JPH0772005A - Measuring device for minute periodic vibration displacement - Google Patents
Measuring device for minute periodic vibration displacementInfo
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- JPH0772005A JPH0772005A JP23730293A JP23730293A JPH0772005A JP H0772005 A JPH0772005 A JP H0772005A JP 23730293 A JP23730293 A JP 23730293A JP 23730293 A JP23730293 A JP 23730293A JP H0772005 A JPH0772005 A JP H0772005A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 被測定物の表面変位を広い範囲で同時に容易
に測定でき、しかも振幅強度に加えて位相をも検出でき
る変位測定装置を提供する。
【構成】 圧電体12に発振器17により周期的な電気
信号を与え、その信号によって励起された機械振動の表
面変位を光学的に測定する。圧電体12に入力される電
気信号に同期してパルス発生器18により半導体レーザ
光源11を瞬間的に発光させることによって、表面変位
を静止画像データとして画像入力手段14に取り込む。
19はフレームメモリであり、20は画像表示手段であ
る。16はレンズ、15はビームスプリッタ、13は参
照面であり、マイケルソン型干渉計を構成している。1
31は参照面移動の駆動手段であり、これにより縞走査
を行うことができる。
(57) [Summary] [Object] To provide a displacement measuring device capable of easily measuring the surface displacement of an object to be measured in a wide range at the same time and detecting the phase in addition to the amplitude intensity. A periodic electric signal is applied to the piezoelectric body 12 by an oscillator 17, and the surface displacement of mechanical vibration excited by the signal is optically measured. The semiconductor laser light source 11 is momentarily caused to emit light by the pulse generator 18 in synchronization with the electric signal input to the piezoelectric body 12, and the surface displacement is captured in the image input means 14 as still image data.
Reference numeral 19 is a frame memory, and 20 is an image display means. Reference numeral 16 is a lens, 15 is a beam splitter, and 13 is a reference plane, which constitutes a Michelson interferometer. 1
Reference numeral 31 is a drive unit for moving the reference plane, which enables fringe scanning.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、微小周期振動変位の測
定装置に関するものであり、特に画像により弾性体表面
の微小周期振動変位を測定する装置に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for measuring minute periodic vibration displacement, and more particularly to a device for measuring minute periodic vibration displacement on the surface of an elastic body by an image.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、圧電体を用いた素子またはデバイ
ス、例えば超音波モータ、弾性表面波素子、光学弾性波
素子等は、近年その重要性が増大しつつあり、盛んに研
究がなされている。これらにおいて伝播する弾性波の挙
動は大変複雑であり、これを測定または観測する手段が
種々考えられてきている。2. Description of the Related Art In recent years, elements or devices using a piezoelectric material, such as ultrasonic motors, surface acoustic wave elements, and optical surface acoustic wave elements, have been increasing in importance in recent years and are being actively researched. . The behavior of elastic waves propagating in these is very complicated, and various means for measuring or observing them have been considered.
【0003】図10及び図11は、それぞれ被測定物を
伝播する弾性波を1点で測定するシステムを示すもので
あり、これらは通常光プローブ法と呼ばれている技術で
ある。FIG. 10 and FIG. 11 each show a system for measuring an elastic wave propagating through an object to be measured at one point, which is a technique usually called an optical probe method.
【0004】図10のシステムは、弾性表面波素子にレ
ーザビームを照射し、その1次回折光を検出する従来例
の1つである。同図において、101は被測定物たる弾
性表面波素子、102はレーザ光源、103は光検出
器、104は直接反射光と1次回折光とを分離するため
のスリット、105は弾性表面波素子を載置した可動ス
テージ、106は該ステージの位置を測定するポテンシ
ョメータ、107は弾性表面波素子101に弾性表面波
を励起させるための発振器、109は弾性表面波素子1
01に入力される信号を或る周期でON・OFFするた
めのパルス発生器、108はミキサー、110はパルス
発生器109と同期した信号を検出するためのロックイ
ンアンプ、111はX−Yレコーダである。レーザ光が
照射されている部分に弾性表面波が伝播していると、弾
性表面波による素子の表面の凹凸によって弾性表面波の
進行方向とその逆方向とに回折光が発生する。この時、
1次回折光と直接反射光とを測定することにより、弾性
表面波の振幅強度が測定される。The system shown in FIG. 10 is one of conventional examples in which a surface acoustic wave element is irradiated with a laser beam and the first-order diffracted light thereof is detected. In the figure, 101 is a surface acoustic wave element as an object to be measured, 102 is a laser light source, 103 is a photodetector, 104 is a slit for separating directly reflected light and first-order diffracted light, and 105 is a surface acoustic wave element. Mounted movable stage, 106 is a potentiometer for measuring the position of the stage, 107 is an oscillator for exciting the surface acoustic wave element 101 with surface acoustic wave, and 109 is the surface acoustic wave element 1.
A pulse generator for turning on / off the signal input to 01 at a certain cycle, a mixer 108, a lock-in amplifier 110 for detecting a signal synchronized with the pulse generator 109, and an XY recorder 111. Is. When the surface acoustic wave propagates to the portion irradiated with the laser light, diffracted light is generated in the traveling direction of the surface acoustic wave and the opposite direction due to the surface roughness of the element due to the surface acoustic wave. At this time,
The amplitude intensity of the surface acoustic wave is measured by measuring the first-order diffracted light and the directly reflected light.
【0005】図11のシステムは、光ファイバリング干
渉計で弾性波を観測する従来例の1つである。同図にお
いて、11は光源、112,112’は方向性結合器、
113は遅延ループ、114は短い光路、115は集光
レンズ、116は受光素子、12は被測定物である。光
源11から出射したレーザ光は方向性結合器112で遅
延ループ113と短い光路114とに分割される。遅延
ループ113を通過し、方向性結合器112’を経て、
被測定物12の測定面で反射し、短いループ114を通
って再び方向性結合器112を通過して受光素子116
に達した光と、逆のルートで受光素子116に達した光
との干渉で被測定物たる弾性体の表面変位を測定する。The system of FIG. 11 is one of the conventional examples of observing elastic waves with an optical fiber ring interferometer. In the figure, 11 is a light source, 112 and 112 'are directional couplers,
Reference numeral 113 is a delay loop, 114 is a short optical path, 115 is a condenser lens, 116 is a light receiving element, and 12 is an object to be measured. Laser light emitted from the light source 11 is split into a delay loop 113 and a short optical path 114 by a directional coupler 112. After passing through the delay loop 113 and the directional coupler 112 ′,
The light is reflected by the measurement surface of the DUT 12, passes through the short loop 114, passes through the directional coupler 112 again, and receives the light receiving element 116.
The surface displacement of the elastic body, which is the object to be measured, is measured by the interference between the light that has reached the point and the light that has reached the light receiving element 116 by the opposite route.
