで検出されるビート信号１５ａ，１５ｂは、
（式３４）

（式３５）

となる。上記式２８、式３４および式３５より、移動方向検知に求められる位相条件は、
（式３６）

となる。上記式３６を満たすように各光学部品を設置することにより、被測定物１３の移動方向の検知が可能となる。位相変更手段の一例として１／４波長板１６を用いるとき、上記式３６は、
（式３７）

となり、各光束（±１次回折光７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂ）の位相成分ばらつきに対し、各光学部品配置におけるマージンをとることができる。 However, in an actual optical system, the distance to the detection point of each light beam varies depending on the deviation due to the installation of each optical component. At this time, the scattered light from each detection point is
(Formula 30)

(Formula 31)

(Formula 32)

(Formula 33)

It becomes. However, for the −1st order diffracted light 8b, only the slow axis components after passing through the quarter wavelength plate 16 are shown, and φ _1a , φ _1b , φ _2a , and φ _2b represent the respective light beams (± first order diffracted light 7a, 7b, 8a, 8b), and φ ₀ is the phase change amount by the phase change means. Therefore, the beat signals 15a and 15b detected by the PDs 2a and 2b are
(Formula 34)

(Formula 35)

It becomes. From the above Equation 28, Equation 34, and Equation 35, the phase condition required for movement direction detection is
(Formula 36)

It becomes. By installing each optical component so as to satisfy the above expression 36, it is possible to detect the moving direction of the DUT 13. When the quarter wave plate 16 is used as an example of the phase changing means, the above equation 36 is
(Formula 37)

Thus, it is possible to take a margin in the arrangement of each optical component with respect to the phase component variation of each light beam (± first-order diffracted light 7a, 7b, 8a, 8b).

また、１／４波長板１６を−１次回折光８ｂ以外の３つの光束（±１次回折光７ａ，７ｂ，８ａ）に設け、−１次回折光８ｂにだけ設けないような構成にすることにより、上記と同じ位相差の論理により被測定物１３の移動方向を検知できる。つまり、±１次回折光７ａ，７ｂ，８ａのそれぞれが１／４波長板を通過するようにすると、−１次回折光８ｂは１／４波長板を通過させなくても、被測定物１３の移動方向を検知できる。   Further, the quarter wavelength plate 16 is provided in three light beams other than the −1st order diffracted light 8b (± 1st order diffracted lights 7a, 7b and 8a), and is not provided only in the −1st order diffracted light 8b. The moving direction of the DUT 13 can be detected by the same phase difference logic as described above. That is, if each of the ± first-order diffracted lights 7a, 7b, and 8a passes through the quarter-wave plate, the minus-first-order diffracted light 8b does not pass through the quarter-wave plate and the measured object 13 moves. The direction can be detected.

本参考例の速度計の変形例における被測定物１３の移動方向の検知と位相差とに関する議論は、この後の参考例および実施例においても同様であり、以後の参考例および実施例においては省略する。   The discussion on the detection of the moving direction of the object to be measured 13 and the phase difference in the modified example of the speedometer of this reference example is the same in the reference examples and examples thereafter, and in the following reference examples and examples, Omitted.

図７に、本参考例の速度計の他の変形例の概略構成図を示す。図７では各光学部品等の配置のみを表示してあり、その他の各光学部品を保持する部品や検出した信号の信号処理回路等は省略している。また、破線の矢印は座標軸を示している。また、図７において、図５に示した構成部と同一構成部は、図５における構成部と同一参照番号を付して説明を省略する。   In FIG. 7, the schematic block diagram of the other modification of the speedometer of this reference example is shown. In FIG. 7, only the arrangement of each optical component is shown, and other components that hold each optical component, signal processing circuits for detected signals, and the like are omitted. A broken arrow indicates a coordinate axis. In FIG. 7, the same components as those shown in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals as those of the components in FIG.

図７の速度計は、２つのビート信号１５ａ，１５ｂを検出するための集光レンズ６ａ，６ｂの代わりに単一部品の集光レンズアレイ１７を用いた点と、ビート信号１５ａ，１５ｂを検出するＰＤ２をＬＤ１と同一チップ内に形成している点とが図５の速度計と異なっている。   The speedometer of FIG. 7 detects a point using a single-part condenser lens array 17 instead of the condenser lenses 6a and 6b for detecting the two beat signals 15a and 15b, and the beat signals 15a and 15b. 5 is different from the speedometer of FIG. 5 in that PD2 to be formed is formed in the same chip as LD1.

上記構成により、図７に示す光学系では部品点数を削減でき、また、ＰＤ２をＬＤ１と１チップ化しているため、装置の小型化が可能となる。さらに、１チップ化した複数のＰＤの代わりに分割型ＰＤを用いることにより、受光素子面積をさらに縮小できるため、ＰＤの製造コストを低減でき、さらに装置のさらなる小型化が可能である。図７における部品点数削減の装置構成は、この後の参考例および実施例においても同様であり、以後の参考例および実施例においては説明を省略する。   With the above configuration, the number of parts can be reduced in the optical system shown in FIG. 7, and the device can be miniaturized because the PD 2 is integrated with the LD 1 in one chip. Furthermore, since the area of the light receiving element can be further reduced by using a split-type PD instead of a plurality of PDs integrated into one chip, the manufacturing cost of the PD can be reduced, and further downsizing of the apparatus can be achieved. The apparatus configuration for reducing the number of parts in FIG. 7 is the same in the following reference examples and examples, and description thereof will be omitted in the following reference examples and examples.

図８に、図７の速度計を上方から見た概略図（＋ｚ軸方向から見た図）を示す。また、図８の下方においては、図８の上方において点線で描いた小円内を拡大した図を示す。つまり、図８の下方の図は検出点１４ａ，１４ｂ付近の拡大図である。   FIG. 8 shows a schematic diagram (viewed from + z-axis direction) of the speedometer of FIG. 7 viewed from above. 8 shows an enlarged view of a small circle drawn by a dotted line in the upper part of FIG. That is, the lower part of FIG. 8 is an enlarged view near the detection points 14a and 14b.

検出点１４ａと検出点１４ｂとの間の距離が大きいほど装置が大型化し、また集光レンズアレイ１７で受光できる光量も小さくなる。また、各光束（±１次回折光７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂ）の位相差の点においても、検出点同士が離れると位相差が大きくなり、被測定物１３の移動方向の検出が困難になる。検出点１４ａと検出点１４ｂとの間の距離は回折格子３ａ，３ｂによる回折角αによって決定される。検出点１４ａと検出点１４ｂとが重なり合うと、各検出点１４ａ，１４ｂからのビート信号がノイズとなってＰＤ２にて検出されてしまうため、図８より、
（式３８）

を満たすように、各回折格子３ａ，３ｂのピッチや、絞り１２ａ，１２ｂの径Ｗ、各部品間距離Ｌ等を設定する必要がある。この後の参考例および実施形態においても検出点間の距離に関して同様であり、以後の参考例および実施例においては説明を省略する。 The larger the distance between the detection point 14a and the detection point 14b, the larger the apparatus, and the smaller the amount of light that can be received by the condenser lens array 17. In addition, even at the phase difference point of each light beam (± first-order diffracted light 7a, 7b, 8a, 8b), if the detection points are separated from each other, the phase difference increases, and it becomes difficult to detect the moving direction of the DUT 13. . The distance between the detection point 14a and the detection point 14b is determined by the diffraction angle α by the diffraction gratings 3a and 3b. If the detection point 14a and the detection point 14b overlap with each other, the beat signal from each of the detection points 14a and 14b becomes noise and is detected by the PD 2. Therefore, from FIG.
(Formula 38)

It is necessary to set the pitch of the diffraction gratings 3a and 3b, the diameter W of the diaphragms 12a and 12b, the distance L between the components, and the like so as to satisfy the above. The same applies to the distances between the detection points in the following reference examples and embodiments, and description thereof will be omitted in the following reference examples and examples.

図９に、本発明の実施例１の速度計の概略構成図を示す。図９では、各光学部品等の配置のみを表示してあり、その他の各光学部品を保持する部品や検出した信号の信号処理回路等は省略している。また、図９の破線の矢印は座標軸を示している。また、図９において、図７に示した構成部と同一構成部には、図７における構成部と同一参照番号を付している。   In FIG. 9, the schematic block diagram of the speedometer of Example 1 of this invention is shown. In FIG. 9, only the arrangement of each optical component or the like is shown, and other components that hold the respective optical components, signal processing circuits for detected signals, and the like are omitted. In addition, broken line arrows in FIG. 9 indicate coordinate axes. In FIG. 9, the same components as those shown in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals as those shown in FIG.

図９の速度計は、ＬＤ１、ＰＤ２、回折格子３ａ，３ｂ、ＣＬ４ａ，４ｂ、ＢＳ９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ、信号処理回路部１０、絞り１２ａ，１２ｂ、１／４波長板１６および集光レンズアレイ２７を備えている。上記ＬＤ１は（０，０，ｚ₁）に、ＰＤ２は（０，０，ｚ₂）に、回折格子３ａ，３ｂは（０，±ｙ₃，ｚ₁）に、ＣＬ４ａ，４ｂは（０，±ｙ₄，ｚ₁）に、ＢＳ９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄで（±x₉，±ｙ₉，ｚ₉）に、絞り１２は（０，±ｙ₁₂，ｚ１）に、１／４波長板１６は（−ｘ₁₆，ｙ₁₆，ｚ₁₆）に、集光レンズアレイ１７は（０，０，ｚ₁₇）にそれぞれ設置されている。また、上記信号処理回路部１０はＰＤ２の出力Ｓから周波数偏移量を算出する。 The speedometer of FIG. 9 includes LD1, PD2, diffraction gratings 3a, 3b, CL4a, 4b, BS9a, 9b, 9c, 9d, signal processing circuit unit 10, diaphragms 12a, 12b, quarter wavelength plate 16, and condenser lens. An array 27 is provided. The LD1 in the (0,0, z _1), PD2 is (0,0, z _2), the diffraction grating 3a, 3b in the _{(0, ± y 3, z} 1), CL4a, 4b is (0, ± y ₄ , z ₁ ), BS 9a, 9b, 9c, 9d at (± x ₉ , ± y ₉ , z ₉ ), and stop 12 at (0, ± y ₁₂ , z1), 1/4 wavelength plate 16 is installed at (−x ₁₆ , y ₁₆ , z ₁₆ ), and the condenser lens array 17 is installed at (0, 0, z ₁₇ ). The signal processing circuit unit 10 calculates a frequency shift amount from the output S of the PD 2.

また、図９において、７は第１の光束、７ａ，７ｂは回折格子３ａによる±１次回折光、７ｃ，７ｄは＋１次回折光７ａをＢＳ９ａで分割して得る光束、７ｅ，７ｆは−１次回折光７ｂをＢＳ９ｂで分割して得る光束、８は第２の光束、８ａ，８ｂは回折格子３ｂによる±１次回折光、８ｃ，８ｄは＋１次回折光８ａをＢＳ９ｃで分割して得る光束、８ｅ，８ｆは−１次回折光８ｂをＢＳ９ｄで分割して得る光束、１３は被測定物、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは検出点（ビーム重なり領域）、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄはビート信号を示している。なお、検出点１４ａ，１４ｂは（±x₁₄，０，０）に形成され、検出点１４ｃ，１４ｄは（０，±ｙ₁₄，０）に形成される。そして、光束７ｃ，…，７ｆおよび光束８ｃ，…，８ｆを照射する被測定物１３の表面は、第３平面の一例としてのｘｙ平面と略一致する。 In FIG. 9, 7 is a first light beam, 7a and 7b are ± first-order diffracted light by the diffraction grating 3a, 7c and 7d are light beams obtained by dividing the + 1st-order diffracted light 7a by BS 9a, and 7e and 7f are −1 next time. A light beam obtained by dividing the folded light 7b by the BS 9b, 8 is a second light beam, 8a and 8b are ± first-order diffracted light by the diffraction grating 3b, 8c and 8d are light beams obtained by dividing the + first-order diffracted light 8a by the BS 9c, 8e, 8f is a light beam obtained by dividing the −1st-order diffracted light 8b by BS 9d, 13 is an object to be measured, 14a, 14b, 14c, and 14d are detection points (beam overlapping regions), and 15a, 15b, 15c, and 15d are beat signals. ing. The detection points 14a and 14b are formed at (± x ₁₄ , 0, 0), and the detection points 14c and 14d are formed at (0, ± y ₁₄ , 0). The surfaces of the device under test 13 that irradiate the light beams 7c,..., 7f and the light beams 8c,..., 8f substantially coincide with the xy plane as an example of the third plane.

