JPS58111704A - 光学式機械量測定装置 - Google Patents
光学式機械量測定装置Info
- Publication number
- JPS58111704A JPS58111704A JP56215250A JP21525081A JPS58111704A JP S58111704 A JPS58111704 A JP S58111704A JP 56215250 A JP56215250 A JP 56215250A JP 21525081 A JP21525081 A JP 21525081A JP S58111704 A JPS58111704 A JP S58111704A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- image sensor
- light
- mechanical quantity
- reflecting surface
- frequency signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/266—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light by interferometric means
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
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あって、その
変位方向が判別可能な高精度のこの種の装置を実現しよ
うとするものである。
変位方向が判別可能な高精度の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、光源からの光を被測定機械量が与
えられる可動反射面と、光源の光軸に対してθだけ傾け
た固定反射面とに照射するとともに、可動反射面からの
反射光と固定反射面からの反射光をイメージセンサ上に
照射させて、そこで干渉稿を作るようにし、イメージセ
ンサからの出力周波数信号をヘテロダイン検波するよう
にした点に構成上のひとつの特徴がある。
えられる可動反射面と、光源の光軸に対してθだけ傾け
た固定反射面とに照射するとともに、可動反射面からの
反射光と固定反射面からの反射光をイメージセンサ上に
照射させて、そこで干渉稿を作るようにし、イメージセ
ンサからの出力周波数信号をヘテロダイン検波するよう
にした点に構成上のひとつの特徴がある。
第１図は、本発明に係る装置の構成ブロック図である。
図において、１は光源で、ここからは可干渉な光、例え
ばレーザ光が出射する。２は光源１からの光ビームを拡
大するレンズ、５はハーフミラで、光源１の光軸Ｃｅに
対して、４５０傾斜させて設置されている。４１は鏡又
はキーーブコーナなど・７′構成されている可動反射面
で、これには例えば矢印ａ方向に移動する被測定変位Ｘ
が与えられておシ、光源１からの光が、ハーフミラ−５
を通って垂直に照射する。４２は固定反射面で、光源１
ている。なお、可動反射面４１と固定反射面４２とを入
れ替えた構成でもよい。５は例えばＭＯＳ ＣＯＤのイ
メージセンサで、その受光面には、可動反射面４１から
の反射光が、ハーフミラ−３で反射されて、照射される
とともに、固定反射面４２からの反射光が、ハーフミラ
−３を通って照射され、ふたつの反射光によってその受
光面上に干渉稿が作られるように設置されている。
ばレーザ光が出射する。２は光源１からの光ビームを拡
大するレンズ、５はハーフミラで、光源１の光軸Ｃｅに
対して、４５０傾斜させて設置されている。４１は鏡又
はキーーブコーナなど・７′構成されている可動反射面
で、これには例えば矢印ａ方向に移動する被測定変位Ｘ
が与えられておシ、光源１からの光が、ハーフミラ−５
を通って垂直に照射する。４２は固定反射面で、光源１
ている。なお、可動反射面４１と固定反射面４２とを入
れ替えた構成でもよい。５は例えばＭＯＳ ＣＯＤのイ
メージセンサで、その受光面には、可動反射面４１から
の反射光が、ハーフミラ−３で反射されて、照射される
とともに、固定反射面４２からの反射光が、ハーフミラ
−３を通って照射され、ふたつの反射光によってその受
光面上に干渉稿が作られるように設置されている。
６はイメージセンサ５からの出力周波数信号ｆと、発振
器６１からの出力信号ｆＲとをミキシングするミキサ、
７はミキサ６からの出力信号のｋかの特定な周波数信号
を通過させるローパスフィルλ８はローパスフィルタ７
からの周波数信号を計数セッサが使用される。
器６１からの出力信号ｆＲとをミキシングするミキサ、
７はミキサ６からの出力信号のｋかの特定な周波数信号
を通過させるローパスフィルλ８はローパスフィルタ７
からの周波数信号を計数セッサが使用される。
このように構成した装置の動作は次の通りでろる。光源
１から出射した、波長λの光は、レンズ２で拡大され、
