JPH0141204B2 - - Google Patents
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- JPH0141204B2 JPH0141204B2 JP57108726A JP10872682A JPH0141204B2 JP H0141204 B2 JPH0141204 B2 JP H0141204B2 JP 57108726 A JP57108726 A JP 57108726A JP 10872682 A JP10872682 A JP 10872682A JP H0141204 B2 JPH0141204 B2 JP H0141204B2
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- light
- target
- polarizing beam
- beam splitter
- axis
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B2290/00—Aspects of interferometers not specifically covered by any group under G01B9/02
- G01B2290/70—Using polarization in the interferometer
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
本発明は、光の干渉を利用して変位量、変位速
度、振動数等の機械量を知るようにした光学式機
械量測定装置に関するものである。 本発明の目的は、被測定物体とは非接触で、そ
の３次元の各種機械量を高精度で測定することの
できる構造簡単な、この種の装置を実現しようと
するものである。 本発明に係る装置は、光源からの可干渉な光を
被測定機械量が与えられるターゲツトの光拡散面
に照射し、そこから得られるスペツクルパターン
を利用して２次元の機械量を測定し、また、光拡
散面からの戻り光と光源からの光をいくつかのビ
ームスプリツタを介して90゜ずつ位相のずれた３
又は４種の光信号とし、これらの光信号を演算す
ることによつてターゲツトの前記２次元の軸と直
交する軸方向の機械量を測定するようにした点に
構成上の特徴がある。 第１図は本発明に係る装置の一例を示す構成説
明図である。図において、１は光源で、例えば
HeNeレーザ光源が使用され、ここから可干渉な
光が出射される。１１，１２はレンズで、光源１
から出射した光を拡げて平行光とするビームエク
スパンダBXを構成している。２１は第１の偏光
ビームスプリツタ（以下PBSと略す）、２２は第
２のPBS、２３は第３のPBS、２４は第４の
PBSで、これらは入射する光ビームを２方向に
分割する。２５は第１のPBS２１を通つて入射
するターゲツト３からの戻り光を２方向に分割す
るビームスプリツタ（以下BSと略す）、２６は第
１のBSからの光を更に２方向に分割する第２の
BSである。第２のPBS２２は、第１のPBS２１
に対してその光軸が45゜回転させて配置され、ま
た、第３及び第４のPBS２３及び２４は、第２
のPBSに対してその光軸が45゜回転させて配置さ
れている。３１，３２はそれぞれ焦点距離がf1，
f2のレンズ、３３はレンズ３１，３２の間であつ
て、レンズ３１からf1、レンズ３２からf2の距離
に設置した絞り板で、これには径がｄの透孔が設
けられている。ターゲツト３は光の拡散面３０を
有しており、レンズ３２からｌ（ｌは０〜2f2程度
が好ましい）だけ離れて設置され、これには図示
するようにｘ，ｙ，ｚ方向の３次元の測定機械量
が与えられる。４１，４２は光経路変更用の固定
ミラーで、第１のPBSで分割された光源１から
の光ビームを第２のPBS２２に入射させる。な
お、この固定ミラーに代えてプリズム等を使用す
