JPH05332722A - Optical displacement measuring device - Google Patents

Optical displacement measuring device

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JPH05332722A
JPH05332722A JP16218992A JP16218992A JPH05332722A JP H05332722 A JPH05332722 A JP H05332722A JP 16218992 A JP16218992 A JP 16218992A JP 16218992 A JP16218992 A JP 16218992A JP H05332722 A JPH05332722 A JP H05332722A
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light
measured
fourier transform
flc
image
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Yuji Kobayashi
祐二 小林
Naohisa Kosaka
直久 向坂
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Hamamatsu Photonics KK
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Abstract

PURPOSE:To provide an optical displacement measuring device capable of detecting the displaced state of a measurement target within a short time and excellent in real-time measuring property. CONSTITUTION:A laser beam is emitted to an object 30 to be measured twice at a certain time interval to provide two speckle, patterns. The two speckle patterns are double recorded in a FLCSLM 7. The double recorded speckle patterns are read, and Fourier-transformed by a Fourier transforming lens 12 to form a Young's interference fringe. This is recorded in a FLCSLM 12. The Young's interference fringe is read, and Fourier-transformed by a Fourier transforming lens 15, whereby the (+) primary diffracted light according to the correlation of the double recorded speckle patterns is formed. The optical intensity of the (+) primary diffracted light is measured by a photomultiplier 16. An arithmetic control device 17 determines the moving distance and thus the moving speed in the time interval of the object 30 to be measured on the basis of the optical intensity, and a speed display device 18 displays the moving speed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、物体の変位状態を光学
的に測定するための光学的変位測定装置に係わる。ここ
で、物体の変位状態とは、物体の移動状態や変形状態等
をいい、変位量(移動量や変位量等)や変位速度(移動
速度や変位速度等)を含む。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical displacement measuring device for optically measuring the displacement state of an object. Here, the displacement state of the object refers to a moving state or a deforming state of the object, and includes a displacement amount (moving amount, displacement amount, etc.) and a displacement speed (moving speed, displacement speed, etc.).

【0002】[0002]

【従来の技術】物体の変位量を光学的に測定する手段の
一つとして、スペックル法がある。スペックル法では、
物体にレーザ光等の可干渉な光を照射し、該照射光が該
物体の粗面等で拡散反射して形成する斑点状の模様(以
下、「スペックルパターン」という)を利用する。特開
昭59−212773号公報に、スペックル法を採用し
た光学的速度検出装置の開示がある。この装置では、移
動する被測定物体に、ある時間間隔をおいて二回、可干
渉な光を照射する。該二回の照射により得られるスペッ
クルパターンを、それぞれ、複数の受光素子に受光さ
せ、光電変換する。各受光素子で採取したサンプル値を
互いにシフトさせて、その相関関係を演算する。かかる
演算から、スペックルパターンの移動量を求め、もっ
て、被測定物体の移動量及び移動速度を求めている。
2. Description of the Related Art The speckle method is one of the means for optically measuring the amount of displacement of an object. In the speckle method,
A speckle pattern (hereinafter referred to as a "speckle pattern") formed by irradiating an object with coherent light such as a laser beam and diffusing and reflecting the irradiation light on a rough surface of the object is used. Japanese Unexamined Patent Publication No. 59-212773 discloses an optical velocity detecting device adopting the speckle method. In this device, a moving object to be measured is irradiated with coherent light twice at a certain time interval. The speckle patterns obtained by the two irradiations are respectively received by a plurality of light receiving elements and photoelectrically converted. The sample values collected by each light receiving element are shifted from each other, and the correlation is calculated. From this calculation, the amount of movement of the speckle pattern is obtained, and thus the amount of movement and the moving speed of the measured object are obtained.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】このように相関演算に
より移動量・移動速度を求める装置においては、サンプ
ル値の採取や相関演算に時間がかかり、実時間測定性の
点において十分でない。本発明は上記問題点に鑑みてな
されたものであり、その目的は、被測定対象の変位状態
を短時間で測定でき、実時間測定性に優れた光学的変位
測定装置を提供することにある。
As described above, in the apparatus for obtaining the moving amount / moving speed by the correlation calculation, it takes time to collect the sample values and the correlation calculation, and it is not sufficient in terms of real-time measurable property. The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an optical displacement measuring device capable of measuring a displacement state of an object to be measured in a short time and having excellent real-time measurable property. ..

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の光学的変位測定装置は、被測定対象へ光を
照射して、二の測定時刻における該被測定対象の像を形
成するための光照射手段と、該二の測定時刻における該
被測定対象の像を二重記録するための第一の記録手段
と、該第一の記録手段にコヒーレント光を照射して該二
重記録像を読みだすための第一のコヒーレント光投光手
段と、該読み出した二重記録像をフーリエ変換して第一
のフーリエ変換像を形成するための第一のフーリエ変換
手段と、該第一のフーリエ変換像を記録するための第二
の記録手段と、該第二の記録手段にコヒーレント光を照
射して該第一のフーリエ変換像を読みだすための第二の
コヒーレント光投光手段と、該読み出した第一のフーリ
エ変換像をフーリエ変換して第二のフーリエ変換像を形
成するための第二のフーリエ変換手段と、該第二のフー
リエ変換像の状態を検出するための0次元の光検出手段
と、から構成される。ここで、該0次元の光検出手段
は、該第二のフーリエ変換像の光強度を検出するための
0次元の光強度検出手段であることが好ましい。該0次
元の光強度検出手段は、特に、光電子増倍管であること
が好ましい。第二のフーリエ変換像は、該二の測定時刻
における被測定対象の像の相関に応じた二の回折光点像
からなる。したがって、該0次元の光強度検出手段は、
該二の回折光点像の少なくとも一の光強度を検出するべ
く設けられている。該光学的変位測定装置は、さらに、
該0次元の光検出手段の検出結果に基づき、該二の測定
時刻の間における該被測定対象の該光学的変位測定装置
に対する相対的変位量を演算するための演算手段を備え
ていることが好ましい。また、該光照射手段は、該被測
定対象にコヒーレント光を照射して、スペックルパター
ンを形成するものであることが好ましい。該第一及び第
二の記録手段は、強誘電性液晶空間光変調素子であるこ
とが好ましい。
In order to achieve the above object, the optical displacement measuring apparatus of the present invention irradiates light on an object to be measured to form an image of the object to be measured at two measurement times. For irradiating the image of the object to be measured at the second measurement time, and the double recording by irradiating the first recording means with coherent light. First coherent light projecting means for reading out an image, first Fourier transforming means for performing Fourier transform on the read double recording image to form a first Fourier transform image, and Second recording means for recording the Fourier transform image of the second, and second coherent light projecting means for irradiating the second recording means with coherent light to read out the first Fourier transform image , A Fourier transform of the read first Fourier transform image To a second Fourier transform means for forming a second Fourier transform image, composed of a 0-dimensional light detection means for detecting the state of the Fourier transformed image of said second,. Here, it is preferable that the 0-dimensional light detecting means is a 0-dimensional light intensity detecting means for detecting the light intensity of the second Fourier transform image. The 0-dimensional light intensity detecting means is particularly preferably a photomultiplier tube. The second Fourier transform image is composed of two diffracted light point images corresponding to the correlation of the images of the measurement target at the two measurement times. Therefore, the 0-dimensional light intensity detecting means is
It is provided to detect at least one light intensity of the second diffracted light point image. The optical displacement measuring device further comprises
And a calculation means for calculating a relative displacement amount of the object to be measured with respect to the optical displacement measurement device between the two measurement times based on the detection result of the zero-dimensional light detection means. preferable. Further, it is preferable that the light irradiation means irradiates the object to be measured with coherent light to form a speckle pattern. The first and second recording means are preferably ferroelectric liquid crystal spatial light modulators.

【0005】[0005]

【作用】上記構成を有する本発明の光学的変位測定装置
においては、該光照射手段が、該光学的変位測定装置に
対して相対的に変位する被測定対象に、光を照射する。
該照射光により、二の測定時刻における該被測定対象の
像が、それぞれ得られる。該第一の記録手段が、該二の
測定時刻の像を二重記録する。該第一のコヒーレント光
投光手段が、該第一の記録手段にコヒーレント光を照射
して、該第一の記録手段に記録された該二重記録像を読
み出す。該読みだした二重記録像を、該第一のフーリエ
変換手段がフーリエ変換し、第一のフーリエ変換像を形
成する。該第二の記録手段が、該第一のフーリエ変換像
を記録する。該第二のコヒーレント光投光手段が、該第
二の記録手段にコヒーレント光を照射して、該第二の記
録手段に記録された該第一のフーリエ変換像を読み出
す。該読みだした第一のフーリエ変換像を、該第二のフ
ーリエ変換手段がフーリエ変換し、第二のフーリエ変換
像を形成する。該0次元の光検出手段が、該第二のフー
リエ変換像の状態を検出する。該0次元の光検出手段
は、該第二のフーリエ変換像の状態を検出し、その状態
を示す情報を出力する。ここで、該第二のフーリエ変換
像の状態は、該二の測定時刻の間における被測定対象の
該第一の記録手段に対する相対的変位状態(すなわち、
該光学的変位測定装置に対する相対的変位状態)と一定
の関係を有している。したがって、該0次元の光検出手
段は、その検出結果として、該相対的変位状態を示す情
報を出力することになる。たとえば、該第二のフーリエ
変換像の光強度は、該二の測定時刻間における被測定対
象と該第一の記録手段(すなわち、該光学的変位測定装
置)との相対的変位状態と一定の関係を有している。し
たがって、該0次元の光検出手段が該第二のフーリエ変
換像の光強度を測定するための0次元の光強度検出手段
である場合には、該0次元の光検出手段は、検出結果と
して、該相対的変位状態を示す情報を出力することにな
る。また、該光学的変位測定装置が前記演算手段を備え
ている場合には、該演算手段は、該0次元の光検出手段
の検出結果に基づき、該二の測定時刻の間における該被
測定対象の該光学的変位測定装置に対する相対的変位量
を演算する。特に、該0次元の光検出手段が該0次元の
光強度検出手段である場合には、該演算手段は、該0次
元の光強度検出手段の検出した該第二のフーリエ変換像
の光強度に基づき、該二の測定時刻の間における該被測
定対象の該光学的変位測定装置に対する相対的変位量を
演算する。なお、該光照射手段がコヒーレント光を照射
するものである場合には、該被測定対象の像として、ス
ペックルパターンが得られる。
In the optical displacement measuring device of the present invention having the above construction, the light irradiating means irradiates the object to be measured which is relatively displaced with respect to the optical displacement measuring device with light.
With the irradiation light, images of the object to be measured at the two measurement times are obtained, respectively. The first recording means double-records the images at the second measurement times. The first coherent light projecting unit irradiates the first recording unit with coherent light to read the double-recorded image recorded in the first recording unit. The read double recorded image is subjected to Fourier transform by the first Fourier transform means to form a first Fourier transform image. The second recording means records the first Fourier transform image. The second coherent light projecting unit irradiates the second recording unit with coherent light to read out the first Fourier transform image recorded in the second recording unit. The second Fourier transform means Fourier transforms the read first Fourier transform image to form a second Fourier transform image. The 0-dimensional light detecting means detects the state of the second Fourier transform image. The 0-dimensional light detecting means detects the state of the second Fourier transform image and outputs information indicating the state. Here, the state of the second Fourier transform image is a relative displacement state of the measured object with respect to the first recording means during the second measurement time (that is,
It has a fixed relationship with the relative displacement state with respect to the optical displacement measuring device. Therefore, the 0-dimensional light detection means outputs information indicating the relative displacement state as the detection result. For example, the light intensity of the second Fourier transform image is constant with the relative displacement state between the object to be measured and the first recording means (that is, the optical displacement measuring device) between the two measurement times. Have a relationship. Therefore, when the 0-dimensional light detecting means is a 0-dimensional light intensity detecting means for measuring the light intensity of the second Fourier transform image, the 0-dimensional light detecting means outputs a detection result. , Information indicating the relative displacement state will be output. Further, when the optical displacement measuring device is provided with the calculating means, the calculating means is based on the detection result of the 0-dimensional light detecting means, and the object to be measured between the two measurement times. The relative displacement amount of the optical displacement measuring device is calculated. In particular, when the 0-dimensional light detecting means is the 0-dimensional light intensity detecting means, the calculating means calculates the light intensity of the second Fourier transform image detected by the 0-dimensional light intensity detecting means. Based on, the relative displacement amount of the object to be measured with respect to the optical displacement measuring device between the two measurement times is calculated. When the light irradiating means irradiates coherent light, a speckle pattern is obtained as an image of the object to be measured.

