JP2015190779A - Displacement information generation device and displacement information generation method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To generate information about displacement of a structure with a simple configuration by utilizing the characteristic of spatial propagation of light.SOLUTION: A displacement information generation device 1 includes a light source 2, a hologram 3, a reflection layer 4, and a photodetector 5. The hologram 3 and the reflection layer 4 are attached to a structure 10. When the light source 2 and the hologram 3 have a prescribed positional relation, the hologram 3 is irradiated with light emitted from the light source 2, and the hologram 3 generates diffracted light 13, and the photodetector 5 receives the diffracted light 13. As the positional relation between the light source 2 and the hologram 3 is changed in accordance with displacement of the structure 10, diffraction efficiency of the hologram 3 is changed. An output signal of the photodetector 5 obtained when the hologram 3 is irradiated with the light emitted from the light source 2 is information about the displacement of the structure 10.

Description

本発明は、光を用いて構造物の変位に関する情報を生成する変位情報生成装置および変位情報生成方法に関する。   The present invention relates to a displacement information generating apparatus and a displacement information generating method for generating information related to displacement of a structure using light.

近年、例えば構造物に設置されたセンサを用いて、音、振動、変位等の物理量を観測し、その観測値に基づいて構造物の健全性を判定する構造ヘルスモニタリングという技術が注目されている。本出願では、構造ヘルスモニタリングを実現するための種々の要素技術のうち、構造物の変位に関する情報を生成する技術に注目する。この技術において、構造物に設置されるセンサとしては、構成が簡単で、低コストで、耐環境性に優れたものが望ましい。   In recent years, for example, a technique called structural health monitoring has been drawing attention, in which physical quantities such as sound, vibration, and displacement are observed using sensors installed in the structure and the soundness of the structure is determined based on the observed values. . In the present application, attention is paid to a technique for generating information related to displacement of a structure among various elemental techniques for realizing structural health monitoring. In this technique, it is desirable that the sensor installed in the structure is simple in structure, low in cost, and excellent in environmental resistance.

構造物の変位に関する情報を生成する技術としては、電気的なセンサを用いるものや、超音波を用いるものや、光を用いるもの等、種々の技術が既に存在している。このうち、光を用いる技術は、電磁気ノイズの影響を受けないという利点を有している。また、光を用いる技術では、空間を伝搬するという光の特徴を活かして、導線を用いずに、構造物から離れた場所で、構造物の変位に関する情報を取得可能なシステムを構築できる可能性がある。   Various techniques for generating information related to the displacement of a structure already exist, such as those using electrical sensors, those using ultrasonic waves, and those using light. Among these, the technique using light has an advantage that it is not affected by electromagnetic noise. In addition, with the technology using light, there is a possibility that a system that can acquire information on the displacement of the structure at a location away from the structure without using a lead will be constructed by utilizing the feature of light propagating in space. There is.

光を用いて構造物の変位に関する情報を生成する技術が記載された文献としては、例えば特許文献1ないし4がある。   For example, Patent Documents 1 to 4 are documents that describe a technique for generating information on displacement of a structure using light.

特許文献1には、シート部と、このシート部上に折り返して配置された光ファイバーセンサー部とを備えた光ファイバーひずみセンサーシートが記載されている。   Patent Document 1 describes an optical fiber strain sensor sheet that includes a sheet portion and an optical fiber sensor portion that is folded back on the sheet portion.

特許文献2には、応力測定対象物の表面に光弾性ゲージを貼り付け、光弾性ゲージへ偏光板の透過光を照射し、その反射光を、偏光板を通して電子カメラで捉え、演算処理装置によって、電子カメラのRGB信号の変化量を光弾性ゲージのひずみ量に換算し、このひずみ量から応力を求める方法が記載されている。   In Patent Document 2, a photoelastic gauge is attached to the surface of a stress measurement object, the transmitted light of the polarizing plate is irradiated onto the photoelastic gauge, and the reflected light is captured by an electronic camera through the polarizing plate. A method is described in which the amount of change in RGB signals of an electronic camera is converted into the strain amount of a photoelastic gauge, and the stress is obtained from the strain amount.

特許文献3には、デジタルホログラフィを用いて物体の変位やひずみの分布を計測するための光学系であって、1つのレーザ光源から出射された光を、物体に照射する物体光と、複数の撮像素子へ照射する参照光に分離し、計測対象物を置く場所に、特定のパターンを持つ基準面を、複数方向にそれぞれ微小移動できるステージに取り付けて配置した光学系が記載されている。   Patent Document 3 discloses an optical system for measuring the distribution of displacement and strain of an object using digital holography, in which light emitted from one laser light source is irradiated with object light and a plurality of light beams. An optical system is described in which a reference plane having a specific pattern is attached to a stage that can be moved minutely in a plurality of directions at a place where a measurement target is placed, which is separated into reference light irradiated to an image sensor.

特許文献4には、レーザ装置から出射された光を2つに分け、一方の光を検査対象物に照射し、他方の光を参照光として、参照光と検査対象物からの反射光とを用いて、一定の時間間隔で複数のホログラムを形成し、この複数のホログラムを用いて、検査対象物の機械的挙動を評価する方法が記載されている。   In Patent Document 4, the light emitted from the laser device is divided into two, one light is irradiated onto the inspection object, the other light is used as reference light, and the reference light and the reflected light from the inspection object are used. A method is described in which a plurality of holograms are formed at regular time intervals, and the mechanical behavior of the inspection object is evaluated using the plurality of holograms.

特開2002−131023号公報JP 2002-131023 A 特開平5−79927号公報JP-A-5-79927 特開2012−220349号公報JP 2012-220349 A 特許第2554996号公報Japanese Patent No. 2554996

特許文献1ないし4に記載されているような、光を用いて構造物の変位に関する情報を生成する従来の技術では、構造ヘルスモニタリングに適用するにあたり、以下のような種々の問題点があった。   The conventional techniques for generating information on the displacement of a structure using light as described in Patent Documents 1 to 4 have the following various problems when applied to structural health monitoring. .

例えば特許文献1に記載されているような光ファイバーを用いる技術では、光源と光検出器を光ファイバーに接続する必要がある。そのため、この技術を構造ヘルスモニタリングに適用する場合には、構造物に、光ファイバーと共に光源と光検出器を設置する必要がある。これら光ファイバー、光源および光検出器を1つのセンサと捉えると、このセンサは、規模が大きく、構造物に設置するのに適しているとは言えない。また、光ファイバーを用いる技術では、空間を伝搬する光を利用しないため、空間を伝搬するという光の特徴は活かされない。   For example, in the technique using an optical fiber as described in Patent Document 1, it is necessary to connect a light source and a photodetector to the optical fiber. Therefore, when this technology is applied to structural health monitoring, it is necessary to install a light source and a photodetector together with an optical fiber in the structure. If these optical fibers, light sources, and photodetectors are regarded as one sensor, this sensor is large and cannot be said to be suitable for installation in a structure. Further, in the technology using an optical fiber, the light propagating in the space is not utilized because the light propagating in the space is not used.

特許文献2に記載された技術では、ひずみと応力を伴わない構造物の変位を検出することはできないという問題点がある。   In the technique described in Patent Document 2, there is a problem in that it is impossible to detect the displacement of the structure without strain and stress.

特許文献3,4に記載された技術では、構造ヘルスモニタリングに適用しようとすると、構造物の近くで、複雑で規模が大きく、且つ高精度の光学系を構築する必要がある。そのため、特許文献3,4に記載された技術では、構造ヘルスモニタリングに適用することが難しいという問題点がある。   In the techniques described in Patent Documents 3 and 4, when applying to structural health monitoring, it is necessary to construct a complex, large-scale, and high-precision optical system near the structure. Therefore, the techniques described in Patent Documents 3 and 4 have a problem that it is difficult to apply to structural health monitoring.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、簡単な構成で、空間を伝搬するという光の特徴を活かして、構造物の変位に関する情報を生成できるようにした変位情報生成装置および変位情報生成方法を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such problems, and its purpose is to generate displacement information that can generate information on the displacement of a structure by utilizing the feature of light that propagates in space with a simple configuration. An apparatus and a displacement information generation method are provided.

本発明の変位情報生成装置は、構造物の変位に関する情報を生成する装置である。変位情報生成装置は、再生用参照光が照射されたときに回折光を発生するホログラムと、ホログラムに照射される光を出射する光源と、受けた光に応じた信号を出力し、ホログラムが回折光を発生したときには回折光を受けることが可能な光検出器とを備えている。変位情報生成装置は、構造物の変位に応じて、光源とホログラムの位置関係または光源から出射されてホログラムに照射される光の経路の状態が変化し、光源とホログラムが所定の位置関係にあるとき、または前記光の経路が所定の状態のときには光源から出射された光が再生用参照光となるように設置される。そして、光源から出射された光をホログラムに照射したときの光検出器の出力信号が、構造物の変位に関する情報となる。   The displacement information generation apparatus of the present invention is an apparatus that generates information related to the displacement of a structure. The displacement information generating device outputs a hologram that generates diffracted light when irradiated with reproduction reference light, a light source that emits light irradiated on the hologram, and a signal corresponding to the received light, and the hologram is diffracted. And a photodetector capable of receiving diffracted light when light is generated. The displacement information generation device changes the positional relationship between the light source and the hologram or the state of the light path emitted from the light source and applied to the hologram in accordance with the displacement of the structure, and the light source and the hologram have a predetermined positional relationship. Or when the light path is in a predetermined state, the light emitted from the light source is set to be the reproduction reference light. And the output signal of the photodetector when the hologram is irradiated with the light emitted from the light source becomes information relating to the displacement of the structure.

本発明の変位情報生成方法は、再生用参照光が照射されたときに回折光を発生するホログラムと、ホログラムに照射される光を出射する光源と、受けた光に応じた信号を出力し、ホログラムが回折光を発生したときには回折光を受けることが可能な光検出器とを備えた変位情報生成装置を用いて、構造物の変位に関する情報を生成する方法である。変位情報生成方法は、構造物の変位に応じて、光源とホログラムの位置関係または光源から出射されてホログラムに照射される光の経路の状態が変化し、光源とホログラムが所定の位置関係にあるとき、または前記光の経路が所定の状態のときには光源から出射された光が再生用参照光となるように、変位情報生成装置を設置する手順と、構造物の変位に関する情報を生成する手順とを備えている。構造物の変位に関する情報は、光源から出射された光をホログラムに照射したときの光検出器の出力信号である。   The displacement information generating method of the present invention outputs a hologram that generates diffracted light when irradiated with reproduction reference light, a light source that emits light irradiated to the hologram, and a signal corresponding to the received light, This is a method of generating information related to displacement of a structure using a displacement information generating device including a photodetector capable of receiving diffracted light when the hologram generates diffracted light. According to the displacement information generation method, the positional relationship between the light source and the hologram or the state of the light path emitted from the light source and applied to the hologram changes according to the displacement of the structure, and the light source and the hologram have a predetermined positional relationship. Or when the light path is in a predetermined state, a procedure for installing the displacement information generating device so that the light emitted from the light source becomes the reference light for reproduction, and a procedure for generating information on the displacement of the structure It has. The information regarding the displacement of the structure is an output signal of the photodetector when the hologram is irradiated with light emitted from the light source.

本発明の変位情報生成装置および変位情報生成方法において、ホログラムが構造物に取り付けられて、構造物の変位に応じて、光源とホログラムの位置関係が変化してもよい。この場合、ホログラムは、可撓性を有していてもよい。また、ホログラムは、透過型ホログラムであって、光源から出射された光が入射する第1の面と第1の面とは反対側の第2の面とを有していてもよい。変位情報生成装置は、更に、ホログラムの第2の面に接する反射層を備えていてもよい。この場合、光源とホログラムが所定の位置関係にあるときには、光源から出射されて、ホログラムを透過して反射層で反射された光が再生用参照光となり、回折光は、第1の面から出射される。また、ホログラムが、透過型ホログラムであって、光源から出射された光が入射する第1の面と第1の面とは反対側の第2の面とを有している場合、光検出器は、ホログラムの第2の面側に配置されていてもよい。   In the displacement information generating apparatus and the displacement information generating method of the present invention, the hologram may be attached to the structure, and the positional relationship between the light source and the hologram may be changed according to the displacement of the structure. In this case, the hologram may have flexibility. The hologram may be a transmission hologram, and may have a first surface on which light emitted from the light source is incident and a second surface opposite to the first surface. The displacement information generating device may further include a reflective layer that is in contact with the second surface of the hologram. In this case, when the light source and the hologram are in a predetermined positional relationship, the light emitted from the light source and transmitted through the hologram and reflected by the reflection layer becomes reproduction reference light, and the diffracted light is emitted from the first surface. Is done. Further, when the hologram is a transmission hologram and has a first surface on which light emitted from the light source is incident and a second surface opposite to the first surface, the photodetector May be arranged on the second surface side of the hologram.

また、本発明の変位情報生成装置および変位情報生成方法において、変位情報生成装置は、更に、光源から出射された光をホログラムに向けて反射する反射部材を備えていてもよく、反射部材が構造物に取り付けられて、構造物の変位に応じて、光源から出射されてホログラムに照射される光の経路の状態が変化してもよい。この場合、反射部材は、可撓性を有していてもよい。また、ホログラムは、透過型ホログラムであって、光源から出射されて反射部材によって反射された光が入射する第1の面と第1の面とは反対側の第2の面とを有していてもよい。この場合、光検出器は、ホログラムの第2の面側に配置されていてもよい。   In the displacement information generating apparatus and the displacement information generating method of the present invention, the displacement information generating apparatus may further include a reflecting member that reflects the light emitted from the light source toward the hologram, and the reflecting member has a structure. The state of the light path emitted from the light source and applied to the hologram may be changed according to the displacement of the structure attached to the object. In this case, the reflecting member may have flexibility. The hologram is a transmission hologram, and has a first surface on which light emitted from the light source and reflected by the reflecting member is incident, and a second surface opposite to the first surface. May be. In this case, the photodetector may be arranged on the second surface side of the hologram.

また、本発明の変位情報生成装置および変位情報生成方法において、光検出器の出力信号は、光検出器が受けた光の強度を表す信号であってもよいし、光検出器が受けた光の強度分布を表す信号であってもよい。   In the displacement information generating apparatus and displacement information generating method of the present invention, the output signal of the photodetector may be a signal indicating the intensity of light received by the photodetector, or the light received by the photodetector. It may be a signal representing the intensity distribution.

本発明の変位情報生成装置および変位情報生成方法では、構造物の変位に応じて、光源とホログラムの位置関係または光源から出射されてホログラムに照射される光の経路の状態が変化することによって、光源から出射された光をホログラムに照射したときのホログラムから光検出器に向かう光が変化する。そのため、光源から出射された光をホログラムに照射したときの光検出器の出力信号が、構造物の変位に関する情報となる。本発明によれば、簡単な構成で、空間を伝搬するという光の特徴を活かして、構造物の変位に関する情報を生成することが可能になるという効果を奏する。   In the displacement information generation device and the displacement information generation method of the present invention, the positional relationship between the light source and the hologram or the state of the light path emitted from the light source and applied to the hologram changes according to the displacement of the structure. When the hologram is irradiated with light emitted from the light source, the light traveling from the hologram to the photodetector changes. Therefore, the output signal of the photodetector when the light emitted from the light source is irradiated onto the hologram is information regarding the displacement of the structure. Advantageous Effects of Invention According to the present invention, there is an effect that it is possible to generate information related to the displacement of a structure by utilizing the feature of light that propagates in space with a simple configuration.

本発明の第1の実施の形態に係る変位情報生成装置の概略の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the outline of the displacement information generation apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図1に示したホログラムの作製方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the preparation methods of the hologram shown in FIG. 図1に示したホログラムモジュールを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the hologram module shown in FIG. 図1に示したホログラムの回折光発生の原理を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the principle of diffraction light generation of the hologram shown in FIG. 第1の実施例のホログラムの作製に使用した記録用光学系を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the recording optical system used for preparation of the hologram of a 1st Example. 第1の実施例のホログラムの特性を測定するために使用した再生用光学系を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the optical system for reproduction | regeneration used in order to measure the characteristic of the hologram of a 1st Example. 第1の実施例のホログラムの特性を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the characteristic of the hologram of a 1st Example. 図1に示した光源支持装置の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the light source support apparatus shown in FIG. 初期状態のホログラムに対する入射光の方向を変更する方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the method to change the direction of the incident light with respect to the hologram of an initial state. 初期状態のホログラムについての入射光方向ずれ量と規格化強度の関係を概念的に示す特性図である。It is a characteristic view which shows notionally the relationship between the incident light direction deviation | shift amount and normalized intensity | strength about the hologram of an initial state. 構造物の変位に伴うホログラムの変位の第1の態様を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the 1st aspect of the displacement of the hologram accompanying the displacement of a structure. 第1の態様の変位後のホログラムについての入射光方向ずれ量と規格化強度の関係を概念的に示す特性図である。It is a characteristic view which shows notionally the relationship between the incident light direction deviation | shift amount and the normalized intensity | strength about the hologram after the displacement of a 1st aspect. 構造物の変位に伴うホログラムの変位の第2の態様を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the 2nd aspect of the displacement of the hologram accompanying the displacement of a structure. 構造物の変位に伴うホログラムの変位の第3の態様を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the 3rd aspect of the displacement of the hologram accompanying the displacement of a structure. 第3の態様の変位後のホログラムについての入射光方向ずれ量と規格化強度の関係を概念的に示す特性図である。It is a characteristic view which shows notionally the relationship between the incident light direction deviation | shift amount and the normalized intensity | strength about the hologram after the displacement of the 3rd aspect. 本発明の第2の実施の形態に係る変位情報生成装置の概略の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the outline of the displacement information generation apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 図16における変位情報生成器の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the displacement information generator in FIG. 本発明の第3の実施の形態に係る変位情報生成装置の概略の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the outline of the displacement information generation apparatus which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 図18における変位情報生成器の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the displacement information generator in FIG. 本発明の第4の実施の形態に係る変位情報生成装置の概略の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the outline of the displacement information generation apparatus which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 第2の実施例のホログラムの作製に使用した記録用光学系を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the optical system for recording used for preparation of the hologram of a 2nd Example. 第2の実施例のホログラムの作製に使用した信号光の強度分布の2次元パターンの一部を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a part of two-dimensional pattern of intensity distribution of the signal light used for preparation of the hologram of a 2nd Example. 第2の実施例のホログラムの特性を測定するために使用した再生用光学系を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the optical system for reproduction | regeneration used in order to measure the characteristic of the hologram of a 2nd Example. 第2の実施例のホログラムの特性を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the characteristic of the hologram of a 2nd Example. 図24中の点P25に対応する再生画像の一部を示す説明図である。FIG. 25 is an explanatory diagram showing a part of a reproduced image corresponding to a point P25 in FIG. 図24中の点P26に対応する再生画像の一部を示す説明図である。FIG. 25 is an explanatory diagram showing a part of a reproduced image corresponding to a point P26 in FIG. 24. 図24中の点P27に対応する再生画像の一部を示す説明図である。FIG. 25 is an explanatory diagram showing a part of a reproduced image corresponding to a point P27 in FIG. 24. 図24中の点P28に対応する再生画像の一部を示す説明図である。FIG. 25 is an explanatory diagram showing a part of a reproduced image corresponding to a point P28 in FIG. 本発明の第5の実施の形態に係る変位情報生成装置の概略の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the outline of the displacement information generation apparatus which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 図29における変位情報生成器の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the displacement information generator in FIG.

[第1の実施の形態]
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。始めに、図1を参照して、本発明の第1の実施の形態に係る変位情報生成装置1の概略の構成について説明する。変位情報生成装置1は、構造物10の変位に関する情報を生成する装置である。図1に示したように、変位情報生成装置1は、光源2と、ホログラム3と、反射層4と、光検出器5とを備えている。
[First Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, a schematic configuration of the displacement information generating apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The displacement information generation device 1 is a device that generates information related to the displacement of the structure 10. As shown in FIG. 1, the displacement information generating apparatus 1 includes a light source 2, a hologram 3, a reflective layer 4, and a photodetector 5.

光源2は、ホログラム3に照射される光を出射する。なお、本出願において使用する「光」は、可視光に限らない広義の光である。光源2は、特にレーザ光を出射する。光源2としては、例えば半導体レーザ、固体レーザまたはガスレーザを用いることができる。   The light source 2 emits light applied to the hologram 3. The “light” used in the present application is light in a broad sense that is not limited to visible light. The light source 2 emits a laser beam in particular. As the light source 2, for example, a semiconductor laser, a solid-state laser, or a gas laser can be used.

ホログラム3は、再生用参照光が照射されたときに回折光を発生する。ホログラム3は、特に、透過型ホログラムである。ホログラム3は、光源2から出射された光が入射する第1の面3aと、第1の面3aとは反対側の第2の面3bとを有している。反射層4は、ホログラム3の第2の面3bに接し、ホログラム3と一体化されている。以下、ホログラム3および反射層4を含む構造体をホログラムモジュール6と呼ぶ。ホログラム3、反射層4ならびにホログラムモジュール6は、可撓性を有していてもよい。   The hologram 3 generates diffracted light when irradiated with reproduction reference light. The hologram 3 is particularly a transmission hologram. The hologram 3 has a first surface 3a on which light emitted from the light source 2 is incident, and a second surface 3b opposite to the first surface 3a. The reflective layer 4 is in contact with the second surface 3 b of the hologram 3 and is integrated with the hologram 3. Hereinafter, the structure including the hologram 3 and the reflective layer 4 is referred to as a hologram module 6. The hologram 3, the reflection layer 4, and the hologram module 6 may have flexibility.