るようにしてもよい。５１，５２，５３，５４は
それぞれ光検出器で、例えばホトトランジスタ、
ホトダイオード、光電池等が使用される。光検出
器５１，５２は、第３のPBS２３で分割された
光をそれぞれ受光し、また、光検出器５３，５４
は第４のPBS２４で分割された光を受光する。
５５は第２のBS２６で分割された一方の光を受
光するｘ軸受光器、５６は他方の光を受光するｙ
軸受光器で、これらは多数個の受光素子をアレイ
状に配列して構成されるCCDなどのイメージセ
ンサが使用される。なお、各受光素子の配列方向
は互いに直交するように設置されている。６１は
レンズ３２とターゲツト３との間に設置したλ／
４板、６２は第１のPBS２１とミラー４１との
間に設置したλ／４板である。 第２図は第１図装置において、電気的な回路を
示す構成ブロツク図である。この図において、７
１は光検出器５１と光検出器５２との出力信号の
差を得る差演算回路、７２は光検出器５３と光検
出器５４との出力信号の差を得る差演算回路、８
１，８２，８３，８４はそれぞれミキサ、５０は
例えばCCDで構成されたイメージセンサ５５，
５６を駆動するクロツク発振器で、周波数fcのク
ロツク信号を出力している。７３はミキサ８１，
８２を介して印加される各差演算回路７１，７２
からの信号を加算する加算器、８５，８６はそれ
ぞれ対応するミキサからの出力信号のなかの特定
な周波数信号を通過させるローパスフイルタ、９
１，９２，９３，９４はカウンタ、９０は各カウ
ンタからの計数信号を入力する演算回路で、この
演算回路としては、例えばマイクロプロセツサが
使用される。９５は表示装置で、例えばCRTが
使用され、演算回路９０での演算結果を表示す
る。 このように構成した装置の動作は次の通りであ
る。光源１から出射された波長λの光は、ビーム
エクスパンダBXで拡げられ、平行光となつて第
１のPBS２１に入射する。ここで、入射光線と
入射面にたてた法線が作る入射面に垂直方向に振
動する光成分（Ｓ波）はここで反射し、レンズ３
１、絞り板３３の透孔、レンズ３２及びλ／４板
６１を経て、ターゲツト３の拡散面３０に平行光
となつて照射される。ターゲツト３の拡散面３０
に照射された平行光は、この拡散面の凹凸によつ
てランダムな位相変調を受けて反射し、この反射
光は再びλ／４板６１、レンズ３２、絞り板３３
の透孔、レンズ３１を通つて戻り、第１のPBS
２１に入射する。ここで、レンズ３１、絞り板３
３、レンズ３２は、スペツクルの純移動状態を実
現しここを通過する光の空間周波数を下げるロー
パスフイルタとして機能するものである。第１の
PBS２１に再入射する光は入射面に対して、振
動方向が平行な光成分（Ｐ波）となつており、第
１のPBS２１を通過する。ここを通過したター
ゲツト３の拡散面３０からの戻り光は、第１の
BS２５で２つに分かれ、一方は第２のPBS２２
に入射し、他方は第２のBS２６で更に２つに分
かれ、ｘ軸受光器５５及びｙ軸受光器５６にそれ
ぞれ入射する。そして、これらの受光面にスペツ
クルパターンをつくる。 第３図は、ｘ軸受光器５５及びｙ軸受光器５６
上に得られるスペツクルパターンの一例を示す図
である。この図において、スペツクルパターン
は、ターゲツト３が矢印ｘ方向に移動したとき
は、ｘ軸方向に移動し、ターゲツト４が矢印ｙ方
向に移動したときは、ｙ軸方向に移動する。ｘ軸
受光器５５は、この受光面に照射された第３図に
示すようなスペツクルパターンのｘ軸方向変位を
把える。また、ｙ軸受光器５６はこの受光面に照
射された第３図に示すようなスペツクルパターン
のｙ軸方向変位を把える。 ここで、レンズ３１，３２の距離がf1＋f2であ
ることと、ターゲツト３に平面波が照射されるよ
うにすれば、所謂純移動状態となり、この状態で
は、各受光器５５，５６の受光面に得られるスペ
ツクルパターンの、平均的スペツクル径は、
（f1λ）／（πd）で与えられる。したがつて、レン
ズ３１から各受光器５５，５６までの距離や、レ
