JP2744494B2 - スペックル利用測定装置 - Google Patents
スペックル利用測定装置Info
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- JP2744494B2 JP2744494B2 JP31325189A JP31325189A JP2744494B2 JP 2744494 B2 JP2744494 B2 JP 2744494B2 JP 31325189 A JP31325189 A JP 31325189A JP 31325189 A JP31325189 A JP 31325189A JP 2744494 B2 JP2744494 B2 JP 2744494B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光スペックルの性質を利用した物体の変位
及びその変位から導き出される諸物理量（例えば、速
度、ひずみ等）の測定装置に関する。
及びその変位から導き出される諸物理量（例えば、速
度、ひずみ等）の測定装置に関する。
［従来の技術及び発明が解決しようとする問題点］ 従来、スペックルを利用して物体の変位を測定する方
法として、スペックル写真法及びスペックル相関法が知
られていた。スペックル写真法は、物体にコヒーレント
光を照射し、生じたスペックルパターンをその物体の移
動の前後で写真フィルムに二重に露出し（そのフィルム
をスペックルグラムという）、そのスペックルグラムに
細いコヒーレント光束を照射して、それにより得られる
ヤングの干渉縞の方向とピッチから物体の移動の方向と
距離を求めるものであり、スペックル相関法は、第２図
に示すように、レーザ光源１から出射した光束５を物体
に当て、生じたスペックルを物体２の移動方向に平行に
配置した１次元のイメージセンサ３で受光し、その出力
の相関をコンピュータ４で計算し、その相関ピークの位
置から物体２の移動距離を求めるものである。
法として、スペックル写真法及びスペックル相関法が知
られていた。スペックル写真法は、物体にコヒーレント
光を照射し、生じたスペックルパターンをその物体の移
動の前後で写真フィルムに二重に露出し（そのフィルム
をスペックルグラムという）、そのスペックルグラムに
細いコヒーレント光束を照射して、それにより得られる
ヤングの干渉縞の方向とピッチから物体の移動の方向と
距離を求めるものであり、スペックル相関法は、第２図
に示すように、レーザ光源１から出射した光束５を物体
に当て、生じたスペックルを物体２の移動方向に平行に
配置した１次元のイメージセンサ３で受光し、その出力
の相関をコンピュータ４で計算し、その相関ピークの位
置から物体２の移動距離を求めるものである。
ところが、スペックル写真法では、現像が必要で実時
間の測定が不可能であり、また、ヤングの干渉縞は物体
の移動距離がスペックルの平均径より大きいときのみに
現れるので測定感度が制限される欠点があった。また、
スペックル相関法では、１次元イメージセンサを配置し
た方向の移動距離のみしか検出できず、更に、どちらの
方法によっても、そのスペックルグラム或いは１次元イ
メージセンサを含む面に垂直な移動成分があると、検出
が不可能となる問題点があった。
間の測定が不可能であり、また、ヤングの干渉縞は物体
の移動距離がスペックルの平均径より大きいときのみに
現れるので測定感度が制限される欠点があった。また、
スペックル相関法では、１次元イメージセンサを配置し
た方向の移動距離のみしか検出できず、更に、どちらの
方法によっても、そのスペックルグラム或いは１次元イ
メージセンサを含む面に垂直な移動成分があると、検出
が不可能となる問題点があった。
本発明は、上記の問題点を解決するために為されたも
のであり、ほぼ実時間の測定が可能であり、物体の移動
距離がスペックルの平均径より小さくても適用でき、２
次元の面内のあらゆる方向の移動を検出でき、更に、前
記２次元の面に垂直な方向の移動成分があっても、前記
面内の移動成分を検出可能なスペックルを利用した測定
装置を提供することを目的とする。
のであり、ほぼ実時間の測定が可能であり、物体の移動
距離がスペックルの平均径より小さくても適用でき、２
次元の面内のあらゆる方向の移動を検出でき、更に、前
記２次元の面に垂直な方向の移動成分があっても、前記
面内の移動成分を検出可能なスペックルを利用した測定
装置を提供することを目的とする。
［問題点を解決するための手段］ 本発明は、上記の技術的な課題の解決のために、移動
物体にコヒーレントな光束を照射して生じたスペックル
パターンを受光し、その異なる２時点におけるスペック
