JP2692599B2 - レーザー非接触伸び計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば材料試験機等に
おける試験体の伸縮量を、レーザー光を用いて非接触で
測定することのできる伸び計に関する。

【０００２】

【従来の技術】試験体表面にレーザー光を照射して得ら
れる反射光を用いて、その試験体の伸び量（縮み量）を
非接触のもとに測定する方法として、スペックルパター
ンを利用したものや、レーザードップラー効果を利用し
たもの、あるいは試験体表面の２箇所にマークを貼付す
るとともに、その各マークの位置をレーザー光を用いて
計測して、その２つのマーク間の距離を刻々と算出する
方式のものが知られている。

【０００３】スペックルパターンを利用したものでは、
試験体上に固定して設定された１箇所において２種のス
ペックルパターンを測定し、それぞれの相互相関関数を
求めることによって各スペックルパターンの移動量を算
出し、これらの差を求めることにより、スペックルパタ
ーンの各移動量の算出結果に含まれる並進量に関する情
報をキャンセルして、レーザースポット内の歪み量のみ
を残している（特公昭６１−２７６８１号）。

【０００４】ドップラー効果を利用したものでは、同様
に試験体上に固定して設定された１箇所に異なる波長を
持つ２種のレーザービームを互いにある角度をもって照
射することにより、２つのレーザービームの周波数差で
変調された干渉縞を生じさせ、この状態で試験体が移動
すると、ドップラー効果によって干渉縞の強度の変調周
波数が試験体の移動速度に応じた値だけシフトすること
を利用して、その移動速度を求め、これを時間積分する
ことによって、レーザービーム照射位置での移動量を求
める。この原理を用いて、試験体の２箇所の移動量を求
めると、試験体の２箇所間の伸びを求めることができ
る。

【０００５】また、試験体に貼付した２つのマークの位
置をそれぞれレーザー光によって計測する方式のもの
は、ポリゴンミラー等を用いて試験体の伸び方向にスポ
ット状のレーザー光をスキャンさせつつ照射し、その反
射光強度を連続的に検出することにより各マークの刻々
の位置を求める。そして、その各マークの位置の変化か
ら、２つのマーク間における試験体の伸びを求める。

【０００６】更に、本発明者は既に、スペックルパター
ンを利用して、試験体の２箇所におけるスペックルパタ
ーンの移動量を求め、両者の差を算出することによっ
て、各移動量に含まれる歪み情報をキャンセルして、そ
の２箇所間における伸びまたは縮み量を算出する技術
と、このようなスペックルパターンもしくはレーザード
ップラーを利用した試験体の２箇所の移動量の算出結果
を用いて、２箇所のレーザー光の照射位置を試験体の変
形に追尾させて変化させつつ、試験体の２箇所間の伸び
を測定する技術を提案している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、以上の各方
式のうち、試験体の１箇所にレーザー光を照射して得ら
れるスペックルパターンから歪み量を算出する方式で
は、得られる伸び量（または縮み量、以下同）はレーザ
ースポット内の伸び量に限られ、他所でクラック等が生
じてもその情報はデータに反映されないばかりでなく、
従来の伸び計等を用いたＪＩＳ準拠の伸びの概念とはか
け離れたものとなる。

【０００８】これに対し、試験体の２箇所におけるスペ
ックルパターンの移動量を求め、その両者の移動量の差
を求める、本発明者による提案のうちの前者の方式、あ
るいは、レーザードップラー効果を利用して、試験体の
２箇所の移動速度からその各箇所の移動量を求め、両移
動量の差から２箇所間の伸びを求める方式によると、得
られた伸びデータには試験体の２箇所間の広領域の情報
が反映されることになる。