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。該実施例は、移動している被測定物体の移動
速度を測定するための光学的移動速度測定装置に係わ
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The embodiment relates to an optical moving speed measuring device for measuring the moving speed of a moving object to be measured.

【0006】図1は、本実施例に係る光学的移動速度測
定装置(以下、「測定装置」という)1の概略構成を示
す光学系統平面図である。該測定装置1は、光源として
のHe−Neレーザ装置2と;該He−Neレーザ装置
2からのレーザ光を、所定時間間隔をおいて二度被測定
物体30に照射して、二のスペックルパターンを形成す
るためのスペックルパターン形成部1Aと;該形成した
二のスペックルパターンを二重記録するための第一の強
誘電性液晶空間光変調素子(以下、「第一のFLC−S
LM」という)7と;該He−Neレーザ装置2からの
レーザ光を、スペックルパターンが二重記録された該第
一のFLC−SLM7で位相変調し、さらに空間的にフ
ーリエ変換することにより、ヤングの干渉縞を形成する
ための干渉縞形成部1Bと;該形成したヤングの干渉縞
を記録するための第二の強誘電性液晶空間光変調素子
(以下、「第二のFLC−SLM」という)13と;該
He−Neレーザ装置2からのレーザ光を、ヤングの干
渉縞が記録された該第二のFLC−SLM13で位相変
調し、さらに空間的にフーリエ変換することにより、複
数の回折光光点を形成するための回折光形成部1Cと;
該形成した回折光光点のうちの+1次回折光の光強度を
測定し、被測定物体30の該所定時間間隔における移動
量ひいては移動速度を演算するための測定・演算部1D
とを備えている。つまり、測定装置1では、スペックル
パターン形成部1Aで得た互いに同一のパターンを有す
る二のスペックルパターンに対し、FLC−SLM7、
干渉縞形成部1B、FLC−SLM13、及び、回折光
形成部1Cにより、ジョイント変換相関処理と同様な処
理を行って、該スペックルパターンの自己相関信号光を
形成する。測定・演算部1Dにより、該自己相関信号光
の光強度を測定し、その測定結果に基づいて、該二のス
ペックルパターン間の距離を演算し、もって、被測定物
体の移動速度を演算するのである。
FIG. 1 is a plan view of an optical system showing a schematic configuration of an optical moving speed measuring apparatus (hereinafter referred to as “measuring apparatus”) 1 according to this embodiment. The measuring device 1 includes a He-Ne laser device 2 as a light source; and a laser beam from the He-Ne laser device 2 that irradiates the measured object 30 twice at a predetermined time interval to obtain a second spec. A speckle pattern forming portion 1A for forming a speckle pattern; a first ferroelectric liquid crystal spatial light modulator (hereinafter, referred to as "first FLC- S
7); and the laser light from the He-Ne laser device 2 is phase-modulated by the first FLC-SLM 7 in which the speckle pattern is double recorded, and further spatially Fourier transformed. An interference fringe forming portion 1B for forming Young's interference fringes; and a second ferroelectric liquid crystal spatial light modulator for recording the formed Young's interference fringes (hereinafter, referred to as "second FLC-SLM"). 13); and the laser light from the He-Ne laser device 2 is phase-modulated by the second FLC-SLM 13 in which Young's interference fringes are recorded, and further spatially Fourier-transformed to obtain a plurality of laser light. Diffracted light forming portion 1C for forming diffracted light spots of
A measurement / calculation unit 1D for measuring the light intensity of the + 1st order diffracted light of the formed diffracted light spots and calculating the movement amount and thus the movement speed of the measured object 30 in the predetermined time interval.
It has and. That is, in the measuring apparatus 1, the FLC-SLM 7, the two speckle patterns having the same patterns obtained by the speckle pattern forming unit 1A,
The interference fringe formation unit 1B, the FLC-SLM 13, and the diffracted light formation unit 1C perform the same process as the joint conversion correlation process to form the autocorrelation signal light of the speckle pattern. The measurement / calculation unit 1D measures the light intensity of the autocorrelation signal light, calculates the distance between the two speckle patterns based on the measurement result, and thus calculates the moving speed of the measured object. Of.

【0007】以下、かかる測定装置1の構成について、
詳細に説明する。
The configuration of the measuring device 1 will be described below.
The details will be described.

【0008】直方体状の被測定物体30が、ベルトコン
ベア状の搬送装置31により、図1の矢印Vの方向(図
の紙面に沿う方向)に延びる搬送経路上を搬送移動され
ている。なお、該直方体状の被測定物体30は、図の紙
面に対し垂直な方向に延びる平面状粗面30Aを有して
いる。He−Neレーザ装置2は、直線偏光状態の平行
光を連続的に照射している。スペックルパターン形成部
1Aでは、ハーフミラー3が、He−Neレーザ装置か
らのレーザ光の一部を反射して、音響光学偏向器(以
下、「AOD」という)4に導く。AOD4は、AOD
コントローラ20の制御のもとレーザ光を偏向する。よ
り詳しくは、AOD4は、レーザ光を偏向して、これを
所定時間間隔をおいて二度、特定の一の方向に照射させ
る。この結果、レーザスポット光が、被測定物体30の
搬送経路上の一の固定領域Rに、該所定時間間隔をおい
て二度パルス状に照射されることになる。(以下、該二
度の照射時刻を、それぞれ、「第一の照射時刻t1及び
第二の照射時刻t2」といい、該所定時間間隔を「照射
時刻間隔△t(=t2−t1)」という。また、該照射時
刻間隔△tにおける該被測定物体30の移動距離を|S
(△t)|とする。)該二度の照射光は、それぞれ、被
測定物体30の粗面30Aのうち、照射時刻t1及びt2
に該固定領域Rに達した領域30R1及び30R2でそれ
ぞれ散乱反射され、二の反射光を形成する。(以下、そ
れぞれ、「第一及び第二の反射光」という。)該第一及
び第二の反射光は、該領域30R1及び30R2の粗面形
状に固有なスペックルパターンを有する。つまり、該第
一及び第二の反射光は、互いに同一のスペックル分布が
該移動方向Vに全体的に該移動距離|S(△t)|だけ
ずれたようなパターン(以下、それぞれ、「第一及び第
二のスペックルパターン」という)を有することにな
る。結像レンズ5が、該第一及び第二のスペックルパタ
ーンを、第一のFLC−SLM7の書き込み側光入射面
7Sw上に結像する。したがって、該光入射面7Swに結
像された第一及び第二のスペックルパターンは、互いに
同一のスペックル分布が、全体的に、一のシフト方向
X’に、一のシフト距離(以下、「シフト距離|M(△
t)|」という)だけずれたようなパターンとなる。こ
こで、該シフト方向X’は、被測定物体の移動方向(図
1の矢印V)と一定の関係にある。本実施例の場合、結
像レンズ5の光軸5Aは図の紙面にそって延びているた
め、該シフト方向X’も図の紙面に沿う方向に延びてい
る。また、該シフト距離|M(△t)|は、被測定物体
移動距離|S(△t)|との間に、該結像レンズ5の結
像倍率mで決まる以下の数式1の関係を有する。
A rectangular parallelepiped object 30 is conveyed and moved by a conveyor device 31 in the form of a belt conveyor on a conveying path extending in the direction of arrow V in FIG. 1 (the direction along the plane of the drawing). The rectangular parallelepiped object 30 has a planar rough surface 30A extending in a direction perpendicular to the plane of the drawing. The He-Ne laser device 2 continuously emits parallel light in a linearly polarized state. In the speckle pattern forming unit 1A, the half mirror 3 reflects a part of the laser light from the He—Ne laser device and guides it to an acousto-optic deflector (hereinafter referred to as “AOD”) 4. AOD4 is AOD
The laser light is deflected under the control of the controller 20. More specifically, the AOD 4 deflects the laser light and irradiates the laser light twice in a specific direction at predetermined time intervals. As a result, the laser spot light is applied to one fixed region R on the conveyance path of the measured object 30 twice in a pulse form at the predetermined time interval. (Hereinafter, the two irradiation times are referred to as “first irradiation time t 1 and second irradiation time t 2 ”, and the predetermined time interval is “irradiation time interval Δt (= t 2 −t 1 ) ”. Also, the moving distance of the measured object 30 at the irradiation time interval Δt is | S.
(Δt) | ) The irradiation light at the two times is irradiated at the irradiation times t 1 and t 2 on the rough surface 30A of the measured object 30, respectively.
In the areas 30R 1 and 30R 2 which have reached the fixed area R, they are scattered and reflected to form two reflected lights. (Hereinafter, referred to as “first and second reflected lights”, respectively.) The first and second reflected lights have speckle patterns unique to the rough surface shapes of the regions 30R 1 and 30R 2 . That is, the first and second reflected lights have a pattern in which the same speckle distributions are entirely displaced in the moving direction V by the moving distance | S (Δt) | (hereinafter, respectively, First and second speckle patterns "). The image forming lens 5 forms an image of the first and second speckle patterns on the writing side light incident surface 7S w of the first FLC-SLM 7. Therefore, the first and second speckle patterns imaged on the light incident surface 7S w have the same speckle distribution as a whole in one shift direction X ′ and one shift distance (hereinafter , "Shift distance | M (△
The pattern is shifted by (t) | Here, the shift direction X ′ has a fixed relationship with the moving direction of the measured object (arrow V in FIG. 1). In the case of this embodiment, since the optical axis 5A of the imaging lens 5 extends along the plane of the drawing, the shift direction X'also extends in the direction along the plane of the drawing. Further, the shift distance | M (Δt) | has the relationship of the following equation 1 determined by the imaging magnification m of the imaging lens 5 with the object moving distance | S (Δt) | Have.