ルパターン同士の相関をとることにより、その変位を求
める測定装置において、少なくとも、コヒーレントな光
源と、第１の時点における２次元のスペックルパターン
の光量分布に基づいて、出力コヒーレント光束の複素振
幅分布を空間的に変調する第１の変換光束出力手段と、
該第１の変換光束出力手段における複素振幅の変調を行
なう面を含む面内において、第２の時点における２次元
のスペックルパターンの光量分布に基づいて、出力光束
の複素振幅分布を空間的に変調し、且つ、第１の変調光
束出力手段からの出力光束に対しても、コヒーレントな
光束を出力する第２の変調光束出力手段と、該第１及び
第２の変調光束出力手段への入力スペックルパターンの
取り込み時点を制御する制御装置と、該第１及び第２の
変調光束出力手段における複素振幅分布を同時に光学的
にフーリエ変換するフーリエ変換レンズと、該光学的フ
ーリエ変換により得られたパワースペクトルパターンを
受光し、その光量分布に応じて、出力コヒーレント光束
の複素振幅分布を空間的に変調する第３の変調光束出力
手段と、該第３の変調光束出力手段からの出力コヒーレ
ント光束の複素振幅分布を光学的にフーリエ変換する第
２のフーリエ変換レンズとからなることを特徴とするス
ペックル利用測定装置である。そして、第１及び第２の
変調光束出力手段は、スペックルパターンを受光する撮
像素子と、該撮像素子による受光パターンを表示するマ
トリックス電極を有する液晶パネルと、該液晶パネルに
照射されるコヒーレント光束とからなるものが好適であ
る。また、その第１及び第２の変調光束出力手段は、少
なくとも、光アドレス型液晶ライトバルブとシャッター
とコヒーレント光源とよりなり、各々に対応した光アド
レス型液晶ライトバルブは、被測定物体に対して、光学
系により、等価な位置に配置したものが好適である。そ
して、その第３の変調光束出力手段は、撮像素子と、該
撮像素子による受光パターンを表示するマトリックス電
極を有する液晶パネルと、該液晶パネルに照射されるコ
ヒーレント光源とからなるものが好適である。また、そ
の第３の変調光束出力手段は、少なくとも光アドレス型
液晶ライトバルブとシャッターとコヒーレント光源とか
らなるものが好適である。
物体にコヒーレントな光束を照射して生じたスペックル
パターンを受光し、その異なる２時点におけるスペック
ルパターン同士の相関をとることにより、その変位を求
める測定装置において、少なくとも、コヒーレントな光
源と、第１の時点における２次元のスペックルパターン
の光量分布に基づいて、出力コヒーレント光束の複素振
幅分布を空間的に変調する第１の変換光束出力手段と、
該第１の変換光束出力手段における複素振幅の変調を行
なう面を含む面内において、第２の時点における２次元
のスペックルパターンの光量分布に基づいて、出力光束
の複素振幅分布を空間的に変調し、且つ、第１の変調光
束出力手段からの出力光束に対しても、コヒーレントな
光束を出力する第２の変調光束出力手段と、該第１及び
第２の変調光束出力手段への入力スペックルパターンの
取り込み時点を制御する制御装置と、該第１及び第２の
変調光束出力手段における複素振幅分布を同時に光学的
にフーリエ変換するフーリエ変換レンズと、該光学的フ
ーリエ変換により得られたパワースペクトルパターンを
受光し、その光量分布に応じて、出力コヒーレント光束
の複素振幅分布を空間的に変調する第３の変調光束出力
手段と、該第３の変調光束出力手段からの出力コヒーレ
ント光束の複素振幅分布を光学的にフーリエ変換する第
２のフーリエ変換レンズとからなることを特徴とするス
ペックル利用測定装置である。そして、第１及び第２の
変調光束出力手段は、スペックルパターンを受光する撮
像素子と、該撮像素子による受光パターンを表示するマ
トリックス電極を有する液晶パネルと、該液晶パネルに
照射されるコヒーレント光束とからなるものが好適であ
る。また、その第１及び第２の変調光束出力手段は、少
なくとも、光アドレス型液晶ライトバルブとシャッター
とコヒーレント光源とよりなり、各々に対応した光アド
レス型液晶ライトバルブは、被測定物体に対して、光学
系により、等価な位置に配置したものが好適である。そ
して、その第３の変調光束出力手段は、撮像素子と、該
撮像素子による受光パターンを表示するマトリックス電
極を有する液晶パネルと、該液晶パネルに照射されるコ
ヒーレント光源とからなるものが好適である。また、そ
の第３の変調光束出力手段は、少なくとも光アドレス型
液晶ライトバルブとシャッターとコヒーレント光源とか
らなるものが好適である。
［作用］ 本発明によるスペックル利用測定装置の構成により、
