JP5354675B2 - Displacement distribution measuring method, apparatus and program - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a downsized displacement distribution measuring method, apparatus, and program capable of measuring a displacement distribution of a measurement object at a high speed. <P>SOLUTION: The displacement distribution measuring apparatus (1) includes a laser source (11) emitting light of a predetermined wavelength; a beam splitter (14) splitting the emitted light into object light and reference light; a mirrored PZT stage (20) shifting a phase of the reference light by a predetermined amount; pellicle beam splitters (17, 18) branching the phase-shifted reference light into a plurality; and CCD sensors (15, 16) photographing an interference pattern of the object light scattered by the measurement object (23) and the branched reference light. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、変位分布計測方法、装置及びプログラムに関し、特に、位相シフトデジタルホログラフィにより複数台の撮像素子を使用して計測物体の変位分布を計測する変位分布計測方法、装置及びプログラムに関するものである。   The present invention relates to a displacement distribution measuring method, apparatus, and program, and more particularly, to a displacement distribution measuring method, apparatus, and program for measuring a displacement distribution of a measurement object using a plurality of imaging elements by phase shift digital holography. .

機械構造物の応力・変位・ひずみ計測を高精度に行うことは、多くの産業分野における重要な課題である。特に、橋梁などのインフラ構造物の欠陥検査を効率よく行うことは重要であり、高速かつ効率のよい変位分布やひずみ分布(以下、総括して「変位分布」と称する)を計測する技法の開発が求められている。   It is an important issue in many industrial fields to accurately measure stress, displacement, and strain of machine structures. In particular, it is important to efficiently inspect defects in infrastructure structures such as bridges, and development of techniques for measuring high-speed and efficient displacement distribution and strain distribution (hereinafter collectively referred to as “displacement distribution”). Is required.

位相シフトデジタルホログラフィ(Phase−shifting Digital Holography,PSDH)は、非接触かつ表面処理なしに計測物体の微小な変位分布やひずみ分布の計測ができる新しい方法である。この方法では、計測物体の変形前後の干渉縞をCCDカメラにより撮像してコンピュータにより再生し、フィルムを現像する工程を省略できるため、計測物体表面の変位量等を高速に計測することができる(例えば、非特許文献1参照)。   Phase-shifting digital holography (Phase-shifting Digital Holography, PSDH) is a new method capable of measuring minute displacement distribution and strain distribution of a measurement object without contact and without surface treatment. In this method, the interference fringes before and after the deformation of the measurement object can be imaged by a CCD camera, reproduced by a computer, and the process of developing the film can be omitted, so that the displacement amount of the measurement object surface can be measured at high speed ( For example, refer nonpatent literature 1).

位相シフトデジタルホログラフィによる変位分布計測装置は、小型化により外部からの振動の影響を受けにくくなるため、光学実験台上でなくても屋外にて計測実験が可能になる。そのため、計測装置の小型化に対する研究が行われており、光学系をコンパクトに作成して一体化された可搬型の変位分布計測装置が望まれる。   The displacement distribution measuring device using phase shift digital holography is less susceptible to external vibration due to its miniaturization, so that a measurement experiment can be performed outdoors without being on an optical test bench. For this reason, research on downsizing of the measuring apparatus has been conducted, and a portable displacement distribution measuring apparatus in which an optical system is made compact and integrated is desired.

こうした中、計測物体に2方向からレーザを照射し、計測物体の面内方向及び面外方向の変位を高精度に計測することを可能にする技術が既知である(例えば、特許文献1参照)。   Under such circumstances, a technique is known that enables a measurement object to be irradiated with a laser from two directions and to measure the displacement in the in-plane direction and the out-of-plane direction of the measurement object with high accuracy (for example, see Patent Document 1). .

しかし、デジタルホログラフィによる変位分布計測では、3方向の変位を計測するためには、独立した3方向からの受光情報が必要なため、最低3光束の入射光が必要であり、3光束の光学系を小型の装置に組み込むためには、かなり複雑な光学系の設計が必要となる。   However, in displacement distribution measurement by digital holography, in order to measure displacement in three directions, light reception information from three independent directions is required, and therefore, incident light of at least three light beams is necessary. In order to incorporate the device into a small apparatus, it is necessary to design a rather complicated optical system.

そこで、物体光として3方向から同時にレーザを照射し、7回の位相シフトによって撮影されたデジタルホログラムから各方向の成分を抽出し、得られた成分から3次元の変位分布と2次元のひずみ分布を計測する技術が提案されている(例えば、特許文献2参照)。   Therefore, a laser beam is irradiated simultaneously from three directions as object light, components in each direction are extracted from a digital hologram photographed by seven phase shifts, and a three-dimensional displacement distribution and a two-dimensional strain distribution are obtained from the obtained components. Has been proposed (see, for example, Patent Document 2).

特開2007−071584号公報JP 2007-071584 A 特開2007−240465号公報JP 2007-240465 A

高橋功、他4名、「位相シフトデジタルホログラフィを用いた面外変位計測」、実験力学、2003年6月、Vol.3、No.2、p.98−102Isao Takahashi and 4 others, “Out-of-plane displacement measurement using phase shift digital holography”, Experimental Mechanics, June 2003, Vol. 3, no. 2, p. 98-102

しかし、特許文献1の技術は、1つの撮像素子で機械的にシャッターを使って照射方向を順番に切り替えて各画像を順に撮影するため変位分布の計測に多くの時間を要する。   However, the technique of Patent Document 1 takes a lot of time to measure the displacement distribution because a single image sensor mechanically uses a shutter to switch the irradiation direction in order and sequentially captures each image.

一方、特許文献2の技術は、小型化に関して特許文献1の発明による装置より有利であるものの、レーザ光源と物体光を作る光学系が3個必要であるため、更なる改善の余地を有している。また、撮影の際に位相シフトする回数が7回以上必要であるため、撮影に要する時間に関しても更なる改善が望まれる。   On the other hand, although the technique of Patent Document 2 is more advantageous than the apparatus according to the invention of Patent Document 1 in terms of downsizing, there is room for further improvement because three optical systems for producing a laser light source and object light are required. ing. In addition, since the number of phase shifts required for shooting is seven or more, further improvement in the time required for shooting is desired.

そこで本発明の目的は、装置の小型化とともに計測物体の変位分布の計測時間を短縮できる位相シフトデジタルホログラフィによる変位分布計測方法、装置及びプログラムを提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a displacement distribution measuring method, apparatus, and program by phase shift digital holography that can shorten the measuring time of the displacement distribution of a measurement object while reducing the size of the apparatus.

本願の発明者らは、変位分布計測装置の小型化及び変位分布等を高速に計測する方法について鋭意検討した結果、変位分布計測装置に撮像素子を複数台備えて物体光を1つにする構成とし、通常は物体光と参照光とをCCDセンサに平行に入射するon−axis構成とするところを、あえて物体光と参照光とを平行に入射しないoff−axis構成とすることにより光学系を簡素化することができ、計測装置の小型化とともに位相シフトの回数の低減やシャッター切り換え工程の省略により変位分布等の計測を高速に実行できることを見出した。即ち、デジタルホログラフィにおいては、撮像素子の画素ピッチがホログラム乾板の粒子サイズよりも大きいために、物体光と参照光が同じ方向となるon−axis光学系が用いられてきたが、実際にはon−axis構成は必須ではなく、off−axis光学系であってもホログラムを撮影することができることを実証した。また、本願の本発明者らは、off−axis光学系においては実際には計測物体は撮像素子の正面ではなく斜め前方にあるが、再生時の計算にフーリエ変換を用いることにより再生像は撮像素子の正面に現れることを利用し、1光束に対して複数個の撮像素子を用いることにより、独立な異なる方向からの受光情報を撮像素子と同数だけ得ることができるようになり、光学系を簡素化する。   The inventors of the present application have made extensive studies on the downsizing of the displacement distribution measuring device and the method for measuring the displacement distribution at high speed. As a result, the displacement distribution measuring device has a plurality of image sensors and has a single object beam. In general, the on-axis configuration in which the object light and the reference light are incident in parallel to the CCD sensor is changed to the off-axis configuration in which the object light and the reference light are not incident in parallel. It has been found that the measurement can be simplified and the displacement distribution and the like can be measured at high speed by reducing the number of phase shifts and omitting the shutter switching step with the miniaturization of the measuring device. That is, in digital holography, since the pixel pitch of the image sensor is larger than the particle size of the hologram dry plate, an on-axis optical system in which object light and reference light are in the same direction has been used. -Axis configuration is not essential, and it has been demonstrated that even an off-axis optical system can capture a hologram. In addition, in the off-axis optical system, the inventors of the present application actually have the measurement object obliquely forward rather than in front of the imaging element, but the reproduced image is captured by using Fourier transform for the calculation at the time of reproduction. Utilizing the fact that it appears in front of the element and using a plurality of image sensors for one light beam, it becomes possible to obtain the same number of received light information from different independent directions as the image sensor. Simplify.

即ち、本発明による変位分布計測方法は、off−axis光学系における位相シフトデジタルホログラフィにより計測物体の変形による変位を計測する変位分布計測方法であって、所定の波長のレーザ光を放射するステップと、放射された前記レーザ光を、前記計測物体に照射するための物体光と、前記物体光との干渉縞を生成するための参照光とに分離するステップと、前記参照光の位相を所定量だけシフトさせるステップと、光軸が互いに平行である所定の数の撮像素子の各々に入射するために前記位相シフトされた参照光を複数に分岐するステップと、前記計測物体により散乱された前記物体光と、分岐された各参照光との干渉縞を各撮像素子により撮像するステップと、各撮像素子により撮像された前記干渉縞の各々から前記計測物体の再生像の複素振幅分布を算出し、前記計測物体の変形前後の当該複素振幅分布の位相差から前記計測物体の変位分布を計測するステップとを含むことを特徴とするものである。   That is, a displacement distribution measuring method according to the present invention is a displacement distribution measuring method for measuring displacement due to deformation of a measurement object by phase shift digital holography in an off-axis optical system, and emitting a laser beam having a predetermined wavelength; Separating the emitted laser light into object light for irradiating the measurement object and reference light for generating interference fringes with the object light, and a phase of the reference light by a predetermined amount The phase-shifted reference light to be incident on each of a predetermined number of imaging elements whose optical axes are parallel to each other, and the object scattered by the measurement object The step of imaging the interference fringes between the light and each branched reference light by each image sensor, and the measurement from each of the interference fringes imaged by each image sensor Calculating a complex amplitude distribution in the body of the reproduced image and is characterized in that it comprises a step of measuring a displacement distribution of the measurement object from the phase difference of the complex amplitude distribution of the front and rear deformation of the measurement object.