以下、図９の光学系の構成および機能について説明する。   The configuration and function of the optical system in FIG. 9 will be described below.

ＬＤ１の前端面から第１の光束７が出射すると共に、ＬＤ１の後端面から第２の光束８が出射する。第１，第２の光束７，８は、絞り１２ａ，１２ｂを通過した後、ＣＬ４ａ，４ｂを通過することによって平行光束となる。その後、第１，第２の光束７，８は回折格子３ａ，３ｂによりそれぞれ複数の光束に分割される。   The first light beam 7 is emitted from the front end surface of the LD 1 and the second light beam 8 is emitted from the rear end surface of the LD 1. The first and second light beams 7 and 8 become parallel light beams by passing through the apertures 12a and 12b and then passing through the CLs 4a and 4b. Thereafter, the first and second light beams 7 and 8 are divided into a plurality of light beams by the diffraction gratings 3a and 3b, respectively.

図９には±ｎ次回折光（ｎは零を含む自然数）のうち±１次回折光７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂのみ図示している。一般に、回折格子により光束は０次回折光、±１次回折光、……、±ｎ次回折光と各次等角に分割されるが、回折格子の溝深さによる光学的距離差を波長の１／４にすると反射による光路長差が波長の１／２となり、光の位相がπずれるため０次回折光はほとんど出射しない。つまり、回折格子の溝で反射する光と、回折格子の溝以外の部分で反射する光とは、光路長差が入射光の波長の１／２であると、位相がπずれるため、０次回折光がほとんど生じない。このような条件を回折格子３ａ，３ｂに適用すると、回折格子３ａ，３ｂの±１次回折光７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂの強度は入射光量に対して片側（＋ｎ次回折光または−ｎ次回折光）において約４０．５%と最大となる。その結果、検出点１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄに入射する光の光量が最大となるため、ビート信号１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄを高感度に検知できる。以上のことは、回折格子３ａ，３ｂに垂直に光を入射し、回折格子３ａ，３ｂがその光の光軸に対し垂直に配置される場合であるが、図９に示す本実施例では、入射光束（第１，第２の光束７，８）を被測定物１３へ入射させるために回折格子３ａ，３ｂを−ｚ方向に傾けているため、厳密には回折格子３ａ，３ｂの溝深さをこの角度に合わせた調整が必要となる。   FIG. 9 shows only ± 1st order diffracted light 7a, 7b, 8a, 8b among ± nth order diffracted light (n is a natural number including zero). In general, the light beam is divided into zero-order diffracted light, ± first-order diffracted light,..., ± n-order diffracted light, and equilateral angles by the diffraction grating, but the optical distance difference depending on the groove depth of the diffraction grating is reduced to 1 / wavelength. If it is 4, the optical path length difference due to reflection becomes 1/2 of the wavelength, and the phase of the light is shifted by π, so that the 0th-order diffracted light is hardly emitted. That is, the light reflected by the grooves of the diffraction grating and the light reflected by portions other than the grooves of the diffraction grating are shifted in phase by π when the optical path length difference is ½ of the wavelength of the incident light. Folding light hardly occurs. When such conditions are applied to the diffraction gratings 3a and 3b, the intensity of the ± first-order diffracted lights 7a, 7b, 8a, and 8b of the diffraction gratings 3a and 3b is one side with respect to the amount of incident light (+ n-order diffracted light or -n-order diffracted light). The maximum is about 40.5%. As a result, the amount of light incident on the detection points 14a, 14b, 14c, and 14d is maximized, so that the beat signals 15a, 15b, 15c, and 15d can be detected with high sensitivity. The above is the case where light enters the diffraction gratings 3a and 3b perpendicularly and the diffraction gratings 3a and 3b are arranged perpendicular to the optical axis of the light. In this embodiment shown in FIG. Strictly speaking, since the diffraction gratings 3a and 3b are tilted in the −z direction in order to cause the incident light beams (first and second light beams 7 and 8) to enter the device under test 13, the groove depths of the diffraction gratings 3a and 3b are strictly speaking. Adjustment to match this angle is required.

第１の光束７は回折格子３ａで２つの光束（±１次回折光７ａ，７ｂ）に分割され、第２の光束８は回折格子３ｂで２つの光束（±１次回折光８ａ，８ｂ）に分割される。この４つの光束（±１次回折光７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂ）は、ＢＳ９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄによって８つの光束７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆ）とされる。より詳しくは、＋１次回折光７ａはＢＳ９ａによって光束７ｃ，７ｄに分割され、−１次回折光７ｂはＢＳ９ｂによって光束７ｅ，７ｆに分割される。同様に、＋１次回折光８ａはＢＳ９ｃによって光束８ｃ，８ｄに分割され、−１次回折光８ｂはＢＳ９ｄによって光束８ｅ，８ｆに分割される。この場合、ＢＳ９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄは、光分岐素子として、入射光を光強度が１：１の２つの光束に分割する。また、ＢＳ９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄは分割による光量のロスを少なくすることが可能なため、検出点１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄに照射する光量が大きくなり、ビート信号１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄの信号強度の低下を防ぐことができる。   The first light beam 7 is divided into two light beams (± first-order diffracted lights 7a and 7b) by the diffraction grating 3a, and the second light beam 8 is divided into two light beams (± first-order diffracted lights 8a and 8b) by the diffraction grating 3b. Is done. These four light beams (± first-order diffracted lights 7a, 7b, 8a, 8b) are converted into eight light beams 7c, 7d, 7e, 7f, 8c, 8d, 8e, 8f) by BS 9a, 9b, 9c, 9d. More specifically, the + 1st order diffracted light 7a is divided into light beams 7c and 7d by the BS 9a, and the −1st order diffracted light 7b is divided into light beams 7e and 7f by the BS 9b. Similarly, the + 1st order diffracted light 8a is divided into light beams 8c and 8d by BS9c, and the −1st order diffracted light 8b is divided into light beams 8e and 8f by BS9d. In this case, the BSs 9a, 9b, 9c, and 9d function as an optical branching element and divide incident light into two light beams having a light intensity of 1: 1. Further, since the BS 9a, 9b, 9c, and 9d can reduce the loss of the light amount due to the division, the light amount applied to the detection points 14a, 14b, 14c, and 14d increases, and the beat signals 15a, 15b, 15c, and 15d. The signal strength can be prevented from decreasing.

本実施例の光学系では、検出点１４ａ，１４ｂは各々に入射する光束が±ｙ方向から入射するため、図１５のようにｘ軸方向に明暗の干渉縞ができ、その干渉縞を横切る成分の速度が検出される。このため、検出点１４ａ，１４ｂより検出されるビート信号１５ａ，１５ｂに基づいて、被測定物１３の移動に対するｙ軸成分を検出できる。つまり、被測定物１３のｙ軸方向の速度Ｖ_yを検出できる。 In the optical system of this embodiment, since the light beams incident on the detection points 14a and 14b are incident from the ± y direction, bright and dark interference fringes are formed in the x-axis direction as shown in FIG. Speed is detected. For this reason, the y-axis component with respect to the movement of the DUT 13 can be detected based on the beat signals 15a and 15b detected from the detection points 14a and 14b. That is, the velocity V _y of the DUT 13 in the y-axis direction can be detected.

また、本光学系においては、ＢＳ９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄにより分割された光束７ｃ，７ｅ，８ｃ，８ｅが検出点１４ｃ，１４ｄを形成する。この検出点１４ｃ，１４ｄに入射する光束７ｃ，７ｅ，８ｃ，８ｅは何れも±ｘ方向から入射するため、干渉縞の明暗はｙ軸方向に形成される。このため、検出点１４ｃ，１４ｄより検出されるビート信号１５ｃ，１５ｄに基づいて被測定物１３の移動速度のｘ軸成分を検出することができる。つまり、被測定物１３のｘ軸方向の速度Ｖ_xを検出できる。 In the present optical system, the light beams 7c, 7e, 8c, 8e divided by the BSs 9a, 9b, 9c, 9d form detection points 14c, 14d. Since all the light beams 7c, 7e, 8c, and 8e incident on the detection points 14c and 14d are incident from the ± x directions, the light and darkness of the interference fringes is formed in the y-axis direction. For this reason, the x-axis component of the moving speed of the DUT 13 can be detected based on the beat signals 15c and 15d detected from the detection points 14c and 14d. That is, the velocity V _x of the DUT 13 in the x-axis direction can be detected.

このように、本実施例の光学系においては２次元の移動速度を測定することができ、移動速度を求めるために被測定物の移動方向と、検出点に入射する光の光軸を調整する必要がない。   As described above, in the optical system of this embodiment, the two-dimensional moving speed can be measured, and the moving direction of the object to be measured and the optical axis of the light incident on the detection point are adjusted in order to obtain the moving speed. There is no need.

また、上記参考例１で説明したように、検出点１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄのそれぞれに入射する２つの光束の重なり領域がずれると、図２（ｂ）に示されるようにずれた領域（２つの光束が重なっていない領域）からの散乱光はＤＣノイズとなって検出され、Ｓ／Ｎを低下させてしまう。図９に示すように、本実施例の光学系では、ＬＤ１から出射する２つの光束がｙ軸と平行になるように設置されており、回折格子３ａ，３ｂの溝方向はｙｚ平面と平行に切ってあるため、上記参考例２と同様に第１平面、第２平面およびｘｙ平面が二等辺三角柱を形成する。ここで、上記第１平面とは、回折格子３ａによる＋１次回折光束７ａと、回折格子３ｂによる＋１次回折光束８ａとを含む平面である。すなわち、上記第１平面は、検出点１４ａに入射する２つの光束７ｄ，８ｄの光軸を含んでいる。また、上記第２平面とは、回折格子３ａによる−１次回折光束７ｂと、回折格子３ｂによる−１次回折光束８ｂとを含む平面である。すなわち、上記第２平面は、検出点１４ｂに入射する２つの光束７ｆ，８ｆを含んでいる。このような第１平面、第２平面およびｘｙ平面が二等辺三角柱を形成する場合、図１５に示す干渉縞の間隔と向きが検出点１４ａと検出点１４ｂとで等しくなるため、上記のように検出点１４ａ，１４ｂの一方からの信号がドロップアウトにより信号不感になっても、両検出点１４ａ，１４ｂから検知される速度の誤差を最小にすることができる。   Further, as described in Reference Example 1 above, if the overlapping region of the two light beams incident on each of the detection points 14a, 14b, 14c, and 14d is shifted, a shifted region (as shown in FIG. 2B) ( Scattered light from the area where the two light beams do not overlap is detected as DC noise, which lowers the S / N. As shown in FIG. 9, in the optical system of the present embodiment, the two light beams emitted from the LD 1 are installed so as to be parallel to the y axis, and the groove directions of the diffraction gratings 3a and 3b are parallel to the yz plane. Since it is cut, the first plane, the second plane, and the xy plane form an isosceles triangular prism as in Reference Example 2. Here, the first plane is a plane including the + 1st order diffracted light beam 7a by the diffraction grating 3a and the + 1st order diffracted light beam 8a by the diffraction grating 3b. That is, the first plane includes the optical axes of the two light beams 7d and 8d incident on the detection point 14a. The second plane is a plane including a −1st order diffracted light beam 7b by the diffraction grating 3a and a −1st order diffracted light beam 8b by the diffraction grating 3b. That is, the second plane includes two light beams 7f and 8f incident on the detection point 14b. When the first plane, the second plane, and the xy plane form an isosceles triangular prism, the interval and direction of the interference fringes shown in FIG. 15 are equal at the detection point 14a and the detection point 14b. Even if the signal from one of the detection points 14a and 14b becomes insensitive due to dropout, the error in speed detected from both detection points 14a and 14b can be minimized.