【数1】|M(△t)|=m・|S(△t)|[Equation 1] | M (Δt) | = m · | S (Δt) |

【0009】該第一のFLC−SLM7は、該書き込み
側光入射面7Swに結像された該第一及び第二のスペッ
クルパターンを二重記録するべく、FLC−SLMコン
トローラ19により駆動される。
The first FLC-SLM 7 is driven by the FLC-SLM controller 19 so as to double-record the first and second speckle patterns imaged on the writing side light incident surface 7S w . It

【0010】一方、ハーフミラー3を透過した平行レー
ザビームは、干渉縞形成部1Bにおいて、第一のコリメ
ータレンズ8Aとスペイシャルフィルター8B及び第二
のコリメータレンズ8Cからなるビーム径変換光学系8
により、所望のビーム径の平行レーザビームに変換され
る。該平行レーザビームの一部は、ハーフミラー9で反
射され、可変アパーチャ10Aとハーフミラー10Bか
らなる第一の読みだし光学系10により、該第一のFL
C−SLM7の読みだし側光入射面7Srに導かれる。
なお、該可変アパーチャ10Aは、該レーザビームをさ
らに所望のビーム径に変換するためのものである。該光
入射面7Srに照射されたレーザビームは、FLC−S
LM7内で、該第一及び第二のスペックルパターンの位
置(該シフト距離|M(△t)|と該シフト方向)に対
応した位相変調を受けた後、該光入射面7Srより出射
する。こうして、該二重記録されたスペックルパターン
の読みだしが行われる。該FLC−SLM7から出射し
たレーザビームは、前記ハーフミラー10Bを透過した
後、第一のフーリエ変換レンズ12により空間的にフー
リエ変換され、該レンズ12の像側焦点面上にヤングの
干渉縞を結像する。該ヤングの干渉縞の縞の並ぶ方向
(各縞の延びる方向に対し垂直な方向)は、前記第一の
FLC−SLM7に記録されたスペックル分布のシフト
方向X’に平行であるため、図の紙面に沿う方向に平行
となる。また、該ヤングの干渉縞の縞間隔(以下、「|
K(△t)|」という)と前記シフト距離|M(△t)
|の逆数とは、以下の数式2に示すように、FLC−S
LM7の読みだし側面7Srに照射した読みだし光(H
e−Neレーザ光)の波長λと該フーリエ変換レンズ1
2の焦点距離fで決まる比例関係にある。
On the other hand, the parallel laser beam transmitted through the half mirror 3 is a beam diameter conversion optical system 8 including a first collimator lens 8A, a spatial filter 8B and a second collimator lens 8C in the interference fringe formation section 1B.
Is converted into a parallel laser beam having a desired beam diameter. A part of the parallel laser beam is reflected by the half mirror 9, and the first reading optical system 10 including the variable aperture 10A and the half mirror 10B causes the first FL to be reflected.
It is guided to the reading side light incident surface 7S r of the C-SLM 7.
The variable aperture 10A is for converting the laser beam into a desired beam diameter. The laser beam applied to the light incident surface 7S r is FLC-S.
In the LM 7, after undergoing phase modulation corresponding to the positions (the shift distance | M (Δt) | and the shift direction) of the first and second speckle patterns, the light is emitted from the light incident surface 7S r. To do. In this way, the reading of the double recorded speckle pattern is performed. The laser beam emitted from the FLC-SLM 7 is spatially Fourier transformed by the first Fourier transform lens 12 after passing through the half mirror 10B, and Young's interference fringes are formed on the image side focal plane of the lens 12. Form an image. Since the direction in which the fringes of the Young's interference fringes are arranged (the direction perpendicular to the extending direction of each fringe) is parallel to the shift direction X ′ of the speckle distribution recorded in the first FLC-SLM 7, It is parallel to the direction along the paper surface of. In addition, the fringe spacing of the Young's interference fringes (hereinafter, “|
K (Δt) | ”) and the shift distance | M (Δt)
The reciprocal of | means FLC-S as shown in the following Equation 2.
The reading light (H that illuminates the reading side surface 7S r of LM7
e-Ne laser light) wavelength λ and the Fourier transform lens 1
There is a proportional relationship determined by the focal length f of 2.

【数2】|K(△t)|=λf/|M(△t)|## EQU2 ## | K (Δt) | = λf / | M (Δt) |

【0011】該第二のFLC−SLM13は、その書き
込み側光入射面13Swが該レンズ12の像側焦点面上
に位置するように配置されているため、該ヤングの干渉
縞が該光入射面13Swに結像される。該第二のFLC
−SLM13は、該ヤングの干渉縞を記録するように、
該FLC−SLMコントローラ19により駆動される。
The second FLC-SLM 13 is arranged such that the writing side light incident surface 13S w is located on the image side focal plane of the lens 12, so that the Young's interference fringes are incident on the light. An image is formed on the surface 13S w . The second FLC
-The SLM 13 records the Young's interference fringes,
It is driven by the FLC-SLM controller 19.

【0012】回折光形成部1Cには、ミラー11Aとハ
ーフミラー11Bからなる第二の読みだし光学系11が
設けられており、ハーフミラー9を透過したHe−Ne
レーザ光を、第二のFLC−SLM13の読みだし側光
入射面13Srに導く。該光入射面13Srに照射された
レーザビームは、該FLC−SLM13内で、該ヤング
の干渉縞の位置(縞方向と縞間隔|K(△t)|)に対
応した位相変調を受けた後、該光入射面13Srより出
射する。こうして、該記録されたヤングの干渉縞の読み
だしが行われる。該第二のFLC−SLM13から出射
したレーザビームは、該ハーフミラー11Bを透過し、
第二のフーリエ変換レンズ15により空間的にフーリエ
変換される。この結果、該レンズ15の像側焦点面15
F上には、0次回折光光点と、該第一及び第二のスペッ
クルパターンの相関に応じた複数の回折光光点(n次回
折光;n=±1,±2,・・・)が結像される。該複数
の回折光光点は、該ヤングの干渉縞の縞の並ぶ方向に対
して平行に並ぶため、図1の紙面に沿う方向(X方向)
に並ぶことになる。より詳しくは、0次回折光は、レン
ズ15の光軸15Aが該像側焦点面15Fと交差する中
心点15O上に結像する。+1次、+2次、・・の回折
光は、該中心点15OからX方向にこの順に並ぶ。−1
次、−2次、・・の回折光は、それぞれ、該+1次、+
2次、・・の回折光と、該中心点15Oに対して点対称
となる位置に並ぶ。ここで、該±1次回折光は、同一の
パターンを有する該第一及び第二のスペックルパターン
に対してジョイント変換相関処理と同一の処理を施した
結果得られた、該スペックルパターンの自己相関信号光
である。これら回折光光点の互いに隣あう光点間の距離
(以下、「|N(△t)|」という)は互いに等しく、
その値は、該ヤングの干渉縞の縞間隔|M(△t)|の
値の逆数と、FLC−SLM13の読みだし側面13S
rに照射した読みだし光(He−Neレーザ光)の波長
と該フーリエ変換レンズ15の焦点距離で決まる一定の
比例関係にある。
The diffracted light forming section 1C is provided with a second reading optical system 11 including a mirror 11A and a half mirror 11B, and the He-Ne transmitted through the half mirror 9 is provided.
The laser light is guided to the reading side light incident surface 13S r of the second FLC-SLM 13. The laser beam applied to the light incident surface 13S r was subjected to phase modulation in the FLC-SLM 13 corresponding to the position of the Young's interference fringes (fringe direction and fringe spacing | K (Δt) |). After that, the light is emitted from the light incident surface 13S r . Thus, the recorded Young's interference fringes are read out. The laser beam emitted from the second FLC-SLM 13 passes through the half mirror 11B,
The second Fourier transform lens 15 spatially performs a Fourier transform. As a result, the image-side focal plane 15 of the lens 15
On F, a 0th-order diffracted light spot and a plurality of diffracted light spots (n-order diffracted light; n = ± 1, ± 2, ...) Depending on the correlation between the first and second speckle patterns. Is imaged. Since the plurality of diffracted light spots are arranged in parallel to the direction in which the fringes of the Young's interference fringes are arranged, a direction along the plane of FIG. 1 (X direction).
Will be lined up. More specifically, the 0th-order diffracted light is imaged on a center point 15O where the optical axis 15A of the lens 15 intersects the image-side focal plane 15F. The + first-order, + second-order, ... Diffracted lights are arranged in this order from the center point 15O in the X direction. -1
The diffracted light of the second order, the second order, ...
The second-order diffracted light is arranged at a position symmetrical with respect to the center point 15O. Here, the ± 1st-order diffracted light is obtained by subjecting the first and second speckle patterns having the same pattern to the same process as the joint transform correlation process, and Correlated signal light. The distances between the adjacent light points of these diffracted light points (hereinafter referred to as “| N (Δt) |”) are equal to each other,
The value is the reciprocal of the fringe spacing | M (Δt) | of the Young's interference fringes and the reading side surface 13S of the FLC-SLM 13.
There is a fixed proportional relationship determined by the wavelength of the reading light (He-Ne laser light) irradiated on r and the focal length of the Fourier transform lens 15.

【0013】ところで、本発明者らは、該回折光光点と
該ヤングの干渉縞の縞間隔|M(△t)|との関係につ
いて、検討・研究を行った結果、光点間距離|N(△
t)|のみならず、+1次回折光または−1次回折光
(すなわち、自己相関信号光)の光強度(以下、「I」
という)も、ヤングの干渉縞縞間隔|M(△t)|と一
定の関係を有していることを発見した。より詳しくは、
+1次または−1次回折光の光強度Iは、縞間隔|M
(△t)|が大きいほど大きく、縞間隔|M(△t)|
が小さいほど小さい、という特性を有していることを発
見したのである。かかる特性によれば、自己相関信号光
の光強度Iと被測定物体30の移動距離|S(△t)|
(すなわち、移動速度V)も、一定の関係を有している
ことがわかる。具体的には、|S(△t)|が小さいほ
どIは大きくなり、|S(△t)|が大きいほどIは小
さくなる、という関係にあることがわかる。数式1及び
2によれば、|S(△t)|が小さいほど|M(△t)
|は大きくなり、|S(△t)|が大きいほど|M(△
t)|は小さくなるからである。
By the way, the present inventors have studied and studied the relationship between the diffracted light spot and the fringe spacing | M (Δt) | of the Young's interference fringes. N (△
t) |, as well as the light intensity of + 1st-order diffracted light or −1st-order diffracted light (that is, autocorrelation signal light) (hereinafter, “I”).
Also has a constant relationship with Young's interference fringe spacing | M (Δt) |. For more details,
The light intensity I of the + 1st order or −1st order diffracted light is equal to the fringe spacing | M
The larger (Δt) |, the larger the stripe interval | M (Δt) |
It was discovered that the smaller is, the smaller is. According to this characteristic, the light intensity I of the autocorrelation signal light and the moving distance | S (Δt) |
It can be seen that (that is, the moving speed V) also has a fixed relationship. Specifically, it can be seen that there is a relationship that I becomes larger as | S (Δt) | becomes smaller and I becomes smaller as | S (Δt) | becomes larger. According to Equations 1 and 2, the smaller | S (Δt) |, the more | M (Δt)
| Becomes larger, and as | S (Δt) | becomes larger, | M (Δ
This is because t) | becomes small.

