JP3368961B2 - 変位計 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、被測定体の変位を計測
する変位計に関する。 【０００２】 【従来の技術】被測定体の変位を計測する方法の１つに
スペックルパターンを検出する方法がある。この方法
は、変位（回転、歪み等を含む）する被測定体にレーザ
光を照射して反射させ、その反射レーザ光を受光器に照
射し、これによりその受光器の受光面に形成されたスペ
ックルパターンのセンサ面上の移動を計測することによ
り被測定体の変位を計測するものである（特開昭５６−
２６２０８号公報参照）。 【０００３】図２は、スペックルパターンの移動を検出
するための受光器の一例（Ａ）、及びその受光器の感度
分布（Ｂ）を示す図である。受光器１０の受光面には、
等間隔に複数の光センサ１１が配列されており、これら
の光センサ１１は、１つおきに互いに接続されると共に
差動アンプ１２のプラス側入力端子１２ａないしマイナ
ス側入力端子１２ｂに接続されている。 【０００４】受光器１０をこのように構成すると、図２
（Ｂ）に示すように、各光センサ１１は交互にプラス
側、マイナス側に感度をもつ。このため、この受光器１
０の受光面上に多数のランダムな光点１３の集合からな
るスペックルパターンが照射されると、そのスペックル
パターンのうち周期Ｔに対応した空間周波数成分のみが
抽出される。 【０００５】図３は、図２に示す差動アンプ１２の出力
信号波形を表した図である。横軸は時間軸、縦軸は信号
レベルを表している。図２に示す受光器１０の受光面上
に照射されたスペックルパターンが図２の左右方向に移
動すると、その移動に伴って図３に示すような繰り返し
波形が得られ、この繰返しをカウントし、くし歯ピッチ
をかけ算することにより被測定体の移動量等を検出する
ことができる。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】ただし、上述した空間
フィルター検出器は、受光面上に十分な光強度をもった
スペックルパターンが形成されていても、空間フィルタ
ーで選択される空間周波数成分（周期Ｔ）をもたないパ
ターンもあり得る。このときは、図６に示すように、出
力信号が消失してしまいパターンの移動に対応した繰り
返し波形が得られなくなり、移動量測定を行うことがで
きなかった。 【０００７】さらに、スペックルパターンがどちらの方
向に移動しても同じ変化をするために移動方向を求める
ことができなかった。このため、物体の移動量を安定に
測定することができず、また測定範囲も制約されてい
た。本発明は以上のような従来の空間フィルター検出器
の問題点に鑑みて、スペックルパターンが移動しても、
出力信号を消失させることなく、常に安定した計測を行
い、かつ移動方向の検出も可能な変位計を提供すること
を目的とする。 【０００８】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の変位計は、 （１）被測定体にレーザ光を照射する、該レーザ光の波
長が制御されるレーザ光源 （２）上記被測定体から反射したレーザ光のスペックル
パターンに含まれる所定の空間周波数成分を表わす、互
いに位相が９０度異なる２つの信号が抽出されるように
受光素子が配列された受光器 （３）上記２つの信号に基づいて、上記所定の空間周波
数成分が所定のパワー以下であると判定されるときに上
記レーザ光の波長が変更されるように上記レーザ光源を
制御する制御器を備えたことを特徴とするものである。 【０００９】 【作用】スペックルパターンは、散乱反射体表面のラン
ダムな凹凸によるレーザ光の干渉により生じるものであ
り、同一の散乱反射体の同一スポットを照射した場合で
あっても、レーザ光の波長が異なるとそのスペックルパ
ターンは大きく異なったパターンとなる。一方、例えば
半導体レーザは電流を変化させることにより、その半導
体レーザから放射されるレーザ光の波長が変化する。 【００１０】本発明は、上記の点に着目して完成された
ものであり、受光器の受光面上に形成されたスペックル
パターンの、検出対象とされる所望の空間周波数成分が
所定強度以下となったときにレーザ光の波長が変更さ
れ、これによりパターンの全く異なるスペックルパター
ンを形成して所定強度以上の所望の空間周波数成分を得
るように構成したものである。これにより、常に高精度
の変位計測が可能となる。 【００１１】なお、本発明ではレーザ光の波長を変更す
るにあたり、複数の波長を予め定めておいて、それらの
間で切り換えるように構成してもよく、波長を連続的に
変化させるように構成してもよい。あるいは、波長の異
なるレーザ光を放射するレーザ光源を複数用意しておい
て、それらのうちどのレーザ光源を用いるかを切り換え
てもよい。 【００１２】 【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
４は本発明の変位計の受光器の一例を示した図、図５は
図４に示す受光器の受光感度分布を示した図である。図
４に示す受光器１１０は、図２に示す受光器１０を２組
組み合わせた配列をなしており、３つおきの光センサ１
１１ １は互いに接続されると共に差動アンプ１１２
