JP2520200B2 - High speed displacement measuring device - Google Patents

High speed displacement measuring device

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JP2520200B2
JP2520200B2 JP3129664A JP12966491A JP2520200B2 JP 2520200 B2 JP2520200 B2 JP 2520200B2 JP 3129664 A JP3129664 A JP 3129664A JP 12966491 A JP12966491 A JP 12966491A JP 2520200 B2 JP2520200 B2 JP 2520200B2
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output
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、高速度で振動する物体
(被測定物)の変位を測定する高速度変位測定装置に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high speed displacement measuring device for measuring the displacement of an object (object to be measured) vibrating at a high speed.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年の電子技術の発達は目覚ましく、そ
の技術はあらゆる分野で使われている。電子技術が用い
られる事により、かつては不可能であった計測が可能に
なってきている。半導体位置検出素子(以下、PSDと
いう)を用いた物体の変位測定方法もその一つであり、
ポジションセンサをもちいて測定する方法である。PS
Dは、簡単に示すと、図6に示すような構造になってお
り、入射光の位置により出力端子の光電流出力に違いが
生ずるという性質がある。ポジションセンサでは、この
光電流出力の違いを利用して、三角測量の原理により物
体の変位が測定される。図7に示すようなPSDでは2
次元の位置検出が可能になり、そのPSDを用いて構成
されたポジションセンサの例が図8に、この図8のポジ
ションセンサの2次元の位置検出の出力例が図9に示さ
れている。また、ポジションセンサを用いた基本的な変
位測定システム(以下、ポジションセンサシステムとい
う)の例が図10に示されている。このポジションセン
サシステムでは、光源1010からの光が、投光レンズ
140により、スポット位置1020で集められ、散乱
された光が、ポジションセンサ110のPSD112の
受光面に集められる。PSD112及び位置演算回路1
13でPSD112の受光面の位置が算出され、これを
元に三角測量の原理で被測定物100の変位が測定され
る。このポジションセンサシステムの測定精度は高く、
例えば、ポジションセンサのPSDの視野を10mmに
したとき分解能は2,3マイクロメ−タ程度になってい
る。
2. Description of the Related Art The development of electronic technology in recent years has been remarkable, and the technology is used in all fields. The use of electronic technology has enabled measurement that was once impossible. One of them is a method of measuring the displacement of an object using a semiconductor position detecting element (hereinafter referred to as PSD).
This is a method of measuring using a position sensor. PS
D has a structure as shown in FIG. 6 in a simple manner, and has a property that the photocurrent output of the output terminal varies depending on the position of incident light. The position sensor measures the displacement of the object based on the principle of triangulation utilizing the difference in the photocurrent output. 2 for PSD as shown in FIG.
FIG. 8 shows an example of a position sensor configured by using the PSD that enables the dimensional position detection, and FIG. 9 shows an output example of the two-dimensional position detection of the position sensor of FIG. An example of a basic displacement measuring system using a position sensor (hereinafter referred to as a position sensor system) is shown in FIG. In this position sensor system, the light from the light source 1010 is collected by the light projecting lens 140 at the spot position 1020, and the scattered light is collected on the light receiving surface of the PSD 112 of the position sensor 110. PSD 112 and position calculation circuit 1
The position of the light receiving surface of the PSD 112 is calculated at 13, and the displacement of the DUT 100 is measured based on the position of the light receiving surface of the PSD 112. The measurement accuracy of this position sensor system is high,
For example, when the PSD of the position sensor has a visual field of 10 mm, the resolution is about 2 or 3 micrometers.