【0006】図12は従来の弾性波観測システムの別の
例である。本システムの場合、レーザ光源Sからの光を
超音波回折セル121で回折させ、スリットS1を通過
させた後、非回折光をレンズL1で広げ、被測定物12
0の観測したい範囲全体を照射している。この方式では
超音波回折セル121で回折した光と被測定物120上
を伝播する弾性表面波によって回折された光との干渉で
感光板hrgにホログラムが形成される。L2,L3は
レンズであり、S2はスリットである。L4,L5はレ
ンズ、S3はスリット、SCRは再生像形成スクリーン
である。122はホログラム作成用光学系であり、12
3は弾性波伝播パターンの再生用光学系である。このシ
ステムにおいては、再生用光学系123でホログラムh
rgを照射することにより、弾性表面波の振幅強度だけ
でなく、位相情報も観測できる。FIG. 12 shows another example of a conventional elastic wave observation system. In the case of this system, after the light from the laser light source S is diffracted by the ultrasonic diffraction cell 121 and passed through the slit S1, the non-diffracted light is spread by the lens L1, and the object to be measured 12
Irradiate the entire range of 0 that you want to observe. In this method, a hologram is formed on the photosensitive plate hrg by the interference between the light diffracted by the ultrasonic diffraction cell 121 and the light diffracted by the surface acoustic wave propagating on the DUT 120. L2 and L3 are lenses, and S2 is a slit. L4 and L5 are lenses, S3 is a slit, and SCR is a reproduced image forming screen. Reference numeral 122 is an optical system for hologram production.
Reference numeral 3 is an optical system for reproducing an elastic wave propagation pattern. In this system, the hologram h is reproduced by the reproduction optical system 123.
By irradiating rg, not only the amplitude intensity of the surface acoustic wave but also phase information can be observed.
【0007】図10のシステムと図12のシステムは
「弾性表面波工学;電子通信学会第6章測定技術」に記
載されており、図11のシステムは弾性波素子技術第1
50委員会第25回研究会資料「リング干渉方式による
圧電振動の計測と評価;大木、嶋、塩崎」に記載されて
いる。The system of FIG. 10 and the system of FIG. 12 are described in “Surface Acoustic Wave Engineering; The Institute of Electronics, Communication and Communication, Chapter 6, Measurement Technology”, and the system of FIG.
50 Committee 25th Study Meeting Material "Measurement and evaluation of piezoelectric vibration by ring interference method; Oki, Shima, Shiozaki".
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】図10の方式は非常に
簡便ではあるが、素子の表面に弾性表面波が伝播する際
に形成される凹凸を回折格子として用いるため、弾性表
面波の波長がレーザビーム径に対して十分大きいことが
必要である。この理由から、弾性表面波がレーザビーム
径の範囲内で位相がそろって伝播していない場合、回折
光の検出が困難であり、弾性表面波の波長レベルの観測
はできない。また、弾性表面波の振幅の大きさはレーザ
の0次光と1次回折光との比から求められるが、位相情
報は得られない。Although the method of FIG. 10 is very simple, since the surface roughness of the surface acoustic wave propagates to the surface of the element is used as a diffraction grating, the wavelength of the surface acoustic wave is reduced. It must be sufficiently large with respect to the laser beam diameter. For this reason, if the surface acoustic waves do not propagate in phase within the range of the laser beam diameter, it is difficult to detect the diffracted light and the wavelength level of the surface acoustic waves cannot be observed. Further, the magnitude of the amplitude of the surface acoustic wave is obtained from the ratio between the 0th order light and the 1st order diffracted light of the laser, but phase information cannot be obtained.
【0009】図11の方式では、弾性体の表面変位の振
幅の大きさ及び位相の情報が得られ、高い周波数でも感
度よく測定できる。しかしながら、光プローブ法の場
合、1点のデータのみしか得られないので、高精度のス
テージコントローラが必要になる。In the system of FIG. 11, information on the magnitude and phase of the surface displacement of the elastic body can be obtained, and the measurement can be performed with high sensitivity even at a high frequency. However, in the case of the optical probe method, since only one point of data can be obtained, a highly accurate stage controller is required.
【0010】一方、図12の方式では、その都度ホログ
ラムを作成しなければならず面倒であるという問題が生
じる。On the other hand, the method of FIG. 12 has a problem that it is troublesome that a hologram has to be created each time.
【0011】そこで、本発明は、上記従来技術の問題点
に鑑み、被測定物の表面変位を広い範囲で同時に容易に
測定でき、しかも振幅強度に加えて位相をも検出できる
変位測定装置を提供することを目的とするものである。In view of the above-mentioned problems of the prior art, the present invention provides a displacement measuring device capable of easily measuring the surface displacement of an object to be measured simultaneously in a wide range and detecting the phase in addition to the amplitude intensity. The purpose is to do.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、以上の
如き目的を達成するものとして、圧電体に周期的な電気
信号を与え、その信号によって励起された機械振動の表
面変位を光学的に測定する装置において、圧電体に入力
される電気信号に同期して光源を瞬間的に発光させるこ
とによって、表面変位を静止画像データとして取り込む
ことを特徴とする微小周期振動変位の測定装置、が提供
される。According to the present invention, in order to achieve the above object, a periodic electric signal is applied to a piezoelectric body, and the surface displacement of mechanical vibration excited by the signal is optically transmitted. In the device for measuring the above, a measuring device for minute periodic vibration displacement, characterized in that surface displacement is captured as still image data by instantaneously emitting a light source in synchronization with an electric signal input to a piezoelectric body, Provided.
【0013】ここで、前記光源の周期的発光が前記圧電
体に入力される電気信号と或る一定の位相差θを有する
ときの画像データと、前記光源の周期的発光が前記圧電
体に入力される電気信号と位相差θ+180°を有する
ときの画像データとを引き算することにより変位を測定
する様にしてもよい。Here, image data when the periodic light emission of the light source has a certain phase difference θ with an electric signal input to the piezoelectric body, and the periodic light emission of the light source is input to the piezoelectric body. The displacement may be measured by subtracting the generated electric signal and the image data when the phase difference is θ + 180 °.
【0014】また、本発明によれば、以上の如き目的を
達成するものとして、圧電体に周期的な電気信号を与
え、その信号によって励起された機械振動の表面変位を
光学的に測定する装置において、圧電体に入力される電
気信号の周期と光源の発光周期とをわずかに異ならせ、
前記圧電体の表面変位を該圧電体に入力される電気信号
の周期と光源発光周期との差に基づくビート信号として
測定することを特徴とする微小周期振動変位の測定装
置、が提供される。Further, according to the present invention, in order to achieve the above object, an apparatus for applying a periodic electric signal to a piezoelectric body and optically measuring a surface displacement of mechanical vibration excited by the signal. At, the period of the electric signal input to the piezoelectric body and the light emission period of the light source are slightly different,
There is provided a measuring device for minute cyclic vibration displacement, characterized in that the surface displacement of the piezoelectric body is measured as a beat signal based on a difference between a cycle of an electric signal input to the piezoelectric body and a light source emission cycle.
【0015】以上の本発明においては、前記機械振動の
表面変位を測定するための手段の光学系としては、マイ
ケルソン型干渉計を含んでなるものや、フィゾー型干渉
計を含んでなるものや、ファブリーペロー型干渉計を含
んでなるものを用いることができる。ここで、前記光学
系として干渉縞の縞走査法の実行のための手段を有する
ものを用いることができる。また、前記光学系が前記圧
電体を移動制御するための手段を有し、得られる複数の
干渉縞の画像データをつなぎあわせ合成する手段を有す
るものを用いることができる。In the above-mentioned present invention, the optical system of the means for measuring the surface displacement of the mechanical vibration includes a Michelson interferometer or a Fizeau interferometer. , A Fabry-Perot interferometer can be used. Here, as the optical system, one having means for executing the fringe scanning method of the interference fringes can be used. Further, it is possible to use one in which the optical system has means for controlling the movement of the piezoelectric body, and has means for joining and synthesizing image data of a plurality of obtained interference fringes.