また、検出点１４ｃに入射する２つの光束を含む平面とｘｙ平面とがなす角と、検出点１４ｄに入射する２つの光束を含む平面とｘｙ平面とがなす角とが等しく、検出点１４ｃ、１４ｄのそれぞれに入射する２つの光束の入射角が全て等しくなるようにＢＳ９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄを設置している。これにより、検出点１４ａ，１４ｂを用いて被測定物１３のｙ軸方向の速度Ｖ_yを検出する場合と同様に、検出点１４ｃ，１４ｄの一方からの信号がドロップアウトにより信号不感になっても、両検出点１４ｃ，１４ｄから検知される速度の誤差を最小にすることができる。 Further, the angle formed by the plane including the two light beams incident on the detection point 14c and the xy plane is equal to the angle formed by the plane including the two light beams incident on the detection point 14d and the xy plane, and the detection points 14c, 14c, BSs 9a, 9b, 9c, and 9d are installed so that the incident angles of the two light beams incident on each of 14d are all equal. As a result, the signal from one of the detection points 14c and 14d becomes insensitive due to the dropout, as in the case of detecting the velocity V _y in the y-axis direction of the DUT 13 using the detection points 14a and 14b. In addition, it is possible to minimize an error in speed detected from both detection points 14c and 14d.

また、検出点１４ａからＰＤ２へ入射する光束の光軸は、検出点１４ａへ入射する２つの光束７ｄ，８ｄの交差角の２等分線と略一致する。また、検出点１４ｂからＰＤ２へ入射する光の光軸は、検出点１４ｂへ入射する２つの光束７ｆ，８ｆの交差角の２等分線と略一致する。また、検出点１４ｃからＰＤ２へ入射する光の光軸は、検出点１４ｂへ入射する２つの光束７ｃ，７ｅの交差角の２等分線と略一致する。また、検出点１４ｄからＰＤ２へ入射する光の光軸は、検出点１４ｂへ入射する２つの光束８ｃ，８ｅの交差角の２等分線と略一致する。このような場合、各検出点１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄに入射する２つの光束からの散乱光の強度が略等しくなるため、ビート信号１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄが鮮明化するため、被測定物１３の移動速度を高精度に検出できる。   Further, the optical axis of the light beam incident on the PD 2 from the detection point 14a substantially coincides with the bisector of the intersection angle of the two light beams 7d and 8d incident on the detection point 14a. Further, the optical axis of the light incident on the PD 2 from the detection point 14b substantially coincides with the bisector of the intersection angle of the two light beams 7f and 8f incident on the detection point 14b. The optical axis of the light incident on the PD 2 from the detection point 14c substantially coincides with the bisector of the intersection angle of the two light beams 7c and 7e incident on the detection point 14b. Further, the optical axis of the light incident on the PD 2 from the detection point 14d substantially coincides with the bisector of the intersection angle of the two light beams 8c and 8e incident on the detection point 14b. In such a case, since the intensities of scattered light from the two light beams incident on the detection points 14a, 14b, 14c, and 14d are substantially equal, the beat signals 15a, 15b, 15c, and 15d are sharpened. The moving speed of the object 13 can be detected with high accuracy.

また、回折格子３ｂによる−１次回折光８ｂはＢＳ９ｄで分割される前に、１／４波長板１６にて直線偏光から円偏光に変換されている。このため、ＢＳ９ｄからの光束８ｅ，８ｆは円偏光で被測定物１３に入射する。ＢＳ９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄからの光束７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆが検出点１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄを形成する。具体的には、光束７ｄと光束８ｄとが検出点１４ａを形成し、光束７ｆと光束８ｆとが検出点１４ｂを形成し、光束７ｃと光束７ｅとが検出点１４ｃを形成し、光束７ｃと光束７ｆとが検出点１４ｃを形成し、光束８ｃと光束８ｆとが検出点１４ｄを形成する。各検出点１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄから散乱されるビート信号１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄは、集光レンズアレイ２７を介してＰＤ２で検出される。このＰＤ２の出力Ｓに基づいて被測定物１３の移動速度を検出する原理は、上記参考例１，２と同様である。   The -1st order diffracted light 8b by the diffraction grating 3b is converted from linearly polarized light to circularly polarized light by the quarter wavelength plate 16 before being divided by the BS 9d. Therefore, the light beams 8e and 8f from the BS 9d are incident on the object to be measured 13 as circularly polarized light. The light beams 7c, 7d, 7e, 7f, 8c, 8d, 8e, and 8f from the BSs 9a, 9b, 9c, and 9d form detection points 14a, 14b, 14c, and 14d. Specifically, the light beam 7d and the light beam 8d form a detection point 14a, the light beam 7f and the light beam 8f form a detection point 14b, the light beam 7c and the light beam 7e form a detection point 14c, and the light beam 7c and The light beam 7f forms a detection point 14c, and the light beam 8c and the light beam 8f form a detection point 14d. Beat signals 15a, 15b, 15c, and 15d scattered from the detection points 14a, 14b, 14c, and 14d are detected by the PD 2 via the condenser lens array 27. The principle of detecting the moving speed of the DUT 13 based on the output S of the PD 2 is the same as in the first and second reference examples.

本実施例の光学系では、ビート信号１５ａとビート信号１５ｂとは信号強度が異なるが、被測定物１３の移動速度や移動方向の検知の点では上記参考例２と同様で、被測定物１３の移動速度と、被測定物１３の移動方向のｙ軸成分とを検出する。また、検出点１４ｃ，１４ｄより検出されるビート信号１５ｃ，１５ｄは被測定物１３のｘ軸成分を検出することができる。また、検出点１４ｄに入射する光束８ｅの位相は１／４波長板１６を通って円偏光となっているため、上記参考例２における被測定物１３の移動方向の検出と同様の原理にて被測定物１３のｘ軸方向に対する移動方向の検知も可能となる。このように、本実施例における光学系では、被測定物１３の移動方向と光学系の軸を調整して配置する必要がなく、任意のｘｙ平面運動に関する速度情報および移動方向を検知することができる。また、ｘ成分、ｙ成分ともに移動方向検知に関する位相を扱う条件等は上記参考例２と同様である。   In the optical system of the present embodiment, the beat signal 15a and the beat signal 15b have different signal intensities. However, in the point of detection of the moving speed and moving direction of the object to be measured 13, the object to be measured 13 is the same as the reference example 2. And the y-axis component in the moving direction of the DUT 13 are detected. The beat signals 15c and 15d detected from the detection points 14c and 14d can detect the x-axis component of the device under test 13. Further, since the phase of the light beam 8e incident on the detection point 14d passes through the quarter-wave plate 16 and becomes circularly polarized light, the same principle as the detection of the moving direction of the object to be measured 13 in Reference Example 2 is used. It is also possible to detect the movement direction of the DUT 13 with respect to the x-axis direction. As described above, in the optical system according to the present embodiment, it is not necessary to adjust and arrange the moving direction of the DUT 13 and the axis of the optical system, and it is possible to detect the speed information and the moving direction regarding an arbitrary xy plane motion. it can. The conditions for handling the phase relating to the detection of the moving direction for both the x component and the y component are the same as those in the reference example 2.

また、図９のように、被測定物１３の移動速度のｙ方向成分を検出するための検出点１４ａ，１４ｂをｘ軸上に形成すると共に、被測定物１３の移動速度のｘ方向成分を検出するための検出点１４ｃ，１４ｄをｙ軸上に形成することにより、被測定物１３において互いに直交する２つの方向の速度成分を検出することができる。その結果、被測定物１３の移動速度を高精度に検出することができる。   Further, as shown in FIG. 9, detection points 14 a and 14 b for detecting the y-direction component of the moving speed of the measured object 13 are formed on the x-axis, and the x-direction component of the moving speed of the measured object 13 is set. By forming the detection points 14c and 14d for detection on the y-axis, it is possible to detect velocity components in two directions orthogonal to each other in the DUT 13. As a result, the moving speed of the DUT 13 can be detected with high accuracy.

図１０に、本実施例１の速度計の変形例の概略構成図を示す。図１０では各光学部品等の配置のみを表示してあり、その他の各光学部品を保持する部品や検出した信号の信号処理回路等は省略している。また、図１０中の破線の矢印は座標軸を示している。また、図１０において、図９に示した構成部と同一構成部には、図９における構成部と同一参照番号を付している。   In FIG. 10, the schematic block diagram of the modification of the speedometer of the present Example 1 is shown. In FIG. 10, only the arrangement of each optical component is shown, and other components that hold each optical component, a signal processing circuit for a detected signal, and the like are omitted. In addition, broken line arrows in FIG. 10 indicate coordinate axes. In FIG. 10, the same components as those shown in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals as the components shown in FIG.

図１０の速度計は、ＬＤ１、ＰＤ２、回折格子３ａ，３ｂ、ＣＬ４ａ，４ｂ、信号処理回路部１０、絞り１２ａ，１２ｂおよび第１基板１９を備えている。この第１基板１９には、１／４波長板１６、回折格子１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄおよび集光レンズアレイ３７を設けている。回折格子１８ｄ上には１／４波長板１６が配置されている。   The speedometer shown in FIG. 10 includes LD1, PD2, diffraction gratings 3a and 3b, CL4a and 4b, a signal processing circuit unit 10, apertures 12a and 12b, and a first substrate 19. The first substrate 19 is provided with a quarter wavelength plate 16, diffraction gratings 18 a, 18 b, 18 c, 18 d and a condenser lens array 37. A quarter-wave plate 16 is disposed on the diffraction grating 18d.

上記ＬＤ１は（０，０，ｚ₁）に、ＰＤ２は（０，０，ｚ₂）に、回折格子３ａ，３ｂは（０，±ｙ₃，ｚ₁）に、ＣＬ４ａ，４ｂで（０，±ｙ₄，ｚ₁）に、絞り１２ａ，１２ｂは（０，±ｙ₁₂，ｚ₁）に、１／４波長板１６は（−x₁₆，ｙ₃，ｚ₁₆）に設置される。また、集光レンズアレイ３７は（０，０，ｚ₁₆）に位置している。また、上記信号処理回路部１０はＰＤ２の出力Ｓから周波数偏移量を算出する。 The LD1 is (0,0, z _1), the PD2 is (0,0, z _2), the diffraction grating 3a, 3b is _{(0, ± y 3, z} 1) , the CL4a, at 4b (0, ± y _4, the z _1), the diaphragm 12a, 12b in the _{(0, ± y 12, z} 1), 1/4 -wavelength plate 16 is installed in _{(-x 16, y 3, z} 16). The condenser lens array 37 is located at (0, 0, z ₁₆ ). The signal processing circuit unit 10 calculates a frequency shift amount from the output S of the PD 2.

