JP3150239B2 - 微小周期振動変位の測定装置 - Google Patents
微小周期振動変位の測定装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、微小周期振動変位の測
定装置に関するものであり、特に画像により弾性体表面
の微小周期振動変位を測定する装置に関するものであ
る。
定装置に関するものであり、特に画像により弾性体表面
の微小周期振動変位を測定する装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、圧電体を用いた素子またはデバイ
ス、例えば超音波モータ、弾性表面波素子、光学弾性波
素子等は、近年その重要性が増大しつつあり、盛んに研
究がなされている。これらにおいて伝播する弾性波の挙
動は大変複雑であり、これを測定または観測する手段が
種々考えられてきている。
ス、例えば超音波モータ、弾性表面波素子、光学弾性波
素子等は、近年その重要性が増大しつつあり、盛んに研
究がなされている。これらにおいて伝播する弾性波の挙
動は大変複雑であり、これを測定または観測する手段が
種々考えられてきている。
【０００３】図１０及び図１１は、それぞれ被測定物を
伝播する弾性波を１点で測定するシステムを示すもので
あり、これらは通常光プローブ法と呼ばれている技術で
ある。
伝播する弾性波を１点で測定するシステムを示すもので
あり、これらは通常光プローブ法と呼ばれている技術で
ある。
【０００４】図１０のシステムは、弾性表面波素子にレ
ーザビームを照射し、その１次回折光を検出する従来例
の１つである。同図において、１０１は被測定物たる弾
性表面波素子、１０２はレーザ光源、１０３は光検出
器、１０４は直接反射光と１次回折光とを分離するため
のスリット、１０５は弾性表面波素子を載置した可動ス
テージ、１０６は該ステージの位置を測定するポテンシ
ョメータ、１０７は弾性表面波素子１０１に弾性表面波
を励起させるための発振器、１０９は弾性表面波素子１
０１に入力される信号を或る周期でＯＮ・ＯＦＦするた
めのパルス発生器、１０８はミキサー、１１０はパルス
発生器１０９と同期した信号を検出するためのロックイ
ンアンプ、１１１はＸ−Ｙレコーダである。レーザ光が
照射されている部分に弾性表面波が伝播していると、弾
性表面波による素子の表面の凹凸によって弾性表面波の
進行方向とその逆方向とに回折光が発生する。この時、
１次回折光と直接反射光とを測定することにより、弾性
表面波の振幅強度が測定される。
ーザビームを照射し、その１次回折光を検出する従来例
の１つである。同図において、１０１は被測定物たる弾
性表面波素子、１０２はレーザ光源、１０３は光検出
器、１０４は直接反射光と１次回折光とを分離するため
のスリット、１０５は弾性表面波素子を載置した可動ス
テージ、１０６は該ステージの位置を測定するポテンシ
ョメータ、１０７は弾性表面波素子１０１に弾性表面波
を励起させるための発振器、１０９は弾性表面波素子１
０１に入力される信号を或る周期でＯＮ・ＯＦＦするた
めのパルス発生器、１０８はミキサー、１１０はパルス
発生器１０９と同期した信号を検出するためのロックイ
ンアンプ、１１１はＸ−Ｙレコーダである。レーザ光が
照射されている部分に弾性表面波が伝播していると、弾
性表面波による素子の表面の凹凸によって弾性表面波の
進行方向とその逆方向とに回折光が発生する。この時、
１次回折光と直接反射光とを測定することにより、弾性
表面波の振幅強度が測定される。
【０００５】図１１のシステムは、光ファイバリング干
渉計で弾性波を観測する従来例の１つである。同図にお
いて、１１は光源、１１２，１１２’は方向性結合器、
１１３は遅延ループ、１１４は短い光路、１１５は集光
レンズ、１１６は受光素子、１２は被測定物である。光
源１１から出射したレーザ光は方向性結合器１１２で遅
延ループ１１３と短い光路１１４とに分割される。遅延
ループ１１３を通過し、方向性結合器１１２’を経て、
被測定物１２の測定面で反射し、短いループ１１４を通
って再び方向性結合器１１２を通過して受光素子１１６
に達した光と、逆のルートで受光素子１１６に達した光
との干渉で被測定物たる弾性体の表面変位を測定する。
渉計で弾性波を観測する従来例の１つである。同図にお
いて、１１は光源、１１２，１１２’は方向性結合器、
１１３は遅延ループ、１１４は短い光路、１１５は集光
レンズ、１１６は受光素子、１２は被測定物である。光
源１１から出射したレーザ光は方向性結合器１１２で遅
延ループ１１３と短い光路１１４とに分割される。遅延
ループ１１３を通過し、方向性結合器１１２’を経て、
被測定物１２の測定面で反射し、短いループ１１４を通
って再び方向性結合器１１２を通過して受光素子１１６
に達した光と、逆のルートで受光素子１１６に達した光
との干渉で被測定物たる弾性体の表面変位を測定する。
【０００６】図１２は従来の弾性波観測システムの別の
例である。本システムの場合、レーザ光源Ｓからの光を
超音波回折セル１２１で回折させ、スリットＳ１を通過
させた後、非回折光をレンズＬ１で広げ、被測定物１２
０の観測したい範囲全体を照射している。この方式では
超音波回折セル１２１で回折した光と被測定物１２０上
を伝播する弾性表面波によって回折された光との干渉で
感光板ｈｒｇにホログラムが形成される。Ｌ２，Ｌ３は
レンズであり、Ｓ２はスリットである。Ｌ４，Ｌ５はレ
ンズ、Ｓ３はスリット、ＳＣＲは再生像形成スクリーン
である。１２２はホログラム作成用光学系であり、１２
３は弾性波伝播パターンの再生用光学系である。このシ
ステムにおいては、再生用光学系１２３でホログラムｈ
ｒｇを照射することにより、弾性表面波の振幅強度だけ
でなく、位相情報も観測できる。
例である。本システムの場合、レーザ光源Ｓからの光を
超音波回折セル１２１で回折させ、スリットＳ１を通過
させた後、非回折光をレンズＬ１で広げ、被測定物１２
０の観測したい範囲全体を照射している。この方式では
