JP2002328011A - System and method for measuring displacement of plural points - Google Patents

System and method for measuring displacement of plural points

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JP2002328011A
JP2002328011A JP2001134796A JP2001134796A JP2002328011A JP 2002328011 A JP2002328011 A JP 2002328011A JP 2001134796 A JP2001134796 A JP 2001134796A JP 2001134796 A JP2001134796 A JP 2001134796A JP 2002328011 A JP2002328011 A JP 2002328011A
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semiconductor
light source
displacement
pulse
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Toshio Umada
俊雄 馬田
Kiyoshi Takahashi
高橋  清
Begyurin Philip
ベギュリン フィリップ
Kazuo Shinkawa
和夫 新川
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Kyushu TLO Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a system for measuring displacement of plural points, which can simultaneously measure the amount of displacement at a low cost even in the case the plural points are in close proximity to each other, has little restriction for arranging optical parts, has little measurement error, has a broad measurement range, and has high responsibility. SOLUTION: The system for measuring displacement of plural points is composed of optical fibers 4a, 4b,..., 4n, a plurality of semiconductor lasers 2a, 2b,..., 2n emitting laser light, semiconductor laser drivers 1a, 1b,..., 1n exciting the semiconductor lasers, and a semiconductor device for detecting position 10 which detects light current generated by the laser light focused on a photo- detecting surface through a condensing lens 9. Drive pulses are in turn sent to the semiconductor laser drivers 1a, 1b,..., 1n from a control section 11, and the semiconductor lasers 2a, 2b,..., 2n cyclically emit the laser light. At least, one among the condensing lens, the semiconductor device for detecting position and the light emitting edge of each optical fibers is installed at an object to be measured.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、測定対象物に複数
の光ファイバ,集光レンズ,半導体位置検出素子の少な
くともいずれかを取り付け、順次駆動パルスを送ってパ
ルス光源をサイクリックに発光させ、出射光の光点位置
を半導体位置検出素子で検出して複数の測定点の変位を
測定する多数点変位測定装置、及び複数の測定点の変位
を測定する多数点変位測定方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for mounting a plurality of optical fibers, a condenser lens, and a semiconductor position detecting element on an object to be measured, and sequentially sending drive pulses to cause a pulse light source to emit light cyclically. The present invention relates to a multi-point displacement measuring device for measuring the displacement of a plurality of measurement points by detecting the light spot position of emitted light with a semiconductor position detecting element, and to a multi-point displacement measurement method for measuring the displacement of a plurality of measurement points.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、高速で移動したり、変形したりす
る物体の変位、もしくは移動距離、変位量、あるいは変
形量を測定もしくは計測する手段として、原理を異にし
た数多くの測定装置が提案されている。例えば、電気抵
抗の変化や、静電容量の変化を検出する電気的な測定手
段、あるいは渦電流等でインダクタンスの変化を検出し
たり、ホール素子等の磁電変換素子を使って検出する磁
気的な測定手段、さらには弾性波を使って検出する測定
手段、レーザ干渉計等の光を使って計測する手段など原
理を異にする多数のものがある。しかし、これらはいず
れも高価であったり、高速応答性、測定範囲の点で問題
を有しており、精度に関してもあまり高い信頼性は期待
できないものが多い。例えば、引張試験装置、衝撃引張
試験装置においては、静的負荷から衝撃負荷までの様々
の負荷速度下で小振幅から大振幅までの変位を測定する
ことが期待されるが、このような広い測定範囲を高精度
でカバーする装置は今のところ存在しない。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a means for measuring or measuring the displacement, the moving distance, the displacement amount, or the deformation amount of an object moving or deforming at high speed, a number of measuring devices having different principles have been proposed. Have been. For example, an electrical measuring means for detecting a change in electric resistance or a change in capacitance, a change in inductance by using eddy current or the like, or a magnetic method for detecting using a magnetoelectric conversion element such as a Hall element. There are a large number of devices having different principles, such as a measuring device, a measuring device using an elastic wave, and a measuring device using light such as a laser interferometer. However, all of them are expensive, have problems in high-speed response, and measurement range, and in many cases, high reliability cannot be expected with respect to accuracy. For example, in tensile test equipment and impact tensile test equipment, it is expected to measure displacement from small amplitude to large amplitude under various load speeds from static load to impact load. There is currently no device that covers the area with high precision.

【0003】そこで、本発明者らはこの出願に先立って
以下のような変位測定装置を提案した(機会学会論文集
A編63-611.p1431およびA編64-628.p2975参照)。すな
わち、測定対象物に軽くてフレキシブルな光ファイバ端
を直接貼着し、この光ファイバから放出されるレーザ光
源の光をレンズで集光し、PSD(Position SensingDe
tector)センサで測定するものである。なお、このPS
DセンサはP層,N 層,N層の3層から構成される
半導体位置検出素子であって、入射光の受光面上の光点
位置に対応して出力端子の光電流出力に差が生じること
に基づいて、変位を測定するものである。そして、この
PSDセンサ(以下、半導体位置検出素子)は1μ秒以
下〜数十μ秒の応答速度を有しており、高速に移動、変
形する測定対象物の実際の変位を直接測定することがで
きる。
[0003] Therefore, the present inventors have proposed
The following displacement measuring device was proposed.
See A, 63-611.p1431 and A, 64-628.p2975). sand
In other words, a light and flexible optical fiber end
Laser light emitted from this optical fiber
The light of the source is condensed by a lens, and the PSD (Position Sensing
tector) sensor. In addition, this PS
D sensor is P layer, N +Layer, NConsists of three layers
A semiconductor position detecting element, which is a light spot on a light receiving surface of incident light.
Difference in photocurrent output of output terminal depending on position
The displacement is measured based on the following equation. And this
1 μsec or less for PSD sensor (hereinafter, semiconductor position detecting element)
It has a response speed of lower to several tens of microseconds, and moves and changes at high speed.
It is possible to directly measure the actual displacement of the measuring object
Wear.

【0004】各半導体位置検出素子で変位が測定できる
ため、レーザ光源と光ファイバ、半導体位置検出素子と
を並列に2セット設ければ、当然に2点間の変位量、も
しくは変形量あるいは伸びを測定することが可能にな
る。この変位量を測定することができる変位量測定装置
は、歪ゲージなどと比べると、歪ゲージの測定限界を越
えるような大ひずみ域まで変位量の測定が可能であり、
しかも実質的に非接触で測定を行うためにノイズが入り
込むおそれが乏しく、高い信頼性を有するものである。
Since displacement can be measured by each semiconductor position detecting element, if two sets of a laser light source, an optical fiber, and a semiconductor position detecting element are provided in parallel, the displacement amount, deformation amount or elongation between two points can be naturally determined. It becomes possible to measure. Displacement measurement devices that can measure this displacement can measure the displacement up to a large strain range that exceeds the measurement limit of the strain gauge, compared to strain gauges, etc.
In addition, since the measurement is performed substantially in a non-contact manner, noise is less likely to enter, and the reliability is high.

【0005】この半導体位置検出素子を使用した変位測
定装置、変位量測定装置(以下、変位量測定装置を含め
た広義の意味で変位測定装置)は、半導体位置検出素子
の動特性のほかに演算増幅回路の動特性にも影響を受
け、上述した半導体位置検出素子は応答速度が速いた
め、全体の動特性は概ね遅い演算増幅回路の動特性に依
存するものである。従って、演算増幅回路として応答性
のよいものを採用する必要がある。なお、本発明者らが
提案した従来の変位測定装置では、周波数応答性として
100kHzとすることに成功している。
A displacement measuring device and a displacement measuring device (hereinafter, a displacement measuring device including a displacement measuring device in a broad sense including the displacement measuring device) using the semiconductor position detecting element are operated in addition to the dynamic characteristics of the semiconductor position detecting element. The dynamic characteristics of the amplifier circuit are also affected, and the above-described semiconductor position detecting element has a high response speed. Therefore, the overall dynamic characteristics generally depend on the dynamic characteristics of the operational amplifier circuit. Therefore, it is necessary to employ an operational amplifier having good responsiveness. The conventional displacement measuring device proposed by the present inventors has succeeded in setting the frequency response to 100 kHz.

【0006】そこで、この本発明者らが提案した従来の
変位測定装置について、以下説明する。図5は従来の変
位測定装置の構成図、図6は従来の半導体位置検出素子
による光点位置の測定説明図、図7は従来の変位測定装
置によって測定した変位量図である。
Therefore, a conventional displacement measuring device proposed by the present inventors will be described below. FIG. 5 is a configuration diagram of a conventional displacement measuring device, FIG. 6 is an explanatory diagram of measurement of a light spot position by a conventional semiconductor position detecting element, and FIG. 7 is a displacement amount diagram measured by a conventional displacement measuring device.

【0007】図5において、41は半導体レーザドライ
バを備えるとともに半導体レーザを発振させるときに電
源を接続し、測定後これを切り離すための電源入切部、
41a,41bは電源入切部41を構成する電源スイッ
チ、42a,42bは電源スイッチ41a,41bによ
って電源と接続され連続発振する半導体レーザである。
半導体レーザ42a,42bは目に対する配慮から可視
領域の波長の光を出力する。
In FIG. 5, reference numeral 41 denotes a power supply section for providing a semiconductor laser driver, connecting a power supply when oscillating the semiconductor laser, and disconnecting the power supply after measurement.
Reference numerals 41a and 41b denote power switches constituting the power on / off section 41, and reference numerals 42a and 42b denote semiconductor lasers which are connected to a power source by the power switches 41a and 41b and oscillate continuously.
The semiconductor lasers 42a and 42b output light having a wavelength in the visible region in consideration of the eyes.

【0008】43a,43bは半導体レーザ42a,4
2bから出光された光を集光するマイクロレンズ、44
a,44bはマイクロレンズ43a,43bで集光され
た光を伝える光ファイバ、45a,45bは光ファイバ
44a,44bの光源側端面をマイクロレンズ43a,
43bの焦点近傍に確実に配設するFC型光ファイバコ
ネクタ(JIS C5970で規定するF01形単心光
ファイバコネクタ)である。なお、FC型光ファイバコ
ネクタ45a,45bとマイクロレンズ43a,43b
は、光ファイバ44a,44bの端面を所定位置に確実
に固定でき、しかも光ファイバ44a,44bの脱着は
容易に行うことができる構成を有している。これによ
り、光ファイバ44a,44bに入射するレーザ光の強
度を光ファイバー44a,44bの出し入れで調整する
ことが可能になる。また、端面の劣化で入射する光の割
合が低下した場合には、端面を研磨することでこれに対
処することができる。
Reference numerals 43a and 43b denote semiconductor lasers 42a and 4b.
A micro lens 44 for condensing the light emitted from 2b, 44
Reference numerals a and 44b denote optical fibers for transmitting the light condensed by the microlenses 43a and 43b, and reference numerals 45a and 45b denote the light source side end surfaces of the optical fibers 44a and 44b by the microlenses 43a and 43b.
This is an FC type optical fiber connector (F01 type single core optical fiber connector specified in JIS C5970) which is securely disposed near the focal point of 43b. The FC optical fiber connectors 45a and 45b and the micro lenses 43a and 43b
Has a configuration in which the end faces of the optical fibers 44a and 44b can be securely fixed at predetermined positions, and the optical fibers 44a and 44b can be easily attached and detached. This makes it possible to adjust the intensity of the laser light incident on the optical fibers 44a and 44b by taking the optical fibers 44a and 44b in and out. Further, when the ratio of incident light is reduced due to deterioration of the end face, this can be dealt with by polishing the end face.

【0009】46は引張試験材料等の測定対象物、47
a,47bは測定対象物46に対して光ファイバ44
a,44bの出射側端を固定する貼着テープ(例えば粘
着テープ)等の取り付け部材である。この取り付け部材
47a,47bは、光ファイバ44a,44bの出射光
が所定の方向を向くように注意して固定される。48
は、レーザを発振させるため電源スイッチ41a,41
bによって半導体レーザ42a,42bに駆動電圧を供
給するための電源部である。
Reference numeral 46 denotes an object to be measured such as a tensile test material;
a and 47b are optical fibers 44 with respect to the object 46 to be measured.
a, an attachment member such as an adhesive tape (for example, an adhesive tape) for fixing the emission-side end of 44b. The attachment members 47a and 47b are fixed with care so that the light emitted from the optical fibers 44a and 44b is directed in a predetermined direction. 48
Are power switches 41a and 41 for oscillating a laser.
b is a power supply unit for supplying a drive voltage to the semiconductor lasers 42a and 42b by b.

【0010】49a,49bは、光ファイバ44a,4
4bからの出射光を受け、それぞれの光の光軸を直角方
向に曲げるプリズム、50a,50bはそれぞれの光を
集光し焦点を結ばせるための集光レンズである。これら
は、非常に接近した距離にある2点の光ファイバ44
a,44bの出射側端からの出射光を同時に測定するた
めに必要になるものである。51a,51bは1次元の
半導体位置検出素子であり、集光レンズ50a,50b
によって受光面上で焦点を結んだ光点位置を光電流の大
きさで測定できるものである。これについては後述す
る。
The optical fibers 49a, 49b are optical fibers 44a, 4b.
A prism which receives the light emitted from the light source 4b and bends the optical axis of each light in a right angle direction, and 50a and 50b are condensing lenses for condensing and focusing each light. These are two optical fibers 44 at a very close distance.
This is necessary in order to simultaneously measure the light emitted from the light emitting side ends of the light emitting devices a and 44b. 51a and 51b are one-dimensional semiconductor position detecting elements, and condensing lenses 50a and 50b
Thus, the position of the light spot focused on the light receiving surface can be measured by the magnitude of the photocurrent. This will be described later.