【0003】このようなポジションセンサを用い、変位
測定することにより、遠隔で非接触,高精度(位置分解
能1/5000程度),多点同時計測,3次元位置計測
といった、かつては不可能であった物体の変位測定が可
能になり、衝撃・変形試験,振動・ズレ計測,歩行解
析,スポーツ・作業体位解析などを始め広い分野で応用
されるようになってきている。
By measuring displacement using such a position sensor, remote non-contact, high accuracy (positional resolution of about 1/5000), multipoint simultaneous measurement, three-dimensional position measurement, etc. have never been possible before. It has become possible to measure the displacement of objects, and it has been applied in a wide range of fields including impact / deformation tests, vibration / displacement measurement, gait analysis, sports / work posture analysis, and so on.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ポジションセンサシス
テムがいろいろな計測分野で用いられるようになり、そ
の利点が理解されるようになったが、図10に示したポ
ジションセンサシステムでは、PSDの応答速度から、
システムの応答速度は数百マイクロ秒程度が限界となっ
ている。衝撃・変形試験,振動・ズレ計測において、ポ
ジションセンサシステムでこの応答速度を越えるような
物体(被測定物)の変位を正確に測定できれば、という
強い要求が生じている。例えば、セラミック振動子など
の圧電素子は、高速性,制御性の良さからマイクロアク
チュエータ,エンジンバルブなど幅広い応用が考えてい
るが、圧電素子の変位量が数マイクロメータ,応答速度
が数マイクロ秒以下となっているため、直接、圧電素子
についての振動・ズレ計測をすることができないのであ
る。このように、前に述べたポジションセンサシステム
では、PSDの応答速度から、その応用に限界が存在し
ている。
Although the position sensor system has come to be used in various measurement fields and its advantages have been understood, in the position sensor system shown in FIG. 10, the response speed of the PSD is increased. From
The response speed of the system is limited to about several hundred microseconds. In impact / deformation tests and vibration / deviation measurement, there is a strong demand for the position sensor system to be able to accurately measure the displacement of an object (measurement object) that exceeds the response speed. For example, piezoelectric elements such as ceramic vibrators are considered for wide applications such as microactuators and engine valves because of their high speed and controllability, but the displacement of the piezoelectric elements is several micrometers, and the response speed is several microseconds or less. Therefore, it is impossible to directly measure the vibration and displacement of the piezoelectric element. As described above, in the position sensor system described above, there is a limit to its application due to the response speed of PSD.

【0005】本発明は、前述した点に鑑み、PSDの応
答速度を越えるような高速で振動する物体の変位を正確
に測定できる高速度変位測定装置を提供することをその
目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above points, it is an object of the present invention to provide a high speed displacement measuring device capable of accurately measuring the displacement of an object vibrating at a high speed exceeding the response speed of PSD.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】請求項1にかかる高速度
変位測定装置は、被測定物の振動に同期しその振動に対
し位相のずれた光源駆動出力を発生する駆動出力発生器
と、光源駆動出力に応じて被測定物の振動の周期よりも
十分にパルス幅の短いパルス光を被測定物にスポット照
射するパルス光源と、被測定物からの反射光を検出する
位置検出器とを備え、駆動出力発生器が、被測定物を振
動させるための振動駆動出力を発生させる振動駆動回路
と、振動駆動出力の位相を変化させる移相手段と、この
移相手段からの移相出力に基づき光源駆動出力を発生す
る光源駆動回路とを含んで構成されていることを特徴と
する。請求項2にかかる高速度変位測定装置は、被測定
物の振動に同期しその振動に対し位相のずれた光源駆動
出力を発生する駆動出力発生器と、光源駆動出力に応じ
て被測定物の振動の周期よりも十分にパルス幅の短いパ
ルス光を被測定物にスポット照射するパルス光源と、被
測定物からの反射光を検出する位置検出器とを備え、駆
動出力発生器が、被測定物の振動を検出する振動検出手
段と、この振動検出手段からの検出出力の位相を変化さ
せる移相手段と、この移相手段からの移相出力に基づき
光源駆動出力を発生する光源駆動回路とを含んで構成さ
れていることを特徴とする。請求項3にかかる高速度変
位測定装置は、被測定物の振動に同期しその振動に対し
位相のずれた光源駆動出力を発生する駆動出力発生器
と、被測定物に設けられかつ光源駆動出力に応じて被測
定物の振動の周期よりも十分にパルス幅の短いパルス光
を発生するパルス光源と、パルス光を検出する位置検出
器とを備え、駆動出力発生器が、被測定物を振動させる
ための振動駆動出力を発生させる振動駆動回路と、振動
駆動出力の位相を変化させる移相手段と、この移相手段
からの移相出力に基づき光源駆動出力を発生する光源駆
動回路とを含んで構成されていることを特徴とする。請
求項4にかかる高速度変位測定装置は、被測定物の振動
に同期しその振動に対し位相のずれた光源駆動出力を発
生する駆動出力発生器と、被測定物に設けられかつ光源
駆動出力に応じて被測定物の振動の周期よりも十分にパ
ルス幅の短いパルス光を発生するパルス光源と、パルス
光を検出する位置検出器とを備え、駆動出力発生器が、
被測定物の振動を検出する振動検出手段と、この振動検
出手段からの検出出力の位相を変化させる移相手段と、
この移相手段からの移相出力に基づき光源駆動出力を発
生する光源駆動回路とを含んで構成されていることを特
徴する。請求項5にかかる高速度変位測定装置は、請求
項1〜4にかかる高速度変位測定装置が、さらに、被測
定物を前記パルス光の光軸と交差する面に平行に移動さ
せる手段を備えることを特徴とする。
A high-speed displacement measuring device according to a first aspect of the present invention includes a drive output generator that generates a light source drive output that is synchronized with the vibration of an object to be measured and is out of phase with the vibration, and a light source. Equipped with a pulse light source for spot-irradiating the measured object with pulsed light whose pulse width is sufficiently shorter than the vibration cycle of the measured object according to the drive output, and a position detector for detecting reflected light from the measured object. A drive output generator, a vibration drive circuit for generating a vibration drive output for vibrating the object to be measured, a phase shift means for changing the phase of the vibration drive output, and a phase shift output from the phase shift means. And a light source driving circuit for generating a light source driving output. The high-speed displacement measuring device according to claim 2 is a drive output generator that generates a light source drive output that is synchronized with the vibration of the measured object and is out of phase with the vibration, and the measured object according to the light source drive output. The drive output generator is equipped with a pulse light source that irradiates the DUT with a pulsed light whose pulse width is sufficiently shorter than the vibration period, and a position detector that detects the reflected light from the DUT. Vibration detection means for detecting the vibration of an object, phase shift means for changing the phase of the detection output from this vibration detection means, and a light source drive circuit for generating a light source drive output based on the phase shift output from this phase shift means. It is characterized in that it is configured to include. A high-speed displacement measuring apparatus according to claim 3, wherein a drive output generator that generates a light source drive output that is synchronized with the vibration of the object to be measured and is out of phase with the vibration, and a light source drive output provided on the object to be measured. The pulse output source generates a pulsed light whose pulse width is sufficiently shorter than the vibration cycle of the DUT, and a position detector that detects the pulsed light.The drive output generator vibrates the DUT. A vibration driving circuit for generating a vibration driving output, a phase shifting means for changing the phase of the vibration driving output, and a light source driving circuit for generating a light source driving output based on the phase shifting output from the phase shifting means. It is characterized by being composed of. A high-speed displacement measuring apparatus according to claim 4, wherein a drive output generator that generates a light source drive output that is synchronized with the vibration of the object to be measured and is out of phase with the vibration, and a light source drive output provided on the object to be measured. According to, a pulse light source that generates a pulsed light having a pulse width sufficiently shorter than the period of vibration of the measured object, and a position detector that detects the pulsed light, the drive output generator,
Vibration detecting means for detecting the vibration of the object to be measured, and phase shifting means for changing the phase of the detection output from the vibration detecting means,
And a light source drive circuit for generating a light source drive output based on the phase shift output from the phase shift means. A high-velocity displacement measuring apparatus according to a fifth aspect is the high-velocity displacement measuring apparatus according to any one of the first to fourth aspects, further comprising means for moving an object to be measured parallel to a surface intersecting the optical axis of the pulsed light. It is characterized by