光検出器5は、ホログラム3からの光を受け、受けた光に応じた信号を出力する。光検出器5は、特に、ホログラム3が回折光を発生したときには回折光を受けることが可能である。本実施の形態における光検出器5の出力信号は、光検出器5が受けた光の強度を表す信号である。光検出器5としては、例えばフォトダイオードや光電子増倍管を用いることができる。   The photodetector 5 receives the light from the hologram 3 and outputs a signal corresponding to the received light. The photodetector 5 can receive diffracted light particularly when the hologram 3 generates diffracted light. The output signal of the photodetector 5 in the present embodiment is a signal representing the intensity of light received by the photodetector 5. As the photodetector 5, for example, a photodiode or a photomultiplier tube can be used.

変位情報生成装置1は、構造物10の変位に応じて、光源2とホログラム3の位置関係または光源2から出射されてホログラム3に照射される光の経路の状態が変化し、光源2とホログラム3が所定の位置関係にあるとき、または上記光の経路が所定の状態のときには光源2から出射された光が再生用参照光となるように設置される。そして、光源2から出射された光をホログラム3に照射したときの光検出器5の出力信号が、構造物10の変位に関する情報となる。   The displacement information generating apparatus 1 changes the positional relationship between the light source 2 and the hologram 3 or the state of the light path emitted from the light source 2 and applied to the hologram 3 according to the displacement of the structure 10. When 3 is in a predetermined positional relationship, or when the light path is in a predetermined state, the light emitted from the light source 2 is installed so as to become the reproduction reference light. And the output signal of the photodetector 5 when the hologram 3 is irradiated with the light emitted from the light source 2 becomes information regarding the displacement of the structure 10.

本実施の形態では、特に、ホログラム3および反射層4を含むホログラムモジュール6が構造物10に取り付けられて、構造物10の変位に応じて、光源2とホログラム3の位置関係が変化する。図1は、光源2とホログラム3が所定の位置関係にあるときを表している。このときには、光源2から出射されて、ホログラム3を透過して反射層4で反射された光が再生用参照光となり、回折光は、ホログラム3の第1の面3aから出射される。図1において、符号11は、光源2から出射されてホログラム3の第1の面3aに入射する入射光を示している。符号12は、入射光11がホログラム3を透過して反射層4で反射された後の光である反射光を示している。符号13は、ホログラム3が発生した回折光を示している。   In the present embodiment, in particular, the hologram module 6 including the hologram 3 and the reflection layer 4 is attached to the structure 10, and the positional relationship between the light source 2 and the hologram 3 changes according to the displacement of the structure 10. FIG. 1 shows a case where the light source 2 and the hologram 3 are in a predetermined positional relationship. At this time, the light emitted from the light source 2 and transmitted through the hologram 3 and reflected by the reflective layer 4 becomes reproduction reference light, and the diffracted light is emitted from the first surface 3 a of the hologram 3. In FIG. 1, reference numeral 11 indicates incident light emitted from the light source 2 and incident on the first surface 3 a of the hologram 3. Reference numeral 12 denotes reflected light that is light after the incident light 11 is transmitted through the hologram 3 and reflected by the reflective layer 4. Reference numeral 13 indicates diffracted light generated by the hologram 3.

変位情報生成装置1は、更に、光源2を支持すると共に光源2の位置および姿勢を変更可能な光源支持装置7と、図示しない支持部とを備えている。支持部は、光源支持装置7および光検出器5を一体的に支持する。以下、光源2、光源支持装置7、光検出器5および図示しない支持部を含む一体的な構造体を、光学モジュール8と呼ぶ。光源支持装置7については、後で詳しく説明する。   The displacement information generation device 1 further includes a light source support device 7 that supports the light source 2 and can change the position and orientation of the light source 2 and a support unit (not shown). The support unit integrally supports the light source support device 7 and the photodetector 5. Hereinafter, an integral structure including the light source 2, the light source support device 7, the photodetector 5, and a support unit (not shown) is referred to as an optical module 8. The light source support device 7 will be described in detail later.

なお、本実施の形態において、ホログラム3として、透過型ホログラムの代わりに反射型ホログラムを用いてもよい。この場合には、反射層4は不要であり、ホログラム3が構造物10に取り付けられる。   In the present embodiment, a reflection hologram may be used as the hologram 3 instead of the transmission hologram. In this case, the reflective layer 4 is unnecessary, and the hologram 3 is attached to the structure 10.

次に、図2を参照して、図1に示したホログラム3の作製方法について説明する。図2に示したように、ホログラム3は、例えば、ホログラム用感光材料よりなる感光層3Pに記録用参照光21と信号光22を入射させ、記録用参照光21と信号光22の干渉によって生じる干渉縞を、何らかの光学定数の変化として感光層3Pに記録することによって作製される。信号光22は、ホログラフィにおける物体光に対応する。図2は、ホログラム3が透過型ホログラムである場合におけるホログラム3の作製方法を示している。この場合、記録用参照光21と信号光22を、感光層3Pの同じ面に入射させる。ここで、記録用参照光21および信号光22が入射する感光層3Pの面を第1の面3Paとし、第1の面3Paとは反対側の感光層3Pの面を第2の面3Pbとする。なお、図示しないが、反射型ホログラムを作製する場合には、記録用参照光21と信号光22を、感光層3Pの互いに反対側の面に入射させる。   Next, a method for producing the hologram 3 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, the hologram 3 is generated by, for example, causing the recording reference light 21 and the signal light 22 to enter the photosensitive layer 3 </ b> P made of the hologram photosensitive material, and interference between the recording reference light 21 and the signal light 22. The interference fringes are produced by recording on the photosensitive layer 3P as some change in optical constant. The signal light 22 corresponds to object light in holography. FIG. 2 shows a method for producing the hologram 3 when the hologram 3 is a transmission hologram. In this case, the recording reference light 21 and the signal light 22 are incident on the same surface of the photosensitive layer 3P. Here, the surface of the photosensitive layer 3P on which the recording reference light 21 and the signal light 22 are incident is defined as a first surface 3Pa, and the surface of the photosensitive layer 3P opposite to the first surface 3Pa is defined as a second surface 3Pb. To do. Although not shown, when a reflection hologram is manufactured, the recording reference light 21 and the signal light 22 are incident on the opposite surfaces of the photosensitive layer 3P.

ホログラム用感光材料は、光が照射されることによって屈折率、透過率、反射率、偏光特性といった何らかの光学定数が変化しうる材料である。具体的には、ホログラム用感光材料としては、フォトポリマー、フォトリフラクティブ結晶、フォトリフラクティブポリマー、カルコゲナイド化合物、フォトクロミック材料、サーモクロミック材料等が挙げられる。   The hologram photosensitive material is a material whose optical constants such as refractive index, transmittance, reflectance, and polarization characteristics can be changed by irradiation with light. Specifically, examples of the photosensitive material for hologram include a photopolymer, a photorefractive crystal, a photorefractive polymer, a chalcogenide compound, a photochromic material, and a thermochromic material.

記録用参照光21と信号光22が照射される第1の面3Paは、平面であってもよいし、凹凸がある面であってもよい。第1の面3Paに凹凸がある場合には、空気と感光層3Pとの屈折率差に起因した記録用参照光21および信号光22の反射および散乱を抑制することができ、良好なホログラム3を作製することが可能になる。このような凹凸を形成する方法として例えば、電子線加工法、リソグラフィ法、インプリント法、光誘起表面レリーフ法等が挙げられる。   The first surface 3Pa on which the recording reference light 21 and the signal light 22 are irradiated may be a flat surface or a surface with irregularities. When the first surface 3Pa is uneven, reflection and scattering of the recording reference light 21 and the signal light 22 due to the refractive index difference between the air and the photosensitive layer 3P can be suppressed, and a good hologram 3 Can be produced. Examples of a method for forming such irregularities include an electron beam processing method, a lithography method, an imprint method, and a light-induced surface relief method.

次に、図3を参照して、図1に示したホログラムモジュール6の作製方法について説明する。図2に示した感光層3Pは、記録用参照光21と信号光22の干渉によって生じる干渉縞が記録されて、図3に示したホログラム3になる。感光層3Pの第1の面3Paと第2の面3Pbは、それぞれ、ホログラム3の第1の面3aと第2の面3bになる。ホログラムモジュール6は、ホログラム3の第2の面3bに反射層4を接合することによって作製される。   Next, with reference to FIG. 3, a manufacturing method of the hologram module 6 shown in FIG. 1 will be described. The photosensitive layer 3P shown in FIG. 2 records the interference fringes generated by the interference between the recording reference light 21 and the signal light 22, and becomes the hologram 3 shown in FIG. The first surface 3Pa and the second surface 3Pb of the photosensitive layer 3P become the first surface 3a and the second surface 3b of the hologram 3, respectively. The hologram module 6 is produced by bonding the reflective layer 4 to the second surface 3 b of the hologram 3.

なお、ホログラム3は、光学定数の変化によって干渉縞が記録されたものに限らない。例えば、ホログラム3は、媒体表面の凹凸によって干渉縞が記録された表面レリーフ型ホログラムであってもよい。   Note that the hologram 3 is not limited to the one in which the interference fringes are recorded by the change of the optical constant. For example, the hologram 3 may be a surface relief hologram in which interference fringes are recorded by unevenness on the medium surface.

反射層4は、接着剤を用いてホログラム3の第2の面3bに貼り付けてもよいし、真空蒸着法、スパッタリング法等によって第2の面3bに形成してもよい。反射層4は、図1に示した光源2から出射される光に対して高い反射率、好ましくは50%以上の反射率を示すように形成される。反射層4の材料としては、例えば、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Ag、In、Sn、Ta、W、Pd、Pt、Au、Pb等の金属、およびこれらの合金を用いることができる。また、反射層4は、多層反射膜を用いて構成してもよい。   The reflective layer 4 may be attached to the second surface 3b of the hologram 3 using an adhesive, or may be formed on the second surface 3b by a vacuum deposition method, a sputtering method, or the like. The reflective layer 4 is formed so as to exhibit a high reflectance, preferably a reflectance of 50% or more, for the light emitted from the light source 2 shown in FIG. Examples of the material of the reflective layer 4 include Al, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, Ag, In, Sn, Ta, W, Pd, Pt, Metals such as Au and Pb, and alloys thereof can be used. The reflective layer 4 may be configured using a multilayer reflective film.

ホログラムモジュール6は、ホログラム3および反射層4を支持するための1つ以上の基板を含んでいてもよい。基板は、ホログラム3の第1の面3aに接する位置、ホログラム3の第2の面3bと反射層4の間、反射層4におけるホログラム3とは反対側の面に接する位置のうちの1つ以上の位置に設けることができる。ホログラム3の第1の面3aに接する位置に設けられる基板と、ホログラム3の第2の面3bと反射層4の間に設けられる基板は、図1に示した光源2から出射される光に対して高い透過率を有している必要がある。基板は、可撓性を有していてもよい。   The hologram module 6 may include one or more substrates for supporting the hologram 3 and the reflective layer 4. The substrate is one of a position in contact with the first surface 3 a of the hologram 3, a position between the second surface 3 b of the hologram 3 and the reflection layer 4, and a position in contact with the surface of the reflection layer 4 opposite to the hologram 3. It can be provided in the above positions. The substrate provided at a position in contact with the first surface 3a of the hologram 3 and the substrate provided between the second surface 3b of the hologram 3 and the reflective layer 4 are adapted to the light emitted from the light source 2 shown in FIG. On the other hand, it is necessary to have a high transmittance. The substrate may have flexibility.

基板の材料としては、通常、ガラス、セラミックス、樹脂等が用いられるが、成形性およびコストの点から、樹脂が好ましい。樹脂としては、例えば、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリシクロオレフィン樹脂、エポキシ樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合体、ABS樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、ウレタン樹脂等が挙げられる。これらの中でも、成形性、光学特性およびコストの点から、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリシクロオレフィン樹脂が特に好ましい。また、基板としては、表面を紫外線硬化樹脂等でハードコート処理したものや、反射防止処理をしたものも適宜使用することができる。また、予め反射層4が設けられた基板を用いて、ホログラムモジュール6を作製してもよい。   As the material for the substrate, glass, ceramics, resin, and the like are usually used, but resin is preferable from the viewpoint of moldability and cost. Examples of the resin include polycarbonate resin, acrylic resin, polycycloolefin resin, epoxy resin, polystyrene resin, acrylonitrile-styrene copolymer, ABS resin, polyethylene resin, polypropylene resin, silicone resin, fluorine resin, and urethane resin. It is done. Among these, polycarbonate resin, acrylic resin, polyester resin, and polycycloolefin resin are particularly preferable from the viewpoints of moldability, optical characteristics, and cost. In addition, as the substrate, a substrate whose surface is hard-coated with an ultraviolet curable resin or the like or an antireflection treatment can be used as appropriate. Further, the hologram module 6 may be manufactured using a substrate on which the reflective layer 4 is provided in advance.

ホログラム3の厚みは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。ホログラム3の厚みが1〜3000μmの範囲内であれば、350nm〜800nmの波長領域における透過率が高くなるため、有利である。基板を用いずホログラムモジュール6を作製する場合には、表面を紫外線硬化樹脂等でハードコート処理したものや反射防止処理をしたホログラム3を用いて、ホログラムモジュール6を作製してもよい。   The thickness of the hologram 3 is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. If the thickness of the hologram 3 is in the range of 1 to 3000 μm, the transmittance in the wavelength region of 350 nm to 800 nm becomes high, which is advantageous. When the hologram module 6 is produced without using a substrate, the hologram module 6 may be produced using the hologram 3 whose surface is hard-coated with an ultraviolet curable resin or the like, or the hologram 3 subjected to antireflection treatment.

次に、図4を参照して、本実施の形態におけるホログラム3の回折光発生の原理について説明する。始めに、ホログラム3に照射する光すなわち入射光11の波長が図2に示した記録用参照光21の波長と等しい場合について説明する。ホログラム3に入射する入射光11は、ホログラム3を透過して反射層4で反射されて、反射光12となる。この反射光12の進行方向が、図2に示した記録用参照光21の進行方向とは反対方向であるとき、反射光12は、記録用参照光21に対する位相共役光であって、ホログラム3から回折光13を発生させることのできる再生用参照光となる。また、反射光12の進行方向が記録用参照光21の進行方向とは反対方向であるときに、ブラッグの回折条件が満たされて、ホログラム3の回折効率が最大になる。ホログラム3が発生した回折光13は、ホログラム3の第1の面3aから出射される。回折光13の進行方向は、図2に示した信号光22の進行方向とは反対方向である。回折光13は、信号光22に対する位相共役光である。   Next, the principle of diffracted light generation of the hologram 3 in the present embodiment will be described with reference to FIG. First, the case where the wavelength of the light irradiated on the hologram 3, that is, the wavelength of the incident light 11 is equal to the wavelength of the recording reference light 21 shown in FIG. Incident light 11 incident on the hologram 3 passes through the hologram 3 and is reflected by the reflective layer 4 to become reflected light 12. When the traveling direction of the reflected light 12 is opposite to the traveling direction of the recording reference light 21 shown in FIG. 2, the reflected light 12 is phase conjugate light with respect to the recording reference light 21, and the hologram 3 Thus, the reproduction reference light can be generated from which the diffracted light 13 can be generated. Also, when the traveling direction of the reflected light 12 is opposite to the traveling direction of the recording reference light 21, the Bragg diffraction condition is satisfied, and the diffraction efficiency of the hologram 3 is maximized. The diffracted light 13 generated by the hologram 3 is emitted from the first surface 3 a of the hologram 3. The traveling direction of the diffracted light 13 is opposite to the traveling direction of the signal light 22 shown in FIG. The diffracted light 13 is phase conjugate light with respect to the signal light 22.

ホログラム3に照射する光すなわち入射光11の波長は、図2に示した記録用参照光21の波長と異なっていてもよい。この場合には、反射光12の進行方向が、記録用参照光21の進行方向と平行ではない所定の方向のときに、反射光12が再生用参照光となって、ホログラム3の回折効率が最大になる。また、この場合には、ホログラム3が発生した回折光13の進行方向は、信号光22の進行方向と平行ではない。   The wavelength of the light irradiating the hologram 3, that is, the incident light 11, may be different from the wavelength of the recording reference light 21 shown in FIG. In this case, when the traveling direction of the reflected light 12 is a predetermined direction not parallel to the traveling direction of the recording reference light 21, the reflected light 12 becomes the reproduction reference light, and the diffraction efficiency of the hologram 3 is increased. Become the maximum. In this case, the traveling direction of the diffracted light 13 generated by the hologram 3 is not parallel to the traveling direction of the signal light 22.

ホログラム3に照射する光の波長は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。ホログラム3に照射する光の波長としては、光軸調整の容易さから、可視光領域の波長が好ましい。   The wavelength of the light applied to the hologram 3 is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. The wavelength of the light applied to the hologram 3 is preferably a wavelength in the visible light region because of easy adjustment of the optical axis.

図1を参照して説明した、光源2とホログラム3の所定の位置関係というのは、ホログラム3の回折効率が最大になるように入射光11がホログラム3に入射するときの光源2とホログラム3の位置関係である。   The predetermined positional relationship between the light source 2 and the hologram 3 described with reference to FIG. 1 is that the light source 2 and the hologram 3 when the incident light 11 enters the hologram 3 so that the diffraction efficiency of the hologram 3 is maximized. The positional relationship of

本実施の形態では、構造物10が変位すると、それに追従してホログラムモジュール6も変位し、その結果、光源2とホログラム3の位置関係が変化する。光源2とホログラム3の位置関係が、構造物10の変位に起因して上記所定の位置関係からずれると、光源2とホログラム3の位置関係が上記所定の位置関係である場合に比べて、ホログラム3の回折効率が低下して、回折光13の強度が低下する。そのため、光検出器5が受ける光の強度は、光源2とホログラム3の位置関係が上記所定の位置関係であるときに最大値になり、光源2とホログラム3の位置関係が、構造物10の変位に起因して上記所定の位置関係からずれると最大値よりも小さくなる。光検出器5は、光検出器5が受けた光の強度を表す信号を出力する。この光検出器5の出力信号は、構造物10の変位に応じて変化する。そのため、光源2から出射された光をホログラム3に照射したときの光検出器5の出力信号は、構造物10の変位に関する情報となる。   In the present embodiment, when the structure 10 is displaced, the hologram module 6 is also displaced following the displacement, and as a result, the positional relationship between the light source 2 and the hologram 3 changes. If the positional relationship between the light source 2 and the hologram 3 deviates from the predetermined positional relationship due to the displacement of the structure 10, the hologram is compared with the case where the positional relationship between the light source 2 and the hologram 3 is the predetermined positional relationship. 3 is reduced, and the intensity of the diffracted light 13 is reduced. Therefore, the intensity of the light received by the photodetector 5 becomes a maximum value when the positional relationship between the light source 2 and the hologram 3 is the predetermined positional relationship, and the positional relationship between the light source 2 and the hologram 3 is If it deviates from the predetermined positional relationship due to the displacement, it becomes smaller than the maximum value. The photodetector 5 outputs a signal representing the intensity of light received by the photodetector 5. The output signal of the photodetector 5 changes according to the displacement of the structure 10. Therefore, the output signal of the photodetector 5 when the hologram 3 is irradiated with the light emitted from the light source 2 is information regarding the displacement of the structure 10.

次に、本実施の形態に係る変位情報生成方法について説明する。本実施の形態に係る変位情報生成方法は、本実施の形態に係る変位情報生成装置1を用いて、構造物10の変位に関する情報を生成する方法である。変位情報生成方法は、構造物10の変位に応じて、光源2とホログラム3の位置関係または光源2から出射されてホログラム3に照射される光の経路の状態が変化し、光源2とホログラム3が所定の位置関係にあるとき、または上記光の経路が所定の状態のときには光源2から出射された光が再生用参照光となるように、変位情報生成装置1を設置する手順と、構造物10の変位に関する情報を生成する手順とを備えている。構造物10の変位に関する情報は、光源2から出射された光をホログラム3に照射したときの光検出器5の出力信号である。   Next, a displacement information generation method according to the present embodiment will be described. The displacement information generation method according to the present embodiment is a method of generating information related to the displacement of the structure 10 using the displacement information generation device 1 according to the present embodiment. In the displacement information generation method, the positional relationship between the light source 2 and the hologram 3 or the state of the light path emitted from the light source 2 and applied to the hologram 3 changes according to the displacement of the structure 10. , A procedure for installing the displacement information generating device 1 so that the light emitted from the light source 2 becomes the reproduction reference light when the light path is in a predetermined state, and the structure And a procedure for generating information on ten displacements. Information regarding the displacement of the structure 10 is an output signal of the photodetector 5 when the light emitted from the light source 2 is irradiated onto the hologram 3.