【0016】本発明の一態様においては、前記圧電体に
入力される電気信号はバースト信号であり、前記圧電体
に電気信号が入力されていない時間帯では前記光源が発
光しないように制御されるか、同時間帯では前記画像入
力手段のシャッターが閉じられるように制御される。こ
れによれば、装置の発熱や疲労劣化が防止される。In one aspect of the present invention, the electric signal input to the piezoelectric body is a burst signal, and the light source is controlled so as not to emit light during a time period when the electric signal is not input to the piezoelectric body. Alternatively, the shutter of the image input means is controlled to be closed during the same time period. According to this, heat generation and fatigue deterioration of the device are prevented.
【0017】本発明の他の態様においては、前記光源は
半導体レーザである。該半導体レーザとしては多量子井
戸型半導体レーザを用いることができる。In another aspect of the present invention, the light source is a semiconductor laser. A multi-quantum well type semiconductor laser can be used as the semiconductor laser.
【0018】[0018]
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の具体的実
施例を説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Specific embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0019】(実施例1)図1に本発明の第1の実施例
を示す。本実施例は、マイケルソン型干渉計を用いて光
学系を構成した例である。11は光源、12は被測定物
(圧電体)、13は干渉計の参照面、131は該参照面
を前後に移動する機構、14はCCDなどの画像入力手
段、15はビームスプリッタ(ハーフミラー)、16は
レンズ、17は被測定物(圧電体)に入力する信号の発
生器(発振器)、18はパルス発生器、19は画像デー
タを蓄積するフレームメモリ、20はCRTなどの画像
表示手段である。パルス発生器18は、被測定物12へ
の入力信号の発生器17に同期しており、光源11の発
光を制御する。(Embodiment 1) FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. The present embodiment is an example in which an optical system is configured using a Michelson interferometer. Reference numeral 11 is a light source, 12 is an object to be measured (piezoelectric body), 13 is a reference surface of an interferometer, 131 is a mechanism for moving the reference surface back and forth, 14 is an image input means such as CCD, and 15 is a beam splitter (half mirror). ), 16 is a lens, 17 is a generator (oscillator) of a signal input to the object to be measured (piezoelectric body), 18 is a pulse generator, 19 is a frame memory for accumulating image data, and 20 is an image display means such as a CRT. Is. The pulse generator 18 is synchronized with the generator 17 of the input signal to the DUT 12, and controls the light emission of the light source 11.
【0020】図2に本実施例の動作原理を示す。同図に
おいて、w1,w2は光源11から出力された2つの平
行な光線成分であり、ビームスプリッタ15はw1,w
2に対して45°の角度をなして挿入されている。これ
ら光線成分w1,w2はビームスプリッタ15により分
割され、一部が反射されて被測定物12の測定面に垂直
に入射し、他の一部が透過して参照面13に垂直に入射
する。それぞれのビームが被測定面または参照面で反射
されて、再びビームスプリッタ15に到達した地点での
電界は以下のようになる: Er1=Ar1Sin(ω1 t−2Lr1/λ1 +φ1 ) …(1) Er2=Ar2Sin(ω1 t−2Lr2/λ1 +φ2 ) …(2) Es1=As1Sin(ω1 t−2Ls1/λ1 +φ1 ) …(3) Es2=As2Sin(ω1 t−2Ls2/λ1 +φ2 ) …(4) ここで、Er1はビームw1がビームスプリッタ15を透
過し、参照面13で反射され、再びビームスプリッタ1
5に到達したときの電界、Er2はビームw2が同様な経
路でビームスプリッタ15に到達したときの電界、Es1
はビームw1がビームスプリッタ15で反射され、被測
定物12の測定面で反射され、ビームスプリッタ15を
透過したときの電界、Es2はビームw2が同様な経路で
ビームスプリッタ15を透過したときの電界である。ま
た、Ar1,Ar2,As1,As2はそれぞれの電界の振幅、
ω1 ,λ1 は光源の光の角周波数と波長、tは時間、L
r1,Lr2,Ls1,Ls2はビームw1,w2が、ビームス
プリッタ15から参照面、測定面までの距離、φ1,φ
2はビームw1,w2の初期位相である。FIG. 2 shows the operating principle of this embodiment. In the figure, w1 and w2 are two parallel light ray components output from the light source 11, and the beam splitter 15 is w1 and w2.
It is inserted at an angle of 45 ° with respect to 2. These light ray components w1 and w2 are split by the beam splitter 15, a part of which is reflected and perpendicularly enters the measurement surface of the DUT 12, and another part of which is transmitted and perpendicularly enters the reference surface 13. The electric field at the point where each beam is reflected by the measured surface or the reference surface and reaches the beam splitter 15 again is as follows: E r1 = A r1 Sin (ω 1 t−2L r 1 / λ 1 + φ 1) ... (1) E r2 = A r2 Sin (ω 1 t-2L r2 / λ 1 + φ 2) ... (2) E s1 = A s1 Sin (ω 1 t-2L s1 / λ 1 + φ 1) ... ( 3) E s2 = a s2 Sin (ω 1 t-2L s2 / λ 1 + φ 2) ... (4) here, E r1 beam w1 is transmitted through the beam splitter 15, is reflected by the reference surface 13, again the beam Splitter 1
5, E r2 is the electric field when the beam w2 reaches the beam splitter 15 along a similar path, E s1
Is the electric field when the beam w1 is reflected by the beam splitter 15, is reflected by the measurement surface of the DUT 12 and is transmitted through the beam splitter 15, and E s2 is the electric field when the beam w2 is transmitted through the beam splitter 15 through a similar path. It is an electric field. Also, A r1 , A r2 , A s1 , and A s2 are the amplitudes of the respective electric fields,
ω 1 and λ 1 are the angular frequency and wavelength of the light from the light source, t is time, and L
In r1 , L r2 , L s1 , and L s2, the beams w1 and w2 are the distances from the beam splitter 15 to the reference plane and the measurement plane, φ1, φ
2 is the initial phase of the beams w1 and w2.