２のプラス入力端子に接続されており、また３つおきの
光センサ１１１ ２は互いに接続されると共に差動アン
プ１１２ ２のマイナス入力端子に接続されている。ま
たこれと同様に、それぞれ３つおきの光センサ１１２
１，１１２ ２はそれぞれ互いに接続されるとともに差
動アンプ１１２ １のプラス入力端子、マイナス入力端
子に接続されている。ここで、光センサ１１１ １，１
１１ ２の配列と光センサ１１２ １，１１２ ２の配
列は互いに位相が９０度異なっており、したがってそれ
ぞれ図５（ａ），（ｂ）に示すように位相が９０度ずれ
た感度分布をもつ。 【００１３】図１は、本発明の変位計の一実施例の、回
路部を表す回路ブロック図である。この回路部は、図４
に示すセンサ部と結合して用いられる。図４に示す２つ
の差動アンプ１１２ １，１１２ ２の各出力信号は、
図１に示す、各入力端子１３０ １，１３０ ２から入
力され、パワー判定器１３１と位相器１３２に入力され
る。パワー判定器１３１では、２つの入力端子１３０
１，１３０ ２から入力された２つの信号の信号レベル
の自乗和を演算し、その自乗和が所定のしきい値以上か
否か、すなわち高精度の変位検出を行うことができる信
号レベルにあるか否かが判定される。その判定結果は、
レーザ制御器１３３に入力され、レーザ制御器１３３で
は、十分な信号レベルにないと判定された場合に半導体
レーザ１３４の注入電流を変化させ、これにより、波長
の変化したレーザ光１３５を半導体レーザ１３４から放
射させる。すると、受光器１１０（図４参照）の受光面
上に形成されるスペックルパターンの形状が大きく変化
し、今度は所定以上の強度の信号が入力端子１３０
１，１３０ ２から入力されるようになる。一方位相器
１３２では、入力された２つの信号の逆正接（ａｒｃｔ
ａｎ）の演算を行い、これにより受光器１１０で受光さ
れたスペックルパターンの位相が求められる。この位相
によりそのスペックルパターンの変位方向が検出され
る。また、今回求められた位相と、遅延器１３６に記憶
された前回求められた位相との差分を差動アンプ１３７
で求め、その差分を累積することにより、被測定体の変
位量が検出される。 【００１４】ここに、本実施例においては、レーザ光制
御器１３３は、半導体レーザ１３４の注入電流を変化さ
せることによりそのレーザ光の波長を変化させている
が、互いにレーザ光の波長の異なる複数のレーザ光源を
備え、それらのレーザ光源を切り換えることによりレー
ザ光の波長を変更する構成であってもよい。 【００１５】 【発明の効果】以上説明したように、本発明の変位計
は、スペックルパターンの、受光器に対応した所定の空
間周波数成分の強度が所定以下であると判断された場合
に、レーザ光の波長を変えることによりそのスペックル
パターンがその空間周波数成分を持つようにスペックル
パターンの形状を変化させるものであるため、常に高精
度の変位計測が可能となる。
する変位計に関する。 【０００２】 【従来の技術】被測定体の変位を計測する方法の１つに
スペックルパターンを検出する方法がある。この方法
は、変位（回転、歪み等を含む）する被測定体にレーザ
光を照射して反射させ、その反射レーザ光を受光器に照
射し、これによりその受光器の受光面に形成されたスペ
ックルパターンのセンサ面上の移動を計測することによ
り被測定体の変位を計測するものである（特開昭５６−
２６２０８号公報参照）。 【０００３】図２は、スペックルパターンの移動を検出
するための受光器の一例（Ａ）、及びその受光器の感度
分布（Ｂ）を示す図である。受光器１０の受光面には、
等間隔に複数の光センサ１１が配列されており、これら
の光センサ１１は、１つおきに互いに接続されると共に
差動アンプ１２のプラス側入力端子１２ａないしマイナ
ス側入力端子１２ｂに接続されている。 【０００４】受光器１０をこのように構成すると、図２
（Ｂ）に示すように、各光センサ１１は交互にプラス
側、マイナス側に感度をもつ。このため、この受光器１
０の受光面上に多数のランダムな光点１３の集合からな
るスペックルパターンが照射されると、そのスペックル
パターンのうち周期Ｔに対応した空間周波数成分のみが
抽出される。 【０００５】図３は、図２に示す差動アンプ１２の出力
信号波形を表した図である。横軸は時間軸、縦軸は信号
レベルを表している。図２に示す受光器１０の受光面上
に照射されたスペックルパターンが図２の左右方向に移
動すると、その移動に伴って図３に示すような繰り返し
波形が得られ、この繰返しをカウントし、くし歯ピッチ
をかけ算することにより被測定体の移動量等を検出する
ことができる。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】ただし、上述した空間
フィルター検出器は、受光面上に十分な光強度をもった
スペックルパターンが形成されていても、空間フィルタ
ーで選択される空間周波数成分（周期Ｔ）をもたないパ
ターンもあり得る。このときは、図６に示すように、出
力信号が消失してしまいパターンの移動に対応した繰り
返し波形が得られなくなり、移動量測定を行うことがで
きなかった。 【０００７】さらに、スペックルパターンがどちらの方
向に移動しても同じ変化をするために移動方向を求める