【0014】そこで、本発明の測定・演算部1Dでは、
光電子増倍管16を、その光電面16Sが該像側焦点面
15F上に位置するように配置している。より詳しく
は、光電子増倍管16の円形光電面16Sを、図2A及
び2Bに示すように、像側焦点面15Fの中心点15O
から該X方向にわずかにずれた位置に配置して、+1次
回折光光点が入射しうるようにしている。したがって、
該光電子増倍管16は、入射した+1次回折光光点の光
強度値Iに対応した量Cの電流を出力することになる。
なお、光電面16Sを該中心点16Oからずれた位置に
配置したのは、0次回折光が光電面16Sに入射するの
を防止して、光強度の極めて大きい0次回折光の影響を
除去し、+1次回折光の光強度を正確に測定するためで
ある。また、被測定物体の移動速度Vが小さく、前記照
射時刻間隔△tにおける移動距離|S(△t)|が小さ
い場合には、回折光光点間距離|N(△t)|も小さく
なるため、+1次回折光のみならず、+2次、+3次、
・・等、高次の回折光光点も光電面16Sに入射するこ
とになる。しかし、該高次の回折光光点の光強度は、+
1次回折光光点の光強度に比して極めて小さいので、か
かる高次の回折光光点が光電面16Sに入射しても、そ
の影響は無視することができる。
Therefore, in the measurement / calculation unit 1D of the present invention,
The photomultiplier tube 16 is arranged so that its photocathode 16S is located on the image side focal plane 15F. More specifically, as shown in FIGS. 2A and 2B, the circular photocathode 16S of the photomultiplier tube 16 has a center point 15O of the image-side focal plane 15F.
Is arranged at a position slightly deviated in the X direction so that the + 1st-order diffracted light spot can enter. Therefore,
The photomultiplier tube 16 outputs a current of an amount C corresponding to the light intensity value I of the incident + 1st order diffracted light spot.
The photocathode 16S is arranged at a position deviated from the center point 16O because the 0th-order diffracted light is prevented from entering the photocathode 16S and the influence of the 0th-order diffracted light having an extremely large light intensity is removed. This is for accurately measuring the light intensity of the + 1st order diffracted light. Further, when the moving speed V of the object to be measured is small and the moving distance | S (Δt) | at the irradiation time interval Δt is small, the diffracted light light point distance | N (Δt) | also becomes small. Therefore, not only the + 1st order diffracted light, but also the + 2nd order, the + 3rd order,
.., etc., and diffracted light spots of higher orders also enter the photocathode 16S. However, the light intensity of the high-order diffracted light spot is +
Since the light intensity of the first-order diffracted light spot is extremely small, even if such a higher-order diffracted light spot is incident on the photocathode 16S, its influence can be ignored.

【0015】図1に示す該光電子増倍管16に接続され
た演算・制御装置17には、光電子増倍管16の出力電
流値C(すなわち、+1次回折光光強度値I)と被測定
物体30の移動距離|S(△t)|との関係を表す数
式、表等が、格納されている。したがって、該演算・制
御装置17は、該光電子増倍管16の出力電流値Cに基
づいて、被測定物体30の移動距離|S(△t)|を演
算する。該演算・制御装置17にはまた、該AODコン
トローラ20が接続されており、該照射時刻間隔値△t
の情報が入力される。該演算・制御装置17は、該入力
情報に基づき、移動速度V=|S(△t)|/△tをも
演算する。該演算・制御装置17に接続された速度表示
装置18が、求められた被測定物体の移動速度Vの値を
その表示面に表示する。なお、該演算・制御装置17
は、AODコントローラ20を介してAOD4による被
測定物体へのHe−Neレーザ光の照射タイミングを調
整し、かつ、FLC−SLMコントローラ19を介して
第一及び第二のFLC−SLM7、13を駆動すること
により、測定装置1全体の動作を制御する機能をも有す
る。
In the arithmetic and control unit 17 connected to the photomultiplier tube 16 shown in FIG. 1, the output current value C of the photomultiplier tube 16 (that is, the + 1st order diffracted light intensity value I) and the object to be measured. Numerical expressions, tables, and the like representing the relationship with the movement distance | S (Δt) | of 30 are stored. Therefore, the calculation / control device 17 calculates the moving distance | S (Δt) | of the measured object 30 based on the output current value C of the photomultiplier tube 16. The AOD controller 20 is also connected to the arithmetic / control unit 17, and the irradiation time interval value Δt
Information is entered. The calculation / control device 17 also calculates the moving speed V = | S (Δt) | / Δt based on the input information. A speed display device 18 connected to the arithmetic / control device 17 displays the obtained value of the moving speed V of the measured object on its display surface. The arithmetic / control unit 17
Adjusts the irradiation timing of the He-Ne laser light to the object to be measured by the AOD 4 via the AOD controller 20, and drives the first and second FLC-SLMs 7 and 13 via the FLC-SLM controller 19. By doing so, it also has a function of controlling the operation of the entire measuring apparatus 1.

【0016】上記構成の測定装置1に採用されている第
一のFLC−SLM7について、以下、詳細に説明す
る。該第一のFLC−SLM7では、図3に示すよう
に、強誘電性液晶層(以下、「液晶層」という)7F
が、一対の配向層7Eと7Gとの間に設けられている。
該配向層7Eの該液晶層7Fと反対の側には、誘電体ミ
ラー7Dと、アモルファスシリコン層(以下、「α−S
i層」という)7Cと、書き込み側透明電極(以下、
「電極」という)7Bと、ガラス層7Aが設けられてい
る。また、該配向層7Gの該液晶層7Fと反対の側に
は、読み出し側透明電極(以下、「電極」という)7H
と、ガラス層7Iと、反射防止膜7Jとが設けられてい
る。該液晶層7FはカイラルスメクチックC(Sc *)液
晶である。該α−Si層7Cは光伝導体層であり、アド
レス材料として機能する。該ガラス層7Aが、前記書き
込み側光入射面7Swを、また該反射防止膜7Jが、読
み出し側光入射面7Srを規定する。該一対の電極7B
と7Hとの間には、後述するように、FLC−SLMコ
ントローラ19が、書き込み用及び消去用の駆動電圧V
w,Veと補償電圧Vwc,Vecをパルス状に印加する。な
お、該補償電圧Vwc,Vecは、液晶層7Fの劣化を防止
するために印加されるものである。また、図1に示すよ
うに、発光ダイオード(LED)6が書き込み側光入射
面7Swの全面を照射するように設けられており、液晶
層7Fに既に記録されている像を消去するのに用いられ
る。
The first FLC-SLM 7 used in the measuring device 1 having the above-mentioned structure will be described in detail below. In the first FLC-SLM 7, as shown in FIG. 3, a ferroelectric liquid crystal layer (hereinafter, referred to as “liquid crystal layer”) 7F.
Are provided between the pair of alignment layers 7E and 7G.
On the side of the alignment layer 7E opposite to the liquid crystal layer 7F, a dielectric mirror 7D and an amorphous silicon layer (hereinafter referred to as "α-S
7C) and a writing-side transparent electrode (hereinafter referred to as “i layer”)
An “electrode” 7B and a glass layer 7A are provided. On the side of the alignment layer 7G opposite to the liquid crystal layer 7F, a readout side transparent electrode (hereinafter referred to as "electrode") 7H.
The glass layer 7I and the antireflection film 7J are provided. The liquid crystal layer 7F is a chiral smectic C (S c * ) liquid crystal. The α-Si layer 7C is a photoconductor layer and functions as an address material. The glass layer 7A defines the write side light incident surface 7S w , and the antireflection film 7J defines the read side light incident surface 7S r . The pair of electrodes 7B
And 7H, the FLC-SLM controller 19 drives the write and erase drive voltages V as described later.
w, is applied V e and the compensation voltage V wc, a V ec pulsed. The compensation voltages V wc and V ec are applied to prevent the deterioration of the liquid crystal layer 7F. Further, as shown in FIG. 1, a light emitting diode (LED) 6 is provided so as to illuminate the entire light incident surface 7S w on the writing side, and is used for erasing an image already recorded on the liquid crystal layer 7F. Used.

【0017】以上、第一のFLC−SLM7の構成につ
いて説明したが、第二のFLC−SLM13も該第一の
FLC−SLM7と同様の構成をしており、該FLC−
SLMコントローラ19が、その電極13B・13H間
の印加電圧を制御する。また、図1に示すように、第二
のFLC−SLM13には、記録消去用の発光ダイオー
ド(LED)14が備えられている。上記FLC−SL
M7及び13は、書き込み速度が極めて早く実時間測定
性において極めて優れている。また、二値記録デバイス
であるため、スペックルパターンやヤングの干渉縞を記
録するのに適している。なお、FLC−SLMの構造及
び動作の詳細は、特開平2−289827号公報に説明
されている。
Although the configuration of the first FLC-SLM 7 has been described above, the second FLC-SLM 13 also has the same configuration as the first FLC-SLM 7, and the FLC-SLM 7 has the same configuration.
The SLM controller 19 controls the applied voltage between the electrodes 13B and 13H. Further, as shown in FIG. 1, the second FLC-SLM 13 is provided with a light emitting diode (LED) 14 for recording and erasing. FLC-SL
M7 and 13 are extremely fast in writing speed and extremely excellent in real-time measurable property. Since it is a binary recording device, it is suitable for recording speckle patterns and Young's interference fringes. Details of the structure and operation of the FLC-SLM are described in JP-A-2-289827.