ンズ３２とターゲツト３との間の距離ｌは、純移
動状態とスペツクル径には無関係となる。 各受光器５５，５６は、一端にクロツク発振器
５０から周波数fcのクロツク信号が印加されて駆
動されており、各受光器５５，５６からf0＝fc／
Ｎ（ただしＮは受光器５５，５６のビツト数）を
基本周波数とする周波数信号fx、fyが出力され
る。 第４図は、各受光器５５，５６から得られる周
波数信号fx、fyの周波数スペクトルを示す説明図
である。この信号のパワースペクトルは、基本周
波数f0の整数倍の点でピークがあり、かつそのピ
ークは、各受光器の全巾の１／（整数）と、干渉
稿の間隔が等しいところが一番大きくなり、ター
ゲツト４の移動とともに、移動する。例えば、タ
ーゲツト４がｘ方向にＸだけ移動すれば、受光器
７１からの周波数信号fxの例えばｍ次高調波に相
当するピークPmは、その移動速度dX／dtに比例
したΔfnxだけ周波数シフトする。同じように、
ターゲツト４がｙ方向にＹだけ移動すれば、受光
器７２からの周波数信号fyのｍ次高調波に相当す
るピークPmは、その移動速度dY／dtに比例した
Δfnyだけ周波数シフトする。 第２図において、ミキサ８３，８４は、各受光
器から出力されるｍ次高調波Pmと、その近傍周
波数fRとをミキシング、すなわちヘテロダイン検
波し、各出力をローパスフイルタ８５，８６を介
することによつて、その出力端に次式を示すよう
な周波数信号f0x、f0yをそれぞれ得る。 f0x＝mf0−fR±Δfnx f0y＝mf0−fR±Δfny 各カウンタ９３，９４は、これらの周波数信号
をそれぞれ計数する。演算回路９０は、各カウン
タ９３，９４からの信号f0x、f0yを入力し、所定
の演算、例えば積分演算することによつて、ター
ゲツト３の各矢印ｘ，ｙ方向の変位量Ｘ，Ｙを知
ることができる。またΔfny、Δfnyは、ターゲツ
ト３の移動方向に応じて、正、負に極性が変るこ
とから、移動方向の判別も同時にできる。 第１図に戻り、第１のPBS２１を通つた光源
１からの光は、λ／４板６２、ミラー４１，４２
を通つて第２のPBS２２に入射し参照光となる。
また、第２のPBS２２には、第１のBSを介して
ターゲツト３からの戻り光が入射している。 ここで、参照光の電界をER（ERsinωt＋ER
cosωt）、ターゲツト３の反射面３０からの戻り
光をETsin（ωt＋とすれば、第３のPBS２３に
入射する光の電界のベクトル図は、第５図イの実
線に示す通りとなり、また、第４のPBS２４に
入射する光の電界のベクトル図は、第５図ロの実
線に示す通りとなる。ただし、ωは光の角周波
数、は2π／λ・Ｚで、λは波長、Ｚはターゲ
ツト３の光軸方向変位量である。 ターゲツト３からの戻り光は、第２のPBS２
２が、第１のPBS２１に対して45゜回転して設置
してあるので電界は、
度、振動数等の機械量を知るようにした光学式機
械量測定装置に関するものである。 本発明の目的は、被測定物体とは非接触で、そ
の３次元の各種機械量を高精度で測定することの
できる構造簡単な、この種の装置を実現しようと
するものである。 本発明に係る装置は、光源からの可干渉な光を
被測定機械量が与えられるターゲツトの光拡散面
に照射し、そこから得られるスペツクルパターン
を利用して２次元の機械量を測定し、また、光拡
散面からの戻り光と光源からの光をいくつかのビ
ームスプリツタを介して90゜ずつ位相のずれた３
又は４種の光信号とし、これらの光信号を演算す
ることによつてターゲツトの前記２次元の軸と直
交する軸方向の機械量を測定するようにした点に
構成上の特徴がある。 第１図は本発明に係る装置の一例を示す構成説
明図である。図において、１は光源で、例えば
HeNeレーザ光源が使用され、ここから可干渉な
光が出射される。１１，１２はレンズで、光源１
から出射した光を拡げて平行光とするビームエク
スパンダBXを構成している。２１は第１の偏光