また、本発明による変位分布計測方法は、off−axis光学系における位相シフトデジタルホログラフィにより計測物体の変形による変位を計測する変位分布計測方法であって、所定の波長のレーザ光を放射するステップと、放射された前記レーザ光を、前記計測物体に照射するための物体光と、前記物体光との干渉縞を生成するための参照光とに分離するステップと、前記物体光の位相を所定量だけシフトさせるステップと、光軸が互いに平行である所定の数の撮像素子の各々に入射するために前記参照光を複数に分岐するステップと、位相シフトされ、前記計測物体により散乱された前記物体光と、分岐された各参照光との干渉縞を各撮像素子により撮像するステップと、各撮像素子により撮像された前記干渉縞の各々から前記計測物体の再生像の複素振幅分布を算出し、前記計測物体の変形前後の当該複素振幅分布の位相差から前記計測物体の変位分布を計測するステップと、を含むことを特徴とするものである。   A displacement distribution measuring method according to the present invention is a displacement distribution measuring method for measuring displacement due to deformation of a measurement object by phase shift digital holography in an off-axis optical system, and emitting a laser beam of a predetermined wavelength; Separating the emitted laser light into object light for irradiating the measurement object and reference light for generating interference fringes with the object light, and a phase of the object light by a predetermined amount A step of shifting the reference light into a plurality of light beams so as to be incident on each of a predetermined number of imaging elements whose optical axes are parallel to each other, and the object that is phase-shifted and scattered by the measurement object The step of imaging the interference fringes between the light and each branched reference light by each image sensor, and the measurement from each of the interference fringes imaged by each image sensor Calculating a complex amplitude distribution in the body of the reproduced image and is characterized in that it comprises a step of measuring a displacement distribution of the measurement object from the phase difference of the complex amplitude distribution of the front and rear deformation of the measurement object.

また、本発明による変位分布計測方法において、得られた前記計測物体の変位分布からひずみ分布を求めるステップを更に含むことを特徴とするものである。   The displacement distribution measurement method according to the present invention further includes a step of obtaining a strain distribution from the obtained displacement distribution of the measurement object.

また、本発明による変位分布計測方法において、前記撮像素子により撮像された前記干渉縞の各々に対して、当該干渉縞から得られた再生像の位置を調整するステップを更に含むことを特徴とするものである。   The displacement distribution measuring method according to the present invention further includes a step of adjusting the position of a reproduced image obtained from the interference fringe for each of the interference fringes imaged by the imaging device. Is.

また、本発明による変位分布計測装置は、off−axis光学系における位相シフトデジタルホログラフィにより計測物体の変形による変位を計測する変位分布計測装置であって、所定の波長のレーザ光を発生する光照射手段と、発生された前記レーザ光を前記計測物体に照射するための物体光と、前記物体光との干渉縞を生成するための参照光とに分離する分離手段と、前記参照光の位相を所定量だけシフトさせる位相シフト手段と、光軸が互いに平行である所定の数の撮像素子の各々に入射するために前記位相シフトされた参照光を複数に分岐する分岐手段と、前記計測物体により散乱された前記物体光と、分岐された各参照光との干渉縞を各撮像素子により撮像する複数の撮像素子と、各撮像素子により撮像された前記干渉縞の各々から前記計測物体の再生像の複素振幅分布を算出し、前記計測物体の変形前後の当該複素振幅分布の位相差から前記計測物体の変位分布を算出する変位分布算出手段とを備えることを特徴とするものである。   A displacement distribution measuring apparatus according to the present invention is a displacement distribution measuring apparatus that measures displacement due to deformation of a measurement object by phase-shift digital holography in an off-axis optical system, and that emits laser light having a predetermined wavelength. Means, separation means for separating the object light for irradiating the measurement object with the generated laser light and reference light for generating interference fringes with the object light, and the phase of the reference light A phase shift means for shifting by a predetermined amount; a branch means for branching the phase-shifted reference light into a plurality of light beams so as to enter each of a predetermined number of imaging elements whose optical axes are parallel to each other; and the measurement object. Each of the interference fringes imaged by each of the plurality of image sensors that images the interference fringes of the scattered object light and each branched reference light with each image sensor Displacement distribution calculating means for calculating a complex amplitude distribution of a reproduced image of the measurement object and calculating a displacement distribution of the measurement object from a phase difference of the complex amplitude distribution before and after the deformation of the measurement object. To do.

また、本発明による変位分布計測装置は、off−axis光学系における位相シフトデジタルホログラフィにより計測物体の変形による変位を計測する変位分布計測装置であって、所定の波長のレーザ光を発生する光照射手段と、発生された前記レーザ光を前記計測物体に照射するための物体光と、前記物体光との干渉縞を生成するための参照光とに分離する分離手段と、前記物体光の位相を所定量だけシフトさせる位相シフト手段と、光軸が互いに平行である所定の数の撮像素子の各々に入射するために前記位相シフトされた参照光を複数に分岐する分岐手段と、位相シフトされ、前記計測物体により散乱された前記物体光と、分岐された各参照光との干渉縞を各撮像素子により撮像する複数の撮像素子と、
各撮像素子により撮像された前記干渉縞の各々から前記計測物体の再生像の複素振幅分布を算出し、前記計測物体の変形前後の当該複素振幅分布の位相差から前記計測物体の変位分布を算出する変位分布算出手段とを備えることを特徴とするものである。
A displacement distribution measuring apparatus according to the present invention is a displacement distribution measuring apparatus that measures displacement due to deformation of a measurement object by phase-shift digital holography in an off-axis optical system, and that emits laser light having a predetermined wavelength. Means, separation means for separating the object light for irradiating the measurement object with the generated laser light and reference light for generating interference fringes with the object light, and the phase of the object light Phase-shifting means for shifting by a predetermined amount; branching means for branching the phase-shifted reference light into a plurality of light beams so as to be incident on each of a predetermined number of imaging elements whose optical axes are parallel to each other; A plurality of image sensors that capture images of interference fringes between the object light scattered by the measurement object and each branched reference light;
The complex amplitude distribution of the reproduced image of the measurement object is calculated from each of the interference fringes imaged by each imaging device, and the displacement distribution of the measurement object is calculated from the phase difference of the complex amplitude distribution before and after the deformation of the measurement object. And a displacement distribution calculating means.

また、本発明による変位分布計測装置において、得られた前記計測物体の変位分布からひずみ分布を求めるひずみ分布解析手段を更に備えることを特徴とするものである。   The displacement distribution measuring apparatus according to the present invention further includes strain distribution analysis means for obtaining a strain distribution from the obtained displacement distribution of the measurement object.

また、本発明による変位分布計測装置において、前記撮像素子により撮影された前記干渉縞の各々に対して、当該干渉縞から得られた再生像の位置を調整する再生像位置調整手段を更に備えることを特徴とするものである。   The displacement distribution measuring apparatus according to the present invention further includes reproduction image position adjusting means for adjusting the position of the reproduction image obtained from the interference fringe for each of the interference fringes photographed by the image sensor. It is characterized by.

また、本発明による変位分布計測プログラムは、請求項5〜8のいずれか一項に記載の変位分布計測装置における前記変位分布算出手段として構成するコンピュータに、各撮像素子により撮像された前記干渉縞の各々から前記計測物体の再生像の複素振幅分布を算出するステップと、前記計測物体の変形前後の当該複素振幅分布の位相差から前記計測物体の変位分布を算出するステップとを実行させるものである。   Moreover, the displacement distribution measurement program according to the present invention provides the interference fringes imaged by each image sensor on a computer configured as the displacement distribution calculation means in the displacement distribution measurement device according to any one of claims 5 to 8. A step of calculating a complex amplitude distribution of a reproduced image of the measurement object from each of the steps, and a step of calculating a displacement distribution of the measurement object from a phase difference of the complex amplitude distribution before and after the deformation of the measurement object. is there.

本発明によれば、光源を1つにして光学系を簡素化することにより計測装置を小型化できるとともに、位相シフト回数の低減とシャッターの切り換え工程の省略により計測物体の変位分布やひずみ分布を高速に計測することができる。   According to the present invention, it is possible to reduce the size of the measuring device by simplifying the optical system with one light source, and reduce the displacement distribution and strain distribution of the measuring object by reducing the number of phase shifts and omitting the shutter switching process. It can measure at high speed.