【0018】上記構成の測定装置1の動作を、図4Aを
参照しながら説明する。まず、発光ダイオード6が第一
のFLC−SLM7の該光入射面7Swに一様な光を照
射している間、演算・制御装置17が、FLC−SLM
コントローラ19を介して、該第一のFLC−SLM7
の電極7B・7H間に、消去用補償電圧Vecと消去用駆
動電圧Veを、互いに等しい時間だけこの順に印加し、
前回の測定の際FLC−SLM7に記録された像を消去
する。なお、該補償電圧Vecと該駆動電圧Veは、互い
に極性が逆で、その絶対値が等しい。演算・制御装置1
7は、次に、該電極7B・7H間に、書き込み用補償電
圧Vwcと書き込み用駆動電圧Vwを、やはり互いに等し
い時間だけこの順で加える。(なお、該書き込み用駆動
電圧Vwの極性は、該消去用駆動電圧Veのそれと逆であ
る。また、該補償電圧Vwcと該駆動電圧Vwとは、互い
に極性が逆で、その絶対値が等しい。)演算・制御装置
17は、この書き込み駆動電圧Vwの印加中、AODコ
ントローラ20を介してAOD4を制御し、照射時刻間
隔Δtをおいて2回レーザ光を被測定物体30に照射さ
せる。このようにして、該FLC−SLM7に該第一及
び第二のスペックルパターンを二重記録する。この結
果、干渉縞形成部1Bにより、該二重記録されたスペッ
クルパターンが読み出され、ヤングの干渉縞が形成され
る。演算・制御装置17は、該第一のFLC−SLM7
に該電圧Vwc・Vwを印加するのと同時に、該第二のF
LC−SLM13に消去用の補償電圧Vecと駆動電圧V
eを加える。これと同時に、発光ダイオード14が該F
LC−SLM13に一様な光を照射することにより、前
回の測定の際記録された像を消去する。演算・制御装置
17は、FLC−SLM7へのスペックルパターンの書
き込みの終了と同時に、該FLC−SLM13の電圧1
3B・13H間に、書き込み補償電圧Vwcと書き込み駆
動電圧Vwを順に印加して、ヤングの干渉縞をFLC−
SLM13に記録する。この結果、回折光形成部1Cに
より、該ヤングの干渉縞が読み出され、該第一及び第二
のスペックルパターンの相関を示す回折光光点が形成さ
れる。該演算・制御装置17は、光電子増倍管16の出
力電流値から、被測定物体の移動距離、移動速度を演算
し、該速度表示装置18が、移動速度を表示する。な
お、速度の時間的変化状態を調べる場合には、該演算・
制御装置17の制御のもと、以上説明した一連の動作
を、測定時間間隔ΔTをおいて繰り返し実行する。
The operation of the measuring apparatus 1 having the above structure will be described with reference to FIG. 4A. First, while the light emitting diode 6 irradiates the light incident surface 7S w of the first FLC-SLM 7 with uniform light, the arithmetic and control unit 17 operates the FLC-SLM.
Via the controller 19, the first FLC-SLM 7
An erasing compensation voltage V ec and an erasing driving voltage V e are applied in this order between the electrodes 7B and 7H of the
The image recorded on the FLC-SLM 7 during the previous measurement is erased. The compensation voltage V ec and the driving voltage V e have opposite polarities and their absolute values are equal. Arithmetic / control device 1
Next, 7 applies the writing compensating voltage V wc and the writing driving voltage V w between the electrodes 7B and 7H in this order for the same time. (Note that the polarity of the write drive voltage V w is opposite to that of the erase drive voltage V e . Further, the compensation voltage V wc and the drive voltage V w have opposite polarities to each other. The absolute values are the same.) The arithmetic / control device 17 controls the AOD 4 via the AOD controller 20 during the application of the write drive voltage V w , and the laser light is measured twice with the irradiation time interval Δt at the measured object 30. To irradiate. In this way, the first and second speckle patterns are double recorded on the FLC-SLM 7. As a result, the double-recorded speckle pattern is read by the interference fringe forming unit 1B, and Young's interference fringes are formed. The arithmetic / control unit 17 uses the first FLC-SLM 7
At the same time that the voltage V wc · V w is applied to the second F
The LC-SLM 13 has a compensation voltage V ec for erasing and a driving voltage V
Add e . At the same time, the light emitting diode 14
By irradiating the LC-SLM 13 with uniform light, the image recorded in the previous measurement is erased. The arithmetic / control unit 17 ends the voltage 1 of the FLC-SLM 13 at the same time as the writing of the speckle pattern to the FLC-SLM 7 is completed.
The write compensation voltage V wc and the write drive voltage V w are applied in order between 3B and 13H to generate Young's interference fringes FLC-.
Record on SLM 13. As a result, the diffracted light forming unit 1C reads the Young's interference fringes, and forms diffracted light spots indicating the correlation between the first and second speckle patterns. The calculation / control device 17 calculates the moving distance and the moving speed of the object to be measured from the output current value of the photomultiplier tube 16, and the speed display device 18 displays the moving speed. In addition, when investigating the temporal change state of the speed,
Under the control of the control device 17, the series of operations described above are repeatedly executed at measurement time intervals ΔT.

【0019】本発明の測定装置1で用いられている光電
子増倍管16は、光量を、その位置的状態までは検出せ
ず、単にその値を測定する0次元の光検出装置である。
したがって、該光電子増倍管16は、その測定を、極め
て高速に行うことができ、応答速度の早いFLC−SL
M7、13の動作に追随した動作を行うことができる。
したがって、かかるFLC−SLM7、13と光電子増
倍管16とを備えた本発明の測定装置1は、実時間測定
性において極めて優れている。また、かかる測定装置1
により、被測定物体の速度の時間的変化状態を調べるべ
く、速度測定を繰り返し行う場合には、各測定を極めて
短い時間で行うことができるために、被測定物体の速度
の時間変化を極めて短い時間間隔ΔTで測定することが
できる。さらに、かかる0次元の光検出装置である光電
子増倍管16は、その測定を高精度で行うことができる
ため、該測定装置1の測定精度を高くすることができ
る。また、該光電子像倍管16は高感度であるため、微
弱信号光でも検出できる。つまり、被測定物体の前記移
動距離|S(△t)|が大きく、+1次回折光強度が小
さくなっても、その測定を行うことができる。このよう
に該光電子像倍管16の測定レンジは広いため、測定装
置1の測定可能な移動速度vの範囲、すなわち、ダイナ
ミックレンジを大きくすることができる。
The photomultiplier tube 16 used in the measuring apparatus 1 of the present invention is a zero-dimensional photodetector that does not detect the amount of light up to its positional state but simply measures its value.
Therefore, the photomultiplier tube 16 can perform the measurement at an extremely high speed and has a fast response speed in the FLC-SL.
Operations following the operations of M7 and M13 can be performed.
Therefore, the measuring apparatus 1 of the present invention including the FLC-SLMs 7 and 13 and the photomultiplier tube 16 is extremely excellent in real-time measurement property. Moreover, such a measuring device 1
Thus, when the speed measurement is repeatedly performed in order to check the state of the time change of the speed of the measured object, each measurement can be performed in an extremely short time, and thus the time change of the speed of the measured object is extremely short. It can be measured at time intervals ΔT. Furthermore, since the photomultiplier tube 16 which is such a zero-dimensional photodetector can perform its measurement with high accuracy, the measurement accuracy of the measuring apparatus 1 can be increased. Further, since the photomultiplier tube 16 has high sensitivity, it can detect even weak signal light. That is, even when the moving distance | S (Δt) | of the object to be measured is large and the + 1st order diffracted light intensity is small, the measurement can be performed. Since the measurement range of the photomultiplier tube 16 is wide in this way, the measurable range of the moving speed v of the measuring apparatus 1, that is, the dynamic range can be increased.

【0020】なお、上述の実施例では、レーザ光を被測
定物体に照射し、反射光にスペックルパターンを形成し
て、該被測定物体の変位量を測定している。しかし、被
測定物体の種類等によっては、その透過光にスペックル
パターンを形成し、測定を行ってもよい。また、上述の
実施例では、AOD4が、所定の時刻間隔Δtをおいて
2回レーザ光を被測定物体30に照射するようにしてい
る。しかしながら、AOD4は設けなくても良い。この
場合には、図4Bに示すように、He−Neレーザ光
を、被測定物体30に常に照射させ続ける。FLC−S
LMコントローラ19が、第一のFLC−SLM7に対
し、該第一及び第二の時刻t1及びt2に(すなわち、時
刻間隔Δtをおいて2回)、書き込み駆動電圧Vwをパ
ルス状に印加する。こうして、該時刻t1及びt2におい
て得られるスペックルパターン1及び2を、FLC−S
LM7に二重記録する。なお、該照射時刻t1及びt2
おける書き込み駆動電圧Vwの印加時間は、その総和が
その直前に印加する書き込み補償電圧Vwcの印加時間と
等しくなるように制御されている。さらに、上述の実施
例では、図4A及び4Bに示すように、第一及び第二の
FLC−SLM7、13の読みだし側光入射面7Sr
13Srには、常に、He−Neレーザ光を照射させて
いる。しかしながら、図中に点線で示すようなタイミン
グで照射させても良い。すなわち、第一のFLC−SL
M7の読みだし側光入射面7Srには、FLC−SLM
7への書き込み駆動電圧Vwの印加の終了後、一定の時
間だけ、He−Neレーザ光を照射して、ヤングの干渉
縞を形成させる。これと同時に、第二のFLC−SLM
13に前記電圧Vwc、Vwを印加して、該形成されたヤ
ングの干渉縞を記録する。同様に、第二のFLC−SL
M13の読みだし側光入射面13Srには、FLC−S
LM13への書き込み駆動電圧Vwの印加の終了後、一
定の時間だけ、He−Neレーザ光を照射して、回折光
光点を形成させる。なお、このようにHe−Neレーザ
光を選択的に読みだし側光入射面7Sr、13Srに照射
させるためには、例えば、図1に点線で示すように、前
記第一及び第二の読みだし光学系10、11に、それぞ
れ、光シャッタ21及び22を設ければ良い。
In the above-described embodiment, the object to be measured is irradiated with laser light, a speckle pattern is formed on the reflected light, and the amount of displacement of the object to be measured is measured. However, depending on the type of the object to be measured and the like, a speckle pattern may be formed on the transmitted light to perform the measurement. Further, in the above-described embodiment, the AOD 4 irradiates the measured object 30 with the laser light twice with a predetermined time interval Δt. However, the AOD 4 may not be provided. In this case, as shown in FIG. 4B, the He-Ne laser beam is constantly applied to the measured object 30. FLC-S
The LM controller 19 pulse-writes the write drive voltage V w with respect to the first FLC-SLM 7 at the first and second times t 1 and t 2 (that is, twice with a time interval Δt). Apply. In this way, the speckle patterns 1 and 2 obtained at the times t 1 and t 2 are set to FLC-S.
Double record on LM7. The application time of the write drive voltage V w at the irradiation times t 1 and t 2 is controlled so that the sum thereof is equal to the application time of the write compensation voltage V wc applied immediately before. Further, in the above-described embodiment, as shown in FIGS. 4A and 4B, the reading side light incident surface 7S r of the first and second FLC-SLMs 7 and 13,
He-Ne laser light is constantly applied to 13S r . However, the irradiation may be performed at the timing shown by the dotted line in the figure. That is, the first FLC-SL
FLC-SLM is provided on the light-incident surface 7S r on the reading side of M7.
After the application of the write drive voltage V w to 7 is finished, He—Ne laser light is irradiated for a certain period of time to form Young's interference fringes. At the same time, the second FLC-SLM
The voltages V wc and V w are applied to 13 to record the formed Young's interference fringes. Similarly, the second FLC-SL
FLC-S is provided on the light-incident surface 13S r on the reading side of M13.
After the application of the write drive voltage V w to the LM 13 is finished, the He—Ne laser light is irradiated for a certain period of time to form a diffracted light spot. In order to selectively irradiate the He-Ne laser light to the side light incident surfaces 7S r and 13S r in this way, for example, as shown by a dotted line in FIG. The reading optical systems 10 and 11 may be provided with optical shutters 21 and 22, respectively.

【0021】本発明者らは、本発明の測定装置1におけ
る光電子増倍管16の出力電流値C(すなわち、+1次
回折光光強度I)と被測定物体の移動距離|S(△t)
|(移動速度V)との関係を調べるべく、以下の実験を
行った。
The inventors have found that the output current value C of the photomultiplier tube 16 in the measuring apparatus 1 of the present invention (that is, the + 1st order diffracted light intensity I) and the moving distance | S (Δt) of the object to be measured.
The following experiment was conducted in order to investigate the relationship with | (moving speed V).