ことができなかった。このため、物体の移動量を安定に
測定することができず、また測定範囲も制約されてい
た。本発明は以上のような従来の空間フィルター検出器
の問題点に鑑みて、スペックルパターンが移動しても、
出力信号を消失させることなく、常に安定した計測を行
い、かつ移動方向の検出も可能な変位計を提供すること
を目的とする。 【０００８】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の変位計は、 （１）被測定体にレーザ光を照射する、該レーザ光の波
長が制御されるレーザ光源 （２）上記被測定体から反射したレーザ光のスペックル
パターンに含まれる所定の空間周波数成分を表わす、互
いに位相が９０度異なる２つの信号が抽出されるように
受光素子が配列された受光器 （３）上記２つの信号に基づいて、上記所定の空間周波
数成分が所定のパワー以下であると判定されるときに上
記レーザ光の波長が変更されるように上記レーザ光源を
制御する制御器を備えたことを特徴とするものである。 【０００９】 【作用】スペックルパターンは、散乱反射体表面のラン
ダムな凹凸によるレーザ光の干渉により生じるものであ
り、同一の散乱反射体の同一スポットを照射した場合で
あっても、レーザ光の波長が異なるとそのスペックルパ
ターンは大きく異なったパターンとなる。一方、例えば
半導体レーザは電流を変化させることにより、その半導
体レーザから放射されるレーザ光の波長が変化する。 【００１０】本発明は、上記の点に着目して完成された
ものであり、受光器の受光面上に形成されたスペックル
パターンの、検出対象とされる所望の空間周波数成分が
所定強度以下となったときにレーザ光の波長が変更さ
れ、これによりパターンの全く異なるスペックルパター
ンを形成して所定強度以上の所望の空間周波数成分を得
るように構成したものである。これにより、常に高精度
の変位計測が可能となる。 【００１１】なお、本発明ではレーザ光の波長を変更す
るにあたり、複数の波長を予め定めておいて、それらの
間で切り換えるように構成してもよく、波長を連続的に
変化させるように構成してもよい。あるいは、波長の異
なるレーザ光を放射するレーザ光源を複数用意しておい
て、それらのうちどのレーザ光源を用いるかを切り換え
てもよい。 【００１２】 【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
４は本発明の変位計の受光器の一例を示した図、図５は
図４に示す受光器の受光感度分布を示した図である。図
４に示す受光器１１０は、図２に示す受光器１０を２組
組み合わせた配列をなしており、３つおきの光センサ１
１１ １は互いに接続されると共に差動アンプ１１２
２のプラス入力端子に接続されており、また３つおきの
光センサ１１１ ２は互いに接続されると共に差動アン
プ１１２ ２のマイナス入力端子に接続されている。ま
たこれと同様に、それぞれ３つおきの光センサ１１２
１，１１２ ２はそれぞれ互いに接続されるとともに差
動アンプ１１２ １のプラス入力端子、マイナス入力端
子に接続されている。ここで、光センサ１１１ １，１
１１ ２の配列と光センサ１１２ １，１１２ ２の配
列は互いに位相が９０度異なっており、したがってそれ
ぞれ図５（ａ），（ｂ）に示すように位相が９０度ずれ
た感度分布をもつ。 【００１３】図１は、本発明の変位計の一実施例の、回
路部を表す回路ブロック図である。この回路部は、図４
に示すセンサ部と結合して用いられる。図４に示す２つ
の差動アンプ１１２ １，１１２ ２の各出力信号は、
図１に示す、各入力端子１３０ １，１３０ ２から入
力され、パワー判定器１３１と位相器１３２に入力され
る。パワー判定器１３１では、２つの入力端子１３０
１，１３０ ２から入力された２つの信号の信号レベル
の自乗和を演算し、その自乗和が所定のしきい値以上か
否か、すなわち高精度の変位検出を行うことができる信
号レベルにあるか否かが判定される。その判定結果は、
レーザ制御器１３３に入力され、レーザ制御器１３３で
は、十分な信号レベルにないと判定された場合に半導体
レーザ１３４の注入電流を変化させ、これにより、波長
の変化したレーザ光１３５を半導体レーザ１３４から放
射させる。すると、受光器１１０（図４参照）の受光面
上に形成されるスペックルパターンの形状が大きく変化
し、今度は所定以上の強度の信号が入力端子１３０
１，１３０ ２から入力されるようになる。一方位相器
１３２では、入力された２つの信号の逆正接（ａｒｃｔ
ａｎ）の演算を行い、これにより受光器１１０で受光さ
れたスペックルパターンの位相が求められる。この位相
によりそのスペックルパターンの変位方向が検出され
る。また、今回求められた位相と、遅延器１３６に記憶
された前回求められた位相との差分を差動アンプ１３７
で求め、その差分を累積することにより、被測定体の変
位量が検出される。 【００１４】ここに、本実施例においては、レーザ光制
御器１３３は、半導体レーザ１３４の注入電流を変化さ
せることによりそのレーザ光の波長を変化させている
が、互いにレーザ光の波長の異なる複数のレーザ光源を
備え、それらのレーザ光源を切り換えることによりレー
ザ光の波長を変更する構成であってもよい。 【００１５】 【発明の効果】以上説明したように、本発明の変位計