超音波回折セル１２１で回折した光と被測定物１２０上
を伝播する弾性表面波によって回折された光との干渉で
感光板ｈｒｇにホログラムが形成される。Ｌ２，Ｌ３は
レンズであり、Ｓ２はスリットである。Ｌ４，Ｌ５はレ
ンズ、Ｓ３はスリット、ＳＣＲは再生像形成スクリーン
である。１２２はホログラム作成用光学系であり、１２
３は弾性波伝播パターンの再生用光学系である。このシ
ステムにおいては、再生用光学系１２３でホログラムｈ
ｒｇを照射することにより、弾性表面波の振幅強度だけ
でなく、位相情報も観測できる。
【０００７】図１０のシステムと図１２のシステムは
「弾性表面波工学；電子通信学会第６章測定技術」に記
載されており、図１１のシステムは弾性波素子技術第１
５０委員会第２５回研究会資料「リング干渉方式による
圧電振動の計測と評価；大木、嶋、塩崎」に記載されて
いる。
「弾性表面波工学；電子通信学会第６章測定技術」に記
載されており、図１１のシステムは弾性波素子技術第１
５０委員会第２５回研究会資料「リング干渉方式による
圧電振動の計測と評価；大木、嶋、塩崎」に記載されて
いる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】図１０の方式は非常に
簡便ではあるが、素子の表面に弾性表面波が伝播する際
に形成される凹凸を回折格子として用いるため、弾性表
面波の波長がレーザビーム径に対して十分大きいことが
必要である。この理由から、弾性表面波がレーザビーム
径の範囲内で位相がそろって伝播していない場合、回折
光の検出が困難であり、弾性表面波の波長レベルの観測
はできない。また、弾性表面波の振幅の大きさはレーザ
の０次光と１次回折光との比から求められるが、位相情
報は得られない。
簡便ではあるが、素子の表面に弾性表面波が伝播する際
に形成される凹凸を回折格子として用いるため、弾性表
面波の波長がレーザビーム径に対して十分大きいことが
必要である。この理由から、弾性表面波がレーザビーム
径の範囲内で位相がそろって伝播していない場合、回折
光の検出が困難であり、弾性表面波の波長レベルの観測
はできない。また、弾性表面波の振幅の大きさはレーザ
の０次光と１次回折光との比から求められるが、位相情
報は得られない。
【０００９】図１１の方式では、弾性体の表面変位の振
幅の大きさ及び位相の情報が得られ、高い周波数でも感
度よく測定できる。しかしながら、光プローブ法の場
合、１点のデータのみしか得られないので、高精度のス
テージコントローラが必要になる。
幅の大きさ及び位相の情報が得られ、高い周波数でも感
度よく測定できる。しかしながら、光プローブ法の場
合、１点のデータのみしか得られないので、高精度のス
テージコントローラが必要になる。
【００１０】一方、図１２の方式では、その都度ホログ
ラムを作成しなければならず面倒であるという問題が生
じる。
ラムを作成しなければならず面倒であるという問題が生
じる。
【００１１】そこで、本発明は、上記従来技術の問題点
に鑑み、被測定物の表面変位を広い範囲で同時に容易に
測定でき、しかも振幅強度に加えて位相をも検出できる
変位測定装置を提供することを目的とするものである。
に鑑み、被測定物の表面変位を広い範囲で同時に容易に
測定でき、しかも振幅強度に加えて位相をも検出できる
変位測定装置を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、以上の
如き目的を達成するものとして、圧電体に周期的な電気
信号を与え、その信号によって励起された機械振動の表
面変位を光学的に測定する装置において、圧電体に入力
される電気信号の周期と光源の発光周期とをわずかに異
ならせ、前記圧電体の表面変位を該圧電体に入力される
電気信号の周期と光源発光周期との差に基づくビート信
号として測定することを特徴とする微小周期振動変位の
測定装置、が提供される。
如き目的を達成するものとして、圧電体に周期的な電気
信号を与え、その信号によって励起された機械振動の表
面変位を光学的に測定する装置において、圧電体に入力
される電気信号の周期と光源の発光周期とをわずかに異
ならせ、前記圧電体の表面変位を該圧電体に入力される
電気信号の周期と光源発光周期との差に基づくビート信
号として測定することを特徴とする微小周期振動変位の
測定装置、が提供される。
【００１３】本発明においては、前記機械振動の表面変
位を測定するための手段の光学系としては、マイケルソ
ン型干渉計を含んでなるものや、フィゾー型干渉計を含
んでなるものや、ファブリーペロー型干渉計を含んでな
るものを用いることができる。
位を測定するための手段の光学系としては、マイケルソ
ン型干渉計を含んでなるものや、フィゾー型干渉計を含
んでなるものや、ファブリーペロー型干渉計を含んでな
るものを用いることができる。
【００１４】ここで、前記光学系として干渉縞の縞走査
法の実行のための手段を有するものを用いることができ
る。
法の実行のための手段を有するものを用いることができ
る。
【００１５】また、前記光学系が前記圧電体を移動制御
するための手段を有し、得られる複数の干渉縞の画像デ
ータをつなぎあわせ合成する手段を有するものを用いる
ことができる。
するための手段を有し、得られる複数の干渉縞の画像デ
ータをつなぎあわせ合成する手段を有するものを用いる
ことができる。
【００１６】本発明の一態様においては、前記圧電体に
入力される電気信号はバースト信号であり、前記圧電体
に電気信号が入力されていない時間帯では前記光源が発
光しないように制御されるか、同時間帯では前記画像入
力手段のシャッターが閉じられるように制御される。こ
れによれば、装置の発熱や疲労劣化が防止される。
入力される電気信号はバースト信号であり、前記圧電体
に電気信号が入力されていない時間帯では前記光源が発
光しないように制御されるか、同時間帯では前記画像入
力手段のシャッターが閉じられるように制御される。こ
れによれば、装置の発熱や疲労劣化が防止される。