本発明による実施例1の変位分布計測装置のブロック図である。It is a block diagram of the displacement distribution measuring device of Example 1 by the present invention. 位相シフトデジタルホログラフィ干渉法における物体光と参照光との回折現象を示す図である。It is a figure which shows the diffraction phenomenon of the object light and reference light in a phase shift digital holography interferometry. ホログラム面と再生面における複素振幅分布の対応関係を示す図である。It is a figure which shows the correspondence of the complex amplitude distribution in a hologram surface and a reproduction | regeneration surface. (a)on−axis構成及び(b)off−axis構成に対する、位相シフト時における撮像素子の各画素上での干渉縞パターンの模式図である。It is a schematic diagram of the interference fringe pattern on each pixel of the image sensor at the time of phase shift with respect to (a) on-axis configuration and (b) off-axis configuration. 2個のCCDセンサ、物体の配置及び再生像の位置関係を示す図である。It is a figure which shows the positional relationship of the arrangement | positioning of two CCD sensors, an object, and a reproduction image. 再生面に対して面内方向に隣接する空間における再生の概念図である。It is a conceptual diagram of reproduction in a space adjacent to the reproduction plane in the in-plane direction. ホログラム面及び再生面における光軸の移動を示す図である。It is a figure which shows the movement of the optical axis in a hologram surface and a reproduction | regeneration surface. 本発明による光軸調整により再生面上での再生像の移動を示す図である。It is a figure which shows the movement of the reproduction | regeneration image on a reproduction | regeneration surface by the optical axis adjustment by this invention. 本発明の実施例1による面内変位計測実験において使用される計測試料である。It is a measurement sample used in the in-plane displacement measurement experiment by Example 1 of this invention. 本発明の実施例1において、(a)CCDセンサ15及び(b)CCDセンサ16により得られた変形前の再生像を示す図である。In Example 1 of this invention, it is a figure which shows the reproduction image before a deformation | transformation obtained by (a) CCD sensor 15 and (b) CCD sensor 16. FIG. 本発明の実施例1において、(a)CCDセンサ15及び(b)CCDセンサ16により得られた変形前後の位相差を示す図である。In Example 1 of this invention, it is a figure which shows the phase difference before and behind a deformation | transformation obtained by (a) CCD sensor 15 and (b) CCD sensor 16. FIG. 本発明の実施例1により得られた変形後のx方向の変位分布を示す図である。It is a figure which shows the displacement distribution of the x direction after the deformation | transformation obtained by Example 1 of this invention. 本発明の実施例1により得られた変形後のx方向のひずみ分布を示す図である。It is a figure which shows the distortion distribution of the x direction after the deformation | transformation obtained by Example 1 of this invention. 本発明による実施例2の変位分布計測装置のブロック図である。It is a block diagram of the displacement distribution measuring device of Example 2 by the present invention. (a)〜(d)は、本発明による実施例1及び2の変位分布計測装置における撮像素子(CCDセンサ)の構成例を示す図である。(A)-(d) is a figure which shows the structural example of the image pick-up element (CCD sensor) in the displacement distribution measuring apparatus of Example 1 and 2 by this invention.

まず、本発明による実施例1の計測物体の変位分布及びひずみ分布を計測する装置について説明する。   First, an apparatus for measuring the displacement distribution and strain distribution of the measurement object according to the first embodiment of the present invention will be described.

図1は、本発明による実施例1の変位分布計測装置の構成を示すブロック図である。変位分布計測装置1は、レーザ光源11と、スペイシャルフィルタ12と、凸レンズ13と、ビームスプリッタ14と、撮像素子(例えば、2次元撮像素子のCCDセンサ15及び16)と、ペリクルビームスプリッタ17及び18と、ハーフミラー19と、ミラー付きPZTステージ20と、NDフィルタ21と、ミラー22と、変位分布算出装置24とを備える。   FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the displacement distribution measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention. The displacement distribution measuring device 1 includes a laser light source 11, a spatial filter 12, a convex lens 13, a beam splitter 14, an image sensor (for example, CCD sensors 15 and 16 of a two-dimensional image sensor), a pellicle beam splitter 17, and 18, a half mirror 19, a PZT stage 20 with a mirror, an ND filter 21, a mirror 22, and a displacement distribution calculation device 24.

レーザ光源11は、例えば波長632.8nm、出力5mWのHe−Neレーザ光源とすることができ、所定の波長を有するホログラムの記録及び再生用のレーザ光を放射する。   The laser light source 11 can be a He—Ne laser light source having a wavelength of 632.8 nm and an output of 5 mW, for example, and emits a laser beam for recording and reproducing a hologram having a predetermined wavelength.

スペイシャルフィルタ12は、レーザ光源11から放射されたレーザ光から空間ノイズを除去して凸レンズ13に出力する。   The spatial filter 12 removes spatial noise from the laser light emitted from the laser light source 11 and outputs it to the convex lens 13.

凸レンズ13は、スペイシャルフィルタ12から出力されたレーザ光を平行光にして出力する。   The convex lens 13 outputs the laser light output from the spatial filter 12 as parallel light.

ビームスプリッタ14は、凸レンズ13からの平行光を計測物体23に照射するための物体光と、再生面における計測物体23の変形前後の複素振幅分布の位相差を計算するための基準とする参照光とに分離する。   The beam splitter 14 is an object beam for irradiating the measurement object 23 with the parallel light from the convex lens 13 and a reference beam used as a reference for calculating the phase difference of the complex amplitude distribution before and after the deformation of the measurement object 23 on the reproduction surface. And to separate.

ミラー付きPZTステージ20は、ハーフミラー19を通過した参照光の位相を所定量だけシフトさせてハーフミラー19に反射する。   The mirror-attached PZT stage 20 shifts the phase of the reference light that has passed through the half mirror 19 by a predetermined amount and reflects it to the half mirror 19.

NDフィルタ21は、ハーフミラー19により反射された参照光の強度が物体光の強度と同程度となるように所定量だけ調整して出力する。   The ND filter 21 adjusts and outputs a predetermined amount so that the intensity of the reference light reflected by the half mirror 19 is approximately the same as the intensity of the object light.

ペリクルビームスプリッタ17は、NDフィルタ21により強度が調整され、ミラー22により反射された光を参照光の一部をCCDセンサ15に反射し、残りをペリクルビームスプリッタ18に透過する。   The pellicle beam splitter 17 is adjusted in intensity by the ND filter 21, reflects a part of the reference light to the CCD sensor 15 and reflects the light reflected by the mirror 22 to the pellicle beam splitter 18.

ペリクルビームスプリッタ18は、ペリクルビームスプリッタ17を透過した参照光の一部をCCDセンサ16に反射する。   The pellicle beam splitter 18 reflects a part of the reference light transmitted through the pellicle beam splitter 17 to the CCD sensor 16.

CCDセンサ15及び16は、それぞれペリクルビームスプリッタ17及び18により反射された参照光と、ビームスプリッタ14により分離されて計測物体23により反射された物体光との干渉縞をホログラムとして取得して、変位分布算出装置24に送出する。   The CCD sensors 15 and 16 obtain, as a hologram, interference fringes between the reference light reflected by the pellicle beam splitters 17 and 18 and the object light separated by the beam splitter 14 and reflected by the measurement object 23 as a hologram. It is sent to the distribution calculation device 24.

変位分布算出装置24は、位相差解析機能24aと、変位解析機能24bと、ひずみ解析機能24cとを有し、CCDセンサ15及び16から取得した干渉縞の各々に対して、干渉縞から再生像の複素振幅分布を算出し、計測物体23の変形前後の当該複素振幅分布の位相差から計測物体23の変位分布を算出する。尚、CCDセンサ15,16によりホログラムとして取得した干渉縞をメモリ(図示せず)に記録しておくことができる。   The displacement distribution calculation device 24 has a phase difference analysis function 24a, a displacement analysis function 24b, and a distortion analysis function 24c. For each of the interference fringes acquired from the CCD sensors 15 and 16, a reproduced image from the interference fringes is obtained. And the displacement distribution of the measurement object 23 is calculated from the phase difference of the complex amplitude distribution before and after the deformation of the measurement object 23. Incidentally, interference fringes acquired as holograms by the CCD sensors 15 and 16 can be recorded in a memory (not shown).

位相差解析機能24aは、CCDセンサ15及び16によりホログラムとして記録された計測物体23の変形前後の物体光と参照光との干渉縞から再生面での位相差を計算する機能である。   The phase difference analysis function 24a is a function for calculating the phase difference on the reproduction surface from the interference fringes between the object light and the reference light before and after the deformation of the measurement object 23 recorded as a hologram by the CCD sensors 15 and 16.

変位解析機能24bは、位相差解析機能24aにより得られた再生面での位相差から、計測物体23の変位を解析する機能である。   The displacement analysis function 24b is a function for analyzing the displacement of the measurement object 23 from the phase difference on the reproduction surface obtained by the phase difference analysis function 24a.

ひずみ解析機能24cは、変位解析機能24bにより得られた計測物体23の変位からひずみを計算する機能である。   The strain analysis function 24c is a function for calculating strain from the displacement of the measurement object 23 obtained by the displacement analysis function 24b.

このように、本発明による変位分布計測装置1により、光源が1つになるため光学系が簡素化でき、計測装置を小型化できるとともに、位相シフト回数が低減されるため計測物体23の変位分布及びひずみ分布を高速に計測できる。   As described above, the displacement distribution measuring apparatus 1 according to the present invention can simplify the optical system because there is one light source, reduce the size of the measuring apparatus, and reduce the number of phase shifts. And strain distribution can be measured at high speed.

変位分布計測装置1において、レーザ源11により放射されてビームスプリッタ12により物体光と参照光に分離され、参照光は、ミラー付きPZTステージ20により所定量だけ位相シフトされ、ペリクルビームスプリッタ17及び18によりCCDセンサ15及びCCDセンサ16に正面から入射する。   In the displacement distribution measuring apparatus 1, the object light and the reference light are emitted from the laser source 11 and separated into the object light and the reference light by the beam splitter 12, and the reference light is phase-shifted by a predetermined amount by the mirrored PZT stage 20, and the pellicle beam splitters 17 and 18 are used. Thus, the light enters the CCD sensor 15 and the CCD sensor 16 from the front.

