JPH0443903A - ホログラフイ干渉計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はホログラフィ干渉計における干渉縞を任意に補
正（除去または修正）する装置に関する。

〔従来の技術〕

従来のホログラフィ干渉計では、得られた干渉縞から不
必要な干渉縞を除去する手法等は報告されていない、た
だし、特開昭５６−１４７００４号公報に記載のような
、ホログラム乾板を移動させ、干渉縞の移動から変位モ
ード（変形方向）を検出するものがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、変位モードを検出するのが目的であり
、得られる干渉縞を補正、あるいは、修正することはで
きない。

本発明は、変形前後の物体波面の干渉により得られた干
渉縞から必要な縞だけを取り出す（不必要な縞のみ除去
する）ことや、得られた干渉縞を任意に修正することを
目的としている。

たとえば、ホログラフィ干渉計により物体の熱変形を測
定する場合、温度変化時に物体と物体を載せるベース（
台）間に熱膨張差があると、その熱膨張差による取付部
（固定部）で変形が生じ。

本来必要な物体の熱変形による干渉縞にその変形による
干渉縞が加算されて得られてしまう、このため、この得
られた干渉縞から物体の熱変形のみをすぐに求めること
は難しくなる。このため、特に熱変形測定では、干渉縞
を補正（除去又は修正）する必要性がある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は被測定物体を微動
台に載せ、微動台をわずかに動かすことにより不必要な
変形（干渉縞）を除去又は修正（補正）するようにした
ものである。また、微動台の駆動源として圧電素子（ピ
エゾ素子）を用いたものである。

〔作用〕

圧電素子は電圧を印加することにより、その値に応じて
変形量が微小変化する。圧電素子により微動台を動かす
と、微動台上の測定物体を剛体的に任意の方向へ微動さ
せることができ、干渉縞を補正（除去又は修正）するこ
とができ、熱変形測定等に適したホログラフィ干渉計を
提供することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。第１
図は本発明のホログラフィ干渉計に用いる微動台１の斜
視図である。また、第２図はそれの側面図、第３図は第
２図の■−■線断面図である。ホログラフィ干渉計の光
学系については第１９図で説明する。微動台１の構成は
、ベース２に引張りばね３とそのまわりに１２０度間隔
テ設けられた三本の圧電素子４と可動台５である６可動
台５は三本の圧電素子４とばね３の釣り合いにより任意
の位置に保持されている０本発明では、第１図に示すよ
うに観察方向（乾板のある方向）に２軸をとり、それに
垂直な面にＸ軸とＹ軸をとるものとする。

第４図は本発明に用いる積層された圧電素子４の特性例
であり、電圧と変位間に若干のヒステリシスをもつが、
概略１００ｖに対して５μｍ変位する。使い方は、三本
の圧電素子４ともに変形前の干渉波面記録時には５０Ｖ
印加（基準）しておき、変形後の干渉波面記録時には、
電圧を０〜１００Ｖ間で希望する干渉縞が現われるよう
に設定する。つまり、各圧電素子４はそれぞれ±２．５
μｍ変位させることができる。もちろん第４図の圧電素
子４の特性は一例であり、圧電素子４の長さを長くすれ
ば変位をさらに大きくとることもできるし、その逆も可
能である。また、５０ｖを常に基準にする必要はない、
ここで、駆動源として圧電素子４を用いた理由は、■リ
ード線により遠隔操作できる。■高精度に変位させるこ
とができる。■比較的安価であるためである、 第５図は第２図のＶ部の断面図であり、圧電素子４と可
動台５のすべり部の形状を示す一実施例である。圧電素
子４の先端には剛球６が接着剤７により固定されており
、一方、可動台５には円錐状のくぼみ８が設けられてい
る。ここで、剛球６とくぼみ８のすべり面（接触面）に
はすべりを良くするためグリース９を塗っている。ここ
で、可動台５の材質はその上に載せる測定物体と同一の
もの又は、同等の熱膨張率をもつ材質が望ましい。