【0007】[0007]

【0008】[0008]

【0009】[0009]

【作用】駆動出力発生器で被測定物の振動に同期しその
振動に対し位相のずれた光源駆動出力が発生し、その光
源駆動出力に応じてパルス光源がパルス発光し、そのパ
ルス光が被測定物にスポット照射されたときの反射,散
乱光、或いは被測定物上に設けられたパルス光源からの
パルス光が位置検出器に届く。ここで、パルス光源は被
測定物の振動に同期し、その振動に対し位相のずれた発
光をしているので、その位相のずれに応じた大きさだけ
振動の中心からずれた位置で反射,散乱或いは発光して
いる。それゆえ、等価的に静止した位置から届くのと同
じことになる。位置検出器で反射光からそのスポット照
射された位置が検出され、検出された位置の違いから被
測定物の変位が測定される。
The driving output generator generates a light source driving output that is synchronized with the vibration of the object to be measured and is out of phase with the vibration, and the pulse light source emits pulsed light in accordance with the light source driving output, and the pulsed light is received. The reflected or scattered light when the measurement object is spot-irradiated, or the pulsed light from the pulsed light source provided on the measurement object reaches the position detector. Here, since the pulsed light source synchronizes with the vibration of the object to be measured and emits light whose phase is shifted with respect to the vibration, reflection at a position deviated from the center of vibration by an amount corresponding to the phase shift, It is scattered or luminescent. Therefore, it is equivalent to reaching from a stationary position. The position detector detects the spot-irradiated position from the reflected light, and the displacement of the measured object is measured from the difference in the detected positions.