本実施の形態における変位情報生成装置1を設置する手順では、ホログラムモジュール6を構造物10に取り付け、光学モジュール8を、構造物10の変位に伴って変化しない位置に設置する。光学モジュール8は、常時設置していてもよいし、構造物10の変位に関する情報を生成するときにのみ設置してもよい。   In the procedure for installing the displacement information generating apparatus 1 in the present embodiment, the hologram module 6 is attached to the structure 10 and the optical module 8 is installed at a position that does not change with the displacement of the structure 10. The optical module 8 may be always installed, or may be installed only when generating information regarding the displacement of the structure 10.

[第1の実施例]
以下、第1の実施の形態におけるホログラム3の実施例である第1の実施例のホログラム3とその特性について説明する。なお、本実施の形態におけるホログラム3は、以下に示す第1の実施例のホログラム3に限定されるものではない。
[First embodiment]
Hereinafter, the hologram 3 of the first example which is an example of the hologram 3 in the first embodiment and its characteristics will be described. In addition, the hologram 3 in this Embodiment is not limited to the hologram 3 of the 1st Example shown below.

第1の実施例では、以下の方法で、図2に示した感光層3Pを作製した。まず、マトリックス樹脂形成成分としてのヘキサメチレンジイソシアネート(東京化成工業(株)製)34.5部(質量部)、ポリエーテルトリオール((株)ADEKA製、G−400、平均分子量430)46.1部およびトリプロピレングリコール(和光純薬工業(株)製)10.0部と、ジブチルスズジラウレート(東京化成工業(株)製)0.06部、4−ビニルジフェニルスルフィド(新日鉄住金化学(株)製)2.0質量部、Irgacure−379(BASF製)0.6部およびO−アセチルクエン酸トリブチル(東京化成工業(株)製)6.0部を配合して、フォトポリマー組成物を調製した。   In the first example, the photosensitive layer 3P shown in FIG. 2 was produced by the following method. First, 34.5 parts (mass part) of hexamethylene diisocyanate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) as a matrix resin forming component, polyether triol (manufactured by ADEKA Corporation, G-400, average molecular weight 430) 46.1 Part and 10.0 parts of tripropylene glycol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 0.06 part of dibutyltin dilaurate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), 4-vinyldiphenyl sulfide (manufactured by Nippon Steel & Sumikin Chemical Co., Ltd.) ) 2.0 parts by mass, 0.6 part of Irgacure-379 (manufactured by BASF) and 6.0 part of tributyl O-acetylcitrate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) were prepared to prepare a photopolymer composition. .

次に、上記フォトポリマー組成物を、シリコンフィルムスペーサーを介して貼り合わせた2枚のガラス基板の空隙に導入し、窒素雰囲気下、60℃で2時間加熱処理を施して、2枚のガラス基板の間に、フォトポリマーからなる感光層3Pを形成した。2枚のガラス基板の各面の大きさは、30mm×30mmである。シリコンフィルムスペーサーは、それぞれ厚みが0.3mm、0.5mm、0.7mm、1.0mm、1.5mmの5つを用意し、シリコンフィルムスペーサーを変えることで、それぞれ厚みが0.3mm、0.5mm、0.7mm、1.0mm、1.5mmの5種類の感光層3Pを作製した。   Next, the photopolymer composition is introduced into the gap between two glass substrates bonded together via a silicon film spacer, and subjected to heat treatment at 60 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere. In the meantime, a photosensitive layer 3P made of a photopolymer was formed. The size of each surface of the two glass substrates is 30 mm × 30 mm. Five silicon film spacers with thicknesses of 0.3 mm, 0.5 mm, 0.7 mm, 1.0 mm, and 1.5 mm are prepared. By changing the silicon film spacer, the thickness is 0.3 mm and 0 mm, respectively. Five types of photosensitive layers 3P of 0.5 mm, 0.7 mm, 1.0 mm, and 1.5 mm were produced.

第1の実施例のホログラム3は、図5に示した記録用光学系を用いて、感光層3Pの第1の面3Paに記録用参照光21と信号光22を入射させ、記録用参照光21と信号光22の干渉によって生じる干渉縞を感光層3Pに記録することによって作製した。図5に示した記録用光学系は、連続発振の半導体レーザ31と、この半導体レーザ31の出射光の光路上に順に配置されたミラー32、1/2波長板33、偏光ビームスプリッタ34、シャッタ35、ビームエキスパンダ36、1/2波長板37、絞り38および偏光ビームスプリッタ39を備えている。   In the hologram 3 of the first embodiment, the recording reference light 21 and the signal light 22 are made incident on the first surface 3Pa of the photosensitive layer 3P using the recording optical system shown in FIG. The interference fringes generated by the interference between the light 21 and the signal light 22 were recorded on the photosensitive layer 3P. The recording optical system shown in FIG. 5 includes a continuous wave semiconductor laser 31, a mirror 32, a half-wave plate 33, a polarization beam splitter 34, and a shutter arranged in this order on the optical path of light emitted from the semiconductor laser 31. 35, a beam expander 36, a half-wave plate 37, a stop 38, and a polarization beam splitter 39.

半導体レーザ31は、波長405nmのレーザ光を出射する。半導体レーザ31の出射光は、ミラー32で反射され、1/2波長板33を通過して、偏光ビームスプリッタ34で反射される。1/2波長板33と偏光ビームスプリッタ34は、偏光ビームスプリッタ34で反射された後の光の強度を調整するために設けられている。偏光ビームスプリッタ34で反射された後の光は、シャッタ35を通過し、更にビームエキスパンダ36を通過してビーム径が拡大される。ビームエキスパンダ36は、スペイシャルフィルタとコリメータレンズとを含み、ビームエキスパンダ36を通過した後の光が平面波となるように調整されている。ビームエキスパンダ36を通過した後の光は、1/2波長板37を通過し、更に絞り38を通過して、ビーム径が縮小された後、偏光ビームスプリッタ39に入射する。絞り38の開口径は6mmである。   The semiconductor laser 31 emits laser light having a wavelength of 405 nm. Light emitted from the semiconductor laser 31 is reflected by the mirror 32, passes through the half-wave plate 33, and is reflected by the polarization beam splitter 34. The half-wave plate 33 and the polarization beam splitter 34 are provided to adjust the intensity of light after being reflected by the polarization beam splitter 34. The light after being reflected by the polarization beam splitter 34 passes through the shutter 35 and further passes through the beam expander 36, and the beam diameter is expanded. The beam expander 36 includes a spatial filter and a collimator lens, and is adjusted so that light after passing through the beam expander 36 becomes a plane wave. The light after passing through the beam expander 36 passes through the half-wave plate 37, further passes through the stop 38, and is incident on the polarization beam splitter 39 after the beam diameter is reduced. The aperture diameter of the diaphragm 38 is 6 mm.

偏光ビームスプリッタ39は、入射した光をS偏光の光とP偏光の光に分離する斜面を有し、S偏光の光は斜面で反射して偏光ビームスプリッタ39から出射され、P偏光の光は斜面を通過して偏光ビームスプリッタ39から出射される。1/2波長板37は、偏光ビームスプリッタ39で分離されるS偏光の光とP偏光の光の強度の比率を調整するために設けられている。ここで、絞り38側から偏光ビームスプリッタ39に入射して、偏光ビームスプリッタ39から出射されたP偏光の光を、第1のP偏光の光と呼ぶ。   The polarization beam splitter 39 has an inclined surface that separates incident light into S-polarized light and P-polarized light. The S-polarized light is reflected by the inclined surface and emitted from the polarized beam splitter 39, and the P-polarized light is The light passes through the slope and is emitted from the polarization beam splitter 39. The half-wave plate 37 is provided to adjust the ratio of the intensity of S-polarized light and P-polarized light separated by the polarization beam splitter 39. Here, the P-polarized light incident on the polarizing beam splitter 39 from the stop 38 side and emitted from the polarizing beam splitter 39 is referred to as first P-polarized light.

図5に示した記録用光学系は、更に、偏光ビームスプリッタ39から出射されたS偏光の光の光路上に順に配置された1/4波長板40およびミラー41を備えている。偏光ビームスプリッタ39から出射されたS偏光の光は、1/4波長板40を通過して、円偏光の光に変換される。この円偏光の光は、ミラー41で反射され、1/4波長板40を通過して、P偏光の光に変換される。このP偏光の光は、偏光ビームスプリッタ39の斜面を通過して、偏光ビームスプリッタ39から出射される。このP偏光の光を、第2のP偏光の光と呼ぶ。   The recording optical system shown in FIG. 5 further includes a quarter-wave plate 40 and a mirror 41 that are sequentially arranged on the optical path of the S-polarized light emitted from the polarization beam splitter 39. The S-polarized light emitted from the polarization beam splitter 39 passes through the quarter-wave plate 40 and is converted into circularly-polarized light. This circularly polarized light is reflected by the mirror 41, passes through the quarter-wave plate 40, and is converted to P-polarized light. The P-polarized light passes through the slope of the polarization beam splitter 39 and is emitted from the polarization beam splitter 39. This P-polarized light is referred to as second P-polarized light.

図5に示した記録用光学系は、更に、偏光ビームスプリッタ39から出射された第1のP偏光の光の光路上に配置されたミラー42と、偏光ビームスプリッタ39から出射された第2のP偏光の光の光路上に配置されたシャッタ43と、感光層3Pを支持する回転ステージ44とを備えている。なお、シャッタ43は、後で説明する再生用光学系において閉状態にされるが、記録用光学系では常に開状態にされている。   The recording optical system shown in FIG. 5 further includes a mirror 42 disposed on the optical path of the first P-polarized light emitted from the polarization beam splitter 39 and a second light emitted from the polarization beam splitter 39. A shutter 43 disposed on the optical path of P-polarized light and a rotating stage 44 that supports the photosensitive layer 3P are provided. The shutter 43 is closed in a reproducing optical system to be described later, but is always open in the recording optical system.

偏光ビームスプリッタ39から出射された第1のP偏光の光は、ミラー42で反射されて、記録用参照光21として、回転ステージ44によって支持された感光層3Pの第1の面3Paに照射される。また、偏光ビームスプリッタ39から出射された第2のP偏光の光は、シャッタ43を通過して、信号光22として、回転ステージ44によって支持された感光層3Pの第1の面3Paに照射される。回転ステージ44は、感光層3Pの第1の面3Paの法線方向を回転させて、第1の面3Paに対する記録用参照光21と信号光22の入射角を変更できるようになっている。   The first P-polarized light emitted from the polarization beam splitter 39 is reflected by the mirror 42 and applied to the first surface 3Pa of the photosensitive layer 3P supported by the rotary stage 44 as the recording reference light 21. The Further, the second P-polarized light emitted from the polarization beam splitter 39 passes through the shutter 43 and is irradiated as the signal light 22 onto the first surface 3Pa of the photosensitive layer 3P supported by the rotary stage 44. The The rotation stage 44 can rotate the normal direction of the first surface 3Pa of the photosensitive layer 3P to change the incident angles of the recording reference light 21 and the signal light 22 with respect to the first surface 3Pa.

感光層3Pに記録用参照光21と信号光22を入射させてホログラム3を作製する際には、所定の時間だけ、シャッタ35を開いて、記録用参照光21と信号光22によって感光層3Pを露光させた。その際、感光層3Pにおける記録用参照光21と信号光22の合計の光強度を24mW/cmとし、露光エネルギーが60mJ/cmとなるようにした。このように感光層3Pを露光させた後、感光層3Pに残存する光重合開始剤、モノマーを消費するためのポストキュアを十分に行って、感光層3Pをホログラム3とした。ポストキュアは、露光後の感光層3Pに対して、中心波長が405nmの発光ダイオードの出射光を照射して行った。以上の処理を、前述の5種類の感光層3Pを用いて行い、それぞれ厚みが0.3mm、0.5mm、0.7mm、1.0mm、1.5mmの5種類の第1の実施例のホログラム3を作製した。 When producing the hologram 3 by making the recording reference light 21 and the signal light 22 enter the photosensitive layer 3P, the shutter 35 is opened for a predetermined time, and the photosensitive reference layer 3P is received by the recording reference light 21 and the signal light 22. Were exposed. At that time, the total light intensity of the recording reference light 21 and the signal light 22 in the photosensitive layer 3P was set to 24 mW / cm 2 , and the exposure energy was set to 60 mJ / cm 2 . After the photosensitive layer 3P was exposed in this way, post-curing for consuming the photopolymerization initiator and the monomer remaining in the photosensitive layer 3P was sufficiently performed, and the photosensitive layer 3P was made into the hologram 3. Post-cure was performed by irradiating the light-emitting diode having a central wavelength of 405 nm to the exposed photosensitive layer 3P. The above processing is performed using the five types of photosensitive layers 3P described above, and the thicknesses of the five types of the first embodiment are 0.3 mm, 0.5 mm, 0.7 mm, 1.0 mm, and 1.5 mm, respectively. Hologram 3 was produced.

次に、図6を参照して、第1の実施例のホログラム3の特性を測定するために使用した再生用光学系について説明する。この再生用光学系は、図5に示した記録用光学系の構成要素の他に、2つの光パワーメータ46,47を備えている。再生用光学系においては、シャッタ43は閉状態にされている。また、回転ステージ44は、第1の実施例のホログラム3を支持している。光パワーメータ46は、ホログラム3に入射する再生用参照光の強度を検出するためのものである。光パワーメータ47は、ホログラム3に再生用参照光が照射されたときにホログラム3が発生する回折光の強度を検出するためのものである。   Next, the reproducing optical system used for measuring the characteristics of the hologram 3 of the first embodiment will be described with reference to FIG. This reproducing optical system includes two optical power meters 46 and 47 in addition to the components of the recording optical system shown in FIG. In the reproduction optical system, the shutter 43 is closed. Further, the rotary stage 44 supports the hologram 3 of the first embodiment. The optical power meter 46 is for detecting the intensity of the reproduction reference light incident on the hologram 3. The optical power meter 47 is for detecting the intensity of diffracted light generated by the hologram 3 when the reproduction reference light is irradiated onto the hologram 3.

再生用光学系では、波長405nmの半導体レーザ31の出射光は、ミラー32、1/2波長板33、偏光ビームスプリッタ34、シャッタ35、ビームエキスパンダ36、1/2波長板37、絞り38を順に通過して、偏光ビームスプリッタ39に入射する。絞り38の開口径は2.7mmである。再生用光学系では、偏光ビームスプリッタ39の斜面を通過した第1のP偏光の光が利用される。この第1のP偏光の光は、ミラー42で反射されて、再生用参照光51として、回転ステージ44によって支持されたホログラム3の第1の面に照射される。   In the reproducing optical system, the light emitted from the semiconductor laser 31 having a wavelength of 405 nm passes through a mirror 32, a half-wave plate 33, a polarizing beam splitter 34, a shutter 35, a beam expander 36, a half-wave plate 37, and a diaphragm 38. The light passes in order and enters the polarization beam splitter 39. The aperture diameter of the diaphragm 38 is 2.7 mm. In the reproducing optical system, the first P-polarized light that has passed through the slope of the polarization beam splitter 39 is used. The first P-polarized light is reflected by the mirror 42 and applied to the first surface of the hologram 3 supported by the rotary stage 44 as the reproduction reference light 51.

ホログラム3の特性の測定は、以下のようにして行った。まず、回転ステージ44上にホログラム3を配置しない状態で、再生用参照光51を発生させて、この再生用参照光51の強度を光パワーメータ46によって検出した。このときに光パワーメータ46によって検出した再生用参照光51の強度は、後にホログラム3が回転ステージ44上に配置されたときにホログラム3に入射する再生用参照光51の強度に相当する。以下、この強度を入射光強度と言う。次に、回転ステージ44上にホログラム3を配置し、回転ステージ44によって、再生用参照光51が入射するホログラム3の第1の面3aの法線方向を回転させながら、所定の時間だけシャッタ35を開いて、再生用参照光51をホログラム3の第1の面3aに照射し、光パワーメータ47によって、ホログラム3が発生した回折光53の強度(以下、回折光強度と言う。)を検出した。なお、このとき、ホログラム3を透過した透過光52は、光パワーメータ46に入射する。   The characteristics of the hologram 3 were measured as follows. First, the reproduction reference beam 51 was generated in a state where the hologram 3 was not arranged on the rotary stage 44, and the intensity of the reproduction reference beam 51 was detected by the optical power meter 46. At this time, the intensity of the reproduction reference light 51 detected by the optical power meter 46 corresponds to the intensity of the reproduction reference light 51 incident on the hologram 3 when the hologram 3 is disposed on the rotation stage 44 later. Hereinafter, this intensity is referred to as incident light intensity. Next, the hologram 3 is arranged on the rotary stage 44, and the shutter 35 is rotated for a predetermined time while rotating the normal direction of the first surface 3a of the hologram 3 on which the reproduction reference beam 51 is incident. , The reproduction reference beam 51 is irradiated onto the first surface 3a of the hologram 3, and the intensity of the diffracted beam 53 generated by the hologram 3 (hereinafter referred to as diffracted beam intensity) is detected by the optical power meter 47. did. At this time, the transmitted light 52 that has passed through the hologram 3 enters the optical power meter 46.

ここで、ホログラム3の第1の面3aに対する再生用参照光51の入射角が、感光層3Pの第1の面3Paに対する記録用参照光21の入射角と等しいときのホログラム3の位置を正位置と呼ぶ。また、ホログラム3の第1の面3aに対する再生用参照光51の入射角から、感光層3Pの第1の面3Paに対する記録用参照光21の入射角を引いた値を、入射角ずれ量(単位は度)と定義する。ホログラム3が正位置にあるときの入射角ずれ量は0である。再生用参照光51をホログラム3の第1の面3aに照射する際には、回転ステージ44によって、入射角ずれ量が負の値から0を経由して正の値に変化するように、ホログラム3の位置を変更した。ホログラム3の特性の測定では、次に、下記の式(1)で表される回折効率を求めた。   Here, the position of the hologram 3 when the incident angle of the reproducing reference beam 51 with respect to the first surface 3a of the hologram 3 is equal to the incident angle of the recording reference beam 21 with respect to the first surface 3Pa of the photosensitive layer 3P is positive. Called position. Further, a value obtained by subtracting the incident angle of the recording reference light 21 with respect to the first surface 3Pa of the photosensitive layer 3P from the incident angle of the reproducing reference light 51 with respect to the first surface 3a of the hologram 3 is an incident angle deviation amount ( The unit is defined as degrees). The amount of incident angle deviation when the hologram 3 is in the normal position is zero. When the reproduction reference beam 51 is irradiated onto the first surface 3a of the hologram 3, the hologram is set so that the amount of incident angle deviation is changed from a negative value to a positive value via 0 by the rotary stage 44. The position of 3 was changed. In the measurement of the characteristics of the hologram 3, the diffraction efficiency represented by the following formula (1) was then determined.

回折効率=(回折光強度/入射光強度)×100(%) …(1)   Diffraction efficiency = (diffracted light intensity / incident light intensity) × 100 (%) (1)

ホログラム3の特性の測定では、このようにして、厚みが異なる5種類のホログラム3の各々について、入射角ずれ量と回折効率の関係を求めた。ここで、任意の回折効率を、回折効率の最大値で除して得られる値を、規格化回折効率と定義する。ホログラム3の特性の測定では、厚みが異なる5種類のホログラム3の各々について、入射角ずれ量と規格化回折効率の関係を求めた。   In the measurement of the characteristics of the hologram 3, the relationship between the incident angle deviation and the diffraction efficiency was determined for each of the five types of holograms 3 having different thicknesses. Here, a value obtained by dividing an arbitrary diffraction efficiency by the maximum value of the diffraction efficiency is defined as a normalized diffraction efficiency. In measuring the characteristics of the hologram 3, the relationship between the incident angle deviation and the normalized diffraction efficiency was determined for each of the five types of holograms 3 having different thicknesses.

以上の方法で求めた第1の実施例のホログラム3の特性を、図7に示す。図7において、横軸は入射角ずれ量(度)であり、縦軸は規格化回折効率である。また、図7において、0.3mm、0.5mm、0.7mm、1.0mm、1.5mmと付記された5種類の点および線は、それぞれ、厚みが0.3mm、0.5mm、0.7mm、1.0mm、1.5mmのホログラム3の特性を表している。   The characteristics of the hologram 3 of the first embodiment obtained by the above method are shown in FIG. In FIG. 7, the horizontal axis represents the incident angle deviation (degrees), and the vertical axis represents the normalized diffraction efficiency. In FIG. 7, the five types of dots and lines marked 0.3 mm, 0.5 mm, 0.7 mm, 1.0 mm, and 1.5 mm have thicknesses of 0.3 mm, 0.5 mm, and 0, respectively. The characteristics of the hologram 3 of 0.7 mm, 1.0 mm, and 1.5 mm are shown.