物体にコヒーレント光を照射することにより、発したス
ペックルパターンは、先ず、第１の時点において、前記
第１の変調光束出力手段の入力となり、次に、第２の時
点において、前記第２の変調光束出力手段の入力となる
ものである。
物体にコヒーレント光を照射することにより、発したス
ペックルパターンは、先ず、第１の時点において、前記
第１の変調光束出力手段の入力となり、次に、第２の時
点において、前記第２の変調光束出力手段の入力となる
ものである。
上記の２つの変調光束出力手段の出力光は、前記第１
のフーリエ変換レンズにより、その変調面における複素
振幅分布が空間的にフーリエ変換され、その強度パター
ンであるパワースペクトルパターンが、第３の変調光束
出力手段の入力となる。ここで、前記パワースペクトル
パターンは、前記第１の変調光束出力手段における複素
振幅分布と前記第２の変調光束出力手段における複素振
幅分布とに相関がある場合に、それらの相対位置に応じ
た格子ベクトルを有する干渉縞パターンになる。
のフーリエ変換レンズにより、その変調面における複素
振幅分布が空間的にフーリエ変換され、その強度パター
ンであるパワースペクトルパターンが、第３の変調光束
出力手段の入力となる。ここで、前記パワースペクトル
パターンは、前記第１の変調光束出力手段における複素
振幅分布と前記第２の変調光束出力手段における複素振
幅分布とに相関がある場合に、それらの相対位置に応じ
た格子ベクトルを有する干渉縞パターンになる。
そこで、前記第３の変調光束出力手段からの出力光を
第２のフーリエ変換レンズに通すことにより第３の変調
光束出力手段における複素振幅分布のフーリエ変換が行
なわれ、その出力パワースペクトルが観察される。この
出力パワースペクトルパターンには、第１のスペックル
パターンと第２のスペックルパターンとに相関がある場
合、前記第１のフーリエ変換光学系において、提示され
た前記２つのスペックルパターンの位置に応じた位置に
その相関度に応じたピーク強度を有する光量分布が観測
される。そこで、このピーク位置からもともとの第１の
変調光束出力手段と第２の変調光束出力手段との相対位
置をベクトル的に引いた分が、第１のスペックルパター
ンと第２のスペックルパターンとの相対位置即ち観測物
体の変位となる。
第２のフーリエ変換レンズに通すことにより第３の変調
光束出力手段における複素振幅分布のフーリエ変換が行
なわれ、その出力パワースペクトルが観察される。この
出力パワースペクトルパターンには、第１のスペックル
パターンと第２のスペックルパターンとに相関がある場
合、前記第１のフーリエ変換光学系において、提示され
た前記２つのスペックルパターンの位置に応じた位置に
その相関度に応じたピーク強度を有する光量分布が観測
される。そこで、このピーク位置からもともとの第１の
変調光束出力手段と第２の変調光束出力手段との相対位
置をベクトル的に引いた分が、第１のスペックルパター
ンと第２のスペックルパターンとの相対位置即ち観測物
体の変位となる。
尚、前記第１及び第２の変調光束出力手段として、CC
D等の撮像素子とマトリックス液晶パネル等の第１及び
第２の空間光変調器との組合わせを考え、前記制御素子
として、画像メモリーを有する画像処理回路を考え、第
１の及び第２の時点のスペックルパターンを、前記撮像
素子で取り込んで各々前記第１及び第２の空間光変調器
に表示し、また、前記第３の変調光束出力手段として、
前記と同様の撮像素子と空間光変調器との組合わせか或
いは光アドレス型の空間光変調器を配設することによ
り、ほぼリアルタイムに相関ピーク画像を得ることがで
きる。このとき、前記第２の空間光変調器に入力するス
ペックルパターンを随時更新していくと、物体の移動の
軌跡を求めることができる。また、前記第１及び第２の
空間光変調器に入力するスペックルパターンを両方とも
互いにある時間間隔を有し、更新していくと、物体の変
位量が大きくなって、１度では、スペックルパターンの
相関が無くなってしまう場合や、物体が、前記第１及び
第２の空間光変調器を含む面に垂直な変位成分を持って
移動していてスペックルパターンの相関が小さい移動で
無くなってしまう場合でも、安定して変位を検出するこ
とができる。
D等の撮像素子とマトリックス液晶パネル等の第１及び
第２の空間光変調器との組合わせを考え、前記制御素子
として、画像メモリーを有する画像処理回路を考え、第
１の及び第２の時点のスペックルパターンを、前記撮像
素子で取り込んで各々前記第１及び第２の空間光変調器
に表示し、また、前記第３の変調光束出力手段として、
前記と同様の撮像素子と空間光変調器との組合わせか或
いは光アドレス型の空間光変調器を配設することによ