【0021】画像入力手段14で検出されるそれぞれの
光強度Io1,Io2は、(1)式のビームと(3)式のビ
ームとの干渉、(2)式のビームと(4)式のビームと
の干渉であるから、次式で表される: Io1=(Er1+Es1)2 =Ar1 2 /2 +As1 2 /2 −(Ar1 2 /2)Cos2(ω1 t−2Lr1/λ1 +φ1 ) −(As1 2 /2)Cos2(ω1 t−2Ls1/λ1 +φ1 ) −Ar1As1Cos(2ω1 t+2φ1 −2(Lr1+Ls1)/λ1 ) +Ar1As1Cos(2(Lr1−Ls1)/λ1 ) …(5) Io2=(E2r+E2s)2 =Ar2 2 /2 +As2 2 /2 −(Ar2 2 /2)Cos2(ω1 t−2Lr2/λ1 +φ2 ) −(As2 2 /2)Cos2(ω1 t−2Ls2/λ1 +φ2 ) −Ar2As2Cos(2ω1 t+2φ2 −2(Lr2+Ls2)/λ1 ) +Ar2As2Cos(2(Lr2−Ls2)/λ1 ) …(6) (5)式及び(6)式の右辺の第1項及び第2項は参照
面または干渉面までの距離に依存しない直流成分、第3
項〜第5項は光の2倍の周波数の成分で、画像入力手段
14では検出されない。第6項のみが参照面と干渉面と
の距離の差に依存する成分であり、もし、測定面に弾性
波による変位がなく、2つのビームの強度が等しい場合
は、(5)式及び(6)式の第6項は等しくなり、画像
入力手段14では均一の明るさが検出される。Ls1とL
s2は測定面に弾性波による変位がない場合の距離L
s10 ,Ls20 と、2つのビームが測定面に当たる点s
1,s2の距離dと、点s2における弾性波の初期位相
θとによって(7)式及び(8)式のように書き表すこ
とができる: Ls1=Ls10 +aSin(ω2 t+θ+d/λ2 ) …(7) Ls2=Ls20 +aSin(ω2 t+θ) …(8) ここで、aは弾性波の振幅、ω2 は弾性波の角周波数、
λ2 は弾性波の波長である。The respective light intensities I o1 and I o2 detected by the image input means 14 are the interference between the beam of the formula (1) and the beam of the formula (3), and the beam of the formula (2) and the formula (4). since the it is the interference of the beam, represented by the following formula: I o1 = (E r1 + E s1) 2 = a r1 2/2 + a s1 2/2 - (a r1 2/2) Cos2 (ω 1 t -2L r1 / λ 1 + φ 1 ) - (A s1 2/2) Cos2 (ω 1 t-2L s1 / λ 1 + φ 1) -A r1 A s1 Cos (2ω 1 t + 2φ 1 -2 (L r1 + L s1) / λ 1) + A r1 A s1 Cos (2 (L r1 -L s1) / λ 1) ... (5) I o2 = (E 2r + E 2s) 2 = A r2 2/2 + A s2 2/2 - (A r2 2/2) Cos2 (ω 1 t-2L r2 / λ 1 + φ 2) - (A s2 2/2) Cos2 (ω 1 t-2L s2 / λ 1 + φ 2) -A r2 A s2 Cos (2ω 1 t + 2φ 2 -2 (L r2 + L s2) λ 1) + A r2 A s2 Cos (2 (L r2 -L s2) / λ 1) ... (6) (5) and equation (6) the first term and the reference plane or interference surface and the second term of the right side of DC component independent of distance to the third
The items 5 to 5 are components having a frequency twice that of light and are not detected by the image input unit 14. Only the sixth term is a component that depends on the difference in the distance between the reference surface and the interference surface. If there is no displacement due to elastic waves on the measurement surface and the two beams have the same intensity, equations (5) and ( The sixth term of the equation (6) becomes equal, and the image input means 14 detects uniform brightness. L s1 and L
s2 is the distance L when there is no displacement due to elastic waves on the measurement surface
s10 , L s20 and the point s where the two beams hit the measurement surface
The distance d between 1, s2 and the initial phase θ of the elastic wave at the point s2 can be written as equations (7) and (8): L s1 = L s10 + aSin (ω 2 t + θ + d / λ 2 ). (7) L s2 = L s20 + aSin (ω 2 t + θ) (8) where a is the amplitude of the elastic wave, ω 2 is the angular frequency of the elastic wave,
λ 2 is the wavelength of the elastic wave.
【0022】画像入力手段14は通常時間的な積分機能
を有するため、弾性波の周期がこの画像入力手段14の
積分時間より十分短い場合、すなわち画像入力手段14
の応答周波数が弾性波の周波数より低い場合、(7)式
及び(8)式の第2項が平均化され、変位が観測されな
い。そこで、本発明では光源が弾性波の角周波数ω2に
同期してパルス発光する。図2においては、弾性波の位
相が実線で表される時刻t0 において発光した後、弾性
波の位相が逆になる時刻t1 では発光せず、弾性波が進
行し、再び実線の位相になる時刻t2 において再び発光
することによって、光源が発光している間は常に(7)
式及び(8)式で表される距離Ls1,Ls2が固定される
ため、画像入力手段14で積分される各点の光量も固定
され、干渉縞が観測できる。Since the image input means 14 normally has a time integration function, when the period of the elastic wave is sufficiently shorter than the integration time of the image input means 14, that is, the image input means 14
2 is lower than the frequency of the elastic wave, the second terms of the equations (7) and (8) are averaged and no displacement is observed. Therefore, in the present invention, the light source emits pulses in synchronization with the angular frequency ω 2 of the elastic wave. In FIG. 2, after emitting light at time t 0 when the phase of the elastic wave is represented by the solid line, it does not emit light at time t 1 when the phase of the elastic wave is reversed, and the elastic wave progresses and returns to the phase of the solid line again. When the light source emits light, the light is emitted again at time t 2 (7).
Since the distances L s1 and L s2 expressed by the equations and the equation (8) are fixed, the light quantity of each point integrated by the image input means 14 is also fixed, and the interference fringes can be observed.
【0023】ところで、単一周波数の光学干渉計で光源
の波長以下の変位を観測する場合、参照面を波長レベル
で移動し、干渉縞を走査する方法(いわゆるフリンジス
キャン法)がよく用いられる。参照面を前後に移動する
機構131はこのための機構であり、以下にその原理を
説明する。By the way, when observing a displacement of the light source or less with a single frequency optical interferometer, a method of moving the reference surface at the wavelength level and scanning the interference fringes (so-called fringe scanning method) is often used. The mechanism 131 for moving the reference plane back and forth is a mechanism for this purpose, and its principle will be described below.