【００１７】本発明の他の態様においては、前記光源は
半導体レーザである。該半導体レーザとしては多量子井
戸型半導体レーザを用いることができる。
半導体レーザである。該半導体レーザとしては多量子井
戸型半導体レーザを用いることができる。
【００１８】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の具体的実
施例を説明する。
施例を説明する。
【００１９】（参考例１） 図１に本発明の第１の参考例を示す。本参考例は、マイ
ケルソン型干渉計を用いて光学系を構成した例である。
１１は光源、１２は被測定物（圧電体）、１３は干渉計
の参照面、１３１は該参照面を前後に移動する機構、１
４はＣＣＤなどの画像入力手段、１５はビームスプリッ
タ（ハーフミラー）、１６はレンズ、１７は被測定物
（圧電体）に入力する信号の発生器（発振器）、１８は
パルス発生器、１９は画像データを蓄積するフレームメ
モリ、２０はＣＲＴなどの画像表示手段である。パルス
発生器１８は、被測定物１２への入力信号の発生器１７
に同期しており、光源１１の発光を制御する。
ケルソン型干渉計を用いて光学系を構成した例である。
１１は光源、１２は被測定物（圧電体）、１３は干渉計
の参照面、１３１は該参照面を前後に移動する機構、１
４はＣＣＤなどの画像入力手段、１５はビームスプリッ
タ（ハーフミラー）、１６はレンズ、１７は被測定物
（圧電体）に入力する信号の発生器（発振器）、１８は
パルス発生器、１９は画像データを蓄積するフレームメ
モリ、２０はＣＲＴなどの画像表示手段である。パルス
発生器１８は、被測定物１２への入力信号の発生器１７
に同期しており、光源１１の発光を制御する。
【００２０】図２に本参考例の動作原理を示す。同図に
おいて、ｗ１，ｗ２は光源１１から出力された２つの平
行な光線成分であり、ビームスプリッタ１５はｗ１，ｗ
２に対して４５°の角度をなして挿入されている。これ
ら光線成分ｗ１，ｗ２はビームスプリッタ１５により分
割され、一部が反射されて被測定物１２の測定面に垂直
に入射し、他の一部が透過して参照面１３に垂直に入射
する。それぞれのビームが被測定面または参照面で反射
されて、再びビームスプリッタ１５に到達した地点での
電界は以下のようになる： Ｅr1＝Ａr1Ｓｉｎ（ω1 ｔ−２Ｌr1／λ1 ＋φ1 ） …（１） Ｅr2＝Ａr2Ｓｉｎ（ω1 ｔ−２Ｌr2／λ1 ＋φ2 ） …（２） Ｅs1＝Ａs1Ｓｉｎ（ω1 ｔ−２Ｌs1／λ1 ＋φ1 ） …（３） Ｅs2＝Ａs2Ｓｉｎ（ω1 ｔ−２Ｌs2／λ1 ＋φ2 ） …（４） ここで、Ｅr1はビームｗ１がビームスプリッタ１５を透
過し、参照面１３で反射され、再びビームスプリッタ１
５に到達したときの電界、Ｅr2はビームｗ２が同様な経
路でビームスプリッタ１５に到達したときの電界、Ｅs1
はビームｗ１がビームスプリッタ１５で反射され、被測
定物１２の測定面で反射され、ビームスプリッタ１５を
透過したときの電界、Ｅs2はビームｗ２が同様な経路で
ビームスプリッタ１５を透過したときの電界である。ま
た、Ａr1，Ａr2，Ａs1，Ａs2はそれぞれの電界の振幅、
ω1 ，λ1 は光源の光の角周波数と波長、ｔは時間、Ｌ
r1，Ｌr2，Ｌs1，Ｌs2はビームｗ１，ｗ２が、ビームス
プリッタ１５から参照面、測定面までの距離、φ１，φ
２はビームｗ１，ｗ２の初期位相である。
おいて、ｗ１，ｗ２は光源１１から出力された２つの平
行な光線成分であり、ビームスプリッタ１５はｗ１，ｗ
２に対して４５°の角度をなして挿入されている。これ
ら光線成分ｗ１，ｗ２はビームスプリッタ１５により分
割され、一部が反射されて被測定物１２の測定面に垂直
に入射し、他の一部が透過して参照面１３に垂直に入射
する。それぞれのビームが被測定面または参照面で反射
されて、再びビームスプリッタ１５に到達した地点での
電界は以下のようになる： Ｅr1＝Ａr1Ｓｉｎ（ω1 ｔ−２Ｌr1／λ1 ＋φ1 ） …（１） Ｅr2＝Ａr2Ｓｉｎ（ω1 ｔ−２Ｌr2／λ1 ＋φ2 ） …（２） Ｅs1＝Ａs1Ｓｉｎ（ω1 ｔ−２Ｌs1／λ1 ＋φ1 ） …（３） Ｅs2＝Ａs2Ｓｉｎ（ω1 ｔ−２Ｌs2／λ1 ＋φ2 ） …（４） ここで、Ｅr1はビームｗ１がビームスプリッタ１５を透
過し、参照面１３で反射され、再びビームスプリッタ１
５に到達したときの電界、Ｅr2はビームｗ２が同様な経
路でビームスプリッタ１５に到達したときの電界、Ｅs1
はビームｗ１がビームスプリッタ１５で反射され、被測
定物１２の測定面で反射され、ビームスプリッタ１５を
透過したときの電界、Ｅs2はビームｗ２が同様な経路で
ビームスプリッタ１５を透過したときの電界である。ま
た、Ａr1，Ａr2，Ａs1，Ａs2はそれぞれの電界の振幅、
ω1 ，λ1 は光源の光の角周波数と波長、ｔは時間、Ｌ
r1，Ｌr2，Ｌs1，Ｌs2はビームｗ１，ｗ２が、ビームス
プリッタ１５から参照面、測定面までの距離、φ１，φ
２はビームｗ１，ｗ２の初期位相である。
【００２１】画像入力手段１４で検出されるそれぞれの
光強度Ｉo1，Ｉo2は、（１）式のビームと（３）式のビ
ームとの干渉、（２）式のビームと（４）式のビームと
の干渉であるから、次式で表される： Ｉo1＝（Ｅr1＋Ｅs1）2 ＝Ａr1 2 ／２ ＋Ａs1 2 ／２ −（Ａr1 2 ／２）Ｃｏｓ２（ω1 ｔ−２Ｌr1／λ1 ＋φ1 ） −（Ａs1 2 ／２）Ｃｏｓ２（ω1 ｔ−２Ｌs1／λ1 ＋φ1 ） −Ａr1Ａs1Ｃｏｓ（２ω1 ｔ＋２φ1 −２（Ｌr1＋Ｌs1）／λ1 ） ＋Ａr1Ａs1Ｃｏｓ（２（Ｌr1−Ｌs1）／λ1 ） …（５） Ｉo2＝（Ｅ2r＋Ｅ2s）2 ＝Ａr2 2 ／２ ＋Ａs2 2 ／２ −（Ａr2 2 ／２）Ｃｏｓ２（ω1 ｔ−２Ｌr2／λ1 ＋φ2 ） −（Ａs2 2 ／２）Ｃｏｓ２（ω1 ｔ−２Ｌs2／λ1 ＋φ2 ） −Ａr2Ａs2Ｃｏｓ（２ω1 ｔ＋２φ2 −２（Ｌr2＋Ｌs2）／λ1 ） ＋Ａr2Ａs2Ｃｏｓ（２（Ｌr2−Ｌs2）／λ1 ） …（６） （５）式及び（６）式の右辺の第１項及び第２項は参照