【0022】この実験においては、図5に示すように、
AOD4を使用せず、He−Neレーザ装置からのレー
ザ光を被測定物体30たるスリガラス板に直接照射し続
けた。また、該レーザ光のスポット径を、アパーチャ1
00により、直径17[mm]に調整した。被測定物体
30たるスリガラス板を、搬送装置31たる移動ステー
ジにより、矢印V方向に延びる搬送経路に沿って搬送移
動させた。より詳しくは、この移動ステージ31を、D
Cサーボモーターベルトで、矢印Vの方向に、移動量2
50[mm]だけ移動させた。本実験では、被測定物体
30であるスリガラス板を透過したHe−Neレーザ光
にスペックルパターンを形成し、これを利用して測定を
行った。また、結像レンズ5も使用せず、移動ステージ
からFLC−SLM7までの距離を、170[mm]と
した。第一及び第二のフーリエ変換レンズ12、15と
して、それぞれ、焦点距離150[mm]及び2000
[mm]のフーリエ変換レンズを使用した。また、第二
のFLC−SLM13に記録されたヤングの干渉縞を読
みだすための読みだし光としては、He−Neレーザ光
ではなく、アルゴンレーザ(波長515[nm])光を
利用した。光電子増倍管16に、ストレージオッシロス
コープ101を接続して、該光電子増倍管16の出力電
流値を観察した。なお、該演算・制御装置17には、測
定装置1の制御動作のみを行わせ、演算動作は行わせな
かった。したがって、速度表示装置18も使用しなかっ
た。
In this experiment, as shown in FIG.
Without using AOD4, the ground glass plate as the measured object 30 was continuously irradiated with the laser light from the He-Ne laser device. In addition, the spot diameter of the laser beam is set to the aperture 1
00, the diameter was adjusted to 17 [mm]. The ground glass plate, which is the object to be measured 30, was conveyed and moved by the moving stage, which is the conveying device 31, along the conveying path extending in the arrow V direction. More specifically, this moving stage 31
Use the C servo motor belt to move 2 in the direction of arrow V.
It was moved by 50 [mm]. In this experiment, a speckle pattern was formed on the He—Ne laser light that passed through the ground glass plate that was the object to be measured 30, and measurement was performed using this. Further, the imaging lens 5 was not used, and the distance from the moving stage to the FLC-SLM 7 was set to 170 [mm]. As the first and second Fourier transform lenses 12 and 15, focal lengths of 150 [mm] and 2000, respectively.
A [mm] Fourier transform lens was used. Further, as the reading light for reading the Young's interference fringes recorded in the second FLC-SLM 13, not the He-Ne laser light but the argon laser (wavelength 515 [nm]) light was used. The storage oscilloscope 101 was connected to the photomultiplier tube 16 and the output current value of the photomultiplier tube 16 was observed. The arithmetic / control device 17 was made to perform only the control operation of the measuring device 1 and not the arithmetic operation. Therefore, the speed display device 18 was not used either.

【0023】本実験においては、演算・制御装置17
が、図6に示すような動作タイミングで、測定装置1全
体を動作させた。すなわち、図4Bの場合と同様に、H
e−Neレーザ光を被測定物体であるスリガラス板に照
射させ続けた。第一のFLC−SLM7の消去用電圧V
ec、Veの印加時間をそれぞれ1000[μs]、書き
込み用補償電圧Vwcの印加時間を300[μs]、及
び、書き込み用駆動電圧Vwの印加時間を150[μ
s]とした。該書き込み用駆動電圧Vwを、時刻間隔△
t=1000[μs]をおいて、2回、FLC−SLM
7に印加するようにした。一方、第二のFLC−SLM
13の消去用電圧Vec、Veの印加時間をそれぞれ10
00[μs]、書き込み用電圧Vwc、Vwの印加時間を
それぞれ500[μs]とした。また、本実験では、F
LC−SLM7に書き込み電圧Vwc、Vwを印加してス
ペックルパターンを記録した後、He−Neレーザ光を
FLC−SLM7の読みだし側面7Srに照射して、ヤ
ングの干渉縞を形成させた。これと同時に、FLC−S
LM13に書き込み電圧Vwc、Vwを印加して、ヤング
の干渉縞を記録した。その後、アルゴンレーザ光をFL
C−SLM13の読みだし側面13Srに照射して、回
折光光点を形成させた。なお、アルゴンレーザ光の照射
時間を1950[μs]とした。上記のタイミングで行
う測定を、測定時間間隔△T=5000[μs]で繰り
返し実行した。
In this experiment, the arithmetic and control unit 17
However, the entire measuring apparatus 1 was operated at the operation timing as shown in FIG. That is, as in the case of FIG. 4B, H
The e-Ne laser light was continuously applied to the ground glass plate as the object to be measured. Erase voltage V of the first FLC-SLM 7
The application time of each of ec and V e is 1000 [μs], the application time of the write compensation voltage V wc is 300 [μs], and the application time of the write drive voltage V w is 150 [μ].
s]. The write drive voltage V w is set to the time interval Δ
After t = 1000 [μs], twice FLC-SLM
The voltage was applied to No. 7. On the other hand, the second FLC-SLM
13 erase voltages V ec and V e are applied for 10 times each.
00 [μs] and the application time of the write voltages V wc and V w were set to 500 [μs], respectively. In this experiment, F
After writing the speckle pattern by applying the write voltages V wc and V w to the LC-SLM 7, the He-Ne laser light is irradiated to the reading side surface 7S r of the FLC-SLM 7 to form Young's interference fringes. It was At the same time, FLC-S
Writing voltages V wc and V w were applied to the LM 13 to record Young's interference fringes. After that, the argon laser light is FL.
The reading side surface 13S r of the C-SLM 13 was irradiated to form a diffracted light spot. The irradiation time of the argon laser light was 1950 [μs]. The measurement performed at the above timing was repeatedly performed at the measurement time interval ΔT = 5000 [μs].

【0024】スリガラス板(すなわち移動ステージ)
を、図7Aに示すように、速度V=0[mm/s]か
ら、加速度a=1960[mm/s2]で加速させ、速
度V=500[mm/s]となったところで等速度と
し、次に、加速度a=−1960[mm/s2]で速度
V=0[mm/s]となるまで減速させた。この結果、
光電子増倍管16の出力電流値は、図7Bに示すような
時間的変化状態を示した。図7Bより明かなように、被
測定物体の移動速度が早く、照射時刻間隔△t(=10
00[μs])における該被測定物体の移動距離|S
(△t)|が大きいほど、光電子増倍管16の出力電流
値は小さくなることがわかる。被測定物体の移動速度が
等加速度で増加すれば出力電流値は単調減少し、該移動
速度が一定となれば出力電流値も一定となり、該移動速
度が等加速度で減少すれば出力電流値が単調増加するこ
ともわかる。したがって、光電子増倍管16の出力電流
値の時間的変化状態を観測すれば、被測定物体30の移
動速度の時間的変化状態を大まかに判断できることがわ
かる。また、図7A及び7Bを対比してみれば明らかな
ように、光電子増倍管16の出力電流値は、被測定物体
30の移動速度(移動距離|S(△t)|)に対して、
一対一に対応して得られていることがわかる。したがっ
て、様々な値の速度に対して得られる光電子増倍管の出
力電流値を予め測定し、出力電流値と移動速度との関係
を示す数式や表等を求めておけば、移動速度の不明な任
意の被測定物体に対しても、光電子増倍管の出力電流値
を測定することで、その移動速度を求めることができる
ことがわかる。なお、図7Bにおいて、光電子増倍管1
6の出力電流値が、とびとびで、かつ、なまった特性曲
線となっているのは、ストレージオッシロスコープ10
1のサンプリング周波数が、信号光波形の周波数(+1
次回折光の生成周波数:本実験の場合、5[ms]毎に
+1次回折光を形成させたので、200[kHz]であ
る)より粗いためである。
Ground glass plate (that is, moving stage)
7A, as shown in FIG. 7A, the velocity V = 0 [mm / s] is accelerated at an acceleration a = 1960 [mm / s 2 ] and the velocity becomes V = 500 [mm / s]. Then, the speed was decelerated at an acceleration a = -1960 [mm / s 2 ] until the speed V = 0 [mm / s]. As a result,
The output current value of the photomultiplier tube 16 showed a temporal change state as shown in FIG. 7B. As is clear from FIG. 7B, the moving speed of the measured object is fast, and the irradiation time interval Δt (= 10
00 [μs]) moving distance of the measured object | S
It can be seen that the larger the (Δt) |, the smaller the output current value of the photomultiplier tube 16. If the moving speed of the object to be measured increases at constant acceleration, the output current value monotonously decreases, if the moving speed becomes constant, the output current value also becomes constant, and if the moving speed decreases at constant acceleration, the output current value decreases. It can also be seen that it increases monotonically. Therefore, by observing the temporal change state of the output current value of the photomultiplier tube 16, it can be understood that the temporal change state of the moving speed of the measured object 30 can be roughly determined. Further, as is clear by comparing FIGS. 7A and 7B, the output current value of the photomultiplier tube 16 is relative to the moving speed (moving distance | S (Δt) |) of the measured object 30.
It can be seen that they are obtained in a one-to-one correspondence. Therefore, if the output current value of the photomultiplier tube obtained for various values of speed is measured in advance and a mathematical formula or table showing the relationship between the output current value and the moving speed is obtained, the moving speed is unknown. It can be seen that the moving speed of any object to be measured can be obtained by measuring the output current value of the photomultiplier tube. In FIG. 7B, the photomultiplier tube 1
It is the storage oscilloscope 10 that the output current value of 6 has a discontinuous and curved characteristic curve.
The sampling frequency of 1 is the frequency of the signal light waveform (+1
This is because the generation frequency of the second-order diffracted light: in this experiment, it is coarser than 200 [kHz] because the + 1st-order diffracted light is formed every 5 [ms].

【0025】本発明者らは、さらに、スリガラス板の移
動速度を種々に変化させて、同様の実験を行った。図8
Aに示すように、スリガラス板を、速度V=0[mm/
s]から加速度a=1470[mm/s2]で加速し、
速度V=500[mm/s]となったところで等速度と
し、次に、加速度a=−1470[mm/s2]で速度
V=0[mm/s]となるまで減速させた場合には、光
電子増倍管16の出力電流値は、図8Bに示すような時
間的変化状態を示した。また、図9Aに示すように、ス
リガラス板を、速度V=0[mm/s]から加速度a=
1470[mm/s2]で加速し、速度V=250[m
m/s]となったところで等速度とし、次に、加速度a
=−1470[mm/s2]で速度V=0[mm/s]
となるまで減速させた場合には、光電子増倍管16の出
力電流値は、図9Bに示すような時間変化状態を示し
た。さらに、図10Aに示すように、スリガラス板を、
速度V=0[mm/s]から加速度a=490[mm/
2]で加速し、速度V=250[mm/s]となった
ところで等速度とし、次に、加速度a=−490[mm
/s2]で速度V=0[mm/s]となるまで減速させ
た場合には、光電子増倍管16の出力電流値は、図10
Bに示すような時間変化状態を示した。
The present inventors further conducted similar experiments by changing the moving speed of the ground glass plate variously. Figure 8
As shown in A, the ground glass plate is moved at a speed V = 0 [mm /
[s] and acceleration a = 1470 [mm / s 2 ]
When the velocity is V = 500 [mm / s], a constant velocity is set, and then the velocity is decelerated by acceleration a = −1470 [mm / s 2 ] until the velocity V = 0 [mm / s]. The output current value of the photomultiplier tube 16 showed a temporal change state as shown in FIG. 8B. Further, as shown in FIG. 9A, the ground glass plate is accelerated from the speed V = 0 [mm / s] to the acceleration a =
Accelerate at 1470 [mm / s 2 ] and speed V = 250 [m
m / s], the speed is made constant, and then the acceleration a
= -1470 [mm / s 2 ] and speed V = 0 [mm / s]
When it was decelerated until, the output current value of the photomultiplier tube 16 showed a state of time change as shown in FIG. 9B. Further, as shown in FIG. 10A, the ground glass plate is
From speed V = 0 [mm / s] to acceleration a = 490 [mm /
s 2 ] and the velocity becomes V = 250 [mm / s], then the velocity becomes constant, and then the acceleration a = −490 [mm]
/ S 2 ], when the speed is reduced to V = 0 [mm / s], the output current value of the photomultiplier tube 16 is as shown in FIG.
The time-varying state shown in B is shown.