【0011】52はマイクロプロセッサ等で構成され、
変位測定装置の制御を行う制御部、53は、半導体位置
検出素子51aからの出力と半導体位置検出素子51b
からの出力とを入力し、それぞれの光点位置からそれぞ
れの座標位置(変位)を演算するとともに、両者の差か
ら変位量を算出することもできる演算増幅部、54は演
算増幅部53からのアナログ信号をサンプリングするサ
ンプリング手段、55はサンプリング手段54でA/D
変換したデータを記録するメモリ部、56はサンプリン
グ手段54がサンプリングを行う時計手段、57はディ
スプレー等の表示部であり、サンプリング手段54で得
た出力もしくは場合によってアナログ電圧出力を画面上
に表示するものである。
Reference numeral 52 denotes a microprocessor or the like.
A control unit 53 for controlling the displacement measuring device includes an output from the semiconductor position detecting element 51a and a semiconductor position detecting element 51b.
And an output from the operational amplifier 53. The operational amplifier 54 is also capable of calculating the respective coordinate positions (displacements) from the respective light spot positions and calculating the displacement from the difference between the two. Sampling means 55 for sampling an analog signal;
A memory unit for recording the converted data, 56 is a clock unit for sampling by the sampling unit 54, and 57 is a display unit such as a display for displaying the output obtained by the sampling unit 54 or an analog voltage output on the screen as the case may be. Things.

【0012】以上説明した従来の変位測定装置の測定原
理について図6、図7に基づいて説明する。図6におい
て、61は光を受けると光電変換を起こす半導体位置検
出素子51aの受光面、62a,62bは光を受けると
それぞれ光電流Ix1,I を出力する出力端子、6
3は光ファイバ44a,44bの出射光が集光レンズ5
0a,50bによって受光面上で焦点を結んだ光点位
置、64は受光面61上で出力端子62a,62bから
等距離の中間位置である。図6では半導体位置検出素子
51aを示しているが、図示しないが半導体位置検出素
子51bもまったく同一である。中間位置64と各出力
端子62a,62bまでの距離はそれぞれLであり、中
間位置64と光点位置63までの距離はxである。光点
位置63が中間位置64にあるときは、x=0であり、
出力端子62a,62bからの光電流Ix1,Ix2
差は生じない。一般的には光電流Ix1,Ix2を検出
したとき、光点位置63の位置xは(数1)で表わされ
る。
The measurement principle of the above-described conventional displacement measuring device will be described with reference to FIGS. 6, the output terminal 61 is a light receiving surface of the semiconductor position detecting element 51a to cause photoelectric conversion when receiving light, 62a, 62b are respectively receives the light and outputs the photocurrent I x1, I x 2, 6
3 is a condenser lens 5 for emitting light from the optical fibers 44a and 44b.
The light spot position focused on the light receiving surface by 0a and 50b, and 64 is an intermediate position on the light receiving surface 61 at the same distance from the output terminals 62a and 62b. Although the semiconductor position detecting element 51a is shown in FIG. 6, the semiconductor position detecting element 51b is also identical, though not shown. The distance between the intermediate position 64 and each of the output terminals 62a and 62b is L, and the distance between the intermediate position 64 and the light spot position 63 is x. When the light spot position 63 is at the intermediate position 64, x = 0,
Output terminals 62a, no difference in photocurrent I x1, I x2 from 62b. Generally, when the photocurrents Ix1 and Ix2 are detected, the position x of the light spot position 63 is expressed by (Equation 1).

【0013】[0013]

【数1】 従って、この演算を演算増幅部53で行うと、取り付け
部材47a,47bで測定対象物46に貼着した光ファ
イバ44a,44bの出射側端がどこに存在するかを計
測することができる。なお(数1)から分かるように、
半導体位置検出素子に入射する光の強度が変化した、即
ち、光電流Ix1,Ix2が同じ割合で変化した場合、
光量の変化は分子と分母で打ち消しあって、光点位置6
3の位置xは同じ値を示す。
(Equation 1) Therefore, when this operation is performed by the operation amplification unit 53, it is possible to measure where the emission-side ends of the optical fibers 44a and 44b attached to the measurement object 46 by the attachment members 47a and 47b. As can be seen from (Equation 1),
When the intensity of light incident on the semiconductor position detecting element changes, that is, when the photocurrents I x1 and I x2 change at the same rate,
The change in light amount is canceled by the numerator and denominator, and the light spot position 6
The position x of 3 shows the same value.

【0014】さて、以上説明した従来の変位測定装置
は、半導体レーザ42a,42bをいずれも連続発振さ
せ、時計手段56によってサンプリングのタイミングを
計時し、所定時刻の変位、所定時間後の変位量を測定す
るものであった。半導体位置検出素子51a,51bが
検出した光電流Ix1,Ix2をサンプリング手段54
がサンプリングし、サンプリングされた光電流Ix1
x2は演算増幅部53によって光点位置63を計算さ
れ、メモリ部55に記録される。
In the conventional displacement measuring apparatus described above, both the semiconductor lasers 42a and 42b are continuously oscillated, the sampling timing is measured by the clock means 56, and the displacement at a predetermined time and the displacement after a predetermined time are measured. It was to be measured. The semiconductor position detecting element 51a, photocurrent 51b detects I x1, I x2 sampling means 54
Sampled, and the sampled photocurrent I x1 ,
The light spot position 63 of Ix2 is calculated by the operational amplifier 53 and recorded in the memory 55.

【0015】演算増幅部53で演算された、測定対象物
46の光ファイバ44a,44bの出射側端の位置に対
応する光点位置63の変位は、図7に示すようなものに
なる。但し、図7において、変位線は較正された実際の
変位量に変換して示している。67は半導体レーザ42
aの光点位置63を時間の経緯に対してプロットした半
導体レーザ42aの光点位置63の変位線であり、68
は半導体レーザ42bの光点位置63の変化を時間の経
緯に対してプロットした半導体レーザ42bの光点位置
63の変位線である。いずれも直線状に変化しているこ
とが分かる。図7において、変位線67と変位線68と
のx軸上の差が、半導体レーザ42a,42bの光点位
置63上の距離であり、これが光ファイバ44a,44
bの出力端位置の距離に対応するものである。すなわ
ち、時間tから時間tになったとき半導体レーザ4
2a,42bの光点位置63間の距離が少し減少してい
る分、出射側端で変位量が生じていることを示してい
る。
The displacement of the light spot position 63 corresponding to the position of the exit side of the optical fibers 44a and 44b of the measurement object 46 calculated by the operational amplifier 53 is as shown in FIG. However, in FIG. 7, the displacement line is shown after being converted into a calibrated actual displacement amount. 67 is a semiconductor laser 42
a displacement line of the light spot position 63 of the semiconductor laser 42a in which the light spot position 63a is plotted with respect to the time course;
Is a displacement line of the light spot position 63 of the semiconductor laser 42b in which the change of the light spot position 63 of the semiconductor laser 42b is plotted with respect to time. It can be seen that both changes linearly. In FIG. 7, the difference on the x-axis between the displacement lines 67 and 68 is the distance on the light spot position 63 of the semiconductor lasers 42a and 42b, which is the optical fibers 44a and 44.
This corresponds to the distance of the output end position b. That is, the semiconductor laser 4 when it from time t 1 to time t 2
The fact that the distance between the light spot positions 63 of 2a and 42b is slightly reduced indicates that the displacement amount occurs at the emission side end.

【0016】ところで、本発明者らの提案したこの従来
の変位測定装置は、半導体レーザ42a,42bを連続
発振させるだけなので駆動部分の製作が容易であるが、
プリズム49a,49bを使用したことから比較的高価
になったので、プリズム49a,49bに代え、本発明
者らは半導体位置検出素子51a,51bの光軸上にハ
ーフミラーを置いて、2分された一方の複数の光に対し
て、半導体位置検出素子51aではそのまま計測し、2
分されたもう一方の複数の光に対しては光ファイバ44
bだけを遮光し、半導体位置検出素子51bで光ファイ
バ44aの光点位置を検出し、これを基に演算をおこな
って光ファイバ44bの変位を決定する変形した変位測
定装置を再提案した。
In the conventional displacement measuring device proposed by the present inventors, since the semiconductor lasers 42a and 42b only oscillate continuously, the driving portion can be easily manufactured.
Since the use of the prisms 49a and 49b makes the device relatively expensive, the present inventors place a half mirror on the optical axis of the semiconductor position detecting elements 51a and 51b instead of the prisms 49a and 49b, and divide it into two. The semiconductor position detecting element 51a directly measures the other plurality of lights,
An optical fiber 44 is used for the other plurality of divided lights.
A modified displacement measuring device which shields only b, detects the light spot position of the optical fiber 44a by the semiconductor position detecting element 51b, and performs an operation based on this to determine the displacement of the optical fiber 44b has been proposed again.

【0017】これにより、半導体位置検出素子51aに
は、受光面に光ファイバ44a,44bの2つの光が入
射することになり、光電流Ix1,Ix2は、2つの光
を1つの光と考えた時の光の強度の重心位置に対応した
出力を示すことになる。従って、この重心位置を利用す
れば、光ファイバ44bの位置も、半導体位置検出素子
51bで検出した光ファイバ44aの光点位置から算出
することができる。しかし、この再提案した変位測定装
置も、基本的には半導体レーザ42a,42b、光ファ
イバ44a,44b、半導体位置検出素子51a,51
b等の光学測定系の2セットが必要で、この点に関して
は上記の従来の変位測定装置と変わりがないものであっ
た。更に3点以上の多数点の変位を測定するには、上記
したハーフミラー等の光学測定系の数を増やして同様の
測定をそれぞれ行う必要がある。
As a result, the two lights of the optical fibers 44a and 44b enter the light receiving surface of the semiconductor position detecting element 51a, and the photocurrents I x1 and I x2 convert the two lights into one light. This indicates an output corresponding to the position of the center of gravity of the light intensity when considered. Therefore, by using this position of the center of gravity, the position of the optical fiber 44b can also be calculated from the light spot position of the optical fiber 44a detected by the semiconductor position detecting element 51b. However, the re-proposed displacement measuring device also basically includes the semiconductor lasers 42a and 42b, the optical fibers 44a and 44b, and the semiconductor position detecting elements 51a and 51b.
Two sets of optical measurement systems, such as b, are required, and this is the same as the above-described conventional displacement measurement apparatus. Further, in order to measure displacements at three or more points, it is necessary to increase the number of optical measurement systems such as the above-mentioned half mirrors and perform similar measurements.

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】以上説明した本発明者
らが提案した従来の変位測定装置は、変位、変位量を測
定するには半導体レーザ42a、光ファイバ44a、半
導体位置検出素子51a、半導体レーザ42b、光ファ
イバ44b、半導体位置検出素子51bの2セット、い
わば変位測定装置を2セット設けて測定するものであっ
た。確かに、半導体レーザ42a,42bを連続発振さ
せるだけであるからレーザ駆動部分の製作は容易である
が、変位測定装置のコストが高く、複雑な構成となって
しまい、事実上3点以上の多数点位置の多数点変位測定
装置は実用性が乏しいものとなってしまう。
The conventional displacement measuring device proposed by the present inventors as described above uses a semiconductor laser 42a, an optical fiber 44a, a semiconductor position detecting element 51a, Two sets of the laser 42b, the optical fiber 44b, and the semiconductor position detecting element 51b, so to speak, two sets of displacement measuring devices were provided for measurement. Certainly, since the semiconductor lasers 42a and 42b are only continuously oscillated, it is easy to manufacture a laser driving portion. However, the cost of the displacement measuring device is high and the structure is complicated, so that there are practically three or more points. A multipoint displacement measuring device for a point position is not practical.

【0019】そして、従来の変位測定装置の最大の問題
点は、光ファイバ44a,44bからの光を測定できる
ように、それぞれの光を直角方向に曲げるプリズム49
a,49b、それぞれの光を集光し、焦点を結ばせる集
光レンズ50a,50bが必要な点である。これらは、
接近した距離にある2点の変位差を測定するためには、
光学部品の配置の制約から必要になるものであった。す
なわち、2箇所の光ファイバ44a,44bからの放射
光を集光するために2つの集光レンズ50a,50bが
必要であるが、集光レンズ50a,50b及びホルダー
の大きさは有限であるために、集光レンズ50a,50
bのレンズ中心軸間幅より狭い位置にある測定点の変位
は測定できないものであった。
The biggest problem of the conventional displacement measuring device is that the prism 49 which bends each light at right angles so that the light from the optical fibers 44a and 44b can be measured.
a, 49b, which is the point that condensing lenses 50a, 50b for condensing and focusing each light are required. They are,
To measure the displacement difference between two points at a close distance,
This is necessary due to restrictions on the arrangement of optical components. That is, two light collecting lenses 50a and 50b are required to collect light emitted from the two optical fibers 44a and 44b, but the size of the light collecting lenses 50a and 50b and the holder are finite. And the condenser lenses 50a and 50
The displacement of the measurement point located at a position narrower than the distance between the center axes of the lenses b cannot be measured.