また、図１０において、７は第１の光束、７ａ，７ｂは回折格子３ａによる±１次回折光、７ｃ，７ｄは＋１次回折光７ａを回折格子１８ａで分割した光束、７ｅ，７ｆは−１次回折光７ｂを回折格子１８ｂで分割した光束、８は第２の光束、８ａ，８ｂは回折格子３ｂによる±１次回折光、８ｃ，８ｄは＋１次回折光８ａを回折格子１８ｃで分割した光束、８ｅ，８ｆは−１次回折光８ｂを回折格子１８ｄで分割した光束、１３は被測定物、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは検出点（ビーム重なり領域）、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄはビート信号を示している。上記検出点１４ａ，１４ｂは（±x₁₄，０，０）に形成され、検出点１４ｃ，１４ｄは（０， ±ｙ₁₄，０）に形成される。そして、光束７ｃ，…，７ｆおよび光束８ｃ，…，８ｆを照射する被測定物１３の表面は、第３平面の一例としてのｘｙ平面と略一致する。 In FIG. 10, 7 is a first light beam, 7a and 7b are ± first-order diffracted lights by the diffraction grating 3a, 7c and 7d are light beams obtained by dividing the + 1st-order diffracted light 7a by the diffraction grating 18a, and 7e and 7f are −1 next time. A light beam obtained by dividing the folded light 7b by the diffraction grating 18b, 8 is a second light beam, 8a and 8b are ± first-order diffracted light by the diffraction grating 3b, 8c and 8d are light beams obtained by dividing the + 1st-order diffracted light 8a by the diffraction grating 18c, 8e, 8f is a light beam obtained by dividing the −1st order diffracted light 8b by the diffraction grating 18d, 13 is an object to be measured, 14a, 14b, 14c, and 14d are detection points (beam overlapping regions), and 15a, 15b, 15c, and 15d are beat signals. ing. The detection points 14a and 14b are formed at (± x ₁₄ , 0, 0), and the detection points 14c and 14d are formed at (0, ± y ₁₄ , 0). The surfaces of the device under test 13 that irradiate the light beams 7c,..., 7f and the light beams 8c,..., 8f substantially coincide with the xy plane as an example of the third plane.

以下、図１０の光学系の構成と機能を説明する。   Hereinafter, the configuration and function of the optical system of FIG. 10 will be described.

ＬＤ１の前端面から第１の光束７が出射すると共に、半導体素子１の後端面から第２の光束８が出射する。第１，第２の光束７，８は、絞り１２ａ，１２ｂを通過した後、ＣＬ４ａ，４ｂを通過することによって平行光束となる。その後、第１，第２の光束７，８は回折格子３ａ，３ｂによりそれぞれ複数の光束に分割される。図９には±ｎ次回折光（ｎは零を含む自然数）のうち±１次回折光７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂのみ図示している。   A first light beam 7 is emitted from the front end surface of the LD 1, and a second light beam 8 is emitted from the rear end surface of the semiconductor element 1. The first and second light beams 7 and 8 become parallel light beams by passing through the apertures 12a and 12b and then passing through the CLs 4a and 4b. Thereafter, the first and second light beams 7 and 8 are divided into a plurality of light beams by the diffraction gratings 3a and 3b, respectively. FIG. 9 shows only ± 1st order diffracted light 7a, 7b, 8a, 8b among ± nth order diffracted light (n is a natural number including zero).

第１の光束７は回折格子３ａで２つの光束（±１次回折光７ａ，７ｂ）に分割され、第２の光束８は回折格子３ｂで２つの光束（±１次回折光８ａ，８ｂ）に分割される。そして、回折格子３ａからの２つの光束（±１次回折光７ａ，７ｂ）は回折格子１８ａ，１８ｂで４つの光束７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆに分割され、回折格子３ａの＋１次回折光７ａは回折格子１８ａで２つの光束７ｃ，７ｄに分割される共に、回折格子３ａの−１次回折光７ｂは回折格子１８ｂで２つの光束７ｅ，７ｆに分割される。また、回折格子３ｂの＋１次回折光８ａは回折格子１８ｃで２つの光束８ｃ，８ｄに分割されると共に、回折格子３ｂの−１次回折光８ｂは回折格子１８ｄで２つの光束８ｅ，８ｆに分割される。ここで、回折格子１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄは、回折格子３ａ，３ｂと同様に、溝の深さが入射光の波長の１／４となっているため０次回折光はほとんど出射せず、±１次回折光の強度が最大となっている。その結果、各検出点１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄへの入射光量が最大となり、ビート信号強度を最大にすることができている。   The first light beam 7 is divided into two light beams (± first-order diffracted lights 7a and 7b) by the diffraction grating 3a, and the second light beam 8 is divided into two light beams (± first-order diffracted lights 8a and 8b) by the diffraction grating 3b. Is done. The two light beams (± first-order diffracted lights 7a and 7b) from the diffraction grating 3a are divided into four light beams 7c, 7d, 7e and 7f by the diffraction gratings 18a and 18b, and the + 1st-order diffracted light 7a of the diffraction grating 3a is diffracted. While being divided into two light beams 7c and 7d by the grating 18a, the −1st order diffracted light 7b of the diffraction grating 3a is divided into two light beams 7e and 7f by the diffraction grating 18b. Further, the + 1st order diffracted light 8a of the diffraction grating 3b is divided into two light beams 8c and 8d by the diffraction grating 18c, and the −1st order diffracted light 8b of the diffraction grating 3b is divided into two light beams 8e and 8f by the diffraction grating 18d. The Here, like the diffraction gratings 3a and 3b, the diffraction gratings 18a, 18b, 18c, and 18d hardly emit 0th-order diffracted light because the depth of the groove is 1/4 of the wavelength of the incident light. The intensity of ± first-order diffracted light is maximum. As a result, the amount of light incident on each detection point 14a, 14b, 14c, 14d is maximized, and the beat signal intensity can be maximized.

また、回折格子３ｂの−１次回折光８ｂは回折格子１８ｄで分割される前に、１／４波長板１６にて直線偏光から円偏光に変換されている。このため、光束８ｅ，８ｆは円偏光で被測定物１３に入射する。回折格子１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄはそれぞれ第１基板１９内でｘ軸、ｙ軸方向に対して任意の角度で傾いている。回折格子１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄから出射された各光束７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆは、検出点１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄを形成する。より詳しくは、光束７ｄと光束８ｄとが検出点１４ａを形成し、光束７ｆと光束８ｆとが検出点１４ｂを形成し、光束７ｃと光束７ｅとが検出点１４ｃを形成し、光束８ｃと光束８ｅとが検出点１４ｄを形成する。回折格子１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄを第１基板１９内で傾ける角度と、第１基板１９から被測定物１３まで距離とは、上記のように検出点１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが形成されるように設定されている。つまり、被測定物１３の表面において、光束７ｄと光束８ｄとが重なり合い、光束７ｆと光束８ｆとが重なり合い、光束７ｃと光束７ｅとが重なり合い、そして光束８ｃと光束８ｅとが重なり合うように、上記角度と上記距離を設定している。   Further, the −1st order diffracted light 8b of the diffraction grating 3b is converted from linearly polarized light to circularly polarized light by the quarter wavelength plate 16 before being divided by the diffraction grating 18d. For this reason, the light beams 8e and 8f are incident on the DUT 13 as circularly polarized light. The diffraction gratings 18a, 18b, 18c, and 18d are inclined at arbitrary angles with respect to the x-axis and y-axis directions in the first substrate 19, respectively. The light beams 7c, 7d, 7e, 7f, 8c, 8d, 8e, and 8f emitted from the diffraction gratings 18a, 18b, 18c, and 18d form detection points 14a, 14b, 14c, and 14d. More specifically, the light beam 7d and the light beam 8d form a detection point 14a, the light beam 7f and the light beam 8f form a detection point 14b, the light beam 7c and the light beam 7e form a detection point 14c, and the light beam 8c and the light beam. 8e forms a detection point 14d. The angle at which the diffraction gratings 18a, 18b, 18c, and 18d are tilted in the first substrate 19 and the distance from the first substrate 19 to the object to be measured 13 form the detection points 14a, 14b, 14c, and 14d as described above. Is set to That is, on the surface of the object 13 to be measured, the light beam 7d and the light beam 8d overlap each other, the light beam 7f and the light beam 8f overlap each other, the light beam 7c and the light beam 7e overlap each other, and the light beam 8c and the light beam 8e overlap each other. The angle and the above distance are set.

図１０の速度計は、回折格子１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄが同一基板に形成するので、回折格子１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄの設置による位置ずれを防ぐことができる。したがって、図１０の速度計は、図９の速度計に比べて検出点１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄにおける光束の重なり不具合を低減できる。   In the speedometer of FIG. 10, since the diffraction gratings 18a, 18b, 18c, and 18d are formed on the same substrate, it is possible to prevent positional deviation due to the installation of the diffraction gratings 18a, 18b, 18c, and 18d. Therefore, the speedometer shown in FIG. 10 can reduce the light flux overlap problem at the detection points 14a, 14b, 14c, and 14d as compared with the speedometer shown in FIG.

また、図１０の速度計では、検出点１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄから散乱されるビート信号１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄは集光レンズアレイ３７を介してＰＤ２で検出される。このＰＤの出力に基づいて被測定物１３の移動速度の検出原理は上記参考例１と同様である。   In the speedometer of FIG. 10, beat signals 15a, 15b, 15c, and 15d scattered from the detection points 14a, 14b, 14c, and 14d are detected by the PD 2 via the condenser lens array 37. The detection principle of the moving speed of the DUT 13 based on the output of the PD is the same as that in the first reference example.

また、図１０の速度計は、図９の速度計と同様に、被測定物１３の表面に４つの検出点１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄを形成するので、被測定物１３の２次元の移動速度および移動方向の検知が可能である。   10 has four detection points 14a, 14b, 14c, and 14d formed on the surface of the object 13 as in the case of the speedometer of FIG. 9, and thus the two-dimensional movement of the object 13 is measured. Detection of speed and direction of movement is possible.

また、図１０の速度計では、回折格子群１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ、１／４波長板１６および集光レンズアレイ３７は第１基板１９に組み込まれて単一部品となっているので、部品点数を少なくできる。したがって、図１０の速度計の組み立て工程数を低減して、製造コストの下げることができる。   Further, in the speedometer of FIG. 10, the diffraction grating groups 18a, 18b, 18c, 18d, the quarter wave plate 16 and the condenser lens array 37 are incorporated into the first substrate 19 and become a single component. The number of parts can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the manufacturing cost by reducing the number of assembly steps of the speedometer of FIG.

また、図１０の速度計では、回折格子１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ、１／４波長板１６および集光レンズアレイ３７が一つの部品になっているので、回折格子１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ、１／４波長板１６および集光レンズアレイ３７を光学系に設置する精度が図９の速度計に比べて高く、また、被測定物１３の移動方向の検出において上記式３５で与えられる条件式を満足する設計マージンが増大する。   In the velocimeter of FIG. 10, the diffraction gratings 18a, 18b, 18c, 18d, the quarter-wave plate 16 and the condenser lens array 37 are a single component, and therefore the diffraction gratings 18a, 18b, 18c, 18d. The accuracy of installing the quarter-wave plate 16 and the condenser lens array 37 in the optical system is higher than that of the speedometer of FIG. 9, and the condition given by the above equation 35 in detecting the moving direction of the object 13 to be measured The design margin that satisfies the equation increases.

本実施例では、上記参考例２に比べｘ方向の速度検出のために検出点の数が増えている。上記参考例２において、上記式３６でｙ方向の速度を検知する検出点同士が分離する条件を指定した。本実施例において被測定物のｘ方向の移動速度を検出するための２つの検出点も同様に、それぞれ分離していることが条件である。その条件式は上記式３６と異なり、回折格子１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄのの設置角度や、被測定物１３とＬＤ１との距離、ＬＤ１と回折格子３との距離、回折格子３ａ，３ｂの設置角度に起因する。その導出については省略する。また、以後の実例についても同様に本条件が必要となるが、以後の実施例ではその条件の説明を省略する。   In the present embodiment, the number of detection points is increased in order to detect the speed in the x direction as compared with the reference example 2. In the reference example 2, the condition that the detection points for detecting the velocity in the y direction are separated from each other is specified by the above expression 36. In the present embodiment, the two detection points for detecting the moving speed of the object to be measured in the x direction are similarly required to be separated from each other. The conditional expression is different from the above expression 36, the installation angle of the diffraction gratings 18a, 18b, 18c, 18d, the distance between the DUT 13 and the LD1, the distance between the LD1 and the diffraction grating 3, and the diffraction gratings 3a, 3b. Due to the installation angle. The derivation is omitted. In addition, this condition is similarly required for the subsequent examples, but the description of the condition is omitted in the following examples.