一方、物体光は、CCDセンサ15及び16の間と通過して物体18に正面から照射され、物体18の表面で反射された散乱光がCCDセンサ15及び16に入射する。こうして入射した物体光及び参照光の干渉縞が、CCDセンサ15及び16の双方において、ホログラムとして記録されることになる。   On the other hand, the object light passes between the CCD sensors 15 and 16 and irradiates the object 18 from the front, and the scattered light reflected by the surface of the object 18 enters the CCD sensors 15 and 16. The interference fringes of the incident object light and reference light are recorded as holograms in both the CCD sensors 15 and 16.

ここで、CCDセンサ15及び16により撮影された干渉縞から、計測物体23の変位及びひずみを解析する変位分布算出装置24の動作について詳細に説明する。   Here, the operation of the displacement distribution calculating device 24 that analyzes the displacement and distortion of the measurement object 23 from the interference fringes photographed by the CCD sensors 15 and 16 will be described in detail.

図2は、位相シフトデジタルホログラフィ干渉法における物体光と参照光とが干渉する様子を示している。撮像素子(CCDセンサ15,16)の記録面上の座標を(X,Y)とすると、撮像素子表面における物体光の複素振幅A(X,Y)、参照光の複素振幅A(X,Y)は以下のように表すことができる。
ここで,a(X,Y)、a(X,Y)はそれぞれ物体光と参照光の振幅分布、Φ(X,Y)、Φ(X,Y)はそれぞれ物体光と参照光の位相分布、αは参照光の位相シフト量である。式(1)及び(2)から、CCDセンサ15,16で記録される干渉縞I(X,Y,α)は以下のように表すことができる。
こうして得られた干渉縞がホログラムとして記録される。
FIG. 2 shows how object light and reference light interfere with each other in phase shift digital holography interferometry. Assuming that the coordinates on the recording surface of the image sensor (CCD sensors 15 and 16) are (X, Y), the complex amplitude A O (X, Y) of the object light on the surface of the image sensor, and the complex amplitude A r (X of the reference light) , Y) can be expressed as follows:
Here, a O (X, Y) and a r (X, Y) are amplitude distributions of object light and reference light, respectively, and Φ O (X, Y) and Φ r (X, Y) are respectively referred to object light and reference light. The phase distribution of light, α is the phase shift amount of the reference light. From the equations (1) and (2), the interference fringes I (X, Y, α) recorded by the CCD sensors 15 and 16 can be expressed as follows.
The interference fringes thus obtained are recorded as a hologram.

参照光としては平行光を用いるため、CCDセンサ15,16の記録面における振幅は一定で位相の変化はないとみなすことができ、a(X,Y)=1、Φ(X,Y)=0としても差し障りない。これにより、CCDセンサ15,16の記録面での物体光のみの振幅a(X,Y)及び位相Φ(X,Y)を、αを複数の値に変化させる位相シフト法によって求めることができる。この位相と振幅よりCCDセンサ15,16の記録面での複素振幅分布g(X,Y)は、
となり、CCDセンサ15,16の記録面における物体光のみの複素振幅分布を求めることができる。
Since parallel light is used as the reference light, it can be considered that the amplitude on the recording surface of the CCD sensors 15 and 16 is constant and there is no phase change, and a r (X, Y) = 1, Φ r (X, Y ) = 0, no problem. Accordingly, the amplitude a O (X, Y) and the phase Φ O (X, Y) of only the object light on the recording surfaces of the CCD sensors 15 and 16 are obtained by the phase shift method in which α is changed to a plurality of values. Can do. From this phase and amplitude, the complex amplitude distribution g (X, Y) on the recording surface of the CCD sensors 15 and 16 is
Thus, the complex amplitude distribution of only the object light on the recording surfaces of the CCD sensors 15 and 16 can be obtained.

次に、再生面における複素振幅分布を求める。図3に示すように、計測物体23の表面における複素振幅分布は、CCDセンサ15,16の記録面における複素振幅分布g(X,Y)を計測物体23までの距離(再生距離)Rを与えて、式(5)に示すフレネル変換を行うことで求めることができる。
ここで、u(x,y)は再生面での複素振幅分布、Rは再生距離(記録面と再生面の距離)、kは波数、Fはフーリエ変換を表す演算子である。こうして得られた再生面での複素振幅分布u(x,y)の強度を計算することにより再生像を得ることができる。
Next, a complex amplitude distribution on the reproduction surface is obtained. As shown in FIG. 3, the complex amplitude distribution on the surface of the measurement object 23 gives the distance (reproduction distance) R to the measurement object 23 from the complex amplitude distribution g (X, Y) on the recording surface of the CCD sensors 15 and 16. Thus, it can be obtained by performing the Fresnel transformation shown in Equation (5).
Here, u (x, y) is a complex amplitude distribution on the reproduction surface, R is a reproduction distance (distance between the recording surface and the reproduction surface), k is a wave number, and F is an operator representing a Fourier transform. A reproduced image can be obtained by calculating the intensity of the complex amplitude distribution u (x, y) on the reproduction surface thus obtained.

更に、計測物体23の変形前後における複素振幅分布の位相差を求めることによって光路長の変化を求めることができ、得られた光路長の変化から計測物体23の変位分布やひずみ分布等を求めることが可能となる。   Further, the change in the optical path length can be obtained by obtaining the phase difference of the complex amplitude distribution before and after the deformation of the measurement object 23, and the displacement distribution, the strain distribution, etc. of the measurement object 23 are obtained from the obtained change in the optical path length. Is possible.

続いて、本発明において用いられるoff−axis光学系による面内変位分布計測について説明する。   Subsequently, in-plane displacement distribution measurement by the off-axis optical system used in the present invention will be described.

図4に、位相シフト時における撮像素子の各画素上での干渉縞のパターンを模式的に示す。図4(a)及び(b)は、それぞれon−axis構成及びoff−axis構成の場合の干渉縞(点線で示す)を示している。撮像素子は、各画素の受光面が所定の面積を有しているため、当該受光面上での強度の積分値がその画素の輝度値として出力される。図4において、縦線は各画素の境界を表し、横の実線はその画素における輝度の出力値を表す。   FIG. 4 schematically shows a pattern of interference fringes on each pixel of the image sensor at the time of phase shift. FIGS. 4A and 4B show interference fringes (indicated by dotted lines) in the case of an on-axis configuration and an off-axis configuration, respectively. In the imaging device, since the light receiving surface of each pixel has a predetermined area, the integrated value of the intensity on the light receiving surface is output as the luminance value of the pixel. In FIG. 4, a vertical line represents a boundary between pixels, and a horizontal solid line represents an output value of luminance at the pixel.

図4(a)に示すように、on−axisの場合は、干渉縞のピッチが1画素のサイズよりも大きいために、各画素の輝度の出力値は空間的にも干渉縞の強度分布とほぼ同じ変化となり、位相シフトに対しても干渉縞の強度分布とほぼ同じ振幅で同じ変化を示す。   As shown in FIG. 4A, in the case of on-axis, since the pitch of the interference fringes is larger than the size of one pixel, the output value of the luminance of each pixel is spatially related to the intensity distribution of the interference fringes. The change is almost the same, and the same change with the same amplitude as the intensity distribution of the interference fringes is shown for the phase shift.

一方、図4(b)に示すように、off−axisの場合は、干渉縞のピッチが1画素のサイズより小さくなるために、1画素の中に複数個の干渉縞が現れる。その結果、各画素の輝度の出力値は空間的には元の干渉縞の変化を表していない。ただし、1画素の中で見ると、CCDセンサ出力の振幅は4回の位相シフトに応じて干渉縞の1周期分の強度の変化を示す。即ち、前述の通り、各画素の受光面上での干渉縞の強度の積分値がその画素の輝度値として出力されるため、図4(b)のように各画素に複数周期の振動が現れる場合には計測物体23の変形による変位の検出精度は低下するものの、各画素の境界に注目すると、図4(a)のon−axisの場合と同様に、4回の位相シフトにより干渉縞の振動強度が1周期分だけ変化していることが分かる。従って、off−axisの場合にも位相シフト法によって位相分布を得ることが可能である。   On the other hand, as shown in FIG. 4B, in the case of off-axis, since the pitch of the interference fringes is smaller than the size of one pixel, a plurality of interference fringes appear in one pixel. As a result, the luminance output value of each pixel does not spatially represent the change in the original interference fringes. However, when viewed in one pixel, the amplitude of the CCD sensor output shows a change in the intensity of one period of the interference fringes according to the four phase shifts. That is, as described above, since the integrated value of the intensity of interference fringes on the light receiving surface of each pixel is output as the luminance value of that pixel, vibrations of a plurality of periods appear in each pixel as shown in FIG. In this case, although the detection accuracy of the displacement due to the deformation of the measurement object 23 is reduced, when attention is paid to the boundary of each pixel, the interference fringes are caused by four phase shifts as in the case of on-axis in FIG. It can be seen that the vibration intensity changes by one cycle. Therefore, even in the case of off-axis, it is possible to obtain a phase distribution by the phase shift method.

また、式(5)で示す離散フーリエ変換による再生計算では、物体光が再生範囲の大きさと同じだけ光軸からずれた位置から来た場合にも、各CCDセンサ15,16の正面にあるかのように再生される。これは、離散フーリエ変換は空間的に繰り返しが起こる演算だからである。そのため、図5に示すように、2個のCCDセンサ15,16を再生範囲の大きさだけ左右にずらして配置し、その間に物体光を通して正面から物体を照射するように構成すれば、物体の再生像はそれぞれのCCDセンサ15,16の正面にあるかのように再生されることになる。   Further, in the reproduction calculation by the discrete Fourier transform represented by the equation (5), whether the object light is in front of the CCD sensors 15 and 16 even when the object light comes from a position shifted from the optical axis by the same size as the reproduction range. It is played as follows. This is because the discrete Fourier transform is an operation that repeats spatially. Therefore, as shown in FIG. 5, if the two CCD sensors 15 and 16 are arranged to be shifted to the left and right by the size of the reproduction range and the object is irradiated from the front through the object light therebetween, The reproduced image is reproduced as if it were in front of the respective CCD sensors 15 and 16.