ビームスプリツタ（以下PBSと略す）、２２は第
２のPBS、２３は第３のPBS、２４は第４の
PBSで、これらは入射する光ビームを２方向に
分割する。２５は第１のPBS２１を通つて入射
するターゲツト３からの戻り光を２方向に分割す
るビームスプリツタ（以下BSと略す）、２６は第
１のBSからの光を更に２方向に分割する第２の
BSである。第２のPBS２２は、第１のPBS２１
に対してその光軸が45゜回転させて配置され、ま
た、第３及び第４のPBS２３及び２４は、第２
のPBSに対してその光軸が45゜回転させて配置さ
れている。３１，３２はそれぞれ焦点距離がf1，
f2のレンズ、３３はレンズ３１，３２の間であつ
て、レンズ３１からf1、レンズ３２からf2の距離
に設置した絞り板で、これには径がｄの透孔が設
けられている。ターゲツト３は光の拡散面３０を
有しており、レンズ３２からｌ（ｌは０〜2f2程度
が好ましい）だけ離れて設置され、これには図示
するようにｘ，ｙ，ｚ方向の３次元の測定機械量
が与えられる。４１，４２は光経路変更用の固定
ミラーで、第１のPBSで分割された光源１から
の光ビームを第２のPBS２２に入射させる。な
お、この固定ミラーに代えてプリズム等を使用す
るようにしてもよい。５１，５２，５３，５４は
それぞれ光検出器で、例えばホトトランジスタ、
ホトダイオード、光電池等が使用される。光検出
器５１，５２は、第３のPBS２３で分割された
光をそれぞれ受光し、また、光検出器５３，５４
は第４のPBS２４で分割された光を受光する。
５５は第２のBS２６で分割された一方の光を受
光するｘ軸受光器、５６は他方の光を受光するｙ
軸受光器で、これらは多数個の受光素子をアレイ
状に配列して構成されるCCDなどのイメージセ
ンサが使用される。なお、各受光素子の配列方向
は互いに直交するように設置されている。６１は
レンズ３２とターゲツト３との間に設置したλ／
４板、６２は第１のPBS２１とミラー４１との
間に設置したλ／４板である。 第２図は第１図装置において、電気的な回路を
示す構成ブロツク図である。この図において、７
１は光検出器５１と光検出器５２との出力信号の
差を得る差演算回路、７２は光検出器５３と光検
出器５４との出力信号の差を得る差演算回路、８
１，８２，８３，８４はそれぞれミキサ、５０は
例えばCCDで構成されたイメージセンサ５５，
５６を駆動するクロツク発振器で、周波数fcのク
ロツク信号を出力している。７３はミキサ８１，
８２を介して印加される各差演算回路７１，７２
からの信号を加算する加算器、８５，８６はそれ
ぞれ対応するミキサからの出力信号のなかの特定
な周波数信号を通過させるローパスフイルタ、９
１，９２，９３，９４はカウンタ、９０は各カウ
ンタからの計数信号を入力する演算回路で、この
演算回路としては、例えばマイクロプロセツサが
使用される。９５は表示装置で、例えばCRTが
使用され、演算回路９０での演算結果を表示す
る。 このように構成した装置の動作は次の通りであ
る。光源１から出射された波長λの光は、ビーム
エクスパンダBXで拡げられ、平行光となつて第
１のPBS２１に入射する。ここで、入射光線と
入射面にたてた法線が作る入射面に垂直方向に振
動する光成分（Ｓ波）はここで反射し、レンズ３
１、絞り板３３の透孔、レンズ３２及びλ／４板
６１を経て、ターゲツト３の拡散面３０に平行光
となつて照射される。ターゲツト３の拡散面３０
に照射された平行光は、この拡散面の凹凸によつ
てランダムな位相変調を受けて反射し、この反射
光は再びλ／４板６１、レンズ３２、絞り板３３
の透孔、レンズ３１を通つて戻り、第１のPBS
２１に入射する。ここで、レンズ３１、絞り板３
３、レンズ３２は、スペツクルの純移動状態を実
現しここを通過する光の空間周波数を下げるロー
パスフイルタとして機能するものである。第１の
PBS２１に再入射する光は入射面に対して、振
動方向が平行な光成分（Ｐ波）となつており、第