【０００９】しかし、このような２箇所のスペックルパ
ターンの移動量、あるいはドップラー効果を利用した試
験体の２箇所の移動量に基づいて求められた伸びは、い
ずれも、レーザー光の照射位置が当初から変化しないが
故に、ＪＩＳで規定された伸び（率）の概念とは異なる
ものとなる。すなわち、２箇所のレーザー光の照射位置
を固定して得られた伸びは、その照射位置間の距離をＧ
Ｌとすると、互いに距離ＧＬを隔てて固定された観測点
を横切った試験体の移動量の積分値であって、ＪＩＳの
引張試験に規定された伸びは、当初に設定した２つの点
（標点）間の距離ＧＬが、試験後にどのように変化した
かを表す率であり、両者は等価な値とはならない。ま
た、このようなレーザー照射位置を変化させずにその２
点間の伸びを算出する方式では、試験体の伸びが大きい
場合には、当初に設定した２点が試験による試験体の伸
びによって観測点から逸脱してしまう可能性があり、正
確な測定が不可能となるという問題がある。

【００１０】このような問題を解決したのが、前記した
本発明者による提案のうちの後者の方式である。この提
案方式では、当初に設定した２つの標点の刻々の移動量
の測定結果に基づき、各標点を追尾するように各レーザ
ー光の照射位置を変化させるため、従来の伸び計と同様
の伸びの測定結果を得ることが可能となるとともに、レ
ーザー光照射位置の追尾範囲を大きくすることで、試験
体の大きな伸びにも対応できる。

【００１１】しかし、この追尾方式では、レーザー光照
射位置を変化させるための複雑なメカニズムが必要とな
って、装置価格が高くなるばかりでなく、追尾用のメカ
ニズムの誤差に起因して、測定結果に誤差が含まれると
いう欠点がある。

【００１２】一方、試験体の２箇所にマークを貼付して
その各マークの位置をレーザー光によって計測する方式
では、このような諸問題はないものの、マークを貼り付
ける手間を要するとともに、試験の進行に伴ってマーク
が剥がれてしまう可能性もあるという欠点がある。

【００１３】本発明はこのような実情に鑑みてなされた
もので、試験体にマーク等を一切付する必要がなく、か
つ、複雑なメカニズムを必要とすることなく、また、試
験体の大きな伸びにも対応でき、しかも直ちにＪＩＳ準
拠の伸びの測定結果を得ることのできる、レーザー非接
触伸び計の提供を目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの構成を、実施例図面である図１を参照しつつ説明す
ると、本発明のレーザー非接触伸び計は、試験体Ｗ表面
に対して、その測定すべき伸び方向に所定の長さにわた
ってレーザー光を照射する照射光学系１と、そのレーザ
ー光の試験体Ｗによる反射光を受光して、スペックルパ
ターンデータを得る複数チャンネルの反射光検出手段２
と、その反射光検出手段２の出力のうち、試験体Ｗ上で
測定すべき伸び方向に互いに所定距離だけ離れた２領域
からの反射光に係る各複数のチャンネル分のデータを観
測点データとして初期設定する設定手段３と、その各観
測点データを用いて、試験体Ｗの上記２領域からのスペ
ックルパターンの移動量をそれぞれ算出する移動量算出
手段４１，４２と、その移動量算出手段４１，４２によ
り算出された各移動量が、それぞれ規定量に達するごと
に、それぞれ観察点データ源としてとして用いるべきチ
ャンネルを、スペックルパターンの移動の向きにその移
動量に応じてシフトするチャンネルシフト制御手段４
３，４４と、そのチャンネルシフト制御手段４３，４４
による２つの観測点データに関する各チャンネルシフト
量と移動量算出手段４１，４２による２領域からのスペ
ックルパターンの移動量から、設定手段３により初期設
定された２領域間の伸びを算出する伸び算出手段４５を
備えていることによって特徴づけられる。