【0024】(5)式及び(6)式の第6項をそれぞれ
I1ac ,I2ac とおき、これらに(7)式及び(8)式
を代入すると、次の様になる: I1ac =Ar1As1Cos(2(Lr1−Ls10 −aSin(ω2 t+θ+d/λ 2 ))/λ1 ) =A01Cos(A2 Sin(ω2 t+θ+d/λ2 )+ψ1 ) …(9 ) I2ac =Ar2As2Cos(2(Lr2−Ls20 −aSin(ω2 t+θ))/λ 1 ) =A02Cos(A2 Sin(ω2 t+θ)+ψ2 ) …(10) (ここで、A01=Ar1As1,A02=Ar2As2,A2 =−
2a/λ1 ,ψ1 =2(Lr1−Ls10 )/λ1 ,ψ2 =
2(Lr2−Ls20 )/λ1 =ψ1 )ここで、ψ1 (また
はψ2 )についてλ1 の範囲で積分する。すなわち、参
照面を移動することによってLr1,Lr2をλ1 の範囲で
変化させ、それぞれの参照面の位置で取り込んだ画像デ
ータをフレームメモリ上で積算する。これによって、上
記(9)式及び(10)式は(11)式及び(12)式
のようになり、弾性波による干渉縞の位相変化が正弦波
関数のもっとも感度が高い0度を中心とした変化とな
る: S1ac =∫I1ac dψ1 =A01Sin(A2 Sin(ω2 t+θ+d/λ2 )) …(11) S2ac =∫I2ac dψ1 =A02Sin(A2 Sin(ω2 t+θ)) …(12) さらに、弾性波による測定面の変位の2倍を光源の波長
λ1 で規格化した値A2 が十分小さい場合、S1ac ,S
2ac は(13)式及び(14)式となり、弾性波による
干渉縞の位相変化が正弦波関数で与えられる: S1ac =A01A2 Sin(ω2 t+θ+d/λ2 ) …(13) S2ac =A02A2 Sin(ω2 t+θ) …(14) 実際のフリンジスキャン法では、参照面を前後に移動す
る機構131にピエゾ素子などを用い、参照面の位置を
波長レベルで制御し、例えば90°ずつ位相をずらして
4つの画像データを取り込み、これらの積算をする。本
発明においてもこのような手法を用いることができる。The sixth terms of equations (5) and (6) are
I1ac , I2ac And the equations (7) and (8)
Substituting for: I1ac = Ar1As1Cos (2 (Lr1-Ls10 -ASin (ω2 t + θ + d / λ 2 )) / Λ1 ) = A01Cos (A2 Sin (ω2 t + θ + d / λ2 ) + Ψ1 )… (9) I2ac = Ar2As2Cos (2 (Lr2-Ls20 -ASin (ω2 t + θ)) / λ 1 ) = A02Cos (A2 Sin (ω2 t + θ) + ψ2 )… (10) (where A01= Ar1As1, A02= Ar2As2, A2 =-
2a / λ1 , Ψ1 = 2 (Lr1-Ls10 ) / Λ1 , Ψ2 =
2 (Lr2-Ls20 ) / Λ1 = Ψ1 ) Where ψ1 (Also
Is ψ2 ) About λ1 Integrate over the range of. That is,
L by moving the illumination surfacer1, Lr2Λ1 In the range of
Change the image data captured at each reference plane position.
Data on the frame memory. By this
The expressions (9) and (10) are the expressions (11) and (12).
And the phase change of the interference fringes due to the elastic wave becomes a sine wave.
The change is around 0 degree, which is the most sensitive function.
Ru: S1ac = ∫I1ac dψ1 = A01Sin (A2 Sin (ω2 t + θ + d / λ2 )) (11) S2ac = ∫I2ac dψ1 = A02Sin (A2 Sin (ω2 t + θ)) (12) Furthermore, twice the displacement of the measurement surface due to the elastic wave is the wavelength of the light source.
λ1 Value A standardized by2 Is small enough, S1ac , S
2ac Becomes equations (13) and (14), and
The phase change of the interference fringes is given by a sinusoidal function: S1ac = A01A2 Sin (ω2 t + θ + d / λ2 )… (13) S2ac = A02A2 Sin (ω2 t + θ) (14) In the actual fringe scan method, the reference plane is moved back and forth.
The position of the reference plane can be
Control at the wavelength level, for example by shifting the phase by 90 °
The four image data are fetched and these are integrated. Book
Such a method can also be used in the invention.
【0025】(実施例2)図3は本発明の第2の実施例
を説明する図で、被測定物の測定面31が平坦でない場
合に、弾性波が伝播する様子を示している。この場合、
実施例1と同じように時刻t0 ,t2 と同位相のときの
み光源が発光すると、この位相状態における弾性波によ
る表面変位と測定面の平面からのずれとが重なって実線
の変位32が観測される。ここで、t0 ,t2 とは逆の
位相となる時刻t1 と同位相となるときのみ光源が発光
するようにして同じように被測定物の測定面を観測する
と図3における点線の変位33が観測される。図1のフ
レームメモリ19で時刻t0,t2 と同位相のときの画
像データと時刻t1 と同位相のときの画像データとの差
をとれば、測定面31の平面からのずれがキャンセルさ
れ、弾性波による表面変位の変化のみが観測できる。(Embodiment 2) FIG. 3 is a view for explaining a second embodiment of the present invention, and shows how elastic waves propagate when the measurement surface 31 of the object to be measured is not flat. in this case,
When the light source emits light only at the same phase as the times t 0 and t 2 as in the first embodiment, the surface displacement due to the elastic wave and the deviation from the plane of the measurement surface in this phase state are overlapped with each other to cause the displacement 32 of the solid line. To be observed. Here, when the measurement surface of the DUT is observed in the same manner so that the light source emits light only when the phase is the same as the time t 1 which is the phase opposite to t 0 and t 2 , the displacement of the dotted line in FIG. 33 are observed. Taking the difference between the time t 0 in the frame memory 19 of FIG. 1, t 2 and the image data and the time t 1 when the in-phase and image data when the same phase, cancel the deviation from the plane of the measuring surface 31 Therefore, only changes in surface displacement due to elastic waves can be observed.
【0026】(実施例3)図4は本発明の第3の実施例
を説明する図で、図1と同じ構成で、光源のパルス発光
周期2π/ωo と弾性波の周期2π/ωs とをわずかに
ずらした時に観測される弾性波の位相を示している。同
図においては、測定面のある点の変位を縦軸に、時間を
横軸にとっている。ここで、周期2π/ωs の弾性波
を、周期2π/ωo のパルス光源で照射し、その変位を
検出すれば、波線のように光源のパルス発光周波数と弾
性波の周波数とのビートの周期2π/|ωo −ωs |で
弾性波が変位しているかのようになる。ビートの周期2
π/|ωo −ωs |が画像入力手段14の積分時間より
十分長ければ弾性波による測定面の変位が観測される。(Embodiment 3) FIG. 4 is a diagram for explaining a third embodiment of the present invention, which has the same configuration as that of FIG. 1 and has a pulse emission period 2π / ω o of the light source and an elastic wave period 2π / ω s. The phase of the elastic wave observed when and are slightly shifted is shown. In the figure, the vertical axis represents the displacement of a point on the measurement surface and the horizontal axis represents time. Here, if an elastic wave with a period of 2π / ω s is irradiated by a pulse light source with a period of 2π / ω o and its displacement is detected, the beat of the pulse light emission frequency of the light source and the frequency of the elastic wave is detected as a wavy line. It becomes as if the elastic wave is displaced at a period of 2π / | ω o −ω s |. Beat cycle 2
If π / | ω o −ω s | is sufficiently longer than the integration time of the image input means 14, displacement of the measurement surface due to elastic waves is observed.