り、ほぼリアルタイムに相関ピーク画像を得ることがで
きる。このとき、前記第２の空間光変調器に入力するス
ペックルパターンを随時更新していくと、物体の移動の
軌跡を求めることができる。また、前記第１及び第２の
空間光変調器に入力するスペックルパターンを両方とも
互いにある時間間隔を有し、更新していくと、物体の変
位量が大きくなって、１度では、スペックルパターンの
相関が無くなってしまう場合や、物体が、前記第１及び
第２の空間光変調器を含む面に垂直な変位成分を持って
移動していてスペックルパターンの相関が小さい移動で
無くなってしまう場合でも、安定して変位を検出するこ
とができる。
更に、これらによって、求めた変位を時間で割ること
により、速度を求めることができ、また、２点における
変位を測定して、その差を求めることにより、歪みを求
めることができる。
により、速度を求めることができ、また、２点における
変位を測定して、その差を求めることにより、歪みを求
めることができる。
次に、本発明のスペックル利用測定装置を具体的に実
施例により説明するが、本発明はそれらによって限定さ
れるものではない。
施例により説明するが、本発明はそれらによって限定さ
れるものではない。
［実施例１］ 第１図は、本発明のスペックル利用測定装置の１例の
主要部分の光学配置を示す模式構成図である。
主要部分の光学配置を示す模式構成図である。
レーザ光源１から出射した光束５は、レンズ６により
適当な光束径に広げられて物体２に入射する。ここで、
反射した光束は、CCD7上において、スペックルパターン
を形成し、この画像は、第１の時点において画像処理装
置に貯えられて、液晶テレビに代表されるマトリックス
液晶パネル９に表示される。
適当な光束径に広げられて物体２に入射する。ここで、
反射した光束は、CCD7上において、スペックルパターン
を形成し、この画像は、第１の時点において画像処理装
置に貯えられて、液晶テレビに代表されるマトリックス
液晶パネル９に表示される。
この第１の時点から次にCCD7が、画像を読み込める状
態になった第２の時点に画像処理装置８は、再度スペッ
クルパターンの画像を取り込みマトリックス液晶パネル
10に表示する。マトリックス液晶パネル９及び10は、一
つの液晶パネルで構成しても良いし、２つの別々の液晶
パネルで構成しても良いが、両者ともフーリエ変換レン
ズ15の物体側焦点面に置かれ、ここにおける透過複素振
幅分布が、フーリエ変換レンズ15により空間的にフーリ
エ変換されることになる。ここで、マトリックス液晶パ
ネル９及び10に入射する光束12は、レーザ11及びビーム
エキスパンダ13により生成される。尚、ここで用いるレ
ーザ11は、勿論レーザ１を置き換えて用いることができ
る。
態になった第２の時点に画像処理装置８は、再度スペッ
クルパターンの画像を取り込みマトリックス液晶パネル
10に表示する。マトリックス液晶パネル９及び10は、一
つの液晶パネルで構成しても良いし、２つの別々の液晶
パネルで構成しても良いが、両者ともフーリエ変換レン
ズ15の物体側焦点面に置かれ、ここにおける透過複素振
幅分布が、フーリエ変換レンズ15により空間的にフーリ
エ変換されることになる。ここで、マトリックス液晶パ
ネル９及び10に入射する光束12は、レーザ11及びビーム
エキスパンダ13により生成される。尚、ここで用いるレ
ーザ11は、勿論レーザ１を置き換えて用いることができ
る。
光束12は、ビームスプリッター14で２方向に分けら
れ、一方が、マトリックス液晶パネル９及び10に入射す
る。そして、前述のようにフーリエ変換レンズ15を通っ
て、このフーリエ変換レンズ15の像側焦点面上に置かれ
たCCD28に達する。このとき、CCD28上にはマトリックス
液晶パネル９及び10上における複素振幅分布のパワース
ペクトルに当る光量分布が、入射する。この光量分布
は、CCD28により取り込まれ、CCD及び液晶駆動回路17を
通して、フーリエ変換レンズ16の物体側焦点面上に置か
れたマトリックス液晶パネル19上に複素振幅透過率分布
の形で再現される。そこで、ビームスプリッター14によ
り分けられた光束12bは、ミラー18により反射され、こ
のマトリックス液晶パネル19に入射する。そして、その
透過光束は、フーリエ変換レンズ16を通り、その像側焦
点面上に置かれたCCD20に入射する。ところで、このフ
ーリエ変換レンズ16の像側焦点面上には、その光軸を挾
んで回転対称な２カ所にマトリックス液晶パネル９とマ
トリックス液晶パネル10とのパターンの相関に応じた光
点が現れる。この光点の光軸に対する位置は、マトリッ
クス液晶パネル９に表示されたスペックルパターンとマ