【００１５】

【作用】本発明は、基本的には、試験体Ｗの伸び方向に
所定距離隔たった２箇所の観測点からの反射光に基づ
き、その２箇所それぞれのスペックルパターンの移動量
を求め、その各移動量の差から、その２箇所間の伸びを
算出するとともに、試験体Ｗの変形に伴う当初に設定し
た２箇所の観測点（標点）の移動を追尾してデータを採
取するわけであるが、前記した本発明者の後者の提案の
ように、その追尾をレーザー光の照射位置を機械的に変
化させることによって行うのではなく、複数チャンネル
の反射光検出手段２によって試験体の伸び方向に広領域
のデータを採取しつつ、その複数チャンネルのデータの
うち、スペックルパターンの移動量算出に供すべきチャ
ンネルを、試験体Ｗの変形に伴う観測点の移動に追従さ
せてシフトする方式を採用することによって、所期の目
的を達成している。

【００１６】すなわち、照射光学系１により、試験体の
伸び方向に所定長さにわたってレーザー光を照射し、そ
の反射光を反射光検出手段２によって検出することで、
試験体Ｗの伸び方向に伸びる比較的長い領域におけるス
ペックルパターンデータを得る。そして、その全てのチ
ャンネルからのデータが、移動量算出手段４１，４２に
よるスペックルパターンの移動量の計算に供されるので
はなく、試験体Ｗの伸び方向に互いに所定距離だけ離れ
た２領域からの反射光に係る各複数のチャンネル分のデ
ータのみを、移動量算出のための観測点データとして用
いる。この各観測点データとして用いるべきチャンネル
は、設定手段３によって初期設定する。

【００１７】試験体の変形に伴い、当初に設定された観
測点である２領域が移動するが、その移動量が規定量に
達するごとに、観測点データ源として用いるべきチャン
ネルを、その移動の向きに、かつ、移動量に応じてシフ
トする。つまり、当初に設定した観測点（標点）である
試験体Ｗ上の２つの領域の移動に追従させて、使用する
データを逐次変更していくことにより、レーザー光の照
射位置を移動させることなく、実質的に試験体に当初に
設定した２つの観測点（標点）を追尾する。そして、伸
びは、このようにして追尾された当初の観測点間の移動
量の差、具体的には２つの観測点に係るそれぞれのチャ
ンネルシフト量および移動量算出手段４１，４２による
各移動量から求める。このようにして得られた伸びは、
ＪＩＳ準拠の伸びとなる。

【００１８】

【実施例】図１は本発明実施例の全体構成を示す模式図
である。試験体Ｗは、例えば材料試験機の掴み具にその
両端が把持された状態で、図中上下方向への引張荷重が
与えられる。この試験体Ｗには、照射光学系１から、そ
の伸び方向に所定の距離、例えば２０ｃｍの長さにわた
って一様なレーザー光が照射される。

【００１９】照射光学系１は、半導体レーザー１１と、
その半導体レーザー１１からの出力光をスポット状に成
形するレンズ１２、およびそのレンズ１２を経たレーザ
ー光を上下方向にのみ拡大して試験体Ｗに導くシリンド
リカルレンズ１３によって構成されている。

【００２０】照射光学系１からのレーザー光の試験体Ｗ
の表面による反射光は、集光レンズ２１および１次元イ
メージセンサ２２からなる反射光検出手段２によって検
出される。１次元イメージセンサ２２は、例えば上下に
２０００個の画素が１０μｍピッチで配設された２００
０チャンネルのイメージセンサである。また、集光レン
ズ２１は、その焦点距離が例えば４．５ｃｍであり、こ
れが試験体Ｗのレーザー光照射面から５０ｃｍの位置に
配置されるとともに、その後方５ｃｍのところに１次元
イメージセンサ２２が置かれ、試験体Ｗの２０ｃｍの長
さのレーザー光照射領域からの反射光は、集光レンズ２
１によって１次元イメージセンサ２２の受光面上に１／
１０に縮小されて結像される。