図7に示したように、5種類のホログラム3のいずれにおいても、入射角ずれ量がほぼ0のときに規格化回折効率が最大値になり、入射角ずれ量の絶対値が大きくなるに従って規格化回折効率が低下している。また、厚みが0.3mm以外の4種類のホログラム3では、入射角ずれ量の絶対値が0.1度になるまでに規格化回折効率がほぼ0になっている。入射角ずれ量の変化に対する規格化回折効率の変化が最も緩やかな、厚みが0.3mmのホログラム3でも、入射角ずれ量の絶対値が0.15度になると規格化回折効率がほぼ0になっている。このことから、ホログラム3は、入射角ずれ量を感度よく検出可能なセンサとなり得ることが分かる。   As shown in FIG. 7, in any of the five types of holograms 3, the normalized diffraction efficiency becomes the maximum when the incident angle deviation is almost zero, and the standard increases as the absolute value of the incident angle deviation increases. The diffraction efficiency is reduced. Further, in the four types of holograms 3 having a thickness other than 0.3 mm, the normalized diffraction efficiency is almost zero until the absolute value of the incident angle deviation amount becomes 0.1 degrees. Even with the hologram 3 having a thickness of 0.3 mm that is the most gradual change in the normalized diffraction efficiency with respect to the change in the incident angle deviation, the normalized diffraction efficiency is almost zero when the absolute value of the incident angle deviation is 0.15 degrees. It has become. From this, it can be seen that the hologram 3 can be a sensor that can detect the incident angle deviation with high sensitivity.

また、図7に示したように、ホログラム3の厚みが大きくなるほど、入射角ずれ量の変化に対するホログラム3の規格化回折効率の変化の勾配が大きくなっている。そのため、入射角ずれ量の変化に対するホログラム3の感度は、ホログラム3の厚みによって調整することが可能である。   Further, as shown in FIG. 7, as the thickness of the hologram 3 increases, the gradient of the change in the normalized diffraction efficiency of the hologram 3 with respect to the change in the incident angle deviation amount increases. Therefore, the sensitivity of the hologram 3 with respect to the change in the incident angle deviation amount can be adjusted by the thickness of the hologram 3.

なお、図7は、ホログラム3単体の特性を示しているが、図1に示したホログラム3と反射層4を含むホログラムモジュール6の特性も、図7と同様になる。光源2とホログラム3の所定の位置関係は、図7における入射角ずれ量が0の場合に相当する。第1の実施の形態では、光源2とホログラム3の位置関係が上記所定の位置関係であるときに、ホログラム3の回折効率が最大値になり、光検出器5が受ける光の強度も最大値になる。光源2とホログラム3の位置関係が、構造物10の変位に起因して上記所定の位置関係からずれると、光源2とホログラム3の位置関係が上記所定の位置関係である場合に比べて、ホログラム3の回折効率が低下して、光検出器5が受ける光の強度も低下する。   FIG. 7 shows the characteristics of the hologram 3 alone, but the characteristics of the hologram module 6 including the hologram 3 and the reflective layer 4 shown in FIG. The predetermined positional relationship between the light source 2 and the hologram 3 corresponds to the case where the incident angle deviation in FIG. In the first embodiment, when the positional relationship between the light source 2 and the hologram 3 is the predetermined positional relationship, the diffraction efficiency of the hologram 3 becomes the maximum value, and the intensity of light received by the photodetector 5 is also the maximum value. become. If the positional relationship between the light source 2 and the hologram 3 deviates from the predetermined positional relationship due to the displacement of the structure 10, the hologram is compared with the case where the positional relationship between the light source 2 and the hologram 3 is the predetermined positional relationship. 3 decreases, and the intensity of light received by the photodetector 5 also decreases.

次に、図8を参照して、図1に示した光源支持装置7の一例について説明する。始めに、互いに直交する3つの方向をX方向、Y方向、Z方向とする。図8に示した光源支持装置7は、XY回転ステージ71と傾斜ステージ72とを備えている。XY回転ステージ71は、ベース71Aとテーブル71Bを有している。XY回転ステージ71は、ベース71Aに対してテーブル71Bを、X方向とY方向に移動可能であり、且つZ方向を中心として回転可能である。傾斜ステージ72は、テーブル71Bに取り付けられている。傾斜ステージ72は、光源2を支持し、且つ光源2の出射光73の方向がZ方向に対してなす角度αを変更できるように光源2の姿勢を変更可能である。この光源支持装置7によれば、光源2における出射光73の出射位置をX方向およびY方向に変更可能である。光源支持装置7によれば、更に、出射光73の方向を表すベクトルをXY平面上に投影してできるベクトルがX方向に対してなす角度βと、上記の角度αを変更可能である。   Next, an example of the light source support device 7 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. First, three directions orthogonal to each other are defined as an X direction, a Y direction, and a Z direction. The light source support device 7 shown in FIG. 8 includes an XY rotation stage 71 and an inclination stage 72. The XY rotation stage 71 has a base 71A and a table 71B. The XY rotation stage 71 can move the table 71B in the X direction and the Y direction with respect to the base 71A, and can rotate around the Z direction. The tilt stage 72 is attached to the table 71B. The tilt stage 72 supports the light source 2 and can change the attitude of the light source 2 so that the angle α formed by the direction of the emitted light 73 of the light source 2 with respect to the Z direction can be changed. According to the light source support device 7, the emission position of the emitted light 73 in the light source 2 can be changed in the X direction and the Y direction. According to the light source support device 7, the angle β formed by a vector formed by projecting a vector representing the direction of the emitted light 73 on the XY plane and the angle α can be changed.

光源支持装置7によれば、ホログラムモジュール6が変位しても、光源2の位置および姿勢を調整して、光源2の出射光73をホログラム3の第1の面3aに入射させることが可能になる。また、光源支持装置7によれば、光源2の位置および姿勢を調整して、出射光73がホログラム3の第1の面3aに入射することを前提として、出射光73の方向すなわち入射光11の方向を変更することができる。   According to the light source support device 7, even if the hologram module 6 is displaced, the position and posture of the light source 2 can be adjusted, and the emitted light 73 of the light source 2 can be incident on the first surface 3 a of the hologram 3. Become. Further, according to the light source support device 7, the direction and direction of the emitted light 73, that is, the incident light 11, on the assumption that the emitted light 73 is incident on the first surface 3 a of the hologram 3 by adjusting the position and orientation of the light source 2. The direction of can be changed.

以下、構造物10の変位に伴うホログラム3の変位の複数の態様と、本実施の形態に係る変位情報生成装置1および変位情報生成方法を用いた構造物10の変位の検出方法の一例について、概念的に説明する。この検出方法では、入射光11の方向を変更しながら、光検出器5が受けた光の強度(以下、受光強度と記す。)を求め、この入射光11の方向と受光強度の関係に基づいて、構造物10の変位を検出する。受光強度は、光検出器5の出力信号に基づいて求められる。   Hereinafter, a plurality of modes of displacement of the hologram 3 accompanying the displacement of the structure 10 and an example of a method for detecting the displacement of the structure 10 using the displacement information generation device 1 and the displacement information generation method according to the present embodiment will be described. Conceptually explained. In this detection method, while changing the direction of the incident light 11, the intensity of light received by the photodetector 5 (hereinafter referred to as received light intensity) is obtained, and based on the relationship between the direction of the incident light 11 and the received light intensity. Then, the displacement of the structure 10 is detected. The received light intensity is obtained based on the output signal of the photodetector 5.

ここで、構造物10にホログラムモジュール6を取り付けた後、構造物10の変位が生じていない段階におけるホログラム3の状態を、ホログラム3の初期状態と呼ぶ。また、初期状態のホログラム3の回折効率が最大値になるとき、すなわち光源2と初期状態のホログラム3の位置関係が所定の位置関係であるときの入射光11の方向を基準方向と定義し、このときの受光強度を基準強度と定義する。入射光11の方向は、ホログラム3の第1の面3aを基準とした座標ではなく、空間上の座標で規定される。また、任意の入射光11の方向が基準方向に対してなす角度を、入射光方向ずれ量(単位は度)と定義する。また、任意の入射光11の方向が基準方向に対して時計回り方向に回転している場合の入射光方向ずれ量は正の値で表し、任意の入射光11の方向が基準方向に対して反時計回り方向に回転している場合の入射光方向ずれ量は負の値で表すものとする。また、任意の受光強度を基準強度で除して得られる値を、規格化強度と定義する。   Here, after the hologram module 6 is attached to the structure 10, the state of the hologram 3 at a stage where the structure 10 is not displaced is referred to as an initial state of the hologram 3. Further, the direction of the incident light 11 when the diffraction efficiency of the hologram 3 in the initial state becomes the maximum value, that is, when the positional relationship between the light source 2 and the hologram 3 in the initial state is a predetermined positional relationship is defined as a reference direction. The received light intensity at this time is defined as a reference intensity. The direction of the incident light 11 is defined not by coordinates based on the first surface 3a of the hologram 3, but by coordinates in space. Further, an angle formed by the direction of any incident light 11 with respect to the reference direction is defined as an incident light direction deviation amount (unit: degrees). Further, when the direction of the arbitrary incident light 11 is rotated in the clockwise direction with respect to the reference direction, the amount of deviation of the incident light direction is expressed by a positive value, and the direction of the arbitrary incident light 11 is relative to the reference direction. The amount of deviation in the incident light direction when rotating in the counterclockwise direction is represented by a negative value. A value obtained by dividing an arbitrary received light intensity by a reference intensity is defined as a normalized intensity.

構造物10の変位の検出方法では、始めに、初期状態のホログラム3について、入射光11の方向と受光強度の関係である入射光方向ずれ量と規格化強度の関係を求める。   In the method for detecting the displacement of the structure 10, first, for the hologram 3 in the initial state, the relationship between the amount of deviation of the incident light direction, which is the relationship between the direction of the incident light 11 and the received light intensity, and the normalized intensity is obtained.

図9は、初期状態のホログラム3に対する入射光11の方向を変更する方法を示している。この方法では、光源支持装置7を用いて光源2の位置および姿勢を調整して、光源2の出射光73がホログラム3の第1の面3aに入射することを前提として、出射光73の方向すなわち入射光11の方向を変更する。図9では、光源2と初期状態のホログラム3の位置関係が所定の位置関係であるときの光源2と入射光11を実線で表し、他のときの光源2と入射光11を破線で表している。   FIG. 9 shows a method of changing the direction of the incident light 11 with respect to the hologram 3 in the initial state. In this method, the position and orientation of the light source 2 are adjusted using the light source support device 7, and the direction of the emitted light 73 is assumed on the assumption that the emitted light 73 of the light source 2 is incident on the first surface 3 a of the hologram 3. That is, the direction of the incident light 11 is changed. In FIG. 9, the light source 2 and the incident light 11 when the positional relationship between the light source 2 and the hologram 3 in the initial state is a predetermined positional relationship are represented by solid lines, and the light source 2 and the incident light 11 at other times are represented by broken lines. Yes.

図10は、初期状態のホログラム3についての入射光方向ずれ量と規格化強度の関係を概念的に示す特性図である。図10において、横軸は入射光方向ずれ量(度)であり、縦軸は規格化強度である。図10に示したように、初期状態のホログラム3では、入射光方向ずれ量が0のときに規格化強度が最大値である1になり、入射光方向ずれ量の絶対値が大きくなるに従って規格化強度が低下する。   FIG. 10 is a characteristic diagram conceptually showing the relationship between the incident light direction deviation and the normalized intensity for the hologram 3 in the initial state. In FIG. 10, the horizontal axis represents the incident light direction deviation (degrees), and the vertical axis represents the normalized intensity. As shown in FIG. 10, in the hologram 3 in the initial state, the normalized intensity is 1 which is the maximum value when the incident light direction deviation amount is 0, and the standardized intensity increases as the absolute value of the incident light direction deviation amount increases. The strength is reduced.

次に、図11を参照して、構造物10の変位に伴うホログラム3の変位の第1の態様について説明する。第1の態様は、ホログラム3の第1の面3aの法線方向3Nが回転するように、ホログラム3が変位する態様である。図11では、初期状態のホログラム3を破線で表し、第1の態様の変位後のホログラム3を実線で表している。ここで、変位後のホログラム3は、初期状態に対してホログラム3の第1の面3aの法線方向3Nがdθだけ回転したものであるとする。構造物10の変位の検出方法では、図9に示した初期状態のホログラム3に対する場合と同様にして、変位後のホログラム3について、入射光方向ずれ量と規格化強度の関係を求める。   Next, with reference to FIG. 11, the 1st aspect of the displacement of the hologram 3 accompanying the displacement of the structure 10 is demonstrated. The first mode is a mode in which the hologram 3 is displaced so that the normal direction 3N of the first surface 3a of the hologram 3 rotates. In FIG. 11, the hologram 3 in the initial state is represented by a broken line, and the hologram 3 after displacement of the first aspect is represented by a solid line. Here, it is assumed that the displaced hologram 3 is obtained by rotating the normal direction 3N of the first surface 3a of the hologram 3 by dθ with respect to the initial state. In the method for detecting the displacement of the structure 10, the relationship between the amount of deviation of the incident light direction and the normalized intensity is obtained for the hologram 3 after displacement in the same manner as in the case of the hologram 3 in the initial state shown in FIG.

図12は、第1の態様の変位後のホログラム3についての入射光方向ずれ量と規格化強度の関係を概念的に示す特性図である。図12における横軸と縦軸は、図10と同じである。図12において、実線の曲線は、第1の態様の変位後のホログラム3についての入射光方向ずれ量と規格化強度の関係を示し、破線の曲線は、初期状態のホログラム3についての入射光方向ずれ量と規格化強度の関係を示している。図12に示したように、第1の態様の変位後のホログラム3では、入射光方向ずれ量がdθのときに規格化強度が最大値である1になり、入射光方向ずれ量がdθから離れるに従って規格化強度が低下する。従って、図12に示した特性図から、第1の態様の変位の前後におけるホログラム3の回転角度dθを求めることができる。   FIG. 12 is a characteristic diagram conceptually showing the relationship between the incident light direction deviation and the normalized intensity for the hologram 3 after displacement according to the first aspect. The horizontal and vertical axes in FIG. 12 are the same as those in FIG. In FIG. 12, the solid curve indicates the relationship between the amount of deviation of the incident light direction and the normalized intensity for the hologram 3 after displacement according to the first aspect, and the broken curve indicates the incident light direction for the hologram 3 in the initial state. The relationship between the amount of deviation and the normalized strength is shown. As shown in FIG. 12, in the hologram 3 after displacement of the first aspect, the normalized intensity is 1 which is the maximum value when the incident light direction deviation is dθ, and the incident light direction deviation from dθ. As the distance increases, the normalized strength decreases. Therefore, the rotation angle dθ of the hologram 3 before and after the displacement of the first aspect can be obtained from the characteristic diagram shown in FIG.

なお、図11では、便宜上、dθを大きく描いているが、実際のdθの大きさは、せいぜい数度程度の小さい値である。第1の態様でホログラム3が変位すると、初期状態に対して、ホログラム3が発生する回折光13の方向が変化する。しかし、この回折光13の方向の変化の大きさは、dθと同様に小さい。そのため、回折光13の方向が変化しても、光検出器5は回折光13を受けることができる。   In FIG. 11, for convenience, dθ is drawn large, but the actual size of dθ is a small value of about several degrees at most. When the hologram 3 is displaced in the first mode, the direction of the diffracted light 13 generated by the hologram 3 changes with respect to the initial state. However, the magnitude of the change in the direction of the diffracted light 13 is as small as dθ. Therefore, even if the direction of the diffracted light 13 changes, the photodetector 5 can receive the diffracted light 13.

次に、図13を参照して、構造物10の変位に伴うホログラム3の変位の第2の態様について説明する。第2の態様は、ホログラム3が、第1の面3aに平行な方向に変位する態様である。図13では、初期状態のホログラム3を破線で表し、第2の態様の変位後のホログラム3を実線で表している。構造物10の変位の検出方法では、図9に示した初期状態のホログラム3に対する場合と同様にして、変位後のホログラム3について、入射光方向ずれ量と規格化強度の関係を求める。この場合には、図9において実線で示した光源2の位置から、図9において実線で示した入射光11の方向に垂直な方向に、所定の距離d1だけ光源2の位置をずらすと、図10に示した入射光方向ずれ量と規格化強度の関係が得られる。ここで、図9において実線で示した入射光11が初期状態のホログラム3の第1の面3aに入射する際の入射角をθiとし、第2の態様の変位の前後におけるホログラム3の位置の変化量をd2とする。d2は、下記の式(2)によって求められる。   Next, a second aspect of the displacement of the hologram 3 accompanying the displacement of the structure 10 will be described with reference to FIG. In the second mode, the hologram 3 is displaced in a direction parallel to the first surface 3a. In FIG. 13, the hologram 3 in the initial state is represented by a broken line, and the hologram 3 after displacement in the second mode is represented by a solid line. In the method for detecting the displacement of the structure 10, the relationship between the amount of deviation of the incident light direction and the normalized intensity is obtained for the hologram 3 after displacement in the same manner as in the case of the hologram 3 in the initial state shown in FIG. In this case, if the position of the light source 2 is shifted from the position of the light source 2 shown by the solid line in FIG. 9 by a predetermined distance d1 in the direction perpendicular to the direction of the incident light 11 shown by the solid line in FIG. The relationship between the incident light direction deviation amount and the normalized intensity shown in FIG. Here, the incident angle when the incident light 11 shown by the solid line in FIG. 9 is incident on the first surface 3a of the hologram 3 in the initial state is θi, and the position of the hologram 3 before and after the displacement of the second mode is shown. Let the amount of change be d2. d2 is calculated | required by following formula (2).

d2=d1/cosθi …(2)   d2 = d1 / cos θi (2)

入射角θiは既知である。従って、d1を求めることにより、式(2)を使って、第2の態様の変位の前後におけるホログラム3の位置の変化量d2を求めることができる。   The incident angle θi is known. Therefore, by obtaining d1, it is possible to obtain the amount of change d2 of the position of the hologram 3 before and after the displacement of the second mode, using Equation (2).

次に、図14を参照して、構造物10の変位に伴うホログラム3の変位の第3の態様について説明する。第3の態様は、ホログラム3の第1の面3aが歪むように、ホログラム3が変位する態様である。構造物10の変位の検出方法では、図9に示した初期状態のホログラム3に対する場合と同様にして、変位後のホログラム3について、入射光方向ずれ量と規格化強度の関係を求める。   Next, with reference to FIG. 14, the 3rd aspect of the displacement of the hologram 3 accompanying the displacement of the structure 10 is demonstrated. The third mode is a mode in which the hologram 3 is displaced so that the first surface 3a of the hologram 3 is distorted. In the method for detecting the displacement of the structure 10, the relationship between the amount of deviation of the incident light direction and the normalized intensity is obtained for the hologram 3 after displacement in the same manner as in the case of the hologram 3 in the initial state shown in FIG.

図15は、第3の態様の変位後のホログラム3についての入射光方向ずれ量と規格化強度の関係を概念的に示す特性図である。図15における横軸と縦軸は、図10と同じである。図15に示したように、第3の態様の変位後のホログラム3についての入射光方向ずれ量と規格化強度の関係では、規格化強度の最大値が1より小さくなる。また、第3の態様の変位後のホログラム3についての入射光方向ずれ量と規格化強度の関係を表す曲線の形状は、図10に示した初期状態のホログラム3についての入射光方向ずれ量と規格化強度の関係を表す曲線に比べて、なだらかになる。これらの現象は、第3の態様の変位後のホログラム3では、干渉縞の間隔が不均一になっているために生じる。このような入射光方向ずれ量と規格化強度の関係を表す曲線の形状の特徴から、ホログラム3に第3の態様の変位が生じていることを知ることができる。   FIG. 15 is a characteristic diagram conceptually showing the relationship between the incident light direction deviation amount and the normalized intensity for the hologram 3 after displacement according to the third aspect. The horizontal and vertical axes in FIG. 15 are the same as those in FIG. As shown in FIG. 15, the maximum value of the normalized intensity is smaller than 1 in the relationship between the incident light direction deviation amount and the normalized intensity for the hologram 3 after displacement of the third aspect. Also, the shape of the curve representing the relationship between the amount of deviation of the incident light direction and the normalized intensity for the hologram 3 after displacement of the third aspect is the amount of deviation of the incident light direction for the hologram 3 in the initial state shown in FIG. Compared to the curve representing the normalized strength relationship, it becomes gentler. These phenomena occur because the interference fringes are not uniform in the hologram 3 after displacement according to the third aspect. From the feature of the shape of the curve representing the relationship between the amount of deviation of the incident light direction and the normalized intensity, it can be known that the hologram 3 is displaced in the third mode.