【0020】その上、光ファイバ出射側端から出るレー
ザ光は25°程度の広がり角度をもつので、光ファイバ
44a,44bから同時に出射されるレーザ光は集光レ
ンズ50a,50bでいずれもが集光され、近接位置に
半導体位置検出素子51a,51bを設置せざるを得な
いため、半導体位置検出素子51a,51b上の光点位
置が2点となってしまい、本来測定する光のほかに他の
光が影響して大きな計測誤差を招来されるという問題が
あった。そして、これを解消するためプリズム49a,
49bを設けると、このために設置場所が大きくなっ
て、当然プリズム49a,49bの設置数にも限度がで
てくるというジレンマがあった。これを解決するため
に、プリズム49a,49bに代えて、半導体位置検出
素子51a,51bの光軸上にハーフミラーを置いて、
2分された一方の複数の光に対して、光ファイバ44b
だけを遮光する再提案した変位測定装置は、遮光した半
導体位置検出素子51b側で光ファイバ44aの位置が
判明し、半導体位置検出素子51a側の光点変位63
は、焦点が2点でもこれらの重心を計測しているので2
つの光の強度が等しければ、光ファイバ44aと44b
の中心にある。従って、計算により光ファイバ44bの
正確な位置が算出できるが、半導体レーザ42a,42
b、光ファイバ44a,44b、半導体位置検出素子5
1a,51b等の光学測定系が2セット必要であって上
記の従来の変位測定装置と変わりがないし、更に3点以
上の多数点の変位を測定するには、ハーフミラーを増や
して同様の測定をそれぞれ行う必要があり、これらの光
学部品の配置は非常に複雑になるし、遮光するために計
測範囲が制限され、光学測定系が計測点数分必要となる
など従来の変位測定装置と基本的に同様の問題点を残す
ものであった。
Further, since the laser light emitted from the optical fiber emission side end has a divergence angle of about 25 °, the laser light simultaneously emitted from the optical fibers 44a and 44b is collected by the condenser lenses 50a and 50b. Since the light is emitted and the semiconductor position detecting elements 51a and 51b have to be installed at the close positions, the light spot positions on the semiconductor position detecting elements 51a and 51b become two points. There is a problem that a large measurement error is caused by the influence of the light. Then, in order to eliminate this, the prism 49a,
When 49b is provided, there is a dilemma that the installation place becomes large and the number of prisms 49a and 49b is naturally limited. In order to solve this, a half mirror is placed on the optical axis of the semiconductor position detecting elements 51a, 51b instead of the prisms 49a, 49b.
An optical fiber 44b is applied to one of the two split lights.
In the displacement measuring device proposed above, only the position of the optical fiber 44a is determined on the side of the light-shielded semiconductor position detecting element 51b, and the light point displacement 63 on the side of the semiconductor position detecting element 51a is detected.
Measures these centers of gravity even at two focal points,
If the light intensities are equal, the optical fibers 44a and 44b
In the center of Therefore, although the exact position of the optical fiber 44b can be calculated by the calculation, the semiconductor lasers 42a and 42a
b, optical fibers 44a, 44b, semiconductor position detecting element 5
Two sets of optical measuring systems such as 1a and 51b are required, which is the same as the conventional displacement measuring apparatus described above. Further, to measure displacements of three or more points, the same measurement is performed by increasing the number of half mirrors. The arrangement of these optical components becomes very complicated, the measurement range is limited due to light shielding, and the optical measurement system requires the number of measurement points. Had a similar problem.

【0021】このように、多数点での変位、変位量もし
くは伸びを同時に測定したい場合に、半導体レーザ42
a,42b、光ファイバ44a,44b、半導体位置検
出素子51a,51b等を多数セット設けて多数点変位
測定装置を構成するのは、コスト的にも、光学部品の配
置の制約を受けるという点からも、2つの光ファイバ4
4aと44bの光強度が等しくなければ測定誤差が生じ
るという点からも、難しいものであった。
As described above, when it is desired to measure displacement, displacement amount or elongation at many points simultaneously, the semiconductor laser 42
The configuration of the multi-point displacement measuring apparatus by providing a large number of sets a, 42b, optical fibers 44a, 44b, semiconductor position detecting elements 51a, 51b, and the like is because the arrangement of the optical components is restricted in terms of cost. Also two optical fibers 4
If the light intensities of 4a and 44b are not equal, a measurement error occurs, which is difficult.

【0022】また、接近した多数点で変位を高精度に測
定するためには、同時に多数の光レーザを多数の半導体
位置検出素子上に別々に焦点を結ばせる必要があるが、
従来の変位測定装置では精度を期待できないものであっ
た。そして、本発明者らが提案した以外の従来の変位測
定装置も、電気的計測装置,磁気的計測装置等いずれの
変位測定装置も高速応答性が低くて、精度も悪く、また
測定範囲が狭く、静的負荷から十μ秒オーダで高速に動
く衝撃負荷までの様々の負荷速度下で小振幅から大振幅
までの変位を計測できないものであった。
Further, in order to measure displacement at many points close to each other with high accuracy, it is necessary to simultaneously focus a large number of optical lasers on a large number of semiconductor position detecting elements.
Accuracy could not be expected with the conventional displacement measuring device. In addition, conventional displacement measuring devices other than those proposed by the present inventors, and any displacement measuring device such as an electric measuring device or a magnetic measuring device, have low response speed, poor accuracy, and a narrow measurement range. In addition, the displacement from a small amplitude to a large amplitude cannot be measured at various load speeds from a static load to an impact load moving at a high speed in the order of 10 μsec.

【0023】なお、以上多数点と記載したが、本明細書
において多数点というのは、3点以上の近接距離におか
れた測定点の変位が実用上初めて測定可能になったこと
から、このように表現しているのに過ぎず、従来のよう
な2点の変位であっても低コストで簡単な構成で効果的
に測定可能なことは当然であり、その意味では本明細書
の多数点とは、2点以上の複数点の意味である。また、
以下説明する多数点変位測定装置、多数点変位測定方法
は、それぞれ多数点変位量測定装置、多数点変位量測定
方法を含めた広義のものである。
Although the number of points is described above, the number of points in this specification means that the displacement of a measurement point placed at a close distance of three or more points can be measured for the first time in practical use. It is natural that it is possible to effectively measure even a two-point displacement as in the related art with a low-cost and simple configuration. A point means two or more points. Also,
The multiple-point displacement measuring device and the multiple-point displacement measuring method described below are in a broad sense including the multiple-point displacement measuring device and the multiple-point displacement measuring method, respectively.

【0024】そこで、以上説明した従来の問題点を解決
するため本発明は、近接した多数点の変位量を低コスト
で同時に測定することを可能にし、測定用の光学部品の
配置に制約を受けることが少なく、近接した多数点の測
定であっても測定誤差が少なく、静的負荷から十μ秒オ
ーダで高速に動く測定対象物まで測定範囲も広く、応答
性が高い多数点変位測定装置を提供することを目的とす
る。
Therefore, in order to solve the conventional problems described above, the present invention makes it possible to simultaneously measure the displacements of a number of adjacent points at low cost and is restricted by the arrangement of the optical components for measurement. A multi-point displacement measuring device with high responsiveness, with a small measurement error even when measuring multiple points in close proximity, a wide measurement range from static loads to high-speed measuring objects in the order of 10 μs, and The purpose is to provide.

【0025】また、本発明は、近接した多数点の変位量
を同時に測定することを可能にし、近接した多数点の測
定であっても測定誤差が少なく、静的負荷から十μ秒オ
ーダで高速に動く測定対象物まで測定範囲も広く、応答
性が高い多数点変位測定方法を提供することを目的とす
る。
Further, the present invention makes it possible to simultaneously measure the displacement amounts of a number of close points, and to reduce the measurement error even in the measurement of a number of close points, and to perform a high-speed operation on the order of 10 μs from a static load. It is an object of the present invention to provide a multi-point displacement measuring method which has a wide measurement range up to a moving measuring object and a high responsiveness.

【0026】[0026]

【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ため本発明の多数点変位測定装置は、複数の光ファイバ
と、それぞれに入射する光を発光する複数のパルス光源
と、パルス光源のそれぞれを発振させる複数のパルス光
源ドライバと、レンズにより受光面上で焦点を結んだ光
が発生する光電流を検出する半導体位置検出素子と、半
導体位置検出素子が検出した光電流から光点位置を演算
する演算増幅部とを備え、光ファイバ,集光レンズ,半
導体位置検出素子の少なくともいずれかが測定対象物に
取り付けられるとともに、制御部が、パルス光源ドライ
バのそれぞれに順次駆動パルスを送り、パルス光源をサ
イクリックに発光させたことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, a multi-point displacement measuring apparatus according to the present invention comprises a plurality of optical fibers, a plurality of pulsed light sources each emitting light incident thereon, and a pulse light source. A plurality of pulsed light source drivers for oscillating each of them, a semiconductor position detecting element for detecting a photocurrent generated by light focused on a light receiving surface by a lens, and a light spot position based on the photocurrent detected by the semiconductor position detecting element. An operation amplification unit for performing an operation, at least one of an optical fiber, a condenser lens, and a semiconductor position detection element is attached to the object to be measured, and the control unit sequentially sends a drive pulse to each of the pulse light source drivers, The light source emits light cyclically.

【0027】これにより、近接した多数点の変位量を低
コストで同時に測定することを可能にし、測定用の光学
部品の配置に制約を受けることが少なく、近接した多数
点の測定であっても測定誤差が少なく、静的負荷から十
μ秒オーダで高速に動く測定対象物まで測定範囲も広
く、応答性が高い多数点変位測定装置を提供することが
できる。
This makes it possible to simultaneously measure the displacements of a number of adjacent points at a low cost, and there is little restriction on the arrangement of the optical components for measurement. It is possible to provide a multi-point displacement measuring device which has a small measurement error, has a wide measurement range from a static load to a measuring object moving at a high speed in the order of 10 μsec, and has high responsiveness.

【0028】また、本発明の多数点変位測定方法は、複
数の光ファイバ,集光レンズ,半導体位置検出素子の少
なくともいずれかを測定対象物に取り付け、複数のパル
ス光源ドライバに順次駆動パルスを送り、各パルス光源
ドライバに対応付けられたパルス光源を切換えてサイク
リックに発光させ、光ファイバのそれぞれにパルス光源
が発光した光を入射し、光ファイバからの出射光を集光
レンズで集光し、半導体位置検出素子の受光面で光点位
置を検出して複数の測定点の変位を測定することを特徴
とする。
Further, in the method of measuring displacement at many points according to the present invention, at least one of a plurality of optical fibers, a condenser lens, and a semiconductor position detecting element is attached to an object to be measured, and a driving pulse is sequentially transmitted to a plurality of pulse light source drivers. The pulse light source associated with each pulse light source driver is switched to emit light cyclically, the light emitted by the pulse light source enters each of the optical fibers, and the light emitted from the optical fiber is collected by the condenser lens. The method is characterized in that a light spot position is detected on a light receiving surface of a semiconductor position detecting element and displacements of a plurality of measurement points are measured.

【0029】これにより、近接した多数点の変位量を同
時に測定することを可能にし、近接した多数点の測定で
あっても測定誤差が少なく、静的負荷から十μ秒オーダ
で高速に動く測定対象物まで測定範囲も広く、応答性が
高い多数点変位測定方法を提供することができる。
This makes it possible to simultaneously measure the displacement amounts of a number of close points, to reduce the measurement error even in the measurement of a number of close points, and to measure at high speed from a static load on the order of 10 μs. It is possible to provide a multi-point displacement measuring method that has a wide measurement range up to the object and high responsiveness.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、複数の光ファイバと、光ファイバのそれぞれに対応
付けられ、それぞれに入射する光を発光する複数のパル
ス光源と、パルス光源のそれぞれを発振させる複数のパ
ルス光源ドライバと、パルス光源を発振させるための駆
動電圧を供給する電源部と、光ファイバの出射側端から
出射した光を集光する集光レンズと、該集光レンズによ
り受光面上で焦点を結んだ光が発生する光電流を検出す
る半導体位置検出素子と、半導体位置検出素子が検出し
た光電流から各光ファイバの光点位置を演算する演算増
幅部と、パルス光源ドライバを制御する制御部とを備
え、光ファイバ,集光レンズ,半導体位置検出素子の少
なくともいずれかが測定対象物に取り付けられるととも
に、制御部が、パルス光源ドライバのそれぞれに順次駆
動パルスを送り、パルス光源をサイクリックに発光させ
たことを特徴とする多数点変位測定装置であるから、パ
ルス光源ドライバのそれぞれに順次駆動パルスを送り、
パルス光源をサイクリックに発光させるため、測定用の
光学部品の配置に制約を受けることが少なく、近接した
多数点の変位量を低コストで同時に測定することを可能
にし、半導体位置検出素子に隣のパルス光源の光が影響
を与えることがなく、これにより近接した多数点の測定
であっても測定誤差が少なくなる。光ファイバ,集光レ
ンズ,半導体位置検出素子の少なくともいずれかを測定
対象物に取り付けて全光学測定系中の移動系を構成する
ため、場合に応じていずれかを選択して移動系を構成
し、固定系との関係で変位が測定できる。また、パルス
光源ドライバのそれぞれに順次駆動パルスを送り、パル
ス光源を切換えてサイクリックに発光させるため、静的
負荷から十μ秒オーダで高速に動く測定対象物まで測定
範囲も広く、応答性が高い多数点変位測定装置を提供す
ることができる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The invention according to claim 1 of the present invention is directed to a plurality of optical fibers, a plurality of pulsed light sources associated with each of the optical fibers, each of which emits light incident thereon, and a pulsed light source. A plurality of pulsed light source drivers for oscillating each of the light sources, a power supply unit for supplying a driving voltage for oscillating the pulsed light source, a condenser lens for condensing light emitted from an emission side end of the optical fiber, A semiconductor position detecting element for detecting a photocurrent generated by light focused on the light receiving surface by the lens, and an operational amplifier for calculating a light spot position of each optical fiber from the photocurrent detected by the semiconductor position detecting element; A control unit for controlling the pulse light source driver, wherein at least one of an optical fiber, a condenser lens, and a semiconductor position detecting element is attached to the object to be measured; Sequentially sends drive pulses to each of the source driver, since numerous point displacement measuring device which is characterized in that light is emitted pulse light source cyclically, sequentially sends drive pulses to each of the pulse light source driver,
Since the pulsed light source emits light cyclically, there is little restriction on the arrangement of the optical components for measurement, and it is possible to simultaneously measure the displacements of a number of close points at low cost, and it is next to the semiconductor position detection element. The light from the pulsed light source does not affect the measurement, thereby reducing the measurement error even when measuring a number of points in close proximity. At least one of an optical fiber, a condenser lens, and a semiconductor position detecting element is attached to a measurement object to form a moving system in the all-optical measurement system. The displacement can be measured in relation to the fixed system. In addition, since the drive pulse is sequentially sent to each pulse light source driver and the pulse light source is switched to emit light cyclically, the measurement range is wide from static load to the measurement object that moves at high speed in the order of 10 μs, and the response is wide. A high multipoint displacement measuring device can be provided.