光軸ｃｅに対して平行な平行光束となり、可動反射面４
１と、固定反射面４２とに照射される。可動反射面４１
と固定反射面４２とで反射した各反射光は、ハーフミラ
−３を反射、透過後、マイケルソンの光学系による干渉
と同じ原理で、干渉し、イメージセンサ５上に干渉稿を
形成させる。
１から出射した、波長λの光は、レンズ２で拡大され、
光軸ｃｅに対して平行な平行光束となり、可動反射面４
１と、固定反射面４２とに照射される。可動反射面４１
と固定反射面４２とで反射した各反射光は、ハーフミラ
−３を反射、透過後、マイケルソンの光学系による干渉
と同じ原理で、干渉し、イメージセンサ５上に干渉稿を
形成させる。
このときイメージセンサ５上に形成される干渉稿の、干
渉稿間隔ｄは（１）式で表わされ、また、可動反射面４
１がＸだけ変位したときの干渉稿の移動距離ｙけ（２）
式で表わされる。
渉稿間隔ｄは（１）式で表わされ、また、可動反射面４
１がＸだけ変位したときの干渉稿の移動距離ｙけ（２）
式で表わされる。
２°Ｘ
””５ｉｎｏ（２）
イメージセンサ５は、一端にクロック信号ｆが印加され
て駆動されており、出方端から、ｆｏ＝ｆ、／Ｎ（ただ
しｆけクロック信号の周波数であり、Ｎはイメージセン
サ５のビット数）を基本周波数とする周期信号ｆが出力
される。
て駆動されており、出方端から、ｆｏ＝ｆ、／Ｎ（ただ
しｆけクロック信号の周波数であり、Ｎはイメージセン
サ５のビット数）を基本周波数とする周期信号ｆが出力
される。
（−）
ここで、イメージセンサ５から得られる周波数信号ｆの
周波数スペクトルを調べたところ、第２図に示すような
結果が得られた。すなわち、基本周波数ｆ。の整数倍の
点でピークがあり、かつ、そのピークはイメージセンサ
５の全幅の１／整数と干渉稿の間隔が等しいところが一
番大きくなるもｄｘ／ｄｔに比例したΔｆｍだけ周波数
シフトすることが認められた。
周波数スペクトルを調べたところ、第２図に示すような
結果が得られた。すなわち、基本周波数ｆ。の整数倍の
点でピークがあり、かつ、そのピークはイメージセンサ
５の全幅の１／整数と干渉稿の間隔が等しいところが一
番大きくなるもｄｘ／ｄｔに比例したΔｆｍだけ周波数
シフトすることが認められた。
第１図において、ミーキサロはｍ矢高調波ｐｒｎ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、その出力をローパスフィルタ７を介すること
によって、ローパスフィルタ７の出力端に、（３）式で
示すような周波数信号ｆ。ＵＴを得る。
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、その出力をローパスフィルタ７を介すること
によって、ローパスフィルタ７の出力端に、（３）式で
示すような周波数信号ｆ。ＵＴを得る。
ｆＯＵＴ″ｍｆＯ”−ｉ’Ｒ−Δｆｍ（５）カウンタ８
は、この周波数信号を計数する。
は、この周波数信号を計数する。
演算回路９は、カウンタ８からの信号を人力し、（４）
式及び又は（５ン式に示すような演算を行うことに（４
） よって、可動反射面４１に与えられている変位Ｘ及び又
はその速度ｄｘ／ｄｔ を知ることができる。
式及び又は（５ン式に示すような演算を行うことに（４
） よって、可動反射面４１に与えられている変位Ｘ及び又
はその速度ｄｘ／ｄｔ を知ることができる。
ｘ
１［”Ｋ°Δｆｍ
＝ Ｋ （ｆｏＵＴ−（ｍｆｏ−ｆＲ））
（ｓ）なお、これらの式において、ｍｆｏ ｔ ｆ
Ｒは、あらかじめ定められておシ、既知であって、演算
回路９のメモリ手段に記憶されているものとする。なお
ことで使用するｍ次の高調波としては干渉じまの間隔と
イメジセンサの全幅／ｍが等くなるように選択すると最
適と々る。
（ｓ）なお、これらの式において、ｍｆｏ ｔ ｆ
Ｒは、あらかじめ定められておシ、既知であって、演算
回路９のメモリ手段に記憶されているものとする。なお
ことで使用するｍ次の高調波としては干渉じまの間隔と
イメジセンサの全幅／ｍが等くなるように選択すると最
適と々る。
このように構成される装置は、周波数シフトΔｆｍが可
動反射面４１の移動方向に応じて、正、負の極性に変る
ため、との極性から可動反射面４１に与えられている変
位Ｘの変位方向の判別をも同時に行うことができる。ま
た、イメージセンサ５から得られる信号は、周波数信号
であるために、高分解能の速度及び又は変位測定を行う
ことができる。
動反射面４１の移動方向に応じて、正、負の極性に変る
ため、との極性から可動反射面４１に与えられている変
位Ｘの変位方向の判別をも同時に行うことができる。ま
た、イメージセンサ５から得られる信号は、周波数信号
であるために、高分解能の速度及び又は変位測定を行う
ことができる。
第３図は、本発明の他の実施例を示す構成ブロック図で
、とこでは、信号処理回路についてのみ示す。この実施
例においては、イメージセンサ５からの出力信号を入力
とするミキサ及びフィルタからなる系統を複数系統用意