トリックス液晶パネル10に表示されたスペックルパター
ンとの対応する点の相対位置を表わしている。但し、マ
トリックス液晶パネル９と10とに表示されたスペックル
パターンが同じ時点のものだったとしても、各々のパネ
ルの位置の分だけ元々距離が離れているから、その分を
ベクトル的に引き算する必要がある。このCCD20上の光
量分布を取り込んで、それらの光点の相対位置を画像処
理回路21により容易に求めることができる。
れ、一方が、マトリックス液晶パネル９及び10に入射す
る。そして、前述のようにフーリエ変換レンズ15を通っ
て、このフーリエ変換レンズ15の像側焦点面上に置かれ
たCCD28に達する。このとき、CCD28上にはマトリックス
液晶パネル９及び10上における複素振幅分布のパワース
ペクトルに当る光量分布が、入射する。この光量分布
は、CCD28により取り込まれ、CCD及び液晶駆動回路17を
通して、フーリエ変換レンズ16の物体側焦点面上に置か
れたマトリックス液晶パネル19上に複素振幅透過率分布
の形で再現される。そこで、ビームスプリッター14によ
り分けられた光束12bは、ミラー18により反射され、こ
のマトリックス液晶パネル19に入射する。そして、その
透過光束は、フーリエ変換レンズ16を通り、その像側焦
点面上に置かれたCCD20に入射する。ところで、このフ
ーリエ変換レンズ16の像側焦点面上には、その光軸を挾
んで回転対称な２カ所にマトリックス液晶パネル９とマ
トリックス液晶パネル10とのパターンの相関に応じた光
点が現れる。この光点の光軸に対する位置は、マトリッ
クス液晶パネル９に表示されたスペックルパターンとマ
トリックス液晶パネル10に表示されたスペックルパター
ンとの対応する点の相対位置を表わしている。但し、マ
トリックス液晶パネル９と10とに表示されたスペックル
パターンが同じ時点のものだったとしても、各々のパネ
ルの位置の分だけ元々距離が離れているから、その分を
ベクトル的に引き算する必要がある。このCCD20上の光
量分布を取り込んで、それらの光点の相対位置を画像処
理回路21により容易に求めることができる。
更に、マトリックス液晶パネル10に書き込むスペック
ルパターンを１時点のものに留めずに連続的に表示する
ことにより、CCD20上に現れる光点は、物体２の移動に
応じて、連続的に移動し、その移動の軌跡を求めること
ができる。
ルパターンを１時点のものに留めずに連続的に表示する
ことにより、CCD20上に現れる光点は、物体２の移動に
応じて、連続的に移動し、その移動の軌跡を求めること
ができる。
また、物体の変位が大きくなると、その変位の前後の
スペックルパターン同士は、最早大きな相関を持たなく
なるので、相関による変位の検出が困難になるが、マト
リックス液晶パネル９及び10に書き込むスペックルパタ
ーンをできるだけ、短い時間間隔で常に書き換え、その
たびに変位を測定して、足し合わせることにより、大き
な変位も測定することが可能となる。
スペックルパターン同士は、最早大きな相関を持たなく
なるので、相関による変位の検出が困難になるが、マト
リックス液晶パネル９及び10に書き込むスペックルパタ
ーンをできるだけ、短い時間間隔で常に書き換え、その
たびに変位を測定して、足し合わせることにより、大き
な変位も測定することが可能となる。
更に、この測定装置により、物体の変位がCCD7に対し
て、垂直な方向にも成分を持っている場合にも、その方
向の変位が小さいうちは、CCD7上のスペックルパターン
は、相関を保持するので、同様にCCD7の面に平行な面内
での変位を求めることができる。
て、垂直な方向にも成分を持っている場合にも、その方
向の変位が小さいうちは、CCD7上のスペックルパターン
は、相関を保持するので、同様にCCD7の面に平行な面内
での変位を求めることができる。
［実施例２］ 次に、本発明の他の例のスペックル利用測定装置につ
いて、図面を用いて説明する。
いて、図面を用いて説明する。
第３図は、本発明の他の例の光学系の概念図である。
スペックルパターンの受光から第１のフーリエ変換レン
ズ15までは、第１図に示す実施例１と同様である。本実
施例においては、フーリエ変換レンズ15の像側焦点面に
液晶ライトバルブ22を配置する。この液晶ライトバルブ
22は、液晶と光導電性膜を組合わせ、入射した光量に応
じて出射側の複素振幅分布を空間的に変調するもので、
例えば米国ヒューズ（Hughs）社から発売されているも
の（参考文献:Proceedings of SPIE,VOL.684,p96）が代
表的である。また、最近では、同様の原理で液晶として
強誘電性の液晶を用いたものも発表されている。これ