【0031】本発明の請求項2に記載の発明は、パルス
光源が半導体レーザであることを特徴とする請求項1記
載の多数点変位測定装置であるから、パルス光源として
半導体レーザは光出力が大きく、パルス波形も鮮明で、
また減衰量も少なく、最も正確な測定が可能になる。
According to a second aspect of the present invention, in the multipoint displacement measuring apparatus according to the first aspect, the pulse light source is a semiconductor laser. Large, clear pulse waveform,
In addition, the amount of attenuation is small, and the most accurate measurement can be performed.

【0032】本発明の請求項3に記載の発明は、集光レ
ンズが光ファイバから出射した光を受光して受光面に焦
点を結ぶことを特徴とする請求項1または2記載の多数
点変位測定装置であるから、単一のレンズで複数のレー
ザ光を受光でき、測定用の光学部品の配置に制約を受け
ることが少なく、近接した多数点の変位量を低コストで
同時に測定することを可能にし、半導体位置検出素子に
隣のパルス光源のレーザ光が影響を与えることがなく、
これにより近接した多数点の測定であっても測定誤差が
少なくなる。
According to a third aspect of the present invention, the multi-point displacement according to the first or second aspect is characterized in that the condenser lens receives the light emitted from the optical fiber and focuses on the light receiving surface. Because it is a measuring device, it can receive multiple laser beams with a single lens, is less restricted by the arrangement of the optical components for measurement, and can simultaneously measure displacements of many adjacent points at low cost. Enables the laser light of the adjacent pulse light source to affect the semiconductor position detection element,
As a result, the measurement error is reduced even in the case of measuring a number of points in close proximity.

【0033】本発明の請求項4に記載の発明は、複数の
光ファイバの取り付け位置に応じて、集光レンズを交換
することができることを特徴とする請求項1〜3のいず
れかに記載の多数点変位測定装置であるから、測定点が
離れて測定対象物に取り付ける出射側端の位置が離れて
きても、レンズを交換することにより単一のレンズで受
光面上に焦点を結ばせることができる。
According to a fourth aspect of the present invention, the condenser lens can be exchanged according to the mounting positions of the plurality of optical fibers. Since it is a multi-point displacement measurement device, even if the measurement point is far away and the position of the emission side end attached to the measurement object is far away, it is necessary to focus on the light receiving surface with a single lens by exchanging the lens Can be.

【0034】本発明の請求項5に記載の発明は、半導体
位置検出素子が、光ファイバから出射した光を受光でき
る大きさの受光面を備えたことを特徴とする請求項1〜
4のいずれかに記載の多数点変位測定装置であるから、
パルス光源ドライバのそれぞれに順次駆動パルスを送
り、パルス光源をサイクリックに発光させ、単一の半導
体位置検出素子で複数の光を受光するため、近接した多
数点の変位量を低コストで同時に測定することを可能に
なり、近接した多数点の測定であっても少ない測定誤差
で測定できる。
According to a fifth aspect of the present invention, the semiconductor position detecting element has a light receiving surface large enough to receive the light emitted from the optical fiber.
4. The multi-point displacement measuring device according to any one of 4.
Driving pulses are sequentially sent to each of the pulse light source drivers, causing the pulse light source to emit light cyclically and receiving multiple lights with a single semiconductor position detection element. This makes it possible to perform measurement with a small measurement error even when measuring a large number of close points.

【0035】本発明の請求項6に記載の発明は、半導体
位置検出素子が受光面上の二次元の光点位置を検出する
ことを特徴とする請求項1〜4にいずれかに記載の多数
点変位測定装置であるから、二次元的な測定点であって
も低コストで同時に測定することを可能になり、近接し
た多数点の測定であっても少ない測定誤差で測定でき
る。
According to a sixth aspect of the present invention, the semiconductor position detecting element detects a two-dimensional light spot position on the light receiving surface. Since it is a point displacement measurement device, it is possible to simultaneously measure even two-dimensional measurement points at low cost, and it is possible to measure even a number of close points with a small measurement error.

【0036】本発明の請求項7に記載の発明は、演算増
幅部からの出力をA/D変換するサンプリング手段を備
え、制御部が該サンプリング手段のサンプリングのタイ
ミングとパルス光源ドライバに順次サイクリックに送る
駆動パルスと同期させることを特徴とする請求項1〜6
のいずれかに記載の多数点変位測定装置であるから、演
算増幅部が出力したアナログ信号からデータをサンプリ
ングするタイミングと、駆動パルスと同期させることに
より、光の発光タイミングとサンプリングのタイミング
が一致し、データがずれていくことがなく、少ない測定
誤差で測定できる。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a sampling means for A / D-converting an output from the operational amplifying section, and the control section sequentially transmits the sampling timing of the sampling means and the pulse light source driver to the pulse light source driver. 7. Synchronizing with a drive pulse sent to
In the multi-point displacement measuring device according to any one of the above, the timing for sampling data from the analog signal output by the operational amplifier unit and the drive pulse are synchronized with each other so that the light emission timing and the sampling timing match. The data can be measured with a small measurement error without deviation of the data.

【0037】本発明の請求項8に記載の発明は、サンプ
リング手段からの出力を記録するメモリ部を備えたこと
を特徴とする請求項7記載の多数点変位測定装置である
から、変位、変位量をメモリの中に記録することができ
る。
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided the multipoint displacement measuring apparatus according to the seventh aspect, further comprising a memory for recording an output from the sampling means. The quantity can be recorded in memory.

【0038】本発明の請求項9に記載の発明は、パルス
光源と光ファイバの間に設けられ、光ファイバの端部を
揺動自在に固定するFC型光ファイバコネクタを備えた
ことを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の多数
点変位測定装置であるから、多数点の測定を行うため光
ファイバの配設を容易にすることができる。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided an FC type optical fiber connector which is provided between the pulse light source and the optical fiber and fixes the end of the optical fiber in a swingable manner. Since the multi-point displacement measuring device according to any one of claims 1 to 8, the arrangement of an optical fiber can be facilitated for measuring at many points.

【0039】本発明の請求項10に記載の発明は、複数
の光ファイバ,集光レンズ,半導体位置検出素子の少な
くともいずれかを測定対象物に取り付け、複数のパルス
光源ドライバに順次駆動パルスを送り、各パルス光源ド
ライバに対応付けられたパルス光源を切換えてサイクリ
ックに発光させ、光ファイバのそれぞれにパルス光源が
発光した光を入射し、光ファイバからの出射光を集光レ
ンズで集光し、半導体位置検出素子の受光面で光点位置
を検出して複数の測定点の変位を測定することを特徴と
する多数点変位測定方法であるから、パルス光源ドライ
バのそれぞれに順次駆動パルスを送り、パルス光源をサ
イクリックに発光させるため、近接した多数点の変位量
を低コストで同時に測定することを可能にし、半導体位
置検出素子に隣のパルス光源の光が影響を与えることが
なく、これにより近接した多数点の測定であっても測定
誤差が少なくなる。光ファイバ,集光レンズ,半導体位
置検出素子の少なくともいずれかを測定対象物に取り付
けて全光学測定系中の移動系を構成するため、場合に応
じていずれかを選択して移動系を構成し、固定系との関
係で変位が測定できる。また、パルス光源ドライバのそ
れぞれに順次駆動パルスを送り、パルス光源をサイクリ
ックに発光させるため、静的負荷から十μ秒オーダで高
速に動く測定対象物まで測定範囲も広く、応答性が高い
多数点変位測定装置を提供することができる。
According to a tenth aspect of the present invention, at least one of a plurality of optical fibers, a condenser lens, and a semiconductor position detecting element is attached to an object to be measured, and a driving pulse is sequentially transmitted to a plurality of pulsed light source drivers. The pulse light source associated with each pulse light source driver is switched to emit light cyclically, the light emitted by the pulse light source enters each of the optical fibers, and the light emitted from the optical fiber is collected by the condenser lens. Since the multi-point displacement measuring method is characterized in that the light spot position is detected on the light receiving surface of the semiconductor position detecting element and the displacement of a plurality of measuring points is measured, a driving pulse is sequentially transmitted to each of the pulse light source drivers. In order to make the pulse light source emit light cyclically, it is possible to simultaneously measure the displacement amounts of a number of adjacent points at a low cost, and to be adjacent to the semiconductor position detecting element. Without light pulse light source affects also the measurement error is reduced to a measurement of a number points adjacent thereto. At least one of an optical fiber, a condenser lens, and a semiconductor position detecting element is attached to a measurement object to form a moving system in the all-optical measurement system. The displacement can be measured in relation to the fixed system. In addition, since a drive pulse is sequentially transmitted to each of the pulse light source drivers to cause the pulse light source to emit light cyclically, the measurement range is wide from a static load to a measurement object that moves at high speed in the order of 10 μs, and a large number of highly responsive devices are provided. A point displacement measuring device can be provided.

【0040】本発明の請求項11に記載の発明は、パル
ス光源が半導体レーザであることを特徴とする請求項1
0記載の多数点変位測定方法であるから、パルス光源と
して半導体レーザは光出力が大きく、パルス波形も鮮明
で、また減衰量も少なく、最も正確な測定が可能にな
る。 (実施の形態1)以下、本発明における実施の形態1に
おける多数点変位測定装置の説明をする。図1は本発明
の実施の形態1における多数点変位測定装置の構成図、
図2は本発明の実施の形態1における多数点変位測定装
置の半導体位置検出素子による光点位置の測定説明図、
図3は本発明の実施の形態1における多数点変位測定装
置の半導体レーザの出力波形図、図4は本発明の実施の
形態1における多数点変位測定装置によって測定した変
位量図である。
According to an eleventh aspect of the present invention, the pulse light source is a semiconductor laser.
0, the semiconductor laser as a pulse light source has a large optical output, a clear pulse waveform, and a small amount of attenuation, so that the most accurate measurement is possible. (Embodiment 1) Hereinafter, a multipoint displacement measuring apparatus according to Embodiment 1 of the present invention will be described. FIG. 1 is a configuration diagram of a multipoint displacement measuring device according to Embodiment 1 of the present invention,
FIG. 2 is an explanatory view of measuring a light spot position by a semiconductor position detecting element of the multiple-point displacement measuring device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 3 is an output waveform diagram of the semiconductor laser of the multi-point displacement measuring device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a displacement amount diagram measured by the multi-point displacement measuring device according to the first embodiment of the present invention.

【0041】図1において、1は半導体レーザ駆動部、
1a,1b,・・,1nは半導体レーザ駆動部1を構成
する半導体レーザドライバ(本発明のパルス光源)、2
a,2b,・・,2nは半導体レーザ(本発明のパルス
光源)である。半導体レーザ2a,2b,・・,2nは
目に対する配慮から690nm以下の可視領域の波長の
光を出力する。光出力10mW〜50mW程度のものが
望ましい。実施の形態1においてはパルス光源として半
導体レーザ2a,2b,・・,2nを採用しているが、
発光ダイオードやその他の発光素子で構わない。ただ、
パルス光源として半導体レーザ2a,2b,・・,2n
を用いるのは光出力が大きく、パルス波形も鮮明で、ま
た減衰量も少なく、最も正確な測定が可能になる。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a semiconductor laser driver,
, 1n are semiconductor laser drivers (pulse light source of the present invention) constituting the semiconductor laser driving unit 1, 2
, 2n are semiconductor lasers (the pulse light source of the present invention). The semiconductor lasers 2a, 2b,..., 2n output light having a wavelength in the visible region of 690 nm or less in consideration of eyes. A light output of about 10 mW to 50 mW is desirable. In the first embodiment, the semiconductor lasers 2a, 2b,.
Light emitting diodes and other light emitting elements may be used. However,
Semiconductor lasers 2a, 2b,..., 2n as pulse light sources
The use of a light source has a large optical output, a clear pulse waveform, and a small amount of attenuation, so that the most accurate measurement is possible.

【0042】3a,3b,・・,3nは半導体レーザ2
a,2b,・・,2nから出光された光を集光するマイ
クロレンズ、4a,4b,・・,4nはマイクロレンズ
3a,3b,・・,3nで集光された光を伝えるフレキ
シブルで軽量な光ファイバ、5a,5b,・・,5nは
光ファイバ4a,4b,・・,4nの端面をマイクロレ
ンズ3a,3b,・・,3nの焦点近傍に確実に配設す
るFC型光ファイバコネクタである。光ファイバ4a,
4b,・・,4nはコア径30〜100μm、外径10
0〜500μm程度のものが適当である。そして、FC
型光ファイバコネクタ5a,5b,・・,5nは、光フ
ァイバ4a,4b,・・,4nの光源側端面を所定位置
に確実に固定しなければならない一方で、光ファイバ4
a,4b,・・,4nの脱着を迅速、容易に行うことが
できる構成となっている。これにより、光ファイバ4
a,4b,・・,4nに入射するレーザ光の強度を光フ
ァイバ4a,4b,・・,4nの出し入れで調整するこ
とが可能になる。また、端面の劣化で入射する光の割合
が低下した場合には、端面を研磨することで対応するこ
とができる。
.., 3n are the semiconductor lasers 2a, 3b,.
The microlenses 4a, 4b,..., 4n for condensing the light emitted from a, 2b,..., 2n are flexible and lightweight for transmitting the light condensed by the microlenses 3a, 3b,. , 5n are FC-type optical fiber connectors in which the end faces of the optical fibers 4a, 4b,..., 4n are securely disposed near the focal points of the microlenses 3a, 3b,. It is. Optical fiber 4a,
4b,..., 4n have a core diameter of 30 to 100 μm and an outer diameter of 10
Those having a thickness of about 0 to 500 μm are suitable. And FC
The optical fiber connectors 5a, 5b,..., 5n must securely fix the light source side end faces of the optical fibers 4a, 4b,.
, 4n can be quickly and easily attached and detached. Thereby, the optical fiber 4
, 4n can be adjusted by taking the optical fibers 4a, 4b,..., 4n in and out. Further, when the ratio of incident light decreases due to deterioration of the end face, it can be dealt with by polishing the end face.