【００２１】１次元イメージセンサ２２の各チャンネル
からの出力は、増幅器５で増幅された後、Ａ−Ｄ変換器
６でデジタル化され、メモリ７に格納される。メモリ７
には、１次元イメージセンサ２２の各チャンネルごとに
データの格納アドレスが設定されており、各チャンネル
からのデータは該当のアドレスに格納される。このメモ
リ７内の各チャンネルのデータは、後述する基準データ
として用いる初期のデータを除いて、データが到来する
ごとに演算部４で刻々と読みだされて、その一部が後述
する演算に供された後に、全データが直ちに捨てられ、
１次元イメージセンサ２２からの次回のデータの到来を
待つようになっている。

【００２２】演算部４は、図においては各機能ごとのブ
ロック図で示しているが、実際には高速信号処理回路と
ＣＰＵによって構成されている。この演算部４には、１
次元イメージセンサ２２の各チャンネルからのデータの
うち、試験開始前に試験体Ｗの２つの標点に該当する２
領域からの反射光データを、それぞれ観測点データとし
て初期設定するための設定器３が接続されている。この
設定器３は、図２にグラフで示すように、１次元イメー
ジセンサ２２の第１〜第２０００チャンネルのうち、初
期の観測点データ源として、例えば第３０１チャンネル
から〜第４００チャンネルまでを第１の観測点データ
源、第１６０１チャンネルから第１７００チャンネルま
でを第２観測点データ源として設定する。

【００２３】第１および第２の移動量算出部４１および
４２は、設定器３によって初期設定された上下の２領域
Ａ１およびＡ２からの反射光データ、つまり１次元イメ
ージセンサ２２の第３０１〜４００チャンネルのデータ
群と、第１６０１〜１７００チャンネルのデータ群とを
それぞれ観測点データとして、それぞれの領域のデータ
群について、それぞれ経時的に変化するデータの相関関
数を算出して、各領域からのスペックルパターンの移動
量を求める。具体的には、各観測点データの初期値をそ
れぞれ基準データとして、その各基準データと以後の刻
々の各観測点データの相関関数を算出して、その最大強
度の移動量を求めるわけである。

【００２４】各移動量算出部４１および４２の出力は、
それぞれ伸び算出部４５に供給されると同時に、それぞ
れに該当して設けられた第１および第２のチャンネルシ
フト制御部４３および４４に供給される。チャンネルシ
フト制御部４３および４４では、供給されたスペックル
パターン移動量が規定量、例えば３０チャンネル分に相
当する量、従って図１の光学系の構成では試験体Ｗ上で
の実際のスペックルパターンの移動量が３００μｍ、に
達するごとに、観測点データ源としてのチャンネルをそ
の移動の向きに３０チャンネル分シフトする。すなわ
ち、第１の観測点データ源からのスペックルパターンの
移動量が３００μｍに達すると、データ源として用いる
チャンネルを第３３１〜４３０チャンネルにシフトし、
以降、第１の移動量算出部４１で用いるデータを、シフ
ト後のチャンネルからのデータに変更する。つまり、チ
ャンネルシフトを行う時点において、それまで使用して
いた基準データを廃棄し、第３３１〜４３０チャンネル
からの当初データを新たに基準データとして、以後の同
チャンネル群からのデータの相関関数を刻々と算出す
る。第２の観測点データ源についても、全く同様に取り
扱う。そして、このような規定量のチャンネルシフトが
実行されるごとに、その旨が伸び算出部４５にも同時に
供給される。

【００２５】伸び算出部４５では、各移動量算出部４１
および４２から供給される各観測領域からのスペックル
パターン移動量Ｓ１およびＳ２と、各チャンネルシフト
制御部４３および４３から供給される各領域についての
チャンネルシフト量Ｃ１およびＣ２とから、初期設定さ
れた第１と第２の領域間の伸びを算出して出力する。