は、得られた画像を２値化して出力する効果があり、相
関ピークを、より明瞭に得ることができる。これらの液
晶ライトバルブ22は、フーリエ変換レンズ16の物体側焦
点面に置かれ、液晶ライトバルブ駆動回路23により、制
御駆動され、レーザ24から出射した光束27が、ビームエ
キスパンダー25により光束径が広げられハーフミラー26
で反射されて、液晶ライトバルブ22からの出力面に入射
する。ここで複素振幅分布の変調を受けた光束27は、ハ
ーフミラー26を透過し、フーリエ変換レンズ16を通っ
て、その像側焦点面に置かれたCCD20に入射する。これ
以降の部分については、第１図に示したものと同じであ
る。
スペックルパターンの受光から第１のフーリエ変換レン
ズ15までは、第１図に示す実施例１と同様である。本実
施例においては、フーリエ変換レンズ15の像側焦点面に
液晶ライトバルブ22を配置する。この液晶ライトバルブ
22は、液晶と光導電性膜を組合わせ、入射した光量に応
じて出射側の複素振幅分布を空間的に変調するもので、
例えば米国ヒューズ（Hughs）社から発売されているも
の（参考文献:Proceedings of SPIE,VOL.684,p96）が代
表的である。また、最近では、同様の原理で液晶として
強誘電性の液晶を用いたものも発表されている。これ
は、得られた画像を２値化して出力する効果があり、相
関ピークを、より明瞭に得ることができる。これらの液
晶ライトバルブ22は、フーリエ変換レンズ16の物体側焦
点面に置かれ、液晶ライトバルブ駆動回路23により、制
御駆動され、レーザ24から出射した光束27が、ビームエ
キスパンダー25により光束径が広げられハーフミラー26
で反射されて、液晶ライトバルブ22からの出力面に入射
する。ここで複素振幅分布の変調を受けた光束27は、ハ
ーフミラー26を透過し、フーリエ変換レンズ16を通っ
て、その像側焦点面に置かれたCCD20に入射する。これ
以降の部分については、第１図に示したものと同じであ
る。
尚、ここまで、マトリックス液晶パネルや液晶ライト
バルブは、光の複素振幅分布を変調すると説明してきた
が、これらは、その入出力に偏光子を用いない場合に
は、位相の変調を行なうものと考えることができる。こ
のどちらの場合にも、所望の機能を得ることができる
が、位相の変調を用いた場合の方が、光量の利用効率が
高い。
バルブは、光の複素振幅分布を変調すると説明してきた
が、これらは、その入出力に偏光子を用いない場合に
は、位相の変調を行なうものと考えることができる。こ
のどちらの場合にも、所望の機能を得ることができる
が、位相の変調を用いた場合の方が、光量の利用効率が
高い。
［実施例３］ 更に、本発明の他の実施例の模式構成図を第４図に示
す。本実施例では、第１のフーリエ変換レンズ15以降
は、第３図に示す上記に説明した実施例２と同じであ
る。
す。本実施例では、第１のフーリエ変換レンズ15以降
は、第３図に示す上記に説明した実施例２と同じであ
る。
物体２によって反射された光束５は、コンデンサレン
ズ30により収束光束となり、ミラー群により２つの光路
に分けられて、各々シャッター32a、32bを通り、液晶ラ
イトバルブ34a、34bに入射し、各々に同様のスペックル
パターンを形成する。このとき、液晶ライトバルブ34a
及び34bに到達する光束の光路は、各々の光路長が等し
く、コンデンサレンズ30以外では、光束の蹴られが起こ
らないようにする。ここで、シャッター32a、32bを各々
に異なるタイミングで短時間のみで、開くことにより、
液晶ライトバルブ34a、34bに異なる時間のスペックルパ
ターンが書き込まれる。従って、これをレーザ36から出
射した光束37により読み出し、この液晶ライトバルブ34
a、34bをフーリエ変換レンズ15に対して物体側焦点面に
配置することにより、第１図及び第３図に示した実施例
１、２と同様の機能を得ることができる。
ズ30により収束光束となり、ミラー群により２つの光路
に分けられて、各々シャッター32a、32bを通り、液晶ラ
イトバルブ34a、34bに入射し、各々に同様のスペックル
パターンを形成する。このとき、液晶ライトバルブ34a
及び34bに到達する光束の光路は、各々の光路長が等し
く、コンデンサレンズ30以外では、光束の蹴られが起こ
らないようにする。ここで、シャッター32a、32bを各々
に異なるタイミングで短時間のみで、開くことにより、
液晶ライトバルブ34a、34bに異なる時間のスペックルパ
ターンが書き込まれる。従って、これをレーザ36から出
射した光束37により読み出し、この液晶ライトバルブ34