【0043】6は引張試験材料等の測定対象物、7a,
7b,・・,7nは測定対象物6に対して光ファイバ4
a,4b,・・,4nの出射側端を固定する貼着テープ
等の取り付け部材である。この取り付け部材7a,7
b,・・,7nは、光ファイバ4a,4b,・・,4n
の出射光が測定に適した所定の方向を向くように注意し
て固定される。8は半導体レーザ2a,2b,・・,2
nを発振させるために駆動電流を供給するための電源部
である。
6 is an object to be measured such as a tensile test material, 7a,
7b are optical fibers 4 with respect to the object 6 to be measured.
a, 4b,..., 4n are attachment members such as adhesive tapes for fixing the emission-side ends. The mounting members 7a, 7
, 7n are optical fibers 4a, 4b,.
Is fixed with care so that the emitted light is directed in a predetermined direction suitable for measurement. Reference numeral 8 denotes the semiconductor lasers 2a, 2b,.
A power supply unit for supplying a drive current for oscillating n.

【0044】9は、光ファイバ4a,4b,・・,4n
からの出射光を受け、それぞれの光を出射された位置で
集光し焦点を結ばせるための集光レンズ、10は2次元
の半導体位置検出素子であり、集光レンズ9によって受
光面上で焦点を結んだ光点位置を光電流の大きさで計測
できるものである。但し、出力は電圧に変換されて出力
される。集光レンズ9は、光ファイバ4a,4b,・
・,4nから出射した複数のレーザ光をすべて受光して
受光面に焦点を結ぶため、単一のレンズで複数のレーザ
光を受光でき、従来のようにプリズムのような光学部品
を配置するための制約を受けることがない。従って、測
定可能な測定点の距離を大きくする必要はなく、近接し
た多数点の変位量を低コストで同時に測定することが可
能になる。また、集光レンズ9は、測定対象物6に取り
付け部材7a,7b,・・,7nによって取り付けられ
る複数の光ファイバ4a,4b,・・,4nの出射側端
間の距離が広がったり、近づいたりしたときは、取り付
け位置の変化に応じて交換することができる。従って、
出射側端間の距離が広がっても、集光レンズ9を交換す
ることにより単一の集光レンズで受光面上に焦点を結ば
せることができ、測定装置のコンパクトさを維持すると
ともに測定点の変化に対応することができる。なお、集
光レンズの位置と種類は、ガウスのレンズ公式1/s
+1/s=1/f(fは焦点距離、sとsは図1を
参照)に従うため、集光レンズ9を挟んだ距離sとs
の比で計測範囲を管理してレンズ交換すればよい。
Reference numeral 9 denotes optical fibers 4a, 4b,.
A condenser lens 10 for receiving the light emitted from the light source and condensing and focusing each light at a position where the light is emitted is a two-dimensional semiconductor position detecting element. The position of the focused light spot can be measured by the magnitude of the photocurrent. However, the output is converted into a voltage and output. The condenser lens 9 includes optical fibers 4a, 4b,.
・ To receive a plurality of laser beams emitted from 4n and focus on the light receiving surface, so that a single lens can receive a plurality of laser beams and to dispose optical components such as a prism as in the conventional case. There is no restriction. Therefore, it is not necessary to increase the distance between measurable measurement points, and it is possible to simultaneously measure the displacement amounts of a number of close points at low cost. The condensing lens 9 increases or decreases the distance between the emission-side ends of the plurality of optical fibers 4a, 4b,..., 4n attached to the measurement object 6 by the attachment members 7a, 7b,. If it does, it can be replaced according to the change in the mounting position. Therefore,
Even if the distance between the emission-side ends is widened, it is possible to focus on the light receiving surface with a single condenser lens by exchanging the condenser lens 9, thereby maintaining the compactness of the measuring apparatus and measuring points. Can be responded to. The position and type of the condensing lens are based on Gauss's lens formula 1 / s 1
+ 1 / s 2 = 1 / f (f is the focal length, and s 1 and s 2 refer to FIG. 1), so that the distances s 1 and s
The lens may be replaced by managing the measurement range with the ratio of 2 .

【0045】なお、集光レンズ9を、2枚のレンズ(各
焦点距離f,f)で構成し、レンズ間距離dだけ離
して配置することにより、1/f=1/f+1/f
−d/fの関係から、等価的に焦点距離fを小さ
くすることが可能である。この場合焦点距離fの変更が
容易になり、高分解能測定も可能になる。
It should be noted that the condensing lens 9 is composed of two lenses (focal lengths f 1 and f 2 ) and is arranged at a distance d between the lenses, so that 1 / f = 1 / f 1 +1. / f 2
From the relationship of −d / f 1 f 2 , it is possible to equivalently reduce the focal length f. In this case, the focal length f can be easily changed, and high-resolution measurement can be performed.

【0046】なお、実施の形態1においては、取り付け
部材7a,7b,・・,7nは測定対象物6に光ファイ
バ4a,4b,・・,4nの各出射側端を固定して全光
学測定系中における移動系を構成しているが、これは光
ファイバ4a,4b,・・,4nの各出射側端を固定す
る方式だけに限らない。光ファイバ4a,4b,・・,
4nの各出射側端,集光レンズ9,半導体位置検出素子
10の少なくともいずれかを測定対象物に取り付けて移
動系を構成し、固定系との関係で変位を測定することが
できる。例えば、半導体位置検出素子10を測定対象物
6に取り付けた場合は、光ファイバ4a,4b,・・,
4n等の発光側を固定系に構成した変位測定装置にな
る。
In the first embodiment, all the optical members 4a, 4b,..., 4n are fixed to the object 6 to be measured by mounting members 7a, 7b,. Although the moving system in the system is configured, this is not limited to the system in which the emission ends of the optical fibers 4a, 4b,..., 4n are fixed. Optical fibers 4a, 4b,.
At least one of each of the 4n emission-side ends, the condenser lens 9, and the semiconductor position detecting element 10 is attached to a measurement object to form a moving system, and displacement can be measured in relation to a fixed system. For example, when the semiconductor position detecting element 10 is attached to the measuring object 6, the optical fibers 4a, 4b,.
This is a displacement measuring device in which the light emitting side of 4n or the like is configured as a fixed system.

【0047】11はマイクロプロセッサ等で構成され、
変位測定装置の制御を行う制御部、12は、半導体位置
検出素子10からの出力を入力し、それぞれの光点位置
の座標位置(変位)を演算するとともに、各点間の差か
ら変位量を算出することもできる演算増幅部、13は演
算増幅部12からのアナログ信号をサンプリングするサ
ンプリング手段、14はサンプリング手段13でA/D
変換したデータを記録するメモリ部、15は制御部11
とサンプリング手段13に対して供給する外部クロック
を生成する時計手段である。制御部11は、サンプリン
グ手段13のサンプリングのタイミングと、半導体レー
ザドライバ1a,1b,・・,1nを動作させる駆動パ
ルスのタイミングとを、時計手段15から供給される外
部クロックに基づいて調整する。16はディスプレー等
の表示部であり、サンプリング手段13で得た出力もし
くは場合によってアナログ電圧出力を画面上に表示する
ものである。
Reference numeral 11 denotes a microprocessor or the like.
A control unit 12 for controlling the displacement measuring device inputs an output from the semiconductor position detecting element 10, calculates a coordinate position (displacement) of each light spot position, and calculates a displacement amount from a difference between each point. An operational amplifier that can also calculate, 13 is a sampling means for sampling the analog signal from the operational amplifier 12, and 14 is an A / D
A memory unit for recording the converted data;
And clock means for generating an external clock to be supplied to the sampling means 13. The control unit 11 adjusts the timing of the sampling by the sampling unit 13 and the timing of the drive pulse for operating the semiconductor laser drivers 1a, 1b,..., 1n based on the external clock supplied from the clock unit 15. Reference numeral 16 denotes a display unit such as a display, which displays an output obtained by the sampling unit 13 or an analog voltage output on a screen in some cases.

【0048】以上説明した本発明の実施の形態1におけ
る多数点変位測定装置の測定原理について図1、図2、
図3、図4に基づいて説明する。図2において、17は
光を受けると光電変換を起こす半導体位置検出素子10
の受光面、18a,18bは光を受けるとそれぞれ光電
流Ix1,Ix2を出力するx軸側の出力端子、18
c,18dは光を受けるとそれぞれ光電流Iy1,I
y2を出力するy軸側の出力端子、19は光ファイバ4
a,4b,・・,4nの出射光が集光レンズ9によって
受光面17上で焦点を結んだ光点位置、20aは受光面
17上で出力端子18c,18dから等距離のy軸側の
中間位置、20bは受光面17上で出力端子18a,1
8bから等距離のx軸側の中間位置である。本実施の形
態1の半導体位置検出素子10は、2次元で測定点の変
位を測定できるものである。
The measurement principle of the multi-point displacement measuring device according to the first embodiment of the present invention described above will be described with reference to FIGS.
A description will be given based on FIGS. In FIG. 2, reference numeral 17 denotes a semiconductor position detecting element 10 which causes photoelectric conversion when receiving light.
The light receiving surfaces 18a and 18b output light currents I x1 and I x2 when receiving light, respectively.
c and 18d receive photocurrents Iy1 and Iy1 , respectively.
An output terminal on the y-axis side for outputting y2 , 19 is an optical fiber 4
, 4n are focused on the light receiving surface 17 by the condenser lens 9 at the light spot position, and 20a is on the light receiving surface 17 on the y-axis side equidistant from the output terminals 18c, 18d. Intermediate position, 20b is the output terminal 18a, 1 on the light receiving surface 17.
8b is an intermediate position on the x-axis side equidistant from 8b. The semiconductor position detecting element 10 of the first embodiment can measure the displacement of the measurement point in two dimensions.

【0049】すなわち、中間位置20bと各出力端子1
8a,18bまでの距離はそれぞれLであり、中間位
置20bと光点位置19までの距離はxである。光点位
置19が中間位置20bにあるときは、x=0であり、
出力端子18a,18bからの光電流Ix1,Ix2
差は生じない。同様に、中間位置20aと各出力端子1
8c,18dまでの距離はそれぞれLであり、中間位
置20aと光点位置19までの距離はyである。光点位
置19が中間位置20aにあるときは、y=0であり、
出力端子18c,18dからの光電流Iy1,Iy2
差は生じない。一般的に出力端子18a,18bで光電
流Ix1,Ix2を検出し、各出力端子18c,18d
で光電流Iy1,Iy2を検出したとき、光点位置19
の位置(x,y)は(数2)で表わされる。
That is, the intermediate position 20b and each output terminal 1
8a, the distance to 18b are each L x, the distance to the intermediate position 20b and the point position 19 is x. When the light spot position 19 is at the intermediate position 20b, x = 0,
Output terminals 18a, no difference in photocurrent I x1, I x2 from 18b. Similarly, the intermediate position 20a and each output terminal 1
8c, the distance to 18d are each L y, the distance to an intermediate position 20a and the light spot position 19 is y. When the light spot position 19 is at the intermediate position 20a, y = 0,
Output terminals 18c, no difference in photocurrent I y1, I y2 from 18d. Generally, the photocurrents Ix1 and Ix2 are detected at the output terminals 18a and 18b, and the output terminals 18c and 18d are detected.
When the photocurrents I y1 and I y2 are detected at
(X, y) is represented by (Equation 2).

【0050】[0050]

【数2】 この演算を演算増幅部12で行うと、取り付け部材7
a,7b,・・,7nによって測定対象物6に貼着した
光ファイバ4a,4b,・・,4nの出力端がどこに存
在するかを測定することができる。
(Equation 2) When this operation is performed by the operation amplifier 12, the mounting member 7
7n, it is possible to measure where the output ends of the optical fibers 4a, 4b,..., 4n attached to the measurement object 6 are present.

【0051】なお、本実施の形態1においては上述した
ように2次元の測定点の変位を(数2)によって測定し
たが、従来の変位測定装置の説明の中で説明したように
1次元の測定を行うのでもよい。この場合、上記(数
2)に代わって(数1)にしたがって変位は計算され
る。
In the first embodiment, the displacement of the two-dimensional measurement point is measured by (Equation 2) as described above. However, as described in the description of the conventional displacement measuring device,
One-dimensional measurement may be performed. In this case, the displacement is calculated according to (Equation 1) instead of (Equation 2).