【００２６】すなわち、初期設定された第１および第２
の領域Ａ１およびＡ２の、試験開始当初からある時間が
経過した時点における変位δ１およびδ２は、その時点
における移動量算出部４１および４２からのスペックル
パターンの移動量をＳ１およびＳ２とし、同時点におけ
るチャンネルシフト量をＣ１およびＣ２とすると、それ
ぞれδ１＝Ｃ１＋Ｓ１およびδ２＝Ｃ２＋Ｓ２となる。
その時点における第１と第２の領域Ａ１とＡ２間の伸び
Δは、従って、 Δ＝δ１−δ２＝（Ｃ１＋Ｓ１）−（Ｃ２＋Ｓ２） によって算出することができる。このようにして得られ
た伸びΔは、初期設定された第１と第２の観測点データ
源である各チャンネル群の中央位置、つまり第３５０チ
ャンネルと第１６５０チャンネル上に結ばれた試験体Ｗ
の像、換言すれば領域Ａ１とＡ２の各中央点を標点とし
た、ＪＩＳ準拠の伸びの量となり、また、その各標点間
の当初の距離でΔを除すことにより、ＪＩＳで言うとこ
ろの伸び（率）が得られる。

【００２７】なお、チャンネルをシフトすべきスペック
ルパターン移動量の規定量は任意とすることができる
が、スペックルパターン移動量算出手段４１，４２によ
る相関関数の最大強度は、スペックルパターンの移動に
従って低下して、その位置の識別が困難となってくるた
め、その最大強度の位置が明確に識別できる限度の移動
量を規定量とすることが望ましい。

【００２８】ここで、以上の実施例では、各スペックル
パターン移動量算出部４１，４２によるスペックルパタ
ーンの移動量が例えば３０チャンネル分に相当する規定
量に達するまでは、基準データとして用いているものと
同じチャンネルからのデータの使用を継続したが、本発
明はこれに限らず、基準データとして用いるデータにつ
いては同様に規定量の移動時に段階的にシフトするとと
もに、その基準データとの相関関数を算出するための刻
々のデータについては、スペックルパターンの移動量が
例えば１チャンネル分に相当する量となるごとにシフト
するように構成することができる。

【００２９】すなわち、図１の光学系の構成では、試験
体Ｗでの実際のスペックルパターンが１０μｍ移動する
ごとに、基準データはそのままにしておいて、これとの
相関関数を算出するためのデータ源を１チャンネル分シ
フトする。そして、このようにデータ源をシフトして
も、スペックルパターンの移動量がある量を越えると相
関強度が低下して最大強度の位置の識別が次第に困難と
なるため、その限度を越えない範囲で、先の例と同様に
基準データをも更新すべく段階的にチャンネルをシフト
する。このような動作によると、より細やかに当初の観
測点を追尾することになり、相関強度の低下も緩やかと
なる。この場合、各観測点の刻々の移動量δ１（δ２）
は、その時点における基準データの更新のためのチャン
ネルシフト量をＣ１（Ｃ２）、同時点における移動量算
出部４１（４２）によるスペックルパターン移動量をＳ
１（Ｓ２）とし、刻々のデータ源のシフト量の累積値を
Ｄ１（Ｄ２）とすると δ１＝（Ｃ１＋Ｄ１＋Ｓ１） δ２＝（Ｃ２＋Ｄ２＋Ｓ２） となる。

【００３０】また、以上の実施例では、照射光学系１に
よるレーザー光の照射領域全体を、１つのイメージセン
サ２２によって観測したが、図３に例示するように、試
験体Ｗの伸び方向に２つの１次元イメージセンサ２２
１，２２２を設けるとともに、その各イメージセンサ２
２１および２２２に対して、レーザー光の照射領域から
の反射光を上下に２分割して導く集光レンズ２１１およ
び２１２を配設した構成を採用することができる。この
図３の構成によると、各イメージセンサ２２１および２
２２、集光レンズ２１１および２１２、並びにこれらの
試験体Ｗとの位置関係を、それぞれの組について図１の
場合と同等とすることにより、各イメージセンサ２２
１，２２２によってそれぞれ２０ｃｍずつ、合計４０ｃ
ｍの領域を測定できる。同様なイメージセンサと集光レ
ンズの組を３組とすることにより、６０ｃｍの領域を測
定できる。