面または干渉面までの距離に依存しない直流成分、第３
項〜第５項は光の２倍の周波数の成分で、画像入力手段
１４では検出されない。第６項のみが参照面と干渉面と
の距離の差に依存する成分であり、もし、測定面に弾性
波による変位がなく、２つのビームの強度が等しい場合
は、（５）式及び（６）式の第６項は等しくなり、画像
入力手段１４では均一の明るさが検出される。Ｌs1とＬ
s2は測定面に弾性波による変位がない場合の距離Ｌ
s10 ，Ｌs20 と、２つのビームが測定面に当たる点ｓ
１，ｓ２の距離ｄと、点ｓ２における弾性波の初期位相
θとによって（７）式及び（８）式のように書き表すこ
とができる： Ｌs1＝Ｌs10 ＋ａＳｉｎ（ω2 ｔ＋θ＋ｄ／λ2 ） …（７） Ｌs2＝Ｌs20 ＋ａＳｉｎ（ω2 ｔ＋θ） …（８） ここで、ａは弾性波の振幅、ω2 は弾性波の角周波数、
λ2 は弾性波の波長である。
光強度Ｉo1，Ｉo2は、（１）式のビームと（３）式のビ
ームとの干渉、（２）式のビームと（４）式のビームと
の干渉であるから、次式で表される： Ｉo1＝（Ｅr1＋Ｅs1）2 ＝Ａr1 2 ／２ ＋Ａs1 2 ／２ −（Ａr1 2 ／２）Ｃｏｓ２（ω1 ｔ−２Ｌr1／λ1 ＋φ1 ） −（Ａs1 2 ／２）Ｃｏｓ２（ω1 ｔ−２Ｌs1／λ1 ＋φ1 ） −Ａr1Ａs1Ｃｏｓ（２ω1 ｔ＋２φ1 −２（Ｌr1＋Ｌs1）／λ1 ） ＋Ａr1Ａs1Ｃｏｓ（２（Ｌr1−Ｌs1）／λ1 ） …（５） Ｉo2＝（Ｅ2r＋Ｅ2s）2 ＝Ａr2 2 ／２ ＋Ａs2 2 ／２ −（Ａr2 2 ／２）Ｃｏｓ２（ω1 ｔ−２Ｌr2／λ1 ＋φ2 ） −（Ａs2 2 ／２）Ｃｏｓ２（ω1 ｔ−２Ｌs2／λ1 ＋φ2 ） −Ａr2Ａs2Ｃｏｓ（２ω1 ｔ＋２φ2 −２（Ｌr2＋Ｌs2）／λ1 ） ＋Ａr2Ａs2Ｃｏｓ（２（Ｌr2−Ｌs2）／λ1 ） …（６） （５）式及び（６）式の右辺の第１項及び第２項は参照
面または干渉面までの距離に依存しない直流成分、第３
項〜第５項は光の２倍の周波数の成分で、画像入力手段
１４では検出されない。第６項のみが参照面と干渉面と
の距離の差に依存する成分であり、もし、測定面に弾性
波による変位がなく、２つのビームの強度が等しい場合
は、（５）式及び（６）式の第６項は等しくなり、画像
入力手段１４では均一の明るさが検出される。Ｌs1とＬ
s2は測定面に弾性波による変位がない場合の距離Ｌ
s10 ，Ｌs20 と、２つのビームが測定面に当たる点ｓ
１，ｓ２の距離ｄと、点ｓ２における弾性波の初期位相
θとによって（７）式及び（８）式のように書き表すこ
とができる： Ｌs1＝Ｌs10 ＋ａＳｉｎ（ω2 ｔ＋θ＋ｄ／λ2 ） …（７） Ｌs2＝Ｌs20 ＋ａＳｉｎ（ω2 ｔ＋θ） …（８） ここで、ａは弾性波の振幅、ω2 は弾性波の角周波数、
λ2 は弾性波の波長である。
【００２２】画像入力手段１４は通常時間的な積分機能
を有するため、弾性波の周期がこの画像入力手段１４の
積分時間より十分短い場合、すなわち画像入力手段１４
の応答周波数が弾性波の周波数より低い場合、（７）式
及び（８）式の第２項が平均化され、変位が観測されな
い。そこで、本参考例では光源が弾性波の角周波数ω2
に同期してパルス発光する。図２においては、弾性波の
位相が実線で表される時刻ｔ0 において発光した後、弾
性波の位相が逆になる時刻ｔ1 では発光せず、弾性波が
進行し、再び実線の位相になる時刻ｔ2 において再び発
光することによって、光源が発光している間は常に
（７）式及び（８）式で表される距離Ｌs1，Ｌs2が固定
されるため、画像入力手段１４で積分される各点の光量
も固定され、干渉縞が観測できる。
を有するため、弾性波の周期がこの画像入力手段１４の
積分時間より十分短い場合、すなわち画像入力手段１４
の応答周波数が弾性波の周波数より低い場合、（７）式
及び（８）式の第２項が平均化され、変位が観測されな
い。そこで、本参考例では光源が弾性波の角周波数ω2
に同期してパルス発光する。図２においては、弾性波の
位相が実線で表される時刻ｔ0 において発光した後、弾
性波の位相が逆になる時刻ｔ1 では発光せず、弾性波が
進行し、再び実線の位相になる時刻ｔ2 において再び発
光することによって、光源が発光している間は常に
（７）式及び（８）式で表される距離Ｌs1，Ｌs2が固定
されるため、画像入力手段１４で積分される各点の光量
も固定され、干渉縞が観測できる。
【００２３】ところで、単一周波数の光学干渉計で光源
の波長以下の変位を観測する場合、参照面を波長レベル
で移動し、干渉縞を走査する方法（いわゆるフリンジス
キャン法）がよく用いられる。参照面を前後に移動する
機構１３１はこのための機構であり、以下にその原理を
説明する。
の波長以下の変位を観測する場合、参照面を波長レベル
で移動し、干渉縞を走査する方法（いわゆるフリンジス
キャン法）がよく用いられる。参照面を前後に移動する
機構１３１はこのための機構であり、以下にその原理を
説明する。
【００２４】（５）式及び（６）式の第６項をそれぞれ
Ｉ1ac ，Ｉ2ac とおき、これらに（７）式及び（８）式
を代入すると、次の様になる： Ｉ1ac ＝Ａr1Ａs1Ｃｏｓ（２（Ｌr1−Ｌs10 −ａＳｉｎ（ω2 ｔ＋θ＋ｄ／λ2 ））／λ1 ） ＝Ａ01Ｃｏｓ（Ａ2 Ｓｉｎ（ω2 ｔ＋θ＋ｄ／λ2 ）＋ψ1 ） …（９ ） Ｉ2ac ＝Ａr2Ａs2Ｃｏｓ（２（Ｌr2−Ｌs20 −ａＳｉｎ（ω2 ｔ＋θ））／λ1 ） ＝Ａ02Ｃｏｓ（Ａ2 Ｓｉｎ（ω2 ｔ＋θ）＋ψ2 ） …（１０） （ここで、Ａ01＝Ａr1Ａs1，Ａ02＝Ａr2Ａs2，Ａ2 ＝−
２ａ／λ1 ，ψ1 ＝２（Ｌr1−Ｌs10 ）／λ1 ，ψ2 ＝
２（Ｌr2−Ｌs20 ）／λ1 ＝ψ1 ） ここで、ψ1 （またはψ2 ）についてλ1 の範囲で積分
する。すなわち、参照面を移動することによってＬr1，