たとえば、測定物体の母体がアルミ合金であれば、可動
台５はアルミ合金とし、熱膨張係数を合わせる。

次に微動台１を用いた本発明のホログラフィ干渉計によ
る熱変形測定の一実施例について述べる。

まず、第１９図はホログラフィ干渉計の光学系配置の一
例を示す。レーザ源（図ではアルゴンレーザ）を出射し
たレーザ光はビームスプリッタで二分され、参照光と物
体光になる。参照光はピンホール、凸レンズを通過して
平行光となり、ホログラム乾板に照射される。一方、物
体光はピンホール、凸レンズを通過して平行光となり、
被測定物体に照射され、その反射光がホログラム乾板に
到達し、前述の参照光と干渉した波面が記録される。そ
して、被測定物体の変形の前後で二回露光することによ
り、変形に応じた干渉縞が観察される０図で参照光路途
中のフィルタは参照光と物体光の光量調節に使われる。

また、それぞれの光は平行光でなく拡散光であってもよ
い。拡散光は大きい被測定物体の測定に適するが、単位
面積当りの光量が減少する欠点がある。

被測定物体の変位の種類は、振動や熱変形があり１図で
は加熱冷却槽（以下恒温槽という）を用いた測定物体の
熱変形を測定する例を示している。

第６図は温度変化時の熱変形を測定する被測定物体を温
度変化させる恒温槽１０であり、加熱。

冷却用熱源１１と観察窓１２をもつ断熱箱である。

１３は温度変化に対して熱膨張率の小さい低熱膨張台で
、光学系（省略）をもつ定盤１４にしっかりと固定され
ている。低熱膨張台１３の材質は、ゼロデユア、石英ガ
ラス、および、スーパインバなどが望ましい。また、観
察窓１２は光学用の石英ガラス板を使用している。図で
は窓として恒温槽面に固定した石英ガラス板１２を示し
ているが。

石英ガラス板１２は定盤１４に直に取り付け、窓に押し
付ける構成で、恒温槽１０と分離されていてもよい。微
動台１のベース２の下端には露出した脚１５を設け、低
熱膨張台１３に接着固定している。１６は被測定物体で
ある。

第７図は被測定物体１６の一例であり、今回はアルミ板
１７上に打抜きアルミ枠１８を立て、その背面にポリイ
ミド樹脂１９を接着剤２０により接着したものである。

アルミ枠１８の熱膨張率は２３．５　Ｘ　１０−’（１
／”Ｃ）　、ポリイミド樹脂１９のそれは３０．Ｏｘ　
１Ｏ−Ｂ（１／’ｃ）　テｔｏ　ｉＪ、温度変化時の熱
膨張差によりアルミ枠１８は矢印の方向にたわみ変形を
起こす。

今、第７図に示す被測定物体１６が第６図に示す恒温槽
１ｏにより１０℃温度上昇した場所について説明する。

まず、本発明の微動台１がなく、第６図で被測定物体１
６を低熱膨張台１３に直に接着固定したときの干渉縞２
１を第８図に示す。

本来は０部の変形（たわみ）量を知りたいのであるが、
低熱膨張台１３とアルミ板１７の熱膨張差により固定部
２２でずれが生じ、そのずれに相当する干渉縞が本来の
物体１６の熱変形に加算され、第８図のように干渉縞が
観察されてしまう。一般に、アルミ板１７と低熱膨張台
１３の固定が簡単な接着か、又は置くだけのとき、その
熱膨張差によるずれは剛体的なずれと考えられる。ここ
で。

被測定物体１６の母体がアルミのとき低熱膨張台１３も
アルミにすれば固定部２２にずれは生じないが、今度は
台１３の熱膨張量が多くなり、それが影響を及ぼし一層
わからなくなる。

次に、本発明の微動台１を用いて固定部２２のずれを補
正したときの干渉縞２１を第９図に示す。

アルミ板１７と同一材質の可動台５を用いており、三本
の圧電素子４をそれぞれ独立に微小変位させ。

第８図で現われた固定部２２で生じるずれに相当する分
を補正する（アルミ板１７または可動台５に生じている
干渉縞を除去する）と１本来必要な■のみの熱変形（た
わみ）を容易に求めることができる。ここで、微動台ｌ
のベース２は脚１５により低熱膨張台１３に接着固定さ
れているが、そこで生じた固定部２２のずれは圧電素子
４により補正できるため、可動台５には影響を及ぼさな
い。