【0027】(実施例4)図5は本発明の第4の実施例
を示す図である。本実施例は、フィゾー型干渉計を用い
て光学系を構成した例である。11は光源、12は被測
定物(圧電体)、13は干渉計の参照面、131は参照
面を前後に移動する機構、14はCCDなどの画像入力
手段、15,15’はビームスプリッタ(ハーフミラ
ー)、16はレンズ、17は被測定物(圧電体)に入力
する信号の発生器(発振器)、18はパルス発生器、1
9は画像データを蓄積するフレームメモリ、20はCR
Tなどの画像表示手段、21は測定面に結像するための
レンズである。光源11から出射された光はビームスプ
リッタ15’で下に向き、レンズ21を介してビームス
プリッタ15に向かう。ビームスプリッタ15で分かれ
たビームはそれぞれ測定面、参照面13で反射され、ビ
ームスプリッタ15で合成され、CCDなどの画像入力
手段14で観測される。(Embodiment 4) FIG. 5 is a diagram showing a fourth embodiment of the present invention. The present embodiment is an example in which an optical system is configured using a Fizeau interferometer. Reference numeral 11 is a light source, 12 is an object to be measured (piezoelectric body), 13 is a reference surface of an interferometer, 131 is a mechanism for moving the reference surface back and forth, 14 is an image input means such as CCD, and 15 and 15 'are beam splitters ( Half mirror), 16 is a lens, 17 is a signal generator (oscillator) for inputting to the object to be measured (piezoelectric body), 18 is a pulse generator, 1
9 is a frame memory for accumulating image data, 20 is a CR
Image display means such as T, 21 is a lens for forming an image on the measurement surface. The light emitted from the light source 11 is directed downward by the beam splitter 15 ′ and is directed to the beam splitter 15 via the lens 21. The beams split by the beam splitter 15 are reflected by the measurement surface and the reference surface 13, respectively, combined by the beam splitter 15, and observed by the image input means 14 such as a CCD.
【0028】フィゾー型干渉計の場合、マイケルソン型
干渉計と同様な原理で干渉縞が得られるので、実施例1
〜3と同様な方法で測定面の変位を計測できる。また、
フィゾー型干渉計の場合、参照光と測定光との光路長差
をほとんど0にしやすいので、可干渉距離の短いLED
や多モードレーザを光源として使用できる。本発明の場
合、光源をパルス発光させる必要があり、半導体レーザ
をパルス発光させると通常マルチモードになるけれど
も、この構成だと使用することができる。In the case of the Fizeau interferometer, since interference fringes can be obtained by the same principle as that of the Michelson interferometer, the first embodiment
The displacement of the measurement surface can be measured by the same method as described above. Also,
In the case of a Fizeau interferometer, it is easy to make the optical path length difference between the reference light and the measurement light almost zero.
A multimode laser can be used as a light source. In the case of the present invention, it is necessary to make the light source emit light in pulses, and when the semiconductor laser is made to emit light in pulse mode, a multimode is normally produced, but this structure can be used.
【0029】(実施例5)図6に本発明の第5の実施例
を示す。本発明は、ファブリーペロー型干渉計を用いて
光学系を構成した例である。11は光源、12は被測定
物(圧電体)、14はCCDなどの画像入力手段、1
5,15’はビームスプリッタ(ハーフミラー)、15
1,151’はハーフミラー15を前後に移動する機
構、16はレンズ、17は被測定物(圧電体)に入力す
る信号の発生器(発振器)、18はパルス発生器、19
は画像データを蓄積するフレームメモリ、20はCRT
などの画像表示手段、61,61’は測定面やハーフミ
ラーに垂直に光線を入射するためのレンズである。光源
11から出射された光はビームスプリッタ15’で下に
向き、レンズ61,61’を介してビームスプリッタ1
5に向かう。ビームスプリッタ15と測定面で多重反射
したビームの干渉光強度はCCDなどの画像入力手段1
4で観測される。(Embodiment 5) FIG. 6 shows a fifth embodiment of the present invention. The present invention is an example in which an optical system is configured using a Fabry-Perot interferometer. Reference numeral 11 is a light source, 12 is an object to be measured (piezoelectric body), 14 is an image input means such as a CCD, 1
5 and 15 'are beam splitters (half mirrors), 15
1, 151 'is a mechanism for moving the half mirror 15 back and forth, 16 is a lens, 17 is a generator (oscillator) of a signal to be input to an object to be measured (piezoelectric body), 18 is a pulse generator, 19
Is a frame memory for storing image data, 20 is a CRT
Image display means 61, 61 'are lenses for vertically injecting light rays onto the measurement surface and the half mirror. The light emitted from the light source 11 is directed downward by the beam splitter 15 ′ and passes through the lenses 61 and 61 ′ to the beam splitter 1.
Go to 5. The interference light intensity of the beam that is multiply reflected by the beam splitter 15 and the measurement surface is determined by the image input means 1 such as CCD.
Observed at 4.
【0030】図7にファブリーペロー型干渉計の原理を
示す。同図では、説明のため、ビームを斜めに入射した
状態が示されているが、実際はビームはハーフミラー1
5や、測定面71に対し垂直に入射される。同図におい
て、B0はハーフミラー15で反射したビーム、B1は
ハーフミラー15を透過し、測定面71で反射し、再び
ハーフミラー15を透過したビーム、B2はハーフミラ
ー15を透過し、測定面71で反射し、ハーフミラー1
5で反射し、再度測定面71で反射し、再びハーフミラ
ー15を透過したビーム、B3,B4,…は同様にして
反射を繰り返した後にハーフミラー15を透過したビー
ムである。FIG. 7 shows the principle of the Fabry-Perot interferometer. For the sake of explanation, the state in which the beam is obliquely incident is shown in the figure, but the beam is actually the half mirror 1.
5 or perpendicularly to the measurement surface 71. In the figure, B0 is a beam reflected by the half mirror 15, B1 is a beam which is transmitted through the half mirror 15 and is reflected by the measurement surface 71, is again transmitted by the half mirror 15, and B2 is transmitted by the half mirror 15 and is measured on the measurement surface. Reflected at 71, half mirror 1
The beams B3, B4, ..., Which are reflected by the beam No. 5, again reflected by the measurement surface 71, and transmitted through the half mirror 15 again, are beams which have been repeatedly reflected in the same manner and then transmitted through the half mirror 15.
【0031】それぞれのビームの電界をEb0,Eb1,E
b2,…とすると干渉光強度Ifpは(15)式で与えられ
る: Ifp=(Eb0+Eb1+Eb2+…)2 ={Afprh Cosω1 t +Afpth 2 rs Cos(ω1 t+2ψ) +Afpth 2 rh rs 2Cos(ω1 t+4ψ) +Afpth 2 rh 2rs 3Cos(ω1 t+6ψ) ・ ・ ・ }2 …(15) ここで、Afpはハーフミラー15に入射した光の電界の
振幅、rh ,th はハーフミラー15の反射係数と透過
係数、rs は被測定物の反射係数である。ψはハーフミ
ラー15と測定面71との距離を光の波長で除した値で
ある。The electric fields of the respective beams are represented by E b0 , E b1 , E
b2, ... interference light intensity I fp and a is given by (15): I fp = (E b0 + E b1 + E b2 + ...) 2 = {A fp r h Cosω 1 t + A fp t h 2 r s Cos (Ω 1 t + 2ψ) + A fp t h 2 r h r s 2 Cos (ω 1 t + 4 ψ) + A fp t h 2 r h 2 r s 3 Cos (ω 1 t + 6 ψ) ····} 2 (15) Where, A fp is the amplitude of the electric field of the light incident on the half mirror 15, r h and t h are the reflection coefficient and the transmission coefficient of the half mirror 15, and r s is the reflection coefficient of the object to be measured. ψ is a value obtained by dividing the distance between the half mirror 15 and the measurement surface 71 by the wavelength of light.