Ｌr2をλ1 の範囲で変化させ、それぞれの参照面の位置
で取り込んだ画像データをフレームメモリ上で積算す
る。これによって、上記（９）式及び（１０）式は（１
１）式及び（１２）式のようになり、弾性波による干渉
縞の位相変化が正弦波関数のもっとも感度が高い０度を
中心とした変化となる： Ｓ1ac ＝∫Ｉ1ac ｄψ1 ＝Ａ01Ｓｉｎ（Ａ2 Ｓｉｎ（ω2 ｔ＋θ＋ｄ／λ2 ）） …（１１） Ｓ2ac ＝∫Ｉ2ac ｄψ1 ＝Ａ02Ｓｉｎ（Ａ2 Ｓｉｎ（ω2 ｔ＋θ）） …（１２） さらに、弾性波による測定面の変位の２倍を光源の波長
λ1 で規格化した値Ａ2 が十分小さい場合、Ｓ1ac ，Ｓ
2ac は（１３）式及び（１４）式となり、弾性波による
干渉縞の位相変化が正弦波関数で与えられる： Ｓ1ac ＝Ａ01Ａ2 Ｓｉｎ（ω2 ｔ＋θ＋ｄ／λ2 ） …（１３） Ｓ2ac ＝Ａ02Ａ2 Ｓｉｎ（ω2 ｔ＋θ） …（１４） 実際のフリンジスキャン法では、参照面を前後に移動す
る機構１３１にピエゾ素子などを用い、参照面の位置を
波長レベルで制御し、例えば９０°ずつ位相をずらして
４つの画像データを取り込み、これらの積算をする。本
参考例においてもこのような手法を用いることができ
る。
Ｉ1ac ，Ｉ2ac とおき、これらに（７）式及び（８）式
を代入すると、次の様になる： Ｉ1ac ＝Ａr1Ａs1Ｃｏｓ（２（Ｌr1−Ｌs10 −ａＳｉｎ（ω2 ｔ＋θ＋ｄ／λ2 ））／λ1 ） ＝Ａ01Ｃｏｓ（Ａ2 Ｓｉｎ（ω2 ｔ＋θ＋ｄ／λ2 ）＋ψ1 ） …（９ ） Ｉ2ac ＝Ａr2Ａs2Ｃｏｓ（２（Ｌr2−Ｌs20 −ａＳｉｎ（ω2 ｔ＋θ））／λ1 ） ＝Ａ02Ｃｏｓ（Ａ2 Ｓｉｎ（ω2 ｔ＋θ）＋ψ2 ） …（１０） （ここで、Ａ01＝Ａr1Ａs1，Ａ02＝Ａr2Ａs2，Ａ2 ＝−
２ａ／λ1 ，ψ1 ＝２（Ｌr1−Ｌs10 ）／λ1 ，ψ2 ＝
２（Ｌr2−Ｌs20 ）／λ1 ＝ψ1 ） ここで、ψ1 （またはψ2 ）についてλ1 の範囲で積分
する。すなわち、参照面を移動することによってＬr1，
Ｌr2をλ1 の範囲で変化させ、それぞれの参照面の位置
で取り込んだ画像データをフレームメモリ上で積算す
る。これによって、上記（９）式及び（１０）式は（１
１）式及び（１２）式のようになり、弾性波による干渉
縞の位相変化が正弦波関数のもっとも感度が高い０度を
中心とした変化となる： Ｓ1ac ＝∫Ｉ1ac ｄψ1 ＝Ａ01Ｓｉｎ（Ａ2 Ｓｉｎ（ω2 ｔ＋θ＋ｄ／λ2 ）） …（１１） Ｓ2ac ＝∫Ｉ2ac ｄψ1 ＝Ａ02Ｓｉｎ（Ａ2 Ｓｉｎ（ω2 ｔ＋θ）） …（１２） さらに、弾性波による測定面の変位の２倍を光源の波長
λ1 で規格化した値Ａ2 が十分小さい場合、Ｓ1ac ，Ｓ
2ac は（１３）式及び（１４）式となり、弾性波による
干渉縞の位相変化が正弦波関数で与えられる： Ｓ1ac ＝Ａ01Ａ2 Ｓｉｎ（ω2 ｔ＋θ＋ｄ／λ2 ） …（１３） Ｓ2ac ＝Ａ02Ａ2 Ｓｉｎ（ω2 ｔ＋θ） …（１４） 実際のフリンジスキャン法では、参照面を前後に移動す
る機構１３１にピエゾ素子などを用い、参照面の位置を
波長レベルで制御し、例えば９０°ずつ位相をずらして
４つの画像データを取り込み、これらの積算をする。本
参考例においてもこのような手法を用いることができ
る。
【００２５】（参考例２） 図３は本発明の第２の参考例を説明する図で、被測定物
の測定面３１が平坦でない場合に、弾性波が伝播する様
子を示している。この場合、参考例１と同じように時刻
ｔ0 ，ｔ2 と同位相のときのみ光源が発光すると、この
位相状態における弾性波による表面変位と測定面の平面
からのずれとが重なって実線の変位３２が観測される。
ここで、ｔ0 ，ｔ2 とは逆の位相となる時刻ｔ1 と同位
相となるときのみ光源が発光するようにして同じように
被測定物の測定面を観測すると図３における点線の変位
３３が観測される。図１のフレームメモリ１９で時刻ｔ
0，ｔ2 と同位相のときの画像データと時刻ｔ1 と同位
相のときの画像データとの差をとれば、測定面３１の平
面からのずれがキャンセルされ、弾性波による表面変位
の変化のみが観測できる。
の測定面３１が平坦でない場合に、弾性波が伝播する様
子を示している。この場合、参考例１と同じように時刻
ｔ0 ，ｔ2 と同位相のときのみ光源が発光すると、この
位相状態における弾性波による表面変位と測定面の平面
からのずれとが重なって実線の変位３２が観測される。
ここで、ｔ0 ，ｔ2 とは逆の位相となる時刻ｔ1 と同位
相となるときのみ光源が発光するようにして同じように
被測定物の測定面を観測すると図３における点線の変位
３３が観測される。図１のフレームメモリ１９で時刻ｔ
0，ｔ2 と同位相のときの画像データと時刻ｔ1 と同位
相のときの画像データとの差をとれば、測定面３１の平
面からのずれがキャンセルされ、弾性波による表面変位
の変化のみが観測できる。
【００２６】（実施例１） 図４は本発明の第１の実施例を説明する図で、図１と同
じ構成で、光源のパルス発光周期２π／ωo と弾性波の
周期２π／ωs とをわずかにずらした時に観測される弾
性波の位相を示している。同図においては、測定面のあ
る点の変位を縦軸に、時間を横軸にとっている。ここ
で、周期２π／ωs の弾性波を、周期２π／ωo のパル
ス光源で照射し、その変位を検出すれば、波線のように
光源のパルス発光周波数と弾性波の周波数とのビートの
周期２π／｜ωo −ωs ｜で弾性波が変位しているかの
ようになる。ビートの周期２π／｜ωo −ωs ｜が画像
入力手段１４の積分時間より十分長ければ弾性波による
測定面の変位が観測される。
じ構成で、光源のパルス発光周期２π／ωo と弾性波の
周期２π／ωs とをわずかにずらした時に観測される弾
性波の位相を示している。同図においては、測定面のあ
る点の変位を縦軸に、時間を横軸にとっている。ここ
で、周期２π／ωs の弾性波を、周期２π／ωo のパル
ス光源で照射し、その変位を検出すれば、波線のように