し、各フィルタ７ａ。
、とこでは、信号処理回路についてのみ示す。この実施
例においては、イメージセンサ５からの出力信号を入力
とするミキサ及びフィルタからなる系統を複数系統用意
し、各フィルタ７ａ。
７ｂからの出力信号を選択スイッチＳによって選択して
、カウンタ８に印加するようにしたものである。なお、
各ミキサ６ａ、 ６ｂ 、、、には、各発振器６１ａ、
６ａｂ、、、から、それぞれ異なった次数の高調波に
近い周波数信号ｆＲ１”Ｒ２８９，が印加でれている。
、カウンタ８に印加するようにしたものである。なお、
各ミキサ６ａ、 ６ｂ 、、、には、各発振器６１ａ、
６ａｂ、、、から、それぞれ異なった次数の高調波に
近い周波数信号ｆＲ１”Ｒ２８９，が印加でれている。
この実施例においては、スイッチＳによって、信号振巾
の一番大きな次数の高調波信号の系統を選択するもので
、常に動作安定な装置が実現できられる変位Ｘ及びその
移動速度を測定する場合を例示したが、可動反射面の振
動数や形状変化等、ｒ ７ ） 可動反射面４１に与えられる各種の機械量を同様にして
知ることができる。また、ここでは、可動反射面及び固
定反射面を用いたが、いずれか一方、又は両方とも光の
拡散面を用いるようにしてもよい０ 第４図および第５図は、本発明装置に用いられるイメー
ジセンサ５の他の一例を示す接続図で、いずれもホトダ
イオードアレイを用いたものを示す０ 第４図に示すイメージセンサは、多数個のホトダイオ−
ドルＴ工、 ＰＴ２．、、 ＰＴｎを横一列に並べて配
列するとともに、各ホトダイオードからの信号を、バッ
ファアンプＢＡ１． ＢＡ２．、、 ＢＡｎおよびスイ
ッチｓｗ ｓｗ 、、、ｓｗを介して取り出すよう
に構成した１１ ２Ｔ ｎ ものである。ここで、スイッチＳＷ０〜ＳＷｎは、周波
数ｆ。のクロック信号によって順番に一定時間駆動され
るようになっている。
の一番大きな次数の高調波信号の系統を選択するもので
、常に動作安定な装置が実現できられる変位Ｘ及びその
移動速度を測定する場合を例示したが、可動反射面の振
動数や形状変化等、ｒ ７ ） 可動反射面４１に与えられる各種の機械量を同様にして
知ることができる。また、ここでは、可動反射面及び固
定反射面を用いたが、いずれか一方、又は両方とも光の
拡散面を用いるようにしてもよい０ 第４図および第５図は、本発明装置に用いられるイメー
ジセンサ５の他の一例を示す接続図で、いずれもホトダ
イオードアレイを用いたものを示す０ 第４図に示すイメージセンサは、多数個のホトダイオ−
ドルＴ工、 ＰＴ２．、、 ＰＴｎを横一列に並べて配
列するとともに、各ホトダイオードからの信号を、バッ
ファアンプＢＡ１． ＢＡ２．、、 ＢＡｎおよびスイ
ッチｓｗ ｓｗ 、、、ｓｗを介して取り出すよう
に構成した１１ ２Ｔ ｎ ものである。ここで、スイッチＳＷ０〜ＳＷｎは、周波
数ｆ。のクロック信号によって順番に一定時間駆動され
るようになっている。
第５図に示すイメージセンサは、多数個のホトダイオー
ドＰＴ１． ＰＴ２．、、 ＰＴｎを横一列に並べて配
列するとともに、２個置きに配列する各ホトダイオード
ＰＴ１． ＰＴ４・・・をひとつのグループとし、これ
らのグループの信号を、それぞれバッファアンプＢＡ□
、ＢＡ２．ＢＡ３及びスイッチｓｗ□、ｓｗ２．ｓｗ３
を介１．テ、取シ出すように構成したものである。ここ
で、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３は、クロック信号によって
順番に駆動される。このイメージセンナは、第４図のも
のに比べてバッファアンプ及びスイッチの数を大幅に減
少できる。なお、ここで、バツアアンプの数は３個以外
の他の数でもよい。
ドＰＴ１． ＰＴ２．、、 ＰＴｎを横一列に並べて配
列するとともに、２個置きに配列する各ホトダイオード
ＰＴ１． ＰＴ４・・・をひとつのグループとし、これ
らのグループの信号を、それぞれバッファアンプＢＡ□
、ＢＡ２．ＢＡ３及びスイッチｓｗ□、ｓｗ２．ｓｗ３
を介１．テ、取シ出すように構成したものである。ここ
で、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３は、クロック信号によって
順番に駆動される。このイメージセンナは、第４図のも
のに比べてバッファアンプ及びスイッチの数を大幅に減
少できる。なお、ここで、バツアアンプの数は３個以外
の他の数でもよい。
以上説明したように、本発明に係る装置は、機械量が与
えられる可動反射面あるいは可動拡散面とは、非接触で
よく、また、信号処理回路が簡単で、高い精度で変位、
移動速度、角度、歪振動数等各種機械量の測定を行うこ
とができる。
えられる可動反射面あるいは可動拡散面とは、非接触で
よく、また、信号処理回路が簡単で、高い精度で変位、
移動速度、角度、歪振動数等各種機械量の測定を行うこ
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図はイメージセンサから得られる信号の周波数スペ