第1ないし第3の態様の2つまたは3つが複合した変位がホログラム3に生じた場合には、上述の第1ないし第3の態様に特有の特徴が複合して現れる。例えば、第1の態様と第2の態様が複合した変位がホログラム3に生じた場合には、図9において実線で示した光源2の位置から、図9において実線で示した入射光11の方向に垂直な方向に、所定の距離d1だけ光源2の位置をずらすと、図12に示したような入射光方向ずれ量と規格化強度の関係が得られる。従って、この場合には、d1を求めることにより、第2の態様の変位の前後におけるホログラム3の位置の変化量d2を求めることができ、図12に示した特性図から第1の態様の変位の前後におけるホログラム3の回転角度dθを求めることができる。第1の態様と第2の態様に加えて第3の態様が複合した変位がホログラム3に生じた場合には、前述の入射光方向ずれ量と規格化強度の関係を表す曲線の形状の特徴から、ホログラム3に第3の態様の変位が生じていることを知ることができる。   When a displacement in which two or three of the first to third aspects are combined occurs in the hologram 3, the characteristics peculiar to the above-described first to third aspects appear in combination. For example, when a displacement in which the first mode and the second mode are combined occurs in the hologram 3, the direction of the incident light 11 indicated by the solid line in FIG. 9 from the position of the light source 2 indicated by the solid line in FIG. When the position of the light source 2 is shifted by a predetermined distance d1 in the direction perpendicular to the angle, the relationship between the incident light direction deviation and the normalized intensity as shown in FIG. 12 is obtained. Therefore, in this case, by obtaining d1, the change amount d2 of the position of the hologram 3 before and after the displacement of the second aspect can be obtained, and the displacement of the first aspect from the characteristic diagram shown in FIG. The rotation angle dθ of the hologram 3 before and after can be obtained. In the case where a displacement in which the third aspect is combined with the first aspect and the second aspect occurs in the hologram 3, the characteristic of the shape of the curve representing the relationship between the amount of deviation of the incident light direction and the normalized intensity described above From this, it can be seen that the displacement of the third mode is generated in the hologram 3.

以上説明した例の構造物10の変位の検出方法によれば、第1ないし第3の態様のホログラム3の変位を検出することができる。ホログラム3の変位は構造物10の変位に追従するため、複数の態様のホログラム3の変位を検出できるということは、同様の複数の態様の構造物10の変位を検出できるということである。   According to the method for detecting the displacement of the structure 10 described above, the displacement of the hologram 3 according to the first to third aspects can be detected. Since the displacement of the hologram 3 follows the displacement of the structure 10, the fact that the displacement of the hologram 3 of a plurality of aspects can be detected means that the displacement of the structure 10 of a plurality of similar aspects can be detected.

以上説明したように、本実施の形態に係る変位情報生成装置1および変位情報生成方法によれば、簡単な構成で、空間を伝搬するという光の特徴を活かして、構造物10の変位に関する情報を生成することが可能になる。   As described above, according to the displacement information generation device 1 and the displacement information generation method according to the present embodiment, information on the displacement of the structure 10 by utilizing the feature of light that propagates in space with a simple configuration. Can be generated.

本実施の形態では、特にホログラム3を利用するが、このホログラム3の作製の際に構造物10を利用することはない。そのため、本実施の形態によれば、ホログラム3の作製を、構造物10の近くではなく、振動対策、迷光対策、温湿度管理等の点でホログラム3の作製に適した環境で行うことができる。従って、本実施の形態によれば、高精度のホログラム3を作製することが可能である。   In the present embodiment, the hologram 3 is used in particular, but the structure 10 is not used when the hologram 3 is manufactured. Therefore, according to the present embodiment, the hologram 3 can be manufactured not in the vicinity of the structure 10 but in an environment suitable for manufacturing the hologram 3 in terms of vibration countermeasures, stray light countermeasures, temperature / humidity management, and the like. . Therefore, according to the present embodiment, it is possible to produce a highly accurate hologram 3.

また、本実施の形態によれば、導線を用いた電力の供給や信号の出力の必要がないホログラムモジュール6を構造物10に取り付けて、ホログラムモジュール6に対して導線で接続されない光学モジュール8を構造物10から離れた場所に設置して、光学モジュール8の光検出器5から構造物10の変位に関する情報を取得することができる。従って、本実施の形態によれば、導線を用いずに、構造物10から離れた場所で、構造物10の変位に関する情報を取得可能な、構造ヘルスモニタリングに適したシステムを構築することができる。   Further, according to the present embodiment, the hologram module 6 that does not require power supply or signal output using a conducting wire is attached to the structure 10, and the optical module 8 that is not connected to the hologram module 6 by the conducting wire is attached. Information regarding the displacement of the structure 10 can be obtained from the photodetector 5 of the optical module 8 by being installed at a location away from the structure 10. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to construct a system suitable for structural health monitoring that can acquire information related to the displacement of the structure 10 at a place away from the structure 10 without using a lead wire. .

本実施の形態では、構造物10の変位に応じて光源2とホログラム3の位置関係が変化するように、ホログラムモジュール6を構造物10に取り付け、光学モジュール8を、構造物10の変位に伴って変化しない位置に設置することが好ましい。ただし、本実施の形態において、構造物10の変位に応じて光源2とホログラム3の位置関係が変化するように、光学モジュール8を構造物10に取り付け、ホログラムモジュール6を、構造物10の変位に伴って変化しない位置に設置してもよい。あるいは、構造物10の変位に応じて光源2とホログラム3の位置関係が変化するように、ホログラムモジュール6と光学モジュール8を、構造物10における互いに異なる場所に取り付けてもよい。   In the present embodiment, the hologram module 6 is attached to the structure 10 so that the positional relationship between the light source 2 and the hologram 3 changes according to the displacement of the structure 10, and the optical module 8 is moved along with the displacement of the structure 10. It is preferable to install at a position that does not change. However, in the present embodiment, the optical module 8 is attached to the structure 10 so that the positional relationship between the light source 2 and the hologram 3 changes according to the displacement of the structure 10, and the hologram module 6 is displaced by the displacement of the structure 10. You may install in the position which does not change with. Alternatively, the hologram module 6 and the optical module 8 may be attached to different locations in the structure 10 so that the positional relationship between the light source 2 and the hologram 3 changes according to the displacement of the structure 10.

[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。始めに、図16を参照して、本実施の形態に係る変位情報生成装置81の概略の構成について説明する。図16に示したように、変位情報生成装置81は、光源2と、ホログラム83と、光検出器85とを備えている。変位情報生成装置81は、更に、光源支持装置7と、光源支持装置7を支持する図示しない支持部とを備えている。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. First, a schematic configuration of the displacement information generating apparatus 81 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 16, the displacement information generation device 81 includes the light source 2, the hologram 83, and the photodetector 85. The displacement information generating device 81 further includes a light source support device 7 and a support unit (not shown) that supports the light source support device 7.

変位情報生成装置81は、更に、ホログラム83と光検出器85を一体的に保持する保持部86を備えている。以下、ホログラム83、光検出器85および保持部86を含む構造体を、変位情報生成器87と呼ぶ。ホログラム83、光検出器85、保持部86ならびに変位情報生成器87は、可撓性を有していてもよい。   The displacement information generation device 81 further includes a holding unit 86 that holds the hologram 83 and the photodetector 85 integrally. Hereinafter, the structure including the hologram 83, the photodetector 85, and the holding unit 86 is referred to as a displacement information generator 87. The hologram 83, the photodetector 85, the holding unit 86, and the displacement information generator 87 may have flexibility.

変位情報生成装置81は、構造物10の変位に応じて、光源2とホログラム83の位置関係が変化し、光源2とホログラム83が所定の位置関係にあるときには光源2から出射された光が、ホログラム83に対する再生用参照光となるように設置される。本実施の形態では、特に、ホログラム83および光検出器85を含む変位情報生成器87が構造物10に取り付けられる。そして、光源2から出射された光をホログラム83に照射したときの光検出器85の出力信号が、構造物10の変位に関する情報となる。   The displacement information generating device 81 changes the positional relationship between the light source 2 and the hologram 83 in accordance with the displacement of the structure 10, and when the light source 2 and the hologram 83 are in a predetermined positional relationship, the light emitted from the light source 2 is It is installed so as to be a reproduction reference beam for the hologram 83. In the present embodiment, in particular, a displacement information generator 87 including a hologram 83 and a photodetector 85 is attached to the structure 10. Then, the output signal of the photodetector 85 when the hologram 83 is irradiated with the light emitted from the light source 2 becomes information regarding the displacement of the structure 10.

次に、図17を参照して、変位情報生成器87の構成について詳しく説明する。ホログラム83は、透過型ホログラムである。ホログラム83は、光源2から出射された光が入射する第1の面83aと、第1の面83aとは反対側の第2の面83bとを有している。図17において、符号11は、光源2から出射されてホログラム83の第1の面83aに入射する入射光を示している。ホログラム83は、入射光11が再生用参照光となるときには、回折光91を発生する。この回折光91は、ホログラム83の第2の面83bから出射される。ホログラム83の回折効率が100%ではないときには、入射光11の一部は、ホログラム83を透過して、ホログラム83の第2の面83bから出射される透過光92となる。回折光91と透過光92の進行方向は、互いに異なる。   Next, the configuration of the displacement information generator 87 will be described in detail with reference to FIG. The hologram 83 is a transmission hologram. The hologram 83 has a first surface 83a on which light emitted from the light source 2 is incident, and a second surface 83b opposite to the first surface 83a. In FIG. 17, reference numeral 11 indicates incident light emitted from the light source 2 and incident on the first surface 83 a of the hologram 83. The hologram 83 generates diffracted light 91 when the incident light 11 becomes reproduction reference light. The diffracted light 91 is emitted from the second surface 83 b of the hologram 83. When the diffraction efficiency of the hologram 83 is not 100%, a part of the incident light 11 is transmitted through the hologram 83 and becomes transmitted light 92 emitted from the second surface 83 b of the hologram 83. The traveling directions of the diffracted light 91 and the transmitted light 92 are different from each other.

光検出器85は、ホログラム83の第2の面83b側に、第2の面83bに対して所定の間隔を開けて配置されている。光検出器85は、受光領域で受けた光に応じた信号を出力する。光検出器85は、ホログラム83が回折光91を発生したときには回折光91を受けることが可能である。本実施の形態における光検出器85は、特に、回折光91を受けることが可能な第1の受光領域85Aと、透過光92を受けることが可能な第2の受光領域85Bとを有している。また、光検出器85は、第1の受光領域85Aで受けた光の強度を表す第1の信号SAと、第2の受光領域85Bで受けた光の強度を表す第2の信号SBとを出力する。光検出器85としては、例えば2分割フォトダイオードを用いることができる。   The photodetector 85 is disposed on the second surface 83b side of the hologram 83 with a predetermined interval from the second surface 83b. The photodetector 85 outputs a signal corresponding to the light received in the light receiving area. The photodetector 85 can receive the diffracted light 91 when the hologram 83 generates the diffracted light 91. The photodetector 85 in the present embodiment has, in particular, a first light receiving region 85A capable of receiving the diffracted light 91 and a second light receiving region 85B capable of receiving the transmitted light 92. Yes. In addition, the photodetector 85 generates a first signal SA indicating the intensity of light received in the first light receiving area 85A and a second signal SB indicating the intensity of light received in the second light receiving area 85B. Output. As the photodetector 85, for example, a two-divided photodiode can be used.

本実施の形態に係る変位情報生成方法は、本実施の形態に係る変位情報生成装置81を用いて、構造物10の変位に関する情報を生成する方法である。変位情報生成方法は、構造物10の変位に応じて、光源2とホログラム83の位置関係が変化し、光源2とホログラム83が所定の位置関係にあるときには光源2から出射された光が再生用参照光となるように、変位情報生成装置81を設置する手順と、構造物10の変位に関する情報を生成する手順とを備えている。構造物10の変位に関する情報は、光源2から出射された光をホログラム83に照射したときの光検出器85の出力信号である。本実施の形態における変位情報生成装置81を設置する手順では、変位情報生成器87を構造物10に取り付け、光源2を、構造物10の変位に伴って変化しない位置に設置する。光源2は、常時設置していてもよいし、構造物10の変位に関する情報を生成するときにのみ設置してもよい。   The displacement information generation method according to the present embodiment is a method of generating information related to the displacement of the structure 10 using the displacement information generation device 81 according to the present embodiment. In the displacement information generation method, the positional relationship between the light source 2 and the hologram 83 changes according to the displacement of the structure 10, and when the light source 2 and the hologram 83 are in a predetermined positional relationship, the light emitted from the light source 2 is for reproduction. A procedure for installing the displacement information generating device 81 and a procedure for generating information on the displacement of the structure 10 are provided so as to be reference light. Information on the displacement of the structure 10 is an output signal of the photodetector 85 when the hologram 83 is irradiated with light emitted from the light source 2. In the procedure for installing the displacement information generation device 81 in the present embodiment, the displacement information generator 87 is attached to the structure 10 and the light source 2 is installed at a position that does not change with the displacement of the structure 10. The light source 2 may be always installed, or may be installed only when generating information regarding the displacement of the structure 10.

本実施の形態では、光源2とホログラム83が所定の位置関係にあるときに、ホログラム83の回折効率が最大になり、光検出器85の第1の受光領域85Aで受けた光の強度が最大になり、光検出器85の第2の受光領域85Bで受けた光の強度が最小になる。構造物10が変位すると、それに追従して、ホログラム83を含む変位情報生成器87も変位し、その結果、光源2とホログラム83の位置関係が変化する。光源2とホログラム83の位置関係が、構造物10の変位に起因して上記所定の位置関係からずれると、光源2とホログラム83の位置関係が上記所定の位置関係である場合に比べて、ホログラム83の回折効率が低下して、光検出器85の第1の受光領域85Aで受けた光の強度が低下し、光検出器85の第2の受光領域85Bで受けた光の強度が増加する。そのため、光源2から出射された光をホログラム83に照射したときの光検出器85の出力信号SA,SBは、構造物10の変位に関する情報となる。   In the present embodiment, when the light source 2 and the hologram 83 are in a predetermined positional relationship, the diffraction efficiency of the hologram 83 is maximized, and the intensity of light received by the first light receiving region 85A of the photodetector 85 is maximized. Thus, the intensity of the light received in the second light receiving region 85B of the photodetector 85 is minimized. When the structure 10 is displaced, the displacement information generator 87 including the hologram 83 is displaced following the displacement, and as a result, the positional relationship between the light source 2 and the hologram 83 is changed. When the positional relationship between the light source 2 and the hologram 83 deviates from the predetermined positional relationship due to the displacement of the structure 10, the hologram is compared with the case where the positional relationship between the light source 2 and the hologram 83 is the predetermined positional relationship. The diffraction efficiency of 83 decreases, the intensity of light received in the first light receiving area 85A of the photodetector 85 decreases, and the intensity of light received in the second light receiving area 85B of the photodetector 85 increases. . Therefore, the output signals SA and SB of the photodetector 85 when the hologram 83 is irradiated with the light emitted from the light source 2 is information regarding the displacement of the structure 10.

ここで、出力信号SA,SBによって表わされる光の強度を、それぞれIA,IBとする。SA,SBまたはIA,IBを用いた演算によって、構造物10の変位に関する更なる情報を生成してもよい。この演算によって生成される情報としては、例えば、IA−IBや、IA/(IA+IB)が挙げられる。   Here, it is assumed that the light intensities represented by the output signals SA and SB are IA and IB, respectively. Further information regarding the displacement of the structure 10 may be generated by calculation using SA, SB or IA, IB. Examples of information generated by this calculation include IA-IB and IA / (IA + IB).

本実施の形態に係る変位情報生成装置81および変位情報生成方法によれば、第1の実施の形態において説明した構造物10の変位の検出方法と同様にして、構造物10の変位を検出することが可能になる。   According to the displacement information generation device 81 and the displacement information generation method according to the present embodiment, the displacement of the structure 10 is detected in the same manner as the displacement detection method of the structure 10 described in the first embodiment. It becomes possible.

なお、本実施の形態において、構造物10の変位に応じて光源2とホログラム83の位置関係が変化するように、光源2を構造物10に取り付け、変位情報生成器87を、構造物10の変位に伴って変化しない位置に設置してもよい。あるいは、構造物10の変位に応じて光源2とホログラム83の位置関係が変化するように、光源2と変位情報生成器87を、構造物10における互いに異なる場所に取り付けてもよい。   In the present embodiment, the light source 2 is attached to the structure 10 so that the positional relationship between the light source 2 and the hologram 83 changes according to the displacement of the structure 10, and the displacement information generator 87 is connected to the structure 10. You may install in the position which does not change with a displacement. Alternatively, the light source 2 and the displacement information generator 87 may be attached to different locations in the structure 10 so that the positional relationship between the light source 2 and the hologram 83 changes according to the displacement of the structure 10.

本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第1の実施の形態と同様である。   Other configurations, operations, and effects in the present embodiment are the same as those in the first embodiment.

[第3の実施の形態]
次に、図18および図19を参照して、本発明の第3の実施の形態について説明する。図18は、本実施の形態に係る変位情報生成装置101の概略の構成を示す説明図である。図19は、図18における変位情報生成器の構成を示す説明図である。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 18 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the displacement information generating apparatus 101 according to the present embodiment. FIG. 19 is an explanatory diagram showing the configuration of the displacement information generator in FIG.

図18に示したように、変位情報生成装置101は、光源2と、光源支持装置7と、変位情報生成器87と、反射部材102とを備えている。変位情報生成装置101は、更に、光源支持装置7および変位情報生成器87を一体的に支持する図示しない支持部を備えている。以下、光源2、光源支持装置7、変位情報生成器87および図示しない支持部を含む一体的な構造体を、光学モジュール103と呼ぶ。   As illustrated in FIG. 18, the displacement information generation device 101 includes the light source 2, the light source support device 7, the displacement information generator 87, and the reflection member 102. The displacement information generation device 101 further includes a support unit (not shown) that integrally supports the light source support device 7 and the displacement information generator 87. Hereinafter, an integrated structure including the light source 2, the light source support device 7, the displacement information generator 87, and a support unit (not shown) is referred to as an optical module 103.

図19に示したように、変位情報生成器87は、第2の実施の形態と同様に、ホログラム83、光検出器85および保持部86を含んでいる。   As shown in FIG. 19, the displacement information generator 87 includes a hologram 83, a photodetector 85, and a holding unit 86, as in the second embodiment.

変位情報生成装置101は、構造物10の変位に応じて、光源2から出射されてホログラム83に照射される光の経路の状態が変化し、この光の経路が所定の状態のときには光源2から出射された光が再生用参照光となるように設置される。本実施の形態では、特に、反射部材102が、構造物10に取り付けられる。反射部材102は、反射面102aを有し、この反射面102aによって、光源2から出射された光をホログラム83に向けて反射する。反射面102aは、光源2から出射される光に対して高い反射率、好ましくは50%以上の反射率を有する。反射部材102は、可撓性を有していてもよい。反射部材102は、例えば、樹脂等からなる基板に反射層を設けて構成されたものでもよい。   The displacement information generation device 101 changes the state of the light path emitted from the light source 2 and applied to the hologram 83 according to the displacement of the structure 10. When the light path is in a predetermined state, the light source 2 It is installed so that the emitted light becomes the reference light for reproduction. In the present embodiment, in particular, the reflecting member 102 is attached to the structure 10. The reflecting member 102 has a reflecting surface 102 a, and the light emitted from the light source 2 is reflected toward the hologram 83 by the reflecting surface 102 a. The reflective surface 102a has a high reflectance with respect to the light emitted from the light source 2, and preferably has a reflectance of 50% or more. The reflecting member 102 may have flexibility. For example, the reflecting member 102 may be configured by providing a reflecting layer on a substrate made of resin or the like.

ここで、構造物10に反射部材102を取り付けた後、構造物10の変位が生じていない段階における反射部材102の状態を、反射部材102の初期状態と呼ぶ。変位情報生成器87と初期状態の反射部材102は、光源2から出射された光である出射光73が、初期状態の反射部材102で反射されて反射光111となり、この反射光111がホログラム83に照射されるように配置される。本実施の形態では、光源2から出射され、反射部材102で反射されてホログラム83に向かう光である反射光111をホログラム83に照射したときの光検出器85の出力信号が、構造物10の変位に関する情報となる。   Here, after the reflection member 102 is attached to the structure 10, the state of the reflection member 102 at a stage where the structure 10 is not displaced is referred to as an initial state of the reflection member 102. In the displacement information generator 87 and the reflection member 102 in the initial state, the emitted light 73 that is the light emitted from the light source 2 is reflected by the reflection member 102 in the initial state to become reflected light 111, and the reflected light 111 is the hologram 83. It arrange | positions so that it may be irradiated. In the present embodiment, the output signal of the photodetector 85 when the hologram 83 is irradiated with the reflected light 111 that is emitted from the light source 2, reflected by the reflecting member 102, and directed toward the hologram 83 is the structure 10 Information on displacement.

反射部材102が初期状態のとき、反射光111は、ホログラム83に対する再生用参照光となる。図19に示したように、ホログラム83は、反射光111が再生用参照光であるときには、回折光91を発生する。この回折光91は、ホログラム83の第2の面83bから出射される。ホログラム83の回折効率が100%ではないときには、入射光11の一部は、ホログラム83を透過して、ホログラム83の第2の面83bから出射される透過光92となる。回折光91と透過光92の進行方向は、互いに異なる。   When the reflecting member 102 is in the initial state, the reflected light 111 becomes reproduction reference light for the hologram 83. As shown in FIG. 19, the hologram 83 generates diffracted light 91 when the reflected light 111 is reproduction reference light. The diffracted light 91 is emitted from the second surface 83 b of the hologram 83. When the diffraction efficiency of the hologram 83 is not 100%, a part of the incident light 11 is transmitted through the hologram 83 and becomes transmitted light 92 emitted from the second surface 83 b of the hologram 83. The traveling directions of the diffracted light 91 and the transmitted light 92 are different from each other.