【００３１】このように複数のイメージセンサで空間分
割的に反射光を測定する場合、各イメージセンサ上の像
が連続し、あるいは一部重複するように配置すると、２
０００チャンネルのイメージセンサを２個設けた場合に
は、各イメージセンサは互いに離れているものの、あた
かも連続する４０００チャンネルの１つのイメージセン
サからの信号として、先の実施例と全く同様に取り扱う
ことができ、長い標点間距離での測定や、伸びの大きな
試料の測定に対処可能となる。

【００３２】また、試験体Ｗへのレーザー光の照射領域
は、以上の各実施例のように必ずしも１本の連続した線
状の領域とする必要はなく、図４に例示するように、図
１と同様な２組の照射光学系１ａおよび１ｂを設け、２
つの観測点それぞれに対応して、同一直線上で試験体Ｗ
の伸び方向に２つに分割してもよい。この場合、上下の
観測点が各照射領域を越えない範囲での伸びの測定を行
うことができる。そして、このような照射光学系を採用
する場合、２つの照射領域にそれぞれ対応して反射光検
出用の光学系を配置するように構成することもできる。
このように不要箇所へのレーザー光の照射を無くするこ
とは、単位面積当たりのレーザーパワーを大きくするた
めの効率が良好となり、データのＳ／Ｎの向上に有効で
ある。

【００３３】ところで、以上の各実施例によれば、試験
体Ｗの表面に対して直線状のレーザー光が固定して照射
されているだけであり、設定器３で設定した当初の観測
点である第１と第２の領域が試験体Ｗの上でどの位置に
存在しているか、そして試験の進行に伴ってこれらの領
域がどの位置に移動しているのかは、肉眼で見ることが
できない。第１と第２の領域が試験体Ｗ上のどこに存在
しているかを知らせるために、例えば試験体Ｗを別途カ
メラで撮像し、その画像をＣＲＴ等のモニタ画面に表示
するとともに、その画像上に、前記したδ１およびδ２
の算出結果に基づいて各領域を表すマーク等をスーパー
インポーズ表示する構成を採用できるほか、以下のよう
に試験体Ｗの表面に観測点（標点）を表すスポット光を
直接照射するような構成を採用することができる。

【００３４】図５は各観測点の刻々の位置を視認できる
ようにした本発明の他の実施例の構成を示す模式図であ
る。この例におていは、照射光学系１および反射光検出
手段２、並びにその反射光データのサンプリング手段や
メモリ７、更には演算部４の基本的構成は図１の例と同
等であるが、反射光検出手段２の集光レンズ２１と１次
元イメージセンサ２２との間に、２つのバンドパスフィ
ルタ１０３と１０４のいずれかが、フィルタ選択用ドラ
イバ１０５によって選択的に挿入されるようになってい
る。このフィルタ選択用ドライバ１０５は、演算部４か
らの指令によって動作する。

【００３５】試験体Ｗには、照射光学系１からのレーザ
ー光のほか、観測点を照明するための２つのモニタ用レ
ーザー光照射光学系１０１および１０２からの２つのス
ポット状のマーカー用レーザー光が照射される。この各
マーカー用レーザー光の波長は、例えば６８０ｎｍで、
測定用の照射光学系１からのレーザー光の波長は７８０
ｎｍである。前記した２つのバンドパスフィルタ１０３
と１０４のうち、一方のフィルタ１０３は波長６８０ｎ
ｍを中心とした狭い波長帯域の光のみを透過させ、他方
のフィルタ１０４は波長７８０ｎｍを中心とした狭い波
長帯域の光のみを透過させる。