a、34bをフーリエ変換レンズ15に対して物体側焦点面に
配置することにより、第１図及び第３図に示した実施例
１、２と同様の機能を得ることができる。
尚、上記に述べたように、いずれの実施例において
も、これらにより求めた変位をその２時点間の時点で割
ることにより、速度を求めることができ、また、２点に
おける変位を測定して、その差を求めることにより、歪
みを求めることができる。
も、これらにより求めた変位をその２時点間の時点で割
ることにより、速度を求めることができ、また、２点に
おける変位を測定して、その差を求めることにより、歪
みを求めることができる。
［発明の効果］ 本発明によるスペックル利用測定装置は、 第１に、ほぼ実時間で測定が可能にできること、 第２に、物体の移動距離がスペックルの平均径よりも
小さくても、適用できること、 第３に、従来のスペックル相関法ではほぼリアルタイ
ムで検出できるのは１次元のみであったが、本発明の装
置では,2次元の面のあらゆる方向の変位が検出でき，変
位検出を行なう面に垂直な移動成分であっても、前記検
出面内の変位移動が検出可能にできること、 第４に、また、製造コストが低減されること、等の、
顕著な技術的な効果を奏する。
小さくても、適用できること、 第３に、従来のスペックル相関法ではほぼリアルタイ
ムで検出できるのは１次元のみであったが、本発明の装
置では,2次元の面のあらゆる方向の変位が検出でき，変
位検出を行なう面に垂直な移動成分であっても、前記検
出面内の変位移動が検出可能にできること、 第４に、また、製造コストが低減されること、等の、
顕著な技術的な効果を奏する。
第１図は、本発明のスペックル利用測定装置の一例の光
学配置を示す模式構成図である。 第２図は、従来のスペックル利用測定装置の一例を示す
模式構成図である。 第３図は、本発明の他の例の光学配置を示す模式構成図
である。 第４図は、本発明のスペックル利用測定装置の他の例の
光学配置を示す模式構成図である。 ［主要部分の符号の説明］ １、24、36……レーザ光源 ２……物体、６……レンズ ５、27、37……光束 ７、20、28……CCD ８……画像処理装置 ９、10、19……マトリックス液晶パネル 13……ビームエクスパンダー 14……ビームスプリッター 15、16……フーリエ変換レンズ 17……CCD及び液晶駆動回路 21……画像処理回路 22、34a、34b……液晶ライトバルブ 23、35……液晶ライトバルブ駆動回路 31……ミラー群 32a、32b……シャッター 33……シャッター駆動回路
学配置を示す模式構成図である。 第２図は、従来のスペックル利用測定装置の一例を示す
模式構成図である。 第３図は、本発明の他の例の光学配置を示す模式構成図
である。 第４図は、本発明のスペックル利用測定装置の他の例の
光学配置を示す模式構成図である。 ［主要部分の符号の説明］ １、24、36……レーザ光源 ２……物体、６……レンズ ５、27、37……光束 ７、20、28……CCD ８……画像処理装置 ９、10、19……マトリックス液晶パネル 13……ビームエクスパンダー 14……ビームスプリッター 15、16……フーリエ変換レンズ 17……CCD及び液晶駆動回路 21……画像処理回路 22、34a、34b……液晶ライトバルブ 23、35……液晶ライトバルブ駆動回路 31……ミラー群 32a、32b……シャッター 33……シャッター駆動回路
Claims (5)
- 【請求項１】移動物体にコヒーレントな光束を照射し
て、生じたスペックルパターンを受光し、その異なる２
時点におけるスペックルパターン同士の相関をとること
により、その変位を求める測定装置において、 少なくとも、コヒーレントな光源と、 第１の時点におけるその２次元のスペックルパターンの
光量分布に基づいて、出力コヒーレント光束の複素振幅
分布を空間的に変調する第１の変調光束出力手段と、 該第１の変換光束出力手段における複素振幅の変調を行
なう面を含む面内において、第２の時点における２次元
のスペックルパターンの光量分布に基づいて、出力光束
の複素振幅分布を空間的に変調し、且つ、第１の変調光
束出力手段からの出力光束に対しても、コヒーレントな
光束を出力する第２の変調光束出力手段と、 該第１及び第２の変調光束出力手段への入力スペックル
パターンの取り込み時点を制御する制御装置と、 該第１及び第２の変調光束出力手段における複素振幅分
布を同時に光学的にフーリエ変換するフーリエ変換レン
ズと、 該光学的フーリエ変換により得られたパワースペクトル
パターンを受光し、その光量分布に応じて、出力コヒー
レント光束の複素振幅分布を空間的に変調する第３の変
調光束出力手段と、 該第３の変調光束出力手段からの出力コヒーレント光束