また、上記実施例１およびこの変形例では、ＬＤ１が半導体発光素子の一例で、ＰＤ２が受光素子の一例で、回折格子３ａが第１回折格子の一例で、回折格子３ｂが第２回折格子の一例で、ＣＬ４ａが第１のレンズ群の一例で、ＣＬ４ｂが第２のレンズ群の一例で、絞り１２ａが第１絞りの一例で、絞り１２ｂが第２絞りの一例で、ＢＳ９ａが第１ＢＳの一例で、ＢＳ９ｂが第２ＢＳの一例で、ＢＳ９ｃが第３ＢＳの一例で、ＢＳ９ｄが第４ＢＳの一例で、１／４波長板１６が位相変更部の一例で、検出点１４ａが第１検出点の一例で、検出点１４ｂが第２検出点の一例で、検出点１４ｃが第３検出点の一例で、検出点１４ｄが第４検出点の一例で、回折格子１８ａが第３回折格子の一例で、回折格子１８ｂが第４回折格子の一例で、回折格子１８ｃが第５回折格子の一例で、回折格子１８ｄが第６回折格子の一例で、第１基板１９が第１基板の一例で、集光レンズアレイ２７，３７がレンズアレイの一例である。   In the first embodiment and this modification, LD1 is an example of a semiconductor light emitting element, PD2 is an example of a light receiving element, diffraction grating 3a is an example of a first diffraction grating, and diffraction grating 3b is a second diffraction grating. In one example, CL4a is an example of the first lens group, CL4b is an example of the second lens group, the diaphragm 12a is an example of the first diaphragm, the diaphragm 12b is an example of the second diaphragm, and BS9a is the first BS. For example, BS 9b is an example of the second BS, BS 9c is an example of the third BS, BS 9d is an example of the fourth BS, the quarter wavelength plate 16 is an example of the phase changing unit, and the detection point 14a is the first detection point. For example, the detection point 14b is an example of the second detection point, the detection point 14c is an example of the third detection point, the detection point 14d is an example of the fourth detection point, and the diffraction grating 18a is an example of the third diffraction grating. , Diffraction grating 18b is an example of a fourth diffraction grating, 18c is an example of a fifth diffraction grating, in an example of the diffraction grating 18d sixth diffraction grating, the first substrate 19 is an example of the first substrate, the condenser lens array 27, 37 is an example of a lens array.

また、上記実施例１およびこの変形例では、回折格子３ｂの−１次回折光８ｂが１／４波長板１６を通過していたが、回折格子３ａの＋１次回折光７ａ、回折格子３ａの−１次回折光７ｂおよび回折格子３ｂの＋１次回折光８ａのみが１／４波長板を通過するようにしてもよい。すなわち、回折格子３ａの＋１次回折光７ａが通過するように配置され、＋１次回折光７ａの位相を変更する第１位相変更部と、回折格子３ａの−１次回折光７ｂが通過するように配置され、−１次回折光７ｂの位相を変更する第２位相変更部と、回折格子３ｂの＋１次回折光８ａが通過するように配置され、＋１次回折光８ａの位相を変更する第３位相変更部とを設けてもよい。   In the first embodiment and this modification, the −1st order diffracted light 8b of the diffraction grating 3b passes through the ¼ wavelength plate 16, but the + 1st order diffracted light 7a of the diffraction grating 3a and −1 of the diffraction grating 3a. Only the first-order diffracted light 7b and the + 1st-order diffracted light 8a of the diffraction grating 3b may pass through the quarter-wave plate. That is, the + 1st order diffracted light 7a of the diffraction grating 3a is disposed so as to pass through, the first phase changing unit that changes the phase of the + 1st order diffracted light 7a, and the −1st order diffracted light 7b of the diffraction grating 3a is disposed to pass therethrough. , A second phase changing unit that changes the phase of the −1st order diffracted light 7b, and a third phase changing unit that is arranged so that the + 1st order diffracted light 8a of the diffraction grating 3b passes and changes the phase of the + 1st order diffracted light 8a. It may be provided.

また、上記実施例１およびこの変形例において、検出点１４ｃに入射する２つの光束７ｃ，７ｅの光軸を含む第４平面がｘｙ平面に対してなす角と、検出点１４ｄに入射する２つの光束８ｃ，８ｅの光軸を含む第５平面がｘｙ平面に対してなす角とが略等しくなるようにし、かつ、ｘｙ平面に対する光束７ｃ，７ｅの入射角が略同じになるようにし、かつ、ｘｙ平面に対する光束８ｃ，８ｅの入射角が略同じなるようにしてもよい。この場合、検出点１４ｃ，１４ｄの一方からの信号がドロップアウトにより信号不感になっても、両検出点１４ｃ，１４ｄから検知される速度の誤差を最小にすることができる。このような設定は、以下の実施例２においても用いてもよい。   In the first embodiment and the modification, the angle formed by the fourth plane including the optical axes of the two light beams 7c and 7e incident on the detection point 14c with respect to the xy plane and the two incident on the detection point 14d. The fifth plane including the optical axes of the light beams 8c and 8e is substantially equal to the angle formed with respect to the xy plane, and the incident angles of the light beams 7c and 7e with respect to the xy plane are approximately the same; The incident angles of the light beams 8c and 8e with respect to the xy plane may be substantially the same. In this case, even if the signal from one of the detection points 14c and 14d becomes insensitive due to dropout, the speed error detected from both the detection points 14c and 14d can be minimized. Such a setting may also be used in Example 2 below.

図１１に、本発明の実施例２の速度計の概略構成図を示す。図１１では各光学部品等の配置のみを表示してあり、その他の各光学部品を保持する部品や検出した信号の信号処理回路等は省略している。また、図１１の破線の矢印は座標軸を示している。また、図１１において、図１，図１０に示した構成部と同一構成部には、図１，図１０における構成部と同一参照番号を付している。   In FIG. 11, the schematic block diagram of the speedometer of Example 2 of this invention is shown. In FIG. 11, only the arrangement of each optical component and the like is shown, and other components that hold each optical component, a signal processing circuit for a detected signal, and the like are omitted. In addition, broken arrows in FIG. 11 indicate coordinate axes. In FIG. 11, the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 10 are assigned to the same components as those shown in FIGS. 1 and 10.

図１１の速度計では、ＬＤ１、ＰＤ２、ＣＬ４ａ，４ｂ、ミラー５ａ，５ｂ、新処理回路部１０、集光レンズ６および絞り１２ａ，１２ｂ、第１基板１９および第２基板２０を備えている。上記第１基板１９には、１／４波長板１６、回折格子１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄおよび集光レンズアレイ３７を設けている。そして、回折格子１８ｄ上には１／４波長板１６が配置されている。また、上記第２基板２０には、回折格子２３ａ，２３ｂおよび集光レンズアレイ４７を設けている。   The speedometer of FIG. 11 includes LD1, PD2, CL4a, 4b, mirrors 5a, 5b, a new processing circuit unit 10, a condenser lens 6 and diaphragms 12a, 12b, a first substrate 19 and a second substrate 20. The first substrate 19 is provided with a quarter wavelength plate 16, diffraction gratings 18 a, 18 b, 18 c, 18 d and a condenser lens array 37. A quarter wavelength plate 16 is disposed on the diffraction grating 18d. The second substrate 20 is provided with diffraction gratings 23a and 23b and a condenser lens array 47.

上記ＬＤ１は（０，０，ｚ₁）に、ＰＤ２は（０，０，ｚ₂）に、ＣＬ４ａ，４ｂは（０，±ｙ₄，ｚ₁）に、ミラー５ａ，５ｂは（０，±ｙ₅，ｚ₁）に、絞り１２ａ，１２ｂは（０，±ｙ₁₂，ｚ₁）に、１／４波長板１６は（−ｘ₁₆，ｙ₁₆，ｚ₁₆）に、回折格子１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄは（±x₁₈，±ｙ₁₈，ｚ₁₆）に、第１基板１９は（０，０，ｚ₁₆）に、第２基板２０は（０，０，ｚ₃）に、回折格子２３ａ，２３ｂは（０，±ｙ₃，ｚ₃）に、集光レンズアレイ３７は（０，０，ｚ₁₆）に、集光レンズアレイ４７は（０，０，ｚ₃）にイ位置している。また、上記信号処理回路部１０はＰＤ２の出力Ｓから周波数偏移量を算出する。 The LD1 in the (0,0, z _1), PD2 is (0,0, z _2), the CL4a, 4b is _{(0, ± y 4, z} 1) , the mirror 5a, 5b are (0, ± y ₅ , z ₁ ), apertures 12a and 12b are (0, ± y ₁₂ , z ₁ ), and quarter-wave plate 16 is (−x ₁₆ , y ₁₆ , z ₁₆ ) and diffraction gratings 18a and 18b. , 18c, 18 d in the _{(± x 18, ± y 18} , z 16), the first substrate 19 in the (0,0, z _16), the second substrate 20 to (0,0, z _3), the diffraction The gratings 23a and 23b are at (0, ± y ₃ , z ₃ ), the condenser lens array 37 is at (0, 0, z ₁₆ ), and the condenser lens array 47 is at (0, 0, z ₃ ). doing. The signal processing circuit unit 10 calculates a frequency shift amount from the output S of the PD 2.

また、図１１において、７は第１の光束、７ａ，７ｂは回折格子３ａによる±１次回折光、７ｃ，７ｄは＋１次回折光７ａを回折格子１８ａで分割した光束、７ｅ，７ｆは−１次回折光７ｂを回折格子１８ｂで分割した光束、８は第２の光束、８ａ，８ｂは回折格子３ｂによる±１次回折光、８ｃ，８ｄは＋１次回折光８ａを回折格子１８ｃで分割した光束、８ｅ，８ｆは−１次回折光８ｂを回折格子１８ｄで分割した光束、１３被測定物、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは検出点（ビーム重なり領域）、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄはビート信号を示している。光束７ｃ，…，７ｆおよび光束８ｃ，…，８ｆが照射する被測定物１３の表面は、第３平面の一例としてのｘｙ平面と略一致する。   In FIG. 11, 7 is a first light beam, 7a and 7b are ± first-order diffracted lights by the diffraction grating 3a, 7c and 7d are light beams obtained by dividing the + 1st-order diffracted light 7a by the diffraction grating 18a, and 7e and 7f are −1 next time. A light beam obtained by dividing the folded light 7b by the diffraction grating 18b, 8 is a second light beam, 8a and 8b are ± first-order diffracted light by the diffraction grating 3b, 8c and 8d are light beams obtained by dividing the + 1st-order diffracted light 8a by the diffraction grating 18c, 8e, 8f is a light beam obtained by dividing the −1st order diffracted light 8b by the diffraction grating 18d, 13 measured objects, 14a, 14b, 14c, and 14d are detection points (beam overlapping regions), and 15a, 15b, 15c, and 15d are beat signals. Yes. The surface of the DUT 13 irradiated with the light beams 7c, ..., 7f and the light beams 8c, ..., 8f substantially coincides with the xy plane as an example of the third plane.

また、図示しないが、図１１の速度計は、ＰＤ２の出力Ｓから周波数偏移量を算出する信号処理回路部を備えている。   Although not shown, the speedometer of FIG. 11 includes a signal processing circuit unit that calculates a frequency shift amount from the output S of the PD 2.