制御法については第１５図ないし第１８図で述べるが、
補正する観察面は次の二つがある。まず一つは前述のよ
うに被測定物体１６の母材（アルミ板１７およびアルミ
枠１８）と同じ熱膨張率をもつ材料で可動台５を構成し
、可動台５に生じる不必要な干渉縞を除去する方法であ
る。もう一つは第１０図に示すように被測定物体１６の
そばにアルミ板１７と同じ熱膨張率をもつ単品のアルミ
枠１８（ポリイミド樹脂１９等含まないもの）を設け、
これを基準面（温度変化しても熱変形しない面）として
、ここに生じる不必要な干渉縞を除去し、被測定物体１
６の熱変形に対応する縞２１のみ抽出する方法である。

この場合、可動台５の熱膨張率がアルミと同等でなくて
もよい、つまり。

可動台５に不必要な縞が生じていてもよい０図では可動
台５に若干の不必要な縞２１′を示した。

また、基準となる物体は被測定物体１６と同じ形状であ
る必要はない。

以上の例では被測定物体１６の母材としてアルミを用い
たが、他の材料であっても同様のことを行えば補正が可
能である。

以上の説明では、微動台ｌにより固定部２２等で伎じる
不必要な変形を除去（補正）する例を述べたが、任意の
干渉縞を作り出すのに使用してもよい、たとえば、従来
のホログラフィ干渉計では干渉縞により変形のパターン
と量を知ることはできたが、方向（面外前方か後方が）
まではわがらなかった、この方向を求めるのに微動台１
を用いることもできる。たとえば、第９図で、圧電素子
４ｂと４ｃはそのままで、４ａの印加電圧を増加させた
とき（変位を大きくしたとき）、０部の縞数が増える（
密になる）ならば最初に現われていた変形は面外前方へ
のたわみであることがわかるし、逆に、４ａの印加電圧
を減少させたとき（変位を小さくしたとき）、０部の縞
数が増える（密になる）ならば最初に現われていた変形
は面外後方へのたわみであることがわかる。もちろん、
それ以外の応用も可能である。

第１図ないし第３図に示す微動台１で補正（微動）でき
る方向は、Ｘ軸及びＹ軸まわりの回転とＺ方向の平行移
動である（三自由度）。第１１図は微動台１の他の実施
例で、やはり三本の圧電素子４を用いており、Ｘ軸及び
２軸まわりの回転とＹ軸方向の平行移動が微動可能であ
る（三自由度）。

また、第１２図は微動台１のその他の実施例であり、第
２図と第１１図を組み合わせ、自由度を増したものであ
る。これ以外にも組み合わせにより自由度を変えたり、
増やすこともできるが、構造が複雑となる。できる限り
不必要な変形の性質をとらえ、それのみを補正するよう
な自由度の低い微動台にすることが好ましいと考えられ
る。

また、圧電素子４の長さＬはすべて同一にする必要はな
く、それぞれ用途に応じて異なった長さであってもよい
し、可動台５の形状は被測定物体に応じた任意の形状で
あって差し支えない。

以上の説明では、ｌｌ動台１の駆動源として圧電素子４
とばね３を用いた例を示したが、圧電素子４以外に形状
記憶合金や同樹脂及びモータ駆動であってもよいし、さ
らには空気圧や油圧により作動するシリンダにより可動
台５を微動させてもよい、また、引張りばね３以外に圧
縮ばねを用いてもよいし、ばね以外にゴム等の弾性体を
用いてもよい。

次に、駆動源として圧電素子（三本使用）を例にとって
微動台の制御法を説明する。第１５図は最も簡単な手動
補正法で、可動台５に生じている不必要な干渉縞を観察
しながら、干渉縞がなくなるように三本の圧電素子への
印加電圧を調節する方法であり、実時間（リアルタイム
）法で行うときに使用できる。また、第１６図は自動補
正法の一実施例で、可動台５の変位量を可動台５の側近
に設けた変位センサにより検出し、その量に応じて可動
台５の補正量を求め、圧電素子への印加電圧を随時制御
する方法であり、特に実時間法に向いている。