１のPBS２１を通過する。ここを通過したター
ゲツト３の拡散面３０からの戻り光は、第１の
BS２５で２つに分かれ、一方は第２のPBS２２
に入射し、他方は第２のBS２６で更に２つに分
かれ、ｘ軸受光器５５及びｙ軸受光器５６にそれ
ぞれ入射する。そして、これらの受光面にスペツ
クルパターンをつくる。 第３図は、ｘ軸受光器５５及びｙ軸受光器５６
上に得られるスペツクルパターンの一例を示す図
である。この図において、スペツクルパターン
は、ターゲツト３が矢印ｘ方向に移動したとき
は、ｘ軸方向に移動し、ターゲツト４が矢印ｙ方
向に移動したときは、ｙ軸方向に移動する。ｘ軸
受光器５５は、この受光面に照射された第３図に
示すようなスペツクルパターンのｘ軸方向変位を
把える。また、ｙ軸受光器５６はこの受光面に照
射された第３図に示すようなスペツクルパターン
のｙ軸方向変位を把える。 ここで、レンズ３１，３２の距離がf1＋f2であ
ることと、ターゲツト３に平面波が照射されるよ
うにすれば、所謂純移動状態となり、この状態で
は、各受光器５５，５６の受光面に得られるスペ
ツクルパターンの、平均的スペツクル径は、
（f1λ）／（πd）で与えられる。したがつて、レン
ズ３１から各受光器５５，５６までの距離や、レ
ンズ３２とターゲツト３との間の距離ｌは、純移
動状態とスペツクル径には無関係となる。 各受光器５５，５６は、一端にクロツク発振器
５０から周波数fcのクロツク信号が印加されて駆
動されており、各受光器５５，５６からf0＝fc／
Ｎ（ただしＮは受光器５５，５６のビツト数）を
基本周波数とする周波数信号fx、fyが出力され
る。 第４図は、各受光器５５，５６から得られる周
波数信号fx、fyの周波数スペクトルを示す説明図
である。この信号のパワースペクトルは、基本周
波数f0の整数倍の点でピークがあり、かつそのピ
ークは、各受光器の全巾の１／（整数）と、干渉
稿の間隔が等しいところが一番大きくなり、ター
ゲツト４の移動とともに、移動する。例えば、タ
ーゲツト４がｘ方向にＸだけ移動すれば、受光器
７１からの周波数信号fxの例えばｍ次高調波に相
当するピークPmは、その移動速度dX／dtに比例
したΔfnxだけ周波数シフトする。同じように、
ターゲツト４がｙ方向にＹだけ移動すれば、受光
器７２からの周波数信号fyのｍ次高調波に相当す
るピークPmは、その移動速度dY／dtに比例した
Δfnyだけ周波数シフトする。 第２図において、ミキサ８３，８４は、各受光
器から出力されるｍ次高調波Pmと、その近傍周
波数fRとをミキシング、すなわちヘテロダイン検
波し、各出力をローパスフイルタ８５，８６を介
することによつて、その出力端に次式を示すよう
な周波数信号f0x、f0yをそれぞれ得る。 f0x＝mf0−fR±Δfnx f0y＝mf0−fR±Δfny 各カウンタ９３，９４は、これらの周波数信号
をそれぞれ計数する。演算回路９０は、各カウン
タ９３，９４からの信号f0x、f0yを入力し、所定
の演算、例えば積分演算することによつて、ター
ゲツト３の各矢印ｘ，ｙ方向の変位量Ｘ，Ｙを知
ることができる。またΔfny、Δfnyは、ターゲツ
ト３の移動方向に応じて、正、負に極性が変るこ
とから、移動方向の判別も同時にできる。 第１図に戻り、第１のPBS２１を通つた光源
１からの光は、λ／４板６２、ミラー４１，４２
を通つて第２のPBS２２に入射し参照光となる。
また、第２のPBS２２には、第１のBSを介して
ターゲツト３からの戻り光が入射している。 ここで、参照光の電界をER（ERsinωt＋ER
cosωt）、ターゲツト３の反射面３０からの戻り
光をETsin（ωt＋とすれば、第３のPBS２３に
入射する光の電界のベクトル図は、第５図イの実
線に示す通りとなり、また、第４のPBS２４に
入射する光の電界のベクトル図は、第５図ロの実
線に示す通りとなる。ただし、ωは光の角周波
数、は2π／λ・Ｚで、λは波長、Ｚはターゲ