ここで、通常の再生面に面内方向に隣接する空間の物体光によるホログラムの複素振幅分布にフレネル回折積分を用いて、再生面上での複素振幅分布(再生像)をCCDセンサ面の正面の再生像として算出する手法について述べる。図6に概念図を示す。CCDセンサ面上での物体光の複素振幅分布をg(X,Y)、再生面上での実際の物体光の複素振幅分布をu(x,y)、CCDセンサ面上のホログラムと中心軸を共有する正面の空間に再生される再生複素振幅分布をu(x’,y)とする。再生面上の両分布の座標系はx=x’+hの関係にある。CCDセンサ面上の点Qから再生面上の点P’までの光の伝播式は、
と表せる。ここでkは波数でk=2π/λ,r’は点(x’,y),(X,Y)間の距離である。Xの積分範囲を−H以上、H以下、Yの積分範囲を−H以上、H以下とする。
Here, Fresnel diffraction integration is used for the complex amplitude distribution of the hologram by the object light in the space adjacent to the normal reproduction surface in the in-plane direction, and the complex amplitude distribution (reproduction image) on the reproduction surface is converted to the front surface of the CCD sensor surface. A method for calculating the reproduced image will be described. FIG. 6 shows a conceptual diagram. The complex amplitude distribution of the object light on the CCD sensor surface is g (X, Y), the complex amplitude distribution of the actual object light on the reproduction surface is u h (x, y), the hologram and the center on the CCD sensor surface Let u (x ′, y) be the reproduction complex amplitude distribution reproduced in the front space sharing the axis. The coordinate system of both distributions on the reproduction surface has a relationship of x = x ′ + h. The light propagation equation from point Q on the CCD sensor surface to point P ′ on the reproduction surface is
It can be expressed. Here, k is the wave number, k = 2π / λ, and r ′ is the distance between the points (x ′, y) and (X, Y). The integration range of X is −H Y or more and H Y or less, and the integration range of Y is −H Y or more and H Y or less.

位相シフトデジタルホログラフィの再生では、フレネル回折を用いるために距離の近似を行う。CCDセンサ面と再生面の距離をRとすると、
と表せる。Rは(x’−X)と(y−Y)に比べて十分大きいことから、
と近似できる。式(6)に式(8)を代入すると、
In reproduction of phase shift digital holography, distance approximation is performed in order to use Fresnel diffraction. If the distance between the CCD sensor surface and the playback surface is R,
It can be expressed. Since R is sufficiently large compared to (x′−X) and (y−Y),
Can be approximated. Substituting equation (8) into equation (6),

また、再生面上の点PからCCDセンサ面上の点Qまでの光の伝播式は、
と表せる。このrも同様に、
と近似できる。
The light propagation equation from point P on the reproduction surface to point Q on the CCD sensor surface is:
It can be expressed. This r is similarly
Can be approximated.

式(9)に式(10),(11)を代入すると、
と表せる。ここで式(12)にx=x’+hを代入し整理すると、
となる。
Substituting equations (10) and (11) into equation (9),
It can be expressed. Here, substituting x = x ′ + h into equation (12) and rearranging,
It becomes.

更に、積分部分についてCCDセンサ面上のサンプリング間隔、再生面上の画素数、及びCCDセンサ面上の座標Xに対応する離散座標p及びYに対応する離散座標qを用いて離散的に表現すると、再生面上の再生範囲がh=λR/ΔXとなることから、
と求められる。従って、(13),(14)より、再生像複素振幅分布u(x’,y)の離散表現をu(p’,q)、実際の複素振幅分布u(x,y)=u(x’+h,y)の離散表現をu(p,q)=u(p’+N,q)として離散的に表現すると、
となり、ホログラムの正面の空間に再生される複素振幅分布の位相が、隣接する空間の物体光の複素振幅分布の位相に−k((p’ΔX+NΔX)NΔX/2R+R)を加えたものとして現れることが導かれた。この位相項は再生像のサンプリング点ごとに一定の位相である。
Further, the integration portion is discretely expressed using sampling intervals on the CCD sensor surface, the number of pixels on the reproduction surface, and discrete coordinates p and Y corresponding to coordinates X on the CCD sensor surface. Since the reproduction range on the reproduction surface is h = λR / ΔX,
Is required. Therefore, from (13) and (14), the discrete representation of the reproduced image complex amplitude distribution u (x ′, y) is u (p ′, q), and the actual complex amplitude distribution u h (x, y) = u h. When the discrete expression of (x ′ + h, y) is expressed discretely as u (p, q) = u (p ′ + N x , q),
And the phase of the complex amplitude distribution reproduced in the space in front of the hologram is obtained by adding −k ((p′ΔX + N x ΔX) N x ΔX / 2R + R) to the phase of the complex amplitude distribution of the object light in the adjacent space. It was led to appear as a thing. This phase term is a constant phase for each sampling point of the reproduced image.

図5において、2個のCCDセンサ15,16を厳密に配置決めしないと、それぞれのCCDセンサ15,16で得られたホログラムの再生像の位置が再生像内で同じ位置とならない。実際にはそれを物理的に微調整することは困難である。そこで、本発明においては、後述する光軸調整法によりソフトウェアにより再生像の位置を調整する。本発明のように1つの光源と複数の撮像素子(CCDセンサ15,16)で変位計測を行う場合、物体光の中心をCCDセンサ15,16の中心軸上からずらすため、折り返しの高次の再生像が再生される場合があり、また、それぞれのカメラで再生される再生面上の座標を合わせる必要がある。次に、これらのためにホログラム上での光軸を移動させて再生することにより、再生面をx−y平面上で移動させる光軸調整技法について説明する。   In FIG. 5, unless the two CCD sensors 15 and 16 are strictly arranged, the positions of the reproduced images of the holograms obtained by the respective CCD sensors 15 and 16 do not become the same position in the reproduced images. In practice, it is difficult to physically fine tune it. Therefore, in the present invention, the position of the reproduced image is adjusted by software by the optical axis adjustment method described later. When displacement measurement is performed with one light source and a plurality of image sensors (CCD sensors 15 and 16) as in the present invention, the center of the object light is shifted from the central axis of the CCD sensors 15 and 16, so A reproduced image may be reproduced, and the coordinates on the reproduction surface reproduced by each camera need to be matched. Next, an optical axis adjustment technique for moving the reproducing surface on the xy plane by moving the optical axis on the hologram for reproduction will be described.

上述のように、位相シフトデジタルホログラフィの再生は、式(5)に示すようにフレネル回折積分にフーリエ変換を用いる。実際の再生においては、CCDセンサ面上では複素振幅分布がCCDセンサの画素ごとの離散データであるため、フーリエ変換に高速離散フーリエ変換(FFT)を用いる。そこで、CCDセンサ面におけるサンプリング間隔と再生面におけるサンプリング間隔の関係について調べる。式(5)を離散的に表すと、
と表せる。ここでFは高速離散フーリエ変換の演算子である。また、(m,n)と(p,q)は、それぞれCCDセンサ面と再生面の離散的な座標を表している。ΔX,ΔYはCCDセンサでのサンプリング間隔、Δx,Δyは再生面でのサンプリング間隔である。通常、N画素×N画素の画像g(p,q)をu(m,n)に高速離散フーリエ変換したとき、空間周波数のサンプリング間隔Δμ,Δνはそれぞれ、
と表せる。フレネル変換ではフーリエ変換するときの空間周波数μ,νを式(17)のように置いているため、離散的な空間周波数は、
と表せる。従って、式(17)と式(18)からフレネル変換のサンプリング間隔は、
と表せる。式(19)からフレネル回折積分における再生面のサンプリング間隔Δx,Δyは波長λと再生距離Rに比例し、CCDセンサ15,16のサンプリング間隔ΔX,ΔYに反比例することが分かる。
As described above, the reproduction of the phase shift digital holography uses the Fourier transform for the Fresnel diffraction integration as shown in the equation (5). In actual reproduction, since the complex amplitude distribution is discrete data for each pixel of the CCD sensor on the surface of the CCD sensor, fast discrete Fourier transform (FFT) is used for Fourier transform. Therefore, the relationship between the sampling interval on the CCD sensor surface and the sampling interval on the reproduction surface is examined. Expressing equation (5) discretely,
It can be expressed. Here, F is a fast discrete Fourier transform operator. Further, (m, n) and (p, q) represent discrete coordinates of the CCD sensor surface and the reproduction surface, respectively. ΔX and ΔY are sampling intervals at the CCD sensor, and Δx and Δy are sampling intervals at the reproduction surface. Usually, when the fast discrete Fourier transform image g (p, q) of N X pixels × N Y pixels to u (m, n), the sampling interval of the spatial frequency [Delta] [mu, .DELTA..nu respectively,
It can be expressed. In the Fresnel transform, the spatial frequencies μ and ν at the time of Fourier transform are set as shown in the equation (17).
It can be expressed. Therefore, the sampling interval of the Fresnel transformation from Equation (17) and Equation (18) is
It can be expressed. From Expression (19), it can be seen that the sampling intervals Δx and Δy of the reproduction surface in the Fresnel diffraction integration are proportional to the wavelength λ and the reproduction distance R, and inversely proportional to the sampling intervals ΔX and ΔY of the CCD sensors 15 and 16.