【0010】[0010]

【実施例】本発明の実施例を図1ないし図5を用いて説
明する。前述した従来例と同一ないし同等なものについ
ては、同一の符号を用いるとともに、その説明を簡略し
もしくは省略するものとする。図1には、本発明の第一
実施例である高速度変位測定装置の一例が示されてい
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The same or equivalent parts as those in the above-mentioned conventional example are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be simplified or omitted. FIG. 1 shows an example of a high speed displacement measuring device which is a first embodiment of the present invention.

【0011】この図1に示す高速度変位測定装置は、被
測定物を電気的な手段で振動させてその変位を測定する
ものである。この装置は、被測定物100を振動させか
つその振動に同期し位相のずれた光源駆動出力を発生す
る駆動出力発生器130と、光源駆動出力に応じてパル
ス光を被測定物100にスポット照射するパルス光源1
20と、被測定物100からの反射光を検出する位置検
出器としてのポジションセンサ110とを備えている。
符号140は、パルス光を収束させるレンズであり、符
号101は、パルス光源120からのパルス光がスポッ
ト照射された被測定物100上の位置(以下、スポット
位置という)である。
The high-speed displacement measuring device shown in FIG. 1 is for measuring the displacement by vibrating an object to be measured by an electric means. This apparatus vibrates the DUT 100 and generates a light source driving output which is synchronized with the vibration and generates a phase-shifted light source, and a pulsed light to the DUT 100 according to the light source driving output. Pulse light source 1
20 and a position sensor 110 as a position detector that detects reflected light from the object 100 to be measured.
Reference numeral 140 is a lens for converging the pulsed light, and reference numeral 101 is a position (hereinafter referred to as a spot position) on the DUT 100 where the pulsed light from the pulsed light source 120 is spot-irradiated.

【0012】被測定物100は、セラミック振動子でで
きており、駆動出力発生器130からの出力により高速
に振動する。駆動出力発生器130は、被測定物100
を振動させる振動駆動回路131と、この振動駆動回路
131からの振動出力の位相を移相信号入力134に応
じて変化させる移相回路132と、この移相回路132
からの移相出力からパルス光源を駆動する光源駆動回路
133とを含んで構成され、図2に示すように、被測定
物100の振動に対し位相のずれた光源駆動出力を発生
し、パルス光源120の発光のタイミングを制御するも
のである。パルス光源120は、レーザダイオード,発
光ダイオードなどで構成され、被測定物100の振動の
周期よりも十分にパルス幅の短いパルス光(パルス幅マ
イクロ秒オーダからナノ秒程度)を発生するものであ
る。
The device under test 100 is made of a ceramic oscillator and vibrates at high speed by the output from the drive output generator 130. The drive output generator 130 is the device under test 100.
And a phase shift circuit 132 that changes the phase of the vibration output from the vibration drive circuit 131 according to the phase shift signal input 134, and the phase shift circuit 132.
2 includes a light source drive circuit 133 that drives a pulse light source from the phase shift output from the pulse shift source, and generates a light source drive output whose phase is shifted with respect to the vibration of the DUT 100 as shown in FIG. The light emission timing of 120 is controlled. The pulse light source 120 is composed of a laser diode, a light emitting diode, or the like, and generates pulsed light (pulse width microseconds to nanoseconds) having a pulse width sufficiently shorter than the vibration cycle of the DUT 100. .

【0013】つぎに、この装置の動作について説明す
る。
Next, the operation of this apparatus will be described.