【0026】本発明は、上述した実施例の光学的移動速
度測定装置に限定されることなく、本発明の主旨から逸
脱することなく、種々の変更が可能となる。
The present invention is not limited to the optical movement velocity measuring apparatus of the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

【0027】上述の実施例においては、演算・制御装置
17は、光電子増倍管16の出力電流値と被測定物体の
移動速度値との関係を示す数式等を格納している。該演
算・制御装置17は、該数式等に基づいて、光電子増倍
管出力電流値から被測定物体の移動速度値を演算し、表
示装置18が該演算結果を表示する。しかしながら、該
演算・制御装置17には、該数式等を格納せず、演算動
作を行わせなくても良い。すなわち、該演算・制御装置
17には、単に制御動作のみを行わせても良い。この場
合には、例えば図5に示したように、光電子増倍管16
には、その出力電流値の状態(例えば、時間的変化状
態)を表示する装置(例えば、オッシロスコープ)を接
続し、被測定物体の移動速度の時間的変化状態を大まか
に示すようにさせれば良い。
In the above-described embodiment, the arithmetic / control unit 17 stores the mathematical formula and the like showing the relationship between the output current value of the photomultiplier tube 16 and the moving speed value of the object to be measured. The calculation / control device 17 calculates the moving speed value of the object to be measured from the photomultiplier tube output current value based on the mathematical formula and the like, and the display device 18 displays the calculation result. However, the arithmetic / control device 17 does not need to store the mathematical formulas and the like, and may not perform the arithmetic operation. That is, the arithmetic / control unit 17 may be made to perform only the control operation. In this case, for example, as shown in FIG.
If a device (for example, an oscilloscope) that displays the state of the output current value (for example, a temporal change state) is connected to the device, it is possible to roughly indicate the temporal change state of the moving speed of the measured object. good.

【0028】上述の実施例では、光電子増倍管16の光
電面16Sを、中心点16Oからずれた位置に配置する
ことで、0次回折光の影響を除去していた。しかしなが
ら、その代わりに、図11A、11Bに示すように、光
電子増倍管16を、その光電面16Sが該中心点16O
を含むような位置に配置しても良い。この場合には、該
光電面16S中の該中心点16Oとその近傍を遮蔽膜で
覆うことによって、0次回折光の影響を除去すれば良
い。
In the above embodiment, the photocathode 16S of the photomultiplier tube 16 is arranged at a position deviated from the center point 16O to eliminate the influence of the 0th order diffracted light. However, instead, as shown in FIGS. 11A and 11B, the photomultiplier tube 16 has its photocathode 16S at the center point 16O.
May be arranged at a position including. In this case, the influence of the 0th-order diffracted light may be removed by covering the central point 16O and its vicinity in the photocathode 16S with a shielding film.

【0029】上述の実施例では、+1次回折光の光強度
を測定した。しかし、−1次回折光の光強度を測定して
も良い。また、+1次回折光と−1次回折光が両方とも
光電面16Sに入射するようにして、両方の光強度の和
を測定しても良い。また、該実施例では、光強度を測定
するのに、光電子増倍管16を使用した。+1次回折光
の光強度はあまり大きくないため、これを測定するのに
は、かかる光電子増倍管が最も好ましいからである。し
かし、光電子増倍管の代わりに、他の0次元の光強度検
出装置を使用することもできる。0次元の光強度検出装
置は、一般に、高感度で、微弱信号光をも検出できるか
らである。かかる0次元の光強度検出装置を採用すれ
ば、被測定物体の前記移動距離|S(△t)|が大きく
+1次回折光強度が小さくなっても、その測定を行うこ
とができる。したがって、測定装置1のダイナミックレ
ンジを大きくすることができるのである。
In the above embodiment, the light intensity of the + 1st order diffracted light was measured. However, the light intensity of the −1st order diffracted light may be measured. Alternatively, both the + 1st-order diffracted light and the -1st-order diffracted light may be incident on the photocathode 16S, and the sum of both light intensities may be measured. Further, in this example, the photomultiplier tube 16 was used to measure the light intensity. This is because the light intensity of the + 1st-order diffracted light is not very high, and therefore such a photomultiplier tube is most preferable for measuring this. However, instead of the photomultiplier tube, another 0-dimensional light intensity detection device can be used. This is because the 0-dimensional light intensity detection device is generally highly sensitive and can detect weak signal light. By adopting such a 0-dimensional light intensity detection device, even if the moving distance | S (Δt) | of the object to be measured is large and the + 1st order diffracted light intensity is small, the measurement can be performed. Therefore, the dynamic range of the measuring device 1 can be increased.

【0030】上述の実施例においては、0次元の光強度
検出手段である光電子増倍管16を設け、これにより、
該回折光光点の光強度を測定している。しかしながら、
該光電子増倍管16の代わりに、他の0次元の光検出手
段を設けても良い。すなわち、回折光光点の光強度以外
の他の特性が、被測定物体の移動距離と一定の関係を有
している場合には、かかる特性を検出するための0次元
の光検出手段を設けても良い。かかる0次元の光検出手
段は、該特性を、その位置的状態までは検出せず、単に
その特性自体を測定する。そして、該特性につき、位置
情報を含まないような情報を出力する。したがって、該
0次元の光検出手段は、該特性を極めて高速に検出する
ことができる。したがって、かかる0次元の光検出手段
を備えた光学的変位測定装置は、実時間測定性に優れた
ものとなる。しかも、かかる0次元の光検出手段は一般
に高感度である。したがって、回折光光点の該特性が、
被測定物体の前記移動距離|S(△t)|の変化に伴い
変化しても、その測定を行うことができる。したがっ
て、かかる0次元の光検出手段を採用すれば、測定装置
の測定可能な移動距離(速度)の範囲、すなわち、ダイ
ナミックレンジを大きくすることができる。
In the above-mentioned embodiment, the photomultiplier tube 16 which is a zero-dimensional light intensity detecting means is provided.
The light intensity of the diffracted light spot is measured. However,
Instead of the photomultiplier tube 16, other 0-dimensional photodetection means may be provided. That is, when the characteristics other than the light intensity of the diffracted light spot have a fixed relationship with the moving distance of the object to be measured, a zero-dimensional light detecting means for detecting such characteristics is provided. May be. The 0-dimensional light detecting means does not detect the characteristic up to its positional state, but simply measures the characteristic itself. Then, information that does not include position information is output for the characteristic. Therefore, the 0-dimensional light detecting means can detect the characteristic at an extremely high speed. Therefore, the optical displacement measuring device provided with such a zero-dimensional light detecting means is excellent in real-time measurement property. Moreover, such 0-dimensional light detection means is generally highly sensitive. Therefore, the characteristic of the diffracted light spot is
Even if the movement distance of the object to be measured | S (Δt) | changes, the measurement can be performed. Therefore, if such a zero-dimensional photodetector is adopted, the measurable range of moving distance (speed) of the measuring apparatus, that is, the dynamic range can be increased.

【0031】上述の実施例では、測定装置は固定されて
おり、被測定物体が移動していたが、この逆に、測定装
置が移動しており、被測定物体が固定されていてもよ
い。この場合には、固定されている被測定物体の、測定
装置に対する相対的な移動量及び速度を測定することに
よって、速度測定装置の、絶対的移動量及び速度が求め
られる。たとえば、測定装置を自動車等移動する物体に
載置することにより、この移動物体の移動量及び速度を
求めることができる。上述の実施例は、光学的移動速度
測定装置に関するものであったが、本発明はこれに限ら
れない。被測定物体の歪み状態を測定し応力分布を調べ
るようなものでも良い。物体の移動量や歪み量等、物体
の変位状態を測定できれば良い。さらに、被測定物体に
は、レーザ光のようなコヒーレント光でなく、インコヒ
ーレント光を照射しても良い。この場合には、スペック
ルパターンでなく、被測定物体の像を第一のFLC−S
LMに記録する。第一及び第二の照射時刻における被測
定物体の像を第一のFLC−SLMに二重記録し、該二
重記録像を読み出しフーリエ変換すれば、ヤングの干渉
縞が得られる。これを第二のFLC−SLMに記録し、
さらに、該記録されたヤングの干渉縞を読みだしフーリ
エ変換すれば、該回折光が得られるからである。
In the above-described embodiment, the measuring device is fixed and the object to be measured is moving, but conversely, the measuring device may be moving and the object to be measured may be fixed. In this case, the absolute movement amount and speed of the speed measuring device are obtained by measuring the relative movement amount and speed of the fixed object to be measured with respect to the measuring device. For example, by mounting the measuring device on a moving object such as an automobile, the moving amount and speed of this moving object can be obtained. Although the above-described embodiments relate to the optical movement velocity measuring device, the present invention is not limited to this. It is also possible to measure the strain state of the object to be measured and examine the stress distribution. It suffices if the displacement state of the object, such as the amount of movement or the amount of distortion of the object, can be measured. Further, the object to be measured may be irradiated with incoherent light instead of coherent light such as laser light. In this case, instead of the speckle pattern, the image of the measured object is displayed on the first FLC-S.
Record in LM. If the images of the object to be measured at the first and second irradiation times are double-recorded on the first FLC-SLM and the double-recorded image is read out and Fourier-transformed, Young's interference fringes can be obtained. Record this on the second FLC-SLM,
This is because the diffracted light can be obtained by reading out the recorded Young's interference fringes and performing Fourier transform.