ツト３の光軸方向変位量である。 ターゲツト３からの戻り光は、第２のPBS２
２が、第１のPBS２１に対して45゜回転して設置
してあるので電界は、
【式】となる。更に、第２の
PBS２２に対してそれぞれ45゜回転する第３、第
４のPBS２３，２４を通つて、各光検出器５１，
５２，５３，５４に入射する光の電界は、それぞ
れ第５図イ，ロの破線に示す通りとなる。 したがつて、各光検出器５１〜５４で検出され
る光パワーをPD1〜PD4とすれば、これらは(1)〜
(4)式でそれぞれ表わすことができる。 (1)〜(4)式において、
４のPBS２３，２４を通つて、各光検出器５１，
５２，５３，５４に入射する光の電界は、それぞ
れ第５図イ，ロの破線に示す通りとなる。 したがつて、各光検出器５１〜５４で検出され
る光パワーをPD1〜PD4とすれば、これらは(1)〜
(4)式でそれぞれ表わすことができる。 (1)〜(4)式において、
【式】
とおくと、(1)〜(4)式はそれぞれ90゜ずつ位相のず
れた(5)〜(8)式で表わされる信号となる。 PD1＝Ａ＋Bcos ……(5) PD2＝Ａ−Bcos ……(6) PD3＝Ａ−Bsin ……(7) PD4＝Ａ＋Bsin ……(8) 第２図に示す回路において、差演算回路７１は
光検出器５１，５２からの(5)式、(6)式で表わされ
る各信号を入力し、両信号の差を演算することに
よつてその出力端に、2Bcosなる信号を出力す
る。同じように、差演算回路７２は、(7)式、(8)式
で表わされる各信号を入力し、両信号の差を演算
することによつてその出力端に、−2Bsinなる信
号を出力する。加算回路７３は、それぞれミキサ
８１，８２を通つて印加される各信号を加算する
ことによつて、その出力端に、2Bsin（ωct−）
なる周波数信号を得る。ここでωcは、ミキサ８
１，８２に加するキヤリア信号のキヤリア周波数
を示す。カウンタ９１は、加算回路７３からの周
波数信号を計数し、また、カウンタ９２はキヤリ
ア信号の周波数を計数する。演算回路９０は、各
カウンタ９１，９２からの計数値の差を演算する
ことによつて、ターゲツト３の矢印ｚ方向の変位
量に対応する位相量＝2π／λ・Ｚを求めることが できる。 なお、各光検出器５１〜５４からの出力信号の
演算処理回路としては、第２図のブロツク図以外
の他の回路を用いてもよい。 また、第２図において、光検出器５２を省略し
て３個の光検出器とし、この部分の回路として、
第６図に示すような演算処理回路を用いるように
してもよい。 すなわち、第６図において第２図と異なる点
は、光検出器５１，５３からの(5)式、(7)式で表わ
される信号の差を演算することによつて√２
Bsin（＋π／４）なる信号を得、また、光検出
器５１，５４からの(5)式、(8)式で表わされる信号
の差を演算することによつて、−√２Bsin（−
π／４）なる信号を得るようにし、位相差量を
演算するようにしたものである。 なお、上記の実施例において、ターゲツト３の
拡散面３０に、再帰性反射物を貼布するように
し、検出感度を増大させるようにしてもよい。ま
た、ここでは、受光器５５，５６として、CCD
のようなイメージセンサを用いることを想定した
が、これらに空間フイルタを組合せたようなパタ
ーン検出器を用いてもよい。また、ここではター
ゲツト３のｘ，ｙ，ｚ方向の変位量や移動速度を
測定する場合を説明したが、ターゲツト３の振動
数や回転数あるいは形状変化等、各種の３次元の
機械量を測定することができる。 以上説明したように、本発明に係る装置によれ
ば、被測定機械量が与えられるターゲツトとは非
接触で、このターゲツトの３次元の変位量など各
種機械量を高分解能で測定することができる。
れた(5)〜(8)式で表わされる信号となる。 PD1＝Ａ＋Bcos ……(5) PD2＝Ａ−Bcos ……(6) PD3＝Ａ−Bsin ……(7) PD4＝Ａ＋Bsin ……(8) 第２図に示す回路において、差演算回路７１は