【0052】ところで、本実施の形態1の多数点変位測
定装置は、変位量を測定するために半導体レーザ2a,
2b,・・,2nの発振が重複しないように動作させな
いと測定不能になる。そこで、制御部11が少なくとも
パルス幅分はズレた駆動パルスを順次、サイクリックに
半導体レーザドライバ1a,1b,・・,1nに送っ
て、電源部8からの駆動電圧を半導体レーザ2a,2
b,・・,2nを切換えて供給、発振させている。これ
により、半導体レーザ2a,2b,・・,2nはパルス
幅の時間単位でサイクリックに切換えられながら次々と
半導体位置検出素子10上に焦点を結び、それぞれ演算
増幅部12によって演算されて出力される。
The multipoint displacement measuring device according to the first embodiment uses the semiconductor lasers 2a and 2a to measure the displacement.
Unless the oscillations of 2b,..., 2n are operated so as not to overlap, measurement becomes impossible. Therefore, the control unit 11 sequentially and cyclically sends the drive pulses shifted by at least the pulse width to the semiconductor laser drivers 1a, 1b,..., 1n, and changes the drive voltage from the power supply unit 8 to the semiconductor lasers 2a and 2n.
, 2n are switched and supplied and oscillated. Thus, the semiconductor lasers 2a, 2b,..., 2n are sequentially focused on the semiconductor position detecting element 10 while being cyclically switched in time units of the pulse width, and are calculated and output by the operational amplifier 12, respectively. You.

【0053】図3は半導体レーザ2a,2b,・・,2
nの出力波形図であるが、図3において、21は時計手
段15が供給する外部クロック、22,23,24は、
時計手段15から供給された外部クロックを基に作ら
れ、制御部11から半導体レーザドライバ1a,1b,
・・,1nに供給される駆動パルスである。例えば、本
実施の形態1の外部クロック21は、半導体レーザ2
a,2b,・・,2nの動作するパルス幅と全く同じ時
間幅を1周期とするパルスで構成すればよく、そしてこ
れをそのままサンプリング・クロックとしてサンプリン
グ手段13に入力し、駆動パルスとして半導体レーザド
ライバ1a,1b,・・,1nに入力して、同期をとれ
ばよい。半導体レーザドライバ1a,1b,・・,1n
はこの駆動パルスによって半導体レーザ2a,2b,・
・,2nを切換えて発振させ、可視レーザ光を出力す
る。この光を半導体位置検出素子10で検出し、演算増
幅部12で演算され、メモリ部14に記録される。
FIG. 3 shows semiconductor lasers 2a, 2b,.
FIG. 3 is an output waveform diagram of n. In FIG. 3, reference numeral 21 denotes an external clock supplied by the clock means 15;
It is generated based on the external clock supplied from the clock means 15, and is controlled by the controller 11 from the semiconductor laser drivers 1 a, 1 b,
.. Is a driving pulse supplied to 1n. For example, the external clock 21 of the first embodiment is
a, 2b,..., 2n may be constituted by a pulse having one cycle having the same time width as the operating pulse width, and this pulse is directly input to the sampling means 13 as a sampling clock, and a semiconductor laser It is sufficient to input the signals to the drivers 1a, 1b,. Semiconductor laser drivers 1a, 1b, ..., 1n
Are driven by the driving pulses so that the semiconductor lasers 2a, 2b,.
, 2n is switched to oscillate and a visible laser beam is output. This light is detected by the semiconductor position detecting element 10, operated by the operational amplifier 12, and recorded in the memory 14.

【0054】このように、光ファイバ4a,4b,・
・,4nからの光は重複しないように時間シフトして放
出されるから、ある時間帯にはある一つの光ファイバ、
例えば光ファイバ4aから光が出て他の光ファイバから
光は出ない。次の時間帯には別の一つ光ファイバ4bだ
けから光が出る。これにより先に記した半導体位置検出
素子10上の光点位置19が2点となるようなことも生
じない。従って、半導体位置検出素子10の出力は定ま
ったパルス幅(時間刻み)で光ファイバ4a,4b,・
・,4nの位置情報を順次切換えて、電圧の形で出力し
てそれを検出することができる。この「パルス幅×本
数」が現象の速度に対して十分に余裕があって小さけれ
ば、サンプリング手段13によるA/D変換で時間的に
飛び飛びになって記憶されている同一光ファイバ4a,
4b,・・,4nの出力電圧を各々結ぶことで全体の変
位線が得られ、多数点の変位計測が実現できる。光ファ
イバ4a,4b,・・,4n間では変位量、伸びが測定
されることになる。
Thus, the optical fibers 4a, 4b,.
., Light from 4n is emitted with a time shift so as not to overlap, so that a certain optical fiber
For example, light exits from the optical fiber 4a and does not exit from other optical fibers. In the next time zone, light is emitted only from another optical fiber 4b. Thus, the light spot position 19 on the semiconductor position detecting element 10 described above does not become two points. Therefore, the output of the semiconductor position detecting element 10 has a fixed pulse width (time interval) and the optical fibers 4a, 4b,.
., 4n can be sequentially switched, output in the form of a voltage, and detected. If this “pulse width × number” has a sufficient margin for the speed of the phenomenon and is small, the same optical fibers 4a, 4a, which are stored in the A / D conversion by the sampling means 13 in time.
By connecting the output voltages of 4b,..., 4n, an entire displacement line can be obtained, and displacement measurement at many points can be realized. The displacement and elongation are measured between the optical fibers 4a, 4b,..., 4n.

【0055】図4において、31は、半導体レーザ2a
の光点位置を時間の経緯に対してプロットした半導体レ
ーザ2aの光点位置の変位線であり、32は半導体レー
ザ2bの光点位置の変化を時間の経緯に対してプロット
した半導体レーザ2bの光点位置の変位線である。但
し、図4の変位線は較正された実際の変位量に変換して
示している。同様に、33は半導体レーザ2nの光点位
置の変化を時間の経緯に対してプロットした半導体レー
ザ2nの光点位置の変位線である。いずれも直線状に変
化していることが分かる。図4において、変位線31〜
33のx軸上のそれぞれの差が、半導体レーザ2a,2
b,・・,2nの出射側端位置のx軸方向の距離に対応
し、時間tから時間tになったとき半導体レーザ2
a,2b,・・,2nの出射側端の距離が減少している
分、変位量が生じていることが分かる。図示はしない
が、まったく同様に、y軸方向の変位線を測定すると、
変位線はいずれも直線状に変化する。変位線のy軸上の
それぞれの差が、半導体レーザ2a,2b,・・,2n
の出射側端のy軸方向の距離となる。これらを測定して
メモリ部14に記録する。このように、サンプリング手
段13によるデータ化で時間的に飛び飛びになって記憶
されている出力電圧を各々結んで変位線が得られ、多数
点の変位計測が実現でき、変位量、伸びが測定されるこ
とになる。
In FIG. 4, reference numeral 31 denotes a semiconductor laser 2a.
Is a displacement line of the light spot position of the semiconductor laser 2a in which the light spot position of the semiconductor laser 2a is plotted with respect to time, and 32 is a displacement line of the semiconductor laser 2b in which the change of the light spot position of the semiconductor laser 2b is plotted with respect to time. It is a displacement line of a light spot position. However, the displacement line in FIG. 4 is shown after being converted into a calibrated actual displacement amount. Similarly, reference numeral 33 denotes a displacement line of the light spot position of the semiconductor laser 2n in which the change of the light spot position of the semiconductor laser 2n is plotted with respect to time. It can be seen that both changes linearly. In FIG. 4, displacement lines 31 to
The respective differences on the x-axis of 33 are the semiconductor lasers 2a and 2
b, · ·, the semiconductor laser 2 when corresponding to the distance in the x-axis direction of the exit-side end position of the 2n, which consisted time t 1 to time t 2
It can be seen that the amount of displacement occurs because the distance between the emission-side ends of a, 2b,..., 2n decreases. Although not shown, when the displacement line in the y-axis direction is measured in exactly the same way,
Each displacement line changes linearly. The differences between the displacement lines on the y-axis are the semiconductor lasers 2a, 2b,.
Is the distance in the y-axis direction of the emission side end of These are measured and recorded in the memory unit 14. As described above, the displacement lines are obtained by connecting the output voltages that are stored at intervals in time by the data conversion by the sampling means 13, the displacement measurement of many points can be realized, and the displacement amount and elongation are measured. Will be.

【0056】次に、本実施の形態1における多数点変位
測定装置の動作の説明を行う。測定を行う場合、変位を
計測したい被対象物6に1mm以下〜十数mmの近接し
た間隔で光ファイバ4a,4b,・・,4nを貼着す
る。光ファイバ4a,4b,・・,4nへのレーザ光の
入力にあたっては、貼着する光ファイバ4a,4b,・
・,4nと同じ数の半導体レーザをパルス発振させ、図
3のような発光のタイミングで半導体レーザ2a,2
b,・・,2nを発振させる。例えば、レーザ2aから
放出されたレーザ光は光ファイバ4aにFC型光ファイ
バコネクタ5aを用いて入射され、光ファイバ4aのも
う一方の端部である出射側端からは従来のものとは異な
り、連続光ではなくパルス状のレーザ光が放出される。
同様に光ファイバ4b,・・,4nからもパルス状の光
が放出されるが、このとき各々の光ファイバ4a,4
b,・・,4nのレーザ光の通過時間は重複することな
く順次シフトされる。なお、MHzの動作速度も可能で
ある。光ファイバ4a,4b,・・,4nから放出され
たレーザ光(任意の時間に着目すれば一つのファイバだ
けからレーザ光は放出されている)は単一の集光レンズ
9を通して集光され、最も光束の小さくなった位置に置
かれた単一の半導体位置検出素子10の受光面に1つの
焦点を結ぶ。
Next, the operation of the multi-point displacement measuring apparatus according to the first embodiment will be described. When the measurement is performed, the optical fibers 4a, 4b,..., 4n are adhered to the object 6 whose displacement is to be measured at an interval of 1 mm or less to several tens mm. When inputting laser light to the optical fibers 4a, 4b,..., 4n, the optical fibers 4a, 4b,.
., Pulse oscillation of the same number of semiconductor lasers as the semiconductor lasers 2a, 2n
b, ..., 2n are oscillated. For example, the laser light emitted from the laser 2a is incident on the optical fiber 4a by using the FC type optical fiber connector 5a, and is different from the conventional one from the emission end which is the other end of the optical fiber 4a. Instead of continuous light, pulsed laser light is emitted.
Similarly, pulsed light is emitted from the optical fibers 4b,..., 4n.
The passage times of the laser beams b,..., 4n are sequentially shifted without overlapping. An operation speed of MHz is also possible. The laser light emitted from the optical fibers 4a, 4b,..., 4n (the laser light is emitted from only one fiber when focusing on an arbitrary time) is condensed through a single condenser lens 9, One focal point is formed on the light receiving surface of the single semiconductor position detecting element 10 placed at the position where the light flux becomes minimum.

【0057】光点位置19の移動は光ファイバ4a,4
b,・・,4nのファイバ端面の動きに対応するので、
半導体位置検出素子10は最初に光ファイバ4a、次の
時間には光ファイバ4b,・・,光ファイバ4nの貼付
位置に対応した光電流を順次出力し、この動作をサイク
リックに繰り返す。なお、レーザ光がシフトする際の半
導体位置検出素子10の出力は、例えば光ファイバ4a
の位置から急に光ファイバ4bの位置を示す電圧になる
ので不連続となる。半導体位置検出素子10で受光され
た光電流出力は電圧に変換後演算増幅部12で増幅さ
れ、サンプリング手段13でA/D変換され、メモリ部
14に記憶される。このときに注意すべき点として、サ
ンプリング手段13のサンプリング・クロックに同期し
た駆動パルスを制御部11が出力し、半導体レーザ2
a,2b,・・,2nを発振させる必要がある。これと
同様の手段を講じるのでもよい。上述したように実施の
形態1では、時計手段15からの外部クロック21を半
導体レーザ2a,2b,・・,2nの動作するパルス幅
と全く同じ時間幅を1周期とするパルスで構成し、そし
てこれをそのままサンプリング・クロックとしてサンプ
リング手段13に入力し、駆動パルスとして半導体レー
ザドライバ1a,1b,・・,1nに入力して、同期を
取っている。
The movement of the light spot position 19 is caused by the movement of the optical fibers 4a and 4a.
b,..., 4n
The semiconductor position detecting element 10 first outputs the optical current corresponding to the position where the optical fiber 4a is attached and the optical fiber 4b,..., 4n at the next time, and repeats this operation cyclically. The output of the semiconductor position detecting element 10 when the laser light shifts is, for example, an optical fiber 4a.
From the position, the voltage suddenly becomes the position indicating the position of the optical fiber 4b, so that it becomes discontinuous. The photocurrent output received by the semiconductor position detecting element 10 is converted into a voltage, amplified by the operational amplifier 12, A / D converted by the sampling means 13, and stored in the memory 14. At this time, it should be noted that the control unit 11 outputs a driving pulse synchronized with the sampling clock of the sampling unit 13 and the semiconductor laser 2
a, 2b,..., 2n need to be oscillated. Similar measures may be taken. As described above, in the first embodiment, the external clock 21 from the clock means 15 is constituted by a pulse whose period is exactly the same as the operating pulse width of the semiconductor lasers 2a, 2b,. This is directly input to the sampling means 13 as a sampling clock, and is input to the semiconductor laser drivers 1a, 1b,..., 1n as drive pulses to achieve synchronization.