【００３６】各マーカー用レーザー光照射光学系１０１
および１０２は、半導体レーザー１０１ａ，１０２ａの
出力光をレンズ１０１ｂ，１０２ｂでスポット状に成形
した後、そのレーザー光を可動ミラー１０１ｃ，１０２
ｃを介して試験体Ｗの表面に照射するようになってお
り、各可動ミラー１０１ｃ，１０２ｃは、それぞれ演算
部４からの指令によって動作するミラー駆動機構１０
６，１０７によってその角度が制御される。

【００３７】また、反射光検出手段２の集光レンズ２１
は、演算部４からの指令に従って動作するオートフォー
カス機構１０８によって、光軸上を移動するようになっ
ている。

【００３８】観測点を初期設定するための設定器３は、
この例においてマーカー用レーザー光照射光学系１０
１，１０２内の可動ミラー１０１ｃ，１０２ｃの角度を
制御するためのミラー駆動機構１０６，１０７に制御信
号を与えるための回路となっており、オペレータは、こ
の設定器３を操作して試験体Ｗ上の任意の２箇所にそれ
ぞれマーカー用レーザー光を照射することによって、２
つの観測点の初期位置を試験体Ｗ上に直接設定する。

【００３９】このように試験体Ｗ上にマーカー用レーザ
ー光を照射することによって観測点の初期位置が設定さ
れると、演算部４は、まず、フィルタ選択用ドライバ１
０５に指令を発して、６８０ｎｍ用のバンドパスフィル
タ１０３を選択し、１次元イメージセンサ２２上に２つ
のマーカー用レーザースポット像を結ばせ、そのイメー
ジセンサ２２の出力から各マーカー用レーザー光の中心
位置を計測し、２つの観測点の初期位置として記憶す
る。ここで、試験体Ｗからの反射光に含まれるスペック
ル情報により、スポットの中心位置を求めにくいときに
は、半導体レーザー１０１ａ，１０２ａの駆動電流を変
化させることによって、スペックルをランダムに変化さ
せつつ、１次元イメージセンサ２２の出力を積算するこ
とで、スペックルによる雑音を除去して各スポットの中
心を求め易くすることができる。

【００４０】また、このとき、集光レンズ２１のフォー
カス調整を行う。すなわち、ピークプロファイルはピン
トが合っているときに最も半値幅が小さくなるが、マー
カー用レーザー光の反射光のピークの半値幅を基に、オ
ートフォーカス機構１０８を駆動して集光レンズ２１の
フォーカスを調整する。これによって、照射光学系１か
らのレーザー光の反射光を計測する実際の伸び測定に際
して、測定用のレーザー光が平行光でなくても試験体Ｗ
の前後の動きの影響を受けないようにすることがでる。
また、ピント情報から集光レンズ２１と試験体Ｗ表面と
の距離を割り出すこともでき、これによって反射光像の
正確な倍率が求まるという利点もある。同時に、測定開
始時におけるイメージセンサ２２上での標点間隔と、倍
率から当初の試験体Ｗ上での標点間距離が求まる。

【００４１】以上のような初期設定に係る一連の動作が
終了すると、フィルタ選択用ドライバ１０５を駆動し
て、バンドパスフィルタを７８０ｎｍ用のフィルタ１０
４に切り換え、測定を開始する。測定の動作は図１の例
と全く同様であるが、各観測点の刻々の移動量δ１およ
びδ２の算出結果は、各ミラー駆動機構１０６，１０７
に供給され、これによって各可動ミラー１０１ｃ，１０
２ｃの角度が制御され、各マーカー用レーザー光は照射
位置が、それぞれ観測点の移動に従ってこれを追尾する
ように変化する。なの、観測点の移動に伴うマーカー用
レーザー光の照射位置の精度は、これらのマーカーは単
にオペレータが観測点の移動状況を知らせるためのもの
であることからは、特に高精度である必要はない。

【００４２】なお、以上の例において、ピント情報から
集光レンズ２１と試験体Ｗの表面との距離を割り出して
倍率を求めて、それを基に当初の試験体Ｗ上での標点間
距離を求め得ることを利用して、当初の観測点（標点）
の設定方法として、オペレータが標点間距離を設定する
とともに、２つの観測点のうちの一方のみをマーカー用
レーザー光の照射によって設定することにより、演算部
４が自動的に他方の観測点を設定して、その位置にマー
カー用レーザー光を照射するように構成することもでき
る。