【0014】駆動出力発生器130の振動駆動回路13
1により被測定物100は所定の周期で高速に振動す
る。振動駆動回路131の被測定物100を駆動する出
力は、移相回路132で移相信号入力134に応じた量
だけ位相がずらされ、それに基づきパルス光源120の
発光のタイミングを制御するように光源駆動出力を発生
する。この駆動出力によりパルス光源120が発光す
る。被測定物100の振動とパルス光源120の発光の
タイミングとの関係は、図2に示すように、移相回路1
32での移相量をθとすると被測定物100がその振動
の中心からdにきたときに、パルス光源120が発光す
るようになる。パルス光源120からのパルス光は、測
定点であるスポット位置101に集光され、被測定物1
00で散乱される。スポット位置101は、パルス光源
120の発光のタイミングにより、被測定物100の振
動の中心から所定の距離だけ離れた一定の位置になって
いる。散乱されたパルス光は、ポジションセンサ110
のPSD112の受光面に集められる。PSD112及
び位置演算回路113でPSD112の受光面の位置が
算出され、これを元に三角測量の原理でスポット位置1
01が求まり、被測定物100の変位が測定される。
Vibration drive circuit 13 of drive output generator 130
1, the device under test 100 vibrates at a high speed at a predetermined cycle. The output of the vibration driving circuit 131 for driving the device under test 100 is shifted in phase by an amount corresponding to the phase shift signal input 134 in the phase shift circuit 132, and based on that, the light source for controlling the timing of light emission of the pulse light source 120. Generate drive output. This drive output causes the pulsed light source 120 to emit light. The relationship between the vibration of the DUT 100 and the light emission timing of the pulse light source 120 is as shown in FIG.
When the amount of phase shift at 32 is θ, the pulsed light source 120 emits light when the DUT 100 comes from the center of its vibration to d. The pulsed light from the pulsed light source 120 is condensed at the spot position 101, which is the measurement point, and the measured object 1
It is scattered at 00. The spot position 101 is a fixed position separated from the center of vibration of the DUT 100 by a predetermined distance according to the timing of light emission of the pulse light source 120. The scattered pulsed light is transmitted to the position sensor 110.
Are collected on the light receiving surface of PSD 112. The position of the light receiving surface of the PSD 112 is calculated by the PSD 112 and the position calculation circuit 113, and based on this, the spot position 1 is calculated by the principle of triangulation.
01 is obtained, and the displacement of the DUT 100 is measured.

【0015】ポジションセンサ110のPSD112の
応答速度は良くないのであるが、スポット位置101
は、移相回路132の移相量により一定の位置になって
いるので、静止したものを測定するのと同じことになる
ため、PSD112の応答速度に関係なく、高速に振動
する被測定物100の振動の変位の測定がなされる。移
相回路132の移相量をθ変化させることで、スポット
位置101が変化し、振動の変位の最大値や被測定物の
振動波形などが得られる。
Although the response speed of the PSD 112 of the position sensor 110 is not good, the spot position 101
Is at a fixed position due to the amount of phase shift of the phase shift circuit 132, which is the same as measuring a stationary object. Therefore, the DUT 100 that vibrates at high speed regardless of the response speed of the PSD 112. The displacement of the vibration is measured. By changing the amount of phase shift of the phase shift circuit 132 by θ, the spot position 101 changes, and the maximum value of the displacement of vibration, the vibration waveform of the measured object, and the like can be obtained.

【0016】つぎに、その他の実施例について説明す
る。
Next, other embodiments will be described.

【0017】図3に示す第2実施例の実施例では、振動
駆動回路131にかえて、装置外部に被測定物300を
駆動する駆動手段350が設けられ、この駆動手段35
0により被測定物300を振動させている。この高速度
変位測定装置は、被測定物300の振動を検出する振動
検出回路331が設けられている点に特徴を有し、移相
回路132へ振動検出回路331の検出出力が出力され
ている。この装置の動作は、前述した第1実施例の装置
の駆動出力発生器の動作において、振動駆動回路131
の振動出力のかわりに振動検出回路331の検出出力と
したものと同等である。振動検出回路331の検出出力
即ち被測定物の振動波形が移相回路132に出力される
ようになっているので、被測定物100の振動とパルス
光源120の発光のタイミングとの関係は、前述した第
1実施例と同様、図2のようになる。そのため、ポジシ
ョンセンサ110におけるスポット位置検出などこの装
置の動作原理は同じものになっている。この装置では、
図に示すように振動検出回路の応答周波数が遅い場合で
も、高速度の振動解析が可能である。
In the embodiment of the second embodiment shown in FIG. 3, instead of the vibration drive circuit 131, a drive means 350 for driving the DUT 300 is provided outside the apparatus, and this drive means 35 is provided.
0 causes the device under test 300 to vibrate. This high-speed displacement measuring device is characterized in that a vibration detection circuit 331 for detecting the vibration of the DUT 300 is provided, and the detection output of the vibration detection circuit 331 is output to the phase shift circuit 132. . The operation of this device is the same as that of the drive output generator of the device of the first embodiment described above.
This is equivalent to the detection output of the vibration detection circuit 331 instead of the vibration output of. Since the detection output of the vibration detection circuit 331, that is, the vibration waveform of the measured object is output to the phase shift circuit 132, the relationship between the vibration of the measured object 100 and the light emission timing of the pulse light source 120 is described above. Similar to the first embodiment described above, the result is as shown in FIG. Therefore, the operation principle of this device such as the spot position detection in the position sensor 110 is the same. In this device,
As shown in the figure, high-speed vibration analysis is possible even when the response frequency of the vibration detection circuit is slow.