【0032】図8は(15)式においてrh =th =
0.5、rs =1のときの干渉光強度と、測定面とハー
フミラーとの距離との関係を表している。P点になるよ
うにハーフミラー15と測定面71との距離を制御して
おけば、測定面上の弾性波による変位が微小でも、大き
な強度変化があり、感度を向上できる。FIG. 8 shows the equation (15) in which r h = t h =
The relationship between the interference light intensity when 0.5 and r s = 1 and the distance between the measurement surface and the half mirror is shown. If the distance between the half mirror 15 and the measurement surface 71 is controlled so as to reach the point P, even if the displacement due to the elastic wave on the measurement surface is small, there is a large change in intensity and the sensitivity can be improved.
【0033】(実施例6)図9は本発明に従って取り込
んだ複数の画像94,95,96をつなぎ合わせ合成し
て、大きな範囲の弾性波による変位を測定する場合の概
念図を示している。同図では、櫛形電極93によって励
起された弾性表面波による測定面の変位を示している。
通常、弾性波による変位は測定したい範囲に対して非常
に小さいので、被測定物を可動ステージ上で制御し移動
させて複数の画像を取り込むと、ステージのピッチング
や、平面精度、被測定物の平面精度などにより、同じ測
定ポイントでも異なる画像では干渉縞の位相がずれるこ
とがある。しかしながら、本発明の場合、測定装置にフ
レームメモリを設け、複数の画像を取り込んで大きな範
囲を測定する場合、画像を重ねて入力する部分91,9
2を設け、この部分で干渉縞の位相補正をすることが可
能である。(Embodiment 6) FIG. 9 shows a conceptual diagram in the case where a plurality of images 94, 95, 96 captured according to the present invention are combined and synthesized to measure a displacement due to a large range of elastic waves. The figure shows the displacement of the measurement surface due to the surface acoustic wave excited by the comb-shaped electrode 93.
Usually, the displacement due to elastic waves is very small compared to the range to be measured, so if the object to be measured is controlled and moved on the movable stage and multiple images are captured, the pitching of the stage, the plane accuracy, the object to be measured, and so on. Due to the plane accuracy and the like, the phase of the interference fringes may shift in different images even at the same measurement point. However, in the case of the present invention, when a frame memory is provided in the measuring device to capture a plurality of images and measure a large range, the portions 91 and 9 for inputting the images in an overlapping manner.
2 is provided, and the phase of the interference fringes can be corrected in this portion.
【0034】本発明においては、光源11はパルス発光
が可能な光源である。また、画像として取り込むこと
と、参照面と測定面との距離に設計自由度を持たせるた
めに、光源としては可干渉性が高いレーザであることが
望ましい。本発明の装置で弾性表面波素子を計測する場
合、弾性表面波の周波数が高いため、所望のパルス幅は
数ナノ秒以下になる。この場合、固体レーザや気体レー
ザでは光源が大きくなってしまうので、半導体レーザが
適している。特に、多量子井戸型半導体レーザはパルス
発光してもマルチモードになりにくいため、この用途に
最適である。In the present invention, the light source 11 is a light source capable of pulsed light emission. Further, in order to capture as an image and to have a degree of freedom in designing the distance between the reference surface and the measurement surface, it is desirable that the light source is a laser having high coherence. When measuring the surface acoustic wave device with the device of the present invention, the desired pulse width is several nanoseconds or less because the frequency of the surface acoustic wave is high. In this case, a solid-state laser or a gas laser requires a large light source, and thus a semiconductor laser is suitable. In particular, a multi-quantum well semiconductor laser is suitable for this application because it does not easily become a multimode even if it emits pulses.
【0035】[0035]
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、圧電体
に周期的な電気信号を与え、その信号によって励起され
た機械振動の表面変位を光学的に測定する装置におい
て、被測定物の弾性波による変位を広い範囲で瞬時に検
出でき、被測定物を伝播する弾性波の振幅強度と位相と
を容易に検出できる。As described above, according to the present invention, in a device for applying a periodic electric signal to a piezoelectric body and optically measuring the surface displacement of mechanical vibration excited by the signal, the object to be measured is The displacement due to the elastic wave can be instantly detected in a wide range, and the amplitude intensity and phase of the elastic wave propagating through the measured object can be easily detected.
【図1】本発明の第1の実施例を示す概略構成図であ
る。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of the present invention.
【図2】マイケルソン型干渉計の原理を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the principle of a Michelson interferometer.
【図3】被測定物の測定面が平坦でない場合に弾性波が
伝播する様子を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing how an elastic wave propagates when a measurement surface of an object to be measured is not flat.
【図4】本発明の第3の実施例を示す概略構成図であ
る。FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing a third embodiment of the present invention.
【図5】本発明の第4の実施例を示す概略構成図であ
る。FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a fourth embodiment of the present invention.
【図6】本発明の第5の実施例を示す概略構成図であ
る。FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a fifth embodiment of the present invention.
【図7】ファブリーペロー型干渉計の原理図である。FIG. 7 is a principle diagram of a Fabry-Perot interferometer.
【図8】ファブリペロー型干渉計で得られる信号強度を
示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a signal intensity obtained by a Fabry-Perot interferometer.
【図9】取り込んだ複数の画像をつなぎ合わせて大きな
範囲の弾性波による変位を測定する場合の概念図を示す
図である。FIG. 9 is a diagram showing a conceptual diagram in the case where displacements due to elastic waves in a large range are measured by connecting a plurality of captured images.
【図10】弾性波による回折光を検出して弾性波による
変位を観測する従来例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a conventional example of observing a displacement due to an elastic wave by detecting diffracted light due to the elastic wave.
【図11】光ファイバリング干渉計で弾性波を観測する
従来例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a conventional example of observing elastic waves with an optical fiber ring interferometer.
【図12】従来の弾性波を観測するシステムの別の例を
示す図である。FIG. 12 is a diagram showing another example of a conventional system for observing elastic waves.
11 パルス発光する光源 12 被測定物(圧電体) 13 干渉計の参照面 131 参照面移動の駆動手段 14 画像入力手段(CCD) 15,15’ ビームスプリッタ(ハーフミラー) 151,151’ ビームスプリッタ(ハーフミラ
ー)移動の駆動手段 16 コリメータレンズ 17 圧電体を励起する発振器 18 パルス発生器 19 フレームメモリ 20 画像表示手段(CRT) 21 結像レンズ 61,61’ 測定面やハーフミラーに垂直に光線を
入射するためのレンズ 93 櫛形電極 94,95,96 画像データ 91,92 画像データの重なり合う部分 101 被測定物 102 光源(レーザ) 103 光検出器 104 スリット 105 可動ステージ 107 発振器 108 ミキサー 109 パルス発生器 110 ロックインアンプ 111 X−Yレコーダ 112,112’ 方向性結合器 113 遅延ループ 114 光路 115 集光レンズ 116 受光素子 120 被測定物 121 超音波回折セル 122 ホログラム作成用光学系 123 弾性波伝播パターンの再生用光学系 L1〜L5 レンズ S1〜S3 スリット hrg 感光板またはホログラム11 Light Source for Emitting Pulses 12 Object to be Measured (Piezoelectric Body) 13 Reference Surface of Interferometer 131 Driving Device for Moving Reference Surface 14 Image Input Means (CCD) 15, 15 'Beam Splitter (Half Mirror) 151, 151' Beam Splitter ( Half mirror) Moving driving means 16 Collimator lens 17 Oscillator for exciting piezoelectric body 18 Pulse generator 19 Frame memory 20 Image display means (CRT) 21 Imaging lens 61, 61 'Light rays are incident vertically on the measurement surface or half mirror. Lens 93 for combing electrode 94,95,96 image data 91,92 overlapping portion of image data 101 object to be measured 102 light source (laser) 103 photodetector 104 slit 105 movable stage 107 oscillator 108 mixer 109 pulse generator 110 lock In Amp 111 X Y recorder 112, 112 'Directional coupler 113 Delay loop 114 Optical path 115 Condenser lens 116 Light receiving element 120 Object to be measured 121 Ultrasonic diffraction cell 122 Hologram creating optical system 123 Elastic wave propagation pattern reproducing optical system L1 to L5 Lens S1 to S3 Slit hrg Photosensitive plate or hologram
Claims (11)
信号によって励起された機械振動の表面変位を光学的に
測定する装置において、圧電体に入力される電気信号に
同期して光源を瞬間的に発光させることによって、表面
変位を静止画像データとして取り込むことを特徴とする
微小周期振動変位の測定装置。1. In a device for applying a periodic electric signal to a piezoelectric body and optically measuring the surface displacement of mechanical vibration excited by the signal, a light source is synchronized with the electric signal input to the piezoelectric body. A device for measuring minute periodic vibration displacement, characterized in that surface displacement is captured as still image data by instantaneously emitting light.