【００４３】

【発明の効果】以上のように構成されているので、本発
明によれば、試験体上に当初に設定された２つの領域が
試験の進行に伴って移動しても、その各領域を追尾する
ように使用するチャンネルを自動的に切り換えつつ、そ
れぞれのスペックルパターンの移動量を求めて伸びを求
めるから、試験体にマーク等を一切付する必要がなく、
しかも複雑な追尾用のメカニズムを必要とすることな
く、ＪＩＳ準拠の伸びと等価な伸びを正確に測定するこ
とができ、また、試験体の大きな伸びにも対応できる。

【００４４】更に、本発明は、領域の移動に伴うチャン
ネルのシフト動作はプログラム上の問題であることから
瞬時にシフトが可能であり、メカニズムによってレーザ
ー光の照射位置を追尾させる方式に比して、追尾時にス
ペックルパターンデータが乱れるというような恐れもな
い。そして、このようなチャンネルシフトによる観測点
の追尾動作は、センサの画素ピッチによって決まり、追
尾による誤差が累積するといった問題も生じない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の全体構成を示す模式図

【図２】本発明実施例の設定器３による観測点の初期設
定の手法を説明するためのグラフ

【図３】本発明の他の実施例の光学系の構成図

【図４】本発明の更に他の実施例の要部光学系の構成図

【図５】本発明の更にまた他の実施例の全体構成を示す
模式図

【符号の説明】

１ 照射光学系 １１ 半導体レーザー １２ レンズ １３ シリンドリカルレンズ ２ 反射光検出手段 ２１ 集光レンズ ２２ １次元イメージセンサ ３ 設定器 ４ 演算部 ４１，４２ 移動量算出部 ４３，４４ チャンネルシフト制御部 ４５ 伸び算出部 ６ Ａ−Ｄ変換器 ７ メモリ Ｗ 試験体

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試験体表面に対して、その測定すべき伸
   び方向に所定の長さにわたってレーザー光を照射する照
   射光学系と、そのレーザー光の試験体による反射光を受
   光してスペックルパターンデータを得るための複数チャ
   ンネルの反射光検出手段と、その反射光検出手段の出力
   のうち、試験体上で上記伸び方向に互いに所定距離だけ
   離れた２領域からの反射光に係る各複数チャンネル分の
   データをそれぞれ観測点データとして初期設定する設定
   手段と、その各観測点データを用いて、試験体上の上記
   ２領域からのスペックルパターンの移動量をそれぞれ算
   出する移動量算出手段と、その移動量算出手段により算
   出された各移動量が、それぞれ規定量に達するごとに、
   それぞれ観測点データ源として用いるべきチャンネルを
   スペックルパターンの移動の向きにその移動量に応じて
   シフトするチャンネルシフト制御手段と、そのチャンネ
   ルシフト制御手段による２つの観測点データに関する各
   チャンネルシフト量と上記移動量算出手段による２領域
   からのスペッルパターンの移動量から、上記設定手段に
   より設定された２領域間の伸びを算出する伸び算出手段
   を備えたレーザー非接触伸び計。
2. 【請求項２】 試験体上に初期設定された上記２領域に
   対してそれぞれスポット状の可視光を照射する標点表示
   用光学系を備え、この標点表示用光学系は、上記移動量
   算出手段によるスペックルパターンの移動量算出結果と
   チャンネルシフト制御手段によるチャンネルシフト量に
   基づいて求められる上記２領域それぞれの移動量に基づ
   き、当該各領域の移動に追随して上記スポット状の可視
   光の照射位置をそれぞれ移動させる機構を含んでいるこ
   とを特徴とする、請求項１に記載のレーザー非接触伸び
   計。