光源のパルス発光周波数と弾性波の周波数とのビートの
周期２π／｜ωo −ωs ｜で弾性波が変位しているかの
ようになる。ビートの周期２π／｜ωo −ωs ｜が画像
入力手段１４の積分時間より十分長ければ弾性波による
測定面の変位が観測される。
【００２７】（実施例２） 図５は本発明の第２の実施例を示す図である。本実施例
は、フィゾー型干渉計を用いて光学系を構成した例であ
る。１１は光源、１２は被測定物（圧電体）、１３は干
渉計の参照面、１３１は参照面を前後に移動する機構、
１４はＣＣＤなどの画像入力手段、１５，１５’はビー
ムスプリッタ（ハーフミラー）、１６はレンズ、１７は
被測定物（圧電体）に入力する信号の発生器（発振
器）、１８はパルス発生器、１９は画像データを蓄積す
るフレームメモリ、２０はＣＲＴなどの画像表示手段、
２１は測定面に結像するためのレンズである。光源１１
から出射された光はビームスプリッタ１５’で下に向
き、レンズ２１を介してビームスプリッタ１５に向か
う。ビームスプリッタ１５で分かれたビームはそれぞれ
測定面、参照面１３で反射され、ビームスプリッタ１５
で合成され、ＣＣＤなどの画像入力手段１４で観測され
る。
は、フィゾー型干渉計を用いて光学系を構成した例であ
る。１１は光源、１２は被測定物（圧電体）、１３は干
渉計の参照面、１３１は参照面を前後に移動する機構、
１４はＣＣＤなどの画像入力手段、１５，１５’はビー
ムスプリッタ（ハーフミラー）、１６はレンズ、１７は
被測定物（圧電体）に入力する信号の発生器（発振
器）、１８はパルス発生器、１９は画像データを蓄積す
るフレームメモリ、２０はＣＲＴなどの画像表示手段、
２１は測定面に結像するためのレンズである。光源１１
から出射された光はビームスプリッタ１５’で下に向
き、レンズ２１を介してビームスプリッタ１５に向か
う。ビームスプリッタ１５で分かれたビームはそれぞれ
測定面、参照面１３で反射され、ビームスプリッタ１５
で合成され、ＣＣＤなどの画像入力手段１４で観測され
る。
【００２８】フィゾー型干渉計の場合、マイケルソン型
干渉計と同様な原理で干渉縞が得られるので、参考例
１、参考例２及び実施例１と同様な方法で測定面の変位
を計測できる。また、フィゾー型干渉計の場合、参照光
と測定光との光路長差をほとんど０にしやすいので、可
干渉距離の短いＬＥＤや多モードレーザを光源として使
用できる。本実施例の場合、光源をパルス発光させる必
要があり、半導体レーザをパルス発光させると通常マル
チモードになるけれども、この構成だと使用することが
できる。
干渉計と同様な原理で干渉縞が得られるので、参考例
１、参考例２及び実施例１と同様な方法で測定面の変位
を計測できる。また、フィゾー型干渉計の場合、参照光
と測定光との光路長差をほとんど０にしやすいので、可
干渉距離の短いＬＥＤや多モードレーザを光源として使
用できる。本実施例の場合、光源をパルス発光させる必
要があり、半導体レーザをパルス発光させると通常マル
チモードになるけれども、この構成だと使用することが
できる。
【００２９】（実施例３） 図６に本発明の第３の実施例を示す。本実施例は、ファ
ブリーペロー型干渉計を用いて光学系を構成した例であ
る。１１は光源、１２は被測定物（圧電体）、１４はＣ
ＣＤなどの画像入力手段、１５，１５’はビームスプリ
ッタ（ハーフミラー）、１５１，１５１’はハーフミラ
ー１５を前後に移動する機構、１６はレンズ、１７は被
測定物（圧電体）に入力する信号の発生器（発振器）、
１８はパルス発生器、１９は画像データを蓄積するフレ
ームメモリ、２０はＣＲＴなどの画像表示手段、６１，
６１’は測定面やハーフミラーに垂直に光線を入射する
ためのレンズである。光源１１から出射された光はビー
ムスプリッタ１５’で下に向き、レンズ６１，６１’を
介してビームスプリッタ１５に向かう。ビームスプリッ
タ１５と測定面で多重反射したビームの干渉光強度はＣ
ＣＤなどの画像入力手段１４で観測される。
ブリーペロー型干渉計を用いて光学系を構成した例であ
る。１１は光源、１２は被測定物（圧電体）、１４はＣ
ＣＤなどの画像入力手段、１５，１５’はビームスプリ
ッタ（ハーフミラー）、１５１，１５１’はハーフミラ
ー１５を前後に移動する機構、１６はレンズ、１７は被
測定物（圧電体）に入力する信号の発生器（発振器）、
１８はパルス発生器、１９は画像データを蓄積するフレ
ームメモリ、２０はＣＲＴなどの画像表示手段、６１，
６１’は測定面やハーフミラーに垂直に光線を入射する
ためのレンズである。光源１１から出射された光はビー
ムスプリッタ１５’で下に向き、レンズ６１，６１’を
介してビームスプリッタ１５に向かう。ビームスプリッ
タ１５と測定面で多重反射したビームの干渉光強度はＣ
ＣＤなどの画像入力手段１４で観測される。
【００３０】図７にファブリーペロー型干渉計の原理を
示す。同図では、説明のため、ビームを斜めに入射した
状態が示されているが、実際はビームはハーフミラー１
５や、測定面７１に対し垂直に入射される。同図におい
て、Ｂ０はハーフミラー１５で反射したビーム、Ｂ１は
ハーフミラー１５を透過し、測定面７１で反射し、再び
ハーフミラー１５を透過したビーム、Ｂ２はハーフミラ
ー１５を透過し、測定面７１で反射し、ハーフミラー１
５で反射し、再度測定面７１で反射し、再びハーフミラ
ー１５を透過したビーム、Ｂ３，Ｂ４，…は同様にして
反射を繰り返した後にハーフミラー１５を透過したビー
ムである。
示す。同図では、説明のため、ビームを斜めに入射した
状態が示されているが、実際はビームはハーフミラー１
５や、測定面７１に対し垂直に入射される。同図におい
て、Ｂ０はハーフミラー１５で反射したビーム、Ｂ１は
ハーフミラー１５を透過し、測定面７１で反射し、再び
ハーフミラー１５を透過したビーム、Ｂ２はハーフミラ
ー１５を透過し、測定面７１で反射し、ハーフミラー１
５で反射し、再度測定面７１で反射し、再びハーフミラ
ー１５を透過したビーム、Ｂ３，Ｂ４，…は同様にして