光検出器85は、回折光91を受けることが可能な第1の受光領域85Aと、透過光92を受けることが可能な第2の受光領域85Bとを有している。また、光検出器85は、第1の受光領域85Aで受けた光の強度を表す第1の信号SAと、第2の受光領域85Bで受けた光の強度を表す第2の信号SBとを出力する。   The photodetector 85 has a first light receiving region 85A capable of receiving the diffracted light 91 and a second light receiving region 85B capable of receiving the transmitted light 92. In addition, the photodetector 85 generates a first signal SA indicating the intensity of light received in the first light receiving area 85A and a second signal SB indicating the intensity of light received in the second light receiving area 85B. Output.

本実施の形態に係る変位情報生成方法は、本実施の形態に係る変位情報生成装置101を用いて、構造物10の変位に関する情報を生成する方法である。変位情報生成方法は、構造物10の変位に応じて、光源2から出射されて、反射部材102を経由してホログラム83に照射される光の経路(以下、照射光の経路と言う。)の状態が変化し、照射光の経路が所定の状態のときには光源2から出射された光が再生用参照光となるように、変位情報生成装置101を設置する手順と、構造物10の変位に関する情報を生成する手順とを備えている。構造物10の変位に関する情報は、光源2から出射された光を、反射部材102を経由させてホログラム83に照射したときの光検出器85の出力信号である。本実施の形態における変位情報生成装置101を設置する手順では、反射部材102を構造物10に取り付け、光学モジュール103を、構造物10の変位に伴って変化しない位置に設置する。光学モジュール103は、常時設置していてもよいし、構造物10の変位に関する情報を生成するときにのみ設置してもよい。   The displacement information generation method according to the present embodiment is a method of generating information related to the displacement of the structure 10 using the displacement information generation device 101 according to the present embodiment. In the displacement information generation method, a light path emitted from the light source 2 according to the displacement of the structure 10 and applied to the hologram 83 via the reflecting member 102 (hereinafter referred to as an irradiation light path). Information regarding the procedure for installing the displacement information generation device 101 so that the light emitted from the light source 2 becomes the reproduction reference light when the state changes and the path of the irradiation light is in a predetermined state, and information on the displacement of the structure 10 And a procedure for generating. Information regarding the displacement of the structure 10 is an output signal of the photodetector 85 when the light emitted from the light source 2 is irradiated onto the hologram 83 via the reflecting member 102. In the procedure for installing the displacement information generating apparatus 101 in this embodiment, the reflecting member 102 is attached to the structure 10 and the optical module 103 is installed at a position that does not change with the displacement of the structure 10. The optical module 103 may be always installed, or may be installed only when generating information related to the displacement of the structure 10.

本実施の形態では、反射部材102が初期状態であって、反射光111がホログラム83に対する再生用参照光となるときに、ホログラム83の回折効率が最大になり、光検出器85の第1の受光領域85Aで受けた光の強度が最大になり、光検出器85の第2の受光領域85Bで受けた光の強度が最小になる。このときの照射光の経路の状態を、照射光の経路の初期状態と呼ぶ。構造物10が変位すると、それに追従して反射部材102も変位し、その結果、照射光の経路の状態が変化する。照射光の経路の状態が、照射光の経路の初期状態から変化すると、初期状態のときに比べて、ホログラム83の回折効率が低下して、光検出器85の第1の受光領域85Aで受けた光の強度が低下し、光検出器85の第2の受光領域85Bで受けた光の強度が増加する。そのため、光源2から出射された光を、反射部材102を経由させてホログラム83に照射したときの光検出器85の出力信号SA,SBは、構造物10の変位に関する情報となる。   In the present embodiment, when the reflecting member 102 is in the initial state and the reflected light 111 becomes the reproduction reference light for the hologram 83, the diffraction efficiency of the hologram 83 is maximized, and the first detector 85 of the photodetector 85 The intensity of light received in the light receiving area 85A is maximized, and the intensity of light received in the second light receiving area 85B of the photodetector 85 is minimized. The state of the irradiation light path at this time is referred to as an initial state of the irradiation light path. When the structure 10 is displaced, the reflecting member 102 is also displaced following the displacement, and as a result, the state of the irradiation light path changes. When the state of the irradiation light path changes from the initial state of the irradiation light path, the diffraction efficiency of the hologram 83 decreases compared to the initial state, and is received by the first light receiving region 85A of the photodetector 85. The intensity of the received light decreases, and the intensity of the light received by the second light receiving region 85B of the photodetector 85 increases. Therefore, the output signals SA and SB of the photodetector 85 when the light emitted from the light source 2 is applied to the hologram 83 via the reflecting member 102 is information regarding the displacement of the structure 10.

第2の実施の形態と同様に、出力信号SA,SBによって表わされる光の強度をそれぞれIA,IBとしたとき、SA,SBまたはIA,IBを用いた演算によって、構造物10の変位に関する更なる情報を生成してもよい。   As in the second embodiment, when the light intensities represented by the output signals SA and SB are IA and IB, respectively, the displacement of the structure 10 is further calculated by the calculation using SA and SB or IA and IB. May be generated.

以下、構造物10の変位に伴う反射部材102の変位ならびに照射光の経路の状態の変化の複数の態様について説明する。   Hereinafter, a plurality of aspects of the displacement of the reflecting member 102 and the change in the state of the irradiation light path accompanying the displacement of the structure 10 will be described.

第1の態様は、反射部材102の反射面102aの法線方向が回転するように、反射部材102が変位する態様である。この第1の態様では、照射光の経路の状態は、初期状態に比べて、反射面102aに対する光源2の出射光73の入射位置を中心として、反射光111の経路が回転するように変化する。これにより、ホログラム83に対する反射光111の入射角が変化する。   The first mode is a mode in which the reflecting member 102 is displaced so that the normal direction of the reflecting surface 102a of the reflecting member 102 rotates. In this first aspect, the state of the path of the irradiated light changes so that the path of the reflected light 111 rotates around the incident position of the emitted light 73 of the light source 2 with respect to the reflecting surface 102a, as compared with the initial state. . Thereby, the incident angle of the reflected light 111 with respect to the hologram 83 changes.

第2の態様は、反射部材102が、反射面102aに平行な方向に変位する態様である。この第2の態様で反射部材102が変位した場合には、光源2の出射光73を反射部材102の反射面102aで反射させてホログラム83に入射せるためには、光源2の位置と姿勢を変えて、照射光の経路の初期状態に比べて、出射光73の経路と反射光111の経路の両方を変更する必要がある。従って、第2の態様では、初期状態に比べて、出射光73の経路と反射光111の経路の両方が変化するように、照射光の経路の状態が変化する。上記の第1の態様と同様に、第2の態様でも、ホログラム83に対する反射光111の入射角が変化する。   The second mode is a mode in which the reflecting member 102 is displaced in a direction parallel to the reflecting surface 102a. When the reflecting member 102 is displaced in this second mode, the position and posture of the light source 2 are changed in order to reflect the emitted light 73 of the light source 2 by the reflecting surface 102a of the reflecting member 102 and enter the hologram 83. In other words, it is necessary to change both the path of the outgoing light 73 and the path of the reflected light 111 compared to the initial state of the path of the irradiation light. Therefore, in the second aspect, the state of the irradiation light path changes so that both the path of the emitted light 73 and the path of the reflected light 111 change compared to the initial state. Similar to the first aspect described above, also in the second aspect, the incident angle of the reflected light 111 with respect to the hologram 83 changes.

第3の態様は、反射面102aが歪むように反射部材102が変位する態様である。この第3の態様では、初期状態に比べて、照射光の経路の一部を構成する反射面102aの状態が変化するように、照射光の経路の状態が変化する。この第3の態様で反射部材102が変位した場合には、照射光の経路が初期状態のときに比べて、反射光111の波面が変化する。その結果、ホログラム83の回折効率が低下する。   The third mode is a mode in which the reflecting member 102 is displaced so that the reflecting surface 102a is distorted. In the third aspect, the state of the irradiation light path changes so that the state of the reflecting surface 102a constituting a part of the irradiation light path changes compared to the initial state. When the reflecting member 102 is displaced in this third mode, the wavefront of the reflected light 111 changes compared to when the irradiation light path is in the initial state. As a result, the diffraction efficiency of the hologram 83 is lowered.

本実施の形態では、光源支持装置7を用いて光源2の位置および姿勢を調整して、反射光111がホログラム83の第1の面83aに入射することを前提として、出射光73の方向を変更して、出射光73の方向と回折光91の強度との関係を求めることにより、第1ないし第3の態様の反射部材102の変位を検出することができる。反射部材102の変位は構造物10の変位に追従するため、複数の態様の反射部材102の変位を検出できるということは、同様の複数の態様の構造物10の変位を検出できるということである。   In the present embodiment, the position and orientation of the light source 2 are adjusted using the light source support device 7, and the direction of the emitted light 73 is changed on the assumption that the reflected light 111 is incident on the first surface 83 a of the hologram 83. The displacement of the reflecting member 102 of the first to third aspects can be detected by changing and obtaining the relationship between the direction of the emitted light 73 and the intensity of the diffracted light 91. Since the displacement of the reflecting member 102 follows the displacement of the structure 10, the displacement of the reflecting member 102 in a plurality of modes can be detected, and the displacement of the structure 10 in a plurality of similar modes can be detected. .

本実施の形態によれば、変位情報生成装置101の主要な構成要素である光源2、ホログラム83および光検出器85を一体化することができる。また、本実施の形態によれば、構造物10に取り付けるものがホログラム83ではなく反射部材102でよい。従って、本実施の形態によれば、環境に起因したホログラム83の劣化を防止することができる。また、反射部材102は、ホログラムに比べて、構成が簡単で、低コストで、耐環境性に優れている。従って、反射部材102を構造物10の変位に関する情報を生成するためのセンサと捉えると、反射部材102は、構造ヘルスモニタリングにおいて構造物に設置するのに適したセンサであると言える。   According to the present embodiment, the light source 2, the hologram 83, and the photodetector 85, which are the main components of the displacement information generating apparatus 101, can be integrated. Further, according to the present embodiment, what is attached to the structure 10 may be the reflecting member 102 instead of the hologram 83. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to prevent the deterioration of the hologram 83 due to the environment. Further, the reflecting member 102 has a simple configuration, low cost, and excellent environmental resistance as compared with the hologram. Therefore, when the reflecting member 102 is regarded as a sensor for generating information related to the displacement of the structure 10, it can be said that the reflecting member 102 is a sensor suitable for installation on the structure in structural health monitoring.

本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第1の実施の形態と同様である。   Other configurations, operations, and effects in the present embodiment are the same as those in the first embodiment.

[第4の実施の形態]
次に、本発明の第4の実施の形態について説明する。始めに、図20を参照して、本実施の形態に係る変位情報生成装置201の概略の構成について説明する。変位情報生成装置201は、第1の実施の形態におけるホログラム3の代わりにホログラム203を備え、第1の実施の形態における光検出器5の代わりに光検出器205を備えている。また、変位情報生成装置201は、結像光学系207を備えている。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. First, a schematic configuration of the displacement information generation apparatus 201 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The displacement information generating apparatus 201 includes a hologram 203 instead of the hologram 3 in the first embodiment, and includes a photodetector 205 instead of the photodetector 5 in the first embodiment. Further, the displacement information generating apparatus 201 includes an imaging optical system 207.

ホログラム203は、記録用参照光と所定の2次元パターンの強度分布を有する信号光との干渉によって生じる干渉縞が記録されたものである。ホログラム203は、再生用参照光が照射されたときに回折光を発生する。この回折光は、信号光と同じ2次元パターンの強度分布を有する。本実施の形態におけるホログラム203の回折光発生の原理は、第1の実施の形態におけるホログラム3と同様である。   The hologram 203 is recorded with interference fringes generated by interference between the recording reference light and the signal light having a predetermined two-dimensional pattern intensity distribution. The hologram 203 generates diffracted light when irradiated with reproduction reference light. This diffracted light has the same two-dimensional pattern intensity distribution as the signal light. The principle of diffracted light generation of the hologram 203 in the present embodiment is the same as that of the hologram 3 in the first embodiment.

ホログラム203は、透過型ホログラムである。ホログラム203は、光源2から出射された光が入射する第1の面203aと、第1の面203aとは反対側の第2の面203bとを有している。反射層4は、ホログラム203の第2の面203bに接し、ホログラム203と一体化されている。以下、ホログラム203および反射層4を含む構造体をホログラムモジュール206と呼ぶ。ホログラム203、反射層4ならびにホログラムモジュール206は、可撓性を有していてもよい。   The hologram 203 is a transmission hologram. The hologram 203 has a first surface 203a on which light emitted from the light source 2 is incident, and a second surface 203b opposite to the first surface 203a. The reflective layer 4 is in contact with the second surface 203 b of the hologram 203 and is integrated with the hologram 203. Hereinafter, the structure including the hologram 203 and the reflective layer 4 is referred to as a hologram module 206. The hologram 203, the reflection layer 4, and the hologram module 206 may have flexibility.

光検出器205は、ホログラム203からの光を受け、受けた光の強度分布を表す信号を出力する。光検出器205は、特に、ホログラム203が回折光を発生したときには回折光を受けることが可能である。光検出器205としては、例えば、相補性金属酸化膜半導体(CMOS)や電荷結合素子(CCD)等を用いたイメージセンサを用いることができる。結像光学系207は、例えば複数のレンズからなり、回折光が有する強度分布の2次元パターンを、光検出器205上に結像する。変位情報生成装置201は、光源支持装置7、光検出器5および結像光学系207を一体的に支持する、図示しない支持部を備えている。以下、光源2、光源支持装置7、光検出器205、結像光学系207および図示しない支持部を含む一体的な構造体を、光学モジュール208と呼ぶ。   The photodetector 205 receives the light from the hologram 203 and outputs a signal representing the intensity distribution of the received light. The photodetector 205 can receive diffracted light, particularly when the hologram 203 generates diffracted light. As the photodetector 205, for example, an image sensor using a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) or a charge coupled device (CCD) can be used. The imaging optical system 207 includes, for example, a plurality of lenses, and images a two-dimensional pattern of the intensity distribution of the diffracted light on the photodetector 205. The displacement information generation device 201 includes a support unit (not shown) that integrally supports the light source support device 7, the photodetector 5, and the imaging optical system 207. Hereinafter, an integral structure including the light source 2, the light source support device 7, the photodetector 205, the imaging optical system 207, and a support unit (not shown) is referred to as an optical module 208.

変位情報生成装置201におけるその他の構成は、第1の実施の形態に係る変位情報生成装置1と同じである。   Other configurations of the displacement information generating apparatus 201 are the same as those of the displacement information generating apparatus 1 according to the first embodiment.

変位情報生成装置201は、構造物10の変位に応じて、光源2とホログラム203の位置関係または光源2から出射されてホログラム203に照射される光の経路の状態が変化し、光源2とホログラム203が所定の位置関係にあるとき、または上記光の経路が所定の状態のときには光源2から出射された光が再生用参照光となるように設置される。そして、光源2から出射された光をホログラム203に照射したときの光検出器205の出力信号が、構造物10の変位に関する情報となる。なお、本実施の形態では、光源2が出射する光の波長は、ホログラム203作製時における記録用参照光の波長と等しい。   The displacement information generation apparatus 201 changes the positional relationship between the light source 2 and the hologram 203 or the state of the light path emitted from the light source 2 and applied to the hologram 203 according to the displacement of the structure 10. When 203 is in a predetermined positional relationship, or when the light path is in a predetermined state, the light emitted from the light source 2 is installed so as to serve as reproduction reference light. The output signal of the photodetector 205 when the hologram 203 is irradiated with the light emitted from the light source 2 becomes information regarding the displacement of the structure 10. In the present embodiment, the wavelength of the light emitted from the light source 2 is equal to the wavelength of the recording reference light when the hologram 203 is manufactured.

本実施の形態では、特に、ホログラム203および反射層4を含むホログラムモジュール206が構造物10に取り付けられて、構造物10の変位に応じて、光源2とホログラム203の位置関係が変化する。図20は、光源2とホログラム203が所定の位置関係にあるときを表している。このときには、光源2から出射されて、ホログラム203を透過して反射層4で反射された光が再生用参照光となり、回折光は、ホログラム203の第1の面203aから出射される。図20において、符号11は、光源2から出射されてホログラム203の第1の面203aに入射する入射光を示している。符号12は、入射光11がホログラム203を透過して反射層4で反射された後の光である反射光を示している。符号213は、ホログラム203が発生した回折光を示している。   In the present embodiment, in particular, the hologram module 206 including the hologram 203 and the reflective layer 4 is attached to the structure 10, and the positional relationship between the light source 2 and the hologram 203 changes according to the displacement of the structure 10. FIG. 20 illustrates a case where the light source 2 and the hologram 203 are in a predetermined positional relationship. At this time, the light emitted from the light source 2 and transmitted through the hologram 203 and reflected by the reflective layer 4 becomes reproduction reference light, and the diffracted light is emitted from the first surface 203 a of the hologram 203. In FIG. 20, reference numeral 11 indicates incident light emitted from the light source 2 and incident on the first surface 203 a of the hologram 203. Reference numeral 12 denotes reflected light that is light after the incident light 11 is transmitted through the hologram 203 and reflected by the reflective layer 4. Reference numeral 213 indicates diffracted light generated by the hologram 203.

なお、本実施の形態において、ホログラム203として、透過型ホログラムの代わりに反射型ホログラムを用いてもよい。この場合には、反射層4は不要であり、ホログラム203が構造物10に取り付けられる。   In the present embodiment, a reflection hologram may be used as the hologram 203 instead of the transmission hologram. In this case, the reflective layer 4 is not necessary, and the hologram 203 is attached to the structure 10.

本実施の形態において、光源2とホログラム203の所定の位置関係というのは、ホログラム203の回折効率が最大になるように入射光11がホログラム203に入射するときの光源2とホログラム203の位置関係である。   In the present embodiment, the predetermined positional relationship between the light source 2 and the hologram 203 is the positional relationship between the light source 2 and the hologram 203 when the incident light 11 enters the hologram 203 so that the diffraction efficiency of the hologram 203 is maximized. It is.

本実施の形態では、構造物10が変位すると、それに追従してホログラムモジュール206も変位し、その結果、光源2とホログラム203の位置関係が変化する。光源2とホログラム203の位置関係が、構造物10の変位に起因して上記所定の位置関係からずれると、光源2とホログラム203の位置関係が上記所定の位置関係である場合に比べて、ホログラム203の回折効率が低下する。   In the present embodiment, when the structure 10 is displaced, the hologram module 206 is also displaced following the displacement, and as a result, the positional relationship between the light source 2 and the hologram 203 changes. If the positional relationship between the light source 2 and the hologram 203 deviates from the predetermined positional relationship due to the displacement of the structure 10, the hologram is compared with the case where the positional relationship between the light source 2 and the hologram 203 is the predetermined positional relationship. The diffraction efficiency of 203 is lowered.

本実施の形態では、ホログラム203の回折効率が最大であるときに、光検出器205は、信号光と同じ強度分布を有する光を受ける。構造物10の変位に起因してホログラム203の回折効率が低下すると、光検出器205が受ける光の強度分布の鮮明度が低下する。この鮮明度は、光検出器205の出力信号に基づいて評価することができる。従って、光源2から出射された光をホログラム203に照射したときの光検出器205の出力信号は、構造物10の変位に関する情報となる。   In the present embodiment, when the diffraction efficiency of the hologram 203 is maximum, the photodetector 205 receives light having the same intensity distribution as the signal light. When the diffraction efficiency of the hologram 203 decreases due to the displacement of the structure 10, the sharpness of the intensity distribution of light received by the photodetector 205 decreases. This sharpness can be evaluated based on the output signal of the photodetector 205. Therefore, the output signal of the photodetector 205 when the hologram 203 is irradiated with the light emitted from the light source 2 is information regarding the displacement of the structure 10.

次に、本実施の形態に係る変位情報生成方法について説明する。本実施の形態に係る変位情報生成方法は、本実施の形態に係る変位情報生成装置201を用いて、構造物10の変位に関する情報を生成する方法である。変位情報生成方法は、構造物10の変位に応じて、光源2とホログラム203の位置関係が変化し、光源2とホログラム203が所定の位置関係にあるときには光源2から出射された光が再生用参照光となるように、変位情報生成装置201を設置する手順と、構造物10の変位に関する情報を生成する手順とを備えている。構造物10の変位に関する情報は、光源2から出射された光をホログラム203に照射したときの光検出器205の出力信号である。   Next, a displacement information generation method according to the present embodiment will be described. The displacement information generation method according to the present embodiment is a method of generating information related to the displacement of the structure 10 using the displacement information generation device 201 according to the present embodiment. In the displacement information generation method, the positional relationship between the light source 2 and the hologram 203 changes according to the displacement of the structure 10, and when the light source 2 and the hologram 203 are in a predetermined positional relationship, the light emitted from the light source 2 is for reproduction. A procedure for installing the displacement information generation device 201 and a procedure for generating information on the displacement of the structure 10 are provided so as to be reference light. Information on the displacement of the structure 10 is an output signal of the photodetector 205 when the hologram 203 is irradiated with light emitted from the light source 2.