の複素振幅分布を光学的にフーリエ変換する第２のフー
リエ変換レンズとからなることを特徴とするスペックル
利用測定装置。 - 【請求項２】前記第１及び第２の変調光束出力手段は、
スペックルパターンを受光する撮像素子と、該撮像素子
による受光パターンを表示するマトリックス電極を有す
る液晶パネルと、該液晶パネルに照射されるコヒーレン
ト光束とから本質的になることを特徴とする請求項１に
記載のスペックル利用測定装置。 - 【請求項３】前記第１及び第２の変調光束出力手段は、
少なくとも、光アドレス型液晶ライトバルブとシャッタ
ーとコヒーレント光源とよりなり、各々に対応した光ア
ドレス型液晶ライトバルブは、被測定物体に対して、光
学系により、等価な位置に配置することを特徴とする請
求項１に記載のスペックル利用測定装置。 - 【請求項４】前記第３の変調光束出力手段は、撮像素子
と、該撮像素子による受光パターンを表示するマトリッ
クス電極を有する液晶パネルと、 該液晶パネルに照射されるコヒーレント光源とから本質
的になることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記
載のスペックル利用測定装置。 - 【請求項５】前記第３の変調光束出力手段は、少なくと
も光アドレス型液晶ライトバルブとシャッターとコヒー
レント光源とから本質的になることを特徴とする請求項
１〜３のいずれかに記載のスペックル利用測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31325189A JP2744494B2 (ja) | 1989-12-04 | 1989-12-04 | スペックル利用測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31325189A JP2744494B2 (ja) | 1989-12-04 | 1989-12-04 | スペックル利用測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03175303A JPH03175303A (ja) | 1991-07-30 |
| JP2744494B2 true JP2744494B2 (ja) | 1998-04-28 |
Family
ID=18038948
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31325189A Expired - Fee Related JP2744494B2 (ja) | 1989-12-04 | 1989-12-04 | スペックル利用測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2744494B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2538456B2 (ja) * | 1991-08-12 | 1996-09-25 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光学的変位量測定装置 |
| JP2676290B2 (ja) * | 1992-01-10 | 1997-11-12 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光学的変位量測定装置 |
| JPH0827292B2 (ja) * | 1992-03-12 | 1996-03-21 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光学的変位量測定装置 |
| JP2676296B2 (ja) * | 1992-05-27 | 1997-11-12 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光学的変位測定装置 |
| JP2005055176A (ja) * | 2002-01-18 | 2005-03-03 | Toyo Seiki Seisakusho:Kk | レーザ反射光による被計測物の高精度計測方法とその装置 |
-
1989
- 1989-12-04 JP JP31325189A patent/JP2744494B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03175303A (ja) | 1991-07-30 |
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