反射を繰り返した後にハーフミラー１５を透過したビー
ムである。
【００３１】それぞれのビームの電界をＥb0，Ｅb1，Ｅ
b2，…とすると干渉光強度Ｉfpは（１５）式で与えられ
る： Ｉfp＝（Ｅb0＋Ｅb1＋Ｅb2＋…）2 ＝｛Ａfpｒh Ｃｏｓω1 ｔ ＋Ａfpｔh 2 ｒs Ｃｏｓ（ω1 ｔ＋２ψ） ＋Ａfpｔh 2 ｒh ｒs 2Ｃｏｓ（ω1 ｔ＋４ψ） ＋Ａfpｔh 2 ｒh 2ｒs 3Ｃｏｓ（ω1 ｔ＋６ψ） ・ ・ ・ ｝2 …（１５） ここで、Ａfpはハーフミラー１５に入射した光の電界の
振幅、ｒh ，ｔh はハーフミラー１５の反射係数と透過
係数、ｒs は被測定物の反射係数である。ψはハーフミ
ラー１５と測定面７１との距離を光の波長で除した値で
ある。
b2，…とすると干渉光強度Ｉfpは（１５）式で与えられ
る： Ｉfp＝（Ｅb0＋Ｅb1＋Ｅb2＋…）2 ＝｛Ａfpｒh Ｃｏｓω1 ｔ ＋Ａfpｔh 2 ｒs Ｃｏｓ（ω1 ｔ＋２ψ） ＋Ａfpｔh 2 ｒh ｒs 2Ｃｏｓ（ω1 ｔ＋４ψ） ＋Ａfpｔh 2 ｒh 2ｒs 3Ｃｏｓ（ω1 ｔ＋６ψ） ・ ・ ・ ｝2 …（１５） ここで、Ａfpはハーフミラー１５に入射した光の電界の
振幅、ｒh ，ｔh はハーフミラー１５の反射係数と透過
係数、ｒs は被測定物の反射係数である。ψはハーフミ
ラー１５と測定面７１との距離を光の波長で除した値で
ある。
【００３２】図８は（１５）式においてｒh ＝ｔh ＝
０．５、ｒs ＝１のときの干渉光強度と、測定面とハー
フミラーとの距離との関係を表している。Ｐ点になるよ
うにハーフミラー１５と測定面７１との距離を制御して
おけば、測定面上の弾性波による変位が微小でも、大き
な強度変化があり、感度を向上できる。
０．５、ｒs ＝１のときの干渉光強度と、測定面とハー
フミラーとの距離との関係を表している。Ｐ点になるよ
うにハーフミラー１５と測定面７１との距離を制御して
おけば、測定面上の弾性波による変位が微小でも、大き
な強度変化があり、感度を向上できる。
【００３３】（実施例４） 図９は本発明に従って取り込んだ複数の画像９４，９
５，９６をつなぎ合わせ合成して、大きな範囲の弾性波
による変位を測定する場合の概念図を示している。同図
では、櫛形電極９３によって励起された弾性表面波によ
る測定面の変位を示している。通常、弾性波による変位
は測定したい範囲に対して非常に小さいので、被測定物
を可動ステージ上で制御し移動させて複数の画像を取り
込むと、ステージのピッチングや、平面精度、被測定物
の平面精度などにより、同じ測定ポイントでも異なる画
像では干渉縞の位相がずれることがある。しかしなが
ら、本発明の場合、測定装置にフレームメモリを設け、
複数の画像を取り込んで大きな範囲を測定する場合、画
像を重ねて入力する部分９１，９２を設け、この部分で
干渉縞の位相補正をすることが可能である。
５，９６をつなぎ合わせ合成して、大きな範囲の弾性波
による変位を測定する場合の概念図を示している。同図
では、櫛形電極９３によって励起された弾性表面波によ
る測定面の変位を示している。通常、弾性波による変位
は測定したい範囲に対して非常に小さいので、被測定物
を可動ステージ上で制御し移動させて複数の画像を取り
込むと、ステージのピッチングや、平面精度、被測定物
の平面精度などにより、同じ測定ポイントでも異なる画
像では干渉縞の位相がずれることがある。しかしなが
ら、本発明の場合、測定装置にフレームメモリを設け、
複数の画像を取り込んで大きな範囲を測定する場合、画
像を重ねて入力する部分９１，９２を設け、この部分で
干渉縞の位相補正をすることが可能である。
【００３４】本発明においては、光源１１はパルス発光
が可能な光源である。また、画像として取り込むこと
と、参照面と測定面との距離に設計自由度を持たせるた
めに、光源としては可干渉性が高いレーザであることが
望ましい。本発明の装置で弾性表面波素子を計測する場
合、弾性表面波の周波数が高いため、所望のパルス幅は
数ナノ秒以下になる。この場合、固体レーザや気体レー
ザでは光源が大きくなってしまうので、半導体レーザが
適している。特に、多量子井戸型半導体レーザはパルス
発光してもマルチモードになりにくいため、この用途に
最適である。
が可能な光源である。また、画像として取り込むこと
と、参照面と測定面との距離に設計自由度を持たせるた
めに、光源としては可干渉性が高いレーザであることが
望ましい。本発明の装置で弾性表面波素子を計測する場
合、弾性表面波の周波数が高いため、所望のパルス幅は
数ナノ秒以下になる。この場合、固体レーザや気体レー
ザでは光源が大きくなってしまうので、半導体レーザが
適している。特に、多量子井戸型半導体レーザはパルス
発光してもマルチモードになりにくいため、この用途に
最適である。
【００３５】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、圧電体
に周期的な電気信号を与え、その信号によって励起され
た機械振動の表面変位を光学的に測定する装置におい
て、被測定物の弾性波による変位を広い範囲で瞬時に検
出でき、被測定物を伝播する弾性波の振幅強度と位相と
を容易に検出できる。
に周期的な電気信号を与え、その信号によって励起され
た機械振動の表面変位を光学的に測定する装置におい
て、被測定物の弾性波による変位を広い範囲で瞬時に検
出でき、被測定物を伝播する弾性波の振幅強度と位相と
を容易に検出できる。
【図１】本発明の第１の参考例を示す概略構成図であ
る。
る。
【図２】マイケルソン型干渉計の原理を示す図である。
【図３】被測定物の測定面が平坦でない場合に弾性波が
伝播する様子を示す図である。
伝播する様子を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施例を示す概略構成図であ
る。
る。
【図５】本発明の第２の実施例を示す概略構成図であ
る。
る。
【図６】本発明の第３の実施例を示す概略構成図であ