CCDセンサ面でz軸を一定量移動させた場合、その移動量は再生面での移動量と等しくなる。従って、光軸の移動により、再生画像を任意の移動量だけ移動させることができる。一方、図7に示すように、光軸をCCDセンサ15,16面上でX軸方向にD画素、Y軸方向にD平行移動した場合の再生面の位置を考える。このとき再生面上でx軸方向にD画素、y軸方向にDy画素移動すると式(20)が成立する。
ここでΔX,ΔYはCCDセンサのサンプリング間隔、Δx,Δyは再生面のサンプリング間隔を表す。式(20)を書き換えると、
となる。ここでΔXとΔYはそれぞれX方向とY方向のCCDセンサの画素ピッチ、ΔxとΔyはそれぞれx方向とy方向の再生面の画素間隔を表す。ΔX/Δx及びΔY/Δyは、ホログラム面のサイズと再生面のサイズの比であるため、一般に数分の1から数十分の1の値となる。従って、ホログラム面で1画素の分解能でホログラムのシフトを行えば、再生面では数分の1画素から数十分の1画素の分解能で再生像のシフトが行えることになる。
When the z-axis is moved by a certain amount on the CCD sensor surface, the amount of movement becomes equal to the amount of movement on the reproduction surface. Accordingly, the reproduced image can be moved by an arbitrary amount of movement by moving the optical axis. On the other hand, as shown in FIG. 7, consider the position of the reproduction surface in the case where the optical axis D X pixels in the X-axis direction on the CCD sensors 15 and 16 face moves D Y parallel to the Y-axis direction. At this time, when the D x pixel is moved in the x- axis direction and the Dy pixel is moved in the y-axis direction on the reproduction surface, Expression (20) is established.
Here, ΔX and ΔY represent sampling intervals of the CCD sensor, and Δx and Δy represent sampling intervals of the reproduction surface. Rewriting equation (20),
It becomes. Here, ΔX and ΔY represent the pixel pitch of the CCD sensor in the X direction and the Y direction, respectively, and Δx and Δy represent the pixel spacing on the reproduction surface in the x direction and the y direction, respectively. ΔX / Δx and ΔY / Δy are ratios between the size of the hologram surface and the size of the reproduction surface, and therefore generally take a value from a fraction to a few ten. Therefore, if the hologram is shifted with a resolution of one pixel on the hologram surface, the reproduced image can be shifted with a resolution of a fraction of a pixel to several tens of pixels on the reproduction surface.

また、式(19)を式(20)に代入すると、式(22)が得られる。
このように、式(21)を用いて再生面を(D画素,D画素)移動させたいときのCCDセンサ15,16面の移動量(D画素,D画素)を算出することができる。また、再生面を移動させたときの再生像を考える。再生面上での再生像の空間周波数は有限である。ここでの最大空間周波数はCCDセンサの画素数の2分の1(N/2画素,N/2画素)である。従って、図7の点Oに物体が存在する場合の再生面は図8のようになる。再生面の光軸を移動させない場合、領域Aの範囲の再生像が得られる。図8の点Oから点O’に光軸を移動させると領域Bの範囲の再生像が得られる。
Further, when Expression (19) is substituted into Expression (20), Expression (22) is obtained.
In this way, the amount of movement (D X pixel, DY pixel) of the CCD sensors 15 and 16 when it is desired to move the reproduction plane (D x pixel, D y pixel) using the equation (21) is calculated. Can do. Also, consider a reproduction image when the reproduction surface is moved. The spatial frequency of the reproduced image on the reproduction surface is finite. The maximum spatial frequency here is half the number of pixels of the CCD sensor (N X / 2 pixels, N Y / 2 pixels). Therefore, the reproduction plane when there is an object at the point O r in FIG. 7 is as shown in FIG. When the optical axis of the reproduction surface is not moved, a reproduction image in the area A is obtained. When the optical axis is moved from the point O r to the point O r ′ in FIG. 8, a reproduced image in the region B is obtained.

このように、ホログラム面において画素単位の光軸調整を行うことによって、再生面では画素の数分の1の単位で光軸調整を行うことができる。これを利用して、本発明では、複数の撮像素子で得られた再生像の画素合わせを精度よく行うことができる。   Thus, by performing the optical axis adjustment in units of pixels on the hologram surface, the optical axis can be adjusted in units of a fraction of the pixels on the reproduction surface. By utilizing this, in the present invention, it is possible to accurately perform pixel alignment of reproduced images obtained by a plurality of image sensors.

次に、図5に示すように、計測物体23の中央からCCDセンサ15,16の中央までの角度をそれぞれθ及びθとする。それぞれのCCDセンサ15,16の各画素で得られた変形前後の位相差をそれぞれとΔφ及びΔφとすると、x方向とz方向の変位d及びdは、それぞれ式(23)及び式(24)に示すように表せる。
ここで、λは光源の波長である。
Next, as shown in FIG. 5, the angles from the center of the measurement object 23 to the centers of the CCD sensors 15 and 16 are θ 1 and θ 2 , respectively. Assuming that the phase differences before and after deformation obtained at the respective pixels of the CCD sensors 15 and 16 are Δφ 1 and Δφ 2 , respectively, the displacements d x and d z in the x direction and the z direction are expressed by the equations (23) and (23), respectively. It can be expressed as shown in equation (24).
Here, λ is the wavelength of the light source.

このように、計測物体23の変形前後の位相差から、計測物体23の面内方向の変位を求めることができる。   Thus, the displacement in the in-plane direction of the measurement object 23 can be obtained from the phase difference before and after the deformation of the measurement object 23.

ここで、本発明の実施例1における変位分布計測装置による面内変位計測実験の結果について説明する。   Here, the result of the in-plane displacement measurement experiment by the displacement distribution measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described.

図1における2台のCCDセンサ15,16には、画素ピッチは4.65μm、画素数1280×960画素、階調数256の素子を用いた。撮影された画像から960×960画素を切り出して利用した。   In the two CCD sensors 15 and 16 in FIG. 1, elements having a pixel pitch of 4.65 μm, a pixel number of 1280 × 960 pixels, and a gradation number of 256 were used. 960 × 960 pixels were cut out from the photographed image and used.

光源には波長632.8nm、出力5mWのHe−Neレーザを用い、スペイシャルフィルタと凸レンズによって平行光とした。ビームスプリッタで分離された参照光は、ミラー付きPZTステージ20のミラーにより位相シフトされ、ペリクルビームスプリッタによって各CCDセンサ15,16に正面から入射した。   A He—Ne laser having a wavelength of 632.8 nm and an output of 5 mW was used as a light source, and parallel light was formed by a spatial filter and a convex lens. The reference light separated by the beam splitter was phase-shifted by the mirror of the PZT stage 20 with a mirror, and entered the CCD sensors 15 and 16 from the front by the pellicle beam splitter.

一方、物体光は2台のCCDセンサ15,16の間を通り計測物体23に正面から照射される。計測物体23の表面で反射した散乱光は、それぞれのCCDセンサ15,16に入射し、参照光との干渉縞がホログラムとして記録される。ミラー付きPZTステージ20によって位相シフトをπ/2ごとに4回行いながらそれぞれのCCDセンサ15,16において位相シフトデジタルホログラムを撮影する。   On the other hand, the object light passes between the two CCD sensors 15 and 16 and is irradiated onto the measurement object 23 from the front. Scattered light reflected from the surface of the measurement object 23 enters the respective CCD sensors 15 and 16, and interference fringes with the reference light are recorded as holograms. The phase shift digital hologram is photographed by the CCD sensors 15 and 16 while the phase shift is performed four times every π / 2 by the PZT stage 20 with a mirror.

図1の配置では、再生距離R=300mmでCCDセンサ15,16の光軸と物体光の光軸との間隔はそれぞれ40.0mmと36.5mmであった。これよりθ=7.6deg,θ=6.9degだけの角度を有するoff−axis光学系となっている。この場合、再生距離R=300mmの位置での再生範囲は40.8mmとなる。 In the arrangement of FIG. 1, the distance between the optical axis of the CCD sensors 15 and 16 and the optical axis of the object light was 40.0 mm and 36.5 mm, respectively, at a reproduction distance R = 300 mm. Thus, an off-axis optical system having angles of θ 1 = 7.6 deg and θ 2 = 6.9 deg is obtained. In this case, the reproduction range at the reproduction distance R = 300 mm is 40.8 mm.

計測物体23の試料として、図9に示すように5mm角で長さ25mmのアルミ製片持ち梁を用いた。この片持ち梁に対して、固定端から20mmの位置にてy方向に12μmの変位を加えた。   As a sample of the measurement object 23, an aluminum cantilever beam having a 5 mm square and a length of 25 mm was used as shown in FIG. The cantilever was displaced by 12 μm in the y direction at a position 20 mm from the fixed end.

図10に各CCDセンサで撮影された位相シフトデジタルホログラムから得られた変形前の再生像を示す。このように、off−axis構成であっても再生像が得られることが確認できる。   FIG. 10 shows a reproduction image before deformation obtained from a phase shift digital hologram photographed by each CCD sensor. Thus, it can be confirmed that a reproduced image can be obtained even with an off-axis configuration.

前述のようにフーリエ変換による再生計算では、実際の物体が再生範囲の大きさだけずれた位置、即ち各CCDセンサの正面にあるかのように再生される。ただし、実際の各CCDセンサが厳密に配置されていることはないために、CCDセンサ15とCCDセンサ16との間にずれが生じる。そのためCCDセンサ15とCCDセンサ16のそれぞれの再生像が画像内で同じ位置に再生されるように、CCDセンサ15のホログラムに対して、i方向に−280画素、j方向に+170画素の移動を行うことにより、再生像をx方向に+1.30mm、y方向に−0.91mmだけ移動させた。   As described above, in the reproduction calculation by Fourier transform, the actual object is reproduced as if it were at a position shifted by the size of the reproduction range, that is, in front of each CCD sensor. However, since each actual CCD sensor is not strictly arranged, a deviation occurs between the CCD sensor 15 and the CCD sensor 16. Therefore, the CCD sensor 15 hologram is moved by −280 pixels in the i direction and +170 pixels in the j direction so that the reproduced images of the CCD sensor 15 and the CCD sensor 16 are reproduced at the same position in the image. By doing so, the reproduced image was moved by +1.30 mm in the x direction and by −0.91 mm in the y direction.