【0032】スペックルパターンを二重記録する手段と
しては、強誘電性液晶空間光変調素子に限られず、第一
の測定時刻における被測定物体の受光パターンを、少な
くとも第二の測定時刻まで蓄積でき、被測定物体の像を
二重記録することが可能な空間光変調素子であればよ
い。また、被測定物体からの透過光または反射光に形成
されたパターンの光強度が小さい場合には、結像レンズ
5と第一のFLC−SLM7との間に、公知のイメージ
インテンシファイアを設け、パターンの光強度を高めた
後、第一のFLC−SLM7の書き込み入射面7Sw
入射させるようにしてもよい。
The means for double recording the speckle pattern is not limited to the ferroelectric liquid crystal spatial light modulator, and the light receiving pattern of the measured object at the first measurement time can be accumulated at least until the second measurement time. Any spatial light modulator capable of double recording the image of the object to be measured may be used. Further, when the light intensity of the pattern formed in the transmitted light or the reflected light from the object to be measured is small, a known image intensifier is provided between the imaging lens 5 and the first FLC-SLM 7. After increasing the light intensity of the pattern, the light may be incident on the writing incident surface 7S w of the first FLC-SLM 7.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上詳述したことから明らかなように、
本発明の光学的変位測定装置によれば、光照射手段が、
該光学的変位測定装置に対して相対的に変位する被測定
対象に、光を照射する。該照射光により、二の測定時刻
における該被測定対象の像が、それぞれ得られる。第一
の記録手段が、該二の測定時刻の像を二重記録する。第
一のコヒーレント光投光手段が、該第一の記録手段にコ
ヒーレント光を照射して、該第一の記録手段に記録され
た該二重記録像を読み出す。該読みだした二重記録像
を、第一のフーリエ変換手段がフーリエ変換し、第一の
フーリエ変換像を形成する。第二の記録手段が、該第一
のフーリエ変換像を記録する。第二のコヒーレント光投
光手段が、該第二の記録手段にコヒーレント光を照射し
て、該第二の記録手段に記録された該第一のフーリエ変
換像を読み出す。該読みだした第一のフーリエ変換像
を、第二のフーリエ変換手段がフーリエ変換し、第二の
フーリエ変換像を形成する。0次元の光検出手段が、該
第二のフーリエ変換像の状態を検出する。該0次元の光
検出手段は、該第二のフーリエ変換像の状態を、その位
置的分布までは検出せず、単にその状態自体を検出し、
その検出結果として、該状態を示す情報を出力する。こ
こで、該第二のフーリエ変換像の状態は、該二の測定時
刻の間における被測定対象の該光学的変位測定装置に対
する相対的変位状態に対応している。したがって、該0
次元の光検出手段は、該相対的変位状態を示す情報を出
力することになる。このように本発明によれば、該0次
元の光検出手段によって第二のフーリエ変換像の状態を
検出するので、複雑な走査や相関演算によらず、短時間
でその検出を行うことができる。このため、該0次元の
光検出手段を備えた光学的変位測定装置は、実時間測定
性において極めて優れている。
As is clear from the above description,
According to the optical displacement measuring device of the present invention, the light irradiation means,
The object to be measured which is relatively displaced with respect to the optical displacement measuring device is irradiated with light. With the irradiation light, images of the object to be measured at the two measurement times are obtained, respectively. The first recording means double-records the images at the two measurement times. The first coherent light projecting unit irradiates the first recording unit with coherent light to read the double-recorded image recorded in the first recording unit. The read double recorded image is subjected to Fourier transform by the first Fourier transform means to form a first Fourier transform image. The second recording means records the first Fourier transform image. The second coherent light projecting unit irradiates the second recording unit with coherent light to read out the first Fourier transform image recorded in the second recording unit. The second Fourier transform means Fourier transforms the read first Fourier transform image to form a second Fourier transform image. The 0-dimensional light detecting means detects the state of the second Fourier transform image. The 0-dimensional light detecting means does not detect the state of the second Fourier transform image up to its positional distribution, but simply detects the state itself,
As the detection result, information indicating the state is output. Here, the state of the second Fourier transform image corresponds to the relative displacement state of the measured object with respect to the optical displacement measuring device between the two measurement times. Therefore, the 0
The dimensional light detecting means will output information indicating the relative displacement state. As described above, according to the present invention, since the state of the second Fourier transform image is detected by the 0-dimensional light detecting means, the detection can be performed in a short time without complicated scanning or correlation calculation. .. Therefore, the optical displacement measuring device provided with the 0-dimensional light detecting means is extremely excellent in real-time measuring property.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例にかかる光学的移動速度測定装
置を示す光学系統平面図である。
FIG. 1 is a plan view of an optical system showing an optical moving speed measuring device according to an embodiment of the present invention.

【図2A】図1の光電子増倍管16をレンズ15の側か
ら見た場合の配置状態を説明する正面説明図である。
FIG. 2A is a front explanatory view illustrating an arrangement state when the photomultiplier tube 16 of FIG. 1 is viewed from the lens 15 side.

【図2B】図1の光電子増倍管16とレンズ15の位置
関係を説明する平面説明図である。
2B is an explanatory plan view for explaining the positional relationship between the photomultiplier tube 16 and the lens 15 in FIG. 1. FIG.

【図3】図1の強誘電性液晶空間光変調素子を拡大して
示す断面図である。
3 is an enlarged cross-sectional view of the ferroelectric liquid crystal spatial light modulator of FIG.

【図4A】図1の光学的移動速度測定装置が実行する測
定動作の動作タイミングチャートである。
FIG. 4A is an operation timing chart of a measurement operation executed by the optical moving speed measurement apparatus of FIG.

【図4B】図1の光学的移動速度測定装置が実行する他
の測定動作の動作タイミングチャートである。
FIG. 4B is an operation timing chart of another measurement operation executed by the optical moving speed measurement apparatus of FIG.

【図5】実験に採用した本発明の測定装置1の要部を示
す光学系統平面図である。
FIG. 5 is a plan view of an optical system showing a main part of the measuring apparatus 1 of the present invention used in an experiment.

【図6】実験に採用した本発明の測定装置1の測定動作
の動作タイミングチャートである。
FIG. 6 is an operation timing chart of the measurement operation of the measuring apparatus 1 of the present invention adopted in the experiment.

【図7A】実験における被測定物体の移動速度の時間的
変化状態を示す速度図である。
FIG. 7A is a velocity diagram showing a temporal change state of the moving velocity of the measured object in the experiment.

【図7B】被測定物体が図7Aに示す移動速度で移動し
た場合の、光電子増倍管の出力電流値の時間的変化状態
を示すオッシロスコープの測定結果図である。
7B is a measurement result diagram of the oscilloscope showing a temporal change state of the output current value of the photomultiplier tube when the measured object moves at the moving speed shown in FIG. 7A.

【図8A】実験における被測定物体の移動速度の他の時
間的変化状態を示す速度図である。
FIG. 8A is a velocity diagram showing another temporal change state of the moving velocity of the measured object in the experiment.

【図8B】被測定物体が図8Aに示す移動速度で移動し
た場合の、光電子増倍管の出力電流値の時間的変化状態
を示すオッシロスコープの測定結果図である。
FIG. 8B is a measurement result diagram of the oscilloscope showing a temporal change state of the output current value of the photomultiplier tube when the measured object moves at the moving speed shown in FIG. 8A.

【図9A】実験における被測定物体の移動速度の他の時
間的変化状態を示す速度図である。
FIG. 9A is a velocity diagram showing another temporal change state of the moving velocity of the measured object in the experiment.

【図9B】被測定物体が図9Aに示す移動速度で移動し
た場合の、光電子増倍管の出力電流値の時間的変化状態
を示すオッシロスコープの測定結果図である。
9B is a measurement result diagram of the oscilloscope showing a temporal change state of the output current value of the photomultiplier tube when the measured object moves at the moving speed shown in FIG. 9A.

【図10A】実験における被測定物体の移動速度の他の
時間的変化状態を示す速度図である。
FIG. 10A is a velocity diagram showing another temporal change state of the moving velocity of the measured object in the experiment.

【図10B】被測定物体が図10Aに示す移動速度で移
動した場合の、光電子増倍管の出力電流値の時間的変化
状態を示すオッシロスコープの測定結果図である。
10B is a measurement result diagram of the oscilloscope showing a temporal change state of the output current value of the photomultiplier tube when the measured object moves at the moving speed shown in FIG. 10A.

【図11A】光電子増倍管16の他の配置状態を説明す
る正面説明図である。
FIG. 11A is a front explanatory view illustrating another arrangement state of the photomultiplier tube 16.

【図11B】図11Aの配置状態における光電子増倍管
16のレンズ15との位置関係を説明する平面説明図で
ある。
11B is an explanatory plan view illustrating the positional relationship between the photomultiplier tube 16 and the lens 15 in the arrangement state of FIG. 11A.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光学的移動速度測定装置 2 He−Neレーザ装置 7 強誘電性液晶空間光変調素子 12 フーリエ変換レンズ 13 強誘電性液晶空間光変調素子 15 フーリエ変換レンズ 16 光電子増倍管 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical movement velocity measuring device 2 He-Ne laser device 7 Ferroelectric liquid crystal spatial light modulation element 12 Fourier transform lens 13 Ferroelectric liquid crystal spatial light modulation element 15 Fourier transform lens 16 Photomultiplier tube

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被測定対象へ光を照射して、二の測定時
刻における該被測定対象の像を形成するための光照射手
段と、該二の測定時刻における該被測定対象の像を二重
記録するための第一の記録手段と、該第一の記録手段に
コヒーレント光を照射して該二重記録像を読みだすため
の第一のコヒーレント光投光手段と、該読み出した二重
記録像をフーリエ変換して第一のフーリエ変換像を形成
するための第一のフーリエ変換手段と、該第一のフーリ
エ変換像を記録するための第二の記録手段と、該第二の
記録手段にコヒーレント光を照射して該第一のフーリエ
変換像を読みだすための第二のコヒーレント光投光手段
と、該読み出した第一のフーリエ変換像をフーリエ変換
して第二のフーリエ変換像を形成するための第二のフー
リエ変換手段と、該第二のフーリエ変換像の状態を検出
するための0次元の光検出手段とを備えたことを特徴と
する光学的変位測定装置。
1. A light irradiating means for irradiating light to the object to be measured to form an image of the object to be measured at the second measurement time, and an image of the object to be measured at the second measurement time. First recording means for double recording, first coherent light projecting means for irradiating the first recording means with coherent light to read out the double recorded image, and the read dual First Fourier transforming means for Fourier transforming the recorded image to form a first Fourier transform image, second recording means for recording the first Fourier transform image, and the second recording Second coherent light projecting means for irradiating the means with coherent light to read the first Fourier transform image, and second Fourier transform image by Fourier transforming the read first Fourier transform image A second Fourier transform means for forming An optical displacement measuring device comprising: a zero-dimensional light detecting means for detecting a state of a second Fourier transform image.
【請求項2】 前記光照射手段が、コヒーレント光を前
記被測定対象へ照射して、前記二の測定時刻におけるス
ペックルパターンを形成し、該スペックルパターンを前
記第一の記録手段に二重記録することを特徴とする請求
項1記載の光学的変位測定装置。
2. The light irradiating means irradiates the object to be measured with coherent light to form a speckle pattern at the second measurement time, and the speckle pattern is duplicated on the first recording means. 2. The optical displacement measuring device according to claim 1, wherein the optical displacement is recorded.
【請求項3】 前記0次元の光検出手段が、前記第二の
フーリエ変換像の光強度を検出するための0次元の光強
度検出手段であることを特徴とする請求項1記載の光学
的変位測定装置。
3. The optical device according to claim 1, wherein the 0-dimensional light detecting means is a 0-dimensional light intensity detecting means for detecting the light intensity of the second Fourier transform image. Displacement measuring device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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