【0058】このようにして得られる変位データは1つ
の光ファイバ4a(あるいは、4b,・・,4nなど)
に注目して見ると時間的に途切れ途切れの間欠データで
ある。しかし現象の速度が半導体レーザ2a(あるい
は、2b,・・,2nなど)のパルス・インターバルと
同程度あるいはそれより遅ければ、パルス幅(n−1)
個分の欠落している点を直線で結ぶことにより補完でき
る。すなわち、パルス幅の1サイクル刻みで別の時間刻
みに注目すれば他の点の変位も同様にして得ることがで
き、n点の変位が一度に計測できることになる。しか
し、現象の速度が速い場合は、変位線31〜33上でそ
のまま直線による(n−1)個の補完を行っても高い周
波数の振動があるためこれを再現することは難しいが、
本発明の測定方法によれば、変位線32の欠落した変位
データを補完する場合、この時間に計測データの存在す
る変位線と変位線32の変位データのそれぞれこの時間
に最も近い前後1パルス、都合6個の変位データを用い
て演算することで、高い周波数の振動を残したままで、
変位線32の変位データの値を補完することができる。
これにより波形中に含まれる高い周波数を見落とすこと
はなくなり、高い周波数の存在と周波数を知ることがで
きる。つまり、サンプリング時間が粗くなることで生じ
る欠点を補うことが可能となる。
The displacement data obtained in this manner is one optical fiber 4a (or 4b,..., 4n, etc.).
If attention is paid to this, it is intermittent data that is temporally interrupted. However, if the speed of the phenomenon is about the same as or slower than the pulse interval of the semiconductor laser 2a (or 2b,..., 2n), the pulse width (n-1)
The missing points can be complemented by connecting the missing points with straight lines. That is, if attention is paid to another time step in one cycle of the pulse width, displacements at other points can be obtained in the same manner, and displacements at n points can be measured at once. However, when the speed of the phenomenon is high, it is difficult to reproduce this because there are high frequency vibrations even if (n-1) complementation is performed by straight lines on the displacement lines 31 to 33,
According to the measurement method of the present invention, when complementing the missing displacement data of the displacement line 32, one pulse before and after the displacement data of the displacement line where the measurement data exists and the displacement data of the displacement line 32 closest to this time, By calculating using six displacement data for convenience, the vibration of high frequency is left,
The value of the displacement data of the displacement line 32 can be complemented.
Thus, the high frequency included in the waveform is not overlooked, and the existence and frequency of the high frequency can be known. That is, it is possible to make up for the drawback caused by the coarse sampling time.

【0059】なお、本実施の形態1のように光ファイバ
4a,4b,・・,4nを測定対象物に固定するのでな
く、レンズ9または半導体位置検出素子10の方を測定
対象物に取り付けて変位を計測することも可能であり、
最も適した設置形態を選べ、用途に適した最適の多数点
変位測定装置を提供することが可能となる。
Note that, instead of fixing the optical fibers 4a, 4b,..., 4n to the object to be measured as in the first embodiment, the lens 9 or the semiconductor position detecting element 10 is attached to the object to be measured. It is also possible to measure displacement,
The most suitable installation form can be selected, and it is possible to provide an optimal multi-point displacement measuring device suitable for the application.

【0060】以上説明したように、本発明の実施の形態
1における多数点変位測定装置は、計測点が増えても、
半導体位置検出素子10と演算増幅部12は従来と異な
ってそれぞれ単一でよく、計測点が増えるほどコストパ
フォーマンスのよい装置となる。また、上述したように
多数点変位測定装置は周波数応答性がよく、各種負荷速
度下で小振幅から大振幅までの変位を計測できる上に、
狭い多数点間及び多数点にわたる変位と変位量、伸びを
測定することができる。従って、本測定装置は低速、多
数点変位測定への応用も可能なので変位測定範囲や変形
速度に関係なく、多方面での利用が期待できる。例え
ば、将来小型化が予想される密集した多数の点の複雑な
移動量や振動を一度に測定するのは、従来装置では困難
であったが、本発明の多数点変位測定装置によればそれ
が可能になる。一例をあげれば、回転体の偏芯量測定
や、インクジェットプリンターの多ヘッドの変位量測
定、ロボット関節の移動量測定が可能になる。また、高
い周波数応答性を有するので、衝撃などの数kHzから数
十kHz程度の現象の変位を測定するのにも大いに適して
いる。このような用途で一例をあげれば、衝突物体の速
度同時計測、建物や構造物の耐震解析もしくは制御、船
体等の揺れや振動解析等に適用できる。また、この多数
点変位測定装置は、歪ゲージなどと比べると、貼着する
にしても取り付け部材自身の歪を測定してしまうことは
なく、歪ゲージの測定限界を越えるような大ひずみ域ま
で変位量の測定が可能であり、実質的に非接触で測定を
行うためにノイズが入り込むおそれがほとんどなく、高
い信頼性を有するものである。
As described above, the multi-point displacement measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention can be used even if the number of measuring points increases.
The semiconductor position detecting element 10 and the operational amplifying unit 12 may be single each differently from the conventional one, and the more the measuring points, the better the cost performance. In addition, as described above, the multiple-point displacement measuring device has a good frequency response, and can measure displacement from a small amplitude to a large amplitude under various load speeds.
It is possible to measure displacement, displacement amount, and elongation between narrow multiple points and multiple points. Therefore, the present measuring apparatus can be applied to low-speed, multi-point displacement measurement, and can be expected to be used in various fields irrespective of the displacement measurement range and the deformation speed. For example, it is difficult to measure at once a complex movement amount and vibration of a large number of dense points that are expected to be miniaturized in the future with the conventional apparatus, but according to the multipoint displacement measuring apparatus of the present invention, Becomes possible. For example, it is possible to measure the amount of eccentricity of a rotating body, the amount of displacement of multiple heads of an inkjet printer, and the amount of movement of a robot joint. Also, since it has a high frequency response, it is very suitable for measuring the displacement of phenomena of several kHz to several tens of kHz such as impact. As an example of such an application, the present invention can be applied to simultaneous velocity measurement of a collision object, seismic analysis or control of buildings and structures, and analysis of shaking and vibration of a hull. Also, compared to strain gauges, this multi-point displacement measuring device does not measure the strain of the mounting member itself even when pasted, and up to a large strain range exceeding the measurement limit of the strain gauge. The displacement amount can be measured, and since the measurement is performed substantially in a non-contact manner, there is almost no possibility of noise being introduced, and the device has high reliability.

【0061】[0061]

【発明の効果】本発明の請求項1に記載の多数点変位測
定装置は、光ファイバと、複数のパルス光源と、半導体
位置検出素子を備え、光ファイバの各出射側端,集光レ
ンズ,半導体位置検出素子の少なくともいずれかが測定
対象物に取り付けられるとともに、制御部が、パルス光
源ドライバのそれぞれに順次駆動パルスを送り、パルス
光源をサイクリックに発光させたから、パルス光源ドラ
イバのそれぞれに順次駆動パルスを送り、パルス光源を
サイクリックに発光させるため、測定用の光学部品の配
置に制約を受けることが少なく、近接した多数点の変位
量を低コストで同時に測定することを可能にし、半導体
位置検出素子に隣のパルス光源の光が影響を与えること
がなく、これにより近接した多数点の測定であっても測
定誤差が少なくなる。光ファイバ,集光レンズ,半導体
位置検出素子の少なくともいずれかを測定対象物に取り
付けて全光学測定系中の移動系を構成するため、場合に
応じていずれかを選択して移動系を構成し、固定系との
関係で変位が測定できる。また、パルス光源ドライバの
それぞれに順次駆動パルスを送り、パルス光源を切換え
てサイクリックに発光させるため、静的負荷から十μ秒
オーダで高速に動く測定対象物まで測定範囲も広く、応
答性が高い多数点変位測定装置を提供することができ
る。
The multipoint displacement measuring apparatus according to the first aspect of the present invention includes an optical fiber, a plurality of pulsed light sources, and a semiconductor position detecting element. At least one of the semiconductor position detecting elements is attached to the object to be measured, and the control unit sequentially sends a driving pulse to each of the pulsed light source drivers to cause the pulsed light source to emit light cyclically. Since the drive pulse is sent and the pulse light source emits light cyclically, the arrangement of the optical components for measurement is less restricted, and it is possible to simultaneously measure the displacements of many nearby points at low cost, and semiconductor Light from the adjacent pulse light source does not affect the position detection element, thereby reducing measurement errors even when measuring many points in close proximity. . At least one of an optical fiber, a condenser lens, and a semiconductor position detecting element is attached to a measurement object to form a moving system in the all-optical measurement system. The displacement can be measured in relation to the fixed system. In addition, since the drive pulse is sequentially sent to each pulse light source driver and the pulse light source is switched to emit light cyclically, the measurement range is wide from static load to the measurement object that moves at high speed in the order of 10 μs, and the response is wide. A high multipoint displacement measuring device can be provided.

【0062】本発明の請求項2に記載の多数点変位測定
装置は、パルス光源が半導体レーザであるから、パルス
光源として半導体レーザは光出力が大きく、パルス波形
も鮮明で、また減衰量も少なく、最も正確な測定が可能
になる。
In the multipoint displacement measuring apparatus according to the second aspect of the present invention, since the pulse light source is a semiconductor laser, the semiconductor laser as the pulse light source has a large light output, a clear pulse waveform, and a small attenuation. , The most accurate measurement is possible.

【0063】本発明の請求項3に記載の多数点変位測定
装置は、集光レンズが光ファイバから出射したレーザ光
を受光して受光面に焦点を結ぶから、単一の集光レンズ
で複数の光を受光でき、測定用の光学部品の配置に制約
を受けることが少なく、近接した多数点の変位量を低コ
ストで同時に測定することを可能にし、半導体位置検出
素子に隣のパルス光源の光が影響を与えることがなく、
これにより近接した多数点の測定であっても測定誤差が
少なくなる。
In the multi-point displacement measuring device according to the third aspect of the present invention, since the condenser lens receives the laser beam emitted from the optical fiber and focuses on the light receiving surface, a plurality of displacements can be obtained by a single condenser lens. Light, and there are few restrictions on the arrangement of the optical components for measurement.It is also possible to simultaneously measure the displacements of a number of adjacent points at low cost, and the pulse light source adjacent to the semiconductor position detection element can be measured. Light has no effect,
As a result, the measurement error is reduced even in the case of measuring a number of points in close proximity.

【0064】本発明の請求項4に記載の多数点変位測定
装置は、複数の光ファイバの取り付け位置に応じて、集
光レンズを交換するから、測定点が離れて測定対象物に
取り付ける出射側端の位置が離れてきても、集光レンズ
を交換することにより単一の集光レンズで受光面上に焦
点を結ばせることができる。
In the multi-point displacement measuring device according to the fourth aspect of the present invention, the condenser lens is exchanged according to the mounting position of the plurality of optical fibers. Even if the end position becomes far away, it is possible to focus on the light receiving surface with a single condenser lens by exchanging the condenser lens.

【0065】本発明の請求項5に記載の多数点変位測定
装置は、半導体位置検出素子が、光ファイバから出射し
た光を受光できる大きさの受光面を備えたから、パルス
光源ドライバのそれぞれに順次駆動パルスを送り、パル
ス光源をサイクリックに発光させ、単一の半導体位置検
出素子で複数の光を受光するため、近接した多数点の変
位量を低コストで同時に測定することを可能になり、近
接した多数点の測定であっても少ない測定誤差で測定で
きる。
In the multi-point displacement measuring device according to the fifth aspect of the present invention, since the semiconductor position detecting element is provided with a light receiving surface large enough to receive the light emitted from the optical fiber, it is sequentially provided to each of the pulse light source drivers. A drive pulse is sent, the pulse light source emits light cyclically, and multiple light is received by a single semiconductor position detection element, so it is possible to simultaneously measure the displacement of many adjacent points at low cost, Even a measurement at many points in close proximity can be measured with a small measurement error.

【0066】本発明の請求項6に記載の多数点変位測定
装置は、半導体位置検出素子が受光面上の二次元の光点
位置を検出するから、二次元的な測定点であっても低コ
ストで同時に測定することを可能になり、近接した多数
点の測定であっても少ない測定誤差で測定できる。
In the multi-point displacement measuring device according to the sixth aspect of the present invention, since the semiconductor position detecting element detects the two-dimensional light spot position on the light receiving surface, even if the two-dimensional measurement point is low. Measurement can be performed simultaneously at a low cost, and measurement can be performed with a small measurement error even when measuring a large number of close points.

【0067】本発明の請求項7に記載の多数点変位測定
装置は、制御部がサンプリング手段のサンプリングのタ
イミングとパルス光源ドライバに順次サイクリックに送
る駆動パルスと同期させるから、演算増幅部が出力した
アナログ信号からデータをサンプリングするタイミング
と、駆動パルスと同期させることにより、光の発光タイ
ミングとサンプリングのタイミングが一致し、データが
ずれていくことがなく、少ない測定誤差で測定できる。
In the multi-point displacement measuring device according to the seventh aspect of the present invention, the control unit synchronizes the sampling timing of the sampling means with the drive pulse sequentially and cyclically sent to the pulse light source driver, so that the operational amplifier unit outputs By synchronizing the timing of sampling data from the analog signal with the driving pulse, the light emission timing of light and the sampling timing match, and data can be measured without deviation and with a small measurement error.

【0068】本発明の請求項8に記載の多数点変位測定
装置は、サンプリング手段からの出力を記録するメモリ
部を備えたから、変位、変位量をメモリの中に記録する
ことができる。
Since the multipoint displacement measuring device according to the eighth aspect of the present invention includes the memory unit for recording the output from the sampling means, the displacement and the displacement amount can be recorded in the memory.

【0069】本発明の請求項9に記載の多数点変位測定
装置は、光ファイバの端部を揺動自在に固定するFC型
光ファイバコネクタを備えたから、多数点の測定を行う
ため光ファイバの配設を容易にすることができる。
The multipoint displacement measuring device according to the ninth aspect of the present invention includes the FC type optical fiber connector for fixing the end of the optical fiber so as to swing freely. The arrangement can be facilitated.