力される電気信号と或る一定の位相差θを有するときの
画像データと、前記光源の周期的発光が前記圧電体に入
力される電気信号と位相差θ+180°を有するときの
画像データとを引き算することを特徴とする請求項1に
記載の微小周期振動変位の測定装置。2. Image data when the periodic light emission of the light source has a certain phase difference θ with an electric signal input to the piezoelectric body, and the periodic light emission of the light source is input to the piezoelectric body. The minute periodic vibration displacement measuring device according to claim 1, wherein the electric signal and the image data having a phase difference θ + 180 ° are subtracted from each other.
信号によって励起された機械振動の表面変位を光学的に
測定する装置において、圧電体に入力される電気信号の
周期と光源の発光周期とをわずかに異ならせ、前記圧電
体の表面変位を該圧電体に入力される電気信号の周期と
光源発光周期との差に基づくビート信号として測定する
ことを特徴とする微小周期振動変位の測定装置。3. In a device for applying a periodic electric signal to a piezoelectric body and optically measuring the surface displacement of mechanical vibration excited by the signal, the period of the electric signal inputted to the piezoelectric body and the light emission of a light source. The period is slightly different, and the surface displacement of the piezoelectric body is measured as a beat signal based on the difference between the period of the electric signal input to the piezoelectric body and the light source emission period. measuring device.
の手段の光学系がマイケルソン型干渉計を含んでなるこ
とを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の微小周
期振動変位の測定装置。4. The minute periodic vibration displacement according to claim 1, wherein the optical system of the means for measuring the surface displacement of the mechanical vibration comprises a Michelson interferometer. Measuring device.
の手段の光学系がフィゾー型干渉計を含んでなることを
特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の微小周期振
動変位の測定装置。5. The minute periodic vibration displacement according to claim 1, wherein the optical system of the means for measuring the surface displacement of the mechanical vibration comprises a Fizeau interferometer. measuring device.
の手段の光学系がファブリーペロー型干渉計を含んでな
ることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の微
小周期振動変位の測定装置。6. The micro periodic vibration displacement according to claim 1, wherein the optical system of the means for measuring the surface displacement of the mechanical vibration comprises a Fabry-Perot interferometer. Measuring device.
ための手段を有することを特徴とする請求項4〜6のい
ずれかに記載の微小周期振動変位の測定装置。7. The measuring device for minute periodic vibration displacement according to claim 4, wherein the optical system has means for executing a fringe scanning method for interference fringes.
ための手段を有し、得られる複数の干渉縞の画像データ
をつなぎあわせ合成する手段を有することを特徴とする
請求項4〜6のいずれかに記載の微小周期振動変位の測
定装置。8. The optical system has means for controlling movement of the piezoelectric body, and means for joining and synthesizing image data of a plurality of obtained interference fringes. 5. A measuring device for minute periodic vibration displacement according to any one of 1.
スト信号であり、前記圧電体に電気信号が入力されてい
ない時間帯では前記光源が発光しないように制御される
か、同時間帯では前記画像入力手段のシャッターが閉じ
られるように制御されることを特徴とする請求項1〜8
のいずれかに記載の微小周期振動変位の測定装置。9. The electric signal input to the piezoelectric body is a burst signal, and is controlled so that the light source does not emit light in a time period when the electric signal is not input to the piezoelectric body, or in the same time zone. 9. The shutter of the image input means is controlled so as to be closed.
5. A measuring device for minute periodic vibration displacement according to any one of 1.
特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の微小周期振
動変位の測定装置。10. The measuring device for minute periodic vibration displacement according to claim 1, wherein the light source is a semiconductor laser.
体レーザであることを特徴とする請求項10に記載の微
小周期振動変位の測定装置。11. The measuring device for minute periodic vibration displacement according to claim 10, wherein the semiconductor laser is a multi-quantum well semiconductor laser.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23730293A JP3150239B2 (en) | 1993-08-31 | 1993-08-31 | Measuring device for micro-periodic vibration displacement |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23730293A JP3150239B2 (en) | 1993-08-31 | 1993-08-31 | Measuring device for micro-periodic vibration displacement |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0772005A true JPH0772005A (en) | 1995-03-17 |
| JP3150239B2 JP3150239B2 (en) | 2001-03-26 |
Family
ID=17013355
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP23730293A Expired - Lifetime JP3150239B2 (en) | 1993-08-31 | 1993-08-31 | Measuring device for micro-periodic vibration displacement |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3150239B2 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010286477A (en) * | 2009-05-01 | 2010-12-24 | Board Of Trustees Of The Leland Stanford Jr Univ | Gyroscope and rotation detection method |
| KR20150101557A (en) * | 2014-02-27 | 2015-09-04 | 한국원자력연구원 | Apparatus and method for measurement of nonlinearity parameter using laser |
| CN108426630A (en) * | 2017-12-14 | 2018-08-21 | 北京遥测技术研究所 | A kind of double Michelson interference formula survey sonic transducers |
| JP2021110555A (en) * | 2020-01-06 | 2021-08-02 | 株式会社東芝 | Noncontact oscillation measurement device and noncontact oscillation measurement method |
| WO2022191201A1 (en) * | 2021-03-10 | 2022-09-15 | 長野計器株式会社 | Physical quantity measurement device |
-
1993
- 1993-08-31 JP JP23730293A patent/JP3150239B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
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|---|---|---|---|---|
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| KR20150101557A (en) * | 2014-02-27 | 2015-09-04 | 한국원자력연구원 | Apparatus and method for measurement of nonlinearity parameter using laser |
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| WO2022191201A1 (en) * | 2021-03-10 | 2022-09-15 | 長野計器株式会社 | Physical quantity measurement device |
| JPWO2022191201A1 (en) * | 2021-03-10 | 2022-09-15 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3150239B2 (en) | 2001-03-26 |
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