).a( yti).a( ytisnesne].ua[ytisnetn00.0000.140.120.100.080.060.040.020.005000.140.120.100.080.060.040.021000Time (nsec)150020000.00204060Time (nsec)80100u.tnI0u.tnI0.I図２マイクロライダーシステム（左）とレーザー加工ヘッド（右）の写真 ・ 信号処理図３は，マイクロライダーで検出された信号の例を示す．この例では，ストレッチ後のパルス幅は約20nsである．左図のように，100ns間隔（10MHz）で信号が検出されている．右図より，1つのパルス信号の中に，ワークからの反射光と干渉光の干渉によるビート信号が発生していることが確認できる．反射光と参照光は時間とともに周波数が変化するチャープパルスであり，2つのパルスに時間差があると，干渉しその時間差に応じたビート信号が発生する．ヒート信号の周波数を解析することで，反射光と参照光の時間差，つまり，反射光と参照光の光路長差が得られる．周波数解析の流れは以下の通りである．はじめに，フレーム処理によって，連続したパルス列の信号を１つのパルスごとに切り出す．次に，時間を波数に変換する．分散補償ファイバーの分散量は非線形成分を含むため，チャープパルスの時間と波数の関係も非線形成分を含んでおり，ビート信号がわずかにチャープしており，複数の周波数成分を含むことになる．したがって，非線形成分を補正する必要がある．時間と波数の変換式は，予め干渉信号を測定して求めておく．オシロスコープで取得された信号は，等時間間隔でサンプリングされているため，波数に対しては等間隔ではない．そこで，FFT処理をするために，波数に対して等間隔になるようにリサンプリング処理を行う．FFT結果の分解能を高くするために０パディングを行った後にFFTを実行する．ワークの位置にミラーを置き，光路長差を2mmから16mmまで変化させた場合のFFT結果を図４に示す．ビート信号による鋭いピークが確認できる．ピークの幅と高さは10mm以上の範囲でほぼ一定であり，10mm以上の測定レンジで距離測定が可能であることが確認できる．なお，測定レンジは，バランス検出器とオシロスコープの帯域で制限される．この測定では，帯域60GHzのバランス検出器と20GHzのリアルタイムオシロスコープを用いて測定を行っている．また，図５は，ワークの位置にミラーを置き高さを変化させて距離測定を行った結果と，2000回測定での標準偏差を示す．13mmの測定レンジにわたり，10μmの測定精度で距離測定ができる．図３マイクロライダーの計測信号（左）と拡大図（右）図５距離測定の結果（左）と標準偏差（右） ・■リアルタイム計測とフィードバック制御図１に示すマイクロライダーシステムでは，オシロスコープに記録した計測データを後からPCに転送し，データ解析を行うので，リアルタイムでの距離計測と計測結果に基づくフィードバック制御はできない．そこで，AD変換とリアルタイム信号解析，フィードバック制御を行う制御システムを作製し，リアルタイム計測とフィードバック制御を行う．図６に制御システム全体の構成図と写真を示す．制御システムは信号処理部とフィードバック制御部から構成されている．信号処理部では干渉光学系からのビート信号をA/D変換し，FFT処理により解析された距離情報をフィードバック制御部に転送する．A/D変換ボードは，バランス検出器で検出され増幅された電気信号を，10.25 GSPSのサンプリングレートで12ビットでAD変換し，FMC+規格のケーブルで接続されたFPGAボードに高速かつリアルタイムにデータ転送する．FPGAでは16パイプライン処理によりFFTを含む信号解析をリアルタイムで行う．パイプライン処理の概略図を図７に示す．現在は，FPGAのリソースの制限により，各パイプラインは2つのFFTを並列処理し，9.6MHzの干渉信号から間引いて図４干渉信号のFFT結果5040302010− 92 −2mm10mm4mm12mm6mm14mm0.0040.0080.012Optical path length [m]8mm16mm0.0160.020
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