図１１に示す本実施例の速度計では、図１０で示した速度計に比べて、回折格子３ａ，３ｂを用いずに、ＬＤ１の両端面から出射した第１，第２の光束７，８を反射するミラー５ａ，５ｂと、第２基板２０とを追加されている。また、回折格子２３ａ，２３ｂが同一基板の第２基板２０に一体に形成されている。つまり、回折格子２３ａ，２３ｂは第２基板２０に組み込まれている。そして、第２基板は第１基板１９に対して平行に設置されている。   In the speedometer of the present embodiment shown in FIG. 11, the first and second light beams 7 and 8 emitted from both end faces of the LD 1 are used without using the diffraction gratings 3a and 3b, as compared with the speedometer shown in FIG. Mirrors 5a and 5b and a second substrate 20 are added. Further, the diffraction gratings 23a and 23b are integrally formed on the second substrate 20 of the same substrate. That is, the diffraction gratings 23 a and 23 b are incorporated in the second substrate 20. The second substrate is installed in parallel to the first substrate 19.

このような本実施例の速度計において、被測定物１３の移動速度や移動方向検知に関する原理等は上記実施例１の速度計およびこの変形例と同じである。本実施例の速度計では、光束を分割する素子をすべてプレート状に配置しているため、回折格子２３ａ，２３ｂの設置による位置ずれや角度ずれ等を防ぐことができる。さらには、第１基板１９および第２基板２０を例えばガラスのプレートで作製した場合、光束を分割する素子を筐体に組み込むときの設置誤差等も大幅に低減できる。このように、本実施例の速度計は各光学部品の設置に関し、その設置誤差による検出点１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄでの光束重なり不具合を大幅に低減でき、装置組み立て工程における歩留まりを大幅に向上させることができる。   In the speedometer of this embodiment, the principle of detecting the moving speed and the moving direction of the object 13 is the same as that of the speedometer of the first embodiment and this modification. In the speedometer of the present embodiment, since all the elements for splitting the light beam are arranged in a plate shape, it is possible to prevent positional deviation and angular deviation due to the installation of the diffraction gratings 23a and 23b. Furthermore, when the first substrate 19 and the second substrate 20 are made of, for example, a glass plate, an installation error or the like when an element for splitting the light beam is incorporated into the housing can be greatly reduced. As described above, the speedometer of the present embodiment can greatly reduce the light beam overlapping failure at the detection points 14a, 14b, 14c, and 14d due to the installation error with respect to the installation of each optical component, and the yield in the apparatus assembly process can be greatly increased. Can be improved.

図１２に、本実施例の速度計の変形例の概略構成図を示す。図１２では各光学部品等の配置のみを表示してあり、その他の各光学部品を保持する部品や検出した信号の信号処理回路等は省略している。また、図１２の破線の矢印は座標軸を示している。また、図１２おいて、図１１に示した構成部と同一構成部には、図１１における構成部と同一参照番号を付している。   In FIG. 12, the schematic block diagram of the modification of the speedometer of a present Example is shown. In FIG. 12, only the arrangement of each optical component or the like is shown, and other components that hold each optical component, a signal processing circuit for a detected signal, and the like are omitted. Moreover, the broken-line arrows in FIG. 12 indicate coordinate axes. In FIG. 12, the same components as those shown in FIG. 11 are denoted by the same reference numerals as the components shown in FIG.

図１２の速度計は、図１１の速度計の第１基板１９と第２基板２０を一体化したものを備えている。すなわち、図１２の速度計は、第１基板１９および第２基板２０の代わりに光学ブロック２１を備えている。この光学ブロック２１が各光束の分割を行っている。光学ブロック２１の上面には回折格３３ａ，３３ｂが形成され、光学ブロック２１の下面には回折格子２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，１８ｄが形成されている。さらに、光学ブロック２１の中心付近にはビート信号１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄをＰＤ２へ導く集光レンズアレイ５７が上面から下面を通して形成されている。また、光学ブロック２１の下面の一部には回折格子２８ｄを覆うように１／４波長板１６を設置している。光学ブロック２１の厚さは任意に設定できる。これらの構成により、被測定物１３の移動速度および移動方向を検知できる。被測定物１３の移動速度および移動方向を検知する原理は上記実施例１およびその変形例と同様である。   The speedometer shown in FIG. 12 includes an integrated first board 19 and second board 20 of the speedometer shown in FIG. That is, the speedometer of FIG. 12 includes an optical block 21 instead of the first substrate 19 and the second substrate 20. This optical block 21 divides each light beam. Diffraction gratings 33 a and 33 b are formed on the upper surface of the optical block 21, and diffraction gratings 28 a, 28 b, 28 c and 18 d are formed on the lower surface of the optical block 21. Further, a condensing lens array 57 that guides beat signals 15a, 15b, 15c, and 15d to the PD 2 is formed near the center of the optical block 21 from the upper surface to the lower surface. A quarter wavelength plate 16 is provided on a part of the lower surface of the optical block 21 so as to cover the diffraction grating 28d. The thickness of the optical block 21 can be set arbitrarily. With these configurations, the moving speed and moving direction of the DUT 13 can be detected. The principle of detecting the moving speed and moving direction of the DUT 13 is the same as that in the first embodiment and its modification.

図１２の速度計においては、図１１の速度計に比べて、第１基板１９と第２基板２０とが一体化されているため、さらに光学部品の設置誤差を生じる組み立て工程を削減でき、装置組み立て工程の歩留まりを向上させることができる。   In the speedometer of FIG. 12, since the first substrate 19 and the second substrate 20 are integrated as compared with the speedometer of FIG. 11, an assembly process that causes an installation error of optical components can be further reduced, and the apparatus The yield of the assembly process can be improved.

また、上記実施例２およびこの変形例では、ＬＤ１が半導体発光素子の一例で、ＰＤ２が受光素子の一例で、回折格子２３ａ，３３ａが第１回折格子の一例で、回折格子２３ｂ，３３ｂが第２回折格子の一例で、ＣＬ４ａが第１のレンズ群の一例で、ＣＬ４ｂが第２のレンズ群の一例で、ミラー５ａが第１光軸変更部の一例で、ミラー５ｂが第２光軸変更部の一例で、絞り１２ａが第１絞りの一例で、絞り１２ｂが第２絞りの一例で、１／４波長板１６が位相変更部の一例で、検出点１４ａが第１検出点の一例で、検出点１４ｂが第２検出点の一例で、検出点１４ｃが第３検出点の一例で、検出点１４ｄが第４検出点の一例で、回折格子１８ａ，２８ａが第３回折格子の一例で、回折格子１８ｂ，２８ｂが第４回折格子の一例で、回折格子１８ｃ，２８ｃが第５回折格子の一例で、回折格子１８ｄ，２８ｄが第６回折格子の一例で、第１基板１９が第１基板の一例で、第２基板２０が第２基板の一例で、光学ブロック２１が光学ブロック２１の一例で、集光レンズアレイ３７，４７，５７がレンズアレイの一例である。   In the second embodiment and this modification, LD1 is an example of a semiconductor light emitting element, PD2 is an example of a light receiving element, diffraction gratings 23a and 33a are examples of a first diffraction grating, and diffraction gratings 23b and 33b are first examples. CL4a is an example of the first lens group, CL4b is an example of the second lens group, the mirror 5a is an example of the first optical axis changing unit, and the mirror 5b is the second optical axis change. The diaphragm 12a is an example of the first diaphragm, the diaphragm 12b is an example of the second diaphragm, the quarter wavelength plate 16 is an example of the phase changing unit, and the detection point 14a is an example of the first detection point. The detection point 14b is an example of a second detection point, the detection point 14c is an example of a third detection point, the detection point 14d is an example of a fourth detection point, and the diffraction gratings 18a and 28a are examples of a third diffraction grating. The diffraction gratings 18b and 28b are examples of the fourth diffraction grating, and the diffraction grating 1 c and 28c are examples of the fifth diffraction grating, the diffraction gratings 18d and 28d are examples of the sixth diffraction grating, the first substrate 19 is an example of the first substrate, and the second substrate 20 is an example of the second substrate. The optical block 21 is an example of the optical block 21, and the condensing lens arrays 37, 47, and 57 are examples of the lens array.

また、上記実施例２およびこの変形例では、回折格子２３ｂ，３３ｂの−１次回折光８ｂが１／４波長板１６を通過していたが、回折格子２３ａ，３３ａの＋１次回折光７ａ、回折格子２３ａ，３３ａの−１次回折光７ｂおよび回折格子２３ｂ，３３ｂの＋１次回折光８ａのみが１／４波長板を通過するようにしてもよい。すなわち、回折格子２３ａ，３３ａの＋１次回折光７ａが通過するように配置され、＋１次回折光７ａの位相を変更する第１位相変更部と、回折格子２３ａ，３３ａの−１次回折光７ｂが通過するように配置され、−１次回折光７ｂの位相を変更する第２位相変更部と、回折格子２３ｂ，３３ｂの＋１次回折光８ａが通過するように配置され、＋１次回折光８ａの位相を変更する第３位相変更部とを設けてもよい。   In the second embodiment and this modification, the −1st order diffracted light 8b of the diffraction gratings 23b and 33b has passed through the ¼ wavelength plate 16, but the + 1st order diffracted light 7a of the diffraction gratings 23a and 33a, the diffraction grating Only the −1st order diffracted light 7b of 23a and 33a and the + 1st order diffracted light 8a of the diffraction gratings 23b and 33b may pass through the quarter-wave plate. That is, the first-order diffracted light 7a of the diffraction gratings 23a and 33a is arranged so that the + 1st-order diffracted light 7a of the diffraction gratings 23a and 33a passes, and the first-order diffracted light 7b of the diffraction gratings 23a and 33a passes. The second phase changing unit for changing the phase of the −1st order diffracted light 7b and the second phase changing unit for changing the phase of the + 1st order diffracted light 8a are arranged so that the + 1st order diffracted light 8a of the diffraction gratings 23b and 33b passes through. A three-phase changing unit may be provided.

以上の実施例１，２にのＬＤ１は同一チップから複数の発光点、例えばモノリシック型で片面から複数の光束を出射する光源であってもよい。しかし、本発明においては、ＬＤ１の前端面より出射した第１の光束７と、ＬＤ１の後端面より出射した第２の光束８とを速度のセンシングに用いている。そして、ＬＤ１の光強度を安定化させるための光量のモニタリングは、絞り１２ａ，１２ｂでカットされる光量をモニターするように設置した例えば受光素子（図示せず）で行う。このような構成にすることで、ＬＤ１から出射する光のエネルギーを最も効率よく速度のセンシングに用いることができ、ＬＤ１を高出力化させることなく十分なビート信号１５の出力を得ることができる。   The LD 1 in the first and second embodiments may be a light source that emits a plurality of luminous points from the same chip, for example, a monolithic type and emits a plurality of light beams from one side. However, in the present invention, the first light beam 7 emitted from the front end surface of the LD 1 and the second light beam 8 emitted from the rear end surface of the LD 1 are used for speed sensing. The amount of light for stabilizing the light intensity of the LD 1 is monitored by, for example, a light receiving element (not shown) installed so as to monitor the amount of light cut by the diaphragms 12a and 12b. With such a configuration, the energy of the light emitted from the LD 1 can be used most efficiently for speed sensing, and a sufficient output of the beat signal 15 can be obtained without increasing the output of the LD 1.

また、上記実施例１，２のＰＤ２は回路内蔵受光素子であってもよい。つまり、ＰＤ２は信号処理回路を内蔵してもよい。そして、ＰＤ２からの出力を同一チップ内で増幅、波形整形や周波数カウント等の信号処理を行うことにより、これらのＩＣを別個に構成する場合に比べ、部品点数が減少するため装置が小型化するばかりでなく、各部品をつなぐワイヤー等からの電磁ノイズ等を削減できるため、高精度に被測定物の速度を検知することも可能である。   Moreover, PD2 of the said Example 1, 2 may be a light receiving element with a built-in circuit. That is, the PD 2 may incorporate a signal processing circuit. Then, by amplifying the output from the PD 2, performing signal processing such as waveform shaping and frequency counting in the same chip, the number of parts is reduced compared to the case where these ICs are configured separately, and the apparatus is downsized. Not only that, but also electromagnetic noise from the wires connecting the components can be reduced, so that the speed of the object to be measured can be detected with high accuracy.