は、スペックルパターンの、受光器に対応した所定の空
間周波数成分の強度が所定以下であると判断された場合
に、レーザ光の波長を変えることによりそのスペックル
パターンがその空間周波数成分を持つようにスペックル
パターンの形状を変化させるものであるため、常に高精
度の変位計測が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の変位計の一実施例の、回路部を表す回
路ブロック図である。 【図２】スペックルパターンの移動を検出するための受
光器の一例（Ａ）、及びその受光器の感度分布（Ｂ）を
示す図である。 【図３】差動アンプの出力波形を表した図である。 【図４】被測定体の変位の計測に適した受光器の一例を
示した図である。 【図５】図４に示す受光器の受光感度分布を表した図で
ある。 【図６】従来技術の欠点の説明図である。 【符号の説明】 １０，１１０ 受光器 １１，１１１ １，１１１ ２，１１２ １，１１２
２ 光センサ １３１ パワー判定器 １３２ 位相検出器 １３３ レーザ制御器 １３４ 半導体レーザ １３５ レーザ光 １３６ 遅延器 １３７ 差動アンプ
路ブロック図である。 【図２】スペックルパターンの移動を検出するための受
光器の一例（Ａ）、及びその受光器の感度分布（Ｂ）を
示す図である。 【図３】差動アンプの出力波形を表した図である。 【図４】被測定体の変位の計測に適した受光器の一例を
示した図である。 【図５】図４に示す受光器の受光感度分布を表した図で
ある。 【図６】従来技術の欠点の説明図である。 【符号の説明】 １０，１１０ 受光器 １１，１１１ １，１１１ ２，１１２ １，１１２
２ 光センサ １３１ パワー判定器 １３２ 位相検出器 １３３ レーザ制御器 １３４ 半導体レーザ １３５ レーザ光 １３６ 遅延器 １３７ 差動アンプ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01B 11/00 - 11/30 102
G01P 3/36 - 3/40
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 被測定体にレーザ光を照射する、該レー
ザ光の波長が制御されるレーザ光源と、 前記被測定体から反射した前記レーザ光のスペックルパ
ターンに含まれる所定の空間周波数成分を表わす、互い
に位相が９０度異なる２つの信号が抽出されるように受
光素子が配列された受光器と、前記２つの信号に基づい
て、前記所定の空間周波数成分が所定のパワー以下であ
ると判定されるときに前記レーザ光の波長が変更される
ように前記レーザ光源を制御する制御器とを備えたこと
を特徴とする変位計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33377893A JP3368961B2 (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 変位計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33377893A JP3368961B2 (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 変位計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07190721A JPH07190721A (ja) | 1995-07-28 |
| JP3368961B2 true JP3368961B2 (ja) | 2003-01-20 |
Family
ID=18269858
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33377893A Expired - Fee Related JP3368961B2 (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 変位計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3368961B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1756512A2 (en) * | 2004-05-21 | 2007-02-28 | Silicon Light Machines Corporation | Speckle sizing and sensor dimensions in optical positioning device |
-
1993
- 1993-12-27 JP JP33377893A patent/JP3368961B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07190721A (ja) | 1995-07-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20021022 |
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