る。
る。
【図７】ファブリーペロー型干渉計の原理図である。
【図８】ファブリペロー型干渉計で得られる信号強度を
示す図である。
示す図である。
【図９】取り込んだ複数の画像をつなぎ合わせて大きな
範囲の弾性波による変位を測定する場合の概念図を示す
図である。
範囲の弾性波による変位を測定する場合の概念図を示す
図である。
【図１０】弾性波による回折光を検出して弾性波による
変位を観測する従来例を示す図である。
変位を観測する従来例を示す図である。
【図１１】光ファイバリング干渉計で弾性波を観測する
従来例を示す図である。
従来例を示す図である。
【図１２】従来の弾性波を観測するシステムの別の例を
示す図である。
示す図である。
１１ パルス発光する光源 １２ 被測定物（圧電体） １３ 干渉計の参照面 １３１ 参照面移動の駆動手段 １４ 画像入力手段（ＣＣＤ） １５，１５’ ビームスプリッタ（ハーフミラー） １５１，１５１’ ビームスプリッタ（ハーフミラ
ー）移動の駆動手段 １６ コリメータレンズ １７ 圧電体を励起する発振器 １８ パルス発生器 １９ フレームメモリ ２０ 画像表示手段（ＣＲＴ） ２１ 結像レンズ ６１，６１’ 測定面やハーフミラーに垂直に光線を
入射するためのレンズ ９３ 櫛形電極 ９４，９５，９６ 画像データ ９１，９２ 画像データの重なり合う部分 １０１ 被測定物 １０２ 光源（レーザ） １０３ 光検出器 １０４ スリット １０５ 可動ステージ １０７ 発振器 １０８ ミキサー １０９ パルス発生器 １１０ ロックインアンプ １１１ Ｘ−Ｙレコーダ １１２，１１２’ 方向性結合器 １１３ 遅延ループ １１４ 光路 １１５ 集光レンズ １１６ 受光素子 １２０ 被測定物 １２１ 超音波回折セル １２２ ホログラム作成用光学系 １２３ 弾性波伝播パターンの再生用光学系 Ｌ１〜Ｌ５ レンズ Ｓ１〜Ｓ３ スリット ｈｒｇ 感光板またはホログラム
ー）移動の駆動手段 １６ コリメータレンズ １７ 圧電体を励起する発振器 １８ パルス発生器 １９ フレームメモリ ２０ 画像表示手段（ＣＲＴ） ２１ 結像レンズ ６１，６１’ 測定面やハーフミラーに垂直に光線を
入射するためのレンズ ９３ 櫛形電極 ９４，９５，９６ 画像データ ９１，９２ 画像データの重なり合う部分 １０１ 被測定物 １０２ 光源（レーザ） １０３ 光検出器 １０４ スリット １０５ 可動ステージ １０７ 発振器 １０８ ミキサー １０９ パルス発生器 １１０ ロックインアンプ １１１ Ｘ−Ｙレコーダ １１２，１１２’ 方向性結合器 １１３ 遅延ループ １１４ 光路 １１５ 集光レンズ １１６ 受光素子 １２０ 被測定物 １２１ 超音波回折セル １２２ ホログラム作成用光学系 １２３ 弾性波伝播パターンの再生用光学系 Ｌ１〜Ｌ５ レンズ Ｓ１〜Ｓ３ スリット ｈｒｇ 感光板またはホログラム
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01H 9/00 G01H 11/08
Claims (9)
- 【請求項１】 圧電体に周期的な電気信号を与え、その
信号によって励起された機械振動の表面変位を光学的に
測定する装置において、圧電体に入力される電気信号の
周期と光源の発光周期とをわずかに異ならせ、前記圧電
体の表面変位を該圧電体に入力される電気信号の周期と
光源発光周期との差に基づくビート信号として測定する
ことを特徴とする微小周期振動変位の測定装置。 - 【請求項２】 前記機械振動の表面変位を測定するため
の手段の光学系がマイケルソン型干渉計を含んでなるこ
とを特徴とする請求項１に記載の微小周期振動変位の測
定装置。 - 【請求項３】 前記機械振動の表面変位を測定するため
の手段の光学系がフィゾー型干渉計を含んでなることを
特徴とする請求項１に記載の微小周期振動変位の測定装
置。 - 【請求項４】 前記機械振動の表面変位を測定するため
の手段の光学系がファブリーペロー型干渉計を含んでな
ることを特徴とする請求項１に記載の微小周期振動変位
の測定装置。 - 【請求項５】 前記光学系が干渉縞の縞走査法の実行の
ための手段を有することを特徴とする請求項２〜４のい
ずれかに記載の微小周期振動変位の測定装置。 - 【請求項６】 前記光学系が前記圧電体を移動制御する
ための手段を有し、得られる複数の干渉縞の画像データ
をつなぎあわせ合成する手段を有することを特徴とする
請求項２〜４のいずれかに記載の微小周期振動変位の測
定装置。 - 【請求項７】 前記圧電体に入力される電気信号はバー
スト信号であり、前記圧電体に電気信号が入力されてい
ない時間帯では前記光源が発光しないように制御される
か、同時間帯では前記画像入力手段のシャッターが閉じ
られるように制御されることを特徴とする請求項１〜６
のいずれかに記載の微小周期振動変位の測定装置。 - 【請求項８】 前記光源は半導体レーザであることを特
徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の微小周期振動
変位の測定装置。 - 【請求項９】 前記半導体レーザは多量子井戸型半導体
レーザであることを特徴とする請求項８に記載の微小周
期振動変位の測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23730293A JP3150239B2 (ja) | 1993-08-31 | 1993-08-31 | 微小周期振動変位の測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23730293A JP3150239B2 (ja) | 1993-08-31 | 1993-08-31 | 微小周期振動変位の測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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