光検出器５１，５２からの(5)式、(6)式で表わされ
る各信号を入力し、両信号の差を演算することに
よつてその出力端に、2Bcosなる信号を出力す
る。同じように、差演算回路７２は、(7)式、(8)式
で表わされる各信号を入力し、両信号の差を演算
することによつてその出力端に、−2Bsinなる信
号を出力する。加算回路７３は、それぞれミキサ
８１，８２を通つて印加される各信号を加算する
ことによつて、その出力端に、2Bsin（ωct−）
なる周波数信号を得る。ここでωcは、ミキサ８
１，８２に加するキヤリア信号のキヤリア周波数
を示す。カウンタ９１は、加算回路７３からの周
波数信号を計数し、また、カウンタ９２はキヤリ
ア信号の周波数を計数する。演算回路９０は、各
カウンタ９１，９２からの計数値の差を演算する
ことによつて、ターゲツト３の矢印ｚ方向の変位
量に対応する位相量＝2π／λ・Ｚを求めることが できる。 なお、各光検出器５１〜５４からの出力信号の
演算処理回路としては、第２図のブロツク図以外
の他の回路を用いてもよい。 また、第２図において、光検出器５２を省略し
て３個の光検出器とし、この部分の回路として、
第６図に示すような演算処理回路を用いるように
してもよい。 すなわち、第６図において第２図と異なる点
は、光検出器５１，５３からの(5)式、(7)式で表わ
される信号の差を演算することによつて√２
Bsin（＋π／４）なる信号を得、また、光検出
器５１，５４からの(5)式、(8)式で表わされる信号
の差を演算することによつて、−√２Bsin（−
π／４）なる信号を得るようにし、位相差量を
演算するようにしたものである。 なお、上記の実施例において、ターゲツト３の
拡散面３０に、再帰性反射物を貼布するように
し、検出感度を増大させるようにしてもよい。ま
た、ここでは、受光器５５，５６として、CCD
のようなイメージセンサを用いることを想定した
が、これらに空間フイルタを組合せたようなパタ
ーン検出器を用いてもよい。また、ここではター
ゲツト３のｘ，ｙ，ｚ方向の変位量や移動速度を
測定する場合を説明したが、ターゲツト３の振動
数や回転数あるいは形状変化等、各種の３次元の
機械量を測定することができる。 以上説明したように、本発明に係る装置によれ
ば、被測定機械量が与えられるターゲツトとは非
接触で、このターゲツトの３次元の変位量など各
種機械量を高分解能で測定することができる。
第１図は本発明に係る装置の一例を示す構成説
明図、第２図は電気的な回路を示す構成ブロツク
図、第３図はｘ軸受光器（ｙ軸受光器）の受光面
につくられるスペツクルパターンの一例を示す説
明図、第４図はｘ軸受光器（ｙ軸受光器）から得
られる信号の周波数スペクトルを示す説明図、第
５図は第３、第４のPBSに入射する光及び各光
検出器に入射する光の電界を示す説明図、第６図
は電気回路の他の一例を示す要部構成ブロツク図
である。 １……光源、２１〜２４……偏光ビームスプリ
ツタ、１１，１２，３１，３２……レンズ、３３
……絞り板、３……ターゲツト、３０……拡散
面、４１，４２……ミラー、５１〜５４……光検
出器、５５，５６……受光器、６１，６２……
λ／４板。
明図、第２図は電気的な回路を示す構成ブロツク
図、第３図はｘ軸受光器（ｙ軸受光器）の受光面
につくられるスペツクルパターンの一例を示す説
明図、第４図はｘ軸受光器（ｙ軸受光器）から得
られる信号の周波数スペクトルを示す説明図、第
５図は第３、第４のPBSに入射する光及び各光
検出器に入射する光の電界を示す説明図、第６図
は電気回路の他の一例を示す要部構成ブロツク図
である。 １……光源、２１〜２４……偏光ビームスプリ
ツタ、１１，１２，３１，３２……レンズ、３３
……絞り板、３……ターゲツト、３０……拡散
面、４１，４２……ミラー、５１〜５４……光検
出器、５５，５６……受光器、６１，６２……