クトルを示す線図、第３図は本発明の他の実施例の信号
処理回路を示す構成ブロック図、第４図および第５図は
本発明に用いられる（ ８ ） イメージセンサの一例を示す接続図である。 １・・・光源、２・・・レンズ、３・・・ハーフミラ、
４１・・・可動反射面、４２・・・固定反射面、５・・
・イメージセンサ、６・・・ミキサ、７・・・ローパス
フィルタ、８・・・カウンタ、９・・・演算回路。
第２図はイメージセンサから得られる信号の周波数スペ
クトルを示す線図、第３図は本発明の他の実施例の信号
処理回路を示す構成ブロック図、第４図および第５図は
本発明に用いられる（ ８ ） イメージセンサの一例を示す接続図である。 １・・・光源、２・・・レンズ、３・・・ハーフミラ、
４１・・・可動反射面、４２・・・固定反射面、５・・
・イメージセンサ、６・・・ミキサ、７・・・ローパス
フィルタ、８・・・カウンタ、９・・・演算回路。
Claims (1)
- （１） 可干渉な光を、被測定機械量が与えられる反
射面又は拡散面を有する可動部と、前記光源の光軸に対
して所定角度だけ傾斜させた反射面又は拡散面を有する
固定部とに照射し、前記可動部からの反射光又は拡散光
と、前記固定部からの反射光又は拡散光とをイメージセ
ンサ上に照射させこのイメージセンサ上に干渉稿を作る
ようにし、前記イメージセンサからの出力周波数信号を
ヘテロダイン検波し、得られた周波数信号を利用して所
定の演算を行い、前記可動部に与えられる機械量を知る
ようにした光学式機械量測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56215250A JPS58111704A (ja) | 1981-12-25 | 1981-12-25 | 光学式機械量測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56215250A JPS58111704A (ja) | 1981-12-25 | 1981-12-25 | 光学式機械量測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58111704A true JPS58111704A (ja) | 1983-07-02 |
| JPS6212442B2 JPS6212442B2 (ja) | 1987-03-18 |
Family
ID=16669198
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56215250A Granted JPS58111704A (ja) | 1981-12-25 | 1981-12-25 | 光学式機械量測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58111704A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6337202A (ja) * | 1986-07-31 | 1988-02-17 | Japan Spectroscopic Co | 光学的微小変位測定装置 |
| JPS6473254A (en) * | 1987-09-14 | 1989-03-17 | Hamamatsu Photonics Kk | Measuring apparatus for fast moving object |
| JP2008002191A (ja) * | 2006-06-23 | 2008-01-10 | Toyo Exterior Co Ltd | 折板屋根の雨水誘導装置 |
-
1981
- 1981-12-25 JP JP56215250A patent/JPS58111704A/ja active Granted
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6337202A (ja) * | 1986-07-31 | 1988-02-17 | Japan Spectroscopic Co | 光学的微小変位測定装置 |
| JPS6473254A (en) * | 1987-09-14 | 1989-03-17 | Hamamatsu Photonics Kk | Measuring apparatus for fast moving object |
| JP2008002191A (ja) * | 2006-06-23 | 2008-01-10 | Toyo Exterior Co Ltd | 折板屋根の雨水誘導装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6212442B2 (ja) | 1987-03-18 |
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