また、上記実施例１，２において、参考例１，２における好ましい条件や設定を適宜用いてもよい。   In Examples 1 and 2, the preferable conditions and settings in Reference Examples 1 and 2 may be used as appropriate.

また、上記実施例１，２では、ｘ，ｙ軸が９０°の角度交差するようにしてもよいし、ｘ，ｙ軸が９０°以外の角度で交差するようにしてもよい。つまり、ｘ，ｙ軸は、直交していても、直交してなくてもよい。   In the first and second embodiments, the x and y axes may intersect at an angle of 90 °, or the x and y axes may intersect at an angle other than 90 °. That is, the x and y axes may or may not be orthogonal.

また、上記実施例１，２では、４つの検出点を形成していたが、５以上の検出点を形成してもよい。   In the first and second embodiments, four detection points are formed, but five or more detection points may be formed.

また、以上の全ての実施例におけるドップラー速度計は、被測定物１３の移動速度を検知するものであるが、後段の信号処理において、その時間情報を取り込むことによって、速度情報から容易に変位量に換算することができる。例えば、一般に普及している電子機器においては、プリンターやコピー機の紙送り量を検出する変位計に応用可能である。また、現在広く普及している光学式のマウスは、ＣＣＤ（電荷結合素子）等により検出面のスペックルパターンの移動情報を画像として認識し、移動量を検出しているが、この速度計を用いて光学式マウスに適用することも可能である。このように、これらの全ての実施例の速度計は変位を検出する変位計や振動計に応用可能である。   The Doppler velocimeters in all the embodiments described above are for detecting the moving speed of the object 13 to be measured. However, in the subsequent signal processing, the amount of displacement can be easily obtained from the speed information by capturing the time information. Can be converted to For example, in a widely used electronic device, it can be applied to a displacement meter that detects a paper feed amount of a printer or a copier. In addition, currently widely used optical mice recognize movement information of speckle patterns on the detection surface as an image by a CCD (charge coupled device) or the like, and detect the movement amount. It can also be applied to an optical mouse. Thus, the speedometers of all of these embodiments can be applied to a displacement meter or a vibration meter that detects displacement.

また、本発明の速度計は、被測定物の速度情報および時間情報をもとに変位情報を算出する変位情報検出装置に用いることができる。   Further, the speedometer of the present invention can be used in a displacement information detection device that calculates displacement information based on speed information and time information of an object to be measured.

図１は本発明の参考例１の速度計の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a speedometer according to Reference Example 1 of the present invention. 図２（ａ）は上記参考例１における理想的な条件を示す検出点近傍の概略図であり、図２（ｂ）は上記参考例１における検出点の概略図である。FIG. 2A is a schematic diagram in the vicinity of the detection point showing ideal conditions in the reference example 1, and FIG. 2B is a schematic diagram of the detection point in the reference example 1. 図３は被測定物の凹凸と検出点近傍にられる条件を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the unevenness of the object to be measured and the conditions in the vicinity of the detection point. 図４は本発明の参考例２の速度計の概略構成図である。FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a speedometer according to Reference Example 2 of the present invention. 図５は上記参考例２の速度計の変形例の概略構成図である。FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a modified example of the speedometer of Reference Example 2 described above. 図６（ａ）〜（ｃ）はビート信号の位相情報による被測定物の移動方向の検出を説明するための図である。6A to 6C are diagrams for explaining detection of the moving direction of the object to be measured based on the phase information of the beat signal. 図７は上記参考例２の速度計の他の変形例の概略構成図である。FIG. 7 is a schematic configuration diagram of another modification of the speedometer of the reference example 2 described above. 図８は検出点に求められる条件を説明するための概略図である。FIG. 8 is a schematic diagram for explaining conditions required for detection points. 図９は本発明の実施例１の速度計の概略構成図である。FIG. 9 is a schematic configuration diagram of the speedometer according to the first embodiment of the present invention. 図１０は上記実施例１の速度計の変形例の概略構成図である。FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a modified example of the speedometer of the first embodiment. 図１１は本発明の実施例２の速度計の概略構成図である。FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a speedometer according to the second embodiment of the present invention. 図１２は上記実施例２の速度計の変形例の概略構成図である。FIG. 12 is a schematic configuration diagram of a modified example of the speedometer of the second embodiment. 図１３は従来のＬＤＶの要部の概略構成図である。FIG. 13 is a schematic configuration diagram of a main part of a conventional LDV. 図１４は上記従来のＬＤＶの検出点近傍における光束の重なりを示す拡大図である。FIG. 14 is an enlarged view showing the overlapping of light beams in the vicinity of the detection point of the conventional LDV. 図１５は被測定物の移動速度とドップラー偏移周波数とを結びつける式を説明するための図である。FIG. 15 is a diagram for explaining an expression that links the moving speed of the DUT and the Doppler shift frequency. 図１６は他の従来のＬＤＶの要部の概略構成図である。FIG. 16 is a schematic configuration diagram of a main part of another conventional LDV. 図１７はさらに他の従来のＬＤＶの要部の概略構成図である。FIG. 17 is a schematic configuration diagram of a main part of still another conventional LDV.

符号の説明Explanation of symbols

１ 半導体発光素子
２ ＰＤ（受光素子）
３ａ，３ｂ 回折格子
７ 第１の光束
８ 第２の光束
９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ ＢＳ（ビームスプリッタ）
１０ 信号処理回路部
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ 検出点
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ 回折格子
２３ａ，２３ｂ 回折格子
２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄ 回折格子
３３ａ，３３ｂ 回折格子
1 Semiconductor light emitting device 2 PD (light receiving device)
3a, 3b Diffraction grating 7 First light beam 8 Second light beam 9a, 9b, 9c, 9d BS (beam splitter)
10 Signal processing circuit units 14a, 14b, 14c, 14d Detection points 18a, 18b, 18c, 18d Diffraction gratings 23a, 23b Diffraction gratings 28a, 28b, 28c, 28d Diffraction gratings 33a, 33b Diffraction gratings

Claims (41)