【0018】図4に示す第3実施例の高速度変位測定装
置は、振動している被測定物上にパルス光源420が設
けられている点に特徴を有している。これは、パルス光
源120に用いられる素子が非常に小型であることを利
用したものである。前述した第1実施例の装置と比較す
ると、パルス光が被測定物上で散乱せずに直接ポジショ
ンセンサ110に入射することにより、外乱に強くまた
比較的弱い光源を用いうる、という利点がある。この図
において、振動センサ131aは振動検出回路331の
なかに含まれているのであるが、図面では別々にしてあ
る。また、図4の実施例では第2実施例と同じ構成であ
るが、第1実施例と同様に、振動検出回路331の代わ
りに被測定物を振動させる振動駆動回路を設ける、とい
う構成にしても良い。パルス光源は、光ファイバーなど
で外部から導入されたものでも良い。
The high speed displacement measuring apparatus of the third embodiment shown in FIG. 4 is characterized in that the pulse light source 420 is provided on the vibrating object to be measured. This is because the element used for the pulse light source 120 is extremely small. Compared with the device of the first embodiment described above, there is an advantage that a pulsed light directly enters the position sensor 110 without being scattered on the object to be measured, so that a light source that is strong against disturbance and relatively weak can be used. . In this figure, the vibration sensor 131a is included in the vibration detection circuit 331, but is shown separately in the drawing. The embodiment of FIG. 4 has the same configuration as that of the second embodiment, but similarly to the first embodiment, a vibration drive circuit for vibrating the object to be measured is provided instead of the vibration detection circuit 331. Is also good. The pulse light source may be one introduced from the outside by an optical fiber or the like.

【0019】図5に示す第4実施例の高速度変位測定装
置は、XYステージ510上に被測定物110が置か
れ、測定点であるスポット位置101が被測定物110
の表面上を動かせる点に特徴を有している。高速で振動
する物体は、その表面上に副次共振を伴なうことがあ
り、被測定物100の表面上にスポット位置101を動
かすことでその副次共振などの1または2次元の振動パ
ターンを測定しようとするものである。XYステージ5
10の動きとポジションセンサ110のスポット位置検
出を連動させることで、容易に1または2次元の振動パ
ターンがえられている。この場合も、第2実施例のよう
にパルス光源を被測定物上に設けてもよい。つぎに、本
発明の変形例について説明する。
In the high speed displacement measuring apparatus of the fourth embodiment shown in FIG. 5, the object 110 to be measured is placed on the XY stage 510, and the spot position 101 which is the measurement point is the object 110 to be measured.
The feature is that it can move on the surface of. An object that oscillates at high speed may be accompanied by a secondary resonance on its surface, and by moving the spot position 101 on the surface of the DUT 100, a one- or two-dimensional vibration pattern of the secondary resonance or the like. Is to measure. XY stage 5
By interlocking the movement of 10 and the spot position detection of the position sensor 110, a one- or two-dimensional vibration pattern can be easily obtained. Also in this case, the pulsed light source may be provided on the object to be measured as in the second embodiment. Next, a modified example of the present invention will be described.

【0020】被測定物については、セラミック振動子に
よる場合の例について示したが、このような圧電素子だ
けでなく、この装置の原理から振動するものならば測定
対象になる。振動駆動回路については、この装置内部に
ある必要はなく、装置外部で、被測定物を振動させ駆動
する装置があればその装置に変えても良い。この場合
は、その装置が振動駆動回路の代わりになる。また、被
測定物の振動波形は正弦波に限らず方形波,ランプ波な
どのパルス波で測定することで様々な応答の測定ができ
る。
As for the object to be measured, an example in which a ceramic vibrator is used has been shown. However, not only such a piezoelectric element, but any object that vibrates due to the principle of this device can be an object to be measured. The vibration drive circuit does not have to be inside the device, and may be replaced with a device that vibrates and drives the object to be measured outside the device. In this case, the device replaces the vibration drive circuit. Further, the vibration waveform of the object to be measured is not limited to a sine wave, but various responses can be measured by measuring a pulse wave such as a square wave or a ramp wave.