本実施の形態における変位情報生成装置201を設置する手順では、ホログラムモジュール206を構造物10に取り付け、光学モジュール208を、構造物10の変位に伴って変化しない位置に設置する。光学モジュール208は、常時設置していてもよいし、構造物10の変位に関する情報を生成するときにのみ設置してもよい。   In the procedure for installing the displacement information generating apparatus 201 in the present embodiment, the hologram module 206 is attached to the structure 10 and the optical module 208 is installed at a position that does not change with the displacement of the structure 10. The optical module 208 may be always installed, or may be installed only when generating information regarding the displacement of the structure 10.

[第2の実施例]
以下、第4の実施の形態におけるホログラム203の実施例である第2の実施例のホログラム203とその特性について説明する。なお、本実施の形態におけるホログラム203は、以下に示す第2の実施例のホログラム203に限定されるものではない。
[Second Embodiment]
Hereinafter, the hologram 203 of the second example which is an example of the hologram 203 in the fourth embodiment and its characteristics will be described. In addition, the hologram 203 in this Embodiment is not limited to the hologram 203 of the 2nd Example shown below.

第2の実施例では、以下の方法で、図2に示した感光層3Pを作製した。まず、第1の実施例で調整したフォトポリマー組成物の複数の材料のうちのIrgacure−379(BASF製)0.6部をIrgacure−784(BASF製)0.6部に変更した複数の材料を配合して、フォトポリマー組成物を調製した。   In the second example, the photosensitive layer 3P shown in FIG. 2 was produced by the following method. First, among the plurality of materials of the photopolymer composition prepared in the first example, Irgacure-379 (manufactured by BASF) 0.6 part was changed to Irgacure-784 (manufactured by BASF) 0.6 part. Was blended to prepare a photopolymer composition.

次に、上記フォトポリマー組成物を、厚みが0.3mmのシリコンフィルムスペーサーを介して貼り合わせた2枚のガラス基板の空隙に導入し、窒素雰囲気下、60℃で2時間加熱処理を施して、2枚のガラス基板の間に、フォトポリマーからなる感光層3Pを形成した。2枚のガラス基板の各面の大きさは、30mm×30mmである。   Next, the photopolymer composition is introduced into a gap between two glass substrates bonded through a silicon film spacer having a thickness of 0.3 mm, and subjected to heat treatment at 60 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere. A photosensitive layer 3P made of a photopolymer was formed between two glass substrates. The size of each surface of the two glass substrates is 30 mm × 30 mm.

第2の実施例のホログラム203は、図21に示した記録用光学系を用いて、感光層3Pの第1の面3Paに記録用参照光21と信号光222を入射させ、記録用参照光21と信号光222の干渉によって生じる干渉縞を感光層3Pに記録することによって作製した。   In the hologram 203 of the second embodiment, the recording reference light 21 and the signal light 222 are made incident on the first surface 3Pa of the photosensitive layer 3P using the recording optical system shown in FIG. The interference fringes generated by the interference between the light 21 and the signal light 222 were recorded on the photosensitive layer 3P.

図21に示した記録用光学系は、図5に示した第1の実施例における記録用光学系と、以下の点で異なっている。図21に示した記録用光学系は、図5に示した記録用光学系における半導体レーザ31の代わりにレーザ231を備えている。レーザ231としては、YAGレーザを用いた。このレーザ231は、波長532nmのレーザ光を出射する。   The recording optical system shown in FIG. 21 is different from the recording optical system in the first embodiment shown in FIG. 5 in the following points. The recording optical system shown in FIG. 21 includes a laser 231 instead of the semiconductor laser 31 in the recording optical system shown in FIG. As the laser 231, a YAG laser was used. The laser 231 emits laser light having a wavelength of 532 nm.

また、図21に示した記録用光学系は、図5に示した記録用光学系における1/4波長板40およびミラー41の代わりに、偏光ビームスプリッタ39から出射されたS偏光の光の光路上に配置された反射型の空間光変調器240を備えている。ここでは、空間光変調器240として、液晶を用いた位相変調型のものを使用している。この空間光変調器240は、互いに直交する高速軸と低速軸を有し、高速軸と低速軸が、偏光ビームスプリッタ39から出射されたS偏光の光の偏光方向に対して±45°になるように配置されている。空間光変調器240において、オン状態の画素に入射したS偏光の光は、高速軸方向の偏光成分と低速軸方向の偏光成分との間で1/2波長分位相がずれるように位相変調されて、P偏光の光となって出射される。空間光変調器240において、オフ状態の画素に入射したS偏光の光は、S偏光のまま出射される。なお、空間光変調器240としては、デジタル・マイクロミラー・デバイス(DMD)等を用いた振幅変調型のものを使用してもよい。この場合には、空間光変調器240と偏光ビームスプリッタ39の間に図示しない1/4波長板を挿入する。この場合、偏光ビームスプリッタ39から出射されたS偏光の光は、1/4波長板を通過して、円偏光の光に変換された後、空間光変調器240で変調され、1/4波長板を通過して、P偏光の光に変換される。空間光変調器240によって変調されて偏光ビームスプリッタ39に入射したP偏光の光は、偏光ビームスプリッタ39の斜面を通過して、第2のP偏光の光として、偏光ビームスプリッタ39から出射される。   Further, the recording optical system shown in FIG. 21 is an S-polarized light beam emitted from the polarization beam splitter 39 instead of the quarter-wave plate 40 and the mirror 41 in the recording optical system shown in FIG. A reflective spatial light modulator 240 is provided on the road. Here, a phase modulation type liquid crystal is used as the spatial light modulator 240. The spatial light modulator 240 has a high speed axis and a low speed axis orthogonal to each other, and the high speed axis and the low speed axis are ± 45 ° with respect to the polarization direction of the S-polarized light emitted from the polarization beam splitter 39. Are arranged as follows. In the spatial light modulator 240, the S-polarized light incident on the on-state pixel is phase-modulated so that the phase is shifted by a half wavelength between the polarization component in the fast axis direction and the polarization component in the slow axis direction. Thus, it is emitted as P-polarized light. In the spatial light modulator 240, the S-polarized light incident on the off-state pixel is emitted as the S-polarized light. The spatial light modulator 240 may be an amplitude modulation type using a digital micromirror device (DMD) or the like. In this case, a quarter wavelength plate (not shown) is inserted between the spatial light modulator 240 and the polarization beam splitter 39. In this case, the S-polarized light emitted from the polarization beam splitter 39 passes through the quarter-wave plate, is converted into circularly-polarized light, and then is modulated by the spatial light modulator 240 to be a quarter wavelength. It passes through the plate and is converted to P-polarized light. The P-polarized light modulated by the spatial light modulator 240 and incident on the polarization beam splitter 39 passes through the inclined surface of the polarization beam splitter 39 and is emitted from the polarization beam splitter 39 as second P-polarized light. .

また、図21に示した記録用光学系は、図5に示した記録用光学系における偏光ビームスプリッタ39とシャッタ43の間に配置された集光レンズ241を備えている。第1の実施例と同様に、シャッタ43は、後で説明する再生用光学系において閉状態にされるが、記録用光学系では常に開状態にされている。   The recording optical system shown in FIG. 21 includes a condensing lens 241 disposed between the polarization beam splitter 39 and the shutter 43 in the recording optical system shown in FIG. As in the first embodiment, the shutter 43 is closed in a reproducing optical system described later, but is always open in the recording optical system.

図21に示した記録用光学系では、レーザ231の出射光は、ミラー32、1/2波長板33、偏光ビームスプリッタ34、シャッタ35、ビームエキスパンダ36、1/2波長板37および絞り38を順に通過して、偏光ビームスプリッタ39に入射する。偏光ビームスプリッタ39から出射された第1のP偏光の光は、ミラー42で反射されて、記録用参照光21として、回転ステージ44によって支持された感光層3Pの第1の面3Paに照射される。また、偏光ビームスプリッタ39から出射された第2のP偏光の光は、集光レンズ241で集光され、シャッタ43を通過して、信号光222として、回転ステージ44によって支持された感光層3Pの第1の面3Paに照射される。   In the recording optical system shown in FIG. 21, the light emitted from the laser 231 is reflected by a mirror 32, a half-wave plate 33, a polarizing beam splitter 34, a shutter 35, a beam expander 36, a half-wave plate 37, and a diaphragm 38. And sequentially enter the polarization beam splitter 39. The first P-polarized light emitted from the polarization beam splitter 39 is reflected by the mirror 42 and applied to the first surface 3Pa of the photosensitive layer 3P supported by the rotary stage 44 as the recording reference light 21. The The second P-polarized light emitted from the polarization beam splitter 39 is condensed by the condenser lens 241, passes through the shutter 43, and is supported as the signal light 222 by the rotating stage 44. The first surface 3Pa is irradiated.

感光層3Pに記録用参照光21と信号光222を入射させてホログラム203を作製する際には、所定の時間だけ、シャッタ35を開いて、記録用参照光21と信号光222によって感光層3Pを露光させた。その際、感光層3Pにおける記録用参照光21と信号光222の合計の光強度を40mW/cmとし、露光エネルギーが16mJ/cmとなるようにした。このように感光層3Pを露光させた後、感光層3Pに残存する光重合開始剤、モノマーを消費するためのポストキュアを十分に行って、感光層3Pをホログラム203とした。ポストキュアは、露光後の感光層3Pに対して、中心波長が530nmの発光ダイオードの出射光を照射して行った。 When the recording reference beam 21 and the signal beam 222 are made incident on the photosensitive layer 3P to produce the hologram 203, the shutter 35 is opened for a predetermined time, and the photosensitive layer 3P is used by the recording reference beam 21 and the signal beam 222. Were exposed. At that time, the total light intensity of the recording reference light 21 and the signal light 222 in the photosensitive layer 3P was set to 40 mW / cm 2 , and the exposure energy was set to 16 mJ / cm 2 . After the photosensitive layer 3P was exposed in this way, post-curing for consuming the photopolymerization initiator and the monomer remaining in the photosensitive layer 3P was sufficiently performed, and the photosensitive layer 3P was made into a hologram 203. Post-cure was performed by irradiating the light-emitting diode having a central wavelength of 530 nm to the exposed photosensitive layer 3P.

図22は、信号光222の強度分布の2次元パターンの一部を示している。第2の実施例では、信号光222の強度分布の2次元パターンとし、明暗のドットパターンを用いた。具体的には、信号光222の強度分布の2次元パターンは、配列された7×7個の領域を有し、各領域は50×50ドットを有している。この2次元パターンは、122.5kビットを構成する。図22は、この2次元パターンにおける中央の領域と、その周辺の8つの領域のそれぞれの一部を示している。ドットには、相対的に輝度が小さい黒ドットと、相対的に輝度が大きい白ドットの2種類がある。   FIG. 22 shows a part of a two-dimensional pattern of the intensity distribution of the signal light 222. In the second embodiment, a two-dimensional pattern of the intensity distribution of the signal light 222 is used, and a bright and dark dot pattern is used. Specifically, the two-dimensional pattern of the intensity distribution of the signal light 222 has 7 × 7 regions arranged, and each region has 50 × 50 dots. This two-dimensional pattern constitutes 122.5 k bits. FIG. 22 shows a part of each of the central region and the surrounding eight regions in this two-dimensional pattern. There are two types of dots: black dots with relatively low brightness and white dots with relatively high brightness.

次に、図23を参照して、第2の実施例のホログラム203の特性を測定するために使用した再生用光学系について説明する。この再生用光学系は、図21に示した記録用光学系の構成要素の他に、結像光学系250と、イメージセンサ251を備えている。再生用光学系においては、シャッタ43は閉状態にされている。また、回転ステージ44は、第2の実施例のホログラム203を支持している。   Next, the reproducing optical system used for measuring the characteristics of the hologram 203 of the second embodiment will be described with reference to FIG. This reproducing optical system includes an imaging optical system 250 and an image sensor 251 in addition to the components of the recording optical system shown in FIG. In the reproduction optical system, the shutter 43 is closed. The rotating stage 44 supports the hologram 203 of the second embodiment.

再生用光学系では、レーザ231の出射光は、ミラー32、1/2波長板33、偏光ビームスプリッタ34、シャッタ35、ビームエキスパンダ36、1/2波長板37、絞り38を順に通過して、偏光ビームスプリッタ39に入射する。再生用光学系では、偏光ビームスプリッタ39の斜面を通過した第1のP偏光の光が利用される。この第1のP偏光の光は、ミラー42で反射されて、再生用参照光51として、回転ステージ44によって支持されたホログラム203の第1の面203aに照射される。ホログラム203に再生用参照光51が照射されると、ホログラム203は、信号光222と同じ2次元パターンの強度分布を有する回折光253を発生する。この回折光253が有する強度分布の2次元パターンは、結像光学系250によってイメージセンサ251上に結像し、イメージセンサ251によって撮像される。   In the reproducing optical system, the light emitted from the laser 231 passes through the mirror 32, the half-wave plate 33, the polarizing beam splitter 34, the shutter 35, the beam expander 36, the half-wave plate 37, and the stop 38 in order. , Enters the polarization beam splitter 39. In the reproducing optical system, the first P-polarized light that has passed through the slope of the polarization beam splitter 39 is used. The first P-polarized light is reflected by the mirror 42 and applied to the first surface 203 a of the hologram 203 supported by the rotary stage 44 as reproduction reference light 51. When the reproduction reference beam 51 is irradiated on the hologram 203, the hologram 203 generates diffracted light 253 having the same two-dimensional pattern intensity distribution as the signal beam 222. The two-dimensional pattern of the intensity distribution of the diffracted light 253 is imaged on the image sensor 251 by the imaging optical system 250 and is imaged by the image sensor 251.

ホログラム203の特性の測定は、以下のようにして行った。まず、回転ステージ44によって、ホログラム203の第1の面203aに対する再生用参照光51の入射角を変更し、複数の入射角の各々のときに、イメージセンサ251によって回折光253の2次元パターンを撮像した。以下、イメージセンサ251によって撮像されて得られた画像を再生画像と呼ぶ。このようにして複数の入射角に対応する複数の再生画像を得た。次に、複数の再生画像の各々について、再生画像の鮮明度に対応するパラメータの値を求めた。第2の実施例では、このパラメータとして、以下のようにして求められる信号対雑音比SNRを用いた。   The characteristics of the hologram 203 were measured as follows. First, the incident angle of the reproduction reference beam 51 with respect to the first surface 203a of the hologram 203 is changed by the rotating stage 44, and the two-dimensional pattern of the diffracted beam 253 is generated by the image sensor 251 at each of a plurality of incident angles. I took an image. Hereinafter, an image captured by the image sensor 251 is referred to as a reproduced image. In this way, a plurality of reproduced images corresponding to a plurality of incident angles were obtained. Next, for each of the plurality of reproduced images, a parameter value corresponding to the sharpness of the reproduced image was obtained. In the second embodiment, the signal-to-noise ratio SNR obtained as follows is used as this parameter.

まず、再生画像を複数の黒ドットと複数の白ドットに分割する。複数の黒ドットと複数の白ドットの位置は、信号光222の強度分布の2次元パターンの情報から予め分かっている。次に、再生画像について、複数の黒ドットの輝度の平均値μと、複数の白ドットの輝度の平均値μと、複数の黒ドットの輝度の標準偏差σと、複数の白ドットの輝度の標準偏差σを算出する。次に、下記の式(3)で表されるSNRを算出する。 First, the reproduced image is divided into a plurality of black dots and a plurality of white dots. The positions of the plurality of black dots and the plurality of white dots are known in advance from the information of the two-dimensional pattern of the intensity distribution of the signal light 222. Next, regarding the reproduced image, the average value μ 0 of the brightness of the plurality of black dots, the average value μ 1 of the brightness of the plurality of white dots, the standard deviation σ 0 of the brightness of the plurality of black dots, and the plurality of white dots The luminance standard deviation σ 1 is calculated. Next, the SNR represented by the following formula (3) is calculated.

SNR=(μ−μ)/√(σ +σ ) …(3) SNR = (μ 1 −μ 0 ) / √ (σ 1 2 + σ 0 2 ) (3)

また、ホログラム203の回折効率が最大になるときの再生用参照光51の入射角と、任意の再生用参照光51の入射角との差を、入射角ずれ量(単位は度)と定義する。   Further, the difference between the incident angle of the reproduction reference beam 51 when the diffraction efficiency of the hologram 203 is maximized and the incident angle of the arbitrary reproduction reference beam 51 is defined as an incident angle deviation amount (unit: degree). .

ホログラム203の特性の測定では、ホログラム203の特性として、入射角ずれ量とSNRとの関係を求めた。このようにして求められたホログラム203における入射角ずれ量とSNRとの関係を図24に示す。図24において、横軸は入射角ずれ量(度)であり、縦軸はSNRである。図24では、測定によって得られた入射角ずれ量毎のSNRの値を複数の三角の点で示し、これらの近似曲線を実線の曲線で示している。   In the measurement of the characteristics of the hologram 203, the relationship between the incident angle deviation and the SNR was obtained as the characteristics of the hologram 203. FIG. 24 shows the relationship between the incident angle deviation amount and the SNR in the hologram 203 thus obtained. In FIG. 24, the horizontal axis represents the incident angle deviation (degrees), and the vertical axis represents the SNR. In FIG. 24, the SNR value for each incident angle deviation obtained by measurement is indicated by a plurality of triangular points, and these approximate curves are indicated by solid lines.

図25、図26、図27、図28は、それぞれ、図24中の点P25,P26,P27,P28に対応する再生画像の一部を示している。図24ないし図27から、SNRの値が大きいほど、再生画像の鮮明度が高いことが分かる。   25, FIG. 26, FIG. 27, and FIG. 28 respectively show part of the reproduced image corresponding to the points P25, P26, P27, and P28 in FIG. From FIG. 24 to FIG. 27, it can be seen that the greater the SNR value, the higher the sharpness of the reproduced image.

図24に示したように、入射角ずれ量がほぼ0のときにSNRの値が最大値になり、入射角ずれ量の絶対値が大きくなるに従ってSNRの値が低下し、入射角ずれ量の絶対値が0.3度になるまでにSNRの値がほぼ0になっている。このことから、ホログラム203は、入射角ずれ量を感度よく検出可能なセンサとなり得ることが分かる。   As shown in FIG. 24, when the incident angle deviation amount is almost zero, the SNR value becomes the maximum value. As the absolute value of the incident angle deviation amount increases, the SNR value decreases, and the incident angle deviation amount becomes smaller. By the time the absolute value becomes 0.3 degrees, the SNR value is almost zero. From this, it is understood that the hologram 203 can be a sensor that can detect the incident angle deviation with high sensitivity.

なお、図24は、ホログラム203単体の特性を示しているが、図20に示したホログラム203と反射層4を含むホログラムモジュール206の特性も、図24と同様になる。   FIG. 24 shows the characteristics of the hologram 203 alone, but the characteristics of the hologram module 206 including the hologram 203 and the reflective layer 4 shown in FIG.

本実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様に、簡単な構成で、空間を伝搬するという光の特徴を活かして、構造物10の変位に関する情報を生成することが可能になる。   According to the present embodiment, similarly to the first embodiment, it is possible to generate information related to the displacement of the structure 10 with a simple configuration and utilizing the feature of light propagating in space. .

また、本実施の形態では、第1の実施の形態における規格化強度の代わりに上記のSNRを用いることにより、第1の実施の形態において図9ないし図15を参照して説明した構造物10の変位の検出方法と同様にして、複数の態様のホログラム203および構造物10の変位を検出することが可能である。   In this embodiment, the structure 10 described with reference to FIGS. 9 to 15 in the first embodiment is used by using the above SNR instead of the normalized strength in the first embodiment. It is possible to detect the displacement of the hologram 203 and the structure 10 of a plurality of modes in the same manner as the above-described displacement detection method.

なお、本実施の形態において、構造物10の変位に応じて光源2とホログラム203の位置関係が変化するように、光学モジュール208を構造物10に取り付け、ホログラムモジュール206を、構造物10の変位に伴って変化しない位置に設置してもよい。あるいは、構造物10の変位に応じて光源2とホログラム203の位置関係が変化するように、ホログラムモジュール206と光学モジュール208を、構造物10における互いに異なる場所に取り付けてもよい。   In the present embodiment, the optical module 208 is attached to the structure 10 so that the positional relationship between the light source 2 and the hologram 203 changes according to the displacement of the structure 10, and the hologram module 206 is displaced by the displacement of the structure 10. You may install in the position which does not change with. Alternatively, the hologram module 206 and the optical module 208 may be attached to different locations in the structure 10 so that the positional relationship between the light source 2 and the hologram 203 changes according to the displacement of the structure 10.

本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第1の実施の形態と同様である。   Other configurations, operations, and effects in the present embodiment are the same as those in the first embodiment.

[第5の実施の形態]
次に、図29および図30を参照して、本発明の第5の実施の形態について説明する。図29は、本実施の形態に係る変位情報生成装置301の概略の構成を示す説明図である。図30は、図29における変位情報生成器の構成を示す説明図である。
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 29 and FIG. FIG. 29 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the displacement information generating apparatus 301 according to the present embodiment. FIG. 30 is an explanatory diagram showing a configuration of the displacement information generator in FIG.