【0070】本発明の請求項10に記載の多数点変位測
定方法は、複数の光ファイバの各出射側端,集光レン
ズ,半導体位置検出素子の少なくともいずれかを測定対
象物に取り付け、パルス光源を切換えてサイクリックに
発光させ、光ファイバのそれぞれにパルス光源が発光し
た光を入射し、光ファイバからの出射光を集光レンズで
集光し、半導体位置検出素子の受光面で光点位置を検出
して複数の測定点の変位を測定するから、パルス光源ド
ライバのそれぞれに順次駆動パルスを送り、パルス光源
をサイクリックに発光させるため、パルス光源ドライバ
のそれぞれに順次駆動パルスを送り、パルス光源をサイ
クリックに発光させるため、近接した多数点の変位量を
低コストで同時に測定することを可能にし、半導体位置
検出素子に隣のパルス光源の光が影響を与えることがな
く、これにより近接した多数点の測定であっても測定誤
差が少なくなる。光ファイバ,集光レンズ,半導体位置
検出素子の少なくともいずれかを測定対象物に取り付け
て全光学測定系中の移動系を構成するため、場合に応じ
ていずれかを選択して移動系を構成し、固定系との関係
で変位が測定できる。また、パルス光源ドライバのそれ
ぞれに順次駆動パルスを送り、パルス光源をサイクリッ
クに発光させるため、静的負荷から十μ秒オーダで高速
に動く測定対象物まで測定範囲も広く、応答性が高い多
数点変位測定装置を提供することができる。
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a multi-point displacement measuring method, wherein at least one of each of the emission side ends of a plurality of optical fibers, a condenser lens, and a semiconductor position detecting element is attached to an object to be measured. To emit light cyclically, the light emitted by the pulsed light source is incident on each of the optical fibers, and the light emitted from the optical fiber is condensed by a condenser lens, and the light spot position on the light receiving surface of the semiconductor position detecting element To detect the displacement of a plurality of measurement points, sequentially send a drive pulse to each of the pulse light source drivers, and sequentially send a drive pulse to each of the pulse light source drivers to cause the pulse light source to emit light cyclically. Since the light source emits light cyclically, it is possible to simultaneously measure the displacements of a number of adjacent points at low cost, and a pulse is placed next to the semiconductor position detection element. Without the light source of the light will affect the measurement error is reduced even measurement of multiple points in close proximity thereto. At least one of an optical fiber, a condenser lens, and a semiconductor position detecting element is attached to a measurement object to form a moving system in the all-optical measurement system. The displacement can be measured in relation to the fixed system. In addition, since a drive pulse is sequentially transmitted to each of the pulse light source drivers to cause the pulse light source to emit light cyclically, the measurement range is wide from a static load to a measurement object that moves at high speed in the order of 10 μs, and a large number of highly responsive devices are provided. A point displacement measuring device can be provided.

【0071】本発明の請求項11に記載の多数点変位測
定方法は、パルス光源が半導体レーザであるから、パル
ス光源として半導体レーザは光出力が大きく、パルス波
形も鮮明で、また減衰量も少なく、最も正確な測定が可
能になる。
According to the multipoint displacement measuring method of the present invention, since the pulse light source is a semiconductor laser, the semiconductor laser as the pulse light source has a large light output, a clear pulse waveform, and a small amount of attenuation. , The most accurate measurement is possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態1における多数点変位測定
装置の構成図
FIG. 1 is a configuration diagram of a multipoint displacement measuring device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態1における多数点変位測定
装置の半導体位置検出素子による光点位置の測定説明図
FIG. 2 is an explanatory diagram of measurement of a light spot position by a semiconductor position detecting element of the multiple-point displacement measuring device according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施の形態1における多数点変位測定
装置の半導体レーザの出力波形図
FIG. 3 is an output waveform diagram of a semiconductor laser of the multiple-point displacement measuring device according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施の形態1における多数点変位測定
装置によって測定した変位量図
FIG. 4 is a displacement diagram measured by a multipoint displacement measuring device according to the first embodiment of the present invention.

【図5】従来の変位測定装置の構成図FIG. 5 is a configuration diagram of a conventional displacement measuring device.

【図6】従来の変位測定装置の半導体位置検出素子によ
る光点位置の測定説明図
FIG. 6 is an explanatory diagram of measuring a light spot position by a semiconductor position detecting element of a conventional displacement measuring device.

【図7】従来の変位測定装置によって測定した変位量図FIG. 7 is a displacement diagram measured by a conventional displacement measuring device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体レーザ駆動部 1a,1b,・・,1n 半導体レーザドライバ 2a,2b,・・,2n 半導体レーザ 3a,3b,・・,3n マイクロレンズ 4a,4b,・・,4n 光ファイバ 5a,5b,・・,5n FC型光ファイバコネクタ 6 測定対象物 7a,7b,・・,7n 取り付け部材 8 電源部 9 集光レンズ 10 半導体位置検出素子 11 制御部 12 演算増幅部 13 サンプリング手段 14 メモリ部 15 時計手段 16 表示部 17 受光面 18a,18b,18c,18d 出力端子 19 光点位置 20a,20b 中間位置 21 外部クロック 22,23,24 駆動パルス 31,32,33 変位線 41 電源入切部 41a,41b 電源スイッチ 42a,42b 半導体レーザ 43a,43b マイクロレンズ 44a,44b 光ファイバ 45a,45b FC型光ファイバコネクタ 46 測定対象物 47a,47b 取り付け部材 48 電源部 49a,49b プリズム 50a,50b 集光レンズ 51a,51b 半導体位置検出素子 52 制御部 53 演算増幅部 54 サンプリング手段 55 メモリ部 56 時計手段 57 表示部 61 受光面 62a,62b 出力端子 63 光点位置 64 中間位置 67,68 変位線 1 semiconductor laser driver 1a, 1b, ..., 1n semiconductor laser driver 2a, 2b, ..., 2n semiconductor laser 3a, 3b, ..., 3n micro lens 4a, 4b, ..., 4n optical fiber 5a, 5b, .., 5n FC-type optical fiber connector 6 Measurement object 7a, 7b,. Means 16 Display unit 17 Light receiving surface 18a, 18b, 18c, 18d Output terminal 19 Light spot position 20a, 20b Intermediate position 21 External clock 22, 23, 24 Drive pulse 31, 32, 33 Displacement line 41 Power supply on / off unit 41a, 41b Power switches 42a, 42b Semiconductor lasers 43a, 43b Microlenses 44a, 44b Optical fiber 45a, 45b FC-type optical fiber connector 46 Object to be measured 47a, 47b Mounting member 48 Power supply unit 49a, 49b Prism 50a, 50b Condensing lens 51a, 51b Semiconductor position detecting element 52 Control unit 53 Operational amplification unit 54 Sampling unit 55 Memory unit 56 Clock unit 57 Display unit 61 Light receiving surface 62a, 62b Output terminal 63 Light spot position 64 Intermediate position 67, 68 Displacement line

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 清 福岡県福岡市南区長丘2−3−11 (72)発明者 フィリップ ベギュリン スイス連邦共和国、ヴォー州ローザンヌ 市、ケミン・デス・フォーグレス No 4 (72)発明者 新川 和夫 福岡県太宰府市高雄6−3−5 Fターム(参考) 2F065 AA03 AA65 BB29 FF01 FF10 GG06 HH04 HH13 JJ01 JJ16 LL02 QQ01 QQ04 2F103 BA00 BA43 EB02 EB08 EB15 EB17 EB27 EC04 EC09 ED27 FA11 GA15 GA16 2G061 AA01 EA02 EB07  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Kiyoshi Takahashi 2-3-11 Nagaoka, Minami-ku, Fukuoka City, Fukuoka Prefecture (72) Philippe Vegulin, Chemin des Forgresses No. 4 in Lausanne, Vaud, Switzerland, Switzerland 72) Inventor Kazuo Shinkawa 6-3-5 Takao, Dazaifu City, Fukuoka Prefecture F-term (reference) AA01 EA02 EB07

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】複数の光ファイバと、 前記光ファイバのそれぞれに対応付けられ、それぞれに
入射する光を発光する複数のパルス光源と、 前記パルス光源のそれぞれを発振させる複数のパルス光
源ドライバと、 前記パルス光源を発振させるための駆動電圧を供給する
電源部と、 前記光ファイバの出射側端から出射した光を集光する集
光レンズと、 該集光レンズにより受光面上で焦点を結んだ光が発生す
る光電流を検出する半導体位置検出素子と、 前記半導体位置検出素子が検出した光電流から各光ファ
イバの光点位置を演算する演算増幅部と、 前記パルス光源ドライバを制御する制御部とを備え、 前記光ファイバ,前記集光レンズ,前記半導体位置検出
素子の少なくともいずれかが測定対象物に取り付けられ
るとともに、 前記制御部が、前記パルス光源ドライバのそれぞれに順
次駆動パルスを送り、前記パルス光源をサイクリックに
発光させたことを特徴とする多数点変位測定装置。
A plurality of optical fibers, a plurality of pulsed light sources associated with each of the optical fibers and emitting light incident thereon, a plurality of pulsed light source drivers for oscillating each of the pulsed light sources, A power supply unit for supplying a drive voltage for oscillating the pulse light source, a condenser lens for condensing light emitted from the exit side end of the optical fiber, and a focal point formed on a light receiving surface by the condenser lens A semiconductor position detection element for detecting a photocurrent generated by light; an operation amplification unit for calculating a light spot position of each optical fiber from the photocurrent detected by the semiconductor position detection element; and a control unit for controlling the pulse light source driver And at least one of the optical fiber, the condenser lens, and the semiconductor position detection element is attached to the measurement target, and the control unit includes: Serial pulse light source sends a sequential driving pulses to each of the driver, multiple point displacement measuring device which is characterized in that by emitting the pulsed light source cyclically.
【請求項2】前記パルス光源が半導体レーザであること
を特徴とする請求項1記載の多数点変位測定装置。
2. The multipoint displacement measuring device according to claim 1, wherein said pulse light source is a semiconductor laser.
【請求項3】前記集光レンズが前記光ファイバから出射
した光を受光して前記受光面に焦点を結ぶことを特徴と
する請求項1または2記載の多数点変位測定装置。
3. The multi-point displacement measuring apparatus according to claim 1, wherein the condenser lens receives light emitted from the optical fiber and focuses the light on the light receiving surface.
【請求項4】複数の光ファイバの取り付け位置に応じ
て、前記集光レンズを交換することができることを特徴
とする請求項1〜3のいずれかに記載の多数点変位測定
装置。
4. The multipoint displacement measuring apparatus according to claim 1, wherein said condenser lens can be exchanged according to a mounting position of a plurality of optical fibers.
【請求項5】前記半導体位置検出素子が、前記光ファイ
バから出射した光を受光できる大きさの受光面を備えた
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の多数
点変位測定装置。
5. The multipoint displacement measurement according to claim 1, wherein the semiconductor position detecting element has a light receiving surface large enough to receive light emitted from the optical fiber. apparatus.
【請求項6】前記前記半導体位置検出素子が受光面上の
二次元の光点位置を検出することを特徴とする請求項1
〜4にいずれかに記載の多数点変位測定装置。
6. A semiconductor device according to claim 1, wherein said semiconductor position detecting element detects a two-dimensional light spot position on a light receiving surface.
5. The multiple-point displacement measuring device according to any one of items 1 to 4.
【請求項7】前記演算増幅部からの出力をA/D変換す
るサンプリング手段を備え、前記制御部が該サンプリン
グ手段のサンプリングのタイミングと前記パルス光源ド
ライバに順次サイクリックに送る駆動パルスと同期させ
ることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の多
数点変位測定装置。
7. A sampling unit for A / D-converting an output from said operational amplifier, wherein said control unit synchronizes a sampling timing of said sampling unit with a driving pulse sequentially and cyclically sent to said pulse light source driver. The multiple-point displacement measuring device according to any one of claims 1 to 6, wherein:
【請求項8】前記サンプリング手段からの出力を記録す
るメモリ部を備えたことを特徴とする請求項7記載の多
数点変位測定装置。
8. The multipoint displacement measuring apparatus according to claim 7, further comprising a memory unit for recording an output from said sampling means.
【請求項9】前記パルス光源と前記光ファイバの間に設
けられ、前記光ファイバの端部を揺動自在に固定するF
C型光ファイバコネクタを備えたことを特徴とする請求
項1〜8のいずれかに記載の多数点変位測定装置。
9. An F provided between the pulse light source and the optical fiber to fix an end of the optical fiber in a swingable manner.
The multi-point displacement measuring device according to any one of claims 1 to 8, further comprising a C-type optical fiber connector.
【請求項10】複数の光ファイバ,集光レンズ,半導体
位置検出素子の少なくともいずれかを測定対象物に取り
付け、複数のパルス光源ドライバに順次駆動パルスを送
り、各パルス光源ドライバに対応付けられたパルス光源
を切換えてサイクリックに発光させ、前記光ファイバの
それぞれに前記パルス光源が発光した光を入射し、前記
光ファイバからの出射光を集光レンズで集光し、半導体
位置検出素子の受光面で光点位置を検出して複数の測定
点の変位を測定することを特徴とする多数点変位測定方
法。
10. At least one of a plurality of optical fibers, a condensing lens, and a semiconductor position detecting element is attached to an object to be measured, and a driving pulse is sequentially sent to a plurality of pulse light source drivers to be associated with each pulse light source driver. A pulse light source is switched to emit light cyclically, light emitted by the pulse light source is incident on each of the optical fibers, light emitted from the optical fiber is condensed by a condenser lens, and light is received by a semiconductor position detecting element. A multi-point displacement measuring method, comprising detecting a light spot position on a surface and measuring displacements of a plurality of measurement points.
【請求項11】前記パルス光源が半導体レーザであるこ
とを特徴とする請求項10記載の多数点変位測定方法。
11. The method according to claim 10, wherein said pulse light source is a semiconductor laser.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006071596A (en) * 2004-09-06 2006-03-16 Toshiba Corp Light wave interference device
JP2008241712A (en) * 2007-03-27 2008-10-09 Mitsutoyo Corp Chromatic confocal sensor
JP2009152516A (en) * 2007-01-10 2009-07-09 Seiko Epson Corp Laser light source device, monitoring device and image display device, using the same

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