次に、変形前後の位相差を図11に示す。この位相差は、256個の窓関数を用いた位相差平均化手法(例えば、特開2007−071589号公報参照)によりノイズ除去が行われている。   Next, the phase difference before and after deformation is shown in FIG. This phase difference is subjected to noise removal by a phase difference averaging method using 256 window functions (see, for example, JP-A-2007-071589).

図12に計測結果として得られたx方向の変位分布を示す。また、図13に計測結果として得られたx方向のひずみ分布を示す。これは図12の変位分布に対して、x方向に空間的な微分を行うことにより求めている。片持ち梁の上側は圧縮されるため負のひずみが発生し、下側は伸張されるため正のひずみが発生している様子が分布として計測されていることが分かる。   FIG. 12 shows a displacement distribution in the x direction obtained as a measurement result. FIG. 13 shows the strain distribution in the x direction obtained as a measurement result. This is obtained by performing a spatial differentiation in the x direction on the displacement distribution of FIG. It can be seen that the upper side of the cantilever is compressed and negative strain is generated, and the lower side is expanded and positive strain is generated as a distribution.

このように、複数の撮像素子を備える本実施例による変位分布計測装置1により、off−axis光学系であっても計測物体の再生像が得られ、面内方向の変位及びひずみ分布を計測できることが分かる。   As described above, the displacement distribution measuring apparatus 1 according to the present embodiment including a plurality of imaging elements can obtain a reproduced image of the measurement object even in the off-axis optical system, and can measure the in-plane displacement and strain distribution. I understand.

図1に示す変位分布計測装置1においては、ミラー付きPZTステージ20による位相シフトは「参照光」に対して施されるが、参照光の代わりに「物体光」に対して行うこともできる。この場合の変位分布計測装置を実施例2として図14に示す。本発明による実施例2の変位分布計測装置2は、構成要素及び各構成要素の機能については図1の変位分布計測装置1と同一であるが、上述のように参照光の代わりに物体光を位相シフトする点で相違している。即ち、ビームスプリッタ14により分離された物体光は、ハーフミラー19により反射され、ミラー付きPZTステージ20により位相シフトされ、ハーフミラー19を透過して計測物体23に照射される。一方、分離された参照光は、NDフィルタ21を通過した後ミラー22により反射され、ペリクルビームスプリッタ17及び18によりCCDセンサ15及びCCDセンサ16に正面から入射する。これ以外の処理は、変位分布計測装置1と同一である。   In the displacement distribution measuring apparatus 1 shown in FIG. 1, the phase shift by the mirrored PZT stage 20 is performed on the “reference light”, but can be performed on the “object light” instead of the reference light. A displacement distribution measuring apparatus in this case is shown in FIG. The displacement distribution measuring apparatus 2 according to the second embodiment of the present invention is the same as the displacement distribution measuring apparatus 1 in FIG. 1 in terms of the components and functions of each component, but uses object light instead of reference light as described above. The difference is in the phase shift. That is, the object light separated by the beam splitter 14 is reflected by the half mirror 19, is phase-shifted by the PZT stage 20 with a mirror, passes through the half mirror 19, and is irradiated on the measurement object 23. On the other hand, the separated reference light passes through the ND filter 21, is reflected by the mirror 22, and enters the CCD sensor 15 and the CCD sensor 16 from the front by the pellicle beam splitters 17 and 18. Other processes are the same as those of the displacement distribution measuring apparatus 1.

このように構成することにより、実施例1の変位分布計測装置1と同様に、光源が1つになるため光学系が簡素化でき、計測装置を小型化できるとともに、位相シフト回数が低減されるため計測物体23の変位分布及びひずみ分布を高速に計測できる。   By configuring in this way, similarly to the displacement distribution measuring apparatus 1 of the first embodiment, since there is one light source, the optical system can be simplified, the measuring apparatus can be miniaturized, and the number of phase shifts can be reduced. Therefore, the displacement distribution and strain distribution of the measurement object 23 can be measured at high speed.

尚、実施例1及び2において、変位分布計測装置1及び2は2個の撮像装置15,16を有しているが、撮像装置を更に追加して構成することもできる。計測物体23から眺めた撮像素子(CCDセンサ)の構成例を図15に示す。(a)は4個のCCDセンサ(3a−1〜3a−4)をx,y方向に2個ずつ配置した例であり、このような構成により、計測物体23のx,y方向の変位の検出感度が均一になるとともに検出精度が向上する効果を有している。また、装置の配置都合に応じて、(a)の構成を(b)のように構成してもよい(3b−1〜3b−4)。(c)は3個のCCDセンサ(3c−1〜3c−3)を有する場合であり、装置全体の小型化を図ることが可能になる。(d)はCCDセンサを更に追加して8個(3d−1〜3d−8)とした例であり、計測物体23の変位の検出感度が向上するため低ノイズ化が可能となる。   In the first and second embodiments, the displacement distribution measuring devices 1 and 2 include the two imaging devices 15 and 16, but the imaging device may be further added. An example of the configuration of the image sensor (CCD sensor) viewed from the measurement object 23 is shown in FIG. (A) is an example in which four CCD sensors (3a-1 to 3a-4) are arranged two by two in the x and y directions. With such a configuration, the displacement of the measurement object 23 in the x and y directions is reduced. The detection sensitivity is uniform and the detection accuracy is improved. Moreover, according to the arrangement | positioning convenience of an apparatus, you may comprise the structure of (a) like (b) (3b-1-3b-4). (C) is a case where three CCD sensors (3c-1 to 3c-3) are provided, and the entire apparatus can be reduced in size. (D) is an example in which a CCD sensor is further added to obtain eight (3d-1 to 3d-8). Since the detection sensitivity of the displacement of the measurement object 23 is improved, the noise can be reduced.

上記の実施例1及び2においては、図1及び14に示す各構成要素全体を一体化して可搬型の変位分布計測装置とし、例えば屋外に搬送して計測することができる。   In the first and second embodiments described above, the entire components shown in FIGS. 1 and 14 are integrated to form a portable displacement distribution measuring device, which can be carried and measured outdoors, for example.

また、CCDセンサ15,16と変位解析装置24を別々に構成しているが、これらを1つの装置として一体化することもできる。   In addition, although the CCD sensors 15 and 16 and the displacement analysis device 24 are separately configured, they can be integrated as one device.

更に、本発明の一態様として、変位分布計測装置1を、各装置として機能するコンピュータとしてそれぞれ構成させることができる。コンピュータに、前述した各構成要素を実現させるためのプログラムは、各コンピュータの内部又は外部に備えられる記憶部に記憶される。そのような記憶部は、外付けハードディスクなどの外部記憶装置、或いはROM又はRAMなどの内部記憶装置で実現することができる。各コンピュータに備えられる制御部は、中央演算処理装置(CPU)などの制御で実現することができる。即ち、CPUが、各構成要素の機能を実現するための処理内容が記述されたプログラムを、適宜、記憶部から読み込んで、各構成要素の機能をコンピュータ上で実現させることができる。ここで、各構成要素の機能をハードウェアの全部又は一部で実現しても良い。   Furthermore, as one aspect of the present invention, the displacement distribution measuring device 1 can be configured as a computer that functions as each device. A program for causing a computer to realize each of the above-described components is stored in a storage unit provided inside or outside each computer. Such a storage unit can be realized by an external storage device such as an external hard disk or an internal storage device such as ROM or RAM. The control unit provided in each computer can be realized by control of a central processing unit (CPU) or the like. In other words, the CPU can appropriately read from the storage unit a program in which the processing content for realizing the function of each component is described, and realize the function of each component on the computer. Here, you may implement | achieve the function of each component by all or a part of hardware.

以上、具体例を挙げて本発明を詳細に説明してきたが、本発明の特許請求の範囲から逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能であることは当業者に明らかである。例えば、撮像素子の数を増加して、3方向の変位を測定することも可能である。従って、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。   Although the present invention has been described in detail with specific examples, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and changes can be made without departing from the scope of the claims of the present invention. For example, the displacement in three directions can be measured by increasing the number of image sensors. Therefore, the present invention is not limited to the above embodiment.

本発明によれば、複数の撮像素子を使用することにより光学系を簡素化して装置を小型化できるとともに、計測物体の変位分布やひずみ分布を高速に計測できるので、1)構造物の変位分布・ひずみ分布計測試験、2)鋼構造物、コンクリート構造物、樹脂・セラミック構造物等の構造物の欠陥検査、3)材料試験、4)マイクロマシンの材料試験・特性評価試験、等に有用である。   According to the present invention, by using a plurality of image sensors, the optical system can be simplified and the apparatus can be miniaturized, and the displacement distribution and strain distribution of the measurement object can be measured at high speed.・ Strain distribution measurement test, 2) Defect inspection of steel structure, concrete structure, resin / ceramic structure, etc. 3) Material test 4) Micromachine material test / characteristic evaluation test, etc. .