また、第１７図は被測定物体の熱変形測定用の自動補正
法の一実施例で、まず、被測定物体または被測定物体近
くの任意の温度を温度センサにより検出し、その温度が
設定温度に達するのを確認後、変位センサにより可動台
５の変位量を検出し、その量に応じて可動台の補正量を
求め、圧電素子への印加電圧を制御する方法であり、特
に二重露光法（変形の前後のみの干渉縞を観察する方法
）に適している。第１８図は第１７図の制御法の一例を
示す装置の構成例であり、圧電素子４ａないし４ｃに対
向する反対面（観率面）の三点の測定点（Ｘ印）２３を
それぞれの変位センサ２４ａないし２４ｃにより検出し
、その出力側制御器２５内の変位検出器へ導くようにな
っている。ここで、変位センサ２４は非接触式のものが
良く、光の干渉を利用した変位センサや、静電容量型、
渦電流型の変位センサが望ましい、特に、熱変形の濶定
では、変位センサ２４は温度特性の良いものであること
が望ましい。また、センサによっては測定点を鏡面にす
る必要があるが、その時はできる限り小さな面積を鏡面
にし、他の面はホログラフィ干渉計の観察面となるよう
に工夫する。一方、２６は被測定物体もしくはその側近
に設ける温度センサで、図では可動台５内に設けた例を
示している。温度センサ２６の出力は制御器２５内の温
度検出器に導かれている。ここで、温度センサ２６は接
触式の熱電対やサーミスタ、及び非接触式の放射温度計
などがよい、また、第１８図で、温度センサ２６と温度
検出器を取り除けば第１５図の制御法の構成となる。

ここで、注意しなければならないのは、可動台５の観察
面を変位センサ２４で覆ってしまうと干渉縞が見えなく
なるので、センサ２４は小さい方がよい、状況によって
は、圧電素子４のもつ面であってもよいし、又、別の面
であっても、可動台５の必要な変位量さえ検出できれば
よい、また、変位センサ２４は三個である必要はない。

また、第１５図ないし第１８図に述べた制御法は駆動源
が圧電素子４でなくても適用できる。たとえば、駆動源
として空気圧で作動するシリンダを用いたときは、補正
量に応じて各シリンダへの空気の圧力や流量を制御すれ
ばよい。

また、被測定物体１６を取り換えて何種類も測定する場
合、可動台５の補正（微動量）はいつも同一でよい、こ
のようなときは、初めに補正量を求めて制御器２５に記
録しておき、その都度出力させてもよい、このとき、変
位センサ２４はなくても自動補正できることになる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、微動台により不必要な干渉縞（変形）
を除去（補正）することができるので、必要な干渉縞の
みを抽出することができる。また。

微動台により測定物体を任意に微動できるので、変形の
方向も求めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の微動台の斜視図、第２図は
第１図の側面図、第３図は第２図のｍ−■線断面図、第
４図は圧電素子の特性図、第５図は第２図のＶ部の断面
図、第６図は恒温槽の断面図ないし第１３図は本発明の
微動台の他の実施例の側面図、第１４図は第１３図の正
面図、第１５図ないし第１７図は制御法の説明図、第１
８図は制御法の一例を示す説明図、第１９図はホログラ
フィ干渉計の光学系配置図である。 １・・・微動台、２・・・ベース、３・・・ばね、４・
・・圧電素子、５・・・可動台、６・・・剛球、１０・
・・恒温槽、１３・・・低熱膨張台、１６・・・被測定
物体、２１・・・干渉縞。 ２２・・・固定部、２４・・・変位センサ、２５・・・
制御器、纂　１　圀 拓　５　図 寮 凶 葛 図 第 菌 刀 革 図 基準ｎイ々（得り定）ｌル参、 第 図 ／３ 某 図 羊 ７４図 拓 図 〔手史力補“正 第 羊 ／乙 口 〔＠動′４王 ■ 〕 ネ 凹

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、被測定物体から反射する物体光とそれとは別の参照
   光とを用いて同一物体の変形前後の波面を干渉させるこ
   とにより、その干渉縞から物体の変形を求めるホログラ
   フイ干渉計において、前記被測定物体を任意の方向に微
   動可能な微動台に載せたことを特徴とするホログラフイ
   干渉計。