図29に示したように、変位情報生成装置301は、光源2と、光源支持装置7と、変位情報生成器287と、反射部材102とを備えている。変位情報生成装置301は、更に、光源支持装置7および変位情報生成器287を一体的に支持する図示しない支持部を備えている。以下、光源2、光源支持装置7、変位情報生成器287および図示しない支持部を含む一体的な構造体を、光学モジュール303と呼ぶ。   As illustrated in FIG. 29, the displacement information generation device 301 includes the light source 2, the light source support device 7, the displacement information generator 287, and the reflection member 102. The displacement information generation device 301 further includes a support unit (not shown) that integrally supports the light source support device 7 and the displacement information generator 287. Hereinafter, an integrated structure including the light source 2, the light source support device 7, the displacement information generator 287 and a support unit (not shown) is referred to as an optical module 303.

図30に示したように、変位情報生成器287は、ホログラム283と、結像光学系284と、光検出器285と、これらを保持する保持部286とを含んでいる。ホログラム283は、第4の実施の形態におけるホログラム203と同様に、記録用参照光と所定の2次元パターンの強度分布を有する信号光との干渉によって生じる干渉縞が記録されたものである。ホログラム283は、再生用参照光が照射されたときに回折光を発生する。この回折光は、信号光と同じ2次元パターンの強度分布を有する。ホログラム283は、透過型ホログラムである。ホログラム283は、光が入射する第1の面283aと、第1の面283aとは反対側の第2の面283bとを有している。回折光は、第2の面283bから出射される。   As shown in FIG. 30, the displacement information generator 287 includes a hologram 283, an imaging optical system 284, a photodetector 285, and a holding unit 286 that holds these. Similar to the hologram 203 in the fourth embodiment, the hologram 283 is recorded with interference fringes generated by interference between the recording reference light and signal light having an intensity distribution of a predetermined two-dimensional pattern. The hologram 283 generates diffracted light when irradiated with reproduction reference light. This diffracted light has the same two-dimensional pattern intensity distribution as the signal light. The hologram 283 is a transmission hologram. The hologram 283 has a first surface 283a on which light is incident and a second surface 283b opposite to the first surface 283a. The diffracted light is emitted from the second surface 283b.

光検出器285は、第4の実施の形態における光検出器205と同様に、ホログラム283からの光を受け、受けた光の強度分布を表す信号を出力する。光検出器285は、特に、ホログラム283が回折光を発生したときには回折光を受けることが可能である。結像光学系284は、ホログラム283が発生する回折光が有する強度分布の2次元パターンを、光検出器285上に結像する。   The photodetector 285 receives the light from the hologram 283 and outputs a signal representing the intensity distribution of the received light, similarly to the photodetector 205 in the fourth embodiment. Photodetector 285 can receive diffracted light, particularly when hologram 283 generates diffracted light. The imaging optical system 284 images the two-dimensional pattern of the intensity distribution of the diffracted light generated by the hologram 283 on the photodetector 285.

変位情報生成装置301におけるその他の構成は、第3の実施の形態に係る変位情報生成装置101と同じである。   Other configurations of the displacement information generating apparatus 301 are the same as those of the displacement information generating apparatus 101 according to the third embodiment.

変位情報生成装置301は、構造物10の変位に応じて、光源2から出射されてホログラム283に照射される光の経路の状態が変化し、この光の経路が所定の状態のときには光源2から出射された光が再生用参照光となるように設置される。本実施の形態では、第3の実施の形態と同様に、反射部材102が、構造物10に取り付けられる。反射部材102は、反射面102aを有し、この反射面102aによって、光源2から出射された光をホログラム283に向けて反射する。構造物10が変位すると、それに追従して反射部材102も変位し、その結果、光源2から出射されて、反射部材102を経由してホログラム283に照射される光の経路(以下、照射光の経路と言う。)の状態が変化する。本実施の形態では、光源2から出射され、反射部材102で反射されてホログラム83に向かう光である反射光111をホログラム283に照射したときの光検出器285の出力信号が、構造物10の変位に関する情報となる。なお、本実施の形態では、光源2が出射する光の波長は、ホログラム283作製時における記録用参照光の波長と等しい。   The displacement information generation device 301 changes the state of the light path emitted from the light source 2 and applied to the hologram 283 in accordance with the displacement of the structure 10, and from the light source 2 when the light path is in a predetermined state. It is installed so that the emitted light becomes the reference light for reproduction. In the present embodiment, the reflecting member 102 is attached to the structure 10 as in the third embodiment. The reflection member 102 has a reflection surface 102 a, and the light emitted from the light source 2 is reflected toward the hologram 283 by the reflection surface 102 a. When the structure 10 is displaced, the reflecting member 102 is also displaced following the displacement. As a result, a light path emitted from the light source 2 and irradiated onto the hologram 283 through the reflecting member 102 (hereinafter referred to as irradiation light). The state of the route is changed. In this embodiment, the output signal of the photodetector 285 when the hologram 283 is irradiated with the reflected light 111 that is emitted from the light source 2, reflected by the reflecting member 102, and directed toward the hologram 83, is output from the structure 10. Information on displacement. In the present embodiment, the wavelength of the light emitted from the light source 2 is equal to the wavelength of the recording reference light when the hologram 283 is manufactured.

本実施の形態に係る変位情報生成方法は、本実施の形態に係る変位情報生成装置301を用いて、構造物10の変位に関する情報を生成する方法である。変位情報生成方法は、構造物10の変位に応じて、照射光の経路の状態が変化し、照射光の経路が所定の状態のときには光源2から出射された光が再生用参照光となるように、変位情報生成装置301を設置する手順と、構造物10の変位に関する情報を生成する手順とを備えている。構造物10の変位に関する情報は、光源2から出射された光を、反射部材102を経由させてホログラム283に照射したときの光検出器285の出力信号である。本実施の形態における変位情報生成装置301を設置する手順では、反射部材102を構造物10に取り付け、光学モジュール303を、構造物10の変位に伴って変化しない位置に設置する。光学モジュール303は、常時設置していてもよいし、構造物10の変位に関する情報を生成するときにのみ設置してもよい。   The displacement information generation method according to the present embodiment is a method of generating information related to the displacement of the structure 10 using the displacement information generation device 301 according to the present embodiment. In the displacement information generation method, the state of the irradiation light path changes in accordance with the displacement of the structure 10, and the light emitted from the light source 2 becomes the reproduction reference light when the irradiation light path is in a predetermined state. In addition, a procedure for installing the displacement information generating device 301 and a procedure for generating information relating to the displacement of the structure 10 are provided. The information regarding the displacement of the structure 10 is an output signal of the photodetector 285 when the light emitted from the light source 2 is irradiated onto the hologram 283 via the reflecting member 102. In the procedure for installing the displacement information generating apparatus 301 in this embodiment, the reflecting member 102 is attached to the structure 10 and the optical module 303 is installed at a position that does not change with the displacement of the structure 10. The optical module 303 may be always installed, or may be installed only when generating information regarding the displacement of the structure 10.

本実施の形態では、反射部材102が、第3の実施の形態で説明した初期状態であって、反射光111がホログラム283に対する再生用参照光となるときに、ホログラム283の回折効率が最大になる。構造物10が変位すると、上述のように照射光の経路の状態が変化して、ホログラム283の回折効率が低下する。   In the present embodiment, when the reflecting member 102 is in the initial state described in the third embodiment, and the reflected light 111 becomes the reproduction reference light for the hologram 283, the diffraction efficiency of the hologram 283 is maximized. Become. When the structure 10 is displaced, the state of the irradiation light path changes as described above, and the diffraction efficiency of the hologram 283 decreases.

本実施の形態では、第4の実施の形態と同様に、ホログラム283の回折効率が最大であるときに、光検出器285は、信号光と同じ強度分布を有する光を受ける。構造物10の変位に起因してホログラム283の回折効率が低下すると、光検出器285が受ける光の強度分布の鮮明度が低下する。この鮮明度は、第4の実施の形態で説明したように、光検出器285の出力信号に基づいて評価することができる。従って、そのため、光源2から出射された光を反射部材102を経由させてホログラム283に照射したときの光検出器285の出力信号は、構造物10の変位に関する情報となる。   In the present embodiment, similarly to the fourth embodiment, when the diffraction efficiency of the hologram 283 is maximum, the photodetector 285 receives light having the same intensity distribution as that of the signal light. When the diffraction efficiency of the hologram 283 decreases due to the displacement of the structure 10, the sharpness of the intensity distribution of light received by the photodetector 285 decreases. This sharpness can be evaluated based on the output signal of the photodetector 285 as described in the fourth embodiment. Therefore, the output signal of the photodetector 285 when the light emitted from the light source 2 is applied to the hologram 283 via the reflecting member 102 is information regarding the displacement of the structure 10.

本実施の形態では、光源支持装置7を用いて光源2の位置および姿勢を調整して、反射光111がホログラム283の第1の面283aに入射することを前提として、出射光73の方向を変更して、出射光73の方向と第4の実施の形態で説明したSNRとの関係を求めることにより、第3の実施の形態で説明した複数の態様の反射部材102および構造物10の変位を検出することができる。   In the present embodiment, the position and orientation of the light source 2 are adjusted using the light source support device 7, and the direction of the outgoing light 73 is changed on the assumption that the reflected light 111 is incident on the first surface 283 a of the hologram 283. The displacement of the reflecting member 102 and the structure 10 of the plurality of aspects described in the third embodiment is changed to obtain the relationship between the direction of the emitted light 73 and the SNR described in the fourth embodiment. Can be detected.

本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第3または第4の実施の形態と同様である。   Other configurations, operations, and effects in the present embodiment are the same as those in the third or fourth embodiment.

なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、本発明では、透過型のホログラムを、構造物から突出するように構造物に取り付け、光検出器を、ホログラムが発生する回折光を受けることが可能で且つ構造物10の変位に伴って変化しない位置に設置してもよい。   In addition, this invention is not limited to said each embodiment, A various change is possible. For example, in the present invention, a transmission type hologram is attached to a structure so as to protrude from the structure, and the photodetector can receive diffracted light generated by the hologram and as the structure 10 is displaced. You may install in the position which does not change.

1…変位情報生成装置、2…光源、3…ホログラム、4…反射層、5…光検出器、7…光源支持装置、10…構造物。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Displacement information generation apparatus, 2 ... Light source, 3 ... Hologram, 4 ... Reflection layer, 5 ... Photo detector, 7 ... Light source support apparatus, 10 ... Structure.

Claims (20)

構造物の変位に関する情報を生成する変位情報生成装置であって、
再生用参照光が照射されたときに回折光を発生するホログラムと、
前記ホログラムに照射される光を出射する光源と、
受けた光に応じた信号を出力し、前記ホログラムが前記回折光を発生したときには前記回折光を受けることが可能な光検出器とを備え、
前記構造物の変位に応じて、前記光源と前記ホログラムの位置関係または前記光源から出射されて前記ホログラムに照射される光の経路の状態が変化し、前記光源と前記ホログラムが所定の位置関係にあるとき、または前記光の経路が所定の状態のときには前記光源から出射された光が前記再生用参照光となるように設置され、
前記光源から出射された光を前記ホログラムに照射したときの前記光検出器の出力信号が、前記構造物の変位に関する情報となることを特徴とする変位情報生成装置。
A displacement information generation device that generates information about displacement of a structure,
A hologram that generates diffracted light when irradiated with reproduction reference light;
A light source that emits light applied to the hologram;
A light detector that outputs a signal corresponding to the received light, and capable of receiving the diffracted light when the hologram generates the diffracted light;
Depending on the displacement of the structure, the positional relationship between the light source and the hologram or the state of the light path emitted from the light source and applied to the hologram changes, and the light source and the hologram are in a predetermined positional relationship. At some time or when the light path is in a predetermined state, the light emitted from the light source is set to be the reproduction reference light,
The displacement information generation device, wherein an output signal of the photodetector when the hologram is irradiated with light emitted from the light source becomes information regarding displacement of the structure.
前記ホログラムが前記構造物に取り付けられて、前記構造物の変位に応じて、前記光源と前記ホログラムの位置関係が変化することを特徴とする請求項1記載の変位情報生成装置。   The displacement information generating apparatus according to claim 1, wherein the hologram is attached to the structure, and the positional relationship between the light source and the hologram changes according to the displacement of the structure. 前記ホログラムは、可撓性を有することを特徴とする請求項2記載の変位情報生成装置。   The displacement information generating apparatus according to claim 2, wherein the hologram has flexibility. 前記ホログラムは、透過型ホログラムであり、前記光源から出射された光が入射する第1の面と前記第1の面とは反対側の第2の面とを有し、
前記変位情報生成装置は、更に、前記ホログラムの前記第2の面に接する反射層を備え、
前記光源と前記ホログラムが前記所定の位置関係にあるときには、前記光源から出射されて、前記ホログラムを透過して前記反射層で反射された光が前記再生用参照光となり、
前記回折光は、前記第1の面から出射されることを特徴とする請求項2または3記載の変位情報生成装置。
The hologram is a transmission hologram, and has a first surface on which light emitted from the light source is incident and a second surface opposite to the first surface;
The displacement information generating device further includes a reflective layer in contact with the second surface of the hologram,
When the light source and the hologram are in the predetermined positional relationship, the light emitted from the light source, transmitted through the hologram and reflected by the reflective layer becomes the reproduction reference light,
4. The displacement information generating apparatus according to claim 2, wherein the diffracted light is emitted from the first surface.
前記ホログラムは、透過型ホログラムであり、前記光源から出射された光が入射する第1の面と前記第1の面とは反対側の第2の面とを有し、
前記光検出器は、前記ホログラムの第2の面側に配置されていることを特徴とする請求項2または3記載の変位情報生成装置。
The hologram is a transmission hologram, and has a first surface on which light emitted from the light source is incident and a second surface opposite to the first surface;
4. The displacement information generating apparatus according to claim 2, wherein the photodetector is arranged on a second surface side of the hologram.
更に、前記光源から出射された光を前記ホログラムに向けて反射する反射部材を備え、
前記反射部材が前記構造物に取り付けられて、前記構造物の変位に応じて、前記光源から出射されて前記ホログラムに照射される光の経路の状態が変化することを特徴とする請求項1記載の変位情報生成装置。
Furthermore, a reflection member that reflects the light emitted from the light source toward the hologram,
2. The state of a light path emitted from the light source and applied to the hologram changes according to the displacement of the structure when the reflecting member is attached to the structure. Displacement information generator.
前記反射部材は、可撓性を有することを特徴とする請求項6記載の変位情報生成装置。   The displacement information generating apparatus according to claim 6, wherein the reflecting member has flexibility. 前記ホログラムは、透過型ホログラムであり、前記光源から出射されて前記反射部材によって反射された光が入射する第1の面と前記第1の面とは反対側の第2の面とを有し、
前記光検出器は、前記ホログラムの第2の面側に配置されていることを特徴とする請求項6または7記載の変位情報生成装置。
The hologram is a transmission hologram, and has a first surface on which light emitted from the light source and reflected by the reflecting member is incident, and a second surface opposite to the first surface. ,
The displacement information generating device according to claim 6 or 7, wherein the photodetector is arranged on a second surface side of the hologram.
前記光検出器の出力信号は、前記光検出器が受けた光の強度を表す信号であることを特徴とする請求項1ないし8のいずれかに記載の変位情報生成装置。   9. The displacement information generating apparatus according to claim 1, wherein the output signal of the photodetector is a signal representing the intensity of light received by the photodetector. 前記光検出器の出力信号は、前記光検出器が受けた光の強度分布を表す信号であることを特徴とする請求項1ないし4および6ないし8のいずれかに記載の変位情報生成装置。   9. The displacement information generating apparatus according to claim 1, wherein the output signal of the photodetector is a signal representing an intensity distribution of light received by the photodetector. 再生用参照光が照射されたときに回折光を発生するホログラムと、前記ホログラムに照射される光を出射する光源と、受けた光に応じた信号を出力し、前記ホログラムが前記回折光を発生したときには前記回折光を受けることが可能な光検出器とを備えた変位情報生成装置を用いて、構造物の変位に関する情報を生成する変位情報生成方法であって、
前記構造物の変位に応じて、前記光源と前記ホログラムの位置関係または前記光源から出射されて前記ホログラムに照射される光の経路の状態が変化し、前記光源と前記ホログラムが所定の位置関係にあるとき、または前記光の経路が所定の状態のときには前記光源から出射された光が前記再生用参照光となるように、前記変位情報生成装置を設置する手順と、
前記構造物の変位に関する情報を生成する手順とを備え、
前記構造物の変位に関する情報は、前記光源から出射された光を前記ホログラムに照射したときの前記光検出器の出力信号であることを特徴とする変位情報生成方法。
A hologram that generates diffracted light when irradiated with reproduction reference light, a light source that emits light irradiated to the hologram, and a signal corresponding to the received light are output, and the hologram generates the diffracted light A displacement information generating method for generating information on the displacement of the structure using a displacement information generating device provided with a photodetector capable of receiving the diffracted light,
Depending on the displacement of the structure, the positional relationship between the light source and the hologram or the state of the light path emitted from the light source and applied to the hologram changes, and the light source and the hologram are in a predetermined positional relationship. A procedure for installing the displacement information generating device so that the light emitted from the light source becomes the reproduction reference light at a certain time or when the light path is in a predetermined state;
Generating information relating to displacement of the structure,
The displacement information generating method, wherein the information related to the displacement of the structure is an output signal of the photodetector when the hologram is irradiated with light emitted from the light source.
前記ホログラムが前記構造物に取り付けられて、前記構造物の変位に応じて、前記光源と前記ホログラムの位置関係が変化することを特徴とする請求項11記載の変位情報生成方法。   The displacement information generating method according to claim 11, wherein the hologram is attached to the structure, and the positional relationship between the light source and the hologram changes according to the displacement of the structure. 前記ホログラムは、可撓性を有することを特徴とする請求項12記載の変位情報生成方法。   The displacement information generating method according to claim 12, wherein the hologram has flexibility. 前記ホログラムは、透過型ホログラムであり、前記光源から出射された光が入射する第1の面と前記第1の面とは反対側の第2の面とを有し、
前記変位情報生成装置は、更に、前記ホログラムの前記第2の面に接する反射層を備え、
前記光源と前記ホログラムが前記所定の位置関係にあるときには、前記光源から出射されて、前記ホログラムを透過して前記反射層で反射された光が前記再生用参照光となり、
前記回折光は、前記第1の面から出射されることを特徴とする請求項12または13記載の変位情報生成方法。
The hologram is a transmission hologram, and has a first surface on which light emitted from the light source is incident and a second surface opposite to the first surface;
The displacement information generating device further includes a reflective layer in contact with the second surface of the hologram,
When the light source and the hologram are in the predetermined positional relationship, the light emitted from the light source, transmitted through the hologram and reflected by the reflective layer becomes the reproduction reference light,
The displacement information generating method according to claim 12 or 13, wherein the diffracted light is emitted from the first surface.
前記ホログラムは、透過型ホログラムであり、前記光源から出射された光が入射する第1の面と前記第1の面とは反対側の第2の面とを有し、
前記光検出器は、前記ホログラムの第2の面側に配置されていることを特徴とする請求項12または13記載の変位情報生成方法。
The hologram is a transmission hologram, and has a first surface on which light emitted from the light source is incident and a second surface opposite to the first surface;
14. The displacement information generation method according to claim 12, wherein the photodetector is arranged on a second surface side of the hologram.
前記変位情報生成装置は、更に、前記光源から出射された光を前記ホログラムに向けて反射する反射部材を備え、
前記反射部材が前記構造物に取り付けられて、前記構造物の変位に応じて、前記光源から出射されて前記ホログラムに照射される光の経路の状態が変化することを特徴とする請求項11記載の変位情報生成方法。
The displacement information generating device further includes a reflecting member that reflects the light emitted from the light source toward the hologram,
12. The state of a light path emitted from the light source and applied to the hologram changes according to the displacement of the structure when the reflecting member is attached to the structure. Displacement information generation method.
前記反射部材は、可撓性を有することを特徴とする請求項16記載の変位情報生成方法。   The displacement information generating method according to claim 16, wherein the reflecting member has flexibility. 前記ホログラムは、透過型ホログラムであり、前記光源から出射されて前記反射部材によって反射された光が入射する第1の面と前記第1の面とは反対側の第2の面とを有し、
前記光検出器は、前記ホログラムの第2の面側に配置されていることを特徴とする請求項16または17記載の変位情報生成方法。
The hologram is a transmission hologram, and has a first surface on which light emitted from the light source and reflected by the reflecting member is incident, and a second surface opposite to the first surface. ,
The displacement information generation method according to claim 16 or 17, wherein the photodetector is disposed on a second surface side of the hologram.
前記光検出器の出力信号は、前記光検出器が受けた光の強度を表す信号であることを特徴とする請求項11ないし18のいずれかに記載の変位情報生成方法。   The displacement information generation method according to claim 11, wherein the output signal of the photodetector is a signal representing the intensity of light received by the photodetector. 前記光検出器の出力信号は、前記光検出器が受けた光の強度分布を表す信号であることを特徴とする請求項11ないし14および16ないし18のいずれかに記載の変位情報生成方法。   The displacement information generation method according to claim 11, wherein the output signal of the photodetector is a signal representing an intensity distribution of light received by the photodetector.
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