【0021】移相回路については、図2に示すようなタ
イミングでパルス光源を制御できるものであれば良く、
遅延線,シフトレジスタ,コンパレータなどの素子を用
いて構成可能である。又、2つの発振器を用いて、一方
を光源駆動に用い他方を振動駆動に用いて、2つの発振
器の発振周波数を少しずらして、そのビート周波数によ
り位相が連続的に変化する様にしても良い。位置検出器
としては、ポジションセンサなどPSDを用いたものが
高精度だが、それほど精度の必要のない時はこれに限ら
ず、自己走査型イメージセンサなど固体素子を用いても
構成しうる。固体素子を用いた場合は小形軽量化するに
は有利だが、このような必要もないときは、その他の撮
像素子,撮像管を用いうる。更に、図12のように移相
回路の移相変化により、求められた振動波形をアナロ
グ、又はディジタル信号に変えてモニタ上に表示する機
能を付加するものも含む。
The phase shift circuit may be any one that can control the pulse light source at the timing shown in FIG.
It can be configured using elements such as a delay line, a shift register, and a comparator. Alternatively, two oscillators may be used, one for driving the light source and the other for driving the vibration, and the oscillation frequencies of the two oscillators may be slightly shifted so that the phase continuously changes depending on the beat frequency. . The position detector using a PSD such as a position sensor is highly accurate, but is not limited to this when the accuracy is not so high, and a solid state element such as a self-scanning image sensor may be used. When a solid-state element is used, it is advantageous to reduce the size and weight, but when it is not necessary to use such a solid-state element, other image pickup elements and pickup tubes can be used. Further, as shown in FIG. 12, a function for changing the obtained vibration waveform into an analog or digital signal by the phase shift change of the phase shift circuit and displaying it on the monitor is also included.

【0022】[0022]

【発明の効果】以上、本発明によると、等価的に被測定
物のスポット位置が静止したものを測定するのと同じこ
とになり、応答速度の良くない位置検出器を用いて、高
速に振動している物体においても、その変位を非常に高
い精度で測定できる。
As described above, according to the present invention, it is equivalent to measuring an object in which the spot position of the object to be measured is stationary, and a position detector having a poor response speed is used to vibrate at high speed. The displacement of a moving object can be measured with extremely high accuracy.

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

【図1】第1実施例の構成図FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment.

【図2】被測定物の振動とパルス光源の発光のタイミン
グとの関係をあらわす図
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the vibration of the object to be measured and the emission timing of the pulsed light source.

【図3】第2実施例の構成図FIG. 3 is a configuration diagram of a second embodiment.

【図4】第3実施例の構成図FIG. 4 is a configuration diagram of a third embodiment.

【図5】第4実施例の説明図FIG. 5 is an explanatory diagram of a fourth embodiment.

【図6】PSDの構造図FIG. 6 is a structural diagram of PSD.

【図7】2次元PSDの構造図FIG. 7 is a structural diagram of a two-dimensional PSD.

【図8】ポジションセンサの構成例を示す図FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of a position sensor.

【図9】ポジションセンサの出力例を示す図FIG. 9 is a diagram showing an output example of a position sensor.

【図10】従来例の構成図FIG. 10 is a configuration diagram of a conventional example.

【図11】被測定物の振動とパルス光源の発光のタイミ
ングとの関係をあらわす図
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the vibration of the object to be measured and the emission timing of the pulse light source.

【図12】モニタに表示する機能を付加する例FIG. 12: Example of adding function to display on monitor

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100…被測定物 110…ポジションセンサ 120…パルス光源 112…PSD 130…駆動出力発生器 131…振動駆動回路 132…移相回路 133…光源駆動回路 331…振動検出回路 100 ... Object to be measured 110 ... Position sensor 120 ... Pulse light source 112 ... PSD 130 ... Drive output generator 131 ... Vibration drive circuit 132 ... Phase shift circuit 133 ... Light source drive circuit 331 ... Vibration detection circuit