λ／４板。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 可干渉な光を出射する光源１と、 ｘ，ｙ，ｚ軸方向の被測定機械量が与えられる
ターゲツト３と、 前記光源からの光を２方向に分割する第１の偏
光ビームスプリツタ２１と、 この偏光ビームスプリツタで分割された一方の
光をλ／４板６１を介して前記ターゲツトに照射
すると共に、ターゲツトからの戻り光を前記λ／
４板を介して前記第１の偏光ビームスプリツタ２
１に導く光学系と、 前記第１の偏光ビームスプリツタを通過した前
記ターゲツトからの戻り光を２方向に分割する第
１の光分割手段２５と、 この第１の光分割手段で分割された一方の光を
さらに２方向に分割する第２の光分割手段２６
と、 第２の光分割手段で分割された各光を受光し、
各受光面に得られるスペツクルパターンのｘ軸方
向及びｙ軸方向の移動を検出するｘ軸受光手段５
５及びｙ軸受光手段５６と、 前記第１の光分割手段２５で分割された他方の
光が導かれる第２の偏光ビームスプリツタ２２
と、 前記第１の偏光ビームスプリツタで分割された
他方の光をλ／４板６２を介して、前記第２の偏
光ビームスプリツタ２２に導く光学系と、 前記第２の偏光ビームスプリツタ２２で分割さ
れた各光をそれぞれさらに２方向に分割する第
３、第４の偏光ビームスプリツタ２３，２４と、 前記第３、第４の偏光ビームスプリツタ２３，
２４で分割された各光をそれぞれ受光する光検出
手段５１〜５４と、 前記光検出手段５１〜５４からの信号を入力
し、差演算を含む所定の演算を行なうことにより
各光信号の位相差量φを求め、これから前記ター
ゲツトのｚ軸方向の移動量を求める演算手段と を備えた光学式機械量測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57108726A JPS58225302A (ja) | 1982-06-24 | 1982-06-24 | 光学式機械量測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57108726A JPS58225302A (ja) | 1982-06-24 | 1982-06-24 | 光学式機械量測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58225302A JPS58225302A (ja) | 1983-12-27 |
| JPH0141204B2 true JPH0141204B2 (ja) | 1989-09-04 |
Family
ID=14491986
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57108726A Granted JPS58225302A (ja) | 1982-06-24 | 1982-06-24 | 光学式機械量測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58225302A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2704987B2 (ja) * | 1988-02-17 | 1998-01-26 | 国際電信電話 株式会社 | 偏波ダイバーシティ光受信方式 |
| JP5260261B2 (ja) * | 2008-12-25 | 2013-08-14 | 株式会社雄島試作研究所 | 偏光分離型干渉計及び偏光分離干渉計型測長器 |
-
1982
- 1982-06-24 JP JP57108726A patent/JPS58225302A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58225302A (ja) | 1983-12-27 |
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