1 変位分布計測装置
2 変位分布計測装置
3a−1〜3a−4,3b−1〜3b−4,3c−1〜3c−3,3d−1〜3d−8 CCDセンサ
11 レーザ光源
12 スペイシャルフィルタ
13 凸レンズ
14 ビームスプリッタ
15,16 CCDセンサ
17,18 ペリクルビームスプリッタ
19 ハーフミラー
20 ミラー付きPZTステージ
21 NDフィルタ
22 ミラー
23 計測物体
24 変位分布算出装置
24a 位相差解析機能
24b 変位解析機能
24c ひずみ解析機能
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Displacement distribution measuring device 2 Displacement distribution measuring device 3a-1 to 3a-4, 3b-1 to 3b-4, 3c-1 to 3c-3, 3d-1 to 3d-8 CCD sensor 11 Laser light source 12 Spatial filter 13 Convex lens 14 Beam splitter 15, 16 CCD sensor 17, 18 Pellicle beam splitter 19 Half mirror 20 PZT stage with mirror 21 ND filter 22 Mirror 23 Measuring object 24 Displacement distribution calculation device 24a Phase difference analysis function 24b Displacement analysis function 24c Distortion analysis function

Claims (9)

off−axis光学系における位相シフトデジタルホログラフィにより計測物体の変形による変位を計測する変位分布計測方法であって、
所定の波長のレーザ光を放射するステップと、
放射された前記レーザ光を、前記計測物体に照射するための物体光と、前記物体光との干渉縞を生成するための参照光とに分離するステップと、
前記参照光の位相を所定量だけシフトさせるステップと、
光軸が互いに平行である所定の数の撮像素子の各々に入射するために前記位相シフトされた参照光を複数に分岐するステップと、
前記計測物体により散乱された前記物体光と、分岐された各参照光との干渉縞を各撮像素子により撮像するステップと、
各撮像素子により撮像された前記干渉縞の各々から前記計測物体の再生像の複素振幅分布を算出し、前記計測物体の変形前後の当該複素振幅分布の位相差から前記計測物体の変位分布を計測するステップと、
を含むことを特徴とする変位分布計測方法。
A displacement distribution measurement method for measuring displacement due to deformation of a measurement object by phase shift digital holography in an off-axis optical system,
Emitting a laser beam of a predetermined wavelength;
Separating the emitted laser light into object light for irradiating the measurement object and reference light for generating interference fringes with the object light;
Shifting the phase of the reference light by a predetermined amount;
Branching the phase-shifted reference light into a plurality of light beams so as to be incident on each of a predetermined number of imaging elements having optical axes parallel to each other;
Imaging each interference fringe between the object light scattered by the measurement object and each branched reference light with each imaging element;
The complex amplitude distribution of the reproduced image of the measurement object is calculated from each of the interference fringes imaged by each image sensor, and the displacement distribution of the measurement object is measured from the phase difference of the complex amplitude distribution before and after the deformation of the measurement object. And steps to
A displacement distribution measuring method characterized by comprising:
off−axis光学系における位相シフトデジタルホログラフィにより計測物体の変形による変位を計測する変位分布計測方法であって、
所定の波長のレーザ光を放射するステップと、
放射された前記レーザ光を、前記計測物体に照射するための物体光と、前記物体光との干渉縞を生成するための参照光とに分離するステップと、
前記物体光の位相を所定量だけシフトさせるステップと、
光軸が互いに平行である所定の数の撮像素子の各々に入射するために前記参照光を複数に分岐するステップと、
位相シフトされ、前記計測物体により散乱された前記物体光と、分岐された各参照光との干渉縞を各撮像素子により撮像するステップと、
各撮像素子により撮像された前記干渉縞の各々から前記計測物体の再生像の複素振幅分布を算出し、前記計測物体の変形前後の当該複素振幅分布の位相差から前記計測物体の変位分布を計測するステップと、
を含むことを特徴とする変位分布計測方法。
A displacement distribution measurement method for measuring displacement due to deformation of a measurement object by phase shift digital holography in an off-axis optical system,
Emitting a laser beam of a predetermined wavelength;
Separating the emitted laser light into object light for irradiating the measurement object and reference light for generating interference fringes with the object light;
Shifting the phase of the object light by a predetermined amount;
Branching the reference light into a plurality of light beams so as to be incident on each of a predetermined number of image sensors having optical axes parallel to each other;
Imaging each interference fringe between the object light that is phase-shifted and scattered by the measurement object and each branched reference light with each imaging device;
The complex amplitude distribution of the reproduced image of the measurement object is calculated from each of the interference fringes imaged by each image sensor, and the displacement distribution of the measurement object is measured from the phase difference of the complex amplitude distribution before and after the deformation of the measurement object. And steps to
A displacement distribution measuring method characterized by comprising:
得られた前記計測物体の変位分布からひずみ分布を求めるステップを更に含むことを特徴とする、請求項1又は2に記載の変位分布計測方法。   The displacement distribution measuring method according to claim 1, further comprising a step of obtaining a strain distribution from the obtained displacement distribution of the measurement object. 前記撮像素子により撮像された前記干渉縞の各々に対して、当該干渉縞から得られた再生像の位置を調整するステップを更に含むことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の変位分布計測方法。   4. The method according to claim 1, further comprising a step of adjusting a position of a reproduced image obtained from the interference fringe for each of the interference fringes imaged by the imaging element. The displacement distribution measuring method described in 1. off−axis光学系における位相シフトデジタルホログラフィにより計測物体の変形による変位を計測する変位分布計測装置であって、
所定の波長のレーザ光を発生する光照射手段と、
発生された前記レーザ光を前記計測物体に照射するための物体光と、前記物体光との干渉縞を生成するための参照光とに分離する分離手段と、
前記参照光の位相を所定量だけシフトさせる位相シフト手段と、
光軸が互いに平行である所定の数の撮像素子の各々に入射するために前記位相シフトされた参照光を複数に分岐する分岐手段と、
前記計測物体により散乱された前記物体光と、分岐された各参照光との干渉縞を各撮像素子により撮像する複数の撮像素子と、
各撮像素子により撮像された前記干渉縞の各々から前記計測物体の再生像の複素振幅分布を算出し、前記計測物体の変形前後の当該複素振幅分布の位相差から前記計測物体の変位分布を算出する変位分布算出手段と、
を備えることを特徴とする変位分布計測装置。
A displacement distribution measuring device for measuring displacement due to deformation of a measurement object by phase shift digital holography in an off-axis optical system,
Light irradiation means for generating laser light of a predetermined wavelength;
Separating means for separating the generated laser light into object light for irradiating the measurement object and reference light for generating interference fringes with the object light;
Phase shift means for shifting the phase of the reference light by a predetermined amount;
Branching means for branching the phase-shifted reference light into a plurality of light beams so as to be incident on each of a predetermined number of imaging elements whose optical axes are parallel to each other;
A plurality of image sensors that capture images of interference fringes between the object light scattered by the measurement object and each branched reference light;
The complex amplitude distribution of the reproduced image of the measurement object is calculated from each of the interference fringes imaged by each imaging device, and the displacement distribution of the measurement object is calculated from the phase difference of the complex amplitude distribution before and after the deformation of the measurement object. Displacement distribution calculating means for
A displacement distribution measuring device comprising:
off−axis光学系における位相シフトデジタルホログラフィにより計測物体の変形による変位を計測する変位分布計測装置であって、
所定の波長のレーザ光を発生する光照射手段と、
発生された前記レーザ光を前記計測物体に照射するための物体光と、前記物体光との干渉縞を生成するための参照光とに分離する分離手段と、
前記物体光の位相を所定量だけシフトさせる位相シフト手段と、
光軸が互いに平行である所定の数の撮像素子の各々に入射するために前記位相シフトされた参照光を複数に分岐する分岐手段と、
位相シフトされ、前記計測物体により散乱された前記物体光と、分岐された各参照光との干渉縞を各撮像素子により撮像する複数の撮像素子と、
各撮像素子により撮像された前記干渉縞の各々から前記計測物体の再生像の複素振幅分布を算出し、前記計測物体の変形前後の当該複素振幅分布の位相差から前記計測物体の変位分布を算出する変位分布算出手段と、
を備えることを特徴とする変位分布計測装置。
A displacement distribution measuring device for measuring displacement due to deformation of a measurement object by phase shift digital holography in an off-axis optical system,
Light irradiation means for generating laser light of a predetermined wavelength;
Separating means for separating the generated laser light into object light for irradiating the measurement object and reference light for generating interference fringes with the object light;
Phase shift means for shifting the phase of the object light by a predetermined amount;
Branching means for branching the phase-shifted reference light into a plurality of light beams so as to be incident on each of a predetermined number of imaging elements whose optical axes are parallel to each other;
A plurality of image pickup devices that pick up images of interference fringes between the object light that is phase-shifted and scattered by the measurement object and the branched reference lights,
The complex amplitude distribution of the reproduced image of the measurement object is calculated from each of the interference fringes imaged by each imaging device, and the displacement distribution of the measurement object is calculated from the phase difference of the complex amplitude distribution before and after the deformation of the measurement object. Displacement distribution calculating means for
A displacement distribution measuring device comprising:
得られた前記計測物体の変位分布からひずみ分布を求めるひずみ分布解析手段を更に備えることを特徴とする、請求項5又は6に記載の変位分布計測装置。   The displacement distribution measuring apparatus according to claim 5 or 6, further comprising strain distribution analysis means for obtaining a strain distribution from the obtained displacement distribution of the measurement object. 前記撮像素子により撮影された前記干渉縞の各々に対して、当該干渉縞から得られた再生像の位置を調整する再生像位置調整手段を更に備えることを特徴とする、請求項5〜7のいずれか一項に記載の変位分布計測装置。   The reproduction image position adjusting means for adjusting the position of the reproduction image obtained from the interference fringe for each of the interference fringes photographed by the image pickup device is further provided. The displacement distribution measuring apparatus according to any one of the above. 請求項5〜8のいずれか一項に記載の変位分布計測装置における前記変位分布算出手段として構成するコンピュータに、
各撮像素子により撮像された前記干渉縞の各々から前記計測物体の再生像の複素振幅分布を算出するステップと、
前記計測物体の変形前後の当該複素振幅分布の位相差から前記計測物体の変位分布を算出するステップと、
を実行させるための変位分布計測プログラム。
A computer configured as the displacement distribution calculating means in the displacement distribution measuring device according to any one of claims 5 to 8,
Calculating a complex amplitude distribution of a reproduced image of the measurement object from each of the interference fringes imaged by each imaging device;
Calculating a displacement distribution of the measurement object from a phase difference of the complex amplitude distribution before and after the deformation of the measurement object;
Displacement distribution measurement program to execute.
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