前端面から第１の光束を出射すると共に、後端面から第２の光束を出射する半導体発光素子と、
上記第１，第２の光束を分岐する第１の光分岐素子群と、
上記第１の光分岐素子群と被測定物との間の複数の光軸上に配置され、上記第１の光分岐素子群からの光束を分岐する第２の光分岐素子群と、
上記被測定物による散乱光を受ける受光素子と、
上記受光素子の出力から周波数偏移量を算出する信号処理回路部とを備え、
上記第２の光分岐素子群で分岐した複数の光束を上記被測定物の表面に照射して、上記被測定物の表面を含む平面内において互いに交差するｘ，ｙ軸のうちの少なくとも上記ｘ軸上に第１，第２検出点を形成すると共に、少なくとも上記ｙ軸上に第３，第４検出点を形成することを特徴とする速度計。 A semiconductor light emitting element that emits the first light flux from the front end face and emits the second light flux from the rear end face;
A first light branching element group for branching the first and second light beams;
A second optical branching element group that is disposed on a plurality of optical axes between the first optical branching element group and the device under test and branches a light beam from the first optical branching element group;
A light receiving element that receives scattered light from the object to be measured;
A signal processing circuit unit that calculates a frequency shift amount from the output of the light receiving element,
The surface of the object to be measured is irradiated with a plurality of light beams branched by the second optical branching element group, and at least the x and y axes intersecting each other in a plane including the surface of the object to be measured. A speedometer, wherein first and second detection points are formed on an axis, and at least third and fourth detection points are formed on the y-axis. 請求項１に記載の速度計において、
上記第１の光分岐素子群は第１，第２回折格子を含むことを特徴とする速度計。 The speedometer according to claim 1,
The first optical branching element group includes first and second diffraction gratings. 請求項２に記載の速度計において、
上記第１，第２回折格子は１次回折光の光量よりも０次回折光の光量が小さいことを特徴とする速度計。 The speedometer according to claim 2,
The speedometer according to claim 1, wherein the first and second diffraction gratings have a light amount of zero-order diffracted light smaller than a light amount of first-order diffracted light. 請求項１に記載の速度計において、
上記第２の光分岐素子群は第１，第２，第３，第４ビームスプリッタを含むことを特徴とする速度計。 The speedometer according to claim 1,
The second optical branching element group includes first, second, third and fourth beam splitters. 請求項１に記載の速度計において、
上記第２の光分岐素子群は第３，第４，第５，第６回折格子を含むことを特徴とする速度計。 The speedometer according to claim 1,
The second optical branching element group includes third, fourth, fifth and sixth diffraction gratings. 請求項５に記載の速度計において、
上記第３，第４，第５，第６回折格子は１次回折光の光量よりも０次回折光の光量が小さいことを特徴とする速度計。 The speedometer according to claim 5,
The speedometer according to claim 3, wherein the third, fourth, fifth, and sixth diffraction gratings have a light amount of zero-order diffracted light smaller than a light amount of first-order diffracted light. 請求項１に記載の速度計において、
上記第２の光分岐素子群は第１，第２，第３，第４光分岐素子を含み、
上記第１光分岐素子により分岐された一つの光束と、上記第３光分岐素子により分岐された一つの光束とが上記第１検出点を形成し、
上記第２光分岐素子により分岐された一つの光束と、上記第４光分岐素子により分岐された一つの光束とが上記第２検出点を形成し、
上記第１光分岐素子により分岐された他の一つの光束と、上記第２光分岐素子により分岐された他の一つの光束とが上記第３検出点を形成し、
上記第３光分岐素子により分岐された他の一つの光束と、上記第４光分岐素子により分岐された他の一つの光束とが上記第４検出点を形成することを特徴とする速度計。 The speedometer according to claim 1,
The second optical branching element group includes first, second, third, and fourth optical branching elements,
One light beam branched by the first light branching element and one light beam branched by the third light branching element form the first detection point,
One light beam branched by the second light branching element and one light beam branched by the fourth light branching element form the second detection point,
The other one light beam branched by the first light branching element and the other one light beam branched by the second light branching element form the third detection point,
The speedometer, wherein the other one light beam branched by the third light branching element and the other one light beam branched by the fourth light branching element form the fourth detection point. 請求項７に記載の速度計において、
上記第１，第２，第３，第４検出点は、上記光束同士を上記被測定物の表面上で重ね合わせて形成することを特徴とする速度計。 The speedometer according to claim 7, wherein
The first, second, third and fourth detection points are formed by superimposing the light beams on the surface of the object to be measured. 請求項１に記載の速度計において、
上記第１検出点に入射する２つの光束の光軸を含む第１平面と、上記第２検出点に入射する２つの光束の光軸を含む第２平面と、上記被測定物の表面を含む第３平面とが二等辺三角柱を形成し、かつ、上記第１，第２検出点のそれぞれに入射する２つの光束は上記第３平面に対して略同じ入射角であることを特徴とする速度計。 The speedometer according to claim 1,
A first plane including the optical axes of the two light beams incident on the first detection point; a second plane including the optical axes of the two light beams incident on the second detection point; and a surface of the object to be measured. A velocity in which the third plane forms an isosceles triangular prism, and two light beams incident on each of the first and second detection points have substantially the same incident angle with respect to the third plane. Total. 請求項９に記載の速度計において、
上記第３検出点に入射する２つの光束の光軸を含む第４平面と上記第３平面とがなす角と、
上記第４検出点に入射する２つの光束の光軸を含む第５平面と上記第３平面とがなす角と
が略等しく、
かつ、上記第３，第４検出点のそれぞれに入射する２つの光束は上記第３平面に対して略同じ入射角であることを特徴とする速度計。 The speedometer according to claim 9, wherein
An angle formed by the fourth plane including the optical axes of the two light beams incident on the third detection point and the third plane;
The angle formed by the fifth plane including the optical axes of the two light beams incident on the fourth detection point and the third plane is substantially equal.
The two light beams incident on the third and fourth detection points have substantially the same incident angle with respect to the third plane. 請求項１に記載の速度計において、
上記ｘ軸と上記ｙ軸とは直交することを特徴とする速度計。 The speedometer according to claim 1,
The x-axis and the y-axis are perpendicular to each other. 請求項１に記載の速度計において、
上記第１，第２，第３，第４検出点のそれぞれから上記受光素子に入射する光の光軸は、上記第１，第２，第３，第４検出点のそれぞれに入射する２つの光束がなす角の２等分線と略一致することを特徴とする速度計。 The speedometer according to claim 1,
The optical axes of the light incident on the light receiving element from each of the first, second, third, and fourth detection points have two optical axes that are incident on the first, second, third, and fourth detection points, respectively. A speedometer characterized by being substantially coincident with a bisector of an angle formed by a light beam. 請求項１に記載の速度計において、
上記ｘ，ｙ軸に対して垂直なｚ軸を設定したとき、上記第１，第２，第３，第４検出点のそれぞれに入射する２つの光束が重なる領域の上記ｚ軸方向の長さは、上記被測定物の表面が位置する領域の上記ｚ軸方向の長さよりも長いことを特徴とする記載の速度計。 The speedometer according to claim 1,
When the z-axis perpendicular to the x- and y-axes is set, the length in the z-axis direction of the region where the two light beams incident on the first, second, third and fourth detection points overlap each other Is longer than the length in the z-axis direction of the region where the surface of the object to be measured is located. 請求項２に記載の速度計において、
上記第２回折格子による−１次回折光が通過するように配置され、上記第２回折格子の−１次回折光の位相を変更する位相変更部を備えたことを特徴とする速度計。 The speedometer according to claim 2,
A velocimeter comprising a phase changing unit that is arranged so that -1st order diffracted light by the second diffraction grating passes and changes a phase of -1st order diffracted light of the second diffraction grating. 請求項２に記載の速度計において、
上記第１回折格子による＋１次回折光が通過するように配置され、上記第１回折格子の＋１次回折光の位相を変更する第１位相変更部と、
上記第１回折格子による−１次回折光が通過するように配置され、上記第１回折格子の−１次回折光の位相を変更する第２位相変更部と、
上記第２回折格子による＋１次回折光が通過するように配置され、上記第２回折格子の＋１次回折光の位相を変更する第３位相変更部とを備えたことを特徴とする速度計。 The speedometer according to claim 2,
A first phase changing unit arranged to pass the + 1st order diffracted light by the first diffraction grating and changing the phase of the + 1st order diffracted light of the first diffraction grating;
A second phase changing unit arranged to pass the −1st order diffracted light by the first diffraction grating, and changing the phase of the −1st order diffracted light of the first diffraction grating;
A speedometer comprising: a third phase changing unit arranged to pass the + 1st order diffracted light by the second diffraction grating and changing the phase of the + 1st order diffracted light of the second diffraction grating. 請求項１４または１５に記載の速度計において、
上記位相変更部による光の位相変更量をφ_０としたとき、上記φ_０が０＜φ_０＜λ／２を満たすことを特徴とする速度計。 The speedometer according to claim 14 or 15,
When the phase change amount of light by the phase changer and phi _0, speedometer, characterized in that the phi ₀ satisfies _{0 <φ 0 <λ / 2} . 請求項１６に記載の速度計において、
上記φ_０がλ／４であることを特徴とする速度計。 The speedometer according to claim 16, wherein
Speedometer, characterized in that said phi ₀ is lambda / 4. 請請求項１４または１５に記載の速度計において、
上記位相変更部の材料として複屈折材料が用いられていることを特徴とする速度計。 The speedometer according to claim 14 or 15,
A speedometer, wherein a birefringent material is used as a material of the phase changing portion. 請求項１７または１８に記載の速度計において、
上記第１検出点を形成する各光束の位相差と、上記第２検出点とを形成する各光束の位相差との差の絶対値はπ／２より小さく、
上記第３検出点を形成する各光束の位相差と、上記第４検出点を形成する各光束の位相差との差の絶対値はπ／２より小さいことを特徴とする速度計。 The speedometer according to claim 17 or 18,
The absolute value of the difference between the phase difference of each light beam forming the first detection point and the phase difference of each light beam forming the second detection point is smaller than π / 2,
A speedometer characterized in that an absolute value of a difference between a phase difference of each light beam forming the third detection point and a phase difference of each light beam forming the fourth detection point is smaller than π / 2. 請求項１に記載の記載の速度計において、
上記第１，第２，第３，第４検出点と上記受光素子との間に配置された集光レンズを備えたことを特徴とする速度計。 The speedometer according to claim 1,
A speedometer comprising: a condensing lens disposed between the first, second, third, and fourth detection points and the light receiving element. 請求項２０に記載の速度計において、
上記集光レンズがレンズアレイからなる単一部品であることを特徴とする速度計。 The speedometer according to claim 20,
A speedometer characterized in that the condenser lens is a single component comprising a lens array. 請求項１に記載の速度計において、
上記第２の分岐素子群が含む複数の素子は同一の第１基板に形成されていることを特徴とする速度計。 The speedometer according to claim 1,
A plurality of elements included in the second branch element group are formed on the same first substrate. 請求項１４または１５に記載の速度計において、
上記第２の分岐素子群が含む複数の素子が同一の第１基板に形成され、
上記位相変更部が上記第１基板上に配置されていることを特徴とする速度計。 The speedometer according to claim 14 or 15,
A plurality of elements included in the second branch element group are formed on the same first substrate,
A speedometer, wherein the phase changing unit is disposed on the first substrate. 請求項２０に記載の速度計において、
上記第２の分岐素子群が含む複数の素子が同一の第１基板に形成され、
上記集光レンズは上記第１基板に形成されていることを特徴とする速度計。 The speedometer according to claim 20,
A plurality of elements included in the second branch element group are formed on the same first substrate,
The condensing lens is formed on the first substrate. 請求項２３に記載の速度計において、
上記第１，第２，第３，第４検出点と上記受光素子との間に配置された集光レンズを備え、
上記集光レンズは上記第１基板に形成されていることを特徴とする速度計。 The speedometer according to claim 23,
A condenser lens disposed between the first, second, third and fourth detection points and the light receiving element;
The condensing lens is formed on the first substrate. 請求項２４または２５に記載の速度計において、
上記半導体発光素子と上記第１の光分岐素子群との間に配置され、上記第１の光束の光軸の方向を変える第１光軸向変更部と、
上記半導体発光素子と上記第１の光分岐素子群との間に配置され、上記第２の光束の光軸の方向を変える第２光軸向変更部とを備え、
上記第１の分岐素子群が含む複数の素子は同一の第２基板に形成されていることを特徴とする速度計。 The speedometer according to claim 24 or 25, wherein:
A first optical axis direction changing unit that is disposed between the semiconductor light emitting element and the first optical branching element group and changes the direction of the optical axis of the first light flux;
A second optical axis direction changing unit that is disposed between the semiconductor light emitting element and the first optical branching element group and changes the direction of the optical axis of the second light flux;
A plurality of elements included in the first branch element group are formed on the same second substrate. 請求項２６に記載の速度計において、
上記第１基板と上記第２基板とが平行に配置されることを特徴とする速度計。 The speedometer according to claim 26, wherein
A speedometer, wherein the first substrate and the second substrate are arranged in parallel. 請求項２６に記載の速度計において、
上記第１基板と第２基板が同一の光学ブロックに含まれることを特徴とする速度計。 The speedometer according to claim 26, wherein
The speedometer according to claim 1, wherein the first substrate and the second substrate are included in the same optical block. 請求項２０に記載の速度計において、
上記受光素子は、少なくとも上記第１，第２，第３，第４検出点からの散乱光を受ける１チップの素子であることを特徴とする速度計。 The speedometer according to claim 20,
A speedometer, wherein the light receiving element is a one-chip element that receives scattered light from at least the first, second, third, and fourth detection points. 請求項２１に記載の速度計において、
上記受光素子は分割型フォトダイオードであることを特徴とする速度計。 The speedometer according to claim 21, wherein
A speedometer, wherein the light receiving element is a split photodiode. 請求項１に記載の速度計において、
上記受光素子は信号処理回路を内蔵していることを特徴とする速度計。 The speedometer according to claim 1,
A speedometer, wherein the light receiving element includes a signal processing circuit. 請求項２６に記載の速度計において、
上記半導体発光素子は、上記第１光軸向変更部と上記第２光軸向変更部との間の略中点に配置されていることを特徴とする速度計。 The speedometer according to claim 26, wherein
The speedometer according to claim 1, wherein the semiconductor light emitting element is disposed at a substantially middle point between the first optical axis direction changing unit and the second optical axis direction changing unit. 請求項１に記載の速度計において、
上記半導体発光素子と上記受光素子とは同一の基板を共有して一体化していることを特徴とする速度計。 The speedometer according to claim 1,
The semiconductor light emitting element and the light receiving element share the same substrate and are integrated. 請求項８に記載の速度計において、
上記第１，第２，第３，第４検出点のそれぞれに入射する複数の光束の光量が略等しくなるように、上記半導体発光素子の端面に処理が施されていることを特徴とする速度計。 The speedometer according to claim 8, wherein
The speed is characterized in that the end face of the semiconductor light emitting element is processed so that the light amounts of a plurality of light beams incident on the first, second, third and fourth detection points are substantially equal. Total. 請求項２６に記載の速度計において、
上記半導体発光素子と上記第１光軸向変更部との間には、上記第１の光束が通過する第１絞りが配置され、
上記半導体発光素子と上記第２光軸向変更部との間には、上記第２の光束が通過する第２絞りが配置されていることを特徴とする速度計。 The speedometer according to claim 26, wherein
Between the semiconductor light emitting element and the first optical axis direction changing unit, a first diaphragm through which the first light flux passes is disposed,
A speedometer, wherein a second diaphragm through which the second light beam passes is disposed between the semiconductor light emitting element and the second optical axis direction changing unit. 請求項１に記載の速度計において、
上記半導体発光素子と上記第１光軸向変更部との間には、上記第１の光束が通過する第１のレンズ群が配置され、
上記半導体発光素子と上記第２光軸向変更部との間には、上記第２の光束が通過する第２のレンズ群が配置されていることを特徴とする速度計。 The speedometer according to claim 1,
A first lens group through which the first light flux passes is disposed between the semiconductor light emitting element and the first optical axis direction changing unit,
A speedometer, wherein a second lens group through which the second light beam passes is disposed between the semiconductor light emitting element and the second optical axis direction changing unit. 請求項１に記載の速度計において、
上記半導体発光素子がレーザダイオードであることを特徴とする速度計。 The speedometer according to claim 1,
A speedometer, wherein the semiconductor light emitting element is a laser diode. 請求項１に記載の速度計において、
上記半導体発光素子が複数の発光点を有することを特徴とする速度計。 The speedometer according to claim 1,
A speedometer, wherein the semiconductor light emitting element has a plurality of light emitting points. 請求項１に記載の速度計を備え、上記被測定物に関する速度情報および時間情報に基づいて上記被測定物の位置情報を算出することを特徴とする変位計。   A displacement meter comprising the speedometer according to claim 1, wherein position information of the device under test is calculated based on speed information and time information regarding the device under test. 請求項１に記載の速度計を備え、上記被測定物に関する速度情報および時間情報に基づいて上記被測定物の位置情報を算出することを特徴とする振動計。   A vibrometer comprising the speedometer according to claim 1, wherein position information of the object to be measured is calculated based on speed information and time information regarding the object to be measured. 請求項１に記載の速度計、請求項３８に記載の変位計および請求項３９に記載の振動計のうちの１つを備えたことを特徴とする電子機器。

An electronic apparatus comprising one of the speedometer according to claim 1, the displacement meter according to claim 38, and the vibrometer according to claim 39.

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