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】被測定物の振動に同期しその振動に対し位
相のずれた光源駆動出力を発生する駆動出力発生器と、
前記光源駆動出力に応じて前記被測定物の振動の周期よ
りも十分にパルス幅の短いパルス光を前記被測定物にス
ポット照射するパルス光源と、前記被測定物からの反射
光を検出する位置検出器とを備え、 前記駆動出力発生器が、前記被測定物を振動させるため
の振動駆動出力を発生させる振動駆動回路と、前記振動
駆動出力の位相を変化させる移相手段と、この移相手段
からの移相出力に基づき前記光源駆動出力を発生する光
源駆動回路とを含んで構成されていることを特徴とする
高速度変位測定装置。
1. Synchronizing with the vibration of an object to be measured,
A drive output generator that generates a light source drive output that is out of phase;
Depending on the light source drive output, the vibration cycle of the DUT may be changed.
A pulsed light with a sufficiently short pulse width to the DUT.
Pulsed light source for pot irradiation and reflection from the DUT
A position detector for detecting light, wherein the drive output generator vibrates the DUT.
A vibration driving circuit for generating a vibration driving output of the
Phase shift means for changing the phase of drive output, and this phase shift means
Light that generates the light source drive output based on the phase shift output from
A high-speed displacement measuring device comprising a source drive circuit .
【請求項2】被測定物の振動に同期しその振動に対し位
相のずれた光源駆動出力を発生する駆動出力発生器と、
前記光源駆動出力に応じて前記被測定物の振動の周期よ
りも十分にパルス幅の短いパルス光を前記被測定物にス
ポット照射するパルス光源と、前記被測定物からの反射
光を検出する位置検出器とを備え、 前記駆動出力発生器が、前記被測定物の振動を検出する
振動検出手段と、この振動検出手段からの検出出力の位
相を変化させる移相手段と、この移相手段からの移相出
力に基づき前記光源駆動出力を発生する光源駆動回路と
を含んで構成されていることを特徴とする 高速度変位測
定装置。
2. The vibration of an object to be measured is synchronized with the vibration of the object to be measured.
A drive output generator that generates a light source drive output that is out of phase;
Depending on the light source drive output, the vibration cycle of the DUT may be changed.
A pulsed light with a sufficiently short pulse width to the DUT.
Pulsed light source for pot irradiation and reflection from the DUT
A position detector for detecting light, wherein the drive output generator detects vibration of the measured object.
The vibration detection means and the position of the detection output from this vibration detection means
Phase shift means for changing the phase and phase shift output from this phase shift means
A light source drive circuit that generates the light source drive output based on force,
A high-velocity displacement measuring device comprising:
【請求項3】被測定物の振動に同期しその振動に対し位
相のずれた光源駆動出力を発生する駆動出力発生器と、
前記被測定物に設けられかつ前記光源駆動出力に応じて
前記被測定物の振動の周期よりも十分にパルス幅の短い
パルス光を発生するパルス光源と、前記パルス光を検出
する位置検出器とを備え、 前記駆動出力発生器が、前記被測定物を振動させるため
の振動駆動出力を発生させる振動駆動回路と、前記振動
駆動出力の位相を変化させる移相手段と、この移相手段
からの移相出力に基づき前記光源駆動出力を発生する光
源駆動回路とを含んで構成されていることを特徴とする
高速度変位測定装置。
3. The vibration of an object to be measured is synchronized with the vibration of the object to be measured.
A drive output generator that generates a light source drive output that is out of phase;
Depending on the light source drive output provided on the DUT
The pulse width is sufficiently shorter than the period of vibration of the DUT.
A pulse light source that generates pulsed light and detects the pulsed light
And a drive position generator for vibrating the object to be measured.
A vibration driving circuit for generating a vibration driving output of the
Phase shift means for changing the phase of drive output, and this phase shift means
Light that generates the light source drive output based on the phase shift output from
A high-speed displacement measuring device comprising a source drive circuit .
【請求項4】被測定物の振動に同期しその振動に対し位
相のずれた光源駆動出力を発生する駆動出力発生器と、
前記被測定物に設けられかつ前記光源駆動出力に応じて
前記被測定物の振動の周期よりも十分にパルス幅の短い
パルス光を発生するパルス光源と、前記パルス光を検出
する位置検出器とを備え、 前記駆動出力発生器が、前記被測定物の振動を検出する
振動検出手段と、この振動検出手段からの検出出力の位
相を変化させる移相手段と、この移相手段からの移相出
力に基づき前記光源駆動出力を発生する光源駆動回路と
を含んで構成されていることを特徴する 高速度変位測定
装置。
4. The vibration is synchronized with the vibration of the object to be measured.
A drive output generator that generates a light source drive output that is out of phase;
Depending on the light source drive output provided on the DUT
The pulse width is sufficiently shorter than the period of vibration of the DUT.
A pulse light source that generates pulsed light and detects the pulsed light
And a position detector that operates to detect the vibration of the measured object.
The vibration detection means and the position of the detection output from this vibration detection means
Phase shift means for changing the phase and phase shift output from this phase shift means
A light source drive circuit that generates the light source drive output based on force,
A high-velocity displacement measuring device comprising:
【請求項5】前記被測定物を前記パルス光の光軸と交差
する面に平行に移動させる手段を更に備えことを特徴
とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の高速度変位
測定装置。
5. characterized in that the Ru further comprising a means for moving parallel to the object to be measured on the surface that intersects the optical axis of the pulsed light
The high speed displacement measuring device according to any one of claims 1 to 4 .
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